移動(dòng)通信網(wǎng)引入IMS的相關(guān)探討

一、IMS|0">IMS概述

IMS(IPMultimediaSubsystem)是3GPP在Release5版本中提出的支持IP多媒體業(yè)務(wù)的子系統，它的核心特點(diǎn)是采用SIP協(xié)議和與接入的無(wú)關(guān)性。IMS是一個(gè)在PS域上面的多媒體控制/呼叫控制平臺，支持會(huì )話(huà)類(lèi)和非會(huì )話(huà)類(lèi)多媒體業(yè)務(wù)，為未來(lái)的多媒體應用提供一個(gè)通用的業(yè)務(wù)使能平臺，它是向All IP Network業(yè)務(wù)提供體系演進(jìn)的一步。

二、為什么要引入IMS

為什么移動(dòng)運營(yíng)商需要部署建設IMS這個(gè)新的核心網(wǎng)絡(luò )?IMS給用戶(hù)帶來(lái)了什么樣的新業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)體驗?回答這個(gè)問(wèn)題的最好方法就是將IMS與現有的CS、PS核心網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行對比。

CS域主要提供端到端的語(yǔ)音、可視電話(huà)和短消息等業(yè)務(wù)，隨著(zhù)運營(yíng)商間競爭的加劇，這些基本業(yè)務(wù)變得越來(lái)越普通，需要通過(guò)新的差異化業(yè)務(wù)來(lái)吸引用戶(hù)。PS域引入了IP傳輸和“永遠在線(xiàn)”的能力，提供了新的數據業(yè)務(wù)，例如MMS，內容瀏覽等，但這些基于IP的數據業(yè)務(wù)卻因為網(wǎng)絡(luò )帶寬、終端限制、貧乏的用戶(hù)體驗、不明朗的計費等因素而沒(méi)有得到成功的應用。

而IMS是專(zhuān)為實(shí)時(shí)的、端到端的移動(dòng)業(yè)務(wù)而設計的，例如richCAll、videotelephony，IMS通過(guò)一些關(guān)鍵性技術(shù)來(lái)實(shí)現這些端到端的通信業(yè)務(wù)，這些技術(shù)包括：會(huì )話(huà)協(xié)商和管理、QoS管理、移動(dòng)性管理等。同時(shí)，IMS使得運營(yíng)商還可以提供一些非實(shí)時(shí)性的端到端業(yè)務(wù)，例如chat、IM；多方業(yè)務(wù)，multimediaconferencing、chat rooms；服務(wù)器到用戶(hù)的業(yè)務(wù)，dynamic push services、click to dial等。

可以說(shuō)IMS是真正可以提升用戶(hù)體驗、提高運營(yíng)商收益的核心網(wǎng)技術(shù)，這也是需要引入IMS的根本原因。

三、IMS的關(guān)鍵技術(shù)

1、IMS網(wǎng)絡(luò )架構

IMS網(wǎng)絡(luò )架構如圖1所示。

圖1 IMS網(wǎng)絡(luò )架構圖

IMS的框架結構包括CSCF(CallSessionControlFunction)、MGCF(Media Gateway Control Function)、IMS-MGW(IMS-Media GateWay)、MRFC(Multimedia Resource Function Controller)、MRFP (Multimedia Resource Function Processor)、BGCF(Breakout Gateway Control Function)等功能實(shí)體。其中CSCF是整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的核心，支持SIP協(xié)議處理SIP會(huì )話(huà)。P-CSCF是UE接入IMS系統的入口，實(shí)現了在SIP協(xié)議中的Proxy和UserAgent功能；MGCF和IMS-MGW是與CS域和PSTN互通的功能實(shí)體，分別負責控制信令和媒體流的互通；MRFC和MRFP是實(shí)現多方會(huì )議的功能實(shí)體，控制層面的MRFC通過(guò)H.248控制MRFP；BGCF是IMS域與外部網(wǎng)絡(luò )的分界點(diǎn)，它選擇在哪里跟CS域或PSTN互聯(lián)。

2、IMS協(xié)議

IMS域中使用的主要協(xié)議有：SIP、Diameter、COPS。其中SIP主要用于呼叫和業(yè)務(wù)控制，Diameter主要用于A(yíng)AA方面，COPS主要用于QoS授權。另外涉及到的相關(guān)協(xié)議還有：媒體相關(guān)協(xié)議—SDP/RTP/RTCP/RTSP、承載/QoS相關(guān)協(xié)議—IPv6/IPSec/RSVP等、傳統域互通協(xié)議—H.248/BICC/ISUP等。

3、IMS的業(yè)務(wù)架構

IMS為業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)商提供了開(kāi)放的可編程環(huán)境，為運營(yíng)商快速靈活的開(kāi)發(fā)下一代新業(yè)務(wù)提供了一個(gè)開(kāi)放的平臺。IMS的業(yè)務(wù)架構是IMS系統比較成功的一個(gè)方面，通過(guò)基于SIP的ISC(InternalServiceControl)接口，由S-CSCF與各種應用服務(wù)器組成。由于IMS融合了語(yǔ)音和數據業(yè)務(wù)，又結合了IP網(wǎng)的靈活性和SIP的可擴展性，使得IMS支持的業(yè)務(wù)更加豐富。

R5在業(yè)務(wù)方面除原有的CAMEL、OSA之外，新支持SIPAS。IMS的業(yè)務(wù)架構如圖2所示：

圖2 IMS業(yè)務(wù)構架示意圖

IMS的業(yè)務(wù)架構要能適應不同業(yè)務(wù)的接入要求，其業(yè)務(wù)架構由S-CSCF以及各種應用服務(wù)器組成，與當前普遍采用的開(kāi)放性業(yè)務(wù)架構一致，都是三層結構：第一層是應用服務(wù)器(AS)；第二層是業(yè)務(wù)能力服務(wù)器(SCS)；第三層是S-CSCF。業(yè)務(wù)可以在分布式架構中開(kāi)發(fā)。

4、IMS提供的業(yè)務(wù)

IMS根據在CSCF上的業(yè)務(wù)平臺的類(lèi)型，分別支持不同種類(lèi)的業(yè)務(wù)：

(1)基于SIP的業(yè)務(wù)應用。

在IMS業(yè)務(wù)體系中，S-CSCF相當于是軟交換的呼叫控制平臺，IMS基于SIP的業(yè)務(wù)平臺是通過(guò)專(zhuān)用的SIPAS實(shí)現的，實(shí)現IM(即時(shí)通信)、點(diǎn)擊呼叫、Web800、Presence、會(huì )議電話(huà)、數字傳真、多媒體消息、VOD、彩鈴、彩名、可視電話(huà)等豐富的實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的多媒體業(yè)務(wù)。

(2)基于OSA的業(yè)務(wù)應用。

IMS支持PAR-LAY/OSA標準業(yè)務(wù)接口，不僅可以完美地實(shí)現傳統的基本電信業(yè)務(wù)，如：呼叫前轉、呼叫等待、多方通話(huà)、主叫顯示、主叫顯示限制、呼叫限制等，而且可以為第三方業(yè)務(wù)供應商提供標準接口，大大提高運營(yíng)商提供新業(yè)務(wù)的能力。

(3)基于CAMEL的業(yè)務(wù)應用。

為保護運營(yíng)商已有的投資，還提供了對傳統智能網(wǎng)絡(luò )的接口，其可以通過(guò)SIP/INAP/CAMEL/WIN接口接入SCP，支持傳統的智能業(yè)務(wù)，如預付費、虛擬專(zhuān)網(wǎng)、卡類(lèi)業(yè)務(wù)等。目前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中應用的預付費業(yè)務(wù)、VPN等業(yè)務(wù)都是采用這種方式實(shí)現的，從而實(shí)現了對已有智能業(yè)務(wù)的繼承。

四、引入IMS相關(guān)問(wèn)題探討

1、IMS的引入方式

對運營(yíng)商而言，可行的一種IMS引入方式是通過(guò)具有市場(chǎng)前景的業(yè)務(wù)引入(例如PTT，IM，呈現等)驅動(dòng)IMS發(fā)展。即點(diǎn)狀試驗，隨著(zhù)業(yè)務(wù)的開(kāi)展，設備的成熟而逐漸大規模商用。

規模商用后的IMS，不是替代PSTN/ISDN/CS等傳統網(wǎng)絡(luò )，而是互通和并存，逐漸吸收話(huà)務(wù)，最終隨著(zhù)PSTN/ISDN/CS等傳統網(wǎng)絡(luò )的消亡而演變?yōu)槿獻MS網(wǎng)絡(luò )。

對于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )向IMS演進(jìn)，需要考慮以下問(wèn)題：

(1)承載網(wǎng)絡(luò )的成熟性。

(2)終端的成熟性。

(3)IMS之上的業(yè)務(wù)定義和業(yè)務(wù)的市場(chǎng)機會(huì )。目前缺乏標準的業(yè)務(wù)定義(停留在POC/Presence/IM/Conference等)，以及非常有商業(yè)前景的業(yè)務(wù)。

(4)運營(yíng)商本身網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的階段性。(例如國內大部分運營(yíng)商正在或已經(jīng)投資建設軟交換網(wǎng)絡(luò )，這部分網(wǎng)絡(luò )有一定的生命周期。還有的運營(yíng)商主體是傳統PSTN/GSM等TDM網(wǎng)絡(luò )，直接過(guò)渡到IMS不是一種很好的解決方案)。

2、IMS與移動(dòng)網(wǎng)CS域和PS域的關(guān)系

IP多媒體子系統應用PS域來(lái)進(jìn)行多媒體信號的承載和傳輸。PS域為IMS提供服務(wù)，終端的移動(dòng)性對于IMS來(lái)說(shuō)是屏蔽的。IMS建立了對呼叫/會(huì )話(huà)進(jìn)行控制的軟交換平臺，控制信令在經(jīng)過(guò)SGSN、GGSN節點(diǎn)后，就會(huì )與媒體平面的消息分開(kāi)，信令消息將在CSCF間根據用戶(hù)配置進(jìn)行傳送，媒體消息則在信令選擇的路徑上傳送。

IP多媒體子系統和CS域之間是相對獨立的，只有一些網(wǎng)絡(luò )設備可能需要和CS域進(jìn)行通信。在部署一個(gè)IP多媒體子系統時(shí)，并不一定需要部署CS域。

3、引入IMS對已有移動(dòng)網(wǎng)的影響

(1)IMS對核心網(wǎng)的影響。

IMS是在PS域上的疊加，引入IMS對CS沒(méi)有影響，需要對PS進(jìn)行擴展。

可以在R99/R4設備的基礎上引入IMS，在PS域上疊加一個(gè)多媒體子系統。對核心網(wǎng)絡(luò )的CS域基本沒(méi)有影響，需要對PS域進(jìn)行擴展，如增加PDF/PEP功能實(shí)現對QoS的控制，需要將IMS計費和PS承載計費進(jìn)行關(guān)聯(lián)等一系列問(wèn)題。

(2)IPv4和IPv6。

在目前環(huán)境下部署可商用的IMS應該考慮IMS支持IPv4和IPv6，并對如何從IPv4平滑演進(jìn)到IPv6進(jìn)行研究。

(3)對無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )的影響。

無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )需要提供對QoS的支持、對RTP、RTCP壓縮復用技術(shù)(ROHC)的支持。

4、引入IMS對UE中SIM/USIM的影響

IMS網(wǎng)絡(luò )使用SIP作為會(huì )話(huà)控制協(xié)議，要求終端必須支持SIP協(xié)議。屆時(shí)是否需要更換SIM卡問(wèn)題視具體情況來(lái)確定，也可以不更換SIM卡，使用WCDMAR4的USIM卡，但是需要修改終端的客戶(hù)軟件來(lái)支持IMS業(yè)務(wù)。也可以更換USIM卡，換成ISIM卡。

5、IMS與軟交換網(wǎng)絡(luò )的關(guān)系

IMS網(wǎng)絡(luò )與軟交換網(wǎng)絡(luò )的關(guān)系，需要分固定軟交換和移動(dòng)軟交換網(wǎng)絡(luò )(例如3GPPR4電路域核心網(wǎng)，3GPP2的LMSD)來(lái)分別加以分析。對固定網(wǎng)絡(luò )中的軟交換，是一個(gè)互通和演進(jìn)的關(guān)系。對移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中的軟交換，不是一個(gè)簡(jiǎn)單的演進(jìn)關(guān)系，而是一個(gè)業(yè)務(wù)互補，網(wǎng)絡(luò )互通，融合替代的關(guān)系。

固定軟交換已經(jīng)具備了基于SIP的智能終端接入能力和SIP的會(huì )話(huà)控制能力，通過(guò)首先將用戶(hù)數據從軟交換中提取出來(lái)，建設獨立的用戶(hù)數據庫并通過(guò)標準的信令進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，再將軟交換的業(yè)務(wù)邏輯從交換中提取出來(lái)，通過(guò)支持基于SIP的ISC接口，實(shí)現業(yè)務(wù)與控制的分離。這時(shí)的軟交換網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)具備了IMS的核心技術(shù)特征。在網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)過(guò)程中，會(huì )自然的形成S-CSCF、P-CSCF、I-CSCF的分布。

相比之下，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的情況要復雜一些。以3GPP的R4的電路域(CS域)網(wǎng)絡(luò )為例，首先CS域不支持端到端的SIP，終端不是通過(guò)IP而是通過(guò)基于A(yíng)TM的Iu口接入網(wǎng)絡(luò )的。其次，CS域不支持SIP信令，局間采用BICC進(jìn)行互通。這使得移動(dòng)軟交換的CS域和IMS域不是平滑演進(jìn)的關(guān)系，而是一個(gè)業(yè)務(wù)互補、網(wǎng)絡(luò )互通、融合替代的關(guān)系。

CS域是一個(gè)以提供話(huà)音業(yè)務(wù)為主要目標的網(wǎng)絡(luò )，其引入軟交換技術(shù)只實(shí)現了核心網(wǎng)的承載IP化，但沒(méi)有解決多媒體業(yè)務(wù)的提供問(wèn)題。IMS域具備了多媒體業(yè)務(wù)的提供能力，而3G網(wǎng)絡(luò )的建設和運營(yíng)一定是需要豐富的多媒體業(yè)務(wù)來(lái)充分發(fā)揮無(wú)線(xiàn)帶寬的優(yōu)勢的。因此，IMS在3G網(wǎng)絡(luò )中的引入，應該是以與CS互補的多媒體類(lèi)業(yè)務(wù)來(lái)引入，例如POC，即時(shí)消息/呈現/視頻會(huì )議等。

6、IMS與NGN的關(guān)系

目前NGN與IMS的關(guān)系是一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，一些炒作的觀(guān)點(diǎn)把IMS等同于NGN，或者認為IMS無(wú)所不包，無(wú)所不能。

NGN的發(fā)展還有很多不確認性。在國際上ITU和ETSI分別成立了NGN研究組織，開(kāi)展了包括業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò )結構、QoS、信令、安全、承載、測試、網(wǎng)管等多方面的研究。兩個(gè)NGN組織研究方向雖然各有側重，仍有大量領(lǐng)域相互重疊。從目前進(jìn)展來(lái)看，TISPAN的進(jìn)展比較快。

NGN標準的業(yè)務(wù)列表還在討論中，但是NGN需要包括基于SIP的業(yè)務(wù)(會(huì )話(huà)服務(wù)、呈現和及時(shí)消息)、非SIP的業(yè)務(wù)(例如視頻流媒體和廣播業(yè)務(wù))、PSTN/ISDN的替代業(yè)務(wù)(即PSTN/ISDN仿真)，它包括下列子系統：

●PSTN/ISDN仿真子系統；

●IP多媒體子系統(IMS)；

●流媒體子系統；

●接入網(wǎng)附著(zhù)子系統；

●資源和接納控制子系統；

IMS是NGN在會(huì )話(huà)和呼叫控制層的一個(gè)重要組件，提供基于IP的多媒體會(huì )話(huà)業(yè)務(wù)，但它不是NGN的全部。NGN在會(huì )話(huà)和呼叫控制層還包括了PSTN/ISDN仿真子系統和流媒體子系統等。

總結

通過(guò)以上的介紹和分析可以看到，IMS的提出順應了通信網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的趨勢，在未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)、全IP網(wǎng)絡(luò )中，IMS將會(huì )是最為重要的部分。特別是在移動(dòng)通信網(wǎng)中，成熟的IMS系統可以提供更加豐富的應用。

業(yè)界一直在尋找3G殺手锏應用，目前比較看好的有POC、IM等都需要IMS的支持。OMA組織對于POC和IM的標準制定也都是基于IMS的。在IMS之上可以開(kāi)發(fā)豐富的IP多媒體應用?？梢哉f(shuō)，IMS是移動(dòng)核心網(wǎng)的發(fā)展方向，是部署新業(yè)務(wù)的基石。

作者：夏勇