NGN的核心-IP多媒體子系統(tǒng)

一、前言

在經(jīng)歷了十幾年的高速發(fā)展后，移動運營商越來越認清了一條重要的規(guī)律，那就是電信業(yè)務(wù)必須不斷地發(fā)展以不斷靠近經(jīng)濟發(fā)展以及人們生活、工作和娛樂的通信和信息需求。目前，Yahoo! Messanger和騰訊QQ等多媒體業(yè)務(wù)早已風(fēng)靡全球，然而它們是建立在固定的Internet網(wǎng)絡(luò)具有良好能力的基礎(chǔ)上的，沒有任何通信和接入的質(zhì)量保證，因此，迅速開發(fā)移動IP多媒體業(yè)務(wù)是當前電信運營商的當務(wù)之急。

二、IP 多媒體子系統(tǒng)

國際第三代移動通信組織3GPP一直在進行它稱為IP多媒體子系統(tǒng)IMS的標準化研究。在3GPP的文件R5中，IMS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。在3GPP的R6中，IMS已經(jīng)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的或固定的、有線的或無線的IP-CAN(IP Connectivity Access Networks)，包括W-CDMA，CDMA2000，Ethernet，xDSL以及Wireless LAN等等。

IMS由控制多媒體會話的網(wǎng)絡(luò)實體組成，在UMTS中IMS是提供IP多媒體服務(wù)的核心。IP多媒體服務(wù)使用GPRS網(wǎng)絡(luò)來進行傳輸。網(wǎng)絡(luò)提供者同時為IP多媒體服務(wù)提供傳輸實體和網(wǎng)絡(luò)控制實體。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)同時允許為第三方提供附加的IP多媒體服務(wù)。

在UMTS版本5或更高的版本中，新增加的主要內(nèi)容就是添加了兩個全新的具有重要能力的IMS。第一，增加類似呼叫狀態(tài)控制功能(CSCF)的新的網(wǎng)絡(luò)實體來提供基本的IP多媒體服務(wù)，例如在兩個用戶間的多媒體會話的發(fā)起。第二，相互兼容已經(jīng)發(fā)展到可以提煉一些網(wǎng)絡(luò)實體能力的階段，例如開放業(yè)務(wù)接入 (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)能力的功能被期望能夠激勵第三方新的IP多媒體服務(wù)的產(chǎn)生。

在UMTS版本5中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)顯示了提供實時IP多媒體服務(wù)的基本的網(wǎng)絡(luò)實體。一個IMS包括一個或多個CSCF、媒體網(wǎng)關(guān)控制功能(MGCF)、IMS媒體網(wǎng)關(guān)、多媒體資源功能處理器(MRFC)、訂閱位置功能、中斷網(wǎng)關(guān)控制功能(BGCF)和應(yīng)用服務(wù)器。我們下面解釋IMS如何實現(xiàn)其主要功能和如何為UMTS增加支持多媒體業(yè)務(wù)。

Ipv6--IMS的信令和會話業(yè)務(wù)都是通過IP承載的，但是，并不是任何版本的IP都是可以使用的，IMS要求只有IPv6才能在IMS域中使用。雖然這將使UMTS這一全球第一商業(yè)系統(tǒng)廣泛地發(fā)展IPv6，但是這仍將是一個大膽的要求，因為：

IMS中的IP尋址與分組域骨干網(wǎng)中使用的(例如IPv4)和電路域中使用的是不同的，所以IPv6和IPv4互通的問題需要解決。缺少IPv6的實踐經(jīng)驗

用于移動臺接入IP多媒體服務(wù)的IP尋址范圍必須在IMS尋址域內(nèi)，這個尋址域是在建立好IP連接時激活的PDP上下文中安排好的。IP地址可以從服務(wù)域而不是歸屬域的GGSN中獲得，從路由的效率來考慮，這是一個優(yōu)點。

呼叫/會話控制--CSCF使用SIP在呼叫控制中發(fā)揮了核心作用。CSCF可以比作電路域語音通話中移動交換中心的信令部分和控制部分。除了語音通信之外，它還能支持多媒體會話。SIP是在移動臺和CSCF之間、CSCF之間、CSCF和MGCF之間、CSCF和應(yīng)用服務(wù)器之間有關(guān)信令方面的協(xié)議。CSCF起到了很多作用：作為代理CSCF(P-CSCF)，這是移動臺和IMS連接最初的一點；作為提供服務(wù)的CSCF(S-CSCF)，可以用于會話控制；作為詢問CSCF(I-CSCF)，這是網(wǎng)絡(luò)中各個移動臺的有關(guān)IMS信令的一個主要的連接點。

PSTN互通--當會話的一端為IMS用戶，而會話的另一端是公共電話交換網(wǎng)用戶時,網(wǎng)絡(luò)需要四個新的功能實體-IMS媒體網(wǎng)關(guān)、MGCF、信令網(wǎng)關(guān)和BGCF。 BGCF具有支持PSTN與PS域之間的呼叫的功能。媒體網(wǎng)關(guān)用來完成在兩端用不同格式編碼的媒體信號的翻譯。MGCF控制IMS媒體網(wǎng)關(guān)，提供在基于 SIP的和基于ISUP信令之間應(yīng)用級的信令翻譯，并且與S-CSCF進行通信。傳輸級的在基于IP的和基于SS7的信令翻譯由SGW完成。BGCF識別網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)中的MGCF，并確定進入PSTN的位置。

處理用戶簽訂的信息和用戶狀態(tài)的信息--歸屬用戶服務(wù)器(HSS)是主要的數(shù)據(jù)庫，它存儲用戶簽訂的業(yè)務(wù)信息和本地信息。它可以被考慮為一個增強型GSM網(wǎng)絡(luò)中的歸屬位置寄存器。因為在網(wǎng)絡(luò)中有幾個HSS存在，在注冊和會話建立過程中，為了找到有目標用戶信息的HSS，用戶位置功能被CSCF詢問。用戶位置功能不需要在單一的HSS環(huán)境下實現(xiàn)，因為CSCF知道哪一個HSS會被使用。

可以使用各種不同的應(yīng)用服務(wù)器，包括基于SIP的應(yīng)用服務(wù)器和OSA應(yīng)用服務(wù)器，這些應(yīng)用服務(wù)器可以實現(xiàn)各種服務(wù)，例如語音提示服務(wù)和預(yù)付費服務(wù)。支持多種服務(wù)的應(yīng)用服務(wù)器還可以促進新的業(yè)務(wù)的產(chǎn)生。在這兩種情況下，SIP為S-CSCF的信令服務(wù)，然而，在一個OSA應(yīng)用服務(wù)器的例子中，一個 OSA容量服務(wù)器應(yīng)該插入在OSA應(yīng)用服務(wù)器和S-CSCF之間。 

多方會議-媒體資源功能處理器(MRFP)和媒體資源功能控制器(MRFC)支持多方多媒體會議，并能體現(xiàn)媒體資源(例如，語音提示功能)的實際能力。MRFP處理和混合實際的媒體流，MRFC控制MRFP的媒體流資源。

其他問題-在設(shè)計和標準化UMTS的過程中，產(chǎn)生了很多復(fù)雜的問題。例如，在2000年底才確定下來一個用戶的服務(wù)控制由它的歸屬網(wǎng)絡(luò)來執(zhí)行，并且，當用戶漫游到國外網(wǎng)絡(luò)時，這個功能仍然適用，但是，因為存在僅僅由歸屬域控制產(chǎn)生的潛在的劣勢，例如，歸屬域的過載和處理分組上的延遲，所以由訪問域進行控制的問題也已經(jīng)開始考慮了。而且，關(guān)于支持由訪問域和歸屬域通過IMS共同控制的問題，3GPP已經(jīng)討論了一段時間了。然而支持兩種模式必定會使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。因此，3GPP最終決定使用歸屬域來控制，但是，以后可能會重新進行這一問題的討論。

三、IP多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用

1 即時通 (Push to talk)

又叫做一鍵通業(yè)務(wù)，該服務(wù)使得手機終端用戶能夠在分組交換網(wǎng)絡(luò)上，通過只按一個按鍵就進行一對一或群體即時通話。該服務(wù)采取 “ 半雙工 ” 模式，也就是說同一時間只有一人能夠講話，從而更便于群體交流，該服務(wù)可以使用戶能夠在通話群中靈活地選定或者變換通話對象。從而用戶可以輕易地與通話群體中所有人或選擇部分人進行 Push to talk 通話。它是一種全數(shù)字傳輸?shù)?nbsp;VoIP 技術(shù)，其完全基于 SIP協(xié)議和IMS的設(shè)計，很好的保證了互通性、可量測性和向未來 3G 的平滑過渡。

2 IP電話業(yè)務(wù)

隨著寬帶IP接入的普及，IP終端電話成為新的熱點，例如現(xiàn)在一些運營商正在推廣的IP超市(類似于IP公用電話亭)，基于 H.323 的IP終端電話未能普及除了以前缺乏IP寬帶接入這個原因外，還因為 H.323 的用戶認證一直是一個問題，另外H.323終端價格昂貴也是一個原因?，F(xiàn)在采用SIP基本上克服了這些問題，SIP軟件被免費集成在 Microsoft WinXP 操作系統(tǒng)中，因為SIP如此簡單，甚至有運行在 Linux ，PocketPc ，Symbian 上的SIP Client軟件，使得手持終端上的SIP應(yīng)用也成為可能，而且SIP還支持完善的用戶認證機制。所以基于SIP的IMS完全可以被用來作為IP終端電話系統(tǒng)。
3 串行振鈴和并行振鈴業(yè)務(wù)

因為一個SIP用戶可以同時在很多終端上注冊，比如他可能有幾個固定辦公電話，還有無繩電話，移動電話，便攜PC等，每種終端可以實現(xiàn)不同的功能，比如便攜PC支持視頻而固定SIP電話可能連P&M都不支持，用戶不需要總是帶著所有終端，在各種情況下他只帶著其中一些，比如開會時他可能只帶著便攜PC。

串行振鈴業(yè)務(wù)是當另外一個用戶呼叫該用戶時，系統(tǒng)會根據(jù)該用戶設(shè)定的次序和等待時間依次振鈴該用戶的各種終端，直到該用戶接通為止。

而并行振鈴業(yè)務(wù)則是系統(tǒng)同時振鈴該用戶的所有注冊終端，直到該用戶接通為止。

4 會晤轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)

會晤轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)包括無條件轉(zhuǎn)移，無應(yīng)答轉(zhuǎn)移和遇忙轉(zhuǎn)移，該用戶可以定制轉(zhuǎn)移的統(tǒng)一資源標識(URI)，當條件符合時，呼叫被轉(zhuǎn)移到設(shè)定的目標。這種業(yè)務(wù)和傳統(tǒng)電話呼叫轉(zhuǎn)移業(yè)務(wù)功能相同，只是增加了新的媒體類型。

5 主叫標識顯示業(yè)務(wù)

和傳統(tǒng)電話的主叫號碼顯示意義相同，只不過顯示在被叫終端上的不只是主叫的SIPURI，而可能是任何媒體，比如一張主叫的照片、一段聲音或者視頻片斷。根據(jù)系統(tǒng)的提示，主叫可以事先將要傳送的標識上傳到系統(tǒng)中存儲，當主叫呼叫被叫時，SIP消息報文將主叫標識的統(tǒng)一資源地址(URL)傳到被叫，被叫終端自動打開該URL，從而看到主叫的標識。

四、結(jié)論

目前電信業(yè)務(wù)的發(fā)展已經(jīng)到達了個人通信的重要階段，傳統(tǒng)的多媒體業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)無法支持移動(個人化的)多媒體通信的需求，3GPP R5/R6采用的SIP體系結(jié)構(gòu)和IP多媒體子系統(tǒng)為滿足下一代的電信業(yè)務(wù)需求打下了基礎(chǔ)，結(jié)合OSA技術(shù)和虛擬駐地環(huán)境技術(shù)，電信用戶可以獲得他們急需的新的移動多媒體通信業(yè)務(wù)，電信運營商也將在第三代移動通信上找到自己的業(yè)務(wù)增長點。