IMS的關(guān)鍵技術(shù)和展望

1 IMS的體系

1．1 分層體系結構

3GPP使用分層的方法進(jìn)行體系設計，這意味著(zhù)傳輸和承載服務(wù)將從IMS信令網(wǎng)和會(huì )話(huà)管理服務(wù)中分離出去，使更高層的服務(wù)都運行在IMS信令網(wǎng)之上。IMS的分層體系如圖l所示。

1．2 體系要求

1.2.1 IP連接

IP連接可以通過(guò)歸屬網(wǎng)絡(luò )或拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )獲得。用戶(hù)漫游時(shí)的IP連接示意圖如圖2所示。圖中的(a)部分表示用戶(hù)設備通過(guò)拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )獲得一個(gè)IP地址的情況。在通用移動(dòng)通信系統UMTS(Universal Mobile Tele-communicatiom System)網(wǎng)絡(luò )中，這意味著(zhù)用戶(hù)漫游到拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )時(shí)所使用的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)RAN(Radio Access Network)、GPRS服務(wù)支持節點(diǎn)SGSN (Serving GPRS Support Node)和GPRS網(wǎng)關(guān)支持節點(diǎn)GGSNf(Cateway GPRS Support Node)都位于拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )。圖2中的(b)部分表示終端從歸屬網(wǎng)絡(luò )獲得一個(gè)IP地址的情況。在UMTS網(wǎng)絡(luò )中，這意味著(zhù)用戶(hù)漫游到拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )時(shí)，RAN和 SGSN位于拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )。顯然，當用戶(hù)位于歸屬網(wǎng)絡(luò )時(shí)，所有必需的網(wǎng)元都位于歸屬網(wǎng)絡(luò )，IP連接也位于該網(wǎng)絡(luò )中。

1．2．2 接入無(wú)關(guān)性和通信安全

IMS的設計恩想與具體的接人方式無(wú)關(guān)，從而IMS服務(wù)可以通過(guò)任何IP網(wǎng)絡(luò )提供支持。此外IMS至少提供了與之相對應的GPRS和電路交換網(wǎng)絡(luò )類(lèi)似的安全性。

1．2．3 IP多媒體服務(wù)質(zhì)量保證

在Internet中，時(shí)延一般較大，且不確定，這樣使得分組的到達順序不確定，并且有些分組會(huì )丟失或被遺棄。而在IMS中．它與底層接入和傳輸網(wǎng)絡(luò )一起提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證，從而保證不會(huì )出現分組丟失或被遺棄等情況。

1．2．4 計費功能

IMS體系允許使用不同的計費模型。根據傳輸層所使用的資源情況，可對主叫方單方計費或對主被叫雙方計費。在主被叫雙方都計費的情況下，主叫方是基于IMS層會(huì )話(huà)進(jìn)行計費，而被叫方是對會(huì )話(huà)中增加的新的媒體元素進(jìn)行計費。同時(shí)IMS還支持在線(xiàn)計費和離線(xiàn)計費。

1. 2．5 漫游功能

IMS支持GPRS漫游、IMS漫游和IMS電路交換漫游。GPRS漫游是指拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )提供SGSN和RAN，而歸屬網(wǎng)絡(luò )提供CGSN和IMS時(shí)接入IMS的漫游。IMS漫游模型是指一種網(wǎng)絡(luò )配置，此時(shí)拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )提供IP連接，而歸屬網(wǎng)絡(luò )提供IMS功能的其余部分。

1．2．6 與其他網(wǎng)絡(luò )的配合

作為一個(gè)新的通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和體系，IMS支持與PSTN、ISDN、移動(dòng)網(wǎng)和Intemet用戶(hù)之間的通信。

1．2．7 服務(wù)開(kāi)發(fā)和服務(wù)模型

IMS體系必須包含一個(gè)服務(wù)框架，使IMS能夠支持語(yǔ)音、視頻、多媒體等附加服務(wù)。IMS所采用的服務(wù)模型是歸屬服務(wù)控制，即訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)數據庫并與服務(wù)平臺直接交互的實(shí)體總是位于用戶(hù)的歸屬網(wǎng)絡(luò )。

2 IMS相關(guān)實(shí)體和功能

IMS的相關(guān)實(shí)體和功能主要體現在呼叫會(huì )話(huà)控制功能CSCF(Call Session Control Function)、媒體處理功能和網(wǎng)關(guān)功能上。

2.1 呼叫會(huì )話(huà)控制功能的組成

CSCF包含代理呼叫會(huì )話(huà)控制功能P-CSCF(ProxyCSCF)、問(wèn)訊呼叫會(huì )話(huà)控制功能I-CSCF(InterrogationCSCF)和服務(wù)呼叫會(huì )話(huà)控制功能S-CSCF(Sendng CSCF)。

2.1.1 P-CSCF實(shí)體的功能

P-CSCF是IMS系統中用戶(hù)的第一個(gè)接入點(diǎn)，它負責驗證請求， 并且可以作為用戶(hù)代理UA(User Agent)。在異常條件下釋放會(huì )話(huà)和生成獨立的SIP事務(wù)時(shí)，UA是必不可少的。在同一個(gè)運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )中可以有一個(gè)或多個(gè)P-CSCF。其功能包括：

(1)通過(guò)用戶(hù)設備UE(User Equipment)提供的歸屬域名來(lái)轉發(fā)注冊請求給I-CSCF。
(2)將UE接收到的SIP請求和響應轉發(fā)給S-CSCF，并將SIP請求和響應轉發(fā)給UE。
(3)檢測緊急會(huì )話(huà)并建立請求。
(4)發(fā)送與計費有關(guān)的信息給計費采集功能CCF(Charging Collection Function)。
(5)提供SIP信令完整性保護，并且維持UE與P-CSCF之間的安全機制。
(6)對來(lái)自UE的SIP消息進(jìn)行解壓縮和壓縮，支持三個(gè)基于BFC的壓縮。
(7)用戶(hù)登記員從S-CSCF訂閱一個(gè)注冊事件包，并下載了隱性注冊的公共用戶(hù)身份，從而獲取網(wǎng)絡(luò )轉發(fā)注冊解除事件的通知消息。
(8)與策略決策功能模塊交互。
(9)會(huì )話(huà)計時(shí)器允許P-CSCF檢測和釋放被掛起的會(huì )話(huà)所消耗的資源。

2.1.2 I-CSCF實(shí)體的功能

在運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )中，I-CSCF提供了所有連接到該網(wǎng)絡(luò )中某一用戶(hù)的接入點(diǎn)。在一個(gè)運營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò )中可以有多個(gè)I-CSCF。I-CSCF。執行的功能如下：
(1)聯(lián)系歸屬用戶(hù)服務(wù)器HSS(Home Subscriber Server)，從而獲得正在為某個(gè)用戶(hù)提供服務(wù)的S-CSCF的名字。
(2)在沒(méi)有分配任何S-CSCF時(shí)，根據從HSS收到的能力集來(lái)指定一個(gè)S-CSCF。
(3)轉發(fā)SIP請求或響應給S-CSCF。
(4)發(fā)送與計費相關(guān)的信息給CCF。
(5)提供隱藏功能。

2．1．3 S-CSCF實(shí)體的功能

S-CSCF是IMS的核心，它位于歸屬網(wǎng)絡(luò )。一個(gè)運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )中可以有多個(gè)S-CSCF，且這些S-CSCF可以具有不同的功能。S-CSCF的具體功能如下：
(1)通過(guò)IMS認證和密鑰協(xié)商AKA(Authentication andKey Agreement)機制來(lái)認證用戶(hù)，并充當登記員處理注冊請求。
(2)在注冊過(guò)程中或者在處理一個(gè)注冊用戶(hù)的請求時(shí)，從HSS下載用戶(hù)信息及與服務(wù)相關(guān)的數據。
(3)將發(fā)向移動(dòng)用戶(hù)的業(yè)務(wù)流轉發(fā)給P-CSCF，并且將移動(dòng)用戶(hù)產(chǎn)生的業(yè)務(wù)流轉發(fā)給I-CSCF、出口網(wǎng)關(guān)控制功能BGCF(Breakout Gateway Control Function)或者應用服務(wù)器As(Application Server)。
(4)進(jìn)行會(huì )話(huà)控制，作為代理服務(wù)及UA。
(5)使用域名服務(wù)器翻譯機制將E．164數字翻譯成SIP統一資源標識符URI(Uniform Resource Identifier)。
(6)監視注冊計時(shí)器，并在需要時(shí)解除用戶(hù)注冊及與服務(wù)平臺的交互。
(7)當運營(yíng)商支持IMS緊急呼叫時(shí)，用于選擇緊急呼叫中心。
(8)執行媒體修正和維持會(huì )話(huà)計時(shí)器。
(9)發(fā)送與計費相關(guān)的信息給CCF以進(jìn)行離線(xiàn)計費，或者發(fā)給在線(xiàn)計費系統OCS(Online Chafing System)進(jìn)行在線(xiàn)計費。

2．2 媒體功能

媒體功能主要包含多媒體資源控制器MRFC(Multimdia Resource Function controUer)和多媒體資源功能處理器MRFP(Media Resource Processor)。

2．2．1 MRFC實(shí)體的功能

MRFC用于支持與承載會(huì )議、對用戶(hù)公告及進(jìn)行承載代碼轉換等相關(guān)的服務(wù)。MRFC解釋從S-CSCF收到的SIP信令，并且使用媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議指令來(lái)控制MRFP。MRFC還能夠發(fā)送計費信息給CCF和OCS。

2．2．2 MRFP的功能

MRFP提供被MRFC所請求和指示的用戶(hù)平面資源。MRFP具有輸入混合媒體流、媒體流信源和處理媒體流等功能 。

2．3 網(wǎng)關(guān)的組成

網(wǎng)關(guān)功能主要包括：出口網(wǎng)關(guān)控制功能BGCF、媒體網(wǎng)關(guān)控制功能MGCF(Media Gateway Control Function)、IMS媒體網(wǎng)關(guān)功能IMS-MGF(IMS Media Gateway Function)和信令網(wǎng)關(guān)SGW(Signaling Gateway)。

2．3．1 BGCF實(shí)體的功能

BGCF負責選擇到電路交換CS(Circuit Switched)域出口的位置。當同出口位于相同網(wǎng)絡(luò )時(shí)，則BGCF選擇MGCF進(jìn)行進(jìn)一步的會(huì )話(huà)處理；否則，BGCF將會(huì )話(huà)轉發(fā)到相應網(wǎng)絡(luò )的 BGCF。此外，BGCF能夠報告計費信息給CCF，并且收集處理統計信息。

2．3．2 MGCF實(shí)體的功能

MGCF是使IMS用戶(hù)和CS用戶(hù)之間可以進(jìn)行通信的網(wǎng)關(guān)。所有來(lái)自CS用戶(hù)的呼叫控制信令都指向MGCF，它負責進(jìn)行ISDN用戶(hù)部分或承載無(wú)關(guān)呼叫控制與SIP協(xié)議之間的協(xié)議轉換，并將會(huì )話(huà)轉發(fā)給IMS。MGCF還控制與其關(guān)聯(lián)的用戶(hù)平面實(shí)體和IMS-MGW中的媒體通道并報告計費信息給CCF。

2．3．3 IMS-MGW實(shí)體的功能

IMS-MGW提供CS網(wǎng)絡(luò )和IMS之間的用戶(hù)平面鏈路。它終結來(lái)自CS網(wǎng)絡(luò )的承載信道和來(lái)自骨干網(wǎng)的媒體流，執行這些終結之間的轉換，并在需要時(shí)為用戶(hù)平面進(jìn)行代碼轉換和信號處理。此外，IMS-MGW能夠提供音調和公告給CS用戶(hù)并受MGCF控制。

2．4 SGW實(shí)體的功能

信令網(wǎng)關(guān)用于不同信令的互聯(lián)，可以基于SCTP／IP信令網(wǎng)和七號信令系統網(wǎng)(SS7)的互聯(lián)。SGW在基于SS7的信令傳輸與基于IP的信令傳輸之間進(jìn)行傳輸層的雙向信令轉換。它不對應用層的消息進(jìn)行解釋處理。

3 展望

目前的電信網(wǎng)絡(luò )體系結構由多個(gè)相互獨立的垂直業(yè)務(wù)體系組成，如IP電話(huà)、可視電話(huà)、視頻點(diǎn)播等。不同網(wǎng)絡(luò )為用戶(hù)提供不同的業(yè)務(wù)?！敖K端一網(wǎng)絡(luò )一應用”的“點(diǎn)到點(diǎn)”形式的傳統網(wǎng)絡(luò )結構不利于運營(yíng)商簡(jiǎn)單、快速引入新業(yè)務(wù)以及業(yè)務(wù)之間的互動(dòng)。下一代“融合”的演進(jìn)方向是“多種終端一多種接入一統一控制核心網(wǎng)一多種應用”的網(wǎng)絡(luò )體系結構。不同業(yè)務(wù)能同時(shí)運行及交互?；贗MS的融合體系架構正是適應這種融合需求而產(chǎn)生的。作為基于標準的開(kāi)放架構，IMS使運營(yíng)商能跨越不同終端和網(wǎng)絡(luò )，快速地提供融合的多媒體業(yè)務(wù)，創(chuàng )建與接入終端無(wú)關(guān)的永遠在線(xiàn)的網(wǎng)絡(luò )?；贗MS的網(wǎng)絡(luò )融合的研究才剛開(kāi)始，很多功能實(shí)體和接口的功能需要增強或修改。目前標準組織的活動(dòng)還處于功能需求的研究階段。實(shí)現這些功能的流程、消息及參數還需要進(jìn)一步完善。

IMS的體系使各種類(lèi)型的客戶(hù)終端都可以建立起對等的IP通信，并且可以獲得所需的服務(wù)質(zhì)量。除了會(huì )話(huà)控制外，IMS體系還定義了完成服務(wù)所必需的功能。IMS已經(jīng)成為下一代網(wǎng)絡(luò )融合的核心。