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1、IMS体系研究与网络架构 演进浅议付航( 中国移动通信集团重庆有限公司网络管理中心 重庆 401121)传统电路交换机是一种集成的、封闭的系统结构, 无法快速满足多样化的用户需求, 无法快速部署 全网业务。为了解决这种矛盾, NGN 通过控制承载 分离, 构成一个分布的系统结构, 使整体建网成本大 大降低, 网络升级容易, 便于加快新业务和新应用的 开发和部署, 快速实现低成本全网统一业务覆盖。 简 化了网络层次结构, 提高了网络资源利用率, 减少了 传统电路交换机中继互联的复杂性和降低了承载网 的成本。 IMS( IP 多媒体子系统) 的提出为下一代基于 IP 的移动网络提供了面向分组数据包
2、交换的多媒体服 务及平台, 它的核心特点是基于 SIP 协议和接入的电信业务在内的多种业务,能够利用多种宽带和具有 QoS 支持能力的传送技术,业务相关功能与底层传送相关技术相互独立, 能够让用户自由接入不同 的业务提供商, 能够支持通用移动性, 从而向用户提 供一致的和无处不在的业务。NGN 采用分层结构, 包括业务层、 控制层、 传输层以及用户终端, 能提供 多种业务类型有语音、 数据、 视频、 多媒体等。 1.2 软交换 软交换可以理解为一种分层、 开放的 NGN 体系 结构, 是 NGN 核心控制层技术之一。 软交换实际上 “ 控制” , 而“ 交换” , 因“ 交换” 更多体现在承载
3、 层 “ , 软交换网是下一代语音网或下 一 代 分 组 通 信 网” 的说法可能更贴切。无关性。由于采用 SIP 作为核心控制协议,并通过 SIP 进行业务管理, IMS 可以使运营商充分利用 SIP 的优势, 更快速、更灵活地开发管理移动多媒体业 务。在固网通信界形成软交换概念的同时,移动通信界也产生了类似的思想。3GPP 所推出的 WCDMA 标准分为 R99、R4、R5 和 R6 等不同版本 ( Release) , 其中 R4 版本主要特征是在核心网电路域中将传统 移动交换机 ( MSC) 分离为 媒 体 网 关 ( MGW) 和 MSC 服务器 ( MSC Server) 两部分,
4、 实现了承载与控制的分 离, 称“ 移动软交换” , 但与固网软交换在控制协议1NGN、 软交换与 IMS1.1NGN NGN 是指基于分组技术的网络, 能够提供包括摘 要 本文主要介绍了 NGN 的发展历程, 再进一步探讨 IMS 体系结构及其优点。在综合考虑业务发展 需求和保护运营商现有投资的基础上, 分析移动通信网络的演进策略以及 IMS 在网络融合和演进中的角色 和地位。最后提出了 GSM 网络向 IMS 演进的方案, 为运营商制定网络演进策略提供参考。关键词 IP 多媒体子系统 软交换 NGN SIP以控制和承载分离为基本特征的软交换技术的基本定位是在一个基于 IP 技术的网络 上提
5、供传统的长途和 5 类语音业务。软交换 的灵活部署和高集成度为运营商带来了网络 建设成本和维护成本的大幅度降低, 但由于 受到终端能力、QoS、安全以及业务接口标准 化等诸多方面的限制, 目前较为成熟的软交 换 ( 包括固定软交换和 3GPP R4) 的应用也仅 限于此, 它没有给最终用户带来新的业务。1.3 IMS IMS( IP Multimedia Subsystem) 即 IP 多 媒是由 3GPP 标准组织在 R5 版本提体子系统,出, 是在基于 IP 的网络上提供多媒体业务的 通用网络架构, R5 版本主要定义 IMS 的核心 结构、 网元功能、 接口和流程等内容; R6 版本对
6、IMS 进行了完善,增加了部分 IMS 业务特性, IMS 与其他网络的互通 规 范 和 WLAN 接 入等特性; R7 加强了对固定、 移动融合的标准 化制定, 要求 IMS 支持 xDSL、Cable 等固定接 入方式。 IMS 技术对控制层功能做了进一步分解, 实现了会话控制实体 CSCF( Call Session Con- trol Function) 和承载控制实体 MGCF( Media Gateway Control Function) 在功能上的分离, 使网络架构更为 开放、 灵活, 所以 IMS 实际上比传统软交换“ 软” 。 IMS 以其业务、控制、承载完全分离的水平架构
7、, 集中的用户属性和接入无关等特性, 一方面解决能终端、PC 机的软终端等。 IMS 能够为使用不同接入手段的用户提供融合 的业务, 但固定接入与移动接入终究有不同的特征, 所以要将基于移动通信发展起来的 IMS 体系应用到固网中还需要进行大量的改进,标准化工作依然任重而道远。移动通信界提出的 IMS 与固网通信界提 出的软交换的基本思想和目标是一致的, 都希望建 立基于 IP 的融合与开放的网络平台。目前软交换技术还无法解决的问题,如用户移动性支持、 标准开放的业务接口、 灵活的 IP 多媒体业务 提供等; 另一方面, 由于其接入无关性, 也使得 IMS 成为固定和移动网络融合演进的基础。
8、IMS 业务架构如图 1 所示, IMS 的目的是建立与 接入无关, 能被移动网络与固定网络共用的融合核 心网。 在无线接入技术方面, IMS 除了 GSM/GPRS 和 WCDMA 之外, WLAN 通过 SIP Proxy 也可以接入。 此 外, 固定网络的 LAN 和 xDSL 接入技术也可以接入 到 IMS。而且 IMS 还提供了与 ISDN/PSTN 传统电路 交换网络的互联机制。 这样, IMS 提供服务的终端除 了移动终端之外, 还包括固定的电话终端、 多媒体智2IMS 体系研究2.1IMS 体系结构 IMS 体系结构和 CSCF 的设计利用了软交换技 术, 实现了业务与控制相分
9、离、 呼叫控制与媒体传输 相分离。IMS 虽然是 3GPP 为了移动用户接入多媒体 服务而开发的系统, 但由于它全面融合了 IP 域的技 术, 并在开发阶段就和其他组织进行密切合作, 使得 IMS 实 际 已 经 不 仅 仅 局 限 于 只 为 移 动 用 户 进 行 服 务。IMS 体系结构如图 2 所示。最底层为承载层, 用于提供 IMS SIP 会话的接入 和传输, 承载网必须是基于分组交换的。 图 2 中以移 动分组网的承载方式为例, 描述了 IMS 用户通过手 机进行 IMS 会话的方式, 主要的承载层设备有 SGSN ( GPRS 业务支撑节点) 、GGSN( 网关 GPRS 业务
10、支撑 节点) , 以及 MGW( 媒体网关) 。 其中 SGSN 和 GGSN 可以完全重用现网设备, 不需要硬件升级, 仅通过做 相关配置就可以支持 IMS 了。MGW 是负责媒体流在 IMS 域和 CS( 电路交换) 域互通的功能实体, 主要解 决语音互通问题。 无论具体采用哪一种接入方式, 只 要基于 IP 技术, 所有的 IMS 用户信令就可以很好地 传送到控制层。中间层为信令控制层, 由网络控制服务器组成, 负责管理呼叫或会话设置、 修改和释放, 所有 IP 多媒体业务的信令控制都在这一层完成。主要的功能 实体有 CSCF、HSS( Home Subscriber Server, 归
11、属用户 服务器) 、MGCF 等, 这些网元执行不同的角色, 如信 令控制服务器、 数据库、 媒体网关服务器等, 协同完 成信令层面的处理功能, 如 SIP 会话的建立、 释放。 这一层仅对 IMS 信令负责, 最终的 IMS 业务流是不经过这一层的, 现端到端通信。而是完全通过底层承载层做路由实最上面一层是应用层, 由应用和内容服务器组 成, 负责为用户提供 IMS 增值业务, 主要网元是一系 列通过 CAMEL、OSA/Parlay 和 SIP 技术提供多媒体 业务的应用平台。运营商可以在自行开发一些基于 SIP 的应用, 通过标准 SIP 接口与 IMS 系统连接; 如 果运营商需要连接
12、第三方 SP 的应用, IMS 可以和标准的 API, 如 OSA API 连接,通 过 OS- A/Parlay GW 对第三方非信任的 SP 业务 进行鉴权和管理等。 2.2IMS 的优势 ( 1) IMS 由于采用的是分组网络, 对 于数据业务的支持有着天然的优势, 适应 于新业务的高速宽带和低成本的需要。( 2) 由于采用了 SIP 协议, 能够提供 终端到终端和终端到服务器直接的通信。 SIP 业务的灵活和扩展能 力 也 是 比 较 强 大的。IMS 的终端由于直接支持 SIP, 所以 它的终端智能是比较高的, 从而导致业务 拓展也比较容易。( 3) IMS 系统不是一个简单的 SI
13、P 网 络, 它加强了对用户和业务的控制, 从而 运营商可以掌握资源的使用。( 4) IMS 和接入网络之间的独立性。 ( 5) IMS 整合了各种业务平台, 通过一个统一的 IMS 系统,这样有利于各种业务平台之间的兼容。IMS 和目前国际化 标准组织 OMA 共同开发业务平台, 从而 为 IMS 系统增值。 ( 6) IMS 因为采用的是 IP 的承载网 络, 向全 IP 网络架构迈进了一步。3IMS 与网络架构演进3.1网络演进的驱动力如何借助灵活开放的业务平台快速部署新业务是他化服务, 降低 用 户 的 离 网 率; 通 过 业 务 捆 绑 提 高们在市场竞争中保持优势的关键因素, 的
14、驱动力之一。是网络演进ARPU 值。 固定和移动融合也是 NGN 发展的必然趋势, 因 为全 IP 网络是固定网络和移动网络的共同发展方 向, 在 NGN 体系架构下, 固定和移动只是 NGN 的不 同接入方式。固定网络与移动网络的演进路线在很 多方面相似, PSTN 将向固定软交换网演进, 而基于 WCDMA 的 移 动 网 络 则 是 沿 着 3GPP R99/R4/R5 的 道路演进。虽然目前固定 NGN 和移动 NGN ( 即 3G 或 B3G) 的发展是独立的, 但两者在演进过程中所遵传统的业务网络是一个业务一个网络的垂直架构, 业务完全依赖于网络的能力, 这种业务和网络紧密相关的架
15、构导致新业务开发比较困难,无法实现跨网络的业务。 而 IMS 则以其业务、 控制、 承载完全 分离的水平架构, 集中的用户属性、 开放标准的应用接口以及接入无关等特性,彻底解决了传统网络中业务与网络相关的弊端, 融合的业务和应用平台。为运营商提供了固定移动从的分层网络体系结构,所采用的许多通信协议和另外, 用户对全新多媒体业务的需求也是网络 演进的驱动力之一。用户希望能够以跨越固定和移 动网络的便捷的使用方式来获得多媒体业务。 因此, 运营商需要一个可控制、可管理和可盈利的网络架 构, 来提供用户所期待的全新业务。 基于 IP 技术、 与 接入无关、业务和控制分离的 IMS 网络架构正是满 足
16、这一需求的全新架构。 3.2 IMS 与 FMC( 固定和移动融合) 移动通信和固定通信的融合以及声音、 数据、 图 像多媒体的融合是未来通信发展的趋势, IMS 则初 步体现了这两大融合。 用户的业务需求是固定和移动融合的基本驱动 力。 对用户而言, 有线网络与无线网络相结合, 可以接口规范都相同或类似, 尤其是 IMS 的发展有望实 现两者在核心网络层和业务层的完全融合。 3.3GS M 网络向 IMS 演进探讨 ( 1) 目前 G 网的投入相对少于 C 网, G 网的状况 基本是没有很完善的 GPRS/EDGE 网络。 所以第一步要建立完善的覆盖的 GPRS 网络, 数据交换服务。以提供
