IMS的關(guān)鍵技術(shù)和展望

1 IMS的體系

1．1 分層體系結(jié)構(gòu)

3GPP使用分層的方法進(jìn)行體系設(shè)計(jì)，這意味著傳輸和承載服務(wù)將從IMS信令網(wǎng)和會(huì)話管理服務(wù)中分離出去，使更高層的服務(wù)都運(yùn)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連接可以通過歸屬網(wǎng)絡(luò)或拜訪網(wǎng)絡(luò)獲得。用戶漫游時(shí)的IP連接示意圖如圖2所示。圖中的(a)部分表示用戶設(shè)備通過拜訪網(wǎng)絡(luò)獲得一個(gè)IP地址的情況。在通用移動(dòng)通信系統(tǒng)UMTS(Universal Mobile Tele-communicatiom System)網(wǎng)絡(luò)中，這意味著用戶漫游到拜訪網(wǎng)絡(luò)時(shí)所使用的無線接入網(wǎng)RAN(Radio Access Network)、GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)SGSN (Serving GPRS Support Node)和GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)GGSNf(Cateway GPRS Support Node)都位于拜訪網(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，這意味著用戶漫游到拜訪網(wǎng)絡(luò)時(shí)，RAN和 SGSN位于拜訪網(wǎng)絡(luò)。顯然，當(dāng)用戶位于歸屬網(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 接入無關(guān)性和通信安全

IMS的設(shè)計(jì)恩想與具體的接人方式無關(guān)，從而IMS服務(wù)可以通過任何IP網(wǎng)絡(luò)提供支持。此外IMS至少提供了與之相對(duì)應(yīng)的GPRS和電路交換網(wǎng)絡(luò)類似的安全性。

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(dá)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(xiàn)分組丟失或被遺棄等情況。

1．2．4 計(jì)費(fèi)功能

IMS體系允許使用不同的計(jì)費(fèi)模型。根據(jù)傳輸層所使用的資源情況，可對(duì)主叫方單方計(jì)費(fèi)或?qū)χ鞅唤须p方計(jì)費(fèi)。在主被叫雙方都計(jì)費(fèi)的情況下，主叫方是基于IMS層會(huì)話進(jìn)行計(jì)費(fèi)，而被叫方是對(duì)會(huì)話中增加的新的媒體元素進(jìn)行計(jì)費(fèi)。同時(shí)IMS還支持在線計(jì)費(fèi)和離線計(jì)費(fèi)。

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用戶之間的通信。

1．2．7 服務(wù)開發(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，即訪問用戶數(shù)據(jù)庫并與服務(wù)平臺(tái)直接交互的實(shí)體總是位于用戶的歸屬網(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(xiàn)在呼叫會(huì)話控制功能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)話控制功能的組成

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

2.1.1 P-CSCF實(shí)體的功能

P-CSCF是IMS系統(tǒng)中用戶的第一個(gè)接入點(diǎn)，它負(fù)責(zé)驗(yàn)證請(qǐng)求， 并且可以作為用戶代理UA(User Agent)。在異常條件下釋放會(huì)話和生成獨(dú)立的SIP事務(wù)時(shí)，UA是必不可少的。在同一個(gè)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)中可以有一個(gè)或多個(gè)P-CSCF。其功能包括：

(1)通過用戶設(shè)備UE(User Equipment)提供的歸屬域名來轉(zhuǎn)發(fā)注冊(cè)請(qǐng)求給I-CSCF。
(2)將UE接收到的SIP請(qǐng)求和響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)給S-CSCF，并將SIP請(qǐng)求和響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)給UE。
(3)檢測緊急會(huì)話并建立請(qǐng)求。
(4)發(fā)送與計(jì)費(fèi)有關(guān)的信息給計(jì)費(fèi)采集功能CCF(Charging Collection Function)。
(5)提供SIP信令完整性保護(hù)，并且維持UE與P-CSCF之間的安全機(jī)制。
(6)對(duì)來自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)用戶登記員從S-CSCF訂閱一個(gè)注冊(cè)事件包，并下載了隱性注冊(cè)的公共用戶身份，從而獲取網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)注冊(cè)解除事件的通知消息。
(8)與策略決策功能模塊交互。
(9)會(huì)話計(jì)時(shí)器允許P-CSCF檢測和釋放被掛起的會(huì)話所消耗的資源。

2.1.2 I-CSCF實(shí)體的功能

在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中，I-CSCF提供了所有連接到該網(wǎng)絡(luò)中某一用戶的接入點(diǎn)。在一個(gè)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)中可以有多個(gè)I-CSCF。I-CSCF。執(zhí)行的功能如下：
(1)聯(lián)系歸屬用戶服務(wù)器HSS(Home Subscriber Server)，從而獲得正在為某個(gè)用戶提供服務(wù)的S-CSCF的名字。
(2)在沒有分配任何S-CSCF時(shí)，根據(jù)從HSS收到的能力集來指定一個(gè)S-CSCF。
(3)轉(zhuǎn)發(fā)SIP請(qǐng)求或響應(yīng)給S-CSCF。
(4)發(fā)送與計(jì)費(fèi)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(yùn)營商網(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IMS認(rèn)證和密鑰協(xié)商AKA(Authentication andKey Agreement)機(jī)制來認(rèn)證用戶，并充當(dāng)?shù)怯泦T處理注冊(cè)請(qǐng)求。
(2)在注冊(cè)過程中或者在處理一個(gè)注冊(cè)用戶的請(qǐng)求時(shí)，從HSS下載用戶信息及與服務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。
(3)將發(fā)向移動(dòng)用戶的業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)給P-CSCF，并且將移動(dòng)用戶產(chǎn)生的業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)給I-CSCF、出口網(wǎng)關(guān)控制功能BGCF(Breakout Gateway Control Function)或者應(yīng)用服務(wù)器As(Application Server)。
(4)進(jìn)行會(huì)話控制，作為代理服務(wù)及UA。
(5)使用域名服務(wù)器翻譯機(jī)制將E．164數(shù)字翻譯成SIP統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)符URI(Uniform Resource Identifier)。
(6)監(jiān)視注冊(cè)計(jì)時(shí)器，并在需要時(shí)解除用戶注冊(cè)及與服務(wù)平臺(tái)的交互。
(7)當(dāng)運(yùn)營商支持IMS緊急呼叫時(shí)，用于選擇緊急呼叫中心。
(8)執(zhí)行媒體修正和維持會(huì)話計(jì)時(shí)器。
(9)發(fā)送與計(jì)費(fèi)相關(guān)的信息給CCF以進(jìn)行離線計(jì)費(fèi)，或者發(fā)給在線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)OCS(Online Chafing System)進(jìn)行在線計(jì)費(fèi)。

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(duì)用戶公告及進(jìn)行承載代碼轉(zhuǎn)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)議指令來控制MRFP。MRFC還能夠發(fā)送計(jì)費(fèi)信息給CCF和OCS。

2．2．2 MRFP的功能

MRFP提供被MRFC所請(qǐng)求和指示的用戶平面資源。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(fù)責(zé)選擇到電路交換CS(Circuit Switched)域出口的位置。當(dāng)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)話處理；否則，BGCF將會(huì)話轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的 BGCF。此外，BGCF能夠報(bào)告計(jì)費(fèi)信息給CCF，并且收集處理統(tǒng)計(jì)信息。

2．3．2 MGCF實(shí)體的功能

MGCF是使IMS用戶和CS用戶之間可以進(jìn)行通信的網(wǎng)關(guān)。所有來自CS用戶的呼叫控制信令都指向MGCF，它負(fù)責(zé)進(jìn)行ISDN用戶部分或承載無關(guān)呼叫控制與SIP協(xié)議之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，并將會(huì)話轉(zhuǎn)發(fā)給IMS。MGCF還控制與其關(guān)聯(lián)的用戶平面實(shí)體和IMS-MGW中的媒體通道并報(bào)告計(jì)費(fèi)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之間的用戶平面鏈路。它終結(jié)來自CS網(wǎng)絡(luò)的承載信道和來自骨干網(wǎng)的媒體流，執(zhí)行這些終結(jié)之間的轉(zhuǎn)換，并在需要時(shí)為用戶平面進(jìn)行代碼轉(zhuǎn)換和信號(hào)處理。此外，IMS-MGW能夠提供音調(diào)和公告給CS用戶并受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(hào)信令系統(tǒng)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(zhuǎn)換。它不對(duì)應(yīng)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(jié)構(gòu)由多個(gè)相互獨(dú)立的垂直業(yè)務(wù)體系組成，如IP電話、可視電話、視頻點(diǎn)播等。不同網(wǎng)絡(luò)為用戶提供不同的業(yè)務(wù)。“終端一網(wǎng)絡(luò)一應(yīng)用”的“點(diǎn)到點(diǎn)”形式的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不利于運(yùn)營商簡單、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(tǒng)一控制核心網(wǎng)一多種應(yīng)用”的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。不同業(yè)務(wù)能同時(shí)運(yùn)行及交互?；贗MS的融合體系架構(gòu)正是適應(yīng)這種融合需求而產(chǎn)生的。作為基于標(biāo)準(zhǔn)的開放架構(gòu)，IMS使運(yùn)營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)建與接入終端無關(guān)的永遠(yuǎn)在線的網(wǎng)絡(luò)?；贗MS的網(wǎng)絡(luò)融合的研究才剛開始，很多功能實(shí)體和接口的功能需要增強(qiáng)或修改。目前標(biāo)準(zhǔn)組織的活動(dòng)還處于功能需求的研究階段。實(shí)現(xiàn)這些功能的流程、消息及參數(shù)還需要進(jìn)一步完善。

IMS的體系使各種類型的客戶終端都可以建立起對(duì)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。