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基于IMS網(wǎng)絡(luò )融合的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題分析

張園 2006/03/08

　　軟交換技術(shù)的出現使人們一度考慮核心控制層的融合可以采用軟交換技術(shù)，但是由于固定和移動(dòng)的軟交換功能、協(xié)議差異較大，使軟交換成為控制層融合焦點(diǎn)的可能性減小。隨著(zhù)基于SIP的IMS技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的出現，與固網(wǎng)寬帶軟交換基于SIP的應用不謀而合。

　　移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )引入IMS的初衷是提供移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)，但是由于IMS采用了與固定寬帶軟交換相同的協(xié)議（SIP）和類(lèi)似的架構，并且IMS的體系具有與接入的無(wú)關(guān)性、支持用戶(hù)漫游等優(yōu)點(diǎn)，這給利用IMS實(shí)現網(wǎng)絡(luò )融合帶來(lái)了前所未有的契機。

　　IMS技術(shù)最初是在3GPPR5中引入的。IMS技術(shù)以其與接入無(wú)關(guān)性、完全的業(yè)務(wù)與控制分離的重要特點(diǎn)受到了業(yè)界的高度關(guān)注。目前3GPP在研究IMS應用于移動(dòng)領(lǐng)域，同時(shí)TISPAN和ITU－T正在3GPPR6研究的基礎上積極推進(jìn)基于IMS在固網(wǎng)應用和在網(wǎng)絡(luò )融合領(lǐng)域應用的技術(shù)研究。國際和國內的運營(yíng)商也都對IMS技術(shù)給予了高度的關(guān)注，并紛紛認為IMS將成為網(wǎng)絡(luò )融合和核心控制層發(fā)展的重要技術(shù)方向之一。

　　從目前的研究進(jìn)度來(lái)看，IMS應用于移動(dòng)的標準已經(jīng)成熟，但是基于IMS的網(wǎng)絡(luò )融合的技術(shù)標準還處于發(fā)展階段。由于有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )在網(wǎng)絡(luò )帶寬、終端鑒權、位置信息和資源管理等多方面存在差異，TISPAN在這些方面對IMS加以擴展，實(shí)現固定接入。但固定和移動(dòng)IMS在業(yè)務(wù)能力方面的差異、體系架構的差異、協(xié)議的差異等問(wèn)題將成為IMS能否實(shí)現固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )融合的關(guān)鍵問(wèn)題。

　　業(yè)務(wù)能力的差異

　　3GPPIMS只定義IMS架構，業(yè)務(wù)規范由OMA制定。OMA目前主要制定了PoC、Presence、即時(shí)消息、Pushtoshow等多媒體業(yè)務(wù)規范。

　　而TISPAN定義的IMS要求不僅能夠支持Presence、即時(shí)消息、位置業(yè)務(wù)、可視電話(huà)等多媒體業(yè)務(wù)，還要能支持PSTN／ISDN模擬業(yè)務(wù)和仿真業(yè)務(wù)。IMS網(wǎng)絡(luò )采用了業(yè)務(wù)與控制完全分離的體系架構，這就要求應用服務(wù)器能夠提供PSTN／ISDN模擬業(yè)務(wù)和仿真業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)邏輯。

　　TISPAN已經(jīng)開(kāi)始制訂呼叫轉移、呼叫保持等一系列PSTN模擬業(yè)務(wù)的要求和規范，并根據業(yè)務(wù)需求擴展SIP協(xié)議來(lái)實(shí)現PSTN模擬業(yè)務(wù)。

　　PSTN仿真業(yè)務(wù)是針對固網(wǎng)的POTS終端用戶(hù)，要求IMS網(wǎng)絡(luò )能夠向用戶(hù)提供與PSTN無(wú)差別的業(yè)務(wù)。這對IMS提出了更高的要求，要求IMS不僅能實(shí)現呼叫轉移、呼叫等待等PSTN業(yè)務(wù)，還要向用戶(hù)提供相同的業(yè)務(wù)感知。因此，IMS還要針對PSTN仿真業(yè)務(wù)能力作更多的擴展。例如：PSTN網(wǎng)絡(luò )可以根據用戶(hù)申請的補充業(yè)務(wù)的不同給用戶(hù)播放不同的撥號音，而IMS由于控制與業(yè)務(wù)的完全分離，控制層的功能實(shí)體（AGCF）并不知道用戶(hù)申請的業(yè)務(wù)，因此無(wú)法控制網(wǎng)關(guān)向用戶(hù)送何種撥號音，而IMS如果實(shí)現這種PSTN／ISDN仿真的業(yè)務(wù)能力，就需要擴展PSTN／ISDN仿真業(yè)務(wù)應用服務(wù)器與AGCF之間的接口，以傳遞業(yè)務(wù)相關(guān)的信息。

　　從以上的分析可以看出，IMS為了支持向固網(wǎng)POTS用戶(hù)提供PSTN仿真的業(yè)務(wù)能力需要作更多的擴展，而這些擴展更增加了固定IMS和移動(dòng)IMS的差異性。業(yè)務(wù)能力的差異性導致固網(wǎng)和移動(dòng)IMS體系架構及協(xié)議的差異性，這將成為影響IMS實(shí)現固定和移動(dòng)融合程度的關(guān)鍵因素。

　　體系架構的差異

　　TISPAN直接引用了3GPPR6IMS的體系架構，并在此基礎上分別進(jìn)行擴展支持固網(wǎng)寬帶用戶(hù)的接入和固網(wǎng)窄帶用戶(hù)的接入（POTS），實(shí)現PSTN／ISDN模擬業(yè)務(wù)和仿真業(yè)務(wù)。由于寬帶用戶(hù)和固網(wǎng)窄帶用戶(hù)接入方式的不同及業(yè)務(wù)能力的不同，導致TISPAN定義的固網(wǎng)IMS也存在差異：

TISPAN實(shí)現寬帶用戶(hù)接入的IMS。IMS體系架構與3GPPIMS體系架構基本相同，主要是增加了網(wǎng)絡(luò )附著(zhù)子系統（NASS）和資源控制子系統（RACS）進(jìn)行對固網(wǎng)用戶(hù)的接入控制、位置管理和QoS控制。同時(shí)對P－CSCF等實(shí)體的具體功能進(jìn)行了擴展。

TISPAN實(shí)現固網(wǎng)POTS用戶(hù)接入的IMS。TISPAN定義了基于IMS實(shí)現PSTN仿真業(yè)務(wù)的體系架構，即基于IMS可以接入窄帶用戶(hù)、寬帶用戶(hù)和移動(dòng)用戶(hù)，基于IMS實(shí)現寬窄帶的融合。

　　SIP協(xié)議的差異

　　IMS體系架構中使用的協(xié)議包括SIP、H．248、DIAMETER和COPS等，但是主要的呼叫控制協(xié)議是SIP。固定網(wǎng)絡(luò )寬帶軟交換也使用SIP協(xié)議。因此SIP協(xié)議是否趨同成為網(wǎng)絡(luò )融合的關(guān)鍵因素。

　　固定軟交換的寬帶域目前主要采用IETF的SIP協(xié)議（RFC3261），IMS在采用了IETF定義的SIP協(xié)議作為呼叫控制協(xié)議的基礎上，根據移動(dòng)的特性和需求，提出了對IETFSIP協(xié)議的擴展。3GPP在R6版本對IETFSIP協(xié)議的主要在以下幾個(gè)方面。

IETFRFC3261定義了通過(guò)Digest認證對SIP終端進(jìn)行身份認證。3GPPIMS采用原應用于無(wú)線(xiàn)領(lǐng)域的AKA認證對用戶(hù)接入進(jìn)行認證，因此對Digest認證進(jìn)行擴展以攜帶AKA認證所需要參數。

IMS對用戶(hù)服務(wù)要求有QoS保證，RFC3312定義了在SIP會(huì )話(huà)建立過(guò)程中，進(jìn)行QoS資源預留的機制。

RFC3455為3GPP定義了多個(gè)私有擴展頭域（P－Header）。如：P－Associated－URI用于S－CSCF在注冊過(guò)程中向UE指示用戶(hù)被授權使用的共有標志（IMPU）列表。
RFC3311定義了SIP更新的消息和命令，UE可以更改呼叫的參數。

由于無(wú)線(xiàn)接入帶寬資源有限，因此RFC3320定義了PCSCF和UE之間支持強制的SIP消息的壓縮。

由于有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)傳輸時(shí)延的問(wèn)題，3GPP對IETFSIP協(xié)議中定義的一些定時(shí)器進(jìn)行了修改。

　　TISPAN定義了接入固定用戶(hù)的IMS，目前對SIP協(xié)議支持固定接入進(jìn)行的擴展包括如下方面：對于P－Access－Network－Info頭域的接入參數類(lèi)型進(jìn)行擴展，支持WLAN和xDSL等接入方式；對于P－Charging－Vector頭域進(jìn)行擴展，對于DSL的承載方式增加BRAS的地址參數、鑒權令牌以及DSL的承載信息的參數等；對于SIPTimer的擴展，由于3GPPR6將空中接口的定時(shí)器時(shí)長(cháng)進(jìn)行了修改，如將基礎定時(shí)器T1的時(shí)長(cháng)500ms修改為2s，但是采用固定接入方式后，建議P－CSCF根據接入方式來(lái)選擇定時(shí)器的時(shí)長(cháng)；對SIP協(xié)議進(jìn)行了擴展支持呼叫轉移等業(yè)務(wù)特性。

　　雖然固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )都使用了IMS的體系架構及SIP協(xié)議，但用IMS實(shí)現固定和移動(dòng)的融合，對于應用于不同的接入方式和不同的業(yè)務(wù)需求，SIP協(xié)議作了不同的擴展，還是存在差異的。因此對于應用于固定和移動(dòng)寬帶域融合的IMS架構，其SIP的協(xié)議能力應該是支持固定和移動(dòng)接入方式的全集；并且應該支持實(shí)現PSTN／ISDNSimulation業(yè)務(wù)的能力集。因此，對于統一的IMS系統能否支持多種SIP參數和SIP能力還有待于通過(guò)實(shí)驗進(jìn)一步驗證。

　　用戶(hù)鑒權問(wèn)題

　　3GPPIMS中規定移動(dòng)用戶(hù)采用AKA的鑒權認證方式，對Digest的認證方式進(jìn)行擴展，用來(lái)攜帶AKA認證的參數。IMS用戶(hù)需要支持ISIM卡，ISIM中存儲用戶(hù)的公有用戶(hù)標志和私有用戶(hù)標志以及鑒權認證的參數，對于USIM的用戶(hù)，要求終端能夠根據USIM中的用戶(hù)信息來(lái)生成公有用戶(hù)標志和私有用戶(hù)標志。

　　但對固定終端，固定終端沒(méi)有UICC卡，固定終端通常只有公有用戶(hù)標志（E．164號碼或SIPURI），而沒(méi)有私有用戶(hù)標志，不支持AKA的鑒權認證方式，因此如果IMS對固定移動(dòng)終端采用統一認證方式，就需要對固定終端進(jìn)行擴展或要求IMS支持不同的認證方式。

　　目前TISPAN已經(jīng)規定，IMS對移動(dòng)、固定用戶(hù)推薦采用基于ISIM／USIM的AKA鑒權認證方式，對于沒(méi)有ISIM／USIM的終端，可以采用SIPDigest的鑒權認證方式，但要求固定終端能夠具有私有用戶(hù)標志、公有用戶(hù)標志和歸屬網(wǎng)絡(luò )域名等參數用于鑒權。

　　因此，對于終端的鑒權方式，可以采用如下幾種解決方案：對于新的固定終端，要求終端支持ISIM卡和的鑒權方式；對于已經(jīng)應用的SIP終端，如果遷移到IMS網(wǎng)絡(luò )后，需要給這類(lèi)終端安裝軟件，用軟件的方式生成私有用戶(hù)標志，可以采用SIPDigest方式鑒權；用一個(gè)適配器來(lái)接入所有沒(méi)有UICC卡的SIP終端，由該適配器為每個(gè)終端生成私有用戶(hù)標志和鑒權參數用于A(yíng)KA鑒權。

　　編碼方式問(wèn)題

　　目前固網(wǎng)VoIP網(wǎng)絡(luò )和終端支持的編碼方式如下：語(yǔ)音編碼方式：G．711、G．729和G．723；視頻編碼方式：H．261、H．263和MPEG－4。

　　移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )和終端支持的編解碼方式如下：語(yǔ)音編解碼方式：AMR；視頻編解碼方式：H．263和MPEG－4。

　　由于目前固定網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )支持的編碼方式有所差異，因此如果用IMS網(wǎng)絡(luò )實(shí)現網(wǎng)絡(luò )融合，就需要對編解碼方式進(jìn)行重新定義，要求固定和移動(dòng)終端具有相同的編解碼方式，否則就需要特定的網(wǎng)關(guān)設備來(lái)支持編解碼的轉換。編解碼的轉換可能降低語(yǔ)音質(zhì)量，因此在網(wǎng)絡(luò )中應盡可能少地進(jìn)行編碼轉換，這就要求固定和移動(dòng)終端盡量采用相同的編碼方式。

　　IMS已經(jīng)成為業(yè)界認可的核心控制層融合的技術(shù)發(fā)展趨勢，運營(yíng)商都對基于IMS的網(wǎng)絡(luò )融合給予了高度的關(guān)注，部分綜合運營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行IMS實(shí)驗，希望通過(guò)統一的IMS網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的融合。目前IMS實(shí)現固定接入還處于研究階段，上述問(wèn)題將成為IMS能否實(shí)現固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )融合的關(guān)鍵因素。

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