基于IMS的全业务下一代网络研究

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摘要　文章结合国际标准组织进展，分析了IMS的特点以及架构，给出了基于IMS的全业务下一代网络架构，并介绍了下一代网络所提供的各种业务。
　　目前，固网（包括PSTN网络），移动网络都在向下一代网络演进，固网在向PSTN/ISDN-窄带软交换-IMS演进，而移动网络在向2G-R4-R5-R6演进，可以说都是基于业务与控制分离，控制与承载分离的架构，向全IP的网络转变。而移动与接入只是电信业务接入的不同手段而已，因此整体网络架构在各自演进的路线上有可能融合，构建一个统一的全业务的下一代融合网络。
1、IMS的特点
　　IP多媒体子系统（IMS）最初是3GPP在R5提出的支持IP多媒体业务的子系统，IMS是一个基于IP技术的、与接入无关的架构，它的主要特点是统一的用户数据，统一和开放的应用/业务层、统一的呼叫会话控制等。IMS是在软交换的基础上进一步对业务/应用与控制进行分离，并把用户数据进行集中，真正做到了与接入技术无关。并且充分考虑了运营商实际运营需要，在网络框架、QoS、安全、计费以及与其他网络的互通方面都制定了相关规范。IMS架构有效结合了传统电信网络的可控、可管理性与互联网的业务提供灵活性，因此构成了一个灵活的，能提供各种业务的开放的，可控可管理的通信网络，如表1所示。

表1　电信模式的比较

　　正因为IMS具有以上的种种优点，目前3GPP、3GPP2、ETSI和ITU-T都已经确定将IMS作为NGN核心网基于SIP会话子系统的基本框架，一致认为基于IMS的网络融合是今后NGN发展的方向。目前3GPP已经定义了WLAN、ADSL接入IMS的规范，TISPAN和ITU-T则着力于构建基于IMS的下一代融合网络。
2、基于IMS的全业务下一代网络架构
　　结合移动网与固定网的特点，我们给出基于IMS的全业务下一代网络架构如图1所示。

图1　基于IMS的全业务下一代网络架构

　　（1）接入层
　　接入层包括各种终端（如移动SIP终端、PDA、PC、机顶盒等）和IP接入网。IP接入网分为移动接入（GPRS）、无线宽带接入（如WiFi、WiMAX）和固定接入（如DSL）。3G通过SGSN和GGSN接入IMS网络，DSL通过DSLAM和宽带接入服务器（BRAS）接入IMS网络。基于WiFi的IP接入通过无线接入通路WAG和分组数据通路（PDG）接入IMS网络。SBC（软交换边界控制器）充当网络附着子系统（NASS）与资源接纳控制子系统（RACS）完成接入控制。
　　（2）统一的会话控制
　　无论用户通过何种方式接入（固定智能终端与移动智能终端分别通过各自的P-CSCF接入），由统一的S-CSCF负责鉴权，执行会话控制业务并维护每一个会话的状态。归属业务提供能力支持用户移动性，用户无论漫游到任何地方，信令消息都会路由到归属域。AGCF功能负责传统终端的接入控制，实现PSTN/ISDN演进功能。BGCF、MGCF与SGF等用于和PSTN或PLMN CS域的互通。BGCF完成到PSTN的路由功能、MGCF完成SIP和H.248的互通，并通过H.248对媒体网关IM-MGW实现控制。媒体资源功能提供语音和视频会议的必要支持，包括控制部分和用户平面的处理部分（如音频/视频流的混合）。IMS与其他IP网络之间的互通由IBCF/IWF以及IBGF实现。
　　（3）统一的用户数据
　　该融合网络架构中业务共享一个数据库。统一的用户数据是网络融合的基础。用户数据系统包括GUP（通用用户属性）、HLR/鉴权中心（HSS）和用户定位功能。
　　（4）统一的业务与应用平台
　　统一的业务平台和应用平台使得所有的应用层资源得以在所有业务之间共享。如用户业务数据、在线状态、位置信息、好友列表等。IMS通过多媒体业务交换功能IMSSF和传统智能业务（移动网络增强型逻辑的客户化应用（CAMEL）、智能网应用协议（INAP）等）互通，实现CS域和PS域已有智能业务的继承。IMS通过Parlay网关提供标准开放的API，以便第三方能够通过这个接口安全使用网络资源和业务提供能力，实现丰富的娱乐、游戏等业务。
3、基于IMS的全业务NGN所提供的业务
　　网络融合的最终目的是为了今后业务的融合，这种基于IMS的全业务NGN可以提供融合的业务，实现广义的移动性，即用户无论在何处，何种网络下都可以使用相同的业务。IMS引入了虚拟归属环境的概念，即在任何位置，任何网络，任何终端的情况下，都能够向用户呈现相同的个人特征、用户接口和业务。它允许终端用户能够携带其个人业务环境（PSE）在网络之间漫游，而与使用的终端无关。所谓个人业务环境（PSE），是描述了用户希望如何管理和互作用于通信业务，它是一系列签约业务，业务参数选择和终端接口参数选择的集合。
　　3.1　能力集的提出以及基于能力集的业务开发
　　为了支持多业务，允许灵活的业务设计、创建与开发，以及第三方的介入，能力的概念作为全业务NGN的业务特征被提出来，全业务NGN应该能支持一套标准的能力集。表现网络能力的业务能力特征集（SCFs）通过业务能力特征服务器（SCS）对外提供OSA的开放接口，业务开发者通过业务开发工具组合不同的SCF，实现新的业务。ITU-T将下一代网络应支持的能力分为两组：一种是基本能力，另一种是业务支持能力。基本能力主要与传送层有关，主要包括网络管理，路由，网络认证与鉴权，媒体资源管理以及优先级管理等。而业务支持能力集则主要与业务层有关，能够直接被NGN应用所调用，主要包括Presence（呈现）、Group Management（群组管理）、Message Handling（消息处理）、Broadcast/Multicast（广播/多点传送）、Push、Session　Handling（会话处理）和Device Management（设备管理）等业务能力。第三方业务提供者可以利用这些能力来建立多种业务，如建立一个多媒体会议业务，需要包含呈现，组管理，消息处理，广播，会话处理能力。呈现能力用于确定其他会议成员的地址与状态，消息处理能力用于基于消息的通信，广播用户在多个用户中发送信息，会话处理用户管理会议的会话与成员的加入与离开。
　　3.2　Parlay API——最有前途的OSA实现
　　OSA是统一的业务开放模型，通过OSA，可以开放网络能力，允许第三方提供业务。
　　Parlay API是众多OSA架构的一种，由Parlay组织制定，目前已被大多数工业组织所采用，将成为下一代网络开放的标准接口。
　　Parlay的目的是通过提供一套API应用安全地访问网络能力提供支持。
　　Parlay的体系结构分为三部分：由业务提供商提供的应用服务器、由网络运营商提供的业务能力服务器及框架部分（见图2）。

图2　Parlay的组成

　　◆应用服务器：即Parlay的客户端，可由网络运营者或第三方在此开发业务的应用程序。应用可以由用户终端执行，或在核心网络之外的应用服务器上执行。
　　◆业务能力服务器（SCS）：即Parlay的服务器端，也称Parlay网关，它将Parlay API映射到下层通信协议，由此对应用服务器屏蔽下层复杂的网络通信协议。
　　◆框架：为业务层提供基本运作机制，使承载网络的业务能力可以安全地被业务应用程序利用，框架部分典型的运作机制为鉴权和发现机制。
　　3.3　全业务下一代网络所提供的业务
　　全业务下一代网络应该能够提供如下的业务：
　　（1）多媒体业务
　　典型的多媒体业务包括：实时语音业务；消息类业务，如即时通信、短消息、多媒体消息等；PUSH TO TALK业务；点对点的交互型多媒体业务；内容提供业务；基于PUSH的业务；广播/多播业务；信息类业务；基于位置的业务；呈现和通知业务。
　　（2）PSTN/ISDN仿真业务
　　此类业务主要是为了支持NGN网络对PSTN/ISDN网络的替代，向连接到NGN网络的传统PSTN/ISDN终端提供原有的业务。
　　（3）PSTN/ISDN演进业务
　　此类业务是向NGN终端提供类似于PSTN/ISDN的业务，包括PSTN/ISDN的基本业务和补充业务，但不一定是全部，同时也包含基于SIP的业务。
　　（4）Internet接入业务
　　能够向NGN用户提供到公共Internet的接入，使用户能够享受到Internet端到端的服务，且对于NGN网络来讲是透明的。
　　（5）其他业务
　　还有一些业务是由NGN网络提供的基于分组网络的多种数据业务，例如：虚拟专网业务；数据提取业务；数据通信业务；在线应用；传感器网络业务；远端控制业务；设备管理业务。
　　（6）公共业务
　　这里所说的公共业务主要是指从政府的角度需要提供的业务，主要包含以下几种：合法监听业务；恶意呼叫追查业务；用户标识呈现和保密业务；紧急通信业务（包括个人到官方的通信（119）、官方到官方的通信（灾难恢复等）、官方到个人（灾难通知）；对残疾用户的支持；能够选择业务提供者；号码携带。
4、结论
　　固定和移动融合而带来的基于IMS的全业务下一代网络既代表了未来的发展方向，也有重大的现实意义。基于IMS的全业务NGN体系架构为人们勾画出了固定和移动融合的美好前景，必将成为通信行业未来追逐的重要目标。