IMS演進研討[分享]

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在通訊和IT 技術高度發展的今天﹐隨 跨鏈路層傳輸介質的IP 技術的出現﹐Internet 應
用的迅速普及﹐移動通訊網絡和固定通訊網絡的IP化已無可爭議地成為業界公認的發展方向。消費的主體由單純的話音通信轉向多樣的通信方式和豐富的內容服務﹐網絡運營與內容運營逐步分離。而基於傳統TDM交換技術的電信網絡所固有的承載方式﹑多制式互通的複雜性﹑增值業務開發技術的封閉性﹐導致電信運營商很難以可接受的投入產出比在現有TDM 網絡基礎上進一步挖掘新的業務增長點。NGN和3G R4 逐步成為近年來固定和移動運營商的焦點。各廠家的以軟交換為核心的NGN 網絡產品及解決方案已經實現規模商用﹐實現了PSTN交換機業務及移動電路域業務的承載IP化及控制承載分離的目標。
為滿足越來越突出的IP多媒體應用的普遍需求﹐ 針對WCDMA/GSM無線接入的3GPP 組織在完成了空口規範﹑CS域話音業務及PS域基本數據業務應用的Release 99以及Release 4階段規範的制定工作後﹐在Release 5 及Release6階段對IP多媒體應用領域進行了詳細的分析研究﹐Release 5 完成了IP 多媒體子系統（IMS）核心網的組網框架﹑公共組件及基本業務流程定義﹐Release 6在對Release 5 相關部分進一步擴展更新基礎上﹐增加了對IMS 關鍵業務能力﹑QoS保障﹑網絡互通以及IMS/CS融合等方面的定義。這個由3GPP 組織提出的IMS架構和思路被業界公認為是比較完善的針對IP 多媒體領域的解決方案﹐面向CDMA2000接入的3GPP2標準組﹑面向固網的TISPAN標準組均以3GPPIMS 模型作為基礎和參照進行了相應IP多媒體網絡架構和業務體系的定義。

網絡架構演進簡介
為了適應運營發展需要﹐低成本為最終用戶提供個性化﹑多樣化業務﹐傳統交換網絡逐步從單一的話音網向高附加值的業務網絡轉型。網絡結構也是適應這種變化而呈現了相應的變化﹐從而出現了控制和接入的分離﹐控制和承載分離﹐業務和控制分離的網絡架構的變化。用戶數據從分散管理模式逐步過渡到集中管理模式。傳統電路交換機是一種集成的﹑封閉的系統結構﹐無法快速滿足多樣化的用戶需求﹐無法快速部署全網業務。TDM 交換連接關係複雜﹐成本高﹐不適合多業務共享資源建設低成本共享網絡的要求。NGN通過控制承載分離﹐構成一個分佈的系統結構﹐使整體建網成本降低﹐網絡升級容易﹐便於加快新業務和新應用的開發和部署﹐快速實現低成本全網統一業務覆蓋。簡化了網絡層次結構﹐提高了網絡資源利用率﹐減少了傳統電路交換機中繼互聯的複雜性和降低了承載網的成本。IMS從架構上是接入技術無關的網絡﹐不論用戶通過使用ADSL的計算機接入﹐還是使用WCDMA 手機等無線方式接入﹐都可體驗相同的業務。
　IMS 網絡架構如圖2 所示﹐分為接入互聯層﹑會話控制層和應用層。在這個圖中並沒有列出IMS 域所有的網絡實體﹐只是為了說明網絡架構﹐列出了各個層次的主要功能實體。
接入互聯層完成的主要功能包括各類SIP 終端SIP 會話的發起終結﹔實現IP分組承載各種承載類型之間的轉換﹔根據業務部署和會話層的控制實現各種QoS 策略﹔完成與傳統PSTN/PLMN間的互聯互通等功能。接入互聯層包括了各類SIP終端﹑有線接入﹑無線接入﹑
互聯互通網關等設備。會話層完成基本會話的控制﹐完成用戶註冊﹑SIP 會話路由控制和應用服務器交互執行應用業務中的會話﹑維護管理用戶數據﹑管理業務QoS策略等功能﹐和應用層一起為所有用戶提供一致的業務環境。會話層包括CSCF(Call Server Control Function)﹑MRFC(Multimedia Resource FunctionController)﹑BGCF (Breakout Gateway Control Function)﹑IM-SSF (IP Multimedia Service Switching Function)等功能實體。其中CSCF 包括P-CSCF（ProxyCSCF）﹑I-CSCF（Interrogating CSCF）﹑S-CSCF（Serving CSCF）等類型﹐在物理上可以是合一的﹐也可以分別設置。在實際組網時﹐其劃分和部署需綜合考慮對IMS業務接入方式﹑IMS接入點位置﹑CSCF 的容量﹑能力及用戶業務量需求等因素﹐另外也與運營商網絡拓撲隱藏及互通需求有關。P-CSCF 是UE接入IMS系統的入口﹐實現了在SIP協議中的Proxy 和User Agent 功能。SCSCF在IMS 核心網中處於核心的控制地位﹐負責對UE的註冊鑒權和會話控制﹐執行針對主叫端及被叫端IMS用戶的基本會話路由功能﹐並根據用戶簽約的IMS觸發規則﹐在條件滿足時進行到AS（Application Server）的增值業務觸發及業務控制交互。I-CSCF 在IMS核心網中起到關口節點的作用﹐提供本域用戶服務節點分配﹑路由查詢以及不同IMS域間拓撲隱藏等功能。確定哪個S-CSCF 為用戶提供服務就是I-CSCF 通過HSS 配置及各種組合條件決定的。

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圖1 網絡架構演進

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圖2 IMS 網絡架構

應用層向用戶提供業務邏輯﹐包括實現傳統的基本電話業務﹐如呼叫前轉﹑呼叫等待﹑會議等業務﹔IMS 通過IM-SSF （IP Multimedia – ServicesSwitching Function）和傳統智能業務（CAMEL﹑INAP 等）的互通﹐實現CS和PS 已有的智能業務的繼承。IMS 架構除了可以實現CS﹑PS已有的業務外﹐IMS通過AS可以提供基於SIP的非傳統電信業務﹐如IM﹑PTT﹑Presence 等。另外﹐IMS 通過OSA-GW（Open Services Access – Gateway）提供簡單API接口﹐以便第三方能夠通過這個接口安全的使用網絡資源和提供業務﹐實現豐富的娛樂﹑遊戲業務。
   另外IMS充分考慮了實際運營的需求﹐在QoS﹑安全﹑計費以及和其它網絡的互通方面都制定了相關規範。IMS 是演進的方向IMS由3GPP提出﹐得到了多個國際組織的廣泛認同﹐不論移動領域還是固定領域都在積極開展IMS 的研究。
   IMS開放的業務環境﹑移動性﹑靈活的業務部署﹑一致的歸屬業務環境﹐將對運營商﹑業務提供者﹑設備製造商都產生重要的影響。
■靈活的呼叫控制協議
SIP (RFC 3261) 是IMS 控制層的基本協議﹐是IETF制訂的多媒體通信系統框架協議之一﹐是用於建立﹑改變或結束多媒體會話的應用層協議﹐與RTP/RTCP﹑SDP﹑RTSP﹑DNS 等協議配合﹐共同完成IMS 中的會話建立及媒體協商。一旦建立會話﹐媒體流將使用RTP
協議在承載層中直接傳送﹐在一次會話中可以靈活的交互多種媒體。採用SIP 作為控制層協議的優勢包括﹕
(1) 基於公開的Internet 標準﹐在語音﹑數據業務結合和互通方面具有天然優勢﹐能跨越媒體和設備實現呼叫控制﹐支持豐富的媒體格式﹐可動態增/ 刪媒體流﹐容易實現不同網絡間的互聯互通以及實現更加豐富的業務特性﹔
(2) 支持智能向應用和終端側發展﹐減輕網絡的負擔﹐業務提供和會話控制分層﹐業務和會話控制網絡的關聯減少﹐方便業務開展﹔
(3) SIP支持應用層移動性功能﹐包括動態註冊機制﹑位置管理機制﹑重定向機制等﹔
(4) SIP 本身具有Presence/Fork/ 訂閱特性﹐便於擴展新業務﹔
(5) 協議簡單﹐具有公認的擴展潛力。SIP 從根本上改變通信服務提供方式以及用戶的通信消費習慣﹐集成視音頻電話﹑消息﹑WEB﹑電子郵件﹑同步瀏覽﹑會議等業務為一體的新的通信方式將給電信業帶來創新。
    IMS 是網絡演進的方向﹐基於IMS 架構的移動固定融合網絡是能夠得到普遍認同的最佳解決方案﹐但源於移動網絡IMS 對於固定接入方式以及固定已有業務的提供﹐現有固定用戶遷移等方面的研究還在進行中﹐從標準的完備到終端設備及整個產業鏈的成熟都還需要很長的時間﹐距離可以部署的運營網絡尚需時日。

■ 具有移動性管理能力
從移動領域產生的IMS架構﹐全面支持用戶在地理位置的移動和接入方式上的變化﹐IMS架構本身支持多種接入方式之間的漫遊切換。IMS 網絡具有分佈式的網絡架構﹐P-CSCF 位於接入側﹐從而可以實現更靈活的NAT﹑QoS控制﹐更適合不同的組網模式以及用戶在不同IP 地址域中的漫遊。
■ 開放靈活的業務環境
從圖2網絡架構可以看出IMS提供了三種業務開放模式﹕SIP AS﹐IM-SSF以及OSA SCS﹐通過iFC提供了統一的觸發控制。通過OSA﹐IMS 的業務除由運營商自己提供以外﹐還允許由第三方提供﹔
OSA(Open Services Architecture) 是3GPP 制定的統一的業務開放模型﹐OSA SCS(OSA Service Capability Servers)為第三方應用服務提供開放的和安全的使用網絡資源的能力。提供網絡能力的標準接口﹐開放網絡能力﹐業務開發基於API而不是直接面對複雜的網絡協議﹐屏蔽了網絡協議的複雜性。為了給通信業務提供簡單的API 接口﹐Parlay論壇和3GPP以及ETSI組織緊密合作已經制定電信網Parlay API。SIP和Parlay API 的互通是在OSA-GW（Open Services Access – Gateway）實現的。OSA-GW 允許Parlay 應用得到當前狀態以及呼叫狀態信息﹐建立拆除呼叫﹐處理呼叫分支。P a r l a y 應用註冊到OSA-GW﹐接入使用網絡資源。
■ 一致的歸屬業務提供能力
在傳統網絡﹐業務提供能力都和用戶當前所在的設備有關係﹐在歸屬網絡已經開通的業務在漫遊地設備並不一定能夠提供。不同的業務由不同的設備提供﹐消息類業務﹑話音類業務﹑多媒體業務分別由不同的網絡設備提供﹐很難提供組合的多媒體業務。IMS在這方面有很大的變化﹐所有業務處理信令都要回到歸屬網絡﹐業務環境也是由歸屬網絡提供的。
IMS 採用分層結構的P-CSCF﹐ICSCF和S-CSCF 來對用戶信令做出歸屬地控制﹐支持用戶移動性﹐用戶無論漫遊到任何地方﹐信令信息都會發送回歸屬網。此外﹐採用集中式的HSS數據庫﹐實現用戶一致的註冊和業務觸發功能。漫遊用戶的所有業務都由拜訪地的P-CSCF 路由到歸屬地﹐由歸屬地的SCSCF控制用戶業務並根據用戶簽約數據將業務觸發到本網AS或者第三方的應用上﹐從而保障了業務的一致性﹑簡單性﹐使得用戶無論在何處接入﹐採用何種接入方式均可享受與在歸屬地一樣的業務感受﹐IMS向用戶提供了VHE（虛擬歸屬業務環境）的能力。同時﹐IMS 所有用戶數據都在HSS中集中管理﹐提供了集中業務發放與簽約管理能力。並方便提供不同類別組合的多媒體業務。
  漸進實現IMS 架構融合網絡
IMS 是網絡演進的方向﹐基於IMS架構的移動固定融合網絡是能夠得到普遍認同的最佳解決方案﹐但源於移動網絡IMS 對於固定接入方式以及固定已有業務的提供﹐現有固定用戶遷移等方面的研究還在進行中﹐從標準的完備到終端設備及整個產業鏈的成熟都還需要很長的時間﹐距離可以部署的運營網絡尚需時日。在前IMS階段可以通過部署統一的用戶數據管理系統﹐提供統一的業務管理環境﹐經過長期的PSTN﹑NGN﹑IMS共存階段﹐循序漸進﹐逐步過渡到單純IMS 架構的目標網絡。
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圖3 前IMS 階段新固網

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