基于IMS的网络演进策略探讨

摘要：以IMS为核心的新一代网络架构是电信网络演进的目标，如何从现有网络演进到新一代网络要根据运营商的网络现状、市场和竞争环境等因素选择不同的演进路线。

关键词：IMS，网络演进

1.引言

网络演进的原始驱动力来自最终用户对创新业务的需求。就运营商而言，灵活开放的业务生成和发布环境则是部署以IMS为基础的下一代网络(NGN)的首要原因。以控制和承载分离为基本特征的软交换技术的基本定位是在一个基于IP技术的网络上提供传统的长途和5类语音业务。软交换的灵活部署和高集成度为运营商带来了网络建设成本和维护成本的大幅度降低，但由于受到终端能力、QoS、安全以及业务接口标准化等诸多方面的限制，目前较为成熟的软交换(包括固定软交换和3GPP R4)的应用也仅限于此，它没有给最终用户带来新的业务。应该说只降低成本是远远不够的，如何增加收入才是运营商更加关心的问题。

IMS以其业务、控制、承载完全分离的水平架构，集中的用户属性和接入无关等特性，一方面解决目前软交换技术还无法解决的问题，如用户移动性支持、标准开放的业务接口、灵活的IP多媒体业务提供等；另一方面，由于其接入无关性，也使得IMS成为固定和移动网络融合演进的基础。然而网络的演进需要考虑的因素很多，其中最主要的是运营商现有网络的状况，和它所处的市场和竞争环境。本文首先分析了网络演进的驱动力，然后给出基于IMS的新一代网络的结构，最后给出针对不同运营商、不同网络和市场条件的演进的不同路线。

2.网络演进的驱动力

IP和无线通信技术的飞速发展，引发了因特网和移动通信的爆炸性增长。由此带来的个人通信和全新的通信娱乐方式，正促使传统电信网络、业务和运营模式的转型。

移动对固定业务的替换，是目前固网运营商面临的主要威胁，也是固网运营商进行网络演进的主要原因。产生这种替换的根本原因是移动通信的移动性和个人化/个性化特点。根据Yankee Group的研究报告，目前12%的欧洲家庭只使用移动电话，高达25%的欧洲人考虑在家庭中不使用固定电话而只使用移动电话。我国电信市场的发展同样呈现移动替换固定的总体趋势。从2004年开始我国的移动通信业务量超过固定通信的业务量(本地业务)。从2003年开始，移动用户的用户数超过固定用户的用户数。

如何使现有网络演进到一个固定移动融合的网络和业务架构？这显然是固网运营商抵制移动对固定替换的最佳途径。

事实上，不管是固定网络运营商还是移动网络运营商，如何借助灵活开放的业务平台快速部署新业务是他们在市场竞争中保持优势的关键因素。据Light Reading的统计，有41.3%的被调查运营商认为灵活的业务开发和部署是他们部署IMS的首要原因。传统的业务网络是一个业务一个网络的垂直架构，业务完全依赖于网络的能力，这种业务和网络紧密相关的架构导致新业务开发比较困难，无法实现跨网络的业务。而IMS则以其业务、控制、承载完全分离的水平架构，集中的用户属性、开放标准的应用接口以及接入无关等特性，彻底解决了传统网络中业务与网络相关的弊端，为运营商提供了固定移动融合的业务和应用平台。最终用户对全新多媒体业务的需求也是网络演进的驱动力之一。Skype, MSN, QQ等正在改变人们的通信习惯；传统业务收入下降也迫使运营商必须进行新业务的开发和部署。传统电信业的价值链比较简单，运营商完全依靠对最终用户提供有限的业务(如话音，短信)获得收益。尽管宽带业务和移动数据业务日趋成熟，但无论是固网运营商还是移动业务营运商，它们都面临着"比特管道"(bit pipe)的压力。另外，用户也希望能够以跨越固定和移动网络的便捷的使用方式来获得这些多媒体业务。

运营商需要一个可控制、可管理和可盈利的网络架构，来提供用户所期待的全新业务。基于IP技术、与接入无关、业务和控制分离的IMS网络架构正是满足这一需求的全新架构。

3.基于IMS的新一代网络架构

NGN的概念已讨论多年，ITU-T也对NGN进行了定义，给出了其基本特征[1]。目前，各大标准组织对NGN的研究都离不开IMS，尽管IMS在3GPP[2]中只是业务控制层面的一个与接入无关的架构，但是，随着ETSI TISPAN的NGN架构在IMS基础上考虑更多的如用户网络、接入、核心网络和互通等方面内容[3]；以及ITU-T[4]对NGN进行的类似的研究工作的进展，一个以IMS为基点，融合不同接入方式的新一代网络架构已渐渐清晰。不过，不可否认的是，以软交换为核心的网络结构在NGN的研究道路上扮演了重要的角色，它在网络优化、降低成本和PSTN替换等方面发挥了积极的作用。随着以IMS为基础的新一代网络的部署，整个网络将出现多种技术共存的局面。当然最终的演进目标还是基于IMS的新一代网络架构，基于软交换的架构只是这个演进过程中的一个的阶段。

采用IMS的新一代网络架构的示意图，该架构包括固定和移动接入以及与传统电路交换网和其他IP多媒体网络的互通功能。主要实体包括各种呼叫会话控制实体(CSCF)、媒体资源功能实体(MRF)、归属用户服务器(HSS)、用户定位功能(SLF)、应用服务器(AS)、固定接入边界节点，移动接入边界节点，域间互通边界节点等。

核心CSCF包括S-CSCF，P-CSCF和I-CSCF。S-CSCF在IMS中处于核心的控制地位，用于注册、会话控制和处理，并向应用服务器触发业务；P-CSCF是UE访问IMS的第一个入口点；I-CSCF是从访问域到归属域的入口点，主要负责查询归属用户信息，并为用户分配S-CSCF等。

MRF在S-CSCF和AS的控制下为用户提供放音，混音等媒体处理功能。它包括媒体资源控制功能(MRFC)和媒体资源处理功能(MRFP)。

HSS存储IMS中所有用户和与业务相关的数据，在网络配备多个HSS的情况下，SLF提供查找HSS的机制。

AS用于提供增值多媒体业务，包括SIP AS、OSA SCS和CAMEL IM-SSF，OSA AS和CAMEL业务环境(SE)通过SCS和IM-SSF与IMS网络交互。

移动接入边界节点用于将各种以无线方式，通过分组域接入的无线终端如GPRS终端接入IMS核心网络。它包括P-CSCF和策略决策功能(PDF)，其中PDF控制进入核心网的流量。

固定接入边界节点用于将各种宽带终端如SIP终端接入IMS核心网络，它包括P-CSCF功能。在固定接入网中，还需要资源和接纳控制子系统(RACS)和网络附着子系统(NASS)以提供资源预留、接纳控制、IP地址分配和管理等功能。

域间互通边界节点包括与其他IP网络互通的节点和与电路域互通的节点。其中与IP网络互通的节点包括互通功能(IWF)、互连边界控制功能(IBCF)和互连边界网关功能(IBGF)等功能。IWF提供业务控制子系统所用协议和其他基于IP的协议之间的互通功能，IBCF控制两个运营商网络之间的边界，IBGF存在于两个核心网之间的边界上，包含翻译网关(TrGW)的功能。与电路域互通主要由边界网关控制功能(BGCF)、媒体网关控制功能(MGCF)和IMS媒体网关(MGW)实现。BGCF是IMS域与外部网络的边界点，它选择在何处与电路域互通，MGCF负责IMS与电路域用户间的通信，控制与MGW相关的媒体信道，MGW负责在MGCF的控制下实现IMS与电路域之间的媒体流互通。

由于PSTN在现有的电信网络中占有非常重要的地位，因此标准组织ETSI TISPAN对PSTN的演进进行了特别的定义。在TISPAN的NGN架构中特别定义了PSTN/ISDN仿真子系统(PES)。PES的绝大部分功能实体与IMS的功能实体一致，只有接入网关控制功能(AGCF )例外，它使用媒体网关控制协议控制接入媒体网关。

4.网络演进的不同场景

网络的演进需要考虑的最主要因素包括运营商现有网络的状况以及所处的市场和竞争环境，本节将结合这两个因素对固网、移动网络的演进路线分别进行讨论。

4.1. 固网演进路径

对一个固网运营商而言，网络演进的典型的起点是PSTN网络。VoIP技术和软交换的出现为PSTN网络的演进迈出了第一步。特别是在中国，软交换在长途层面的部署以及固网智能化为网络优化作出了重要的贡献。然而从最终用户的角度看，软交换和网络智能化(NI)并没有满足他们对创新业务的需求。这也正是IMS要解决的问题。

根据运营商的关注点和市场状况的差异可以有不同的演进场景。

运营商主要考虑的是面临退网的PSTN网络，希望以较低的运营成本充分利用网络资源。它希望在不影响用户的业务体验和对最终用户透明的情况下对网络进行更新。这表明网络的演进应该不需要引入新的用户设备，也就是说，采用基于CS(Call Server)的PES解决方案。在此方案中，新的收入来源并不是首先需要考虑的问题。这一演进路线的首要任务是依赖于软交换和NI，实现网络优化，降低网络建设成本和维护成本从而弥补传统语音业务收入的下降。不过，单纯的语音业务不会有增长，运营商的收入增长必须依赖于新业务的引入，IMS是继软交换/NI之后真正能为运营商带来新业务和收入增长的技术。当然，IMS可以同时实现语音和多媒体业务，这也是IMS多业务支持能力的体现和优势所在。

针对那些在成熟市场不需要在短期内有大规模PSTN替换的主流运营商，直接部署IMS对它们最具吸引力。这样的固网运营商关注的是借助大规模的宽带接入的部署来引入新业务从而增加收入。一个固定的IMS解决方案对这些运营商来说是理想的第一步，而后再往三重播放的网络演进。这是通过引入IMS多媒体对pre-IMS解决方案进行软件升级从而符合IMS规范来实现的。早期的目标用户将是那些对以用户为核心的宽带业务感兴趣的商业用户和高端用户。一旦能够盈利的新业务部署后，IMS平台能够用于大规模用户的平滑迁移。

所描述的这一演进路径的最大优势是运营商只要部署一个IMS核心网，就可以同时开展传统业务(通过基于IMS的PES)和IP多媒体业务；同时也是固定移动融合的IMS核心网络。这一演进路线也从另一侧面说明了软交换和NI在电信网络演进的过程中不是不可跨越的阶段，对那些占有成熟市场的主导运营商而言，直接从PSTN到IMS将能更快实现业务收入增长。

4.2. 移动网络演进路径

语音从电路域到IMS域的大规模迁移目前还没有压力，特别是对那些低利润用户的语音业务。但是为了增加ARPU值，移动运营商也面临如何开发非语音新业务的强大压力。IMS提供的额外的业务特性将是运营商最好的选择。同时，为了降低网络建设成本和维护成本，基于IP传输的移动软交换将很快得到部署。总的来说IMS和移动软交换将同时存在，它们之间通过网络互通实现部分业务的互通。从长期来看，电路域用户最终会迁移到IMS域，但大规模的迁移不会在近期出现。

对移动运营商而言，网络和业务的现状是3G部署初期的2G语音(传统的移动交换中心MSC)和数据(短消息，GPRS)网络。收入主要来自语音(80%)，数据业务中短消息占绝大部分(>90%的数据业务收入)，其他数据业务正处于高速增长期。

出于降低CAPEX/OPEX的考虑，移动网络演进的第一步是移动软交换的引入，如5类软交换的引入(3GPP R4)。

从增加业务收入角度看，3G技术的引入开始提供更高的带宽和更吸引人的业务(如视频)从而增加ARPU值。但更多的新的业务必须依赖于IMS。正如前面已经谈到的，IMS是实现不同业务(推送业务、可达性、组和列表管理、呈现状态等)的最好的综合平台。IMS能够作为现有GPRS网络的叠加网络来部署，另外需要增加PDF、CSCF、HSS以及IMS AS等。依赖于IMS提供IP多媒体业务，将是移动运营商的首选。同时由于IMS核心网元和固定运营商IMS所使用的是一样的，因此也有利于固定移动融合网络部署和业务开展。

移动运营商演进路径如图4所示，IMS的部署并不意味着替换电路域，相反，在IMS部署初期，由于语音业务还无法直接由IMS域提供，语音业务还将由电路域承担。语音从电路域到IMS域的迁移只有当语音成为丰富的多媒体业务的一部分，而且IMS达到一定的渗透率之后才能真正开始。从技术上讲，移动用户完全从电路域到IMS域的迁移取决于IMS提供实时业务的能力，也就是无线接入网对QoS的控制能力，或运营商采取其他接入方法的可能性(如WiFi和Wimax)。大部分运营商会在5年或更长时间内保护电路域的投资。

5.总结

IP技术和无线通信技术的飞速发展、最终用户对创新业务的期望、运营商对开放灵活的业务架构的需求等因素是网络演进的驱动力。网络演进的策略则和运营商自身的网络状况和所处的竞争环境有关。从总体趋势来说，基于IMS核心的新一代网络架构是网络演进的目标架构。尽管最终的目标是完全基于IP的多媒体架构，但在演进的过程中，为了优化网络和降低维护成本，基于呼叫服务器的PES和基于IMS的PES等还会在PSTN替换市场上扮演重要的角色。