从运营角度看IMS的技术发展

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1、IMS标准进展

        IMS最早由3GPP在其标准系列R5中提出，是一个基于PS域来提供IP多媒体业务的子系统。随后，IMS逐渐成为实现网络融合和业务融合的核心标准，3GPP、ITU-T NGN-GSI、ETSI TISPAN等国际标准组织也开始对IMS进行研究。

         3GPP对IMS的研究目前有R5、R6、R7三个版本。其中R5定义了IMS的基本架构和功能、IMS网元之间的基本信令流程，并在认证与鉴权、计费、安全、QoS等方面进行了基本定义，已于2002年6月完成。R6定义了Presence、IM、会议、组管理等业务能力，定义了IMS与CS域的互通、IPv4与IPv6互通、WLAN接入IMS等,并在计费方面引入了基于流的计费。R7主要完成了IMS网络能力的优化与增强，如支持GSM、WLAN，IMS网络业务连续性的VCC，支持应急需求的Emergency Call，支持固定接入的FBI，其中支持CS域业务的CSI，融合策略控制和流计费的PCC是目前基本完成的特征，其他性能优化和增强如对实时业务的支持等正在定义中，计划在2007年中旬完成。

         3GPP2对IMS的研究主要以3GPP R5作为基础，重点解决底层分组和无线技术的差异，它与3GPP的IMS相对应的是MMD规范。MMD规范目前已经有了3个版本，分别是Rev 0、Rev A和Rev B。Rev 0于2004年初完成，定义了MMD的基本框架和流程；Rev A于2005年底完成，是一个比较成熟的IMS标准，解决了基本呼叫、计费体系结构、离线计费、Cx、Sh接口等问题；目前3GPP2正在制定Rev B规范，Rev B主要解决承载QoS控制（SBBC）、在线计费、消息业务以及传统网络（1x网络）和IMS双网运营时的语音切换的连续性问题，计划在2006年下半年完成。

         ITU-T FGNGN对IMS的研究主要涉及IMS的业务和网络框架2个方面。其中，对NGN业务需求的研究主要以3GPP R6中定义的业务作为基础，但更加强调灵活的业务生成能力。对于网络框架的研究则强调网络的接入无关性，尽可能多地支持包括有线和无线在内的各种接入技术。

         ETSI TISPAN对IMS的研究主要是针对固定接入，以及固定网络和移动网络的融合。从2005年底到现在开始陆续发布了R1文档，并已经于2006年初冻结，主要涉及到需求、网络架构以及宽带接入等，但是在接入上的QoS、PES等方面还有待完善。

         总体来说，各标准组织基于IMS研究的框架基本相同。尽管由于各自研究的出发点不尽相同，导致目前各自研究的重点，如不同网络的接入、功能实体的设置等有一些差异。但IMS技术的基本思想之一是接入的无关性，因此，在面向未来融合网络的研究中，各标准组织研究的目标是一致的。

2、IMS技术浅析

2.1　IMS体系结构

         IMS采用分层的体系结构（见图1），分为业务网络、IMS核心网络和接入网络3层。其中业务网络由各种应用服务器组成，提供最终用户的业务逻辑；IMS核心网络完成多媒体业务基本的呼叫控制和连接控制功能，提供QoS保障和计费管理；接入网络包括xDSL、WLAN、UMTS/CDMA、GPRS等接入技术，IMS系统核心思想之一就是接入的无关性。

图1　IMS体系结构

2.2　IMS是电信网络架构不断分离的结果

         近年来，融合成为电信业发展的热点和趋势。从产业融合的角度来讲，全球电信运营商之间的并购和重组层出不穷，设备制造商也在不断加强彼此间的合作。从网络融合的角度来讲，包括所谓的电信网络、互联网和有线电视网络的“三网”融合，而针对于电信网络，目前融合主要指固定网络和移动网络的融合。

         电信网络融合的本质在于市场驱动。对于用户体验来说，在融合的网络环境下，无论用户使用什么样的终端，无论是在移动或者固定的环境中都可以实现无缝的安全接入，使用丰富的内容服务，获得最优惠的资费。而对于电信运营商来说，通过网络的融合，一方面希望可以增强业务的灵活提供能力，改善用户体验，进而可以降低用户离网率，增加业务收入；另一方面可以充分利用网络资源、避免网络的重复建设和投资浪费，提高企业运营效率，降低运营成本。

         网络层次的分离是网络融合的前提。分离指的是网络中不同功能的独立和集中，如业务策略、媒体控制功能等。在电信网络向融合架构演进的过程中，不同时期所涌现出来的技术，如智能网、软交换等也充分体现了网络层次的分离。这里对这些技术进行简单的分析，通过与IMS的比较，可以更加深刻地理解IMS的本质。

2.2.1　智能网——业务与交换的分离

         20世纪80年代出现的智能网，其基本思想是实现传统交换机的交换功能与业务控制功能相分离，原有交换机仅完成基本的电话接续功能，所有新业务的提供和控制由附加的网络智能层来完成，即“业务与交换的分离”。智能网层次结构见图2。

图2　智能网的层次结构

          智能网本身是独立于具体业务的，这一点和IMS的基本思想相同。但智能网所采用的CAP/INAP协议对于CP/SP过于复杂，难以理解，导致提供链过窄，而且CAP/INAP协议不够灵活，难以实现业务的融合、嵌套，不能为用户提供混合型业务。由于这些局限性，使得智能网的应用前景并不是很广，目前主要用于提供一些卡类应用和集团客户业务。

2.2.2　软交换——控制与承载的分离

         20世纪末，软交换的产生在于将传统电路交换机的控制部分和媒体处理部分相分离，在PSTN中，成为相应的软交换和媒体网关。在移动网络中，3GPP在R4中也引入了这种分离的架构，将传统的MSC分离成MSC server和MGW。

         软交换的最大突破在于通过控制和承载的分离来实现底层传送的IP化，是向全IP网络演进的第一步。从这一点上来讲，IMS和软交换属于同一技术体系，二者是向全IP网络演进的不同阶段。软交换的层次结构见图3。

图3　软交换的层次结构

         在业务提供方面，软交换本身依然要提供业务，并没有做到业务与控制分离。尽管在软交换的层次结构中，提出了所谓的业务层，利用相应的业务服务器来提供业务，但从控制层的软交换所采用的协议——SIP-I就可以看出，软交换系统依然具有非常明显的PSTN特色。同样在3GPP R4网络中，所采用的BICC协议也只是做到了呼叫控制与承载的分离。在规范中也要求软交换具备原有程控交换机的所有业务和网络功能。总之，软交换在业务能力方面并没有很大的突破和提升。

2.2.3　IMS——业务、控制、承载的分离

         对比于上面的智能网和软交换，IMS最大的突破在于实现了业务、控制和承载3者的分离，IMS是电信网络结构不断分离的结果。

         如图1所示，IMS继承了软交换控制与承载分离的思想，同时IMS不关心底层接入技术的差异性，只需承载层提供一个IP连接。IMS与传统PSTN以及软交换最大的不同在于其业务层和控制层完全分离，这样IMS的核心控制网元就不需要处理业务逻辑，而是通过分析用户的签约数据，触发到相应的应用服务器，由应用服务器来完成业务逻辑的处理。在这种方式下，IMS变成了一个真正意义的控制层设备，其自身不提供业务，只提供业务层必要的触发、路由、计费等功能，业务完全由业务层提供。

         另外，从协议上来看，IMS体系要求端到端支持SIP协议。由于SIP信令对于多媒体业务的良好支持以及灵活的扩展性，这样就可以很好支持以前ISUP和BICC信令无法支持的多媒体业务。

         对于目前讨论比较多的软交换和IMS的关系，笔者认为二者只是电信网络向全IP演进过程中的不同阶段。尤其对于移动网络来说，软交换主要解决是CS域业务承载和控制分离的问题，其提供的业务依然以传统的话音服务为主。IMS解决的问题是实现统一的业务分发平台，可以提供更加丰富的多媒体业务，这其中当然也包括基本的话音服务。对于中国这样拥有众多用户的庞大移动网络来说，其演进更需要综合考虑各方面的因素，如用户习惯的培养，业务的移植，终端、企业的运营经验，技术和设备的成熟度等问题。结合目前IMS和软交换的发展和应用情况来看，其更适宜采用稳健的网络演进策略，首先通过部署软交换，优化网络结构，实现话音底层传送的IP化。同时积极开展IMS的研究和试验，初期侧重于IMS的业务提供，为IMS的运营积累经验，后期随着IMS域业务及运营的不断成熟，CS域业务量逐步减少，CS域设备逐渐演进升级到IMS，最终实现全IP的融合网络。在一定时期内，CS域和IMS域将长期共存。

2.2.4　现有移动增值业务系统

         之所以提及现有移动增值业务系统，是因为在3GPP R5中，IMS是叠加在PS域上的一个系统。很多人会有疑问，在R5之前没有IMS时，PS域也可以提供包括WAP、Java、流媒体等在内的众多多媒体业务，那么IMS和这些移动增值业务系统是一个什么样的关系?

         从图4可以看出，在现有的移动增值业务系统中，移动运营商为了快速部署和推出新业务，往往采用“烟囱”方式建设业务系统，即不同的业务和应用采用完全独立的一套系统来实现，这导致了各种通用的网络能力如计费、路由、用户管理等重复建设。而且，这些业务和应用之间相互隔离，使得用户需要在不同的应用之间频繁切换，影响了业务的用户体验。

图4　现有移动增值业务系统

         IMS系统采用水平的体系架构（如图5所示），集中管理用户数据等信息，通用的功能和服务模块实现多业务重用，避免传统垂直网络结构的功能堆叠，同时为业务提供完善的QoS和安全机制。对于用户来说，这种水平的体系架构可以实现用户的单点认证，统一账单，灵活的配置业务资费套餐等，进而可以提升用户体验。

图5　IMS系统的业务提供

3、IMS应用现状

3.1　IMS系统和业务开发

         IMS产品方面，目前主要电信设备制造商，如朗讯、西门子、爱立信、Motorola、Nokia、Alcatel、中兴和华为等，都推出了IMS试商用/商用系统。其中，比较成熟的产品主要包括CSCF、HSS、BGCF、MGCF、MRF（MRFC/MRFP）、业务平台等设备以及配套的固网终端、移动终端等，但是对于QoS、安全等标准中还需要完善的技术，目前各厂家都还缺乏成熟产品。

         IMS业务开发方面，从标准发展的情况来看，IMS是支持全业务的网络，可以提供基于SIP的业务；通过IM-SSF实现与传统智能网的互通，继承已有的智能网业务；支持第三方通过OSA开放接口来开发业务。但由于IMS设备尚未成熟，因此基于IMS的业务还处于起步阶段。尤其受限于空中接口的无线性能以及无线和接入网的QoS能力，基于IP的实时类业务还没有达到可以商用的阶段。目前IMS更多的是支持非实时类的多媒体业务，主要包括IM、Presence、组管理和PoC等。

3.2　IMS网络部署

         据不完全统计，截至2006年4月，全球已有近200张IMS测试及商用网络。其中，部署较为成熟的IMS网络包括Cingular、Telefonica、法电、意电、BT、DT、Sprint等运营商建设的80多个试验网络和10多个商用网络。从去年开始，国内运营商也在积极组织开展IMS相关的技术研究和网络试验。

         鉴于不同的网络现状和战略目标，各个运营商都有各自不同的IMS部署策略。对于移动运营商，主要是受多媒体业务的驱动，关注IMS支持宽带移动多媒体业务的能力，代表运营商是香港的CSL。

         对于固定运营商，面临移动业务分流、VoIP冲击以及传统PSTN替换的压力，其关注的重点在于IMS的宽带多媒体业务、企业用户的IP Centrex、公众客户的VoIP业务等，代表运营商有Telefonica（测试阶段）、意大利电信（小范围商用）。

         对于全业务运营商，同时受到了业务驱动和固网发展所面临压力的影响，以降低网络总体运营成本、最终实现FMC为目标，重点关注固定/移动的融合类业务，代表运营商有Cingular、法国电信、Sprint等。

4、对IMS运营的考虑

4.1　灵活、快速、丰富的业务提供是IMS给运营商带来的最大机遇

         从本质上来说，业务是IMS发展的主要驱动力。在语音电话时代，各运营商提供的业务没有本质的区别，无论是传统电话业务还是VoIP业务，都只能满足人们基本的语音通话需求。彼此间同质化竞争越来越激烈，通常只能采取简单的价格战来稳定客户群，进而造成语音资费不断降低，用户ARPU值持续下降。因此，运营商迫切希望通过新业务的开发，培养新的收入增长点。同时，随着移动通信和数据通信的发展，人们已不满足于简单的语音电话业务，而追求多元化的通信手段和个性化的多媒体通信体验。能否提供多媒体业务的能力将决定运营商未来收益能力和在通信市场的竞争力。

         IMS以控制的共性支撑业务的差异性，使其能够很好地解决多媒体业务开展中面临的问题。如前所述，通过IMS业务体系架构中不同业务的提供方式，可以提供包括视频会议、PoC、组管理、Presence、IM、可视电话、VoIP、交互类游戏、视频共享、文件共享等在内的多种业务。尽管目前有些IMS业务还不是很成熟，但IMS为人们描绘了一个未来支持全业务的网络的远景，引起众多电信运营商的关注，希望通过IMS网络的建设可以提供差异化和多样化的服务。

4.2　IMS融合的架构体系为运营商降低成本进一步创造了条件

         从前面对软交换、现有移动增值业务系统以及IMS架构体系的分析中可以看到，IMS在软交换控制与承载分离的基础上，进一步拓展了业务层与控制层的分离。这样IMS除继承了软交换承载层统一所带来的成本优势之外，更重要是IMS的水平体系架构可以降低业务的创新成本。同时，IMS系统对用户数据管理、计费等网络能力的集中，为降低网络的运维成本创造了条件。

4.3　IMS网络的商业模式和盈利模式需要不断进行探索和研究

         IMS在技术和业务方面都具有明显的互联网特点。从技术上来讲，业务层和控制层彻底分离，网络相对更加简单，只提供必要的触发和路由等功能，相反基于SIP的终端更加智能化。同时，IMS业务层允许第三方通过OSA开放接口来提供业务。从业务上来讲，视频会议、PoC、组管理、Presence、IM、可视电话、VoIP、交互类游戏、视频共享、文件共享等业务都可以在目前的互联网上找到相同或者类似的业务，当然IMS业务相比于互联网业务更加强调用户的移动性。

         互联网的商业模式和盈利模式对于电信运营商来说并不是一个成功的方案，因此尽管IMS可以灵活快速地提供丰富的业务，但IMS网络如何运营对于电信运营商来说也是一个挑战。

         首先，对于传统电信运营商来说，其优势在于语音服务和庞大的网络及用户群，对于内容服务和信息服务并没有太多的优势和经验。另外，目前用户已经习惯了互联网业务的免费提供，而大部分IMS业务具有互联网业务的影子，因此电信运营商如何基于IMS网络来开发业务，开发哪些具有吸引力的业务，如何培养用户的习惯来使用这些业务，以及业务如何收费等都是需要在具体的运营中不断探索的问题。

         其次，电信运营商应该加强对IMS网络的掌控。传统的互联网是一个不具有可运营可管理性的网络，网络完全开放，电信运营商只能根据时长或流量来收取基本的通道费，而对于上面所承载的信息服务只能做有限的控制。而对于IMS网络来说，其用户之间也是端到端的IP连接，因此IMS对网络运维提出了更高的要求，如对用户的管理、基于流的计费等。尽管在IMS标准中对安全、QoS、计费等进行了定义，但还有待进一步的研究和完善。

5、结束语

         对于电信运营商来说，IMS具有业务提供灵活、降低网络成本等优势，但必须认识到IMS与传统电信网络之间的巨大差异，尤其对于中国这样庞大的网络，除了在技术层面对IMS进行研究之外，对于IMS网络如何运营需要更多的探索和研究。