基于ＩＭＳ的固定和移動網絡融合

摘要：3GPP提出的IP多媒體子系統(IMS)技術體現了通信網和因特網技術的結合、下一代網絡和3G網絡技術的結合，已受到通信界和信息技術界的廣泛認同，成為固定和移動網絡融合的核心技術。其網絡融合綜合了互聯網IP技術、軟交換技術和蜂窩核心網技術，業(yè)務融合綜合了開放式Parlay/OSA技術和Web Services技術，管理融合綜合了電信網管理、IP網絡管理和策略控制技術。面對互聯網的嚴峻挑戰(zhàn)，各個標準化組織正通力合作推進IMS的發(fā)展，統一IMS、業(yè)務代理和有管理的P2P業(yè)務是進一步研究的重要內容。

關鍵詞：IP多媒體子系統；網絡融合；業(yè)務融合

二十世紀末，隨著Internet的飛速發(fā)展，通信業(yè)界改變了以ATM交換技術為基礎構建全球信息基礎設施的導向，確立了以IP路由技術為核心的下一代網絡(NGN)發(fā)展方向。固定通信網率先以VoIP為突破口，提出了軟交換組網技術和Parlay開放式業(yè)務技術；IETF重用互聯網技術框架提出了IP網絡通信控制的會話啟動協議(SIP)技術；以3GPP為代表的移動通信界將上述技術和蜂窩移動核心網技術結合起來，以實現多媒體業(yè)務為目標，提出了IP多媒體子系統(IMS)技術，很快受到通信界和信息技術界的廣泛認同，成為固定和移動網絡融合(FMC)的核心技術，并沿著未來信息通信網絡融合技術的定位方向不斷發(fā)展前進。

1 IMS國際標準研究

3GPP采用和其他標準化組織密切合作的方式制訂IMS技術標準，并依靠各國通信界的協同不斷發(fā)展和完善(如表1所示)。其中，最重要的合作就是和IETF聯合開發(fā)了IMS網絡的核心控制協議SIP[1]，共同研究SIP的擴展和應用。另一個重要的合作是和Parlay組織聯合開發(fā)了支持開放式業(yè)務提供的Parlay/開放業(yè)務接入(OSA)應用程序接口(API)，將源于固定智能網結構開放的Parlay技術引入IMS網絡的OSA結構[2]。最重要的協同就是ETSI的TISPAN研究組和ITU-T提出了IMS中融入固定接入的技術[3]，另一個重要的協同是OMA組織提出了許多基于IMS實現的業(yè)務規(guī)范和技術[4]。

3GPP依照UMTS 3G移動通信系統的系列標準版本定義了IMS的分階段演進計劃[5]，如表2所示。其中，2002年完成的R5是第一個全IP移動網絡標準，它將核心網歸為一個統一的基于IP的分組(PS)域，具有服務質量(QoS)保證，能夠提供各種類型的多媒體增值業(yè)務，其核心技術標準就是IMS。R6進一步完善IMS接口和功能，增加對于WLAN的接入支持，并研究IMS域的計費和QoS控制技術。R7融合TISPAN關于NGN的研究標準，增加對于xDSL接入技術的支持，提出策略控制與計費(PCC)技術以及WLAN/3G語音連續(xù)通信的話音連接連續(xù)(VCC)技術。正在研究中的R8將協同各個標準化組織的工作，研究支持組合業(yè)務的業(yè)務代理技術以及下一步的統一IMS架構。

2 以IMS為核心的FMC技術

按照上述思想提出的IMS分層網絡結構如圖1所示，圖1演示出了不同標準版本的演進過程。底層為以IPv4/IPv6為核心技術的傳送層，包括話音、視頻、數據等各種媒體在內的數據流既可經由2G/3G移動網接入技術接入網絡，也可經由Wi-Fi、DSL等固定網寬帶接入技術接入網絡，但所有媒體流均以IP分組的形式在網絡中傳輸，網絡運營商構建統一的IP寬帶網絡為所有用戶服務，體現了以IP為核心的網絡融合。上層為以信息技術為核心的業(yè)務/應用層，業(yè)務運營商通過部署在各類應用服務器中的業(yè)務邏輯向端用戶提供增值業(yè)務，業(yè)務提供獨立于用戶的接入技術，體現了以信息與通信技術(ICT)為核心的業(yè)務融合，并通過API調用融合通信網的能力。中間層就是以SIP為核心技術的IMS控制層，向下對傳送層的IP多媒體通信進行呼叫控制和管理，向上為業(yè)務應用層提供調用通信網能力的開放式接口，實現業(yè)務層和網絡層的分離，支持獨立于網絡運營商的業(yè)務運營商的形成，體現了多媒體業(yè)務的融合控制與管理。

2.1 網絡融合技術

IMS網絡融合的基本思想是將互聯網IP技術、源于固定網演進的軟交換技術和移動核心網技術有機地結合起來，實現固定和移動通信網融合的目標。

首先，IMS鑒于VoIP的成功應用，在承載層摒棄了長期以來在傳統電信網中占主導地位的電路交換(CS)域，采用基于IP技術的單一的PS域傳輸各種媒體和信令數據流，即首次提出在通信網中采用全IP承載網絡，使之成為通信網融合的底層基礎。

其次，在業(yè)務組網上繼承蜂窩移動通信系統特有的網絡技術，沿用原籍網絡和訪問網絡的概念，繼續(xù)采用擴展的移動性管理技術以及集中設置的網絡數據庫支持用戶漫游和切換。在2G網絡歸屬位置寄存器(HLR)的基礎上擴展形成IMS至關重要的網元原籍用戶服務器(HSS)，存儲包括位置信息、認證授權信息、用戶文檔以及歸屬SIP服務器在內的處理多媒體會話所需的各種用戶信息。因此，IMS系統在靈活提供IP多媒體業(yè)務的同時仍保持移動通信的所有特點，體現了移動通信網絡技術和Internet技術的有機結合。

另外，在異構網絡互通和異構終端接入上借鑒軟交換組網技術，通過網關實現與傳統固定及移動網絡的互通，設有信令網關(SGW)、媒體網關(MGW)、媒體網關控制器(MGCF)等網元，而且在MGCF和MGW也采用IETF和ITU-T共同制訂的H.248協議。在用戶接入側，通過相應接入網關和服務器的設置，不但可以接入移動終端，也可以接入固定電話終端、多媒體終端、PC機等，接入方式不限于蜂窩射頻接口，也可以是無線的WLAN、WiMAX，或者是有線的LAN、DSL、同軸電纜等技術。因此，IMS系統不但適用于移動網絡，同樣也適用于固定網絡，這充分體現了固定/移動網絡的融合。

同時，IMS借鑒通信網的交換控制技術，在IP承載層之上引入了集中的呼叫/會話控制層。但是由于其下層已不是傳統的電路交換網，而是IP分組網，因此IMS不再采用電信網信令，而是最大限度地重用Internet技術和協議?？刂菩帕罘艞壥褂肐TU-T定義的在綜合業(yè)務數字網(ISDN)信令基礎上開發(fā)的成熟的H.323協議簇，選用了雖然并未成熟然而在技術上卻簡單而又易于擴展的SIP協議。其核心網元呼叫會話控制功能(CSCF)相當于SIP代理服務器，除了完成SIP消息轉發(fā)功能以外，還負責多媒體通信的呼叫控制。關于SIP消息的路由，對于SIP終端用戶，重用域名系統(DNS)協議進行地址解析；對于使用傳統電話號碼的終端用戶，重用IETF開發(fā)的電話號碼映射(ENUM)協議進行地址解析。由于大部分網絡接口采用的都是Internet協議，因此，IMS系統不但支持3G用戶之間基于IP網絡的多媒體通信，而且也能毫無困難地支持3G用戶和Internet用戶之間的通信。

2.2 業(yè)務融合技術

業(yè)務融合是IMS更高層次的融合，也是對于未來異構信息通信網絡更為重要的深層次的融合。從網絡平滑演進的角度考慮，IMS支持3種業(yè)務提供方式。

第一種方式是繼續(xù)重用固定和移動智能網技術，由業(yè)務控制點(SCP)提供網絡運營商的簽約智能業(yè)務，以保證融合網絡仍然能提供原來網絡中的所有增值業(yè)務。其技術上的更新只是原來始終和交換機位于一體的業(yè)務交換功能(SSF)和CSCF分離，成為獨立的IM-SSF。

第二種方式是重用SIP網絡的業(yè)務技術。由于IMS控制層采用的是SIP協議，因此很自然地可以通過設置各種SIP服務器，利用互聯網中廣泛使用的公共網關接口(CGI)、Servlet、JavaBean、呼叫處理語言(CPL)等技術，向用戶提供各種業(yè)務應用。

第三種方式稱之為Parlay/OSA業(yè)務架構，即重用已經在軟交換網絡中應用的Parlay技術，通過和Parlay組織的密切合作，聯合開發(fā)調用IMS網絡能力的API，實現基于API的開放式業(yè)務提供，由業(yè)務層的OSA應用服務器(AS)提供業(yè)務應用。這些應用服務器既可以屬于網絡運營商，也可以屬于獨立的第三方業(yè)務運營商，從而使通信網由封閉的網絡成為開放的網絡，使業(yè)務層和網絡控制層真正分離。尤其是，3GPP又針對常用的API定義了Web Services接口，使得IMS業(yè)務應用可以方便地和互聯網中的Web服務相結合，實現通信網和Internet的業(yè)務融合。因此，Parlay/OSA代表了IMS的發(fā)展方向，是業(yè)務融合的核心技術。

2.3 管理融合技術

IMS在業(yè)務管理和運營管理上，充分重用電信網的運營支撐系統(OSS)和業(yè)務支撐系統(BSS)技術；在網絡管理上借鑒IP網絡接入認證技術和安全技術；在QoS控制和計費上提出了基于策略控制的PCC技術。

3 IMS面臨互聯網的挑戰(zhàn)

由于互聯網應用的快速擴張，技術的不斷更新，尤其是理念的沖突，使得IMS正受到互聯網的嚴峻挑戰(zhàn)。

首先，互聯網的應用直接架構在網絡層之上，通常采用結構瀏覽器/客戶/服務器(B/C/S)，業(yè)務提供依賴于服務器和終端智能，沒有網絡控制層的概念，其基本思想是網絡應盡可能簡單，以確保其可擴展性。因此，互聯網人士認為IMS和傳統電話網沒有本質的差別，只是承載層換成IP形式而已，甚至認為IMS最終將由于不堪自身重負而告失敗。

其次，互聯網始終強調內容為王，認為連接是網絡必須提供的基本功能，網絡應該通過和內容提供商的合作，通過附著在內容后面的廣告等后端服務贏利，而不是依靠連接贏利。有些IT業(yè)主流企業(yè)甚至提出網絡中立說[6]，即網絡是信息社會的公共資源，應該公平地提供給內容服務商。他們淡化運營商的角色，不重視運營管理、計費管理等技術，而這恰恰是IMS的重要技術之一。

更為嚴重的是，近年來市場上迅猛發(fā)展的P2P業(yè)務對IMS構成了直接的威脅[7]。P2P是應用層面的自組織技術，依賴于計算終端的協同合作可在網絡帶寬并不十分寬裕的條件下獲得所需的服務。它擺脫了對于集中式網絡基礎設施的依賴，完全不需要IMS控制層的干預。雖然，P2P業(yè)務消耗了大量的網絡資源，存在尚未解決的安全、知識產權等問題，然而這項創(chuàng)新技術已經獲得許多客戶，特別是年輕群體的認同，是不可忽視的技術發(fā)展方向。

IMS必須在這樣的挑戰(zhàn)性環(huán)境中確定其定位，尋求其發(fā)展的方向。

4 IMS技術的發(fā)展方向

無論從技術上還是應用目標上說，IMS首先是一個FMC技術。因此，首要考慮的是如何將IMS技術和NGN結合起來，支持多種接入，特別是固定接入技術。需要解決的問題包括：固定終端接入時的地址穿越，業(yè)務邊界控制設備(SBC)技術，不同類型終端的認證鑒權，移動終端漫游管理和固定終端游牧管理，基于域名的路由機制等。各國提出了不少解決方案，其研究歸口于TISPAN和ITU-T。

經過多年的探索，業(yè)界取得共識網絡演進必須基于業(yè)務驅動的策略。必須指出的是，雖然基于SIP技術的IMS支持的業(yè)務從語音業(yè)務擴展到了寬帶多媒體業(yè)務，然而其控制機理本質上還是源于傳統電信網，因此它最適合于提供的還是諸如VoIP、集群話音、集群視頻等實時會話型業(yè)務，諸如Web、電子商務等純數據型業(yè)務并不適合由IMS提供，其他許多有前景的業(yè)務，如流媒體業(yè)務、IPTV、消息類業(yè)務等的確IMS已提出或正在積極研究其提供方法，但是已有其他的非IMS提供方式。因此，切不要認為IMS是包羅萬象的，更確切地說，IMS是電信界提出的網絡融合技術，考慮得更多的必然就是和傳統電信業(yè)務模式類似的業(yè)務。為了使IMS在未來融合的信息通信網絡中繼續(xù)保持其重要的地位，在積極研究擴大IMS業(yè)務能力的同時，必須研究新的體系結構既能夠包容IMS型業(yè)務，也能夠包容非IMS型業(yè)務，由此形成融合的開放式的業(yè)務平面。這就是熱點研究之中的業(yè)務代理技術，實際上就是架構在IMS之上的綜合業(yè)務平臺，如圖2所示。它至少能夠提供4大類業(yè)務：IMS類業(yè)務、消息類業(yè)務、流媒體業(yè)務、Web業(yè)務以及它們的組合，也就是說，除了IMS系統的SIP協議和API以外，業(yè)務平臺還應能支持其他眾多的非IMS系統協議和接口，由此構成融合的業(yè)務層。IMS系統是其中的一個重要組成部分，擔負起通信網絡的融合重任。

目前各個標準化組織正通力合作推進統一IMS的研究，也就是在原來基于SIP協議的核心IMS的基礎上，擴展其他接口和協議，支持各種接入方式和網絡互通，組合各種業(yè)務提供方式，使之真正成為信息通信網絡融合的基礎。已同意該項研究歸總于3GPP，即現在剛剛起步的R8研究。

最后需要強調的一點是，IMS的優(yōu)勢在于它是一個安全可靠、具有服務質量保證的網絡系統，這正是通信網區(qū)別于互聯網的重要特點，因此，IMS必須繼續(xù)十分重視融合管理技術的研究，確保基于IMS的網絡是一個可運營、可管理和可贏利的網絡。對于P2P這樣典型的互聯網業(yè)務模式，雖然其發(fā)展勢頭十分迅猛，但是人們也意識到了其中存在的嚴重的安全問題和網絡擴展性的問題，通信界已改變簡單的圍堵思路，開始將P2P引入通信網，研究有管理的P2P業(yè)務技術，并已提出基于IMS的P2P管理架構和技術。

5 結束語

IMS由通信界提出，其直接目標是支持固定和移動網絡融合，長遠目標是支持范圍更廣的信息通信網絡融合。融合技術包括基于IP的融合承載層、基于SIP的融合控制層和基于API的融合業(yè)務層，其中業(yè)務融合是最為重要的。其區(qū)別于互聯網融合的一個重要特點是，IMS融合網絡應是一個具有服務質量保證的可靠可信的網絡。但是IMS的發(fā)展不應局限于SIP控制協議和API業(yè)務提供模式，不但要支持各種接入技術，更要包容各種控制協議和業(yè)務接口，支持多種業(yè)務模式。統一IMS體現了以IMS為基礎探索未來信息網絡融合的研究方向。

6 參考文獻

[1] SIP: Session Initiation Protocol[R]. RFC3261. 2002.

[2] 3GPP TS23.198 V7.3.0. Open Service Access (OSA) Stage 2[S]. 2007.

[3] TISPAN published NGN specifications [EB/OL]. http://portal.etsi.org/docbox/TISPAN/Open/NGN_Published/.

[4] OMA Enabler and Reference Releases [EB/OL]. http://www.openmobilealliance.org/Technical/released_enablers.aspx.

[5] 3GPP TS23.228 v7.10.0 IP Multimedia Subsystem (IMS) Stage 2[S].2007.

[6] 網絡中立性之爭[EB/OL]. http://finance.sina.com.cn. 2006.

[7] Sripanidkulchai k， Ganjam a， Maggs b， et al. The feasibility of supporting large-scale live streaming applications with dynamic application end-points[C]// Proceedings of Conference on Applications， Technologies， Architectures， and Protocols for Computer Communication (SIGCOMM’04)， Aug 30-Sept 3， 2004， Portland， OR， USA. New York， NY， USA: ACM， 2004: 107-120.

收稿日期：2008-03-21

糜正琨，南京郵電大學通信與信息工程學院教授、博士生導師，中國通信學會會士。目前主要研究方向是下一代網絡技術和異構網絡融合技術。曾獲江蘇省科技進步二等獎一項，信息產業(yè)部科技進步二等獎和三等獎各一項，已發(fā)表SCI、EI收錄論文30余篇，出版專著和國家級教材8部，申請國家發(fā)明專利4項。