IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進策略
中國移動通信集團重慶有限公司網(wǎng)絡(luò)管理中心 付航 2007/02/08
一、NGN、軟交換與IMS
（一）NGN
NGN是指基于分組技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，能夠提供包括電信業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)，能夠利用多種寬帶和具有QoS支持能力的傳送技術(shù)，業(yè)務(wù)相關(guān)功能與底層傳送相關(guān)技術(shù)之間相互獨立，能夠讓用戶自由接入不同的業(yè)務(wù)提供商，能夠支持通用移動性，從而向用戶提供一致的和能無處不在的網(wǎng)絡(luò)接入業(yè)務(wù)。NGN采用分層結(jié)構(gòu)，包括業(yè)務(wù)層、控制層、傳輸層以及用戶終端，能提供多種業(yè)務(wù)類型有語音、數(shù)據(jù)、多媒體等。
（二）軟交換
軟交換可以理解為一種分層、開放的NGN體系結(jié)構(gòu)，是NGN核心控制層技術(shù)之一。軟交換實際上是“控制”，而非“交換”，因為“交換”更多體現(xiàn)在承載層，所以“軟交換網(wǎng)是下一代話音網(wǎng)或下一代分組通信網(wǎng)”的說法更貼切。
以控制和承載分離為基本特征的軟交換技術(shù)的基本定位是在一個基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)上提供傳統(tǒng)的長途等5類語音業(yè)務(wù)。軟交換的靈活部署和高集成度為運營商帶來了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和維護成本的大幅度降低，但由于受到終端能力、QoS、安全以及業(yè)務(wù)接口標準化等諸多方面的限制，目前較為成熟的軟交換(包括固定軟交換和3GPPR4)的應用也僅限于此，它還沒有給最終用戶帶來新的業(yè)務(wù)。
（三）IMS
IMS（IPMultimediaSubsystem）即IP多媒體子系統(tǒng)，由3GPP標準組織在R5版本基礎(chǔ)上提出，是在基于IP的網(wǎng)絡(luò)上提供多媒體業(yè)務(wù)的通用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，R5版本主要定義了IMS的核心結(jié)構(gòu)、網(wǎng)元功能、接口和流程等內(nèi)容；R6版本對IMS進行了完善，增加了部分IMS業(yè)務(wù)特性、IMS與其他網(wǎng)絡(luò)的互通規(guī)范和WLAN接入等特性；R7加強了對固定、移動融合的標準化制定，要求IMS支持xDSL、cable等固定接入方式。
IMS技術(shù)對控制層功能做了進一步分解，實現(xiàn)了會話控制實體CSCF（CallSessionControlFunction）和承載控制實體MGCF（Media
Gateway Control Function）在功能上的分離，使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更為開放、靈活，所以IMS實際上比傳統(tǒng)軟交換更“軟”。
IMS以其業(yè)務(wù)、控制、承載完全分離的水平架構(gòu)，集中的用戶屬性和接入無關(guān)等特性，一方面解決了目前軟交換技術(shù)還無法解決的問題，如用戶移動性支持、標準開放的業(yè)務(wù)接口、靈活的IP多媒體業(yè)務(wù)提供等；另一方面，其接入無關(guān)性，也使得IMS成為固定和移動網(wǎng)絡(luò)融合演進的基礎(chǔ)。
IMS業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖1所示，IMS的目的是建立與接入無關(guān)、能被移動網(wǎng)絡(luò)與固定網(wǎng)絡(luò)共用的融合核心網(wǎng)。
在無線接入技術(shù)方面，IMS除了GSM/GPRS和WCDMA之外，WLAN通過SIPProxy也可以接入。此外，固定網(wǎng)絡(luò)的LAN和xDSL接入技術(shù)也可以接入到IMS。
IMS還提供了與ISDN/PSTN傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)機制。這樣，IMS提供服務(wù)的終端除了移動終端之外，還包括固定的電話終端、多媒體智能終端、PC機的軟終端等。
IMS能夠為使用不同接入手段的用戶提供融合的業(yè)務(wù)，但固定接入與移動接入終究有不同的特征，所以要將基于移動通信發(fā)展起來的IMS體系應用到固網(wǎng)中還需要進行大量的改進，標準化工作依然任重而道遠。移動通信界提出的IMS與固網(wǎng)通信界提出的軟交換的基本思想和目標是一致的，都希望建立基于IP的融合與開放的網(wǎng)絡(luò)平臺。
二、IMS體系研究
（一）IMS體系結(jié)構(gòu)
IMS體系結(jié)構(gòu)和CSCF的設(shè)計利用了軟交換技術(shù)，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)與控制相分離、呼叫控制與媒體傳輸相分離。IMS雖然是3GPP為移動用戶接入多媒體服務(wù)而開發(fā)的系統(tǒng)，但由于它全面融合了IP域的技術(shù)，并在開發(fā)階段就和其它組織進行密切合作，使得IMS實際已經(jīng)不僅僅局限于只為移動用戶進行服務(wù)。IMS體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
在IMS體系結(jié)構(gòu)中，最底層為承載層，用于提供IMSSIP會話的接入和傳輸，承載網(wǎng)必須是基于分組交換的。圖2以移動分組網(wǎng)的承載方式為例，描述了IMS用戶通過手機進行IMS會話的方式，主要的承載層設(shè)備有SGSN（GPRS業(yè)務(wù)支撐節(jié)點）、GGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS業(yè)務(wù)支撐節(jié)點）以及MGW（媒體網(wǎng)關(guān)）。其中SGSN和GGSN可以重復利用現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備，不需要硬件升級，僅通過做相關(guān)配置就可以支持IMS。MGW是負責媒體流在IMS域和CS（電路交換）域互通的功能實體，主要解決語音互通問題。無論具體采用哪一種接入方式，只要基于IP技術(shù)，所有的IMS用戶信令就可以很好地傳送到控制層。
中間層為信令控制層，由網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器組成，負責管理呼叫或會話設(shè)置、修改和釋放，所有IP多媒體業(yè)務(wù)的信令控制都在這一層完成。主要的功能實體有CSCF、HSS（HomeSubscriberServer，歸屬用戶服務(wù)器）、MGCF等，這些網(wǎng)元執(zhí)行不同的角色，如信令控制服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、媒體網(wǎng)關(guān)服務(wù)器等，協(xié)同完成信令層面的處理功能，如SIP會話的建立、釋放。這一層僅對IMS信令負責，最終的IMS業(yè)務(wù)流不經(jīng)過這一層，完全通過底層的承載層做路由實現(xiàn)端到端通信。
最上面一層是應用層，由應用和內(nèi)容服務(wù)器組成，負責為用戶提供IMS增值業(yè)務(wù)，主要網(wǎng)元是一系列通過CAMEL、OSA/Parlay和SIP技術(shù)提供多媒體業(yè)務(wù)的應用平臺。運營商可以自行開發(fā)一些基于SIP的應用，通過標準SIP接口與IMS系統(tǒng)連接；如果運營商需要連接第三方SP的應用，IMS可以和標準的API，如OSAAPI連接，通過OSA/ParlayGW對第三方非信任的SP業(yè)務(wù)進行鑒權(quán)和管理等。
（二）IMS的優(yōu)勢
1．IMS由于采用的是分組網(wǎng)絡(luò)，對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持有著天然的優(yōu)勢，能滿足新業(yè)務(wù)的高速寬帶和低成本的需要。
2．SIP協(xié)議能夠提供終端到終端和終端到服務(wù)器直接的通信。SIP協(xié)議業(yè)務(wù)的靈活和擴展能力也是比較強大的。IMS的終端由于直接支持SIP，所以它的終端智能是比較高的，從而使業(yè)務(wù)拓展也比較容易。
3．IMS系統(tǒng)不是一個簡單的SIP網(wǎng)絡(luò)，它加強了對用戶和業(yè)務(wù)的控制，便于運營商把握資源的使用。
4．IMS和接入網(wǎng)絡(luò)之間的獨立性。
5．IMS整合了各種業(yè)務(wù)平臺，形成一個統(tǒng)一的IMS系統(tǒng)，這樣有利于各種業(yè)務(wù)平臺之間的兼容。IMS和目前國際化標準組織OMA共同開發(fā)業(yè)務(wù)平臺，從而為IMS系統(tǒng)增值。
6．IMS因為采用是IP承載網(wǎng)絡(luò)，向全IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)邁進了一步。
三、IMS與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進
1.網(wǎng)絡(luò)演進的驅(qū)動力
不管是固定網(wǎng)絡(luò)運營商還是移動網(wǎng)絡(luò)運營商，如何借助靈活開放的業(yè)務(wù)平臺快速部署新業(yè)務(wù)是他們在市場競爭中保持優(yōu)勢的關(guān)鍵因素，是網(wǎng)絡(luò)演進的驅(qū)動力之一。
另外，用戶對全新多媒體業(yè)務(wù)的需求也是網(wǎng)絡(luò)演進的驅(qū)動力之一。用戶希望能夠以跨越固定和移動網(wǎng)絡(luò)的便捷使用方式來獲得多媒體業(yè)務(wù)。因此，運營商需要一個可控制、可管理和可盈利的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，來提供用戶所期待的全新業(yè)務(wù)�；贗P技術(shù)、與接入無關(guān)、業(yè)務(wù)和控制分離的IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)正是滿足這一需求的全新架構(gòu)。
2.IMS與FMC（固定和移動融合）
移動通信和固定通信的融合以及聲音、數(shù)據(jù)、圖像多媒體的融合是未來通信發(fā)展的趨勢，IMS則初步體現(xiàn)了這兩大融合。
用戶的業(yè)務(wù)需求是固定和移動融合的基本驅(qū)動力。對用戶而言，有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，可以實現(xiàn)真正的隨時隨地溝通，在通信手段和通信方式上也有了更多的選擇和更大的靈活性；同時還可以享受到更多固定和移動融合所帶來的新業(yè)務(wù)。
固定和移動的融合能為全業(yè)務(wù)運營商節(jié)省投資、減少運營成本。傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)提供的許多業(yè)務(wù)基本一致，但是移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)是獨立的兩張業(yè)務(wù)網(wǎng)，致使運營維護費用高；而且當開發(fā)新業(yè)務(wù)時，即使同樣的業(yè)務(wù)也必須分別升級兩張網(wǎng)絡(luò)才能夠為移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)用戶分別提供新業(yè)務(wù)，致使新業(yè)務(wù)提供成本高。固定和移動融合之后將形成整體的網(wǎng)絡(luò)，運維成本將顯著降低，而且新業(yè)務(wù)的開發(fā)不必再分別升級固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)，只需要對統(tǒng)一的業(yè)務(wù)平臺進行一次升級就能夠同時為各類用戶提供業(yè)務(wù)。
固定和移動融合也是NGN發(fā)展的必然趨勢，因為全IP網(wǎng)絡(luò)是固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)的共同發(fā)展方向，在NGN體系架構(gòu)下，固定和移動只是NGN的不同接入方式。固定網(wǎng)絡(luò)與移動網(wǎng)絡(luò)的演進路線在很多方面相似，PSTN將向固定軟交換網(wǎng)演進，而基于WCDMA的移動網(wǎng)絡(luò)則是沿著3GPPR99／R4／R5的道路演進。雖然目前固定NGN和移動NGN(即3G或B3G)的發(fā)展是獨立的，但兩者在演進過程中所遵從的分層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、所采用的許多通信協(xié)議和接口規(guī)范都相同或類似，尤其是IMS的發(fā)展有望實現(xiàn)兩者在核心網(wǎng)絡(luò)層和業(yè)務(wù)層的完全融合。
3.GSM網(wǎng)絡(luò)向IMS演進探討
(1)目前G網(wǎng)技術(shù)演進滯后于C網(wǎng)，G網(wǎng)的狀況基本是沒有很完善的GPRS/EDGE網(wǎng)絡(luò)。所以第一步要建立完善覆蓋的GPRS網(wǎng)絡(luò)，以提供端到端高數(shù)據(jù)交換服務(wù)。
(2)在核心網(wǎng)中引入軟交換，形成控制和承載相分離的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，目前很多廠家不太支持不經(jīng)過軟交換階段的IMS。
(3)經(jīng)過軟交換階段之后我們在全國范圍內(nèi)逐步引入IMS，以實現(xiàn)全IP化的接口。
IMS的部署并不意味著替換電路域，相反，在IMS部署初期，由于語音業(yè)務(wù)還無法直接由IMS域提供，語音業(yè)務(wù)還將由電路域承擔。只有當語音成為豐富的多媒體業(yè)務(wù)的一部分，而且IMS達到一定的滲透率之后才能真正開始語音從電路域到IMS域的遷移。
從增加業(yè)務(wù)收入角度看，3G技術(shù)的引入開始可以提供更高的帶寬和更吸引人的業(yè)務(wù)，但更多的新業(yè)務(wù)必須依賴于IMS。IMS能夠作為現(xiàn)有GPRS網(wǎng)絡(luò)的疊加網(wǎng)絡(luò)來部署，另外需要增加PDF、CSCF、HSS以及IMSAS等。依賴于IMS提供IP多媒體業(yè)務(wù)，將是移動運營商的首選。同時由于IMS核心網(wǎng)元和固定運營商IMS所使用的是一樣的，因此也有利于固定和移動融合的網(wǎng)絡(luò)部署和業(yè)務(wù)開展。
(4)最后我們要把現(xiàn)有的C網(wǎng)、固定網(wǎng)等全部接入到IMS網(wǎng)絡(luò)，并把現(xiàn)網(wǎng)的相關(guān)業(yè)務(wù)遷移到IMS網(wǎng)絡(luò)。
四、總結(jié)
從標準化和技術(shù)成熟度來看，基于軟交換構(gòu)建固定的NGN更為現(xiàn)實，難度也較小；從技術(shù)趨勢來看，開放與融合程度更高的IMS系統(tǒng)則代表了未來的發(fā)展方向，代表著固定與移動融合的趨勢，更有前途�？梢哉f基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)只是NGN發(fā)展的初級階段，而IMS是NGN發(fā)展的高級階段。
各運營商都將網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)融合作為長遠的戰(zhàn)略目標，長遠目標一定和近期的部署相結(jié)合，在具體部署時又要根據(jù)市場需求和網(wǎng)絡(luò)實際情況進行。總的來說IMS和移動軟交換將同時存在，它們之間通過網(wǎng)絡(luò)互通實現(xiàn)部分業(yè)務(wù)的互通。并且從長期來看，電路域用戶最終會遷移到IMS域，然而大規(guī)模的遷移不會在近期出現(xiàn)。
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