基于IMS实现网络融合_电信_融合通信

基于IMS实现网络融合

鲜伟　李小文 2008/07/18

　　电信网络与业务经历几十年的蓬勃发展，各类新技术、新业务层出不穷，为用户提供了方便快捷、安全可靠的通信环境，同时也促进了国民经济的快速发展。移动通信从模拟到数字，从2G、2.5G到即将来临的3G；固网通信从电路交换、IP到下一代网络（NGN）。随着电信技术与业务的发展和社会信息化水平的日益提高，数据及多媒体业务的重要性越来越突出，但目前的网络难以满足人们对话音、数据与多媒体融合业务的要求，难以实现人们在任何时间、任何地点、任何方式通信的美好愿望。

　　1、网络融合的必然性

　　用户对业务的需求推动固定和移动网络的融合。对用户而言，有线网络与无线网络相结合，可以实现真正的随时随地沟通；在通信手段和通信方式上有了更多的选择性和灵活性；同时还可以享受到融合所带来的更多的新业务。

　　固网和移动网络融合能为运营商节省投资、降低运营成本、增强其差异化竞争能力，更方便为用户提供全业务服务。传统的固定网络和移动网络是两张相互独立的网，很多业务存在重叠的问题，致使运营维护费用高；当需要开发新业务时，即使同样的业务也必须分别升级两张网络才能够为移动网络和固定网络用户分别提供新业务，致使新业务提供成本高。固网和移动网络融合之后将形成一张整体的网络，运维成本将显著降低，新业务的开发也只需要对统一的业务平台进行一次升级就能够同时为各类用户提供业务。运营商能够更加灵活地开展业务，为用户提供整体解决方案，提供个性化服务，从而提高其市场竞争的能力。固网和移动网络融合是下一代网络（NGN）发展的必然趋势。固网和移动网络必然都会朝着全IP网络的方向发展。在NGN体系架构下，固定和移动只是体现在接入方式的不同。PSTN将向固定软交换网演进，而移动网络则是沿着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从的分层网络体系结构、所采用的许多通信协议和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。

　　2、IMS及其系统架构

　　IP多媒体子系统（IMS）最初是3GPP在R5提出的支持IP多媒体业务的子系统，IMS是一个基于IP技术的、与接入无关的架构，它的主要特点是统一的用户数据，统一和开放的应用/业务层、统一的呼叫会话控制等。IMS是在软交换的基础上进一步对业务/应用与控制进行分离，并把用户数据进行集中，真正做到了与接入技术无关。并且充分考虑了运营商实际运营需要，在网络框架、QoS、安全、计费以及与其他网络的互通方面都制定了相关规范。IMS架构有效结合了传统电信网络的可控、可管理性与互联网的业务提供灵活性，因此构成了一个灵活的，能提供各种业务的开放的，可控可管理的通信网络。

　　因为IMS具有上述种种优点，目前3GPP、3GPP2、ETSI和ITU-T都已经确定将IMS作为NGN核心网基于SIP会话子系统的基本框架，一致认为基于IMS的网络融合是今后NCN发展的方向。

　　目前3GPP已经定义了WLAN、ADSL接入IMS的规范，TISPAN和ITU-T则着力于构建基于IMS的下一代融合网络。

　　IMS体系结构如图1所示。

图1　IMS系统结构

　　在IMS体系结构中，最底层为承载层。承载网是基于分组交换的，用于提供IMSSIP会话的接入和传输。主要的承载层设备有SGSN（GPRS业务支撑节点）、GGSN（网关GPRS业务支撑节点）以及MGW（媒体网关）。其中SGSN和GGSN可以重复利用现有网络设备，不需要硬件升级，仅通过做相关配置就可以支持IMS。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，负责呼叫管理及会话设置、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业务流不经过这一层，完全通过底层的承载层做路由实现端到端通信。

　　最上层为应用层，由应用服务器和内容服务器组成，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第三方SP的应用，IMS可以和标准的API，如OSAAPI连接，通过OSA/Parlay GW对第三方非信任的SP业务进行鉴权和管理。

　　3、IMS实现网络融合的优势

　　随着通信网络的发展与演进，融合不可避免，固网和移动网络的融合（FMC）更是迫切需要解决的问题。IMS进一步发扬了软交换结构中业务与控制分离、控制与承载分离的思想，比软交换进行了更充分的网络解聚，网络结构更加清晰合理。网络的解聚使得垂直业务模式被打破，有利于业务的发展；另外，不同类型网络的解聚也为网络在不同层次上的重新聚合创造了条件。这种重新聚合，就是网络融合的过程。利用IMS实现对固定接入和移动接入的统一核心控制，主要是IMS具有以下特点：

　　（1）与接入的无关性。虽然3GPP IMS是为移动网络设计的，TISPANNGN是为固定xDSL宽带接入设计的，但它们采用的IMS网络技术却可以做到与接入无关，因而能确保对FMC的支持。从理论上可以实现不论用户使用什么设备、在何地接入IMS网络，都可以使用归属地的业务。控制层和业务层之间的开放接口使得来自不同接入网络的呼叫/会话可以进行统一的处理。

　　（2）统一的业务触发机制。IMS核心控制部分不实现具体业务，所有的业务包括传统概念上的补充业务都由业务应用平台来实现，IMS核心控制只根据初始过滤规则进行业务触发，这样消除了核心控制相关功能实体和业务之间的绑定关系，无论固定接入还是移动接入都可以使用IMS中定义的业务触发机制实现统一触发。

　　（3）开放的业务环境。IMS的业务除由运营商自己提供以外，还允许由第三方提供。IMS提供标准接口，业务开发基于API而不是直接面对复杂的网络协议，屏蔽了网络协议的复杂性。

　　（4）一致的业务归属能力。在CS域和PS域以及PSTN，业务提供能力都与用户当前所在的设备有关系。在归属网络，已经开通的业务在漫游地设备并不一定能够提供。IMS在这方有很大的变化，所有业务处理信令都要回到归属网络，业务环境也是由归属网络提供的。IMS采用分层结构的P-CSCF，I-CSCF和S-CSCF来对用户信令做出归属地控制，支持用户移动性，用户无论漫游到任何地方，信令信息都会发送回归属地。漫游用户的所有业务都由拜访地的P-CSCF路由到归属地，由归属地的S-CSCF控制用户业务并根据用户签约数据将业务触发到本网或者第三方的应用上，从而保障了业务的一致性、简单性，使得用户无论在何处接入，采用何种接入方式均可享受与在归属地一样的业务感受，IMS向用户提供了VHE（虚拟归属业务环境）的能力。

　　（5）统一的用户数据库。HSS（归属业务服务器）是一个统一的用户数据库系统，既可以存储移动IMS用户的数据，也可以存储固定IMS用户的数据，数据库本身不再区分固定用户和移动用户。特别是业务触发机制中使用的初始过滤规则，对IMS中所定义的数据库来讲完全是透明数据的概念，屏蔽了固定和移动用户在业务属性上的差异。

　　IMS所具有这些特征可以同时为移动用户和固定用户所共用，这就为同时支持固定和移动接入提供了技术基础，使得网络融合成为可能。

　　4、结束语

　　IMS作为一种网络框架结构的标准，在现有网络中的应用还不多；但是它作为移动和固定接入融合的统一架构，IMS却是未来电信网进一步发展和演进的方向。从IMS的体系结构来看，用IMS实现网络融合具有不可比拟的优势，但IMS仍然面临网络、业务、管理、运营和体制等多个层面的问题，并且其许多功能尚需完善。由于IMS最初并未考虑到固定接入的需求，使得规范上需要进行扩展；多种接入方式的引入，整个网络的复杂度大大提高。IMS需要综合考虑各种固定和移动接入网络的特征，确保为各种终端都能提供服务。由此可见，基于IMS实现固定网络和移动网络的融合不是一蹴而就的，必定是一个循序渐进的过程，是一个不断完善的过程。

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