IMS的探讨

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0、前言
　　由于基于IP的网络和业务技术给传统电信运营商带来的挑战，电信运营商正在积极寻求能够驾驭IP网络的解决方案。NGN的体系架构经过千锤百炼试图打造这样一个美好的未来，使得运营商能够控制和管理基于IP的网络并具有业务管理的能力。并让网络的体系具备融合的能力，在业务层面具有灵活扩展和组合的能力，在用户接入层面能够进行接入控制、标识和管理。这样一种体系架构是NGN的内涵所在。人们开始寄希望于IP多媒体子系统（IMS）能够给予这个承诺，并大胆开始了这种尝试。IMS是采用统一网络提供IP多媒体业务、结合接入管控技术实现IP网络环境下对用户和业务的可管控可运营的重要技术，也是近期运营商增补提高网络业务能力、应对竞争的重要手段。IMS使移动和固定的融合成为可能，使基于IP的业务控制和管理成为可能，网络附着子系统（NASS）与资源和准入控制子系统（RACS）使接入管理和控制成为可能。
　　从设备的开发看，国内外主流厂商都在进行IMS产品的开发，也提出了明确的产品计划。这些路标能否按计划实施，很大程度上受到标准进程市场需求的限制，2006年应用于移动的IMS设备可以投入商用，应用于固网的IMS设备将会更晚些。
　　IMS是3GPP在R5版本提出的支持IP多媒体业务的子系统，它的核心特点是采用基于SIP协议控制上层业务会话和与接入网的无关性，通过IMS可以提供的IP多媒体业务以及实时的VoIP业务，支持分组域业务的漫游。同时，在网络融合的发展趋势下，3GPP、ETSI和ITU-T都在研究基于IMS的移动和固定网络融合方案，目前IMS的产品主要基于3GPP R5版本，大部分厂家承诺在2006年提供基于R6版本的IMS商用设备。
　　本文将概述IMS的标准化进展、技术特点，并探讨应用的问题。
1、IMS的标准化进程
　　IMS由3GPP标准组织在R5版本提出，R5版本主要定义IMS的核心结构、网元功能、接口和流程等内容；R6增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和WLAN接入等特性；R7加强了对固定、移动融合的标准化制定，要求IMS支持xDSL、cable等固定接入方式，目前3GPP R5和R6版本已经冻结。
　　TISPAN和FGNGN标准组织主要从固网的角度出发研究NGN的相关标准。IMS是TISPAN定义的NGN体系架构中的业务子系统之一，TISPAN IMS是在3GPP R6 IMS核心规范的基础上对功能实体和协议进行扩展，支持固定接入方式。TISPAN的NGN R1标准在2005年底发布。IMS的技术特点是能够支持业务漫游功能，灵活的业务触发模式，集中用户数据库管理功能，QoS策略功能和统一认证、鉴权功能。其长处是开放性好、标准化强，能够控制和管理基于SIP的业务，并能够进行多种业务的组合，目前提供语音业务并不是IMS的强项。
2、IMS的主要应用
　　IMS现网应用还主要处于试验阶段。大部分运营商着手进行IMS实验，只有少部分运营商开始进行IMS商用。其中，在移动网络开展的IMS试验和商用，略多于在固网开展的。移动运营商主要是将IMS与现有移动网配合，提供PoC、视频共享等多媒体增值业务；固定运营商主要采用IMS为固网企业客户提供IP CENTREX业务、为公众客户提供VoIP第二线业务；固网移动综合运营商希望通过统一的IMS核心网接入固定和移动用户，对WCDMA与WLAN的语音切换业务十分关注，但总体看来目前基于IMS的网络融合还处于实验阶段，具体的应用模式还有待明确。
　　目前IMS的应用主要有以下几种类型：
　　a）给移动用户提供多媒体业务。Cingular、T-Mobile、TIM、CSL、Eurotel等移动运营商均为此应用模式。
　　b）给企业用户提供融合的企业的应用。Sprint、Telefonica、SBC等运营商采用此方式为企业用户提供IP CENTREX业务。
　　c）固定运营商给宽带用户提供VoIP业务。Bell South、KPN、Telefonica等固定运营商采用此模式为宽带用户提供VoIP的第二线业务。
　　d）综合运营商为用户提供的固定和移动融合的IMS，目前比较热门的业务是WiFi与移动网的业务切换。Cingular（移动）和SBC（固定）计划近期向企业提供WiFi VoIP与WCDMA电路域语音的切换，已经能够实现WiFi到WCDMA的单向切换。BT和FT近期完成类似业务的测试，但是实现方案有所不同。
　　目前IMS的应用情况具有如下特点：
　　a）主要移动运营商已经开始商用，固定运营商主要处于实验阶段。大部分运营商着手进行IMS实验，只有少部分运营商开始进行IMS商用。目前商用和实验的IMS系统大部分集中于移动运营商。
　　b）移动运营商主要是用IMS在移动网络的基础上来提供PoC、视频共享等多媒体增值业务。
　　c）固定运营商对IMS的应用重点集中在给企业客户提供IP CENTREX和公众客户提供VoIP第二线业务。
　　固定移动综合运营商希望通过统一的IMS核心网接入固定和移动用户，对WCDMA与WLAN的语音切换业务十分关注。但目前IMS的融合应用还处于实验阶段，具体的应用模式还不十分明朗。
　　运营商的网络演进策略与其定位是紧密相关的，美国运营商从市场的发展趋势和企业定位出发，根据企业策略和自身的需求，裁减和改造网络的架构，制定IMS的发展策略（见表1）。

表1　美国运营商对IMS的关注点

　　例如Sprint定位是引领全球移动数据业务，成为媒体和信息业务的集成和提供商，因此选择IMS作为数据业务的控制核心。Sprint在2005年之前，主要提供移动业务和企业宽带业务，2004年底开始部署IMS为企业客户提供IP Centrex业务。通过一年的实践，现网应用证明了IMS的可用性。2005年中期，Sprint收购了NextTel，为了降低两网的运维费用，Sprint重新定位IMS向移动和固网公众用户提供融合多媒体业务的核心控制网，计划在2008年开始转移iDEN用户到IMS网。由于EV-DO无法支持语音和数据业务的并发，因此Sprint很关注在移动网实现VoIP，以及语音在WiFi和3G网之间的切换。由于Sprint没有本地宽带接入和视频媒体版权，因此与Cable公司合资为固定和移动用户提供无差别的通信和多媒体娱乐业务。
　　由于EV-DO无法支持语音和数据的并发业务，而HSDPA可以支持并发，因此Cingular部署了HSDPA无线网，采用差异化服务与Sprint和Version竞争，近期要部署IMS实现Video sharing业务，一年后实现PoC业务。
　　Bell South作为固定运营商，受到移动网和VoIP业务的威胁，用户转网率提高，语音业务收入持续下降，因此目前特别关注WiFi和WCDMA的语音无缝切换业务。由于Bell South拥有卫星电视Direct TV公司，因此语音业务与TV结合可以为用户提供捆绑和融合的业务。
　　IMS可以提供和管理分组业务、实现多个网络业务的交互、成为各运营商的网络发展目标。目前阶段，固定运营商对为固定用户提供移动业务非常关注，比如语音和IPTV业务在WiFi、3G网络间的跨网漫游，而移动运营商则更关注利用多媒体业务的提供，如Video sharing等。
　　IMS为电信业务与企业应用结合提供了可能性，可以为企业客户提供高价值的服务，比如消息、语音业务与E-mail和OA、ERP等的结合可以提供无缝的通信办公系统。目前Sprint、Cingular等与IBM和Motorola开展合作，设备提供商Lucent与IBM、BEA等开展了合作，这种IT与电信业的合作将发挥各自的优势，成为未来电信业务发展的趋势。
3、IMS的技术特点
　　3.1　与接入方式无关性
　　3GPP在制定IMS标准时，设计思想是与具体的接入方式无关，即用户不论从任何IP网络都可以接入IMS。在R6和后续版本以及其他标准组织中，正在根据IMS的需求制定下一代接入网的标准。下一代接入网将具有根据业务分配链路资源、控制接入网的QoS、指定终端接入IMS的入口点等特点。目前固定接入层面还需进一步补充接入IMS的相关规定，完成接入认证的同时还需完成业务认证和用户数据库的管理，并在NASS和RACS标准成熟后才能应用。
　　3.2　支持分组域业务漫游
　　R99定义的3G网络支持分组域漫游，即用户数据包从拜访地的服务GPRS支持节点（SGSN）漫游回归属地的网关GPRS支持节点（GGSN），再接入Internet。采用这种漫游方式，运营商可以对流量漫游计费，但是上层业务无法感知用户所处的位置，因此无法对业务漫游进行计费。因为通常业务漫游费率比流量漫游费率高，因此按业务漫游收费对运营商有利。
　　IMS可以感知用户的接入网位置，在话单中携带业务、归属地和拜访地标识，计费系统可以根据这些内容对业务漫游计费。
　　3.3　支持多种计费方式
　　IMS加强和改造了分组域计费架构，提供基于时间、流量、内容、事件和业务多种计费方式。IMS还支持分组域的在线计费和后付费机制，解决了预付费用户不能使用分组域业务的问题。运营商可以为用户提供有针对性的多种计费方案，用户对不同的服务选择适合自己的计费方式。
　　3.4　差异化服务
　　IMS引入了策略控制功能，运营商可以制定本地的媒体和承载资源分配策略，通过授权控制IP接入网的资源。策略决策点（PDP）能确保按照SIP信令中的协商参数为媒体流激活承载，为业务保证其承载资源的QoS；根据用户定购信息和SP与运营商签署的服务协议提供QoS，为不同合作等级的SP提供差异化的服务，从而控制用户和SP转向有QoS保障的服务。
　　3.5　QoS保证
　　在R99中规定了WCDMA根据网络资源和用户定购信息，从无线接入网到核心网全程协商、分配、支持QoS。
　　3.6　统一认证
　　IMS架构提供了一个统一的业务接入授权认证入口，使得不同业务应用、不同号码可以共用相同的安全承载，避免了在开放式IP环境中用户鉴权机制的重复建设，也使SP可以专注于应用业务的开发。
　　3.7　集中用户数据管理
　　IMS架构第一次实现了将个人用户的移动网和固定网、电路域和分组域用户数据的统一管理，与控制网和业务层有标准接口，不同应用签约数据在网络层次的集中化统一管理，并将业务数据维护点与用户接入及业务提供点相独立，降低了由用户数据分散冗余所带来的建设及运维开销。
　　3.8　安全
　　IMS架构在网络安全方面较全面和完善地进行了规范定义，提供了与电路域和GPRS类似的安全性，并且提供更多的安全选择。
4、IMS在固网应用中需要解决的若干问题
　　固定移动综合运营商希望通过统一的IMS核心网接入固定和移动用户，对WCDMA与WLAN的语音切换业务十分关注。但目前IMS的融合应用还处于实验阶段，具体的应用模式还不十分明朗。将IMS引入固网还有很多问题尚未解决。
　　4.1　软交换和IMS的关系
　　软交换技术的主要优势是可以提供成熟的语音业务，软交换技术已经具备了替代电路交换机的能力，并具备一定的宽带多媒体业务能力。IMS技术的主要优势是IMS体系架构可以支持移动性管理，基于SIP协议，具有业务应用的灵活性，并具有一定的QoS保障机制，因此IMS在宽带用户的漫游管理和业务能力方面更具有优势。并且，IMS接入窄带用户提供PSTN仿真业务的能力还处于研究的初始阶段，支持ISDN业务、V5接入等传统PSTN接入方式还没有开始研究，因此IMS距离完全继承PSTN能力提供PSTN业务还有相当的距离。
　　4.2　用户接入问题
　　IMS并没有实现完全的与接入的无关性，由于有线与无线接入方式的不同而导致传输带宽的不同，无线接入方式由于带宽资源有限所以要求P-CSCF支持SIP的压缩，而对于有线接入方式则没有这种要求。因此，不同接入方式对于IMS的功能实体的要求有所差异。基于IMS的网络融合考虑了业务层的融合，并没有解决位置管理等接入网的问题，接入层是指为用户提供接入的网络层面，它比传统接入网的概念更宽，延伸更广。接入层的融合可以丰富用户获取业务的途径、实现随时随地的业务接入，并获得无间断的高质量的业务体验。为了达到这种业务提供能力，NASS完成对用户附着于接入网络的管理，包括用户验证和网络地址分配、位置管理。需要指出的是，NASS目前只研究了WLAN和ADSL的接入，NASS对用户漫游的支持还不完善，NASS对CPE的配置接口有待进一步定义。现有的ADSL网络只是实现了简单的用户的鉴权认证和地址分配，NASS所要求的其他基本功能如位置管理等还没有实现。从NASS与NGN其他功能实体之间的关系来看，目前的ADSL接入网络还没有实现与业务系统、与资源控制系统之间的相互关联。总体来看，现有ADSL接入网络离NGN对接入网的要求还有相当的距离。
　　4.3　融合数据库
　　提供融合业务的重要技术条件是具有丰富的用户数据，应探索融合数据库的体系架构。随着网络技术、数据库技术、支撑系统（BOSS）的成熟，以及3G网络的引入，用户数据不仅包括PSTN、PHS及软交换窄带用户的用户数据，还将会存在大量的软交换SIP用户的数据，以及3G移动用户、宽带（IMS）用户的数据，数据量和种类明显增多，数据存储和传送需求不同，如何更加有效地管理和利用这些资源也将变得至关重要，因此有必要建立一个统一的用户数据层面。集中管理所有的用户数据信息，为网络层甚至业务层提供用户及业务相关数据。用户数据层面和业务层面在逻辑上应是统一的、集中的，在物理上可以是分散的和独立的。
　　4.4　SIP协议能力扩展后的兼容性
　　IMS网络中采用的SIP协议对IETF定义的SIP协议做了扩展。例如由于无线传输资源的带宽有限，要求支持SIP消息的压缩；由于无线接入的引入使呼叫建立时间增加，要求SIP的基础定时器由500ms改成2s。如果IMS同时支持固定和移动用户，需要支持固定和移动不同能力级的SIP协议，并且要求IMS网络能够识别终端的接入方式，根据不同的接入方式选用不同的协议参数。所以对于扩展的SIP协议要注意与原有SIP协议的兼容问题。
　　4.5　业务平台的整合
　　需要理清IMS的业务平台与现有业务平台的关系，从长远来看融合业务和基于SIP的多媒体业务应在IMS的业务平台来提供。
　　4.6　业务定位
　　需要明确和定位什么多媒体业务需要在IMS架构上开放，什么业务在IP网上提供。
　　目前IMS正处于技术发展的初级阶段，并未规模商用，因此预计固定运营商将在2007-2008年引入IMS。IMS的引入与接入、承载、控制、业务、支撑等网络的各层面相关，同时也对终端改造、宽带的发展策略、运营模式带来挑战，因此各运营商需因地制宜地根据需求加以选择。实现融合是一个长期的目标，涉及的因素很多。IMS只是在网络和业务层面提供了融合技术的可能性，但还需要认真研究其可行性、经济性、复杂性和可管理性。