下一代網(wǎng)絡(luò)中的軟交換與IMS

王清春 孫 宇

（中國聯(lián)通天津市分公司設(shè)備維護(hù)中心 天津 300052）

0 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的信息化，數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù)已經(jīng)迅速超越傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)，成為巨大的通信需求。在此背景下，下一代網(wǎng)絡(luò)（Next Generation Network，NGN）應(yīng)運(yùn)而生，且逐步發(fā)展壯大起來。NGN是以軟交換為核心，能夠提供語音、視頻、數(shù)據(jù)等多媒體綜合業(yè)務(wù)，采用開放、標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，能夠提供豐富業(yè)務(wù)的下一代網(wǎng)絡(luò)。近年來的大規(guī)模商用結(jié)果證明，軟交換體系在技術(shù)上已經(jīng)基本成熟。同樣 IMS 主要基于 SIP和Diameter等協(xié)議，是融合固定網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)的基礎(chǔ)，是廣泛認(rèn)可的全業(yè)務(wù)統(tǒng)一核心網(wǎng)架構(gòu)，是NGN的核心技術(shù)。

1 軟交換

1.1 軟交換概念

軟交換的基本含義就是將呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)（傳輸層）中分離出來，通過軟件實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能，從而實(shí)現(xiàn)呼叫傳輸與呼叫控制的分離，為控制、交換和軟件可編程功能建立分離的平面。軟交換主要提供連接控制、翻譯和選路、網(wǎng)關(guān)管理、呼叫控制、帶寬管理、信令、安全性和呼叫詳細(xì)記錄等功能。

1.2 軟交換體系結(jié)構(gòu)

圖1 軟交換體系結(jié)構(gòu)

接入層的功能是將各種用戶終端和外部網(wǎng)絡(luò)連接至核心網(wǎng)絡(luò)，由核心網(wǎng)絡(luò)集中用戶業(yè)務(wù)并將它們傳送到目的地。主要包括信令網(wǎng)關(guān)、媒體網(wǎng)關(guān)、接入網(wǎng)關(guān)等多種接入設(shè)備。

傳輸層可稱為媒體傳輸平面或承載連接平面，負(fù)責(zé)提供各種信令和媒體流傳輸?shù)耐ǖ溃⑿畔⑦x錄至目的地。采用分組技術(shù)，提供一個(gè)高可靠性的、提供 QoS 保證和大容量的統(tǒng)一的綜合傳送平臺(tái)。傳輸層的主要網(wǎng)絡(luò)部件為標(biāo)準(zhǔn)的IP 路由器，基于分組網(wǎng)絡(luò)的軟交換系統(tǒng)用網(wǎng)絡(luò)本身作為交換部件。

控制層的主要網(wǎng)絡(luò)部件為軟交換設(shè)備。負(fù)責(zé)呼叫邏輯，處理呼叫請求，并指示傳輸層建立合適的承載連接，控制層的核心設(shè)備是軟交換，軟交換需要支持眾多的協(xié)議接口，以實(shí)現(xiàn)與不同類型網(wǎng)絡(luò)的互通。

應(yīng)用層決定提供和生成哪些業(yè)務(wù)，并通知控制層做出相應(yīng)的處理。在呼叫建立的基礎(chǔ)上提供附加服務(wù)，承擔(dān)業(yè)務(wù)提供、業(yè)務(wù)生成和維護(hù)、管理、鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)功能，利用底層的各種資源為用戶提供豐富多彩的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

2 IMS

2.1 IMS技術(shù)概念

IMS（IP Multimedia Subsystem）是IP 多媒體子系統(tǒng)。它是一個(gè)開放的系統(tǒng)架構(gòu)，利用各種無線和有限的接入技術(shù)，提供最為廣泛的基于IP的語音、多媒體服務(wù)以及融合業(yè)務(wù)。IMS的主要特點(diǎn)有兩點(diǎn)：一.SIP協(xié)議作為核心控制協(xié)議；順應(yīng)網(wǎng)絡(luò)IP化的趨勢，IMS系統(tǒng)SIP協(xié)議進(jìn)行端到端的呼叫控制，使其可以提供的業(yè)務(wù)類型更加豐富。二.接入的無關(guān)性。IMS的接入無關(guān)性是指其終端既可以是移動(dòng)終端，也可以是固定終端、多媒體終端等，接入方式既可以是無線的WLAN，也可以是有線的LAN、DSL等技術(shù)。從理論上可以實(shí)現(xiàn)用戶無論采用什么樣的設(shè)備，何時(shí)何地接入網(wǎng)絡(luò)，都可以使用其歸屬地的業(yè)務(wù)；控制層和業(yè)務(wù)層之間的開放接口，使來自不同的接入網(wǎng)絡(luò)呼叫/會(huì)話可以進(jìn)行統(tǒng)一的處理。

2.2 IMS 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

IMS全業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)分成了三個(gè)部分：業(yè)務(wù)/應(yīng)用層、會(huì)話和呼叫控制層、傳輸和接入層。

圖2 IMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

業(yè)務(wù)/應(yīng)用層面：該層面獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)的控制層存在，保證業(yè)務(wù)開發(fā)和提供的獨(dú)立性，主要實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的電話業(yè)務(wù)、智能網(wǎng)的接入以及提供基于SIP的非傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)等。

會(huì)話和呼叫控制層：它的功能為建立、維持、終止應(yīng)用層的端到端的會(huì)話。此外還包括注冊用戶位置和與用戶有關(guān)的用戶業(yè)務(wù)檔次信息；反饋用戶終端的特征信息；與會(huì)話對方協(xié)商會(huì)話類型和需求；修改已有會(huì)話的媒體資源（如信道帶寬）以及終止現(xiàn)有會(huì)話等。該層核心功能實(shí)體為呼叫會(huì)話控制功能（CSCF）。

傳送和接入層面：用戶可以通過 GPRS、UMTS、WMN/WLAN和 CDMA、DSL、接入業(yè)務(wù)網(wǎng)，這些網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)稱為IP-CAN。無論何種終端、何種接入方式都可以共享同一承載網(wǎng)絡(luò)，從而充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，屏蔽網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。

3 軟交換與IMS 的分析比較

軟交換和IMS 是固網(wǎng)向NGN 演進(jìn)的不同階段，但實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是一致的，都是構(gòu)建一個(gè)基于分組、層次分明、控制與承載分離、開放的下一代交換網(wǎng)絡(luò)。在軟交換控制與承載分離的基礎(chǔ)上，IMS更進(jìn)一步的實(shí)現(xiàn)了呼叫控制層和業(yè)務(wù)控制層的分離。

IMS起源于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，因此充分考慮了對移動(dòng)性的支持，在核心控制層面引入了HSS（歸屬用戶服務(wù)器）。IMS在繼承了軟交換技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了軟交換的技術(shù)特點(diǎn)，如體系架構(gòu)的開放性、端到端的全 IP架構(gòu)、完全基于會(huì)話啟動(dòng)協(xié)議（SIP）的呼叫控制、用戶數(shù)據(jù)的集中管理、對智能終端完善的控制機(jī)制、強(qiáng)大的多媒體業(yè)務(wù)提供能力等。此外，IMS在標(biāo)準(zhǔn)化程度、移動(dòng)性支持、接入無關(guān)性、QoS 等方面都比軟交換有了很大提高。IMS 重點(diǎn)考慮的是IP 多媒體業(yè)務(wù)，包括文本、消息、視頻、網(wǎng)絡(luò)等綜合業(yè)務(wù)。

IMS 和軟交換的主要區(qū)別是在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架上。軟交換網(wǎng)絡(luò)體系基于主從控制的特點(diǎn)，使得其與具體的接入手段關(guān)系密切，而IMS 體系由于終端與核心側(cè)采用基于IP 承載的SIP 協(xié)議，IP 技術(shù)與承載媒體無關(guān)的特性使得 IMS 體系可以支持各類接入方式，從而使得 IMS 的應(yīng)用范圍從最初始的移動(dòng)網(wǎng)逐步擴(kuò)大到固定領(lǐng)域。由于 IMS 體系架構(gòu)可以支持移動(dòng)性管理并且具有一定的服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障機(jī)制，因此 IMS 技術(shù)相比于軟交換的優(yōu)勢還體現(xiàn)在寬帶用戶的漫游管理和QoS 保障方面。

4 基于IMS實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合

IMS由通信界提出，其直接目標(biāo)是支持固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合，長遠(yuǎn)目標(biāo)是支持范圍更廣的消息通信網(wǎng)絡(luò)融合。IMS是提供實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)的 IP多媒體業(yè)務(wù)的通用體系結(jié)構(gòu)，是實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)絡(luò)融合和業(yè)務(wù)融合的核心技術(shù)。用戶的業(yè)務(wù)需求是固定和移動(dòng)融合的基本驅(qū)動(dòng)力。不管是固定接入還是移動(dòng)接入都是NGN目標(biāo)網(wǎng)多種接入方式的一個(gè)子集。

4.1 承載層的融合

固定NGN和移動(dòng)NGN（3G或B3G）對承載層的需求完全一致，都采用IP/ATM骨干網(wǎng)絡(luò)，所以兩者可以共享一個(gè)分組承載網(wǎng)。

4.2 控制層的融合

NGN實(shí)現(xiàn)了控制和承載的分離，控制層由統(tǒng)一的設(shè)備實(shí)現(xiàn)對語音和多媒體呼叫的控制。控制層面的融合是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)NGN融合的核心內(nèi)容，只有實(shí)現(xiàn)了控制層的融合，固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)才稱得上真正的融合。固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將共用NGN核心網(wǎng)，統(tǒng)一的控制層設(shè)備能夠同時(shí)控制移動(dòng)和固定用戶的各種業(yè)務(wù)，并且利用同一媒體網(wǎng)關(guān)（MG）提供各種接口，同時(shí)支持移動(dòng)、固定用戶的接入。在控制層實(shí)現(xiàn)融合是固定和移動(dòng)融合的理想境界，還有賴于IMS的發(fā)展和成熟。

4.3 業(yè)務(wù)層的融合

實(shí)現(xiàn)固定業(yè)務(wù)和移動(dòng)業(yè)務(wù)的融合是固定和移動(dòng)融合的最終目的，固定業(yè)務(wù)和移動(dòng)業(yè)務(wù)的融合也是未來通信業(yè)務(wù)的亮點(diǎn)，是全業(yè)務(wù)運(yùn)營商實(shí)施差異化競爭的重要手段，所以業(yè)務(wù)層融合是固定和移動(dòng)融合的重點(diǎn)，而且業(yè)務(wù)層的融合可以先于核心網(wǎng)絡(luò)的融合。使 IMS在未來融合的信息通信網(wǎng)絡(luò)中繼續(xù)保持其重要的地位，在積極研究擴(kuò)大 IMS業(yè)務(wù)能力的同時(shí)，必須研究新的體系結(jié)構(gòu)既能夠包容IMS型業(yè)務(wù)，也能夠包容非IMS型業(yè)務(wù)，由此形成融合的開放式的業(yè)務(wù)平面。這就是熱點(diǎn)研究之中的業(yè)務(wù)代理技術(shù)，實(shí)際上就是架構(gòu)在 IMS之上的綜合業(yè)務(wù)平臺(tái)，它至少能夠提供 4大類業(yè)務(wù)：IMS類業(yè)務(wù)、消息類業(yè)務(wù)、流媒體業(yè)務(wù)、Web業(yè)務(wù)以及它們的組合，也就是說，除了IMS系統(tǒng)的SIP協(xié)議和API以外，業(yè)務(wù)平臺(tái)還應(yīng)能支持其他眾多的非IMS系統(tǒng)協(xié)議和接口，由此構(gòu)成融合的業(yè)務(wù)層。

5 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)融合是建立在網(wǎng)絡(luò)可分離的前提下，只有這樣才能靈活、開放地提供各種各樣的業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)融合是一個(gè)發(fā)展過程，不是簡單的對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的合一，而是在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的過程中逐步實(shí)現(xiàn)的。

[1]楊放春，孫其博.軟交換與IMS技術(shù)[M].北京郵電大學(xué)出版社，2007.

[2]張智江等.基于IMS融合、開放的下一代網(wǎng)絡(luò)[M].人民郵電出版社，2007.