IMS-NGN標準演進(jìn)及網(wǎng)絡(luò )融合研究

陶志強 2007/03/15

　　圖1 3GPPIMS網(wǎng)絡(luò )架構

　　從理論上講，3GPP在R4版本的基礎上提出IMS概念的最初想法主要是為了提供多媒體業(yè)務(wù)，而不是網(wǎng)絡(luò )架構的進(jìn)一步演進(jìn)。隨著(zhù)時(shí)間的推移以及無(wú)線(xiàn)和終端全IP化。R4網(wǎng)絡(luò )中的MSCServer架構將逐步退出，取而代之的是IMS網(wǎng)絡(luò )的擴大和擴張。因此3GPP在R6和R7版本對IMS做了進(jìn)一步的深入研究。其中IMSR6版本主要特點(diǎn)包括：

　　(1)IMS與CS的互通，支持SIP/ISUP互通和CS漫游情況;

　　(2)IP多媒體之間(如Internet)的互通，其中包括IPv4/IPv6互通;

　　(3)支持WLAN的接入方式;

　　(4)支持多種業(yè)務(wù)，如聊天、IMS會(huì )議、Presence等;

　　(5)支持基于IP流的計費。

　　IMSR7版本中主要研究以下的技術(shù)特征：

　　(1)通過(guò)電路域承載提供IMS話(huà)音;

　　(2)通過(guò)分組域提供緊急服務(wù);

　　(3)提供基于WLAN的IMS話(huà)音與GSM網(wǎng)絡(luò )的電路域互通功能;

　　(4)支持DSL或CableModem接入方式。

　　IMS在3GPP的定義中，主要包括了所有提供IP多媒體業(yè)務(wù)的核心網(wǎng)相關(guān)功能實(shí)體，主要包括如下：

　　(1)CSCF

　　CSCF是整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的核心，支持SIP協(xié)議處理SIP會(huì )話(huà)。負責對用戶(hù)多媒體會(huì )話(huà)進(jìn)行處理，其功能包括多媒體會(huì )話(huà)控制、地址翻譯以及對業(yè)務(wù)協(xié)商進(jìn)行服務(wù)轉換等。CSCF在IMS中實(shí)現了多媒體呼叫中主要的軟交換控制功能。根據各自不同的功能不同可分為P-CSCF(Proxy-CSCF)、I-CSCF(Interrogating-CSCF)和S-CSCF(Serving-CSCF)。其中P-CSCF是UE(UserEquipment)接入IMS系統的入口，主要功能是把UE發(fā)來(lái)的SIP注冊請求轉發(fā)給I-CSCF或把UE發(fā)來(lái)的SIP消息轉發(fā)給S-CSCF;I-CSCF位于歸屬域中，是從訪(fǎng)問(wèn)域到歸屬域的入口點(diǎn)，用來(lái)為每個(gè)呼叫選擇相應的S-CSCF，主要實(shí)現為用戶(hù)指定S-CSCF來(lái)執行SIP注冊、轉發(fā)從HSS獲取S-CSCF地址的SIP請求以及將其他網(wǎng)絡(luò )傳來(lái)的SIP請求路由到S-CSCF等功能;S-CSCF與I-CSCF一起位于歸屬域中，是整個(gè)IMS的控制核心、IMS會(huì )話(huà)管理的執行節點(diǎn)，控制呼叫和業(yè)務(wù)的相關(guān)狀態(tài)，與SCP中的應用服務(wù)器互通。主要功能包括用來(lái)接受用戶(hù)注冊，進(jìn)行URI分析和重定向路由、觸發(fā)應用服務(wù)器以及完成呼叫的控制和接續。S-CSCF維持了用戶(hù)位置和用戶(hù)SIP地址的綁定，S-CSCF包含有網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)上所需的狀態(tài)信息，以協(xié)助進(jìn)行IMS網(wǎng)絡(luò )的注冊、會(huì )話(huà)控制和業(yè)務(wù)支持等。

　　(2)MGCF和IMS-MGW

　　MGCF和IMS-MGW是IMS與CS域和PSTN互通的功能實(shí)體。MGCF負責進(jìn)行控制協(xié)議ISUP和BICC和SIP協(xié)議之間的轉換并且將會(huì )話(huà)轉發(fā)給IMS。IMS-MGW負責轉換CS網(wǎng)絡(luò )(PSTN,GSM)的承載信道和骨干網(wǎng)(如IP網(wǎng)絡(luò )中的RTP流或ATM網(wǎng)中AAL2/ATM連接)的媒體流之間的轉換，并且在需要時(shí)進(jìn)行代碼轉換和信號處理。

　　(3)MRFC和MRFP

　　MRFC和MRFP是實(shí)現多方會(huì )議的功能實(shí)體，控制層面的MRFC解釋從S-CSCF收到的SIP信令，通過(guò)H.248控制MRFP。MRFC用于支持和承載相關(guān)的服務(wù)或者進(jìn)行承載代碼轉換。MRFP提供被MRFC所請求和指示的用戶(hù)平面資源，如輸入媒體流的混合等。

　　(4)BGCF

　　BGCF是IMS域與外部網(wǎng)絡(luò )的分界點(diǎn)，負責選擇到CS域的出口位置。

　　(5)HSS

　　HSS是所有和服務(wù)相關(guān)的數據的主要的數據存儲器，主要包括用戶(hù)身份、注冊信息、接入參數和服務(wù)出發(fā)信息。

　　(6)PDF

　　PDF負責實(shí)現基于服務(wù)的本地策略(SBLP)，即根據從P-CSCF處獲得的會(huì )話(huà)和媒體相關(guān)信息來(lái)制定相應的策略。在R5中，PDF是P-CSCF的一個(gè)邏輯實(shí)體;而在R6中PDF是一個(gè)獨立的功能。

　　(7)SGW

　　SGW用戶(hù)不同信令網(wǎng)的互聯(lián)，如基于SCTP/IP信令網(wǎng)和SS7的信令網(wǎng)之間的信令轉換。

　　3、TISPANNGN

　　2004年，ETSITISPAN提出了NGN的主體架構，目前正在制定NGN相關(guān)的規范，命名為T(mén)ISPAN_NGNRelease1，預計在2005年完成整個(gè)Release 1。ETSI TISPAN提出的NGN架構包括應用層、控制層、承載層和接入層。其中控制層面包括基于SIP會(huì )話(huà)的子系統、PSTN/ISDN仿真子系統、基于RTSP的子系統和提供其他多媒體業(yè)務(wù)的子系統，其中基于SIP會(huì )話(huà)的核心網(wǎng)子系統重用了IMS的網(wǎng)絡(luò )架構，并且盡可能重用IMS R6中的相關(guān)規范，但要求支持更多的接入方式，包括xDSL、WLAN、LAN、MAN等。此外，還定義了網(wǎng)絡(luò )附著(zhù)子系統和資源準入控制子系統(RACS)。在這樣的框架下，NGN可以實(shí)現基于SIP的業(yè)務(wù)、基于SIP-I協(xié)議傳統業(yè)務(wù)以及基于RTSP的業(yè)務(wù)等。ETSI TISPAN的這種網(wǎng)絡(luò )架構是目前NGN的主要架構，ITU-T的NGN架構和ETSI TISPAN的基本相同。如圖2所示。

　　圖2 TISPANIMS-NGN架構

　　NGN是網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的目標，而IMS是下一代網(wǎng)絡(luò )融合中的關(guān)鍵技術(shù)。重點(diǎn)介紹了標準組織3GPP、TISPAN定義的IMS網(wǎng)絡(luò )架構及基于IMS的NGN網(wǎng)絡(luò )架構及主要的研究問(wèn)題，最后討論了網(wǎng)絡(luò )融合的目標和趨勢。

　　3.1IP多媒體子系統(IMS)

　　IMS由提供IP多媒體業(yè)務(wù)、如話(huà)音、視頻、文本、聊天等所有架構在分組傳送網(wǎng)上的核心網(wǎng)單元構成，相關(guān)實(shí)體包括CSCF、MGCF、MRF等，參見(jiàn)第2節。

　　3.2PSTN/ISDN仿真子系統

　　PSTN/ISDN仿真子系統可為連接到IP網(wǎng)的傳統電話(huà)終端提供接入，這樣所有的PSTN/業(yè)務(wù)保持可用和一致，而終端用戶(hù)并不會(huì )意識到?jīng)]有連接到傳統的PSTN/ISDN網(wǎng)。

　　3.3流媒體子系統

　　隨著(zhù)寬帶接入即使的成熟，網(wǎng)絡(luò )傳輸的瓶頸被打破和音頻、視頻的編解碼技術(shù)的進(jìn)步，基于流媒體傳輸的應用得到了越來(lái)越多的重視。流媒體子系統可為視頻點(diǎn)播、遠程教學(xué)、交互游戲等業(yè)務(wù)的應用和終端的接入。

　　3.4網(wǎng)絡(luò )附著(zhù)子系統

　　網(wǎng)絡(luò )附著(zhù)子系統主要提供IP地址分配、IP層的健全、網(wǎng)絡(luò )接入授權、接入網(wǎng)配置和IP層的位置管理等功能。

　　3.5資源準入控制子系統

　　RACS主要提供接納控制和關(guān)口控制功能(包含NAPT控制)。接納控制指根據運營(yíng)商的具體策略規則和實(shí)際的資源，檢查接入網(wǎng)附著(zhù)子系統保存的簽約數據的授權，即校對被請求的帶寬與預定的帶寬和用戶(hù)使用的帶寬是否一致。關(guān)口控制功能包括根據IP地址/端口進(jìn)行分組包過(guò)濾、為上行和下行業(yè)務(wù)流進(jìn)行資源分配和帶寬預約、NAPT功能、使用率和QoS的測量檢測等。

　　關(guān)于對引入IMS的研究，TISPAN和3GPP成立了聯(lián)合工作組來(lái)研究NGN-IMS的相關(guān)問(wèn)題，其中熱點(diǎn)問(wèn)題的包括以下兩個(gè)：

　　(1)在3GPP規范中，移動(dòng)終端都配有UICC卡，其中包含了用戶(hù)的識別信息和一些加密和鑒權的算法，用戶(hù)可以通過(guò)AKA鑒權機制進(jìn)行鑒權。TISPAN正在評估NGN終端是否也需要一個(gè)UICC卡，目前還沒(méi)有統一意見(jiàn)。

　　(2)TISPAN在NGN的Release1中將重用3GPP定義的業(yè)務(wù)引擎和規范，從而提供3GPP的各種業(yè)務(wù)，如Presence、Messaging、GROUPManagementand Conference等。3GPP中規定所有呼叫都使用URI標識，而TISPAN傾向于除電話(huà)以外的SIP呼叫都采用URI標識，因此這個(gè)問(wèn)題還需進(jìn)一步討論。關(guān)于GROUP Management and Conference，3GPP將MRFC和MRFP之間定義為采用H.248協(xié)議接口，TISPAN在研究是否需要定義該接口;關(guān)于Messaging，TISPAN正在研究是否需要在媒體通道上設置NAT或防火墻，如果設置則需要一個(gè)Message Relay功能，但3GPP目前沒(méi)有相應的規范。

　　此外，TISPAN的相關(guān)工作組也針對IMS的安全、計費、QoS等其他問(wèn)題正在做進(jìn)一步研究，以制定NGNRelease1規范系列，包括IMSRelease 6版本規范。

　　4、網(wǎng)絡(luò )融合

　　按照ITU-T最新發(fā)布的標準Y.2001對NGN的定義為：“NGN是一個(gè)基于分組的網(wǎng)絡(luò )，它能夠提供包括電信業(yè)務(wù)在內的各種業(yè)務(wù)并能夠利用多種帶寬、有QoS支持能力的傳送技術(shù);能夠為用戶(hù)提供無(wú)限制接入到多個(gè)運營(yíng)商;能夠支持普遍的移動(dòng)性，確保用戶(hù)的一致性、普遍的業(yè)務(wù)提供能力。”因此，從網(wǎng)絡(luò )的角度來(lái)看，網(wǎng)絡(luò )融合應是NGN發(fā)展的趨勢和目標，其含義是通過(guò)不同的終端在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)獲取信息和享受多樣化的業(yè)務(wù)。要達到這個(gè)目標，就要求網(wǎng)絡(luò )具有以下的特征。

　　(1)首先，應用層與控制層分離，以便獲得業(yè)務(wù)與用戶(hù)的物理位置具備無(wú)關(guān)性;

　　(2)其次，控制層與傳送層分離，便于呼叫或會(huì )話(huà)的控制獨立于承載的控制，可實(shí)現基于不同承載提供相同的控制能力;

　　(3)再次，傳送層與接入層需要完全分離，使得無(wú)論何種終端、何種接入方式都可以共享同一承載網(wǎng)絡(luò )，從而充分利用網(wǎng)絡(luò )資源，屏蔽網(wǎng)絡(luò )的復雜性。

　　應該看到，網(wǎng)絡(luò )融合是一個(gè)長(cháng)期的過(guò)程，必須要綜合考慮保護現有網(wǎng)絡(luò )的投資，并且能夠保證新舊網(wǎng)絡(luò )之間的平滑過(guò)渡。而目前移動(dòng)網(wǎng)和固定網(wǎng)還有各自的特殊需求和發(fā)展空間，短期內還無(wú)法直接通過(guò)一種網(wǎng)絡(luò )架構實(shí)現。因此現有的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )和固定網(wǎng)絡(luò )應該是在網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)中融合，而不是對現有網(wǎng)絡(luò )的融合。對于演進(jìn)的目標網(wǎng)絡(luò )應具有以下特征，以符合最終網(wǎng)絡(luò )融合的要求。如圖3所示。

　　圖3 移動(dòng)和固定網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展

　　(1)承載和控制分離，網(wǎng)絡(luò )具有最大程度的可擴展性;

　　(2)應具有支持多業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)絡(luò )，并能夠滿(mǎn)足高層業(yè)務(wù)對于QoS和安全性等方面的要求;

　　(3)具有支持多種接入模式的能力;

　　(4)能夠支持普遍的移動(dòng)性，具有融合型業(yè)務(wù)的提供能力;

　　(5)具有開(kāi)放的接口，可以提供第三方的業(yè)務(wù)平臺等。

　　根據網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)和融合的目標，對于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )而言，將毫無(wú)疑問(wèn)地按照3GPP定義的R5、R6、R7或者3GPP2定義的ReleaseA、ReleaseB的基于IMS的方向發(fā)展;對于固定網(wǎng)絡(luò )而言，可能會(huì )有兩個(gè)方向，即基于IMS的邏輯架構或者基于軟交換的具體設備形態(tài)。但是最終兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展方向將是一致的，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò )必然是一個(gè)融合的網(wǎng)絡(luò )。隨著(zhù)電信運營(yíng)商之間的競爭日趨激烈和3G牌照的發(fā)放，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )和固定網(wǎng)絡(luò )融合也必將成為我國未來(lái)幾年通信行業(yè)的重要發(fā)展趨勢。

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