固網(wǎng)接入IMS的解決方案

2008/01/21

圖1　TISPAN NGN-IMS架構

　　2、固網(wǎng)接入IMS的核心控制功能架構

　　在IMS支持的固網(wǎng)接入方式下，位于控制平面的RACS和NASS兩個(gè)子系統有效地實(shí)現了業(yè)務(wù)控制與傳送功能相分離，向下感知傳送網(wǎng)絡(luò )的資源使用情況，為上層應用提供接口。通過(guò)資源接納控制，確保正確合理地使用傳送網(wǎng)絡(luò )資源，從而保證業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)，并防止帶寬和業(yè)務(wù)被盜用的現象發(fā)生。

　　2.1　NASS

　　2.1.1　NASS總體描述

　　NASS實(shí)現IP地址分配、傳送層的認證和授權、接入網(wǎng)配置、位置信息的管理等功能，在移動(dòng)或者游牧的場(chǎng)景下，NASS負責控制終端的接入，完成對用戶(hù)附著(zhù)于接入網(wǎng)絡(luò )的管理。NASS的基本架構[4]如圖2所示，由網(wǎng)絡(luò )接入配置功能(NACF)、接入管理功能(AMF)、連接會(huì )話(huà)定位與存儲功能(CLF)等邏輯功能單元組成。

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圖2　網(wǎng)絡(luò )附著(zhù)子系統結構

　　NASS提供的是接入層的注冊功能，UE接入到NGN服務(wù)時(shí)對其初始化。NASS提供網(wǎng)絡(luò )級的標識信息和鑒權方式，并且管理接入網(wǎng)的IP地址空間，為用戶(hù)提供NGN上層業(yè)務(wù)應用層IMS的接入點(diǎn)信息，即P-CSCF的標識。

　　2.1.2　NASS功能單元組成

　　(1)NACF

　　NACF負責為UE分配IP地址，并提供UE所需要的其他網(wǎng)絡(luò )配置參數，如域名服務(wù)器(DNS)地址，上層業(yè)務(wù)接入點(diǎn)地址等。

　　(2)AMF

　　AMF負責翻譯UE的接入請求，將UE的IP地址分配請求以及網(wǎng)絡(luò )配置參數請求轉發(fā)至NACF，將用戶(hù)鑒權請求轉發(fā)給用戶(hù)接入鑒權功能(UAAF)，反向則將來(lái)自NACF或UAAF的響應轉發(fā)給UE。

　　(3)CLF

　　CLF不但登記UE所分配的IP地址以及NACF提供的相關(guān)網(wǎng)絡(luò )定位地址信息、地理位置信息，并對這些信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)，而且還存儲用戶(hù)標識、用戶(hù)的QoS清單、用戶(hù)的位置信息隱私權設置，并向上層業(yè)務(wù)提供位置查詢(xún)功能。

　　(4)用戶(hù)接入授權功能(UAAF)

　　UAAF提供用戶(hù)鑒權、授權核查功能。基于用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )清單，以接入網(wǎng)絡(luò )。UAAF也收集用于計費的賬務(wù)數據。

　　(5)清單數據庫功能(PDBF)

　　PDBF存儲用戶(hù)鑒權數據(如用戶(hù)標識、支持的鑒權方法清單和鑒權密鑰)以及與網(wǎng)絡(luò )接入配置相關(guān)的信息。

　　(6)客戶(hù)網(wǎng)關(guān)配置功能(CNGCF)

　　CNGCF在初始化或升級時(shí)使用，為客戶(hù)網(wǎng)關(guān)(CNG)提供額外的配置信息，如防火墻配置、IP包的QoS標記等。

　　2.2　RACS

　　2.2.1　RACS總體描述

　　RACS是NGN的組成部分之一，將業(yè)務(wù)層的資源需求與網(wǎng)絡(luò )承載層的資源分配相關(guān)聯(lián)，主要完成策略控制、資源預留、接納控制、網(wǎng)絡(luò )地址轉換(NAT)和防火墻穿越等功能。RACS通過(guò)一系列策略為應用提供基于傳輸的控制服務(wù)，只要該應用支持RACS接口，RACS就能保證任意應用能夠請求到與其服務(wù)相匹配的傳輸資源。同時(shí)，RACS為運營(yíng)商提供多種不同接納控制的方法，并設置各自的承載服務(wù)策略。RACS為各種服務(wù)提供獲得網(wǎng)絡(luò )資源的方法，使得用戶(hù)終端可以獲得所提供服務(wù)，其總體功能結構如圖3所示[5]。

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圖3　RACS的總體功能結構

　　NGN服務(wù)層包含應用功能(AF)，它提供了IP承載資源的控制請求服務(wù)，例如IMS中的AF即是P-CSCF和I-BCF。RACS總體功能結構中各個(gè)功能模塊的作用如下：

　　(1)基于業(yè)務(wù)的策略決策功能(SPDF)基于A(yíng)F的請求選擇本地策略，決定如何支持該請求;

　　(2)接入資源準入控制功能(A-RACF)從SPDF、接收請求，決定接受或拒絕對傳送資源的請求;

　　(3)源控制執行功能(RCEF)是A-RACF的策略執行單元，A-RACF根據運營(yíng)商定義的本地策略以及初始門(mén)限設置等，生成初始傳輸策略，并在RECF安裝傳輸策略;

　　(4)二層終結點(diǎn)功能(L2TF)是接入網(wǎng)中CPE二層流量的終結點(diǎn)，RECF和L2TF是兩個(gè)不同的功能實(shí)體，但是常常組合成一個(gè)接入網(wǎng)絡(luò )中的物理實(shí)體IP Edge;

　　(5)邊界網(wǎng)關(guān)功能(BGF)是一個(gè)包到包的網(wǎng)關(guān)，也是策略執行單元。BGF在SPDF的控制下完成網(wǎng)絡(luò )地址轉換、門(mén)控、QoS標記、帶寬限制、使用測量以及資源同步功能。

　　2.2.2　RACS功能單元組成

　　(1)SPDF

　　SPDF是基于服務(wù)的策略決策控制(SBP)的一個(gè)邏輯實(shí)體。SPDF用網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商定義的策略規則進(jìn)行策略決策。基于決策結果，AF將資源請求發(fā)送至A-RACF和BGF。最終的決策響應送回請求的AF。

　　(2)接入資源準入控制功能(A-RACF)

　　A-RACF的主要功能包括準入控制(AC：Admission Control)和網(wǎng)絡(luò )策略集成(NPA：Network Policy Assembly)。A-RACF通過(guò)Rq參考點(diǎn)接受SPDF的QoS請求，并核對該QoS請求信息是否可以提供，同時(shí)將結果反饋給SPDF。A-RACF將確保SPDF的請求和接入策略匹配，對來(lái)自SPDF的請求進(jìn)行綁定，保證該請求與具體的接入相匹配。

　　3、固網(wǎng)接入具體流程

　　NASS和RACS的設計理念更加強調“業(yè)務(wù)系統對傳送層的控制”，這將成為NGN傳送層的主要特點(diǎn)之一，可以通過(guò)接納控制防止接入過(guò)多的業(yè)務(wù)而損害現有的業(yè)務(wù)質(zhì)量。IMS幾乎可以實(shí)現目前所有的電信業(yè)務(wù)，包括基本的語(yǔ)音業(yè)務(wù)、補充業(yè)務(wù)、下載類(lèi)業(yè)務(wù)、流媒體業(yè)務(wù)以及其他多媒體業(yè)務(wù)。固定運營(yíng)商出于網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)和業(yè)務(wù)的需要，通過(guò)IMS網(wǎng)絡(luò )向固定寬帶用戶(hù)(例如ADSL用戶(hù))提供VoIP業(yè)務(wù)。下面以VoIP業(yè)務(wù)為例，介紹固網(wǎng)接入IMS的具體消息流程和涉及的NASS、RACS等相關(guān)實(shí)體對VoIP業(yè)務(wù)的接納控制功能。

　　3.1　VoIP用戶(hù)附著(zhù)接入網(wǎng)過(guò)程

　　一個(gè)VoIP用戶(hù)終端應該具有普通電話(huà)的功能，即可以撥打電話(huà)和接聽(tīng)電話(huà)，此外還要具有播放來(lái)電振鈴功能、撥號功能，以及呼叫保持、呼叫前轉和呼叫轉移等功能。IMS可以感知VoIP用戶(hù)的接入網(wǎng)位置、在話(huà)單中攜帶業(yè)務(wù)以及歸屬地和拜訪(fǎng)地標識，計費系統可以根據這些內容對業(yè)務(wù)漫游計費。圖4即為VoIP用戶(hù)的附著(zhù)接入網(wǎng)過(guò)程。

圖4　注冊用戶(hù)附著(zhù)接入網(wǎng)過(guò)程

　　具體步驟為：

　　(1)NASS接受VoIP用戶(hù)設備承載資源的請求;

　　(2)NASS發(fā)送Access-Profile-Push以通知NACF;

　　(3)A-RACF基于運營(yíng)商定義的本地策略和收到的來(lái)自NASS的消息，決定傳輸策略是否需要被加載或者修改;

　　(4)A-RACF請求RCEF加載傳輸策略(取決于步驟3);

　　(5)RCEF確認加載傳輸策略(取決于步驟4)。

3.2　NASS分配用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )清單消息過(guò)程

　　接入網(wǎng)具有根據業(yè)務(wù)分配鏈路資源、控制接入網(wǎng)的QoS、指定終端接入IMS的入口點(diǎn)等特點(diǎn)。在UE接入流程中，一旦注冊用戶(hù)附著(zhù)在網(wǎng)絡(luò )上，NASS便動(dòng)態(tài)地向RACS提供VoIP接入用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )清單消息。NASS發(fā)送的注冊用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )清單可包括如下三類(lèi)消息：VoIP用戶(hù)附著(zhù)消息，攜帶用戶(hù)ID、物理接入ID、邏輯接入ID、接入網(wǎng)絡(luò )類(lèi)型和全球惟一IP地址;QoS清單消息，攜帶上行服務(wù)類(lèi)型、下行服務(wù)類(lèi)型、上行注冊帶寬、下行注冊帶寬、最大優(yōu)先級、媒體類(lèi)型和請求名稱(chēng);初始門(mén)限設置，攜帶允許目的地清單、上行默認帶寬、下行默認帶寬等。圖5即為NASS向RACS分配接入用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )清單信息的信息流[6]。

圖5　NASS分配用戶(hù)清單消息流

　　具體步驟為：

　　(1)網(wǎng)絡(luò )附著(zhù)過(guò)程中UE將被鑒權。這一階段是基于用戶(hù)清單的接入鑒權。用戶(hù)具體的配置清單，例如QoS，可以被從歸屬NGN網(wǎng)絡(luò )中下載到拜訪(fǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )(從UAAF服務(wù)器到UAAF代理);

　　(2)為UE提供動(dòng)態(tài)IP地址和IP配置信息。NACF負責分配IP配置信息;

　　(3)CNGCF配置CNG參數;

　　(4)TISPAN NGN服務(wù)子系統從CLF獲得位置信息。位置信息的主要參數為用戶(hù)標識符和NASS分配給UE的IP地址。

　　3.3　RACS進(jìn)行接納控制過(guò)程

　　VoIP注冊用戶(hù)附著(zhù)在網(wǎng)絡(luò )上后，NASS通過(guò)e4接口向RACS中的A-RACF通知用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )清單等信息，并作為處理資源分配請求的參考。

　　VoIP的業(yè)務(wù)資源需求由兩個(gè)因素決定：每個(gè)呼叫的帶寬需求(平均碼率)和單位時(shí)間的呼叫數量。其中，后者是由用戶(hù)的數量、活躍程度和網(wǎng)絡(luò )訪(fǎng)問(wèn)模式?jīng)Q定的。SPDF收到AF的請求后，向A-RACF提供用戶(hù)ID或IP地址、請求者的名稱(chēng)/服務(wù)類(lèi)別、媒體描述以及服務(wù)優(yōu)先級等消息。

　　當收到來(lái)自SPDF的資源請求后，A-RACF便按照其事先從NASS收到的用戶(hù)接入清單進(jìn)行鑒別。如果A-RACF核對從SPDF收到的QoS請求信息可以提供，即接受該請求，并且A-RACF在RCEF中加載該傳輸策略。RCEF實(shí)施A-RACF傳送過(guò)來(lái)的二層/三層媒體流策略，完成門(mén)控、QoS標記、帶寬限制等功能。如圖6即為AF請求資源時(shí)的具體消息流[7]。

圖6　資源請求過(guò)程

　　具體步驟為：

　　(1)AF生成會(huì )話(huà)初始化請求;

　　(2)AF發(fā)送業(yè)務(wù)請求信息給SPDF;

　　(3)SPDF給這個(gè)請求授權，包括驗證AF發(fā)出的資源請求是否與SPDF中運營(yíng)商定義的本地策略相匹配;

　　(4)如果業(yè)務(wù)請求被授權，SPDF用本地策略和請求中攜帶的參數來(lái)決定怎樣處理請求。它可以發(fā)送Resource-Req給A-RACF，并發(fā)送bgf—Req給BGF;

　　(5)A-RACF把來(lái)自SPDF的請求映射到內部網(wǎng)絡(luò )拓撲。A-RACF基于接入網(wǎng)策略執行授權和接入控制，同時(shí)決定傳輸策略是否加載到RCEF;

　　(6)A-RACF請求RCEF加載策略;

　　(7)RCEF確認傳輸策略的加載(取決于步驟6);

　　(8)如果資源被預留，A-RACF發(fā)送Resource-Cnf以通知SPDF;

　　(9)SPDF把資源請求發(fā)送給合適的BGF;

　　(10)BGF執行請求的VoIP業(yè)務(wù)(例如分配必要的資源以加入RTP中繼功能)，并且將相應的操作通知SPDF;

　　(11)SPDF把結果響應轉發(fā)給AF。

　　以上描述了通過(guò)固網(wǎng)接入IMS的過(guò)程中VoIP業(yè)務(wù)的接納控制消息流程。VoIP對IMS網(wǎng)絡(luò )的QoS提出了非常嚴格的要求。接納控制是防止網(wǎng)絡(luò )過(guò)載而造成QoS下降的重要手段。VoIP用戶(hù)發(fā)起業(yè)務(wù)請求之后，承載控制層實(shí)現基于呼叫接納控制技術(shù)的動(dòng)態(tài)QoS機制，可以適當地實(shí)現節約帶寬、改善用戶(hù)體驗以及降低設備和運營(yíng)成本的目的。

　　4、結語(yǔ)

　　綜上所述，IMS是與接入方式無(wú)關(guān)的控制層網(wǎng)絡(luò )，因此IMS不僅可以用在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )，也可以延伸到固定網(wǎng)絡(luò )。比較固定接入網(wǎng)和移動(dòng)接入網(wǎng)的特點(diǎn)會(huì )發(fā)現，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )對于接入網(wǎng)的控制機制非常完備，而固定接入網(wǎng)中的用戶(hù)鑒權、資源分配、接入網(wǎng)定位、計費采集點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)監控等還需要不斷的探索和研究。同時(shí)還需對固定終端的用戶(hù)標志和鑒權認證方式進(jìn)行擴展。因此，在固定接入網(wǎng)中制定NASS和RACS子系統的標準并替換和升級原有的接入網(wǎng)控制設備都將是一項長(cháng)期的工程。

　　參考文獻

1. 3GPP TS 23.228 V8.0.0.IP Multimedia Subsystem(IMS),Stage 2.2007


2. ETSI TS 182 006 V1.1.1.IP Multimedia Subsystem(IMS)，Stage 2 description　(3GPP TS 23.228 v7.2.0，　modified)IMS stage 2　Endorsement.2006


3. ETSI TS 180 002 V0.3.0.NGN Release 2.Release definition NGN R1.2007


4. ETSI ES 282 004 V 1.1.1.NGN Functional Architecture. Network　Attachment Sub-System(NASS).2006


5. ETSI ES 182 019 V0.3.3 Resource and Admission Control Subsystem (RACS).Functional Architecture，Release 2,2007


6. ETSI ES 283 035 V1.1.1.Network Attachment. Sub-System(NASS).e2 interface based on the DIAMETER protocol.2006


7. ETSI ES 183 048 V0.0.6.Resource & Admission Control System (RACS).Protocol Signalling flows specification，RACS Stage 3.2007

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