基于IMS的电信网络融合

徐红军 2009/07/07

图1 R4结构图

　　BSS：基站子系统　RNS：无线网络子系统　　SGSN：服务GPRS支持节点

　　GGSN：网关GPRS支持节点　HSS：归属用户服务器　　MSC：移动交换中心

　　GMSC：网关移动交换中心　MGW：媒体网关　　T-SGW：传输信令网关　　R-SGW：漫游信令网关

　　1.R4接入部分

　　在原有GSM设备上叠加了3G的设备，也就是图1中的BSS和RNS，使得2G和3G的移动终端分别通过不同的基站接入到移动网络中。

　　2.R4核心网部分

　　核心网分为电路域和分组域，分组域主要有SGSN和GGSN两个网元，电路域主要有(G)MSCServer、MGW、T-SGW、R-SGW等网元。其作用是：SGSN主要负责移动性管理;GGSN主要完成与其他分组交换网络的连接;(G)MSCServer进行呼叫控制和移动性管理;MGW对媒体格式进行转换处理;T-SGW承担移动软交换网与PSTN的信令互通;R-SGW承担移动软交换网与传统移动信令网的信令互通。

　　3.软交换网络的优势

　　移动软交换网络分为应用层、控制层、传输层和接入层。这种分层结构使得移动软交换网相对于现在的GSM网络具有系统容量大、利于增值业务的开展、系统的维护和升级简单、采用以IP为主的分组传输方式节省了传输链路资源、与IMS融合更加容易等特点。GSM网络向移动软交换网络的演进是一种必然的趋势。

软交换网络和IMS的融合

　　IMS采用SIP协议进行端到端的呼叫控制，由于SIP属于应用层协议，与接入方式无关，这使得IMS对传统电信网、固定软交换网络和移动软交换网络进行融合成为可能，同时IMS在业务层面也支持对语音、视频、数据、即时消息等业务进行融合。

　　1.IMS功能实体

　　IMS的功能实体有代理呼叫控制功能(P-CSCF)、查询呼叫控制功能(I-CSCF)、业务呼叫控制功能(S-CSCF)、断点网关控制功能(BGCF)、媒体网关控制功能(MGCF)、媒体资源功能控制(MRFC)和媒体资源功能处理(MRFP)等。

　　P-CSCF是呼叫用户终端接入IMS的第一个网元，具有地址翻译功能。P-CSCF将SIP消息发送到用户终端归属地的I-CSCF。I-CSCF是用户终端归属地的接入点，在用户登记时通过I-CSCF查询HSS，为用户分配一个S-CSCF，将其它IP网络的SIP请求消息路由给S-CSCF，并具有隐藏本地网络拓扑的功能。S-CSCF具有登记功能，从HSS下载并临时存储用户信息，提供呼叫控制功能，对上层应用提供接口。BGCF选择与PSTN互通的网络，并选择MGCF。MGCF通过SIP协议与S-CSCF互通，通过H.248协议对媒体网关进行控制，通过SIGTRAN协议与信令网关连接，MGCF进行SIP消息和ISUP(ISDN用户部分)信令的转换，完成IP网络和PSTN的信令互通。MRFC的功能是媒体资源控制，通过H.248协议对MRFP进行控制。MRFP对媒体进行处理，例如编解码、混音等。

　　2.IMS与PSTN的互通

　　T-SGW将PSTN的NO.7信令消息转变为IP承载的M3UA消息，将MGCF发来的M3UA消息转换为MTP3消息，T-SGW仅仅是对底层承载方式进行适配，这样便完成了信令的互通。

　　由于媒体流的格式不一样，因此需要MGW进行媒体格式的转换。例如把PSTN侧的基于ATM传送的PCM编码转换为基于IP的RTP流。

　　3.IMS与固定软交换网络的互通

　　由于IMS网络和固定软交换网络都是基于软交换技术，基于IP承载并用SIP协议作为呼叫控制协议的，而且它们具有类似的开放业务接口，即由ITU提出的基于Parlay的标准接口和3GPP提出的基于OSA的标准接口，因此它们的互通从架构和协议上看比较容易。但由于IMS和固定软交换网分别从移动网和固网角度提出，仍有很多互通的问题需要解决。

　　4.基于IMS的网络融合

　　基于IMS的网络体系架构是下一代网发展的方向，其网络融合架构如图2所示。网络共分为四层，IMS处于会话控制层，通过分组域来传输信令和媒体流，IMS独立于电路域。在IMS域中，各网络单元之间的接口都有标准协议，MGCF和MGW、MRFC和MRFP之间的接口协议是H.248协议，MGCF和T-SGW之间的接口协议是SIGTRAN协议，其余网元之间的接口协议是SIP协议。

图2 基于IMS的网络融合架构

　　从网络的分层结构来看。融合指四个层次的融合。

　　(1)接入层的融合

　　在接入层，支持所有固定终端和移动终端的接入。

　　移动终端接入：移动终端可以通过2G/3G基站、WiMAX接入网或WiFi接入网等接入到IMS网络中。

　　固定终端接入：SIP终端可以直接接入到IP网络中;模拟终端、ISDN和ADSL等可通过接入网关接入，并被适配至IP网络;H.323终端通过终端适配接口完成H.323协议和SIP协议的转换。并被接入到IMS网络中。

　　(2)传输层的融合

　　在基于分组的承载网络上，通过ATM，IP，MPLS等技术，运用InterServ/DiffServ机制，使QoS得到保证、资源得到充分利用。

　　(3)会话控制层的融合

　　统一的会话控制是网络融合的核心，这个层次的融合是最复杂的。会话控制层的融合包括IMS、固定软交换网、PSTN、移动软交换网和传统移动信令网等的融合。IMS与PSTN通过T-SGW实现信令互通，通过MGW实现媒体流的互通。IMS与传统移动信令网通过R-SGW实现信令互通。

　　(4)应用层的融合

　　应用层包括SIP应用服务器、Parlay/OSA和智能网。Parlay/OSA提供的标准应用编程接口(API)，提供了一个开放的业务平台，有利于第三方的业务提供。具体的业务，如语音、视频、即时消息、数字集群等都可以融合在统一的平台上。

基于IMS融合需要研究的问题

　　1.IMS与固定软交换网络的互通

• 移动网和固网对用户终端的鉴权机制不同。IMS需要扩展以适应固定软交换网的鉴权。


• 由于接入方式中对于位置管理的差别，使相应的信令接口和计费接口中的相关信息需要更改。


• 两个网络的用户数据库应融合成一个公共的用户数据库，这样有利于对用户的鉴权、认证和计费。


• 现有的IMS只支持移动智能网业务。需要扩展IP多媒体子系统交换功能(IM-SSF)以支持固定智能网业务。


• 由于固定软交换网络不支持移动性，需要考虑IMS和固网融合时移动性方面的问题。


• 因为在移动网络中空中接口资源有限，为了节省空中资源需要在P-CSCF中进行SIP压缩;而对于固网的接入。带宽资源丰富，不需要进行SIP压缩。所以固定终端无需支持相应的压缩算法，从而降低了对终端的要求。

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