固網接入IMS的解決方案

2008/01/21

圖1　TISPAN NGN-IMS架構

　　2、固網接入IMS的核心控制功能架構

　　在IMS支持的固網接入方式下，位于控制平面的RACS和NASS兩個子系統(tǒng)有效地實現(xiàn)了業(yè)務控制與傳送功能相分離，向下感知傳送網絡的資源使用情況，為上層應用提供接口。通過資源接納控制，確保正確合理地使用傳送網絡資源，從而保證業(yè)務的服務質量(QoS)，并防止帶寬和業(yè)務被盜用的現(xiàn)象發(fā)生。

　　2.1　NASS

　　2.1.1　NASS總體描述

　　NASS實現(xiàn)IP地址分配、傳送層的認證和授權、接入網配置、位置信息的管理等功能，在移動或者游牧的場景下，NASS負責控制終端的接入，完成對用戶附著于接入網絡的管理。NASS的基本架構[4]如圖2所示，由網絡接入配置功能(NACF)、接入管理功能(AMF)、連接會話定位與存儲功能(CLF)等邏輯功能單元組成。

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圖2　網絡附著子系統(tǒng)結構

　　NASS提供的是接入層的注冊功能，UE接入到NGN服務時對其初始化。NASS提供網絡級的標識信息和鑒權方式，并且管理接入網的IP地址空間，為用戶提供NGN上層業(yè)務應用層IMS的接入點信息，即P-CSCF的標識。

　　2.1.2　NASS功能單元組成

　　(1)NACF

　　NACF負責為UE分配IP地址，并提供UE所需要的其他網絡配置參數(shù)，如域名服務器(DNS)地址，上層業(yè)務接入點地址等。

　　(2)AMF

　　AMF負責翻譯UE的接入請求，將UE的IP地址分配請求以及網絡配置參數(shù)請求轉發(fā)至NACF，將用戶鑒權請求轉發(fā)給用戶接入鑒權功能(UAAF)，反向則將來自NACF或UAAF的響應轉發(fā)給UE。

　　(3)CLF

　　CLF不但登記UE所分配的IP地址以及NACF提供的相關網絡定位地址信息、地理位置信息，并對這些信息進行關聯(lián)，而且還存儲用戶標識、用戶的QoS清單、用戶的位置信息隱私權設置，并向上層業(yè)務提供位置查詢功能。

　　(4)用戶接入授權功能(UAAF)

　　UAAF提供用戶鑒權、授權核查功能�；�于用戶網絡清單，以接入網絡。UAAF也收集用于計費的賬務數(shù)據(jù)。

　　(5)清單數(shù)據(jù)庫功能(PDBF)

　　PDBF存儲用戶鑒權數(shù)據(jù)(如用戶標識、支持的鑒權方法清單和鑒權密鑰)以及與網絡接入配置相關的信息。

　　(6)客戶網關配置功能(CNGCF)

　　CNGCF在初始化或升級時使用，為客戶網關(CNG)提供額外的配置信息，如防火墻配置、IP包的QoS標記等。

　　2.2　RACS

　　2.2.1　RACS總體描述

　　RACS是NGN的組成部分之一，將業(yè)務層的資源需求與網絡承載層的資源分配相關聯(lián)，主要完成策略控制、資源預留、接納控制、網絡地址轉換(NAT)和防火墻穿越等功能。RACS通過一系列策略為應用提供基于傳輸?shù)目刂品�務，只要該應用支持RACS接口，RACS就能保證任意應用能夠請求到與其服務相匹配的傳輸資源。同時，RACS為運營商提供多種不同接納控制的方法，并設置各自的承載服務策略。RACS為各種服務提供獲得網絡資源的方法，使得用戶終端可以獲得所提供服務，其總體功能結構如圖3所示[5]。

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圖3　RACS的總體功能結構

　　NGN服務層包含應用功能(AF)，它提供了IP承載資源的控制請求服務，例如IMS中的AF即是P-CSCF和I-BCF。RACS總體功能結構中各個功能模塊的作用如下：

　　(1)基于業(yè)務的策略決策功能(SPDF)基于AF的請求選擇本地策略，決定如何支持該請求;

　　(2)接入資源準入控制功能(A-RACF)從SPDF、接收請求，決定接受或拒絕對傳送資源的請求;

　　(3)源控制執(zhí)行功能(RCEF)是A-RACF的策略執(zhí)行單元，A-RACF根據(jù)運營商定義的本地策略以及初始門限設置等，生成初始傳輸策略，并在RECF安裝傳輸策略;

　　(4)二層終結點功能(L2TF)是接入網中CPE二層流量的終結點，RECF和L2TF是兩個不同的功能實體，但是常常組合成一個接入網絡中的物理實體IP Edge;

　　(5)邊界網關功能(BGF)是一個包到包的網關，也是策略執(zhí)行單元。BGF在SPDF的控制下完成網絡地址轉換、門控、QoS標記、帶寬限制、使用測量以及資源同步功能。

　　2.2.2　RACS功能單元組成

　　(1)SPDF

　　SPDF是基于服務的策略決策控制(SBP)的一個邏輯實體。SPDF用網絡運營商定義的策略規(guī)則進行策略決策。基于決策結果，AF將資源請求發(fā)送至A-RACF和BGF。最終的決策響應送回請求的AF。

　　(2)接入資源準入控制功能(A-RACF)

　　A-RACF的主要功能包括準入控制(AC：Admission Control)和網絡策略集成(NPA：Network Policy Assembly)。A-RACF通過Rq參考點接受SPDF的QoS請求，并核對該QoS請求信息是否可以提供，同時將結果反饋給SPDF。A-RACF將確保SPDF的請求和接入策略匹配，對來自SPDF的請求進行綁定，保證該請求與具體的接入相匹配。

　　3、固網接入具體流程

　　NASS和RACS的設計理念更加強調“業(yè)務系統(tǒng)對傳送層的控制”，這將成為NGN傳送層的主要特點之一，可以通過接納控制防止接入過多的業(yè)務而損害現(xiàn)有的業(yè)務質量。IMS幾乎可以實現(xiàn)目前所有的電信業(yè)務，包括基本的語音業(yè)務、補充業(yè)務、下載類業(yè)務、流媒體業(yè)務以及其他多媒體業(yè)務。固定運營商出于網絡演進和業(yè)務的需要，通過IMS網絡向固定寬帶用戶(例如ADSL用戶)提供VoIP業(yè)務。下面以VoIP業(yè)務為例，介紹固網接入IMS的具體消息流程和涉及的NASS、RACS等相關實體對VoIP業(yè)務的接納控制功能。

　　3.1　VoIP用戶附著接入網過程

　　一個VoIP用戶終端應該具有普通電話的功能，即可以撥打電話和接聽電話，此外還要具有播放來電振鈴功能、撥號功能，以及呼叫保持、呼叫前轉和呼叫轉移等功能。IMS可以感知VoIP用戶的接入網位置、在話單中攜帶業(yè)務以及歸屬地和拜訪地標識，計費系統(tǒng)可以根據(jù)這些內容對業(yè)務漫游計費。圖4即為VoIP用戶的附著接入網過程。

圖4　注冊用戶附著接入網過程

　　具體步驟為：

　　(1)NASS接受VoIP用戶設備承載資源的請求;

　　(2)NASS發(fā)送Access-Profile-Push以通知NACF;

　　(3)A-RACF基于運營商定義的本地策略和收到的來自NASS的消息，決定傳輸策略是否需要被加載或者修改;

　　(4)A-RACF請求RCEF加載傳輸策略(取決于步驟3);

　　(5)RCEF確認加載傳輸策略(取決于步驟4)。

3.2　NASS分配用戶網絡清單消息過程

　　接入網具有根據(jù)業(yè)務分配鏈路資源、控制接入網的QoS、指定終端接入IMS的入口點等特點。在UE接入流程中，一旦注冊用戶附著在網絡上，NASS便動態(tài)地向RACS提供VoIP接入用戶的網絡清單消息。NASS發(fā)送的注冊用戶網絡清單可包括如下三類消息：VoIP用戶附著消息，攜帶用戶ID、物理接入ID、邏輯接入ID、接入網絡類型和全球惟一IP地址;QoS清單消息，攜帶上行服務類型、下行服務類型、上行注冊帶寬、下行注冊帶寬、最大優(yōu)先級、媒體類型和請求名稱;初始門限設置，攜帶允許目的地清單、上行默認帶寬、下行默認帶寬等。圖5即為NASS向RACS分配接入用戶的網絡清單信息的信息流[6]。

圖5　NASS分配用戶清單消息流

　　具體步驟為：

　　(1)網絡附著過程中UE將被鑒權。這一階段是基于用戶清單的接入鑒權。用戶具體的配置清單，例如QoS，可以被從歸屬NGN網絡中下載到拜訪NGN網絡(從UAAF服務器到UAAF代理);

　　(2)為UE提供動態(tài)IP地址和IP配置信息。NACF負責分配IP配置信息;

　　(3)CNGCF配置CNG參數(shù);

　　(4)TISPAN NGN服務子系統(tǒng)從CLF獲得位置信息。位置信息的主要參數(shù)為用戶標識符和NASS分配給UE的IP地址。

　　3.3　RACS進行接納控制過程

　　VoIP注冊用戶附著在網絡上后，NASS通過e4接口向RACS中的A-RACF通知用戶的網絡清單等信息，并作為處理資源分配請求的參考。

　　VoIP的業(yè)務資源需求由兩個因素決定：每個呼叫的帶寬需求(平均碼率)和單位時間的呼叫數(shù)量。其中，后者是由用戶的數(shù)量、活躍程度和網絡訪問模式決定的。SPDF收到AF的請求后，向A-RACF提供用戶ID或IP地址、請求者的名稱/服務類別、媒體描述以及服務優(yōu)先級等消息。

　　當收到來自SPDF的資源請求后，A-RACF便按照其事先從NASS收到的用戶接入清單進行鑒別。如果A-RACF核對從SPDF收到的QoS請求信息可以提供，即接受該請求，并且A-RACF在RCEF中加載該傳輸策略。RCEF實施A-RACF傳送過來的二層/三層媒體流策略，完成門控、QoS標記、帶寬限制等功能。如圖6即為AF請求資源時的具體消息流[7]。

圖6　資源請求過程

　　具體步驟為：

　　(1)AF生成會話初始化請求;

　　(2)AF發(fā)送業(yè)務請求信息給SPDF;

　　(3)SPDF給這個請求授權，包括驗證AF發(fā)出的資源請求是否與SPDF中運營商定義的本地策略相匹配;

　　(4)如果業(yè)務請求被授權，SPDF用本地策略和請求中攜帶的參數(shù)來決定怎樣處理請求。它可以發(fā)送Resource-Req給A-RACF，并發(fā)送bgf—Req給BGF;

　　(5)A-RACF把來自SPDF的請求映射到內部網絡拓撲。A-RACF基于接入網策略執(zhí)行授權和接入控制，同時決定傳輸策略是否加載到RCEF;

　　(6)A-RACF請求RCEF加載策略;

　　(7)RCEF確認傳輸策略的加載(取決于步驟6);

　　(8)如果資源被預留，A-RACF發(fā)送Resource-Cnf以通知SPDF;

　　(9)SPDF把資源請求發(fā)送給合適的BGF;

　　(10)BGF執(zhí)行請求的VoIP業(yè)務(例如分配必要的資源以加入RTP中繼功能)，并且將相應的操作通知SPDF;

　　(11)SPDF把結果響應轉發(fā)給AF。

　　以上描述了通過固網接入IMS的過程中VoIP業(yè)務的接納控制消息流程。VoIP對IMS網絡的QoS提出了非常嚴格的要求。接納控制是防止網絡過載而造成QoS下降的重要手段。VoIP用戶發(fā)起業(yè)務請求之后，承載控制層實現(xiàn)基于呼叫接納控制技術的動態(tài)QoS機制，可以適當?shù)貙崿F(xiàn)節(jié)約帶寬、改善用戶體驗以及降低設備和運營成本的目的。

　　4、結語

　　綜上所述，IMS是與接入方式無關的控制層網絡，因此IMS不僅可以用在無線網絡，也可以延伸到固定網絡。比較固定接入網和移動接入網的特點會發(fā)現(xiàn)，移動網絡對于接入網的控制機制非常完備，而固定接入網中的用戶鑒權、資源分配、接入網定位、計費采集點和網絡狀態(tài)監(jiān)控等還需要不斷的探索和研究。同時還需對固定終端的用戶標志和鑒權認證方式進行擴展。因此，在固定接入網中制定NASS和RACS子系統(tǒng)的標準并替換和升級原有的接入網控制設備都將是一項長期的工程。

　　參考文獻

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2. ETSI TS 182 006 V1.1.1.IP Multimedia Subsystem(IMS)，Stage 2 description　(3GPP TS 23.228 v7.2.0，　modified)IMS stage 2　Endorsement.2006


3. ETSI TS 180 002 V0.3.0.NGN Release 2.Release definition NGN R1.2007


4. ETSI ES 282 004 V 1.1.1.NGN Functional Architecture. Network　Attachment Sub-System(NASS).2006


5. ETSI ES 182 019 V0.3.3 Resource and Admission Control Subsystem (RACS).Functional Architecture，Release 2,2007


6. ETSI ES 283 035 V1.1.1.Network Attachment. Sub-System(NASS).e2 interface based on the DIAMETER protocol.2006


7. ETSI ES 183 048 V0.0.6.Resource & Admission Control System (RACS).Protocol Signalling flows specification，RACS Stage 3.2007

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