移動通信網(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(tǒng)，它的核心特點是采用SIP協(xié)議和與接入的無關(guān)性。IMS是一個在PS域上面的多媒體控制/呼叫控制平臺，支持會話類和非會話類多媒體業(yè)務(wù)，為未來的多媒體應(yīng)用提供一個通用的業(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

為什么移動運營商需要部署建設(shè)IMS這個新的核心網(wǎng)絡(luò)?IMS給用戶帶來了什么樣的新業(yè)務(wù)和業(yè)務(wù)體驗?回答這個問題的最好方法就是將IMS與現(xiàn)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音、可視電話和短消息等業(yè)務(wù)，隨著運營商間競爭的加劇，這些基本業(yè)務(wù)變得越來越普通，需要通過新的差異化業(yè)務(wù)來吸引用戶。PS域引入了IP傳輸和“永遠(yuǎn)在線”的能力，提供了新的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，例如MMS，內(nèi)容瀏覽等，但這些基于IP的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)卻因為網(wǎng)絡(luò)帶寬、終端限制、貧乏的用戶體驗、不明朗的計費等因素而沒有得到成功的應(yīng)用。

而IMS是專為實時的、端到端的移動業(yè)務(wù)而設(shè)計的，例如richCAll、videotelephony，IMS通過一些關(guān)鍵性技術(shù)來實現(xiàn)這些端到端的通信業(yè)務(wù)，這些技術(shù)包括：會話協(xié)商和管理、QoS管理、移動性管理等。同時，IMS使得運營商還可以提供一些非實時性的端到端業(yè)務(wù)，例如chat、IM；多方業(yè)務(wù)，multimediaconferencing、chat rooms；服務(wù)器到用戶的業(yè)務(wù)，dynamic push services、click to dial等。

可以說IMS是真正可以提升用戶體驗、提高運營商收益的核心網(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(gòu)

IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

IMS的框架結(jié)構(gòu)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)等功能實體。其中CSCF是整個網(wǎng)絡(luò)的核心，支持SIP協(xié)議處理SIP會話。P-CSCF是UE接入IMS系統(tǒng)的入口，實現(xiàn)了在SIP協(xié)議中的Proxy和UserAgent功能；MGCF和IMS-MGW是與CS域和PSTN互通的功能實體，分別負(fù)責(zé)控制信令和媒體流的互通；MRFC和MRFP是實現(xiàn)多方會議的功能實體，控制層面的MRFC通過H.248控制MRFP；BGCF是IMS域與外部網(wǎng)絡(luò)的分界點，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AAA方面，COPS主要用于QoS授權(quán)。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(tǒng)域互通協(xié)議—H.248/BICC/ISUP等。

3、IMS的業(yè)務(wù)架構(gòu)

IMS為業(yè)務(wù)開發(fā)商提供了開放的可編程環(huán)境，為運營商快速靈活的開發(fā)下一代新業(yè)務(wù)提供了一個開放的平臺。IMS的業(yè)務(wù)架構(gòu)是IMS系統(tǒng)比較成功的一個方面，通過基于SIP的ISC(InternalServiceControl)接口，由S-CSCF與各種應(yīng)用服務(wù)器組成。由于IMS融合了語音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，又結(jié)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(gòu)如圖2所示：

圖2 IMS業(yè)務(wù)構(gòu)架示意圖

IMS的業(yè)務(wù)架構(gòu)要能適應(yīng)不同業(yè)務(wù)的接入要求，其業(yè)務(wù)架構(gòu)由S-CSCF以及各種應(yīng)用服務(wù)器組成，與當(dāng)前普遍采用的開放性業(yè)務(wù)架構(gòu)一致，都是三層結(jié)構(gòu)：第一層是應(yīng)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(gòu)中開發(fā)。

4、IMS提供的業(yè)務(wù)

IMS根據(jù)在CSCF上的業(yè)務(wù)平臺的類型，分別支持不同種類的業(yè)務(wù)：

(1)基于SIP的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

在IMS業(yè)務(wù)體系中，S-CSCF相當(dāng)于是軟交換的呼叫控制平臺，IMS基于SIP的業(yè)務(wù)平臺是通過專用的SIPAS實現(xiàn)的，實現(xiàn)IM(即時通信)、點擊呼叫、Web800、Presence、會議電話、數(shù)字傳真、多媒體消息、VOD、彩鈴、彩名、可視電話等豐富的實時和非實時的多媒體業(yè)務(wù)。

(2)基于OSA的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

IMS支持PAR-LAY/OSA標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)接口，不僅可以完美地實現(xiàn)傳統(tǒng)的基本電信業(yè)務(wù)，如：呼叫前轉(zhuǎn)、呼叫等待、多方通話、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(yīng)商提供標(biāo)準(zhǔn)接口，大大提高運營商提供新業(yè)務(wù)的能力。

(3)基于CAMEL的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

為保護(hù)運營商已有的投資，還提供了對傳統(tǒng)智能網(wǎng)絡(luò)的接口，其可以通過SIP/INAP/CAMEL/WIN接口接入SCP，支持傳統(tǒng)的智能業(yè)務(wù)，如預(yù)付費、虛擬專網(wǎng)、卡類業(yè)務(wù)等。目前移動網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的預(yù)付費業(yè)務(wù)、VPN等業(yè)務(wù)都是采用這種方式實現(xiàn)的，從而實現(xiàn)了對已有智能業(yè)務(wù)的繼承。

四、引入IMS相關(guān)問題探討

1、IMS的引入方式

對運營商而言，可行的一種IMS引入方式是通過具有市場前景的業(yè)務(wù)引入(例如PTT，IM，呈現(xiàn)等)驅(qū)動IMS發(fā)展。即點狀試驗，隨著業(yè)務(wù)的開展，設(shè)備的成熟而逐漸大規(guī)模商用。

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

對于移動網(wǎng)絡(luò)向IMS演進(jìn)，需要考慮以下問題：

(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)的市場機會。目前缺乏標(biāo)準(zhǔn)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)運營商本身網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的階段性。(例如國內(nèi)大部分運營商正在或已經(jīng)投資建設(shè)軟交換網(wǎng)絡(luò)，這部分網(wǎng)絡(luò)有一定的生命周期。還有的運營商主體是傳統(tǒng)PSTN/GSM等TDM網(wǎng)絡(luò)，直接過渡到IMS不是一種很好的解決方案)。

2、IMS與移動網(wǎng)CS域和PS域的關(guān)系

IP多媒體子系統(tǒng)應(yīng)用PS域來進(jìn)行多媒體信號的承載和傳輸。PS域為IMS提供服務(wù)，終端的移動性對于IMS來說是屏蔽的。IMS建立了對呼叫/會話進(jìn)行控制的軟交換平臺，控制信令在經(jīng)過SGSN、GGSN節(jié)點后，就會與媒體平面的消息分開，信令消息將在CSCF間根據(jù)用戶配置進(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(tǒng)和CS域之間是相對獨立的，只有一些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可能需要和CS域進(jìn)行通信。在部署一個IP多媒體子系統(tǒng)時，并不一定需要部署CS域。

3、引入IMS對已有移動網(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沒有影響，需要對PS進(jìn)行擴展。

可以在R99/R4設(shè)備的基礎(chǔ)上引入IMS，在PS域上疊加一個多媒體子系統(tǒng)。對核心網(wǎng)絡(luò)的CS域基本沒有影響，需要對PS域進(jìn)行擴展，如增加PDF/PEP功能實現(xiàn)對QoS的控制，需要將IMS計費和PS承載計費進(jìn)行關(guān)聯(lián)等一系列問題。

(2)IPv4和IPv6。

在目前環(huán)境下部署可商用的IMS應(yīng)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)對無線網(wǎng)絡(luò)的影響。

無線網(wǎng)絡(luò)需要提供對QoS的支持、對RTP、RTCP壓縮復(fù)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作為會話控制協(xié)議，要求終端必須支持SIP協(xié)議。屆時是否需要更換SIM卡問題視具體情況來確定，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軟件來支持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軟交換網(wǎng)絡(luò)(例如3GPPR4電路域核心網(wǎng)，3GPP2的LMSD)來分別加以分析。對固定網(wǎng)絡(luò)中的軟交換，是一個互通和演進(jìn)的關(guān)系。對移動網(wǎng)絡(luò)中的軟交換，不是一個簡單的演進(jìn)關(guān)系，而是一個業(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的會話控制能力，通過首先將用戶數(shù)據(jù)從軟交換中提取出來，建設(shè)獨立的用戶數(shù)據(jù)庫并通過標(biāo)準(zhǔn)的信令進(jìn)行訪問，再將軟交換的業(yè)務(wù)邏輯從交換中提取出來，通過支持基于SIP的ISC接口，實現(xiàn)業(yè)務(wù)與控制的分離。這時的軟交換網(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)過程中，會自然的形成S-CSCF、P-CSCF、I-CSCF的分布。

相比之下，移動網(wǎng)絡(luò)的情況要復(fù)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IP而是通過基于ATM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。這使得移動軟交換的CS域和IMS域不是平滑演進(jìn)的關(guān)系，而是一個業(yè)務(wù)互補、網(wǎng)絡(luò)互通、融合替代的關(guān)系。

CS域是一個以提供話音業(yè)務(wù)為主要目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)，其引入軟交換技術(shù)只實現(xiàn)了核心網(wǎng)的承載IP化，但沒有解決多媒體業(yè)務(wù)的提供問題。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(shè)和運營一定是需要豐富的多媒體業(yè)務(wù)來充分發(fā)揮無線帶寬的優(yōu)勢的。因此，IMS在3G網(wǎng)絡(luò)中的引入，應(yīng)該是以與CS互補的多媒體類業(yè)務(wù)來引入，例如POC，即時消息/呈現(xiàn)/視頻會議等。

6、IMS與NGN的關(guān)系

目前NGN與IMS的關(guān)系是一個熱點問題，一些炒作的觀點把IMS等同于NGN，或者認(rèn)為IMS無所不包，無所不能。

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

NGN標(biāo)準(zhǔn)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)(會話服務(wù)、呈現(xiàn)和及時消息)、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(tǒng)：

●PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)；

●IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)；

●流媒體子系統(tǒng)；

●接入網(wǎng)附著子系統(tǒng)；

●資源和接納控制子系統(tǒng)；

IMS是NGN在會話和呼叫控制層的一個重要組件，提供基于IP的多媒體會話業(yè)務(wù)，但它不是NGN的全部。NGN在會話和呼叫控制層還包括了PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)和流媒體子系統(tǒng)等。

總結(jié)

通過以上的介紹和分析可以看到，IMS的提出順應(yīng)了通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢，在未來的移動通信網(wǎng)、全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)中，IMS將會是最為重要的部分。特別是在移動通信網(wǎng)中，成熟的IMS系統(tǒng)可以提供更加豐富的應(yīng)用。

業(yè)界一直在尋找3G殺手锏應(yīng)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(biāo)準(zhǔn)制定也都是基于IMS的。在IMS之上可以開發(fā)豐富的IP多媒體應(yīng)用?？梢哉f，IMS是移動核心網(wǎng)的發(fā)展方向，是部署新業(yè)務(wù)的基石。

作者：夏勇