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現有固網(wǎng)NGN向IMS演進(jìn)方案研究

2007/07/27

　　摘要　本文對固網(wǎng)NGN技術(shù)及IMS技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了比較，并對現有固網(wǎng)NGN向IMS演進(jìn)方案進(jìn)行了分析論證，得出可行的演進(jìn)方案。

1、背景

　　IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統）是3GPP在Release5版本提出的支持IP多媒體業(yè)務(wù)的子系統，它的核心特點(diǎn)是采用SIP協(xié)議和與接入的無(wú)關(guān)性，在網(wǎng)絡(luò )融合的發(fā)展趨勢下，3GPP、ETSI和ITU-T都在研究基于IMS的網(wǎng)絡(luò )融合方案，實(shí)現固定網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的融合。因此IMS被認為將是下一代網(wǎng)絡(luò )的理想目標架構。

2、固網(wǎng)NGN向IMS演進(jìn)的可行性分析

　　2.1　IMS與固網(wǎng)NGN的比較

　　2.1.1　技術(shù)特點(diǎn)

　　與固網(wǎng)軟交換技術(shù)相比，IMS具有以下技術(shù)優(yōu)勢。

　　接入無(wú)關(guān)性；更加徹底的分離；網(wǎng)絡(luò )更加標準和統一。

　　除了以上特點(diǎn)外，固網(wǎng)NGN與IMS，尤其是基于融合的IMS系統還有一些其他關(guān)鍵技術(shù)的區別，包括登記注冊、QoS、漫游、安全性等方面。

　　2.1.2　網(wǎng)元設置

　　在網(wǎng)絡(luò )構架上，固網(wǎng)NGN與IMS都采用了分層的網(wǎng)絡(luò )結構，即將網(wǎng)絡(luò )分為業(yè)務(wù)層、控制層、承載層和接入層。主要區別在于固網(wǎng)NGN注重物理實(shí)現，將控制層的功能集中在軟交換機上，網(wǎng)絡(luò )中只有軟交換一個(gè)中央控制點(diǎn)；而IMS的控制層功能由多個(gè)邏輯功能模塊實(shí)現，如會(huì )話(huà)控制由CSCF實(shí)體實(shí)現、互通功能由MGCF/MGW實(shí)現、用戶(hù)數據存儲在HSS中，網(wǎng)絡(luò )更加分布化，邏輯實(shí)體并不一定對應物理實(shí)現。網(wǎng)絡(luò )功能模塊化有利于網(wǎng)絡(luò )擴展和業(yè)務(wù)整合，便于集中組網(wǎng)。軟交換與IMS的分層架構比較如表1所示。

表1　固網(wǎng)NGN與CM-IMS網(wǎng)元/功能模塊比較



2.1.3　業(yè)務(wù)提供

　　固網(wǎng)NGN的業(yè)務(wù)提供方式有以下幾種。

　　直接由SoftSwitch提供業(yè)務(wù)，可提供基本電話(huà)業(yè)務(wù)、補充業(yè)務(wù)等；SoftSwitch具備SSP功能，通過(guò)SG與現網(wǎng)SCP互通，提供現有智能網(wǎng)業(yè)務(wù)；SoftSwitch與應用服務(wù)器之間通過(guò)SIP、H.323、Radius等協(xié)議互通；通過(guò)Parlay-GW/OSA-GW提供API接口，為第三方提供業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)平臺。

　　由此可見(jiàn)，固網(wǎng)NGN的業(yè)務(wù)邏輯分布在A(yíng)S與軟交換機SS的。而IMS的業(yè)務(wù)與控制分離，所有的業(yè)務(wù)邏輯都在業(yè)務(wù)層實(shí)現，S-CSCF只完成會(huì )話(huà)控制功能，業(yè)務(wù)集中在A(yíng)S中，且在A(yíng)S與控制層之間提供開(kāi)放的業(yè)務(wù)接口，因此IMS更利于第三方業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)。

　　IMS的業(yè)務(wù)提供方式如下。

　　IMS通過(guò)IM-SSF和傳統智能業(yè)務(wù)（CAMEL、INAP等）的互通，實(shí)現已有的智能業(yè)務(wù)的繼承；IMS通過(guò)AS可以提供基于SIP的業(yè)務(wù)，如IM、Poc、Presence等；IMS通過(guò)Parlay-GW/OSA-GW（Open Services Access-Gate-way）提供API接口，為第三方提供業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)平臺。

　　2.1.4　終端角度

　　固網(wǎng)NGN支持的終端包括：支持SIP、H.323、MGCP、H.248等協(xié)議的終端。其中支持話(huà)音業(yè)務(wù)接入的終端主要由支持H.248協(xié)議的IAD或AG設備提供傳統POS話(huà)機的接入；話(huà)音業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)也可由支持SIP的智能硬終端或軟終端完成；多媒體業(yè)務(wù)也可通過(guò)H.323協(xié)議支持。固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )接入的終端是依據接入設備的IP地址和端口號在網(wǎng)絡(luò )中標識的，因此不需進(jìn)行嚴格的接入注冊和簽權認證。在固網(wǎng)NGN中通過(guò)IAD或AG接入的POS話(huà)機是基于接口標識的，不具有移動(dòng)性；但對于智能終端（如軟終端）具備游牧功能。

　　由于IMS網(wǎng)絡(luò )是基于SIP協(xié)議的，因此接入IMS網(wǎng)絡(luò )的終端設備要求必須支持SIP接口。支持SIP接口的終端主要有SIP智能終端和支持POS話(huà)機接入的SIP IAD設備，終端接入IMS需進(jìn)行雙向注冊認證。另外IMS是基于移動(dòng)網(wǎng)發(fā)展而來(lái)的，具備移動(dòng)性管理功能，因此IMS終端均是可移動(dòng)的。

　　綜上所述，軟交換網(wǎng)絡(luò )體系基于主從控制的特點(diǎn)，使得其與具體的接入手段關(guān)系密切，而IMS體系由于終端與核心側采用基于IP承載的SIP協(xié)議通信，IP技術(shù)與承載媒體無(wú)關(guān)的特性，使得IMS體系可以支持各種接入方式。不過(guò)IMS目前尚缺乏廣泛的應用驗證，成熟性較差，RIMS距離完全繼承PSTN網(wǎng)絡(luò )能力的目標還有一定距離。從長(cháng)遠來(lái)看，IMS將是網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的必然。

　　2.2　國際標準的發(fā)展

　　IMS和IMS-Based固網(wǎng)NGN是兩個(gè)不同的概念，雖然3GPP也在努力獨立于接入方式，但是目前來(lái)講還是TISPAN和ITU-T更加致力于網(wǎng)絡(luò )的融合，考慮所有的接入方式。同時(shí)IMS只能夠提供話(huà)音業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)，而IMS-Based固網(wǎng)NGN的目標是能夠提供所有的業(yè)務(wù)，包括話(huà)音業(yè)務(wù)、多媒體業(yè)務(wù)、流媒體業(yè)務(wù)和其他業(yè)務(wù)。IMS-based固網(wǎng)NGN目前已經(jīng)被公認為一種比較好的控制層面融合的目標體系。

　　討論現有固網(wǎng)NGN向IMS演進(jìn)，可以借鑒ETSI TISPAN的相關(guān)研究成果。TISPAN于2005年6月完成整個(gè)TISPAN_固網(wǎng)NGN_Release1，并在將來(lái)的Release中進(jìn)行完善。TISPAN_固網(wǎng)NGN_Release1的總體需求包括：固定終端可以獲得3GPP IMS核心網(wǎng)提供的所有業(yè)務(wù)，能夠全部或部分替代現有核心網(wǎng)提供的PSTN/ISDN業(yè)務(wù)。

　　基于IMS的固網(wǎng)NGN融合架構采用面向子系統的網(wǎng)絡(luò )結構，這樣的網(wǎng)絡(luò )架構非常靈活方便，一方面可以方便地直接引入和修改其他標準組織定義的子系統，另一方面將來(lái)如果有新的業(yè)務(wù)類(lèi)別需求時(shí)，定義添加一個(gè)新的子系統即可，對已有的子系統影響很小。基于IMS的固網(wǎng)NGN融合架構主要分為業(yè)務(wù)層和基于IP的傳送層，如圖1所示。

圖1　TISPAN固網(wǎng)NGN的網(wǎng)絡(luò )總體架構

　　業(yè)務(wù)層包括下面的元素：PSTN/ISDN模擬子系統（PSS）即IMS核心子系統、PSTN/ISDN仿真子系統（PES）、其他多媒體子系統（如流媒體子系統、內容多播子系統等）和應用以及可以用于多個(gè)子系統的公共元素（如接入應用、計費功能、用戶(hù)屬性管理、安全管理和路由管理等）；傳送層為用戶(hù)終端提供了基本的IP連接的能力，其中的網(wǎng)絡(luò )附屬子系統（NASS）和資源認證控制子系統（RACS）屏蔽了IP層以下的接入網(wǎng)/核心網(wǎng)所使用的傳送技術(shù)，給固網(wǎng)NGN用戶(hù)終端提供了IP的連續性。

　　業(yè)務(wù)層的PSS和PES子系統針對不同的終端類(lèi)型和業(yè)務(wù)需求而設計。使用PSS和PES主要目的是使寬窄帶域完全分離，即SIP用戶(hù)通過(guò)PSS子系統完成接入和業(yè)務(wù)提供，窄帶用戶(hù)通過(guò)PES子系統完成接入和業(yè)務(wù)提供。具體比較如表2所示。

表2　PES和PSS比較表


(點(diǎn)擊看大圖)

　　實(shí)際上，PES子系統為連接到固網(wǎng)NGN中的傳統固網(wǎng)終端（指通過(guò)MGCP/H.248 IAD/AG接入的PSTN/ISDN終端）提供PSTN/ISDN仿真業(yè)務(wù)，服務(wù)的對象主要針對于現有的大量PSTN終端。PES子系統的實(shí)現可以有兩種方式。

　　方式一：基于軟交換的PES，即基于現有軟交換的實(shí)現方式（從傳統交換機移植），不需要內部接口標準化，只需要標準化外部接口。該方式能夠提供更完全的PSTN能力、業(yè)務(wù)、接口，以及用戶(hù)體驗。基于軟交換的PES已經(jīng)部署在固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )中，用戶(hù)數據庫和業(yè)務(wù)在5020 MGC中實(shí)現，能夠實(shí)現100%的PSTN特性。

　　方式二：基于IMS的PES，使用IMS架構實(shí)現PES。即在IMS體系中增加了兩個(gè)關(guān)鍵功能一是AGCF，向下通過(guò)P1接口（H.248）控制MG，向上通過(guò)Mw接口接入IMS核心；二是應用服務(wù)器中的PES業(yè)務(wù)邏輯。AGCF負責控制MG，提供業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的能力（Hook處理、Tone、Announcement等），業(yè)務(wù)觸發(fā)基于用戶(hù)屬性（iFC），PES業(yè)務(wù)完全由應用服務(wù)器提供，功能結構和接口協(xié)議與IMS基本一致。

　　上述兩種PES實(shí)現方式中IMS的PES方式實(shí)現與IMS的融合是當前演進(jìn)的主流，主要是在IMS核心網(wǎng)增加一個(gè)AGCF網(wǎng)元。但目前AGCF的相關(guān)國際標準還不完善，雖然已經(jīng)有了基本框架，但具體細節、流程、接口還未明確，估計在TISPAN Realse2中最終確定。

　　由此可見(jiàn)，PES更加適合固網(wǎng)運營(yíng)商向IMS演進(jìn)及融合，對移動(dòng)運營(yíng)商，擁有的固網(wǎng)用戶(hù)規模非常小，建設IMS網(wǎng)絡(luò )的主要目的是借助新技術(shù)實(shí)現優(yōu)勢延伸，快速、低成本進(jìn)行全業(yè)務(wù)網(wǎng)建設，因此移動(dòng)運營(yíng)商應關(guān)注PSS方式。

　　最終融合后的網(wǎng)絡(luò )架構如圖2所示。


(點(diǎn)擊看大圖)

圖2　固網(wǎng)NGN與IMS融合網(wǎng)絡(luò )架構

　　2.3　技術(shù)比較結論

　　從以上技術(shù)特點(diǎn)比較和國際標準發(fā)展趨勢看，固網(wǎng)NGN和IMS的融合是必然趨勢。現有固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )向IMS架構的演進(jìn)是可行的。

3、固網(wǎng)NGN向IMS演進(jìn)的步驟和方式

　　本節以一個(gè)固網(wǎng)NGN網(wǎng)向IMS演進(jìn)為例，說(shuō)明具體的演進(jìn)方式。

　　3.1　固網(wǎng)NGN向INS演進(jìn)方式

　　從總體來(lái)看，現網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )架構示意如圖3所示。

圖3　固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )現狀示意圖

　　現有固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)帶有商用用戶(hù)，從現有固網(wǎng)NGN系統向IMS的演進(jìn)有兩個(gè)前提：

　　（1）保證現有業(yè)務(wù)的正常運行；

　　（2）IMS技術(shù)已經(jīng)得到充分驗證，具備商用能力。

　　在以上兩個(gè)前提下，固網(wǎng)NGN向IMS的演進(jìn)有以下3種方式。

　　3.1.1　方式一：直接演進(jìn)方式

　　直接方式是將現有固網(wǎng)NGN系統直接向IMS架構演進(jìn)：將固網(wǎng)NGN系統網(wǎng)元全部升級為IMS的網(wǎng)元，并補充相關(guān)IMS設備，將固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )直接升級為IMS網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)IMS網(wǎng)絡(luò )開(kāi)放業(yè)務(wù)。

　　該方式下的業(yè)務(wù)分工：升級后的IMS網(wǎng)絡(luò )既負責處理語(yǔ)音業(yè)務(wù)，也負責處理面向中高端用戶(hù)的多媒體業(yè)務(wù)。

　　3.1.2　方式二：疊加演進(jìn)方式

　　疊加方式是在現有固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )邊疊加一個(gè)完整的IMS網(wǎng)絡(luò )，現有固網(wǎng)NGN和新建IMS兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )在一段時(shí)期內共存，并各自獨立發(fā)展用戶(hù)。當IMS系統逐漸成熟后，可以將用戶(hù)逐漸從固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )向IMS網(wǎng)絡(luò )遷移。

　　本方式下，IMS網(wǎng)絡(luò )所有設備均為新建，本方式下新建的IMS網(wǎng)絡(luò )與原固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )完全獨立，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò )之間可以通過(guò)SIP協(xié)議互通，或者通過(guò)PLMN互通。

　　該方式下的業(yè)務(wù)分工：原有固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )正常處理各種業(yè)務(wù)，新建的IMS網(wǎng)絡(luò )主要處理面向中高端用戶(hù)的多媒體業(yè)務(wù)，AGCF/MGCF設備則在驗證現網(wǎng)業(yè)務(wù)可行性的同時(shí)，根據需求開(kāi)放部分語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

　　3.1.3　演進(jìn)方式比較（見(jiàn)表3）

表3　演進(jìn)方式比較


(點(diǎn)擊看大圖)

　　采用方式一，由于現階段IMS系統的成熟性還有待進(jìn)一步驗證，因此對商用固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )的升級改造具有一定的風(fēng)險。因此方案不建議采納。方式二中新建一套IMS系統，進(jìn)行新業(yè)務(wù)需求的測試，系統測試成功后，將現有固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)向IMS系統進(jìn)行牽移。在演進(jìn)過(guò)程中，采取“分步走”的策略，充分驗證軟交換向IMS演進(jìn)的技術(shù)可行性，保證平滑演進(jìn)，并對現網(wǎng)業(yè)務(wù)影響最小。因此推薦采用方式二。

　　3.2　固網(wǎng)NGN向IMS演進(jìn)步驟

　　采取“分步走”的策略，演進(jìn)步驟如下。

　　3.2.1　步驟1

　　（1）新建IMS網(wǎng)絡(luò )，引入新的網(wǎng)元設備，實(shí)現寬帶智能終端的接入；

　　（2）增加業(yè)務(wù)平臺服務(wù)器，實(shí)現多媒體業(yè)務(wù)、智能網(wǎng)業(yè)務(wù)及PSS業(yè)務(wù)功能。

　　原有固網(wǎng)NGN系統與新建IMS系統的業(yè)務(wù)分工為：原固網(wǎng)NGN負責現有語(yǔ)音業(yè)務(wù)的處理，新建IMS負責向中、高端用戶(hù)提供有特色的多媒體業(yè)務(wù)。本步驟中現有業(yè)務(wù)不受影響。

　　3.2.2　步驟2

　　在新建的IMS試驗網(wǎng)中新建1套小容量AGCF網(wǎng)元設備，實(shí)現基于IMS的PES功能，驗證固定軟交換向IMS的演進(jìn)過(guò)程中對PSTN語(yǔ)音業(yè)務(wù)的繼承程度（目前AGCF的標準和設備尚需要完善，因此需要單獨布置）。該步驟對現有語(yǔ)音業(yè)務(wù)不造成影響。

　　該步驟中需要驗證：新增AGCF網(wǎng)元實(shí)現基于IMS的PES業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)的實(shí)現對于現網(wǎng)業(yè)務(wù)牽移非常關(guān)鍵。

　　3.2.3　步驟3

　　新建的IMS網(wǎng)絡(luò )測試試用穩定后，將現網(wǎng)中的軟交換機升級為IMS網(wǎng)絡(luò )中的AGCF或MGCF，將用戶(hù)數據割接至HSS，將業(yè)務(wù)邏輯割接至應用服務(wù)器，并逐步實(shí)現統一計費、統一網(wǎng)管。

　　該步驟是在新建IMS技術(shù)成熟的前提下，將現有業(yè)務(wù)割接至IMS系統，從而實(shí)現固網(wǎng)NGN系統向IMS的演進(jìn)。

　　3.3　結論

　　通過(guò)上述的演進(jìn)方式分析可知，固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )從技術(shù)上尚不具備直接向IMS網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的條件。不過(guò)可以通過(guò)“分布演進(jìn)”的方式，逐步實(shí)現固網(wǎng)NGN與IMS網(wǎng)絡(luò )的融合。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)融合過(guò)程中要特別注意兩點(diǎn)：第一，IMS演進(jìn)應減小對現有網(wǎng)絡(luò )的影響，尤其是當固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)承載了商用業(yè)務(wù)時(shí)；第二，IMS網(wǎng)絡(luò )應循序漸進(jìn)，當新建IMS網(wǎng)絡(luò )運行穩定，且固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )向IMS演進(jìn)技術(shù)成熟后，再進(jìn)行融合。從長(cháng)遠來(lái)看，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò )將實(shí)現IMS網(wǎng)絡(luò )作為核心。

4、結束語(yǔ)

　　從技術(shù)發(fā)展水平來(lái)看，固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )與IMS網(wǎng)絡(luò )的融合是大勢所趨。但通過(guò)對現網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò )向IMS演進(jìn)的分析，結合當前的國際規范、技術(shù)水平、廠(chǎng)家提供設備等情況來(lái)看，IMS網(wǎng)絡(luò )完全兼容現網(wǎng)NGN還是存在一定問(wèn)題的，還需要進(jìn)一步研究相關(guān)技術(shù)問(wèn)題的解決方案。不過(guò)從網(wǎng)絡(luò )長(cháng)遠發(fā)展的角度考慮，非常有必要開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)技術(shù)方案的試驗，為今后網(wǎng)絡(luò )融合奠定基礎，并進(jìn)行相關(guān)技術(shù)儲備。相信不遠的將來(lái)，IMS網(wǎng)絡(luò )與現網(wǎng)NGN必將實(shí)現真正意義上的融合。

中國聯(lián)通


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