IMS引入电信网方式的探讨

　　摘要　本文首先简要介绍了IMS产生的背景及基本特性，提出了在电信网中引入IMS的相关问题。随后，从技术实现角度出发，分别描述了IMS基于R4移动网络或固网软交换的引入方式。最后，结合我国各网络运营商现状以及IMS技术成熟趋势，探讨了IMS未来在我国电信网络中的引入方式。

　　关键词　3G　IMS　3GPP　网络融合

　　1、未来网络演进的目标——IMS

　　1.1　IMS的出现

　　IMS（IP多媒体子系统）最初由国际移动标准化研究组织3GPP在R5规范中提出。继R4实现了3G核心网的全IP承载，IMS的提出为移动网络中IP多媒体业务的实现提供了一套完整的解决方案。IMS是基于核心网分组（PS）域的多媒体控制／呼叫控制平台，支持会话类和非会话类多媒体业务，为未来多媒体应用提供了通用的业务实现平台。

　　对固网来说NGN是其未来网络发展的目标，目前国际标准组织的研究重点之一是NGN的体系架构。ETSI TISPAN组织重用了3GPP定义的相关规范，提出了基于IMS的NGN网络框架结构，其中IMS作为一个独立子系统存在。

　　随着用户业务需求及技术的发展，未来网络发展趋势将是基于固网和移动的融合网络。IMS将成为基于SIP会话的通用平台，同时支持固定和移动的多种接入方式。

　　1.2　IMS的基本特性

　　3GPP定义的IMS系统框架如图1所示，IMS通过CSCF（呼叫会话控制功能）、HSS（归属签约用户服务器）实现呼叫控制功能，通过互通实体如BGCF（边界网关控制功能）、MGCF（媒体网关控制功能）、MGW、SGW等实现与PSTN及核心网电路（CS）域的通信，并增加了MRF（媒体资源功能）以实现多方通信业务。


图1　IMS的功能结构

　　IMS基于SIP，可提供实时、端到端的移动业务，并通过一系列的措施保证多媒体业务在安全、计费、漫游以及QoS上的需求，使运营商对网络及业务可管理、可控制。IMS的主要特性有：

　　●控制与业务分离：IMS层不直接实现任何业务，只实现业务触发和路由。

　　●支持用户漫游及业务移动性：IMS定义了用户漫游的方法，并通过将业务提供点与用户接入点位置的进一步分离，使用户在任何地方都能享受始终如一的业务。

　　●QoS保障：通过策略判决功能（PDF）模块，可根据用户定购的QoS、业务需求和网络资源的情况决定为业务实际分配的QoS。

　　●更强的计费功能：IMS提供根据用户、业务、数据流等的更多收费手段。通过新的在线计费功能，运营商还可以实时控制业务流程。

　　1.3　IMS如何引入

　　虽然目前对IMS系统结构的研究已经被业界所认可，IMS作为未来网络演进方向的说法也显得不容置疑，但在具体应用实现过程中，IMS的引入时机与技术规范、设备成熟情况以及各运营商的网络状况密切相关，具体的引入方式需要根据实际网络情况、用户业务需求发展综合分析确定。

　　以下首先从技术角度出发，简要说明IMS基于移动网络或固网NGN的引入方式，然后结合IMS的技术特性、运营商网络发展情况进行分析，探讨IMS的引入方式。

　　2、IMS基于移动网及固网软交换的引入方式

　　2.1　基于移动网的引入

　　目前国内大规模应用的2G网络有GSM及cdma2000，本文主要以GSM网络为例讨论IMS引入，对于cdma2000网络中引入与IMS相似的多媒体域（MMD），其功能实体和IMS中的实体存在对应关系。

　　GSM网络向3G演进的趋势可以是WCDMA的R99或R4版本，随着R4的不断成熟和在一些国家的规模商用，未来GSM网络在我国将首先演进为R4。IMS在R99／R4设备的基础上引入，是PS域上叠加的一个多媒体子系统。从网络实现方式上来看，引入IMS对CS域没有影响，仅需要对PS域进行扩展。IMS在引入移动网后，与CS域及PS域的关系如图2所示。


图2　IMS基于WCDMA R4的引入

　　IMS通过核心网分组域接入，通过MGCF实现和外网的互通。可以向IMS签约用户提供基于CAMEL业务环境、OSA以及SIP AS（应用服务器）的业务的接入。

　　与现有的3G业务平台的功能不同，IMS可以实现移动用户端到端的业务开展，开拓了移动领域以往端到系统的业务开展模式，可支持任意两个手机用户联网游戏等业务。由于IMS中用户的接续控制由相应实体实现，移动网络运营商可以进行深度管理。即运营商不仅可控制业务的接续过程，还可控制业务的带宽、QoS。

　　虽然IMS基于SIP的业务实现方式支持VoIP业务，但由于缺少对语音业务完善的QoS保障机制，IMS域并不能完全替代CS域，移动软交换的CS域和IMS域不是平滑演进的关系，而是业务互补、网络互通的关系。

　　2.2　基于固网软交换的引入

　　目前国内固网运营商已经开始大规模部署软交换网络设备，主要用于对传统交换机的替代、固网智能化改造及新业务的开展。就目前网络演进趋势来看，未来固网软交换的发展目标将是TISPAN提出的基于IMS的NGN网络框架结构。二者的网络结构如图3所示。


图3　固网软交换与基于IMS的NGN网络架构

　　与移动网中提及的IMS不同，未来基于IMS的NGN网络架构中，除包含IMS外，还有资源和接纳控制子系统（RACS）、网络附着子系统（NASS）、PSTN／ISDN仿真子系统（PES）及其他子系统。PES的绝大部分功能实体与IMS的功能实体一致。另外增加了接入网关功能（AGCF）、信令网关功能（SGF）、互联边界点控制功能（IBCF）等实体。

　　固网软交换与未来NGN网络的业务层设备都基于AS，网络基础协议都是SIP，接入方式都可以支撑POTS用户、SIP多媒体终端和IAD，此外IMS还支持移动用户的接入。二者在控制层的网络结构和功能、接入控制实现上也有相似性：软交换中通过BAC（边界接入控制）设备进行一些简单的接入控制，未来NGN系统中引入NASS及RACS实体，配合IMS中的PDF实现多接入方式下的网络资源和QoS控制；软交换中通过控制SG/TG（信令网关／中继网关）实现与外网的互通，未来NGN中通过MGCF、AGCF控制相应的媒体网关实现互通。

　　固网软交换向未来基于IMS的NGN演进的过程，将随着IMS相应标准化模块功能在软交换网络中逐渐实现而完成。演进初期，软交换机逐步实现IMS的CSCF、BGCF、MGCF及AGCF等，协议接口演变为Diameter/MAP。后期通过引入P-CSCF以支持移动网络的接入、移动终端多媒体业务。最后，随着多媒体业务的普及，软交换设备将作为PSE功能模块存在。

　　值得注意的是，基于宽带接入方式下的QoS及安全保障的实现相对移动网络中封闭的无线接入网来说，更加困难。于是TISPAN提出的NGN系统架构中增加了NASS、RACS等子系统用于解决接入IMS网络时的接入控制相关问题。

　　3、IMS引入方式与网络融合实现的探讨

　　根据以上分析，移动运营商网络中引入IMS可基于现有网络架构叠加实现，但就目前国内电信运营情况来看，现有的固网运营商很有可能在不久的将来获得3G移动牌照而成为综合业务运营商，IMS的引入要综合考虑移动与固网的融合实现。

　　要关注的主要问题是：IMS的引入点（基于移动网络引入还是基于固网NGN引入）如何?IMS在全网的引入方式（时机和步骤）如何?

　　3.1　IMS引入点分析

　　IMS支持业务的移动性、对不同业务的QoS机制、灵活的计费以及业务逻辑的可控制性等是目前移动网中PS域以及固网软交换网络所不具有的。但IMS基于移动网络引入还是基于固网软交换引入，与IMS系统的业务实现特性、IMS成熟情况相关。

　　（1）IMS的业务特点分析

　　IMS基于与接入无关的SIP实现，在进行业务逻辑控制时，用户终端（UE）、业务应用服务器均可以视作是一个SIP UA（用户代理），IMS只负责实现不同SIP UA之间的业务接续，而不必过分关注业务的提供方，这样IMS为移动用户端到端的业务开展提供了特殊的平台。对现有移动网络中端到内容的业务提供模式来说，是一次巨大的变革。随着未来移动无线接入网中HSDPA技术的发展，宽带多媒体内容在移动网中将会有广阔的发展空间。

　　相比之下，IMS在固定网中引入对业务开展方式的影响就不那么明显。一方面，目前固网软交换业务平台上也可以部分实现IMS支持的多媒体业务能力；另一方面，IMS提供的用户端到端业务，在目前的宽带接入方式下，借助PC（个人电脑）也基本可实现，比如：IMS中的Presence（呈现）业务就和现在的MSN很相似，另外IMS中可引入的移动终端间的多媒体游戏已基于宽带网实现并产生了巨大的市场效益。所不同的是，IMS中业务的接续和实现通过相关网元控制，使得业务可控制、可管理并能实现多种业务灵活的捆绑计费。

　　（2）IMS的成熟度分析

　　虽然3GPP早在2002年6月发布的R5版本中对IMS的功能特性等就有确切的规范，并且在2005年3月发布的R6版本中进一步完善了业务实现及网络互通方面的功能，但IMS的大规模应用仍受终端发展滞后、缺乏杀手级业务、设备性能及互通实现等多方面因素的影响而将晚于R4网络的大规模商用。伴随着WCDMA R4网络在我国的应用，IMS将逐渐成熟和规模应用。

　　由于NGN系统与移动网络中接入方式的不同，基于IMS的NGN系统实现，除了需要克服以上在终端、业务、设备等方面的困难，很大程度上还依赖于NASS及RACS系统规范的成熟和设备的完善。

　　综合以上分析，IMS在移动网络中引入优势明显，基于IMS的NGN系统成熟性相对不足，对拥有固定与移动网络的全业务运营商来说。IMS应首先基于移动网引入。

　　3.2　IMS引入方式探讨

　　从通信网络的总体发展趋势看，固网和移动网都朝着分层化的方向发展。固网和移动网的融合可以发生在网络的各个层面，包括业务层面的融合、控制层面的融合、传送层面的融合、接入层面的融合。融合的目的是使综合业务运营商可以在统一的网络上为固定、移动用户提供丰富的语音、数据、多媒体业务，降低网络的复杂度、运维成本和基础设施投入。

　　目前，传送层面、接入层面的融合实现技术已基本成熟，业务融合可以通过共用智能网业务平台或共用业务引擎的方式实现，IMS的引入主要涉及控制层面的融合。虽然目前国内固网运营商已开始大规模应用软交换技术，WCDMA R4电路域也基于软交换技术，但固网软交换与R4软交换在协议体系、网络架构和设备功能上仍存在着较大差异，不具备融合的基础。随着IMS在移动网络中的引入以及基于IMS的NGN网络架构的提出，未来固网与移动网将可基于IMS网络进行融合。

　　目前IMS在国内还没有规模商用，各移动和固网运营商以跟踪、测试为主，国外主流固定和移动运营商也多是以测试、研究为主。部分国外运营商，如TIM（意大利移动运营商）、Sprint（美国移动运营商）、KPN（荷兰固网、移动运营商）等，已经在网络中逐步引入IMS。但大多是作为业务平台的一部分，提供一些特色多媒体通信业务，如VoIP、视频共享、固定移动接入融合的企业应用等，还没有形成对现网业务的大规模替代趋势。

　　基于前面的分析。作者认为IMS的规模商用仍面临着种种困难，IMS基于移动网络的引入，从实现难度、业务需求性方面来看都要好于基于固网软交换的引入。对于全业务运营商逐步向IMS网络融合演进可以考虑以下方式：

　　●IMS首先在移动网中引入，主要面向移动用户提供一些新兴多媒体业务，例如PTT、IM（即时消息）、Presence等。随着业务的开展、设备的成熟而逐渐大规模商用，基于用户端到端的业务提供方式将会带来移动业务应用的快速发展。IMS网络系统初期和软交换领域基于目前的宽带接入网互通，使宽带接入用户可享受IMS的部分业务，同时适当探索一些针对移动与固定宽带用户的融合业务。

　　●当IMS在移动业务领域发展到具有一定的业务和用户规模时，移动与固网软交换用户融合业务不仅仅是互通的要求，将会有统一业务平台、统一控制等新的需求。此时IMS以满足两网互通为切入点，逐渐改造、替换固网侧控制和业务提供网元，但在相当长的一段时间内，IMS不会替代PSTN、ISDN、移动CS等传统网络，而是互通和并存，逐渐吸收话务。

　　最终，随着PSTN/ISDN/CS等传统网络的消亡，现有的固定、移动网络将演变为全IMS网络，实现在固网侧的引入及移动网与固网的融合统一。

　　4、小结

　　本文简要分析了IMS基于移动及固网软交换的引入方式，并进一步探讨了IMS对固定与移动网络融合的影响。需要强调的是。基于IMS的固网和移动网的融合不仅仅是技术的问题，还涉及管理、运营、管制等很多方面的影响，面临一系列的挑战。网络融合的最终实现将是一个漫长的过程。
来源：中国通信运维网