NGN的核心——IP多媒体子系统

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NGN的核心——IP多媒体子系统
李波 朱艳云
摘要：在本文中，我们将介绍IP多媒体子系统的组成部分和重要作用，以及在下一代的网络中，IP多
媒体业务的具体应用。
关键词：IMS SIP Ipv6 OSA
一、前言
　　在经历了十几年的高速发展后，移动运营商越来越认清了一条重要的规律，那就是电信业务必须
不断地发展以不断靠近经济发展以及人们生活、工作和娱乐的通信和信息需求。目前，Yahoo!
Messanger和腾讯QQ等多媒体业务早已风靡全球，然而它们是建立在固定的Internet网络具有良好能
力的基础上的，没有任何通信和接入的质量保证，因此，迅速开发移动IP多媒体业务是当前电信运营
商的当务之急。
二、IP 多媒体子系统
　　国际第三代移动通信组织3GPP一直在进行它称为IP多媒体子系统IMS的标准化研究。在3GPP的文
件R5中，IMS是UMTS核心网络中提供端到端多媒体业务和集群多媒体业务的中心。在3GPP的R6中，IMS
已经被定义为支持所有IP接入网的多媒体业务核心网，可以支持任何一种移动的或固定的、有线的或
无线的IP-CAN(IP Connectivity Access Networks)，包括W-CDMA，CDMA2000，Ethernet，xDSL以及
Wireless LAN等等。
　　IMS由控制多媒体会话的网络实体组成，在UMTS中IMS是提供IP多媒体服务的核心。IP多媒体服务
使用GPRS网络来进行传输。网络提供者同时为IP多媒体服务提供传输实体和网络控制实体。网络结构
同时允许为第三方提供附加的IP多媒体服务。
　　在UMTS版本5或更高的版本中，新增加的主要内容就是添加了两个全新的具有重要能力的IMS。第
一，增加类似呼叫状态控制功能(CSCF)的新的网络实体来提供基本的IP多媒体服务，例如在两个用户
间的多媒体会话的发起。第二，相互兼容已经发展到可以提炼一些网络实体能力的阶段，例如开放业
务接入(OSA)服务能力。利用基本的IP多媒体服务和网络提供的能力，OSA服务能力的功能被期望能够
激励第三方新的IP多媒体服务的产生。
　　在UMTS版本5中的网络结构如图1所示。图中显示了提供实时IP多媒体服务的基本的网络实体。一
个IMS包括一个或多个CSCF、媒体网关控制功能(MGCF)、IMS媒体网关、多媒体资源功能处理器
(MRFC)、订阅位置功能、中断网关控制功能(BGCF)和应用服务器。我们下面解释IMS如何实现其主要
功能和如何为UMTS增加支持多媒体业务。
　　IPv6--IMS的信令和会话业务都是通过IP承载的，但是，并不是任何版本的IP都是可以使用的，
IMS要求只有IPv6才能在IMS域中使用。虽然这将使UMTS这一全球第一商业系统广泛地发展IPv6，但是
这仍将是一个大胆的要求，因为：
　　IMS中的IP寻址与分组域骨干网中使用的(例如IPv4)和电路域中使用的是不同的，所以IPv6和
IPv4互通的问题需要解决。
　　缺少IPv6的实践经验。
　　用于移动台接入IP多媒体服务的IP寻址范围必须在IMS寻址域内，这个寻址域是在建立好IP连接
时激活的PDP上下文中安排好的。IP地址可以从服务域而不是归属域的GGSN中获得，从路由的效率来
考虑，这是一个优点。
　　呼叫/会话控制--CSCF使用SIP在呼叫控制中发挥了核心作用。CSCF可以比作电路域语音通话中移
动交换中心的信令部分和控制部分。除了语音通信之外，它还能支持多媒体会话。SIP是在移动台和
CSCF之间、CSCF之间、CSCF和MGCF之间、CSCF和应用服务器之间有关信令方面的协议。CSCF起到了很
多作用：作为代理CSCF(P-CSCF)，这是移动台和IMS连接最初的一点；作为提供服务的CSCF(S-
CSCF)，可以用于会话控制；作为询问CSCF(I-CSCF)，这是网络中各个移动台的有关IMS信令的一个主
要的连接点。
　　PSTN互通--当会话的一端为IMS用户，而会话的另一端是公共电话交换网用户时,网络需要四个新
的功能实体-IMS媒体网关、MGCF、信令网关和BGCF。BGCF具有支持PSTN与PS域之间的呼叫的功能。媒
体网关用来完成在两端用不同格式编码的媒体信号的翻译。MGCF控制IMS媒体网关，提供在基于SIP的
和基于ISUP信令之间应用级的信令翻译，并且与S-CSCF进行通信。传输级的在基于IP的和基于SS7的
信令翻译由SGW完成。BGCF识别网络和网络中的MGCF，并确定进入PSTN的位置。
　　处理用户签订的信息和用户状态的信息--归属用户服务器(HSS)是主要的数据库，它存储用户签
订的业务信息和本地信息。它可以被考虑为一个增强型GSM网络中的归属位置寄存器。因为在网络中
有几个HSS存在，在注册和会话建立过程中，为了找到有目标用户信息的HSS，用户位置功能被CSCF询
问。用户位置功能不需要在单一的HSS环境下实现，因为CSCF知道哪一个HSS会被使用。
　　可以使用各种不同的应用服务器，包括基于SIP的应用服务器和OSA应用服务器，这些应用服务器
可以实现各种服务，例如语音提示服务和预付费服务。支持多种服务的应用服务器还可以促进新的业
务的产生。在这两种情况下，SIP为S-CSCF的信令服务，然而，在一个OSA应用服务器的例子中，一个
OSA容量服务器应该插入在OSA应用服务器和S-CSCF之间。
　　多方会议-媒体资源功能处理器(MRFP)和媒体资源功能控制器(MRFC)支持多方多媒体会议，并能
体现媒体资源(例如，语音提示功能)的实际能力。MRFP处理和混合实际的媒体流，MRFC控制MRFP的媒
体流资源。
　　其他问题-在设计和标准化UMTS的过程中，产生了很多复杂的问题。例如，在2000年底才确定下
来一个用户的服务控制由它的归属网络来执行，并且，当用户漫游到国外网络时，这个功能仍然适
用，但是，因为存在仅仅由归属域控制产生的潜在的劣势，例如，归属域的过载和处理分组上的延
迟，所以由访问域进行控制的问题也已经开始考虑了。而且，关于支持由访问域和归属域通过IMS共
同控制的问题，3GPP已经讨论了一段时间了。然而支持两种模式必定会使网络结构更加复杂。因此，
3GPP最终决定使用归属域来控制，但是，以后可能会重新进行这一问题的讨论。
三、IP多媒体业务的应用
　　1 即时通 (Push to talk)
　　又叫做一键通业务，该服务使得手机终端用户能够在分组交换网络上，通过只按一个按键就进行
一对一或群体即时通话。该服务采取 “ 半双工 ” 模式，也就是说同一时间只有一人能够讲话，从
而更便于群体交流，该服务可以使用户能够在通话群中灵活地选定或者变换通话对象。从而用户可以
轻易地与通话群体中所有人或选择部分人进行 Push to talk 通话。它是一种全数字传输的 VoIP 技
术，其完全基于 SIP协议和IMS的设计，很好的保证了互通性、可量测性和向未来 3G 的平滑过渡。
　　2 IP电话业务
　　随着宽带IP接入的普及，IP终端电话成为新的热点，例如现在一些运营商正在推广的IP超市(类
似于IP公用电话亭)，基于 H.323 的IP终端电话未能普及除了以前缺乏IP宽带接入这个原因外，还因
为 H.323 的用户认证一直是一个问题，另外H.323终端价格昂贵也是一个原因。现在采用SIP基本上
克服了这些问题，SIP软件被免费集成在 Microsoft WinXP 操作系统中，因为SIP如此简单，甚至有
运行在 Linux ， PocketPc ，Symbian 上的 SIP Client软件，使得手持终端上的SIP应用也成为可
能，而且SIP还支持完善的用户认证机制。所以基于SIP的IMS完全可以被用来作为IP终端电话系统。
　　3 串行振铃和并行振铃业务
　　因为一个SIP用户可以同时在很多终端上注册，比如他可能有几个固定办公电话，还有无绳电
话，移动电话，便携PC等，每种终端可以实现不同的功能，比如便携PC支持视频而固定SIP电话可能
连P&M都不支持，用户不需要总是带着所有终端，在各种情况下他只带着其中一些，比如开会时他可
能只带着便携PC。
　　串行振铃业务是当另外一个用户呼叫该用户时，系统会根据该用户设定的次序和等待时间依次振
铃该用户的各种终端，直到该用户接通为止。
　　而并行振铃业务则是系统同时振铃该用户的所有注册终端，直到该用户接通为止。
　　4 会晤转移业务
　　会晤转移业务包括无条件转移，无应答转移和遇忙转移，该用户可以定制转移的统一资源标识
(URI)，当条件符合时，呼叫被转移到设定的目标。这种业务和传统电话呼叫转移业务功能相同，只
是增加了新的媒体类型。
　　5 主叫标识显示业务
　　和传统电话的主叫号码显示意义相同，只不过显示在被叫终端上的不只是主叫的SIPURI，而可能
是任何媒体，比如一张主叫的照片、一段声音或者视频片断。根据系统的提示，主叫可以事先将要传
送的标识上传到系统中存储，当主叫呼叫被叫时，SIP消息报文将主叫标识的统一资源地址(URL)传到
被叫，被叫终端自动打开该URL，从而看到主叫的标识。
四、结论
　　目前电信业务的发展已经到达了个人通信的重要阶段，传统的多媒体业务结构无法支持移动(个
人化的)多媒体通信的需求，3GPP R5/R6采用的SIP体系结构和IP多媒体子系统为满足下一代的电信业
务需求打下了基础，结合OSA技术和虚拟驻地环境技术，电信用户可以获得他们急需的新的移动多媒
体通信业务，电信运营商也将在第三代移动通信上找到自己的业务增长点。