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移動(dòng)通信網(wǎng)引入IMS的相關(guān)探討

2007/03/09

　　一、IMS概述

　　IMS(IPMultimediaSubsystem)是3GPP在Release5版本中提出的支持IP多媒體業(yè)務(wù)的子系統(tǒng)，它的核心特點(diǎn)是采用SIP協(xié)議和與接入的無(wú)關(guān)性。IMS是一個(gè)在PS域上面的多媒體控制/呼叫控制平臺(tái)，支持會(huì)話類和非會(huì)話類多媒體業(yè)務(wù)，為未來(lái)的多媒體應(yīng)用提供一個(gè)通用的業(yè)務(wù)使能平臺(tái)，它是向All IP Network業(yè)務(wù)提供體系演進(jìn)的一步。

二、為什么要引入IMS

　　為什么移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商需要部署建設(shè)IMS這個(gè)新的核心網(wǎng)絡(luò)?IMS給用戶帶來(lái)了什么樣的新業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)體驗(yàn)?回答這個(gè)問(wèn)題的最好方法就是將IMS與現(xiàn)有的CS、PS核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)比。

　　CS域主要提供端到端的語(yǔ)音、可視電話和短消息等業(yè)務(wù)，隨著運(yùn)營(yíng)商間競(jìng)爭(zhēng)的加劇，這些基本業(yè)務(wù)變得越來(lái)越普通，需要通過(guò)新的差異化業(yè)務(wù)來(lái)吸引用戶。PS域引入了IP傳輸和“永遠(yuǎn)在線”的能力，提供了新的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，例如MMS，內(nèi)容瀏覽等，但這些基于IP的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)卻因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)帶寬、終端限制、貧乏的用戶體驗(yàn)、不明朗的計(jì)費(fèi)等因素而沒(méi)有得到成功的應(yīng)用。

　　而IMS是專為實(shí)時(shí)的、端到端的移動(dòng)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)的，例如richCAll、videotelephony，IMS通過(guò)一些關(guān)鍵性技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些端到端的通信業(yè)務(wù)，這些技術(shù)包括：會(huì)話協(xié)商和管理、QoS管理、移動(dòng)性管理等。同時(shí)，IMS使得運(yùn)營(yíng)商還可以提供一些非實(shí)時(shí)性的端到端業(yè)務(wù)，例如chat、IM；多方業(yè)務(wù)，multimediaconferencing、chat rooms；服務(wù)器到用戶的業(yè)務(wù)，dynamic push services、click to dial等。

　　可以說(shuō)IMS是真正可以提升用戶體驗(yàn)、提高運(yùn)營(yíng)商收益的核心網(wǎng)技術(shù)，這也是需要引入IMS的根本原因。

三、IMS的關(guān)鍵技術(shù)

1、IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

　　IMS的框架結(jié)構(gòu)包括CSCF(CallSessionControlFunction)、MGCF(Media Gateway Control Function)、IMS-MGW(IMS-Media GateWay)、MRFC(Multimedia Resource Function Controller)、MRFP (Multimedia Resource Function Processor)、BGCF(Breakout Gateway Control Function)等功能實(shí)體。其中CSCF是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，支持SIP協(xié)議處理SIP會(huì)話。P-CSCF是UE接入IMS系統(tǒng)的入口，實(shí)現(xiàn)了在SIP協(xié)議中的Proxy和UserAgent功能；MGCF和IMS-MGW是與CS域和PSTN互通的功能實(shí)體，分別負(fù)責(zé)控制信令和媒體流的互通；MRFC和MRFP是實(shí)現(xiàn)多方會(huì)議的功能實(shí)體，控制層面的MRFC通過(guò)H.248控制MRFP；BGCF是IMS域與外部網(wǎng)絡(luò)的分界點(diǎn)，它選擇在哪里跟CS域或PSTN互聯(lián)。

2、IMS協(xié)議

　　IMS域中使用的主要協(xié)議有：SIP、Diameter、COPS。其中SIP主要用于呼叫和業(yè)務(wù)控制，Diameter主要用于AAA方面，COPS主要用于QoS授權(quán)。另外涉及到的相關(guān)協(xié)議還有：媒體相關(guān)協(xié)議—SDP/RTP/RTCP/RTSP、承載/QoS相關(guān)協(xié)議—IPv6/IPSec/RSVP等、傳統(tǒng)域互通協(xié)議—H.248/BICC/ISUP等。

3、IMS的業(yè)務(wù)架構(gòu)

　　IMS為業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)商提供了開(kāi)放的可編程環(huán)境，為運(yùn)營(yíng)商快速靈活的開(kāi)發(fā)下一代新業(yè)務(wù)提供了一個(gè)開(kāi)放的平臺(tái)。IMS的業(yè)務(wù)架構(gòu)是IMS系統(tǒng)比較成功的一個(gè)方面，通過(guò)基于SIP的ISC(InternalServiceControl)接口，由S-CSCF與各種應(yīng)用服務(wù)器組成。由于IMS融合了語(yǔ)音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，又結(jié)合了IP網(wǎng)的靈活性和SIP的可擴(kuò)展性，使得IMS支持的業(yè)務(wù)更加豐富。

　　R5在業(yè)務(wù)方面除原有的CAMEL、OSA之外，新支持SIPAS。IMS的業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖2所示：

圖2 IMS業(yè)務(wù)構(gòu)架示意圖

　　 IMS的業(yè)務(wù)架構(gòu)要能適應(yīng)不同業(yè)務(wù)的接入要求，其業(yè)務(wù)架構(gòu)由S-CSCF以及各種應(yīng)用服務(wù)器組成，與當(dāng)前普遍采用的開(kāi)放性業(yè)務(wù)架構(gòu)一致，都是三層結(jié)構(gòu)：第一層是應(yīng)用服務(wù)器(AS)；第二層是業(yè)務(wù)能力服務(wù)器(SCS)；第三層是S-CSCF。業(yè)務(wù)可以在分布式架構(gòu)中開(kāi)發(fā)。

4、IMS提供的業(yè)務(wù)

　　IMS根據(jù)在CSCF上的業(yè)務(wù)平臺(tái)的類型，分別支持不同種類的業(yè)務(wù)：

(1)基于SIP的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

　　在IMS業(yè)務(wù)體系中，S-CSCF相當(dāng)于是軟交換的呼叫控制平臺(tái)，IMS基于SIP的業(yè)務(wù)平臺(tái)是通過(guò)專用的SIPAS實(shí)現(xiàn)的，實(shí)現(xiàn)IM(即時(shí)通信)、點(diǎn)擊呼叫、Web800、Presence、會(huì)議電話、數(shù)字傳真、多媒體消息、VOD、彩鈴、彩名、可視電話等豐富的實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的多媒體業(yè)務(wù)。

(2)基于OSA的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

　　IMS支持PAR-LAY/OSA標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)接口，不僅可以完美地實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的基本電信業(yè)務(wù)，如：呼叫前轉(zhuǎn)、呼叫等待、多方通話、主叫顯示、主叫顯示限制、呼叫限制等，而且可以為第三方業(yè)務(wù)供應(yīng)商提供標(biāo)準(zhǔn)接口，大大提高運(yùn)營(yíng)商提供新業(yè)務(wù)的能力。

(3)基于CAMEL的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

　　為保護(hù)運(yùn)營(yíng)商已有的投資，還提供了對(duì)傳統(tǒng)智能網(wǎng)絡(luò)的接口，其可以通過(guò)SIP/INAP/CAMEL/WIN接口接入SCP，支持傳統(tǒng)的智能業(yè)務(wù)，如預(yù)付費(fèi)、虛擬專網(wǎng)、卡類業(yè)務(wù)等。目前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的預(yù)付費(fèi)業(yè)務(wù)、VPN等業(yè)務(wù)都是采用這種方式實(shí)現(xiàn)的，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)已有智能業(yè)務(wù)的繼承。

四、引入IMS相關(guān)問(wèn)題探討

1、IMS的引入方式

　　對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言，可行的一種IMS引入方式是通過(guò)具有市場(chǎng)前景的業(yè)務(wù)引入(例如PTT，IM，呈現(xiàn)等)驅(qū)動(dòng)IMS發(fā)展。即點(diǎn)狀試驗(yàn)，隨著業(yè)務(wù)的開(kāi)展，設(shè)備的成熟而逐漸大規(guī)模商用。

　　規(guī)模商用后的IMS，不是替代PSTN/ISDN/CS等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，而是互通和并存，逐漸吸收話務(wù)，最終隨著PSTN/ISDN/CS等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的消亡而演變?yōu)槿獻(xiàn)MS網(wǎng)絡(luò)。

　　對(duì)于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)向IMS演進(jìn)，需要考慮以下問(wèn)題：

  1. 承載網(wǎng)絡(luò)的成熟性。

  2. 終端的成熟性。

  3. IMS之上的業(yè)務(wù)定義和業(yè)務(wù)的市場(chǎng)機(jī)會(huì)。目前缺乏標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)定義(停留在POC/Presence/IM/Conference等)，以及非常有商業(yè)前景的業(yè)務(wù)。

  4. 運(yùn)營(yíng)商本身網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的階段性。(例如國(guó)內(nèi)大部分運(yùn)營(yíng)商正在或已經(jīng)投資建設(shè)軟交換網(wǎng)絡(luò)，這部分網(wǎng)絡(luò)有一定的生命周期。還有的運(yùn)營(yíng)商主體是傳統(tǒng)PSTN/GSM等TDM網(wǎng)絡(luò)，直接過(guò)渡到IMS不是一種很好的解決方案)。
2、IMS與移動(dòng)網(wǎng)CS域和PS域的關(guān)系

　　IP多媒體子系統(tǒng)應(yīng)用PS域來(lái)進(jìn)行多媒體信號(hào)的承載和傳輸。PS域?yàn)镮MS提供服務(wù)，終端的移動(dòng)性對(duì)于IMS來(lái)說(shuō)是屏蔽的。IMS建立了對(duì)呼叫/會(huì)話進(jìn)行控制的軟交換平臺(tái)，控制信令在經(jīng)過(guò)SGSN、GGSN節(jié)點(diǎn)后，就會(huì)與媒體平面的消息分開(kāi)，信令消息將在CSCF間根據(jù)用戶配置進(jìn)行傳送，媒體消息則在信令選擇的路徑上傳送。

　　IP多媒體子系統(tǒng)和CS域之間是相對(duì)獨(dú)立的，只有一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能需要和CS域進(jìn)行通信。在部署一個(gè)IP多媒體子系統(tǒng)時(shí)，并不一定需要部署CS域。

3、引入IMS對(duì)已有移動(dòng)網(wǎng)的影響

(1)IMS對(duì)核心網(wǎng)的影響。

　　IMS是在PS域上的疊加，引入IMS對(duì)CS沒(méi)有影響，需要對(duì)PS進(jìn)行擴(kuò)展。

　　可以在R99/R4設(shè)備的基礎(chǔ)上引入IMS，在PS域上疊加一個(gè)多媒體子系統(tǒng)。對(duì)核心網(wǎng)絡(luò)的CS域基本沒(méi)有影響，需要對(duì)PS域進(jìn)行擴(kuò)展，如增加PDF/PEP功能實(shí)現(xiàn)對(duì)QoS的控制，需要將IMS計(jì)費(fèi)和PS承載計(jì)費(fèi)進(jìn)行關(guān)聯(lián)等一系列問(wèn)題。

(2)IPv4和IPv6。

　　在目前環(huán)境下部署可商用的IMS應(yīng)該考慮IMS支持IPv4和IPv6，并對(duì)如何從IPv4平滑演進(jìn)到IPv6進(jìn)行研究。

(3)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的影響。

　　無(wú)線網(wǎng)絡(luò)需要提供對(duì)QoS的支持、對(duì)RTP、RTCP壓縮復(fù)用技術(shù)(ROHC)的支持。

4、引入IMS對(duì)UE中SIM/USIM的影響

　　IMS網(wǎng)絡(luò)使用SIP作為會(huì)話控制協(xié)議，要求終端必須支持SIP協(xié)議。屆時(shí)是否需要更換SIM卡問(wèn)題視具體情況來(lái)確定，也可以不更換SIM卡，使用WCDMAR4的USIM卡，但是需要修改終端的客戶軟件來(lái)支持IMS業(yè)務(wù)。也可以更換USIM卡，換成ISIM卡。

5、IMS與軟交換網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系

　　IMS網(wǎng)絡(luò)與軟交換網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系，需要分固定軟交換和移動(dòng)軟交換網(wǎng)絡(luò)(例如3GPPR4電路域核心網(wǎng)，3GPP2的LMSD)來(lái)分別加以分析。對(duì)固定網(wǎng)絡(luò)中的軟交換，是一個(gè)互通和演進(jìn)的關(guān)系。對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的軟交換，不是一個(gè)簡(jiǎn)單的演進(jìn)關(guān)系，而是一個(gè)業(yè)務(wù)互補(bǔ)，網(wǎng)絡(luò)互通，融合替代的關(guān)系。

　　固定軟交換已經(jīng)具備了基于SIP的智能終端接入能力和SIP的會(huì)話控制能力，通過(guò)首先將用戶數(shù)據(jù)從軟交換中提取出來(lái)，建設(shè)獨(dú)立的用戶數(shù)據(jù)庫(kù)并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的信令進(jìn)行訪問(wèn)，再將軟交換的業(yè)務(wù)邏輯從交換中提取出來(lái)，通過(guò)支持基于SIP的ISC接口，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與控制的分離。這時(shí)的軟交換網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)具備了IMS的核心技術(shù)特征。在網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)過(guò)程中，會(huì)自然的形成S-CSCF、P-CSCF、I-CSCF的分布。

　　相比之下，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的情況要復(fù)雜一些。以3GPP的R4的電路域(CS域)網(wǎng)絡(luò)為例，首先CS域不支持端到端的SIP，終端不是通過(guò)IP而是通過(guò)基于ATM的Iu口接入網(wǎng)絡(luò)的。其次，CS域不支持SIP信令，局間采用BICC進(jìn)行互通。這使得移動(dòng)軟交換的CS域和IMS域不是平滑演進(jìn)的關(guān)系，而是一個(gè)業(yè)務(wù)互補(bǔ)、網(wǎng)絡(luò)互通、融合替代的關(guān)系。

　　CS域是一個(gè)以提供話音業(yè)務(wù)為主要目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)，其引入軟交換技術(shù)只實(shí)現(xiàn)了核心網(wǎng)的承載IP化，但沒(méi)有解決多媒體業(yè)務(wù)的提供問(wèn)題。IMS域具備了多媒體業(yè)務(wù)的提供能力，而3G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)一定是需要豐富的多媒體業(yè)務(wù)來(lái)充分發(fā)揮無(wú)線帶寬的優(yōu)勢(shì)的。因此，IMS在3G網(wǎng)絡(luò)中的引入，應(yīng)該是以與CS互補(bǔ)的多媒體類業(yè)務(wù)來(lái)引入，例如POC，即時(shí)消息/呈現(xiàn)/視頻會(huì)議等。

6、IMS與NGN的關(guān)系

　　目前NGN與IMS的關(guān)系是一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，一些炒作的觀點(diǎn)把IMS等同于NGN，或者認(rèn)為IMS無(wú)所不包，無(wú)所不能。

　　NGN的發(fā)展還有很多不確認(rèn)性。在國(guó)際上ITU和ETSI分別成立了NGN研究組織，開(kāi)展了包括業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、QoS、信令、安全、承載、測(cè)試、網(wǎng)管等多方面的研究。兩個(gè)NGN組織研究方向雖然各有側(cè)重，仍有大量領(lǐng)域相互重疊。從目前進(jìn)展來(lái)看，TISPAN的進(jìn)展比較快。

　　NGN標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)列表還在討論中，但是NGN需要包括基于SIP的業(yè)務(wù)(會(huì)話服務(wù)、呈現(xiàn)和及時(shí)消息)、非SIP的業(yè)務(wù)(例如視頻流媒體和廣播業(yè)務(wù))、PSTN/ISDN的替代業(yè)務(wù)(即PSTN/ISDN仿真)，它包括下列子系統(tǒng)： 　　IMS是NGN在會(huì)話和呼叫控制層的一個(gè)重要組件，提供基于IP的多媒體會(huì)話業(yè)務(wù)，但它不是NGN的全部。NGN在會(huì)話和呼叫控制層還包括了PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)和流媒體子系統(tǒng)等。

總結(jié)

　　通過(guò)以上的介紹和分析可以看到，IMS的提出順應(yīng)了通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)，在未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)、全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)中，IMS將會(huì)是最為重要的部分。特別是在移動(dòng)通信網(wǎng)中，成熟的IMS系統(tǒng)可以提供更加豐富的應(yīng)用。

　　業(yè)界一直在尋找3G殺手锏應(yīng)用，目前比較看好的有POC、IM等都需要IMS的支持。OMA組織對(duì)于POC和IM的標(biāo)準(zhǔn)制定也都是基于IMS的。在IMS之上可以開(kāi)發(fā)豐富的IP多媒體應(yīng)用�？梢哉f(shuō)，IMS是移動(dòng)核心網(wǎng)的發(fā)展方向，是部署新業(yè)務(wù)的基石。

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