IP多媒體子系統柜架結構研究

　　1 UMTS版本的演進(jìn)

　　早在上世紀90年代初期，歐洲電信標準協(xié)會(huì )(ETSI)就開(kāi)始為3G標準征求技術(shù)方案，并將3G技術(shù)稱(chēng)為UMTS(通用移動(dòng)通信系統)。WCDMA(帶寬5MHz)建議是多種方案之一。其后，日本的積極參與極大地推動(dòng)了3G標準的全球化步伐。1998年，日本和歐洲在寬帶CDMA建議的關(guān)鍵參數上取得一致，使之正式成為UMTS體系中FDD(頻分雙工)頻段空中接口的入選技術(shù)方案，并由此通稱(chēng)為WCDMA。

　　UMTS是IMT-2000家族最主要的三種技術(shù)標準之一。作為一個(gè)完整的3G移動(dòng)通信技術(shù)標準，UMTS并不僅限于定義空中接口。它的主體包括CDMA接人網(wǎng)絡(luò )和分組化的核心網(wǎng)絡(luò )等一系列技術(shù)規范和接口協(xié)議。從根本上說(shuō)，UMTS版本的演進(jìn)過(guò)程也是一個(gè)技術(shù)和業(yè)務(wù)需求不斷提高的過(guò)程。UMTS標準經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，已漸趨成熟，其標準化工作由3GPP組織完成。到目前為止，主要有5個(gè)版本，即3GPP R99、3GPP R4、3GPP R5、3GPPR6和3GPPP R7，前4個(gè)版本已經(jīng)完成并終結，目前正在進(jìn)行R7版本的制定工作。不同版本間的功能劃分并不是絕對和清晰的，而是按時(shí)間進(jìn)度和工作完成情況進(jìn)行靈活劃分，不一定某個(gè)功能必須在某個(gè)版本中完成，在修改版本時(shí)應遵守向后兼容的原則，各版本的演進(jìn)日寸間如圖1所示。

　　UMTS體系通過(guò)引入IMS來(lái)提供基于IP的傳統語(yǔ)音業(yè)務(wù)和其他新型移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)。IMS定義了規范的網(wǎng)絡(luò )結構、完備的安全機制、基于策略的QoS保障機制以支持多媒體業(yè)務(wù)，并定義了符合智能網(wǎng)架構的業(yè)務(wù)模型以支持多種移動(dòng)增值業(yè)務(wù)。IMS的引入必將對下一代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。

　　1.1 3GPP R99

　　3GPP R99版本功能于2000年3月確定，標準已相當完善，后續版本將都向3GPP R99版兼容。目前在全球已經(jīng)安裝和試開(kāi)通的WCDMA網(wǎng)絡(luò )都是基于這個(gè)版本的。3GPP R99版本最大的特征是在網(wǎng)絡(luò )結構上繼承了廣泛采用的第二代移動(dòng)通信系統——GSM／GPRS核心網(wǎng)結構。

　　R99版本和以R00為起點(diǎn)的未來(lái)版本中UMTS體系結構的業(yè)務(wù)驅動(dòng)因素如圖2所示。R99版本的業(yè)務(wù)驅動(dòng)因素主要包括：與GSM的兼容、接入高速數據業(yè)務(wù)以及可管理的QoS。CS域提供基于節點(diǎn)MSC(一種演進(jìn)的GSM網(wǎng)絡(luò ))的面向電路的業(yè)務(wù)，而PS域提供移動(dòng)設備和IP網(wǎng)絡(luò )(一種演進(jìn)的GPRS網(wǎng)絡(luò ))之間的IP連接。

　　1.2 3GPP R00

　　3GPP R00版本目前劃分為R4和R5兩種。3GPP R5版本功能于2002年6月確定。R5階段接入網(wǎng)部分采用全IP，核心網(wǎng)部分主要是引人了IMS域，它是基于PS(分組域)之上的多媒體業(yè)務(wù)平臺，也是UMTS核心網(wǎng)絡(luò )中提供端到端多媒體業(yè)務(wù)和集群多媒體業(yè)務(wù)的中心，主要用于提供各種實(shí)時(shí)／非實(shí)時(shí)的多媒體業(yè)務(wù)。

　　中期版本(以R4和R5為起點(diǎn))在R99版本中增加了IP多媒體特征。業(yè)務(wù)驅動(dòng)因素包括：與R99版本的兼容、增加了IP多媒體業(yè)務(wù)和對無(wú)線(xiàn)IP話(huà)音業(yè)務(wù)的高效支持，這些業(yè)務(wù)主要是為多媒體業(yè)務(wù)提供服務(wù)的，但不一定做到與話(huà)音業(yè)務(wù)及其輔助業(yè)務(wù)完全兼容。其主要特點(diǎn)包括：CS域提供了與R99版本CS域完全兼容的業(yè)務(wù)，可通過(guò)MSC／MSC服務(wù)器和分組骨干網(wǎng)的演進(jìn)來(lái)實(shí)現CS域業(yè)務(wù)；PS域也能夠保持和提供IP連接，它可通過(guò)升級為IP多媒體業(yè)務(wù)提供QoS支持。增加的IP多媒體子系統能夠提供新的IP多媒體業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)能夠對CS域提供的業(yè)務(wù)進(jìn)行有益的補充。但在中期版本中，這些業(yè)務(wù)不一定與CS域相對應。

　　在UMTS版本5或更高的版本中，新增加了兩個(gè)全新的具有強大能力的IMS：一是增加類(lèi)似呼叫狀態(tài)控制功能(CSCF)的新網(wǎng)絡(luò )實(shí)體來(lái)提供基本IP多媒體服務(wù)，例如在兩個(gè)用戶(hù)間發(fā)起的多媒體會(huì )話(huà)；二是相互兼容已經(jīng)發(fā)展到可以提供一些網(wǎng)絡(luò )實(shí)體能力的階段，例如開(kāi)放業(yè)務(wù)接人(OSA)服務(wù)能力，利用基本的IP多媒體服務(wù)和網(wǎng)絡(luò )提供的能力，OSA服務(wù)能力的功能能夠激勵第三方產(chǎn)生新的IP多媒體服務(wù)。

　　1.3 遠期體系結構

　　當R99演變到R00(R4和R5)后，業(yè)界的目標是擁有一個(gè)完全基于分組交換系統的集成平臺。長(cháng)期UMTS體系結構版本的驅動(dòng)因素包括：一些用戶(hù)轉向使用IP多媒體業(yè)務(wù)，且除了UMTS外，IP多媒體子系統得到了廣泛接受。

　　在3GPP R6中，IMS被定義為支持所有IP接入網(wǎng)的多媒體業(yè)務(wù)核心網(wǎng)，可以支持任何一種移動(dòng)／固定、有線(xiàn)／無(wú)線(xiàn)IP-CAN。近年來(lái)，IP多媒體子系統迅猛發(fā)展，已經(jīng)完全可以取代先前的CS域，并提供相關(guān)業(yè)務(wù)，UMTS的遠期體系結構將保留PS域，并逐步淘汰CS域，如圖3所示。

　　由于過(guò)渡到全IP多媒體業(yè)務(wù)需要較長(cháng)時(shí)間，因而傳統CS移動(dòng)業(yè)務(wù)和IP多媒體業(yè)務(wù)將同時(shí)并存。因此，網(wǎng)絡(luò )必須同時(shí)支持傳統CS業(yè)務(wù)和新型PS業(yè)務(wù)(如包含多種終端設備的多媒體業(yè)務(wù))，這些業(yè)務(wù)引入的目標是提供不斷演進(jìn)的2G網(wǎng)絡(luò )與優(yōu)化后的3G網(wǎng)絡(luò )之間的無(wú)縫漫游。這意味著(zhù)長(cháng)期UMTS體系結構在獨立于傳輸技術(shù)的同時(shí)，需要提供支持業(yè)務(wù)。長(cháng)期UMTS體系結構平臺需要支持的功能包括：混合體系結構；網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)路徑；新能力；基于IP的呼叫控制；具有端到端QoS保證的IP實(shí)時(shí)(包括話(huà)音)業(yè)務(wù)；GERAN(對GMS／EDGE無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的支持)；使用工具包(如CAMEL、MExE、SAT、VHE／OSA)來(lái)提供業(yè)務(wù)；與R99業(yè)務(wù)的后向兼容；在QoS、安全性、認證和機密性方面不下降；支持域間漫游和業(yè)務(wù)連續性。

　　2 IP多媒體子系統框架結構

　　IMS的設計獨立于無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)，它利用核心網(wǎng)設備，可提供新型基于IP的交互式多媒體業(yè)務(wù)，因而采用該系統的運營(yíng)商可為用戶(hù)提供基于Internet應用的多媒體服務(wù)。3GPP IMS采用了層次化的體系結構，分為業(yè)務(wù)應用平臺、IP多媒體子系統和接入網(wǎng)絡(luò )3層，如圖4所示。

　　2.1 接入網(wǎng)絡(luò )

　　接入網(wǎng)絡(luò )支持多種技術(shù)，包括3GPP GPRS、WLAN、UTRAN、POTS／ISDN等。其中SGSN可為M S(移動(dòng)臺)接入網(wǎng)絡(luò )提供移動(dòng)性管理、尋路等功能。GGSN主要是起網(wǎng)關(guān)作用，它可以和多種不同的數據網(wǎng)絡(luò )連接，如ISDN、UTRAN和LAN等。歸屬用戶(hù)服務(wù)器(HSS) 是給定用戶(hù)的主控數據庫，它是支持網(wǎng)絡(luò )實(shí)體處理呼叫／會(huì )話(huà)的包含簽約信息的實(shí)體。媒體網(wǎng)關(guān)(MG)在不同網(wǎng)絡(luò )間提供媒體流映射或代碼轉換的功能。

　　2.2 IP多媒體子系統

　　IP多媒體子系統基于SIP協(xié)議，支持IPv6，負責多媒體業(yè)務(wù)的會(huì )話(huà)控制，提供QoS保障和計費管理。IMS的主要實(shí)體為呼叫狀態(tài)控制功能(CSCF)、媒體網(wǎng)關(guān)控制功能(MGCF)、媒體資源功能(MRF)和其他一些適應性實(shí)體，它可以與PLMN信令網(wǎng)和外部IP網(wǎng)絡(luò )互連。

　　2.3 業(yè)務(wù)應用平臺

　　業(yè)務(wù)應用平臺支持多種業(yè)務(wù)，包括IN／CAMEL、OSA／Parlay及SIP應用等。IMS在原有UMTS技術(shù)基礎上，提供根據用戶(hù)、業(yè)務(wù)、數據流等的更多收費手段。通過(guò)新的在線(xiàn)計費功能，運營(yíng)商還可以實(shí)時(shí)控制業(yè)務(wù)流程。

　　3 結論

　　基于IMS的網(wǎng)絡(luò )融合方案可以使運營(yíng)商基于統一的核心網(wǎng)絡(luò )為固定和移動(dòng)用戶(hù)提供相同的業(yè)務(wù)，相對固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的核心網(wǎng)并存的網(wǎng)絡(luò )架構，不僅可以減少網(wǎng)絡(luò )結構的復雜度，而且應該可以降低網(wǎng)絡(luò )的運維成本，已經(jīng)成為下一代網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展方向。同時(shí)，在NGN的框架下，IMS要同時(shí)為固定終端和移動(dòng)終端提供多媒體業(yè)務(wù)，但固定和移動(dòng)接人存在許多差異，因而情況變得更加復雜，一些技術(shù)方面問(wèn)題有待于深入研究和探討。