IMS-NGN標準演進及網絡融合研究

陶志強 2007/03/15

　　圖1 3GPPIMS網絡架構

　　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，而不是網絡架構的進一步演進。隨著時間的推移以及無線和終端全IP化。R4網絡中的MSCServer架構將逐步退出，取而代之的是IMS網絡的擴大和擴張。因此3GPP在R6和R7版本對IMS做了進一步的深入研究。其中IMSR6版本主要特點包括：

　　(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，如聊天、IMS會議、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特征：

　　(1)通過電路域承載提供IMS話音;

　　(2)通過分組域提供緊急服務;

　　(3)提供基于WLAN的IMS話音與GSM網絡的電路域互通功能;

　　(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)務的核心網相關功能實體，主要包括如下：

　　(1)CSCF

　　CSCF是整個網絡的核心，支持SIP協(xié)議處理SIP會話。負責對用戶多媒體會話進行處理，其功能包括多媒體會話控制、地址翻譯以及對業(yè)務協(xié)商進行服務轉換等。CSCF在IMS中實現(xiàn)了多媒體呼叫中主要的軟交換控制功能。根據(jù)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(tǒng)的入口，主要功能是把UE發(fā)來的SIP注冊請求轉發(fā)給I-CSCF或把UE發(fā)來的SIP消息轉發(fā)給S-CSCF;I-CSCF位于歸屬域中，是從訪問域到歸屬域的入口點，用來為每個呼叫選擇相應的S-CSCF，主要實現(xiàn)為用戶指定S-CSCF來執(zhí)行SIP注冊、轉發(fā)從HSS獲取S-CSCF地址的SIP請求以及將其他網絡傳來的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IMS的控制核心、IMS會話管理的執(zhí)行節(jié)點，控制呼叫和業(yè)務的相關狀態(tài)，與SCP中的應用服務器互通。主要功能包括用來接受用戶注冊，進行URI分析和重定向路由、觸發(fā)應用服務器以及完成呼叫的控制和接續(xù)。S-CSCF維持了用戶位置和用戶SIP地址的綁定，S-CSCF包含有網絡運營上所需的狀態(tài)信息，以協(xié)助進行IMS網絡的注冊、會話控制和業(yè)務支持等。

　　(2)MGCF和IMS-MGW

　　MGCF和IMS-MGW是IMS與CS域和PSTN互通的功能實體。MGCF負責進行控制協(xié)議ISUP和BICC和SIP協(xié)議之間的轉換并且將會話轉發(fā)給IMS。IMS-MGW負責轉換CS網絡(PSTN,GSM)的承載信道和骨干網(如IP網絡中的RTP流或ATM網中AAL2/ATM連接)的媒體流之間的轉換，并且在需要時進行代碼轉換和信號處理。

　　(3)MRFC和MRFP

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

　　(4)BGCF

　　BGCF是IMS域與外部網絡的分界點，負責選擇到CS域的出口位置。

　　(5)HSS

　　HSS是所有和服務相關的數(shù)據(jù)的主要的數(shù)據(jù)存儲器，主要包括用戶身份、注冊信息、接入?yún)��?shù)和服務出發(fā)信息。

　　(6)PDF

　　PDF負責實現(xiàn)基于服務的本地策略(SBLP)，即根據(jù)從P-CSCF處獲得的會話和媒體相關信息來制定相應的策略。在R5中，PDF是P-CSCF的一個邏輯實體;而在R6中PDF是一個獨立的功能。

　　(7)SGW

　　SGW用戶不同信令網的互聯(lián)，如基于SCTP/IP信令網和SS7的信令網之間的信令轉換。

　　3、TISPANNGN

　　2004年，ETSITISPAN提出了NGN的主體架構，目前正在制定NGN相關的規(guī)范，命名為TISPAN_NGNRelease1，預計在2005年完成整個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會話的子系統(tǒng)、PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)、基于RTSP的子系統(tǒng)和提供其他多媒體業(yè)務的子系統(tǒng)，其中基于SIP會話的核心網子系統(tǒng)重用了IMS的網絡架構，并且盡可能重用IMS R6中的相關規(guī)范，但要求支持更多的接入方式，包括xDSL、WLAN、LAN、MAN等。此外，還定義了網絡附著子系統(tǒng)和資源準入控制子系統(tǒng)(RACS)。在這樣的框架下，NGN可以實現(xiàn)基于SIP的業(yè)務、基于SIP-I協(xié)議傳統(tǒng)業(yè)務以及基于RTSP的業(yè)務等。ETSI TISPAN的這種網絡架構是目前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是網絡演進的目標，而IMS是下一代網絡融合中的關鍵技術。重點介紹了標準組織3GPP、TISPAN定義的IMS網絡架構及基于IMS的NGN網絡架構及主要的研究問題，最后討論了網絡融合的目標和趨勢。

　　3.1IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)

　　IMS由提供IP多媒體業(yè)務、如話音、視頻、文本、聊天等所有架構在分組傳送網上的核心網單元構成，相關實體包括CSCF、MGCF、MRF等，參見第2節(jié)。

　　3.2PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)

　　PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)可為連接到IP網的傳統(tǒng)電話終端提供接入，這樣所有的PSTN/業(yè)務保持可用和一致，而終端用戶并不會意識到沒有連接到傳統(tǒng)的PSTN/ISDN網。

　　3.3流媒體子系統(tǒng)

　　隨著寬帶接入即使的成熟，網絡傳輸?shù)钠款i被打破和音頻、視頻的編解碼技術的進步，基于流媒體傳輸?shù)膽�用得到了越來越多的重視。流媒體子系統(tǒng)可為視頻點播、遠程教學、交互游戲等業(yè)務的應用和終端的接入。

　　3.4網絡附著子系統(tǒng)

　　網絡附著子系統(tǒng)主要提供IP地址分配、IP層的健全、網絡接入授權、接入網配置和IP層的位置管理等功能。

　　3.5資源準入控制子系統(tǒng)

　　RACS主要提供接納控制和關口控制功能(包含NAPT控制)。接納控制指根據(jù)運營商的具體策略規(guī)則和實際的資源，檢查接入網附著子系統(tǒng)保存的簽約數(shù)據(jù)的授權，即校對被請求的帶寬與預定的帶寬和用戶使用的帶寬是否一致。關口控制功能包括根據(jù)IP地址/端口進行分組包過濾、為上行和下行業(yè)務流進行資源分配和帶寬預約、NAPT功能、使用率和QoS的測量檢測等。

　　關于對引入IMS的研究，TISPAN和3GPP成立了聯(lián)合工作組來研究NGN-IMS的相關問題，其中熱點問題的包括以下兩個：

　　(1)在3GPP規(guī)范中，移動終端都配有UICC卡，其中包含了用戶的識別信息和一些加密和鑒權的算法，用戶可以通過AKA鑒權機制進行鑒權。TISPAN正在評估NGN終端是否也需要一個UICC卡，目前還沒有統(tǒng)一意見。

　　(2)TISPAN在NGN的Release1中將重用3GPP定義的業(yè)務引擎和規(guī)范，從而提供3GPP的各種業(yè)務，如Presence、Messaging、GROUPManagementand Conference等。3GPP中規(guī)定所有呼叫都使用URI標識，而TISPAN傾向于除電話以外的SIP呼叫都采用URI標識，因此這個問題還需進一步討論。關于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Message Relay功能，但3GPP目前沒有相應的規(guī)范。

　　此外，TISPAN的相關工作組也針對IMS的安全、計費、QoS等其他問題正在做進一步研究，以制定NGNRelease1規(guī)范系列，包括IMSRelease 6版本規(guī)范。

　　4、網絡融合

　　按照ITU-T最新發(fā)布的標準Y.2001對NGN的定義為：“NGN是一個基于分組的網絡，它能夠提供包括電信業(yè)務在內的各種業(yè)務并能夠利用多種帶寬、有QoS支持能力的傳送技術;能夠為用戶提供無限制接入到多個運營商;能夠支持普遍的移動性，確保用戶的一致性、普遍的業(yè)務提供能力�！币虼�，從網絡的角度來看，網絡融合應是NGN發(fā)展的趨勢和目標，其含義是通過不同的終端在任何時候、任何地點獲取信息和享受多樣化的業(yè)務。要達到這個目標，就要求網絡具有以下的特征。

　　(1)首先，應用層與控制層分離，以便獲得業(yè)務與用戶的物理位置具備無關性;

　　(2)其次，控制層與傳送層分離，便于呼叫或會話的控制獨立于承載的控制，可實現(xiàn)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，使得無論何種終端、何種接入方式都可以共享同一承載網絡，從而充分利用網絡資源，屏蔽網絡的復雜性。

　　應該看到，網絡融合是一個長期的過程，必須要綜合考慮保護現(xiàn)有網絡的投資，并且能夠保證新舊網絡之間的平滑過渡。而目前移動網和固定網還有各自的特殊需求和發(fā)展空間，短期內還無法直接通過一種網絡架構實現(xiàn)。因此現(xiàn)有的移動網絡和固定網絡應該是在網絡的演進中融合，而不是對現(xiàn)有網絡的融合。對于演進的目標網絡應具有以下特征，以符合最終網絡融合的要求。如圖3所示。

　　圖3 移動和固定網絡的發(fā)展

　　(1)承載和控制分離，網絡具有最大程度的可擴展性;

　　(2)應具有支持多業(yè)務的承載網絡，并能夠滿足高層業(yè)務對于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性，具有融合型業(yè)務的提供能力;

　　(5)具有開放的接口，可以提供第三方的業(yè)務平臺等。

　　根據(jù)網絡演進和融合的目標，對于移動網絡而言，將毫無疑問地按照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;對于固定網絡而言，可能會有兩個方向，即基于IMS的邏輯架構或者基于軟交換的具體設備形態(tài)。但是最終兩個網絡的發(fā)展方向將是一致的，未來的網絡必然是一個融合的網絡。隨著電信運營商之間的競爭日趨激烈和3G牌照的發(fā)放，移動網絡和固定網絡融合也必將成為我國未來幾年通信行業(yè)的重要發(fā)展趨勢。

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