软交换和IMS

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IMS成为媒体关注的焦点，大有取代所有网络的气势，多个国际标准组织也在加紧制定其标准。 目前电信运营商实施网络转型的目的是要简化网络结构、减少网络运营成本，加速将新业务推向用户的能力和速度，优化运营商与用户之间的关系。网络演进的发展凸显融合、调整、变革的新趋势，但运营商会根据自身的网络情况采用成熟稳健的策略。

一、IMS标准化概况

　　1.TISPAN

　　TISPAN是2003年9月由从事固定网标准化的SPAN组织和进行VoIP研究的TIPHON组织进行了合并而成的，是ETSI旗下的从事NGN标准化研究的主要机构。TISPAN分为八个工作组，包括业务、体系、协议、号码与路由、服务质量、测试、安全和网络管理工作组。

　　TISPAN将他们的研究计划分为阶段完成，第一阶段(Release 1)主要研究能够提供多媒体业务的NGN系统，并计划于2005年中期完成Release 1的研究。

　　目前，TISPAN定义的NGN Release 1业务能力要求能够支持PSTN Emulation业务、PSTN Simuiation业务、多媒体业务、数据业务等业务能力。TISPAN定义的NGN体系结构包括PSTN仿真子系统(PSTN Emulation)、IP多媒体(IMS)、流媒体和其他业务等四个业务子系统，以及网络附着(NASS)和资源控制与接纳(RACS)子系统。Release 1将对PSTN仿真子系统(PSTN Emulation)、IP多媒体业务系统以及NASS、RACS接入子系统进行规范和研究。

　　IP多媒体子系统主要使用3GPP的IMS的核心网络作为核心控制系统，并在3GPP规范的基础上对IMS系统进行扩展以支持xDSL等固定接入方式。由于有线和无线网络在网络带宽、终端鉴权、位置信息和资源管理等多方面存在差异，TISPAN将在这些方面加以扩展，实现固定接入。对于IP多媒体子系统的另一个研究重点在于完善IMS子系统与PSTN仿真子系统、RACS子系统和NASS子系统的互通。

　　对于PSTN仿真子系统的定义目前还存在较大的分歧，一种意见是使用软交换作为PSTN仿真子系统的核心结构，软交换与IMS并存；另一种意见是使用IMS作为PSTN仿真子系统的核心结构，采用统一的核心网络来提供业务。由于目前对于这两种方式还没有达成一致的意见，TISPAN也只对外部接口以及与RACS等其子系统的互通进行了定义，并没有对内部结构做详细的定义。

　　NASS子系统的主要功能是提供用户和终端的IP地址分配、用户的认证和鉴权、根据用户属性进行接入网资源配置、用户位置管理等功能。目前，TISPAN重点研究NASS的内部结构与接口、外部接口以及与业务系统和RACS系统的互通。NASS子系统的引入使固定终端具有游牧特性成为可能。

　　RACS子系统主要提供接纳控制、资源预留、策略控制(QoS控制)和关口控制(NAT转换控制)功能。RACS的内部结构和接口是目前研究的热点。TISPAN将3GPP定义的Gq接口的功能进行扩展并定义成Gq’接口。目前，Gq’接口到底采用什么协议还没有定论，H.248、RADIUS、DI-AMTER或重新定义新的协议都有可能。

表1　3GPP IMS标准的主要内容

R5	R6	R7正在制定的内容
2002年6月冻结；             IMS基本功能：SIP作为呼叫控制协议，通过SIP进行服务管理，安全功能，计费功能，漫游功能；端到端QoS；             加强Gb接口对流媒体的支持；	2004年12月冻结；             与CS互通；             基于流的计费；             合法监听；             WLAN接入IMS             业务enabler：POC，GM，Presence，IM，Conference，Push，             Gb支持会话业务             PDF独立设置	群呼；             CS，IMS捆绑业务；             WLAN与2G/3G切换；             IMS语音业务在CS承载；             融合：IMS支持Cable/xDSL Emergency services

　　从目前的情况来看，TISPAN的标准推进速度较快，也具有可操作性。并且TISPAN和3GPP的合作较为紧密，TISPAN主要在3GPP规范的基础上加以扩展来实现固定的特性，并争取与3GPP尽量保持一致。

　　2.3GPP

　　IMS作为3GPP在R5版本中提出的IP多媒体架构，到目前为止有R5、R6和R7三个版本。R5提出了全IP的网络架构，采用SIP协议进行控制，实现移动性管理、多媒体会话信令和载体业务传输，实现端到端的IP业务。R6版本，在网络架构方面已没有太大的变更，主要是更改计费架构，支持WLAN接入等。正在制定的R7版本，支持xDSL/Cable接入和CSI等功能。R5、R6和R7标准的大致内容如表1所示：

　　从协议的成熟度分析，IMS在移动网内已经能够达到商用标准。由于移动的接入网已经具备了NASS和RACS子系统的大部分功能，通过设备提供商提供的信息判断，在近1～2年内，IMS在移动网可以商用。

　　3GPP R6版本在R5提出IMS的基础上，主要研究策略控制(Gq接口)、WLAN接入、IMS到CS域的互通、IMS到PS域的互通、Presence等新业务，并在IETF SIP协议的基础上对协议进行了扩展。3GPP在R7版本主要考虑支持通过CS域承载IMS话音、通过PS域提供紧急服务、提供基于WLAN的IMS话音与GSM网络的电路域的互通、提供xDSL和CableModem等固定接入方式。

　　3GPP对于固定和移动的融合将与TISPAN合作，共同推进研究工作。

　　3.FGNGN

　　FGNGN正在负责制定NGN的功能架构，目的是为了制定一个普遍适用的下一代网络架构。根据Y.2001的定义，NGN是基于多种宽带接入、有QoS传输技术保障的、提供业务与传输网络无关的分组网络；用户可以无限制的接入多种通信业务；NGN提供无限制的移动性，为用户提供统一的、无处不在的服务。FGNGN定义的NGN架构考虑了从PSTN/ISDN、xDSL、IP、移动网和Internet等多种网络向下一代网络发展的通用的网络架构，并且侧重于网络融合的研究。

　　2004年6月ITU-T FGNGN的第一次会议上已经确定了将IMS作为NGN核心网基于SIP会话的子系统的基本架构，这标志ITU正式开始了对IMS的研究。与此同时，3GPP和TISPAN也都在进行这方面的研究，这两个组织也是ITU-T FGNGN的供稿方，通过提案和互致联络函的方式达到沟通，避免重复研究。在NGN的框架中，终端和接入网络是各种各样的，而基于SIP会话的核心网络只有一个IMS，它同时为固定和移动终端提供服务。这就需要IMS网络从网元功能、接口协议、QoS和安全、计费等方面全面支持固定的接入方式。

　　3GPP定义的IMS是用来将移动语音服务进入多媒体领域而设计的。它容许建立为两个或两个以上单位或用户的以及一个或多个媒体的会晤链接。IMS可以支持很多服务，特别是支持各种接入方面有明显的长处。但限于它是专为移动语音服务制定的，因此不能支持NGN的所有服务，比如说，广播和流媒体服务等。因此，有必要对其进行改进以适应NGN的需要。为了加快IMS应用于NGN的研究，并且保持与3GPP和TISPAN定义的IMS的一致性，FGNGN成立了IMS for Next Generation Networks(IFN)的研究专题。但是IMS并不是NGN网络结构的唯一的基础技术，而是作为一种选择方案，2005年6月中国电信提交的文稿《基于Call Server的PSTN Emulation》就体现出软交换也是实现NGN的一种基本网络架构。

　　由于IMS不能完全满足NGN在固网中的应用，因此为了支持多种接入方式(比如xDSL和WLAN)接入IMS，3GPP R7和FGNGN对IMS的架构进行了如下扩展：对接入网的控制，如QoS、接入许可和鉴权等；对核心传输网的资源进行控制；与传统网络和其它网络的互通；减少业务与会话控制层和传输层的耦合性；与接入无关会话和业务层。

　　有关IMS在固网应用的要求还在讨论当中。

　　4.在话音网仿真方面软交换和IMS的争论

　　2005年6月国际电联在北京召开了FGNGN的第7次会议，会议在开展基于软交换的标准研究方面展开了激烈的讨论，中国通信标准协会就有关开展基于软交换标准的研究专门给FGNGN提出了联络声明，中国电信提交了8篇有关基于软交换研究的文稿。会议就软交换的研究争论热烈，会上主要存在3个争论点。第一个争论点是课题的研究范围。大会通过激烈的讨论，最后决定对文稿的研究范围进行修订，即研究PSTN/ISDN仿真的体系架构。第二个争论点是PSTN/ISDN仿真子系统的架构是否应该是NGN体系架构的子集，而不能增加新的功能实体。会上通过充分的讨论，一致认为NGN功能架构是总体架构，如果是通用的功能实体应该在NGN体系架构中增加，如果仅仅是针对PSTN/ISDN仿真的体系结构也可以只在PSTN/ISDN仿真的体系结构中定义，并建议下一次会议对这两个功能实体进行详细论证。第三个争论点是基于软交换的PSTN/ISDN e仿真子系统属不属于需要重新开展的研究内容。通过大家的充分讨论，一致认为PSTN/ISDN仿真子系统属于NGN Release 1的内容，应该不属于新的研究内容，因此同意开展PSTN/ISDN仿真子系统的研究工作。

　　根据目前FGNGN研究的NGN的体系架构，已经明确PSTN/ISDN仿真作为四个业务子系统之一。因此中国电信建议应该研究PSTN/ISDN仿真的体系结构来解决运营商面临的网络演进问题。目前实现PSTN/ISDN仿真有两种方式，一种是用IMS实现PSTN/ISDN仿真，一种是用软交换来实现PSTN/ISDN仿真。但是由于IMS实现PSTN/ISDN仿真的演进方式还不成熟，而软交换已经比较成熟，目前运营商面临的网络演进问题可通过软交换的方式来解决。

二、软交换技术的应用

　　软交换技术是NGN所包含的技术之一。是近年发展起来的一种新的呼叫控制技术，它具有分层的体系架构、基于分组传输、能够提供多种接入方式等特点，并能综合提供语音、数据、多媒体业务。近三年来的现场试验、特别是近一年来的规模试商用结果证明，软交换体系在技术上已经基本成熟，经济分析可行，软交换技术正在逐步从试验阶段走向商用阶段。

　　软交换系统由多种设备组成，主要包括软交换设备、中继网关、信令网关、接入网关、媒体服务器、应用服务器等网络侧设备以及IAD、SIP终端等终端侧设备。主流厂家的软交换系统在国内外已有商用实例，主要应用集中在利用软交换提供长途汇接和本地用户接入业务，以及为企业用户提供综合通信解决方案。

　　软交换技术从1997年开始发展，正在逐步从试验阶段走向商用阶段，并在国内外得到应用。总体上看，美国的运营商要领先于欧洲，新兴运营商要积极于传统运营商。中国通信标准化协会网络与交换技术委员会从2001年起开始制定软交换系统相关规范及标准，主要包括设备规范、协议规范、接口规范和业务相关规范等，共完成相关规范59个。

　　软交换业务提供方式有三种：由软交换设备提供PSTN基本业务及补充业务；采用SIP应用服务器或Parlay应用服务器来提供运营商自营的新型业务；利用PARLAY应用服务器通过第三方提供业务，此种方式仍处于探索阶段，应进一步深入研究和实践。

　　电话网是中国电信的最大网络之一，而网络演进是一个长期过程，因此电路交换向NGN演进的过程中应注重网络的衔接性、业务的连续性以及网络运营管理的稳妥性，实践证明软交换已经具备替代电路交换设备的能力，灵活提供业务的能力也已经得到验证，同时软交换符合电路交换向分组交换转型的总体发展趋势，在话音网络引入软交换技术应认真研究引入的策略，组网架构和不同厂家业务平台的互通。电话网向下一代网络演进过程中，软交换是一个不可逾越的阶段。

　　采用软交换技术实现电话网的演进，使电话网向分组化、宽带化、智能化的方面发展，将大大提升电话网的业务能力，符合网络的未来发展趋势。

　　软交换是电话网演进不可逾越的发展阶段。近期软交换网络，应能够接入窄带用户，解决现有电路交换网的整体转型问题；并积极拓展宽带用户，抢占大客户和宽带用户市场。软交换系统应支持独立用户数据库，支持宽带用户向IMS迁移的能力。

　　中国的软交换实践与国外不同，软交换功能既具备窄代的功能也同时具备宽带的功能，可以说中国的软交换已经部分地实现了IMS功能，但还没有实现移动性管理的功能和HSS功能。随着标准的成熟性，特别是IMS在固网应用的成熟性的进程，宽带用户数量的增多和移动网络的发展，逐步将宽带用户从软交换网络中分离，构建独立的IMS网络。

三、IMS应用在固网NGN面临的主要问题

　　IMS与软交换网络的关系是困扰融合的主要方面。由于标准和设备的成熟度不同，网络的部署时间也不同，如何减少IMS对于软交换网络和业务的影响，简化网络结构和投资是目前亟待解决的问题。

　　3GPP组织扩展和修改了IETF定义的SIP协议，根据移动网的特点加强了用户接入安全控制，SIP包中携带的某些参数也与固网的SIP协议略有不同，因此IMS设备需要支持IETF SIP协议才能支持固网宽带用户的接入。为了使固网用户体验到与传统电话相同的功能，IMS域需要通过应用服务器模拟PSTN的基本和补充业务，由于PSTN在长期的发展过程中积累了种类繁多的业务，目前尚无应用服务器厂商宣称能够支持所用传统业务。产生上述问题的原因一是3GPP在制定IMS的标准时，没有考虑在固网的应用，并且ITU和TISPAN的NGN标准制定刚刚起步，还没有详细的协议可参考；二是运营商对固定和移动融合的需求还不明确，因此设备提供商对IMS支持固网接入的研发投入不大。随着NGN标准的成熟，以上问题可以在一到两年内解决。

　　比较固定接入网和移动接入网的特点会发现，移动网络对于接入网的控制机制非常完备，用户的鉴权、资源分配、接入网定位、计费采集点和网络状态监控等方面都远比固定接入网复杂。3GPP R6中已经定义WLAN接入IMS域，在R7中将支持ADSL接入，但是只规定了功能框架，对于QoS、移动性和计费等功能的支持需要进一步定义。TISPAN和FGNGN在R1中定义了RACS和NASS的内部功能模块，详细的功能和流程将在后续版本中规定。IMS的与传输、接入网络无关性、移动性管理和QoS控制等功能都是体现在对接入网的控制，因此在固网制定NASS和RACS子系统的标准和替换、升级原有的接入网控制设备和终端将是一项长期的工程。