基于IMS的网络融合方案及演进探讨

摘要：本文在对IMS网络架构分析的基础上，重点对基于IMS的固定移动网络融合方案和实现固定移动融合的网络演进策略进行了相关的研究和探讨。

1、引言
固定移动融合(FMC，Fixed-Mobile Convergence)是NGN发展的必然趋势，在NGN体系架构下，固定和移动只是NGN的不同接入方式。FMC包括网络融合、业务融合、管理支撑平台融合、运营管理方式融合和管制政策融合，它不会一蹴而就，而是一个长期发展的过程。FMC的第一步是核心网的融合，逐渐扩展到边缘。
FMC的一种解决方案是UMA，一方面用原有的无线接人，另一方面通过一个UMA的设备，把终端从固定的IP接入网引进来；对上层来说，接口不做任何改变，只做一个接入。终端和网络上层是原有的，但是在底层还是需要做很多工作。
另一种方案就是IMS。基于SIP技术的IMS的出现体现了固定、移动网络融合的需要，并且不限定下层接入技术。因此提供了极大的便利性和自由度。为网络的发展指出了方向。通过引入IMS进行网络融合，可以为运营商带来明显的价值。其优势主要体现在以下几点：
    IMS能实现业务的最佳融合，帮助运营商实现全业务运营；
    IMS开放的接口和良好的互操作性为运营商快速开发新业务提供了条件；
    IMS便于提供个性化的宽带多媒体新业务，提供新的业务增长点，提高用户忠诚度；
    IMS采用业务与控制进一步分离的架构，大幅降低投资和运营成本；
    IMS灵活的业务部署方式，便于业务快速部署，提升业务收入。

* 冯传奋（1980-），男，山东省枣庄市，博士，中国移动通信集团设计院有限公司山东分公司，咨询设计工程师，2007年毕业于北京邮电大学，主要研究方向为移动核心网及FMC。
2、IMS网络架构
 
图1  IMS网络架构
IMS由3GPP在Release5版本中提出，同时支持多种接入方式，具备IP和多媒体两个特性，其中IP是技术融合的关键点，多媒体是业务融合的关键点。利用IMS架构可以使各种类型的终端都建立起对等的IP连接，可以互相传递各种信息，包括语音、图片、视频等。基于IMS的FMC架构如图1所示。自上而下主要分成业务应用层、核心会话控制层、承载和接入层3个层面。
（1）业务应用层
业务应用层以信息技术为核心，由应用和内容服务器组成，负责为用户提供IMS增值服务。在业务层IMS支持的应用服务器主要有SIP应用服务器、OSA应用服务器和CAMEL业务环境。运营商可以在自行开发一些基于SIP的应用，通过标准SIP接口域IMS系统连接。S-CSCF使用统一的IMS业务控制接口ISC与各种应用服务器相连接。ISC接口采用SIP协议。
（2）核心会话控制层
会话控制层的核心功能是呼叫会话控制功能(CSCF)，它负责IMS会话控制和业务触发。CSCF包括P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF等逻辑功能。P-CSCF是UE接入IMS网络的第一个接触点。用户通过它进行转发请求和消息、检测错误、进行消息压缩等。S-CSCF是IMS中为UE执行会话控制业务，负责对IMS用户的鉴权、执行会话控制业务并维护每一个会话的状态。I-CSCF是为已接到该网络中的用户或漫游到该网络中的用户提供有关信息的联络点，提供域内IMS用户的S-CSCF分配、路由查询以及不同IMS域间的拓扑隐藏等功能。
核心会话控制层还包括出口网关控制功能(BGCF)、媒体网关控制功能(MGCF)和IP多媒体-媒体网关功能(IM-MGW)等用于和PSTN或PLMN CS域互通的功能。BGCF完成到CS/PSTN/ISDN的路由功能。MGCF是实现IMS用户和CS/PSTN用户之间互通的网关，并通过H.248协议对媒体网关实现控制。IM-MGW提供CS/PSTN和IMS之间的用户平面的链路。它终结来自PSTN网络的承载信道和来自骨干网的媒体流，执行这些终结之间的转换，并且在需要时为用户平面进行代码的转换和信号处理。此外，媒体资源功能(包括MRFC和MRFP)负责提供语音和视频会议的必要支持。
IMS控制层向下对承载接入层的IP多媒体通信进行呼叫控制和管理，向上为业务应用层提供调用通信网能力的开放式接口，以实现对上层业务的触发。由于IMS业务层和控制层的分离，支持独立于网络运营商的业务运营商的形成，体现了多媒体业务的融合控制与管理。
（3）承载与接入层
IMS网络的承载将是更加宽带、全IP化的一个承载网络。整个网络的核心网络同接入层之间也是更加开放的，通过标准的SIP接口协议，能够适应各种各样的接入方式，例如EDGE、UMTS、xDSL以及WLAN等方式。对于EDGE和UMTS方式，可以通过SGSN和GGSN等网元接入IMS网络；对于xDSL方式，则可以通过宽带接入服务器(BAS)等网元接入IMS网络；对于WLAN方式，则可以通过分组数据通路(PDG)接入IMS网络。无论采用哪一种接入方式，只要基于IP技术，所有的IMS用户请求就可以很好的传送到核心会话控制层。IMS的接入无关特性使它不但适用于移动网络，同样也适用于固定网络，成为固定/移动网络的融合基础。
3、基于IMS的FMC网络融合方案
 
图 2  基于IMS的FMC网络融合示意图
现阶段基于IMS的FMC网络融合方案如图2所示。移动网的CSCF可以和固定网SIP服务器融合，完成SIP信令的处理。MGCF完成与电路交换网络以及承载控制分离网络的信令互通，即完成SIP信令和ISUP或BICC之间的转换，并通过H.248控制IM-MGW。MGCF可以分别由MSC Server和Call Server兼作，也可以由单独的设备承担。IM-MGW完成媒体格式的转换，可以由固网和移动网相应媒体网关兼作，也可以由单独的媒体网关实现。MRFC和MRFP一起完成固网媒体服务器的功能，实现会议电视等多媒体业务。IMS的HSS可以和固定网中的位置服务器融合，存储固网和移动网用户的路由信息、签约业务信息等。
通过上述的网络方案可以实现移动用户和固定用户的SIP终端的接入，并可以实现与其他网络的非SIP终端进行互通。各种互通情况如下所述：
    对于移动SIP终端可以通过接入网和核心网的分组域（SGSN和GGSN）接入CSCF，通过CSCF获得各种应用服务器提供的业务。
    对于固定SIP终端可以通过互联网接入CSCF，获得和移动用户相同的应用。
    对于移动SIP终端和固定SIP终端的互通可以由相关的CSCF完成信令层面的控制，承载的互通可以通过IP承载网实现。
    对于固定或移动SIP终端与电路交换网络的非SIP终端的互通，控制层由MGCF完成SIP协议和ISUP/BICC协议的转换，用户层面的互通通过IM-MGW与GMSC之间的互通完成。
4、基于IMS的FMC网络演进策略
对于通过IMS实现FMC来说，分步骤引入IMS进行网络演进是现阶段实现FMC较佳的策略。针对IMS的技术的成熟性以及不同阶段需要解决的问题。可以分两个阶段进行IMS的部署和演进。第一阶段是IMS的引入阶段．第二阶段是基于IMS完成FMC阶段。
（1）IMS引入阶段
 
图 3  基于IMS的FMC网络演进（阶段一）
在第一阶段，IMS域的引入主要是为了解决特色多媒体业务的提供。IMS域的引入是叠加在现有网络之上，由移动电路域/分组域网络和固定宽带接入网络提供媒体承载，IMS域负责多媒体业务的控制，如图3所示。移动电路域和固定软交换网络与IMS域是相互独立的，网络之间通过MGCF实现互通。在这个阶段，IMS引入的网元主要有HSS、CSCF、AS、MGCF、IM-MGW等。HSS负责IMS用户数据的统一管理。CSCF负责呼叫会话控制，AS负责业务的提供。MGCF主要完成BICC与SIP协议之间的协议转换，同时还控制着IM-MGW 进行媒体格式的协商及媒体通道的建立。MGCF网元设备既可以新建，也可以考虑由原有MSC服务器或软交换升级演进而来。IM-MGW主要完成媒体传送和媒体格式转换，同样，IM-MGW 网元设备可以新建，也可以由原有的移动电路域MGW或固定软交换TG升级演进而来。
由于实现了IMS域与移动电路域和固定软交换网络的业务互通，运营商可以开展电路域和IMS相结合的CSI业务，如视频共享业务、游戏(成员间通信业务，如即时通信、多方通话等)、语音视频通信业务等，为用户提供增强的多媒体业务体验，一方面，可以大大提高原有用户的忠诚度，还可以有效推进现有窄带语音用户逐步向IMS域的迁移。
（2）基于IMS完成FMC阶段
 
图 4  基于IMS的FMC网络演进（阶段二）
随着IMS技术的发展和成熟，IMS将逐步实现了对其他业务网络的融合替代，IMS域作为统一网络的核心控制层。原有移动电路域和固定软交换网络逐渐消亡，移动电路域和固定软交换核心控制设备MSC服务器和软交换逐步边缘化，成为接入网的一部分，只负责对原有移动电路域和固定软交换用户的接人控制，如图4所示。与第一阶段相比，其演进主要体现在以下两方面：
    原有各域的用户管理统一由HSS管理，所有用户的用户数据和鉴权信息统一存储在HSS中。随着用户规模的不断扩大，一方面可以通过扩容HSS满足需求，同时淘汰掉不支持升级的HLR。另一方面也可以通过将支持升级的HLR升级为HSS，继续提供服务。
    移动电路域和固定软交换网络的控制功能逐渐消亡，IMS域作为统一网络的核心控制层。在这个阶段，固定移动网络的核心控制由IMS域进行统一管理，原有移动电路域核心控制网元MSC Server演进为mAGCF。固定软交换核心控制网元软交换升级为AGCF，只作为接入控制单元，进行相关协议格式的转换，不再负责与呼叫相关的信令的控制。
5、结束语
基于IMS架构的固定移动融合技术能够有效整合固定和移动业务，节省网络资源，为运营商节省投资、降低运营成本、提升话音质量，最大限度地为用户提供“一站式”通信服务，是当前电信业发展方向。
同时，也要清醒的认识到，FMC还有很多重要问题有待解决，例如统一IMS架构基于IP承载，而网络的QoS尚不能满足电信级服务质量要求等。此外，基于IMS架构的固定/移动融合将不仅仅是技术问题，还涉及到运营一体化、计费和管理的融合等方面因素，融合过程将面临一系列挑战。


权限：公开   来自：labs