基于IMS的固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )融合
糜正琨 2008/06/03
摘要：3GPP提出的IP多媒體子系統(IMS)技術(shù)體現了通信網(wǎng)和因特網(wǎng)技術(shù)的結合、下一代網(wǎng)絡(luò )和3G網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的結合，已受到通信界和信息技術(shù)界的廣泛認同，成為固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )融合的核心技術(shù)。其網(wǎng)絡(luò )融合綜合了互聯(lián)網(wǎng)IP技術(shù)、軟交換技術(shù)和蜂窩核心網(wǎng)技術(shù)，業(yè)務(wù)融合綜合了開(kāi)放式Parlay/OSA技術(shù)和WebServices技術(shù)，管理融合綜合了電信網(wǎng)管理、IP網(wǎng)絡(luò )管理和策略控制技術(shù)。面對互聯(lián)網(wǎng)的嚴峻挑戰，各個(gè)標準化組織正通力合作推進(jìn)IMS的發(fā)展，統一IMS、業(yè)務(wù)代理和有管理的P2P業(yè)務(wù)是進(jìn)一步研究的重要內容。
關(guān)鍵詞：IP多媒體子系統；網(wǎng)絡(luò )融合；業(yè)務(wù)融合
Abstract:IPMultimediaSubsystem(IMS) proposed by 3GPP embodies
an integration of communication network with Internet technology
and a fabrication of Next Generation Network (NGN) with 3G technology.
IMS has been widely acknowledged in telecom industry and Information
Technology (IT) as the core technology for Fixed-Mobile Convergence
(FMC). Network convergence is the integration of Internet IP,
SoftSwitch and cellular core network technology. Service convergence
is the synthesis of open Parlay/OSA technology and web service
technology. Management convergence is the interfusion of telecom
network, IP network management and policy control technology.
To cope with a grim challenge from Internet, all standardization
organizations are interacting to push forward the further development
of IMS. A unified IMS, proxy service and managed P2P service
are important subjects for further research.
Keywords:IPmultimediasubsystem; network convergence; service
convergence
基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目(60472105)
二十世紀末，隨著(zhù)Internet的飛速發(fā)展，通信業(yè)界改變了以ATM交換技術(shù)為基礎構建全球信息基礎設施的導向，確立了以IP路由技術(shù)為核心的下一代網(wǎng)絡(luò )(NGN)發(fā)展方向。固定通信網(wǎng)率先以VoIP為突破口，提出了軟交換組網(wǎng)技術(shù)和Parlay開(kāi)放式業(yè)務(wù)技術(shù)；IETF重用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)框架提出了IP網(wǎng)絡(luò )通信控制的會(huì )話(huà)啟動(dòng)協(xié)議(SIP)技術(shù)；以3GPP為代表的移動(dòng)通信界將上述技術(shù)和蜂窩移動(dòng)核心網(wǎng)技術(shù)結合起來(lái)，以實(shí)現多媒體業(yè)務(wù)為目標，提出了IP多媒體子系統(IMS)技術(shù)，很快受到通信界和信息技術(shù)界的廣泛認同，成為固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )融合(FMC)的核心技術(shù)，并沿著(zhù)未來(lái)信息通信網(wǎng)絡(luò )融合技術(shù)的定位方向不斷發(fā)展前進(jìn)。
1.IMS國際標準研究
3GPP采用和其他標準化組織密切合作的方式制訂IMS技術(shù)標準，并依靠各國通信界的協(xié)同不斷發(fā)展和完善(如表1所示)。其中，最重要的合作就是和IETF聯(lián)合開(kāi)發(fā)了IMS網(wǎng)絡(luò )的核心控制協(xié)議SIP[1]，共同研究SIP的擴展和應用。另一個(gè)重要的合作是和Parlay組織聯(lián)合開(kāi)發(fā)了支持開(kāi)放式業(yè)務(wù)提供的Parlay/開(kāi)放業(yè)務(wù)接入(OSA)應用程序接口(API)，將源于固定智能網(wǎng)結構開(kāi)放的Parlay技術(shù)引入IMS網(wǎng)絡(luò )的OSA結構[2]。最重要的協(xié)同就是ETSI的TISPAN研究組和ITU-T提出了IMS中融入固定接入的技術(shù)[3]，另一個(gè)重要的協(xié)同是OMA組織提出了許多基于IMS實(shí)現的業(yè)務(wù)規范和技術(shù)[4]。
3GPP依照UMTS 3G移動(dòng)通信系統的系列標準版本定義了IMS的分階段演進(jìn)計劃[5]，如表2所示。其中，2002年完成的R5是第一個(gè)全IP移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )標準，它將核心網(wǎng)歸為一個(gè)統一的基于IP的分組(PS)域，具有服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證，能夠提供各種類(lèi)型的多媒體增值業(yè)務(wù)，其核心技術(shù)標準就是IMS。R6進(jìn)一步完善IMS接口和功能，增加對于WLAN的接入支持，并研究IMS域的計費和QoS控制技術(shù)。R7融合TISPAN關(guān)于NGN的研究標準，增加對于xDSL接入技術(shù)的支持，提出策略控制與計費(PCC)技術(shù)以及WLAN/3G語(yǔ)音連續通信的話(huà)音連接連續(VCC)技術(shù)。正在研究中的R8將協(xié)同各個(gè)標準化組織的工作，研究支持組合業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)代理技術(shù)以及下一步的統一IMS架構。
2.以IMS為核心的FMC技術(shù)
按照上述思想提出的IMS分層網(wǎng)絡(luò )結構如圖1所示，圖1演示出了不同標準版本的演進(jìn)過(guò)程。底層為以IPv4/IPv6為核心技術(shù)的傳送層，包括話(huà)音、視頻、數據等各種媒體在內的數據流既可經(jīng)由2G/3G移動(dòng)網(wǎng)接入技術(shù)接入網(wǎng)絡(luò )，也可經(jīng)由Wi-Fi、DSL等固定網(wǎng)寬帶接入技術(shù)接入網(wǎng)絡(luò )，但所有媒體流均以IP分組的形式在網(wǎng)絡(luò )中傳輸，網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商構建統一的IP寬帶網(wǎng)絡(luò )為所有用戶(hù)服務(wù)，體現了以IP為核心的網(wǎng)絡(luò )融合。上層為以信息技術(shù)為核心的業(yè)務(wù)/應用層，業(yè)務(wù)運營(yíng)商通過(guò)部署在各類(lèi)應用服務(wù)器中的業(yè)務(wù)邏輯向端用戶(hù)提供增值業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)提供獨立于用戶(hù)的接入技術(shù)，體現了以信息與通信技術(shù)(ICT)為核心的業(yè)務(wù)融合，并通過(guò)API調用融合通信網(wǎng)的能力。中間層就是以SIP為核心技術(shù)的IMS控制層，向下對傳送層的IP多媒體通信進(jìn)行呼叫控制和管理，向上為業(yè)務(wù)應用層提供調用通信網(wǎng)能力的開(kāi)放式接口，實(shí)現業(yè)務(wù)層和網(wǎng)絡(luò )層的分離，支持獨立于網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商的業(yè)務(wù)運營(yíng)商的形成，體現了多媒體業(yè)務(wù)的融合控制與管理。
2.1 網(wǎng)絡(luò )融合技術(shù)
IMS網(wǎng)絡(luò )融合的基本思想是將互聯(lián)網(wǎng)IP技術(shù)、源于固定網(wǎng)演進(jìn)的軟交換技術(shù)和移動(dòng)核心網(wǎng)技術(shù)有機地結合起來(lái)，實(shí)現固定和移動(dòng)通信網(wǎng)融合的目標。
首先，IMS鑒于VoIP的成功應用，在承載層摒棄了長(cháng)期以來(lái)在傳統電信網(wǎng)中占主導地位的電路交換(CS)域，采用基于IP技術(shù)的單一的PS域傳輸各種媒體和信令數據流，即首次提出在通信網(wǎng)中采用全IP承載網(wǎng)絡(luò )，使之成為通信網(wǎng)融合的底層基礎。
其次，在業(yè)務(wù)組網(wǎng)上繼承蜂窩移動(dòng)通信系統特有的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，沿用原籍網(wǎng)絡(luò )和訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò )的概念，繼續采用擴展的移動(dòng)性管理技術(shù)以及集中設置的網(wǎng)絡(luò )數據庫支持用戶(hù)漫游和切換。在2G網(wǎng)絡(luò )歸屬位置寄存器(HLR)的基礎上擴展形成IMS至關(guān)重要的網(wǎng)元原籍用戶(hù)服務(wù)器(HSS)，存儲包括位置信息、認證授權信息、用戶(hù)文檔以及歸屬SIP服務(wù)器在內的處理多媒體會(huì )話(huà)所需的各種用戶(hù)信息。因此，IMS系統在靈活提供IP多媒體業(yè)務(wù)的同時(shí)仍保持移動(dòng)通信的所有特點(diǎn)，體現了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和Internet技術(shù)的有機結合。
另外，在異構網(wǎng)絡(luò )互通和異構終端接入上借鑒軟交換組網(wǎng)技術(shù)，通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)現與傳統固定及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的互通，設有信令網(wǎng)關(guān)(SGW)、媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)、媒體網(wǎng)關(guān)控制器(MGCF)等網(wǎng)元，而且在MGCF和MGW也采用IETF和ITU-T共同制訂的H.248協(xié)議。在用戶(hù)接入側，通過(guò)相應接入網(wǎng)關(guān)和服務(wù)器的設置，不但可以接入移動(dòng)終端，也可以接入固定電話(huà)終端、多媒體終端、PC機等，接入方式不限于蜂窩射頻接口，也可以是無(wú)線(xiàn)的WLAN、WiMAX，或者是有線(xiàn)的LAN、DSL、同軸電纜等技術(shù)。因此，IMS系統不但適用于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，同樣也適用于固定網(wǎng)絡(luò )，這充分體現了固定/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的融合。
同時(shí)，IMS借鑒通信網(wǎng)的交換控制技術(shù)，在IP承載層之上引入了集中的呼叫/會(huì )話(huà)控制層。但是由于其下層已不是傳統的電路交換網(wǎng)，而是IP分組網(wǎng)，因此IMS不再采用電信網(wǎng)信令，而是最大限度地重用Internet技術(shù)和協(xié)議。控制信令放棄使用ITU-T定義的在綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)(ISDN)信令基礎上開(kāi)發(fā)的成熟的H.323協(xié)議簇，選用了雖然并未成熟然而在技術(shù)上卻簡(jiǎn)單而又易于擴展的SIP協(xié)議。其核心網(wǎng)元呼叫會(huì )話(huà)控制功能(CSCF)相當于SIP代理服務(wù)器，除了完成SIP消息轉發(fā)功能以外，還負責多媒體通信的呼叫控制。關(guān)于SIP消息的路由，對于SIP終端用戶(hù)，重用域名系統(DNS)協(xié)議進(jìn)行地址解析；對于使用傳統電話(huà)號碼的終端用戶(hù)，重用IETF開(kāi)發(fā)的電話(huà)號碼映射(ENUM)協(xié)議進(jìn)行地址解析。由于大部分網(wǎng)絡(luò )接口采用的都是Internet協(xié)議，因此，IMS系統不但支持3G用戶(hù)之間基于IP網(wǎng)絡(luò )的多媒體通信，而且也能毫無(wú)困難地支持3G用戶(hù)和Internet用戶(hù)之間的通信。
2.2 業(yè)務(wù)融合技術(shù)
業(yè)務(wù)融合是IMS更高層次的融合，也是對于未來(lái)異構信息通信網(wǎng)絡(luò )更為重要的深層次的融合。從網(wǎng)絡(luò )平滑演進(jìn)的角度考慮，IMS支持3種業(yè)務(wù)提供方式。
第一種方式是繼續重用固定和移動(dòng)智能網(wǎng)技術(shù)，由業(yè)務(wù)控制點(diǎn)(SCP)提供網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商的簽約智能業(yè)務(wù)，以保證融合網(wǎng)絡(luò )仍然能提供原來(lái)網(wǎng)絡(luò )中的所有增值業(yè)務(wù)。其技術(shù)上的更新只是原來(lái)始終和交換機位于一體的業(yè)務(wù)交換功能(SSF)和CSCF分離，成為獨立的IM-SSF。
第二種方式是重用SIP網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)技術(shù)。由于IMS控制層采用的是SIP協(xié)議，因此很自然地可以通過(guò)設置各種SIP服務(wù)器，利用互聯(lián)網(wǎng)中廣泛使用的公共網(wǎng)關(guān)接口(CGI)、Servlet、JavaBean、呼叫處理語(yǔ)言(CPL)等技術(shù)，向用戶(hù)提供各種業(yè)務(wù)應用。
第三種方式稱(chēng)之為Parlay/OSA業(yè)務(wù)架構，即重用已經(jīng)在軟交換網(wǎng)絡(luò )中應用的Parlay技術(shù)，通過(guò)和Parlay組織的密切合作，聯(lián)合開(kāi)發(fā)調用IMS網(wǎng)絡(luò )能力的API，實(shí)現基于A(yíng)PI的開(kāi)放式業(yè)務(wù)提供，由業(yè)務(wù)層的OSA應用服務(wù)器(AS)提供業(yè)務(wù)應用。這些應用服務(wù)器既可以屬于網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商，也可以屬于獨立的第三方業(yè)務(wù)運營(yíng)商，從而使通信網(wǎng)由封閉的網(wǎng)絡(luò )成為開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )，使業(yè)務(wù)層和網(wǎng)絡(luò )控制層真正分離。尤其是，3GPP又針對常用的API定義了Web
Services接口，使得IMS業(yè)務(wù)應用可以方便地和互聯(lián)網(wǎng)中的Web服務(wù)相結合，實(shí)現通信網(wǎng)和Internet的業(yè)務(wù)融合。因此，Parlay/OSA代表了IMS的發(fā)展方向，是業(yè)務(wù)融合的核心技術(shù)。
2.3 管理融合技術(shù)
IMS在業(yè)務(wù)管理和運營(yíng)管理上，充分重用電信網(wǎng)的運營(yíng)支撐系統(OSS)和業(yè)務(wù)支撐系統(BSS)技術(shù)；在網(wǎng)絡(luò )管理上借鑒IP網(wǎng)絡(luò )接入認證技術(shù)和安全技術(shù)；在QoS控制和計費上提出了基于策略控制的PCC技術(shù)。
3.IMS面臨互聯(lián)網(wǎng)的挑戰
由于互聯(lián)網(wǎng)應用的快速擴張，技術(shù)的不斷更新，尤其是理念的沖突，使得IMS正受到互聯(lián)網(wǎng)的嚴峻挑戰。
首先，互聯(lián)網(wǎng)的應用直接架構在網(wǎng)絡(luò )層之上，通常采用結構瀏覽器/客戶(hù)/服務(wù)器(B/C/S)，業(yè)務(wù)提供依賴(lài)于服務(wù)器和終端智能，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò )控制層的概念，其基本思想是網(wǎng)絡(luò )應盡可能簡(jiǎn)單，以確保其可擴展性。因此，互聯(lián)網(wǎng)人士認為IMS和傳統電話(huà)網(wǎng)沒(méi)有本質(zhì)的差別，只是承載層換成IP形式而已，甚至認為IMS最終將由于不堪自身重負而告失敗。
其次，互聯(lián)網(wǎng)始終強調內容為王，認為連接是網(wǎng)絡(luò )必須提供的基本功能，網(wǎng)絡(luò )應該通過(guò)和內容提供商的合作，通過(guò)附著(zhù)在內容后面的廣告等后端服務(wù)贏(yíng)利，而不是依靠連接贏(yíng)利。有些IT業(yè)主流企業(yè)甚至提出網(wǎng)絡(luò )中立說(shuō)[6]，即網(wǎng)絡(luò )是信息社會(huì )的公共資源，應該公平地提供給內容服務(wù)商。他們淡化運營(yíng)商的角色，不重視運營(yíng)管理、計費管理等技術(shù)，而這恰恰是IMS的重要技術(shù)之一。
更為嚴重的是，近年來(lái)市場(chǎng)上迅猛發(fā)展的P2P業(yè)務(wù)對IMS構成了直接的威脅[7]。P2P是應用層面的自組織技術(shù)，依賴(lài)于計算終端的協(xié)同合作可在網(wǎng)絡(luò )帶寬并不十分寬裕的條件下獲得所需的服務(wù)。它擺脫了對于集中式網(wǎng)絡(luò )基礎設施的依賴(lài)，完全不需要IMS控制層的干預。雖然，P2P業(yè)務(wù)消耗了大量的網(wǎng)絡(luò )資源，存在尚未解決的安全、知識產(chǎn)權等問(wèn)題，然而這項創(chuàng )新技術(shù)已經(jīng)獲得許多客戶(hù)，特別是年輕群體的認同，是不可忽視的技術(shù)發(fā)展方向。
IMS必須在這樣的挑戰性環(huán)境中確定其定位，尋求其發(fā)展的方向。
4.IMS技術(shù)的發(fā)展方向
無(wú)論從技術(shù)上還是應用目標上說(shuō)，IMS首先是一個(gè)FMC技術(shù)。因此，首要考慮的是如何將IMS技術(shù)和NGN結合起來(lái)，支持多種接入，特別是固定接入技術(shù)。需要解決的問(wèn)題包括：固定終端接入時(shí)的地址穿越，業(yè)務(wù)邊界控制設備(SBC)技術(shù)，不同類(lèi)型終端的認證鑒權，移動(dòng)終端漫游管理和固定終端游牧管理，基于域名的路由機制等。各國提出了不少解決方案，其研究歸口于TISPAN和ITU-T。
經(jīng)過(guò)多年的探索，業(yè)界取得共識網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)必須基于業(yè)務(wù)驅動(dòng)的策略。必須指出的是，雖然基于SIP技術(shù)的IMS支持的業(yè)務(wù)從語(yǔ)音業(yè)務(wù)擴展到了寬帶多媒體業(yè)務(wù)，然而其控制機理本質(zhì)上還是源于傳統電信網(wǎng)，因此它最適合于提供的還是諸如VoIP、集群話(huà)音、集群視頻等實(shí)時(shí)會(huì )話(huà)型業(yè)務(wù)，諸如Web、電子商務(wù)等純數據型業(yè)務(wù)并不適合由IMS提供，其他許多有前景的業(yè)務(wù)，如流媒體業(yè)務(wù)、IPTV、消息類(lèi)業(yè)務(wù)等的確IMS已提出或正在積極研究其提供方法，但是已有其他的非IMS提供方式。因此，切不要認為IMS是包羅萬(wàn)象的，更確切地說(shuō)，IMS是電信界提出的網(wǎng)絡(luò )融合技術(shù)，考慮得更多的必然就是和傳統電信業(yè)務(wù)模式類(lèi)似的業(yè)務(wù)。為了使IMS在未來(lái)融合的信息通信網(wǎng)絡(luò )中繼續保持其重要的地位，在積極研究擴大IMS業(yè)務(wù)能力的同時(shí)，必須研究新的體系結構既能夠包容IMS型業(yè)務(wù)，也能夠包容非IMS型業(yè)務(wù)，由此形成融合的開(kāi)放式的業(yè)務(wù)平面。這就是熱點(diǎn)研究之中的業(yè)務(wù)代理技術(shù)，實(shí)際上就是架構在IMS之上的綜合業(yè)務(wù)平臺，如圖2所示。它至少能夠提供4大類(lèi)業(yè)務(wù)：IMS類(lèi)業(yè)務(wù)、消息類(lèi)業(yè)務(wù)、流媒體業(yè)務(wù)、Web業(yè)務(wù)以及它們的組合，也就是說(shuō)，除了IMS系統的SIP協(xié)議和API以外，業(yè)務(wù)平臺還應能支持其他眾多的非IMS系統協(xié)議和接口，由此構成融合的業(yè)務(wù)層。IMS系統是其中的一個(gè)重要組成部分，擔負起通信網(wǎng)絡(luò )的融合重任。
目前各個(gè)標準化組織正通力合作推進(jìn)統一IMS的研究，也就是在原來(lái)基于SIP協(xié)議的核心IMS的基礎上，擴展其他接口和協(xié)議，支持各種接入方式和網(wǎng)絡(luò )互通，組合各種業(yè)務(wù)提供方式，使之真正成為信息通信網(wǎng)絡(luò )融合的基礎。已同意該項研究歸總于3GPP，即現在剛剛起步的R8研究。
最后需要強調的一點(diǎn)是，IMS的優(yōu)勢在于它是一個(gè)安全可靠、具有服務(wù)質(zhì)量保證的網(wǎng)絡(luò )系統，這正是通信網(wǎng)區別于互聯(lián)網(wǎng)的重要特點(diǎn)，因此，IMS必須繼續十分重視融合管理技術(shù)的研究，確保基于IMS的網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)可運營(yíng)、可管理和可贏(yíng)利的網(wǎng)絡(luò )。對于P2P這樣典型的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)模式，雖然其發(fā)展勢頭十分迅猛，但是人們也意識到了其中存在的嚴重的安全問(wèn)題和網(wǎng)絡(luò )擴展性的問(wèn)題，通信界已改變簡(jiǎn)單的圍堵思路，開(kāi)始將P2P引入通信網(wǎng)，研究有管理的P2P業(yè)務(wù)技術(shù)，并已提出基于IMS的P2P管理架構和技術(shù)。
5.結束語(yǔ)
IMS由通信界提出，其直接目標是支持固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )融合，長(cháng)遠目標是支持范圍更廣的信息通信網(wǎng)絡(luò )融合。融合技術(shù)包括基于IP的融合承載層、基于SIP的融合控制層和基于A(yíng)PI的融合業(yè)務(wù)層，其中業(yè)務(wù)融合是最為重要的。其區別于互聯(lián)網(wǎng)融合的一個(gè)重要特點(diǎn)是，IMS融合網(wǎng)絡(luò )應是一個(gè)具有服務(wù)質(zhì)量保證的可靠可信的網(wǎng)絡(luò )。但是IMS的發(fā)展不應局限于SIP控制協(xié)議和API業(yè)務(wù)提供模式，不但要支持各種接入技術(shù)，更要包容各種控制協(xié)議和業(yè)務(wù)接口，支持多種業(yè)務(wù)模式。統一IMS體現了以IMS為基礎探索未來(lái)信息網(wǎng)絡(luò )融合的研究方向。
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NY, USA: ACM, 2004: 107-120.
作者簡(jiǎn)介：
糜正琨，南京郵電大學(xué)通信與信息工程學(xué)院教授、博士生導師，中國通信學(xué)會(huì )會(huì )士。目前主要研究方向是下一代網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和異構網(wǎng)絡(luò )融合技術(shù)。曾獲江蘇省科技進(jìn)步二等獎一項，信息產(chǎn)業(yè)部科技進(jìn)步二等獎和三等獎各一項，已發(fā)表SCI、EI收錄論文30余篇，出版專(zhuān)著(zhù)和國家級教材8部，申請國家發(fā)明專(zhuān)利4項。
通信世界網(wǎng)(www.cww.net.cn)
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