IMS/CS语音融合方案研究

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摘要　本文基于固定移动融合需求的发展而提出，着重论述了IMS/CS语音融合方案的业务特征、网络结构、数据配置和实现方式，并对该方案和VCC方案的异同点进行了比较和分析。
1、引言
　　固定移动融合（fixed mobile convergence，FMC）是全球通信行业发展的一大趋势，也是电信运营商、设备制造商、国际化标准组织共同聚焦的研究重点。固定移动融合的目标是集成移动与固网技术的特点，结合移动和固定通信的优势，发展融合业务和融合终端，以提供给用户完整、无缝、连续和一致的业务体验。固定移动融合技术涵盖了运营支撑、业务、控制、终端在内的网络的各个层面。运营支撑融合将固话业务、宽带接入、移动业务等多种应用捆绑提供给用户，实现统一认证、统一账单、统一计费、统一门户等，给用户带来资费的优惠与使用的便捷。业务层面融合在业务层提供访问控制多种网络的能力，实现移动业务或固网业务在对方网络的延伸，让用户能够享受到不受网络限制的通信服务。网络层面融合基于统一的核心网控制，向下不依赖于任何接入技术，向上提供标准的开放业务接口。终端层面融合通过复合型双模或多模终端，支持多种接入制式，向用户提供“一机在手，多点接入，全网通信”的能力。
　　IMS技术为从网络层面实现FMC的最终目标提供了基础。IMS网络架构具有分布式、呼叫会话统一控制、用户数据集中管理、与接入无关的特点，能够整合xDSL、LAN、WLAN、UMTS等多种接入资源，通过标准开放的业务控制接口支持统一的多媒体业务，被业界公认为是融合网络的演进方向。但是，限于目前IMS产品的成熟度状况，IMS网络的大规模商业部署必将滞后于3G移动网络的建设。在未来网络中，很可能出现以语音业务为主的3G CS域和以多媒体业务为主的IMS长期并存的局面。因此，相应产生了一类跨越3G CS域和IMS网络的FMC需求，即3G CS域用户漫游到IMS网络后，能否在保持号码不变、终端不变的前提下继续享用语音通信服务?
2、IMS/CS语音融合方案
　　本文针对跨越3G CS域和IMS网络的FMC需求，提出一种从业务层面和终端层面进行融合的方案——IMS/CS语音融合（IMS/CS voice convergence，ICVC）方案。ICVC方案使拥有MSISDN号码和UMTS/WiFi双模终端的3G CS域用户，漫游到WLAN覆盖区域后，可以通过WLAN方式接入IMS网络进行语音通信，并保持号码不变、终端不变；离开WLAN覆盖区域后，仍然通过CS域进行语音通信。ICVC方案提供的业务特征有：
　　●用户的UMTS/WiFi双模终端可以同时通过WLAN方式注册到IMS网络和通过UMTS无线方式注册到CS域；
　　●使用IMS/CS语音融合业务的用户无论在IMS网络或CS域下进行语音通信，都以MSISDN号码作为其业务号码，即通过MSISDN号码接收对端的呼叫，发起呼叫时向对端显示MSISDN号码：
　　●用户同时注册到IMS网络和CS域或仅注册到IMS网络的情况下，网络侧收到对用户MSISDN号码的呼叫，优先选择从IMS网络接续用户；用户仅注册到CS域的情况下，则由网络侧从CS域接续用户；
　　●用户同时注册到IMS网络和CS域或仅注册到IMS网络的情况下，UMTS/WiFi双模终端优先选择通过IMS网络发起呼叫；用户仅注册到CS域的情况下，则通过CS域发起呼叫；
　　●用户从CS域移动到IMS网络（UMTS无线信号逐渐消失），正在进行的呼叫将会中断，反之亦然。
　　2.1　网络结构
　　ICVC方案的网络结构如图1所示。语音融合业务逻辑由同时跨接IMS网络和CS域的IMS/CS语音融合业务服务器（ICVC AS）提供。HSS和HLR分别存储用户归属IMS网络和CS域的用户数据，包括用户标识信息、IMS/CS语音融合业务签约信息等。S-CSCF和GMSC/SSP完成IMS/CS语音融合业务在IMS网络和CS域的触发和呼叫控制。MGCF实现IMS网络和CS域的互通。OCS/Hotbilling系统负责对用户的实时计费。UE是具备同时接入IMS网络和CS域能力的UMTS/WiFi双模用户终端。

图1　IMS/CS语音融合业务的网络结构

　　2.2　数据配置
　　ICVC方案的目的是在IMS网络中共用用户在CS域分配得到的MSISDN号码，并在语音通信中尽量使用IMS网络资源。为实现这两个目标，同时尽量避免可能产生的信令迂回或话路迂回，需要在HSS和HLR中分别为用户设置灵活的签约触发信息。此外，为解决将呼叫从IMS网络路由至CS域、从CS域路由至IMS网络的需求，在ICVC AS中需配置IMS过网号和CS过网号。
　　（1）IMS签约信息
　　用户签约IMS/CS语音融合业务后，将在HSS中为用户配置一条iFC（初始过滤准则），与用户的公有用户标识绑定。用户进行IMS注册时，这条iFC被下载到用户归属的S-CSCF。用户在IMS网络下进行语音通信时，S-CSCF通过判断iFC中包含的SPT（业务点触发器）触发业务到ICVC AS。
　　终端接入IMS网络的方式可能有多种，除了通过WLAN方式接入，也可以通过GPRS方式接入。本文提出的ICVC方案特指用户通过WLAN方式接入IMS网络后继续使用MSISDN号码进行语音通信，即用户通过WLAN方式接入IMS网络时才需要触发该业务。因此，在为IMS/CS语音融合业务设置的iFC中加入了对P-Access-Network-Info域（用户接入网络类型）的判定。IMS/CS语音融合业务在IMS网络下的触发包括以下几种条件：
　　●ICVC用户的UMTS/WiFi终端在IMS网络下注册；
　　●ICVC用户的UMTS/WiFi终端在IMS网络下注销；
　　●S-CSCF判断ICVC用户的UMTS/WiFi终端在IMS网络注册的周期超时，仍没有进行再注册；
　　●ICVC用户的UMTS/WiFi终端在IMS网络下发起呼叫；
　　●其他IMS用户呼叫ICVC用户的MSISDN号码，且ICVC用户的UMTS/WiFi终端尚未在IMS网络下注册。
　　根据上述触发条件，可以按如下方式设置IMS/CS语音融合业务的iFC：
　　
　　（2）CS签约信息
　　用户签约IMS/CS语音融合业务后，HLR中将为用户配置一条T-CSI签约信息，缺省状态为“去激活”。用户从IMS网络注册之后，这条T-CSI信息被ICVC AS激活。此时，对ICVC用户MSISDN号码的呼叫将由GMSC/SSP通过T-CSI触发到ICVC AS，由ICVC AS把呼叫转至IMS网络接续用户。用户从IMS网络注销之后，这条T-CSI信息将被恢复到“去激活”状态。这样就保证了仅当用户的UMTS/WiFi终端处于“IMS网络可用”状态（成功注册到IMS网络）时，才优先选择从IMS网络接续用户。
　　（3）IMS过网号
　　IMS过网号是指向IMS网络的路由号码，在非IMS用户呼叫ICVC用户MSISDN号码的过程中由ICVC AS分配并添加到被叫号码中，用于将呼叫从CS域转至IMS网络。
　　（4）CS过网号
　　CS域过网号是指向CS域的路由号码，在ICVC用户尚未注册到IMS网络、其他IMS用户呼叫ICVC用户MSISDN号码的过程中由ICVC AS分配并添加到被叫号码中，用于将呼叫从IMS网络转至CS域。
　　2.3　实现方案
　　ICVC方案的实现主要包含业务激活、业务去激活、呼出和呼入4个过程。
　　（1）业务激活
　　ICVC用户的UMTS/WiFi双模终端进入WLAN覆盖区域后，自动发起IMS注册请求（用户也可以选择手动发起注册请求）。S-CSCF收到注册请求消息后，先对用户的私有用户标识进行鉴权，随后从HSS下载与公有用户标识对应的iFC集合，并根据为IMS/CS语音融合业务配置的iFC向ICVC AS发起第三方注册。ICVC AS收到注册消息后，发送订阅请求到S-CSCF订阅用户的注册状态，并激活HLR中用户签约IMS/CS语音融合业务的T-CSI状态。同时，ICVC AS将保存用户IMSI号码、MSISDN号码、私有用户标识和公有用户标识的关联信息。
　　（2）业务去激活
　　IMS/CS语音融合业务的去激活分两种情况。其一，ICVC用户在WLAN覆盖区域内手动发起IMS注销请求。S-CSCF收到注销请求后，删除该用户的注册信息，并请求HSS清除与该用户对应的S-CSCF信息。S-CSCF根据为IMS/CS语音融合业务配置的iFC向ICVC AS发起第三方注销，ICVC AS删除所有与该用户相关的业务数据，并请求HLR将用户签约IMS/CS语音融合业务的T-CSI状态改为“去激活”。其二，S-CSCF判断ICVC用户的UMTS/WiFi双模终端IMS注册周期超时，仍没有进行再注册，S-CSCF将主动删除该用户的注册信息，并通知ICVC AS用户已注销，ICVA AS和HSS/HLR执行相应的清除工作。
　　（3）呼出过程
　　当ICVC用户的UMTS/WiFi双模终端仅注册到CS域时，终端依然选择通过CS域发起呼叫。
　　当ICVC用户的UMTS/WiFi双模终端同时注册到IMS网络和CS域或仅注册到IMS网络时，IMS/CS语音融合业务被激活，此时终端优先选择通过IMS网络发起呼叫。S-CSCF收到呼叫请求后，根据为IMS/CS语音融合业务配置的iFC，触发业务到ICVC AS。若呼叫请求消息中的主叫号码信息是用户的SIP URI标识，ICVC AS将按照用户注册时记录的号码关联信息，把用户的SIP URI替换为包含MSISDN号码的tel URI，然后重新发起一个到对端用户的呼叫。当对端用户收到该呼叫时，显示的主叫号码是ICVC用户的MSISDN号码。
　　（4）呼入过程
　　当ICVC用户的UMTS/WiFi双模终端仅注册到CS域时，网络侧收到对用户MSISDN号码的呼叫，依然选择从CS域接续用户，接续根据主叫用户身份的不同分为两种情况。
　　●主叫用户是非IMS用户，直接在CS域接续被叫ICVC用户，不触发IMS/CS语音融合业务。
　　●主叫用户是其他IMS用户，呼叫被路由到被叫ICVC用户所属的I-CSCF，I-CSCF查询HSS发现用户签约未注册业务，将呼叫转到指定的S-CSCF。S-CSCF下载iFC后触发IMS/CS语音融合业务。ICVC AS对用户的MSISDN号码进行变换，添加CS过网号，将呼叫指向MGCF，转至CS域接续用户。
　　当ICVC用户的UMTS/WiFi双模终端同时注册到IMS网络和CS域或仅注册到IMS网络时，IMS/CS语音融合业务被激活，此时网络侧收到对用户MSISDN号码的呼叫，优先选择从IMS网络接续用户，根据主叫用户身份的不同接续也分为两种情况。
　　●主叫用户是非IMS用户，呼叫被路由到GMSC/SSP，GMSC/SSP向HLR查询被叫ICVC用户的T-CSI信息（“激活”状态）后触发IMS/CS语音融合业务。ICVC AS按照用户注册时记录的号码关联信息，对被叫用户的MSISDN号码进行变换，添加IMS过网号，将呼叫指向MGCF，转至IMS网络接续用户。
　　●主叫用户是其他IMS用户，由归属S-CSCF、直接接续被叫用户，不触发IMS/CS语音融合业务。
3、与VCC方案的比较
　　VCC（voice call continuity）是由3GPP SA2组（构架工作组）发起的一个研究语音呼叫业务在CS域和IMS网络之间切换和保持连续性的课题，包含下列主要研究内容。
　　●通过在IMS网络中引入VCC应用服务器，对语音呼叫进行控制，实现语音呼叫的连续性，在不改变移动网络的基础上，实现固定移动融合。
　　●将VCC应用服务器分解成CAMEL业务功能、域选择功能、CS适配功能、域切换功能4个主要逻辑模块，分别定义每个模块的功能。
　　●VCC用户所有的呼叫必须经过VCC应用服务器，执行IMS锚定过程，为域切换控制做准备。
　　●当VCC用户发起呼叫时，由用户终端根据网络状况、用户喜好和运营商策略选择合适的域。当VCC应用服务器接收到发往VCC用户的呼叫时，将根据用户喜好、运营商策略和用户状态选择终呼使用的域。
　　●VCC用户在通话状态下，支持从IMS网络到CS域和从CS域到IMS网络的双向切换，并保持语音的连续性。
　　●其他注册、起呼、终呼、释放等过程的研究。
　　本文提出的ICVC方案也是一种由应用层解决语音固定移动融合的方案，与作为通用解决方案的VCC相比较，ICVC方案更侧重于实际运营的需求、实施的可行性和可操作性。ICVC方案以IMS网络和CS域共用号码、优先选择IMS网络承载呼叫为主要业务特征（暂不考虑域切换能力），研究和制定了一套包含网络结构、业务流程、数据配置、网元接口等要求的技术方案，并通过灵活配置业务签约信息和触发方式，尽量减少可能出现的信令迂回和话路迂回。较之VCC方案，ICVC方案具有以下几个特点。
　　●为签约IMS/CS语音融合业务的ICVC用户同时在IMS网络配置iFC和在CS域配置T-CSI。
　　●通过用户在IMS网络的注册/注销行为动态地激活/去激活T-CSI状态，保证仅在ICVC用户处于“IMS网络可用”状态时，才将非IMS用户对ICVC用户MSISDN号码的呼叫路由到ICVC AS，并优先选择从IMS网络接续用户，避免全触发造成的迂回问题。
　　●其他IMS用户呼叫处于“IMS网络不可用”状态（尚未注册到IMS网络）的ICVC用户时，通过匹配iFC中的“未注册”业务触发条件，将呼叫路由到ICVC AS，对被叫号码进行添加CS过网号的处理，再转至CS域接续用户。
　　●其他IMS用户呼叫处于“IMS网络可用”状态的ICVC用户时，可以不触发IMS/CS语音融合业务，而由归属S-CSCF直接接续用户，避免全触发造成的迂回问题。
　　●在iFC中加入对用户接入网络类型的判定，以保证用户通过WLAN方式接入IMS网络时才触发IMS/CS语音融合业务。
　　●重点规定ICVC AS与CSCF、HSS、GMSC/SSP、HLR网元之间的接口功能和信令要求，忽略ICVC AS的内部模块结构。
4、结束语
　　固定移动融合业务是未来网络的亮点业务，也是电信运营商向全业务运营转型、增强核心竞争力的关键所在。IMS/CS语音融合方案为FMC应用提供了一个切实可行的业务实例，通过利用IMS网络统一核心控制、接入无关的特点以及WLAN带宽高、布设简便的优点，将一部分语音呼叫转移到WLAN覆盖区域和IMS控制下面，与CS域形成互补来提供固定移动融合的语音通信服务。在下一步工作中，将对ICVC方案在呼叫策略配置、补充业务和紧急呼叫支持等方面继续分析和研究，并通过网络实施和应用实践不断提高和完善ICVC方案的成熟性和规范性。