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IMS在固网移动融合中的应用

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来源: 作者: 2019-03-21 11:27:23

IP多媒体子系统(IMS)继承了电信集中控制的架构和可靠的信令技术,呼叫控制和媒体处理相分离原则实现了承载和控制、业务的分离,是下一代络(NGN)发展中的重要一环。同时,IMS技术的这种特性也有力得支撑了固和移动的融合。

1、IMS的发展

IMS最早由第3代移动通信合作计划(3GPP)在核心:R5版本引入,并在R6版本中对其进行了完善和扩充。IMS的特点是对控制层功能做了进一步分解,实现了会话控制实体(CSCF)和承载控制实体(MGCF)在功能上的完全分离,使络架构更为开放、灵活;IMS的另一特点是全部采用会话启动协议(SP)作为呼叫控制协议。作为一个由移动标准组织3GPP提出的面向多媒体应用的子系统,IMS一开始就在移动性支持和多媒体应用上有较完善的考虑。在当前多络融合的大趋势下,欧洲电信标准组织(ETSI)下属的NGN研究组织TISPAN在其推出的NGNR1版本中接受IMS作为NGN固定应用的核心技术,并准备重用3GPPR6版本中的IMS相关规范。国际电信联盟电信标准部门(ITU-T)下一代络热点组(FGNGN)也同样采纳了基于IMS的NGN体系架构并在其基础上进一步发展。

目前,IMS架构不但被国际主流的ITU-T、3GPP、ETSI等标准组织所采纳,成为NGN的核心技术,也得到了国际上各主流设备商和运营商的支持,运营商也在积极开展IMS的测试和试验,并逐渐成为固移动融合的主要手段。

2、IMS系统架构介绍

图1 IMS络架构

图1是IMS的整体络架构示意图,其主要的逻辑实体有:

(1)代理-呼叫会话控制功能(P-CSCF)

主要完成用户IMS业务的代理功能、信令的安全性功能、承载的授权功能、计费策略下载功能等;在用户设备获得IMS服务时,P-CSCF是第一个联系节点。P-CSCF的作用就像一个代理服务器,它把收到的请求和服务进行处理或转发。主要完成和用户接入的相关功能,如信令压缩、安全性等。

P-CSCF的引入使得业务的接入和控制得到了分离,使得归属业务控制成为可能。

(2)查询-呼叫会话控制功能(I-CSCF)

主要完成归属络S-CSCF的分配功能(用户注册时)、IMS呼入的路由功能。通过在络接口处插入I-CSCF设备对进出本络的会话初始协议(SIP)信令进行转接,可隐藏SIP信令中的内部路由信息,从而实现不同络运营商之间隐藏内部络逻辑的需要。

(3)服务-呼叫会话控制功能(S-CSCF)

主要完成用户的认证、注册、业务授权、业务触发、业务路由、计费等功能。S-CSCF执行会话控制功能,它可以根据络运营商的需要,维持会话状态信息。S-CSCF是为用户服务的主要服务节点,在用户注册期间进行分配。P-CSCF和S-CSCF两者配合完成IMS的业务归属控制特性。

(4)出口关控制功能(BGCF)

BGCF用来选择与PSTN接口点相连的络。如果BGCF发现自己所在的络与接口点相连,那么BGCF就选择一个媒体关控制功能(MGCF)与PSTN交互。如果接口点在另一个络,那么BGCF就把会话信令转发给另一个络的BGCF。

(5)媒体关控制功能(MGCF)

MGCF是IMS控制面与传统PSTN/CS络的互通点,控制IMS-MGW以完成媒体面的互通:在IMS侧与I/S-CSCF互通,在PSTN/CS侧完成SIP到BICC/ISUP协议转换。

(6)HSS

HSS存储IMS用户的签约数据、业务属性数据、位置信息、鉴权信息等;也可提供传统的归属位置寄存器(HLR)功能(如电路域签约数据、分组域签约数据)和各种接口。

(7)签约定位功能(SLF)

根据SIP统一资源标识符(URI)定位HSS,需要访问HSS的实体均需调用。

(8)业务服务器(AS)

主要完成业务逻辑的控制和执行。

(9)媒体资源控制功能(MRFC)

MRFC是IMS域内部的媒体控制资源功能。MRFC维护、控制MRFP中的媒体资源;与S-CSCR互通,间接接受AS的控制。

(10)媒体资源功能(MRFP)

MRFP是IMS域内部的媒体资源功能,接受MRFC控制,提供声码器资源、通知音资源、会议桥资源等。

(11)资源控制子系统(RACS)

RACS主要完成管理控制、资源预留、策略控制、络地址转换(NAT)穿越和控制等功能。

(12)络附属子系统(NASS)

NASS主要完成终端IP地址的分配、接入络的配置、接入络的鉴权和认证等功能。

3、固定移动融合

固定移动融合(FMC)的理念早在20世纪90年代就被提出,由于当时技术上的限制、标准化工作的缺乏等原因,并没有被业界广泛接受,相应的业务也没有被广泛地开展。近年来,随着新技术、新业务不断涌现,使得传统的单一电信络体系架构面临前所未有的挑战。构建一个统一、融合的通信信息,是电信业最终的目标,但是,达到这个目标需要一个相对漫长的过程。在这个过程中,不同络之间的相互渗透、相互融合将一直伴随着络的演进。

固定移动融合包括多个方面:络融合、业务融合、运营支撑平台融合等,它不会一蹴而就,是一个长期发展的过程。因此,络融合的实施方案应遵循分步骤、分层次进行的策略。

目前,针对大规模的传统PSTN络和PHS络,固定运营商通过固智能化等手段对络结构进行调整和改造,使其在业务层面上进行融合汇聚。并逐步用软交换替代传统交换机,实现电信络软交换智能化,逐步向下一代络(NGN)演进。但随着3G牌照的发放,固运营商固定移动络融合的进程会被加速。

移动运营商方面,随着3G牌照的发放。移动运营商需要建设基于软交换架构的3G络,以2G/3G一张的形式进行运营。并通过IMS试验局部署,验证IMS架构对多种接入方式以及多种业务的支持能力,通过小规模地面向集团客户提供固定数据类业务,获取全业务络运营经验。

随着IMS以及相关技术的商用化进一步成熟,络融合将进入到固定及移动核心络融合阶段。此阶段的主要特征是统一的核心络,与接入方式无关。无论是现有的固运营商还是移动运营商,最终发展都将融入到NGN统一的发展架构中。

4、IMS对固定移动融合中的支撑

从电信络的总体发展趋势看,固定通信和移动通信都朝着分层化的方向发展,并且结构也越来越清晰,各层内部以及各层之间的协议接口也朝着标准化、开放化方向发展。

4.1IMS支持核心控制层融合

目前传统的基于TDM的电信交换络正在向软交换控制架构演进,而考虑到未来的核心控制层需要满足固定移动统一接入、统一控制的需求,IMS由于其与接入无关、统一的会话控制和用户数据、开放和统一的应用平台等特性,使得IMS逐步成为业界公认的固定移动络融合的基础。

从标准体系看,IMS是一个多组织共同认可的标准体系,不会产生不同标准组织间协议不兼容的问题,这是IMS支持固和移动融合的前提和基础。

从络架构和协议看,IMS架构中的服务—呼叫会话控制功能(S-CSCF)是整个络的核心;代理—呼叫会话控制功能(P-CSCF)是终端接入IMS系统的入口;媒体关控制功能(MGCF)和IMS-MGW是与电路域和PSTN互通的功能实体;媒体资源控制部分(MRFC)和媒体资源处理部分(MRFP)是实现多方会议的功能实体;出口关控制功能(BGCF)是IMS域与外部络的分界点。这些功能实体都可以为固和移动共用。并且在IMS架构中,各种功能实体间的接口协议主要采用SIP协议。SIP协议是应用层的协议,与接入络的类型无关。

所以,IMS从络架构和协议上均支持固和移动的融合。部署基于IMS架构的核心控制络将是络融合进程中重要的一环,也是对运营商现有的垂直单一络体系架构的一次变革。

4.2IMS支持业务层面融合

实现固定和移动业务的融合是固定移动融合的最终目的,固定和移动融合业务也是未来通信业务的亮点,是全业务运营商实施差异化竞争的重要手段。

业务融合是指通过统一的业务创建/传送平台,通过独立的核心络(呼叫会话控制)和接入络,为不同接入类型的用户提供业务应用。基于业务整合的应用包括唯一号码、虚拟专用(VPN。)、语音信箱、统一消息、会议和流媒体。

实现统一业务平台的关键是具备标准和开放的接口,从而使业务可以简单和快速地创建和部署。而IMS所具备的开放标准的SIP和Parlay应用编程接口(API)能够实现核心络和业务提供的分离,这样将会出现独立于络提供商的业务提供商,形成良性的开放式产业价值链,促进业务的发展。

5、采用IMS的固定移动融合络对运营的影响

5.1降低了运营成本

未来基于IMS核心控制架构的融合络给运营商带来了机遇同时,还进一步降低了相应的运营成本。固定移动融合络部署之前,要提供全面的服务,就不得不构建多个单业务的络。带来了复杂的络管理和居高不下的建设/维护成本(CAPEX/OPEX)。

IMS在软交换控制与承载分离的基础上,进一步拓展了业务层与控制层的分离。因此IMS除继承了软交换承载层统一所带来的成本优势之外,更重要是可以降低业务的创新成本。同时,IMS对用户数据管理、计费等络能力的集中,为降低络的运维成本创造了条件。

5.2业务快速部署给运营商带来新的机遇

从本质上来说,业务是发展固定移动融合的主要驱动力。基于IMS核心控制的融合络以控制的共性支撑业务的差异性,特别是面向固定接入用户以及无线接入用户的业务开放,通过核心控制层面的一致性,保证了用户业务体验的统一性。尽管目前有些基于IMS开发的业务还不是很成熟,但IMS络架构体系为人们描绘了一个未来支持全业务的络远景,已引起众多电信运营商的关注,电信运营商希望通过IMS络的建设可以提供差异化和多样化的服务。

6、结束语

综观全球电信界发展情况可以看出,IMS将是下一代络体系架构中重要的组成部分,是络融合的技术基础,是运营商重塑全新运营模式的推动力。面对IMS和络融合而带来的挑战和机遇,电信运营商除了积极应对技术演进趋势外,还要不断求变,找出适合自己的络融合之路。

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