IMS體系研究與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)淺議

摘要　本文主要介紹了NGN的發(fā)展歷程，再進(jìn)一步探討IMS體系結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn)。在綜合考慮業(yè)務(wù)發(fā)展需求和保護(hù)運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有投資的基礎(chǔ)上，分析移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)策略以及IMS在網(wǎng)絡(luò)融合和演進(jìn)中的角色和地位。最后提出了GSM網(wǎng)絡(luò)向IMS演進(jìn)的方案，為運(yùn)營(yíng)商制定網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)策略提供參考。

傳統(tǒng)電路交換機(jī)是一種集成的、封閉的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，無(wú)法快速滿足多樣化的用戶需求，無(wú)法快速部署全網(wǎng)業(yè)務(wù)。為了解決這種矛盾，NGN通過(guò)控制承載分離，構(gòu)成一個(gè)分布的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使整體建網(wǎng)成本大大降低，網(wǎng)絡(luò)升級(jí)容易，便于加快新業(yè)務(wù)和新應(yīng)用的開(kāi)發(fā)和部署，快速實(shí)現(xiàn)低成本全網(wǎng)統(tǒng)一業(yè)務(wù)覆蓋。簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率，減少了傳統(tǒng)電路交換機(jī)中繼互聯(lián)的復(fù)雜性和降低了承載網(wǎng)的成本。

IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）的提出為下一代基于IP的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供了面向分組數(shù)據(jù)包交換的多媒體服務(wù)及平臺(tái)，它的核心特點(diǎn)是基于SIP協(xié)議和接入的無(wú)關(guān)性。由于采用SIP作為核心控制協(xié)議，并通過(guò)SIP進(jìn)行業(yè)務(wù)管理，IMS可以使運(yùn)營(yíng)商充分利用SIP的優(yōu)勢(shì)，更快速、更靈活地開(kāi)發(fā)管理移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)。

1、NGN、軟交換與IMS

1.1　NGN

NGN是指基于分組技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，能夠提供包括電信業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)，能夠利用多種寬帶和具有QoS支持能力的傳送技術(shù)，業(yè)務(wù)相關(guān)功能與底層傳送相關(guān)技術(shù)相互獨(dú)立，能夠讓用戶自由接入不同的業(yè)務(wù)提供商，能夠支持通用移動(dòng)性，從而向用戶提供一致的和無(wú)處不在的業(yè)務(wù)。NGN采用分層結(jié)構(gòu)，包括業(yè)務(wù)層、控制層、傳輸層以及用戶終端，能提供多種業(yè)務(wù)類型有語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻、多媒體等。

1.2　軟交換

軟交換可以理解為一種分層、開(kāi)放的NGN體系結(jié)構(gòu)，是NGN核心控制層技術(shù)之一。軟交換實(shí)際上是“控制”，而非“交換”，因?yàn)?ldquo;交換”更多體現(xiàn)在承載層，“軟交換網(wǎng)是下一代語(yǔ)音網(wǎng)或下一代分組通信網(wǎng)”的說(shuō)法可能更貼切。

在固網(wǎng)通信界形成軟交換概念的同時(shí)，移動(dòng)通信界也產(chǎn)生了類似的思想。3GPP所推出的WCDMA標(biāo)準(zhǔn)分為R99、R4、R5和R6等不同版本（Release），其中R4版本主要特征是在核心網(wǎng)電路域中將傳統(tǒng)移動(dòng)交換機(jī)（MSC）分離為媒體網(wǎng)關(guān)（MGW）和MSC服務(wù)器（MSC Server）兩部分，實(shí)現(xiàn)了承載與控制的分離，稱為“移動(dòng)軟交換”，但與固網(wǎng)軟交換在控制協(xié)議等方面還是存在許多差異。

以控制和承載分離為基本特征的軟交換技術(shù)的基本定位是在一個(gè)基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)上提供傳統(tǒng)的長(zhǎng)途和5類語(yǔ)音業(yè)務(wù)。軟交換的靈活部署和高集成度為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和維護(hù)成本的大幅度降低，但由于受到終端能力、QoS、安全以及業(yè)務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)化等諸多方面的限制，目前較為成熟的軟交換（包括固定軟交換和3GPP R4）的應(yīng)用也僅限于此，它沒(méi)有給最終用戶帶來(lái)新的業(yè)務(wù)。

1.3　IMS

IMS（IP Multimedia Subsystem）即IP多媒體子系統(tǒng)，是由3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織在R5版本提出，是在基于IP的網(wǎng)絡(luò)上提供多媒體業(yè)務(wù)的通用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，R5版本主要定義IMS的核心結(jié)構(gòu)、網(wǎng)元功能、接口和流程等內(nèi)容；R6版本對(duì)IMS進(jìn)行了完善，增加了部分IMS業(yè)務(wù)特性，IMS與其他網(wǎng)絡(luò)的互通規(guī)范和WLAN接入等特性；R7加強(qiáng)了對(duì)固定、移動(dòng)融合的標(biāo)準(zhǔn)化制定，要求IMS支持xDSL、Cable等固定接入方式。

IMS技術(shù)對(duì)控制層功能做了進(jìn)一步分解，實(shí)現(xiàn)了會(huì)話控制實(shí)體CSCF（call Session Control Function）和承載控制實(shí)體MGCF（Media Gateway Control Function）在功能上的分離，使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更為開(kāi)放、靈活，所以IMS實(shí)際上比傳統(tǒng)軟交換更“軟”。

IMS以其業(yè)務(wù)、控制、承載完全分離的水平架構(gòu)，集中的用戶屬性和接入無(wú)關(guān)等特性，一方面解決目前軟交換技術(shù)還無(wú)法解決的問(wèn)題，如用戶移動(dòng)性支持、標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放的業(yè)務(wù)接口、靈活的IP多媒體業(yè)務(wù)提供等；另一方面，由于其接入無(wú)關(guān)性，也使得IMS成為固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合演進(jìn)的基礎(chǔ)。

IMS業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖1所示，IMS的目的是建立與接入無(wú)關(guān)，能被移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與固定網(wǎng)絡(luò)共用的融合核心網(wǎng)。

圖1　基于IMS的業(yè)務(wù)架構(gòu)圖

在無(wú)線接入技術(shù)方面，IMS除了GSM/GPRS和WCDMA之外，WLAN通過(guò)SIP Proxy也可以接入。此外，固定網(wǎng)絡(luò)的LAN和xDSL接入技術(shù)也可以接入到IMS。而且IMS還提供了與ISDN/PSTN傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)機(jī)制。這樣，IMS提供服務(wù)的終端除了移動(dòng)終端之外，還包括固定的電話終端、多媒體智能終端、PC機(jī)的軟終端等。

IMS能夠?yàn)槭褂貌煌�接入手段的用戶提供融合的業(yè)務(wù)，但固定接入與移動(dòng)接入終究有不同的特征，所以要將基于移動(dòng)通信發(fā)展起來(lái)的IMS體系應(yīng)用到固網(wǎng)中還需要進(jìn)行大量的改進(jìn)，標(biāo)準(zhǔn)化工作依然任重而道遠(yuǎn)。移動(dòng)通信界提出的IMS與固網(wǎng)通信界提出的軟交換的基本思想和目標(biāo)是一致的，都希望建立基于IP的融合與開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

2、IMS體系研究

2.1　IMS體系結(jié)構(gòu)

IMS體系結(jié)構(gòu)和CSCF的設(shè)計(jì)利用了軟交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)與控制相分離、呼叫控制與媒體傳輸相分離。IMS雖然是3GPP為了移動(dòng)用戶接入多媒體服務(wù)而開(kāi)發(fā)的系統(tǒng)，但由于它全面融合了IP域的技術(shù)，并在開(kāi)發(fā)階段就和其他組織進(jìn)行密切合作，使得IMS實(shí)際已經(jīng)不僅僅局限于只為移動(dòng)用戶進(jìn)行服務(wù)。IMS體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2　IMS體系結(jié)構(gòu)示意圖

最底層為承載層，用于提供IMS SIP會(huì)話的接入和傳輸，承載網(wǎng)必須是基于分組交換的。圖2中以移動(dòng)分組網(wǎng)的承載方式為例，描述了IMS用戶通過(guò)手機(jī)進(jìn)行IMS會(huì)話的方式，主要的承載層設(shè)備有SGSN（GPRS業(yè)務(wù)支撐節(jié)點(diǎn)）、GGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS業(yè)務(wù)支撐節(jié)點(diǎn)），以及MGW（媒體網(wǎng)關(guān)）。其中SGSN和GGSN可以完全重用現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備，不需要硬件升級(jí)，僅通過(guò)做相關(guān)配置就可以支持IMS了。MGW是負(fù)責(zé)媒體流在IMS域和CS（電路交換）域互通的功能實(shí)體，主要解決語(yǔ)音互通問(wèn)題。無(wú)論具體采用哪一種接入方式，只要基于IP技術(shù)，所有的IMS用戶信令就可以很好地傳送到控制層。

中間層為信令控制層，由網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器組成，負(fù)責(zé)管理呼叫或會(huì)話設(shè)置、修改和釋放，所有IP多媒體業(yè)務(wù)的信令控制都在這一層完成。主要的功能實(shí)體有CSCF、HSS（Home Subscriber Server，歸屬用戶服務(wù)器）、MGCF等，這些網(wǎng)元執(zhí)行不同的角色，如信令控制服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、媒體網(wǎng)關(guān)服務(wù)器等，協(xié)同完成信令層面的處理功能，如SIP會(huì)話的建立、釋放。這一層僅對(duì)IMS信令負(fù)責(zé)，最終的IMS業(yè)務(wù)流是不經(jīng)過(guò)這一層的，而是完全通過(guò)底層承載層做路由實(shí)現(xiàn)端到端通信。

最上面一層是應(yīng)用層，由應(yīng)用和內(nèi)容服務(wù)器組成，負(fù)責(zé)為用戶提供IMS增值業(yè)務(wù)，主要網(wǎng)元是一系列通過(guò)CAMEL、OSA/Parlay和SIP技術(shù)提供多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用平臺(tái)。運(yùn)營(yíng)商可以在自行開(kāi)發(fā)一些基于SIP的應(yīng)用，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)SIP接口與IMS系統(tǒng)連接；如果運(yùn)營(yíng)商需要連接第三方SP的應(yīng)用，IMS可以和標(biāo)準(zhǔn)的API，如OSA API連接，通過(guò)OSA/Parlay GW對(duì)第三方非信任的SP業(yè)務(wù)進(jìn)行鑒權(quán)和管理等。

2.2　IMS的優(yōu)勢(shì)

（1）IMS由于采用的是分組網(wǎng)絡(luò)，對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持有著天然的優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)于新業(yè)務(wù)的高速寬帶和低成本的需要。

　�。�2）由于采用了SIP協(xié)議，能夠提供終端到終端和終端到服務(wù)器直接的通信。SIP業(yè)務(wù)的靈活和擴(kuò)展能力也是比較強(qiáng)大的。IMS的終端由于直接支持SIP，所以它的終端智能是比較高的，從而導(dǎo)致業(yè)務(wù)拓展也比較容易。

　�。�3）IMS系統(tǒng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的SIP網(wǎng)絡(luò)，它加強(qiáng)了對(duì)用戶和業(yè)務(wù)的控制，從而運(yùn)營(yíng)商可以掌握資源的使用。

　　（4）IMS和接入網(wǎng)絡(luò)之間的獨(dú)立性。

　　（5）IMS整合了各種業(yè)務(wù)平臺(tái)，通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的IMS系統(tǒng)，這樣有利于各種業(yè)務(wù)平臺(tái)之間的兼容。IMS和目前國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)組織OMA共同開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)平臺(tái)，從而為IMS系統(tǒng)增值。

　�。�6）IMS因?yàn)椴捎玫氖荌P的承載網(wǎng)絡(luò)，向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)邁進(jìn)了一步。

3、IMS與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)

3.1　網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力

不管是固定網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商還是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商，如何借助靈活開(kāi)放的業(yè)務(wù)平臺(tái)快速部署新業(yè)務(wù)是他們?cè)谑袌?chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中保持優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵因素，是網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力之一。

傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)業(yè)務(wù)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的垂直架構(gòu)，業(yè)務(wù)完全依賴于網(wǎng)絡(luò)的能力，這種業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)緊密相關(guān)的架構(gòu)導(dǎo)致新業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)比較困難，無(wú)法實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)。而IMS則以其業(yè)務(wù)、控制、承載完全分離的水平架構(gòu)，集中的用戶屬性、開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用接口以及接入無(wú)關(guān)等特性，徹底解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的弊端，為運(yùn)營(yíng)商提供了固定移動(dòng)融合的業(yè)務(wù)和應(yīng)用平臺(tái)。

另外，用戶對(duì)全新多媒體業(yè)務(wù)的需求也是網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的驅(qū)動(dòng)力之一。用戶希望能夠以跨越固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的便捷的使用方式來(lái)獲得多媒體業(yè)務(wù)。因此，運(yùn)營(yíng)商需要一個(gè)可控制、可管理和可盈利的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，來(lái)提供用戶所期待的全新業(yè)務(wù)�；�于IP技術(shù)、與接入無(wú)關(guān)、業(yè)務(wù)和控制分離的IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)正是滿足這一需求的全新架構(gòu)。

3.2　IMS與FMC（固定和移動(dòng)融合）

移動(dòng)通信和固定通信的融合以及聲音、數(shù)據(jù)、圖像多媒體的融合是未來(lái)通信發(fā)展的趨勢(shì)，IMS則初步體現(xiàn)了這兩大融合。

用戶的業(yè)務(wù)需求是固定和移動(dòng)融合的基本驅(qū)動(dòng)力。對(duì)用戶而言，有線網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)真正的隨時(shí)隨地溝通；在通信手段和通信方式上也有了更多的選擇和更大的靈活性；同時(shí)還可以享受到更多固定和移動(dòng)融合所帶來(lái)的新業(yè)務(wù)。

固定和移動(dòng)融合能為全業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商節(jié)省投資、減少運(yùn)營(yíng)成本。傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)提供的許多業(yè)務(wù)基本一致，但是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)是獨(dú)立的兩張業(yè)務(wù)網(wǎng)，致使運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用高；而且當(dāng)開(kāi)發(fā)新業(yè)務(wù)時(shí)，即使同樣的業(yè)務(wù)也必須分別升級(jí)兩張網(wǎng)絡(luò)才能夠?yàn)橐苿?dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)用戶分別提供新業(yè)務(wù)，致使新業(yè)務(wù)提供成本高。固定和移動(dòng)融合之后將形成整體的網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)維成本將顯著降低，而且新業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)不必再分別升級(jí)固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，只需要對(duì)統(tǒng)一的業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)行一次升級(jí)就能夠同時(shí)為各類用戶提供業(yè)務(wù)。

固定和移動(dòng)融合還有助于增強(qiáng)運(yùn)營(yíng)商的差異化競(jìng)爭(zhēng)能力。依賴固定和移動(dòng)融合，運(yùn)營(yíng)商能夠更加靈活地開(kāi)展業(yè)務(wù)；為用戶提供整體解決方案；提供個(gè)性化服務(wù)，降低用戶的離網(wǎng)率；通過(guò)業(yè)務(wù)捆綁提高ARPU值。

固定和移動(dòng)融合也是NGN發(fā)展的必然趨勢(shì)，因?yàn)槿獻(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)是固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的共同發(fā)展方向，在NGN體系架構(gòu)下，固定和移動(dòng)只是NGN的不同接入方式。固定網(wǎng)絡(luò)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)路線在很多方面相似，PSTN將向固定軟交換網(wǎng)演進(jìn)，而基于WCDMA的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)則是沿著3GPP R99/R4/R5的道路演進(jìn)。雖然目前固定NGN和移動(dòng)NGN（即3G或B3G）的發(fā)展是獨(dú)立的，但兩者在演進(jìn)過(guò)程中所遵從的分層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，所采用的許多通信協(xié)議和接口規(guī)范都相同或類似，尤其是IMS的發(fā)展有望實(shí)現(xiàn)兩者在核心網(wǎng)絡(luò)層和業(yè)務(wù)層的完全融合。

3.3　GSM網(wǎng)絡(luò)向IMS演進(jìn)探討

（1）目前G網(wǎng)的投入相對(duì)少于C網(wǎng)，G網(wǎng)的狀況基本是沒(méi)有很完善的GPRS/EDGE網(wǎng)絡(luò)。所以第一步要建立完善的覆蓋的GPRS網(wǎng)絡(luò)，以提供端到端高數(shù)據(jù)交換服務(wù)。

　�。�2）在核心網(wǎng)中引入軟交換，形成控制和承載相分離的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，目前很多廠家不太支持不經(jīng)過(guò)軟交換階段的IMS。

　　（3）經(jīng)過(guò)軟交換階段之后我們慢慢在全國(guó)范圍內(nèi)引入IMS，以實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P化的接口。

IMS的部署并不意味著替換電路域，相反，在IMS部署初期，由于語(yǔ)音業(yè)務(wù)還無(wú)法直接由IMS域提供，語(yǔ)音業(yè)務(wù)還將由電路域承擔(dān)。語(yǔ)音從電路域到IMS域的遷移只有當(dāng)語(yǔ)音成為豐富的多媒體業(yè)務(wù)的一部分，而且IMS達(dá)到一定的滲透率之后才能真正開(kāi)始。

從增加業(yè)務(wù)收入角度看，3G技術(shù)的引入開(kāi)始提供更高的帶寬和更吸引人的業(yè)務(wù)，但更多的新的業(yè)務(wù)必須依賴于IMS。IMS能夠作為現(xiàn)有GPRS網(wǎng)絡(luò)的疊加網(wǎng)絡(luò)來(lái)部署，另外需要增加PDF、CSCF、HSS以及IMS AS等。依賴于IMS提供IP多媒體業(yè)務(wù)，將是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的首選。同時(shí)由于IMS核心網(wǎng)元和固定運(yùn)營(yíng)商IMS所使用的是一樣的，因此也有利于固定移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò)部署和業(yè)務(wù)開(kāi)展。

（4）最后我們要把現(xiàn)有的C網(wǎng)、固定網(wǎng)等全部接入到IMS網(wǎng)絡(luò)，并把現(xiàn)網(wǎng)的相關(guān)業(yè)務(wù)遷移到IMS網(wǎng)絡(luò)。

4、結(jié)束語(yǔ)

從標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)成熟度來(lái)看，基于軟交換構(gòu)建固定的NGN更為現(xiàn)實(shí)，難度也較�。欢鴱募夹g(shù)趨勢(shì)來(lái)看，開(kāi)放與融合程度更高的IMS則代表了未來(lái)的發(fā)展方向，代表著固定與移動(dòng)融合的趨勢(shì)，更有前途�？梢哉f(shuō)基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)只是NGN發(fā)展的初級(jí)階段，而IMS是NGN發(fā)展的高級(jí)階段。

各運(yùn)營(yíng)商都將網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)融合作為長(zhǎng)遠(yuǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo)，長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)一定和近期的部署相結(jié)合，在具體部署時(shí)則根據(jù)市場(chǎng)需求和網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況進(jìn)行�？偟貋�(lái)說(shuō)，IMS和移動(dòng)軟交換將同時(shí)存在，它們之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)互通實(shí)現(xiàn)部分業(yè)務(wù)的互通。從長(zhǎng)期來(lái)看，電路域用戶最終會(huì)遷移到IMS域，但大規(guī)模的遷移不會(huì)在近期出現(xiàn)。

來(lái)源：中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)站