現(xiàn)有固網(wǎng)NGN向IMS演進(jìn)方案研究
2007/07/27
摘要 本文對(duì)固網(wǎng)NGN技術(shù)及IMS技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行了比較，并對(duì)現(xiàn)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(tǒng)）是3GPP在Release5版本提出的支持IP多媒體業(yè)務(wù)的子系統(tǒng)，它的核心特點(diǎn)是采用SIP協(xié)議和與接入的無關(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(xiàn)固定網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的融合。因此IMS被認(rèn)為將是下一代網(wǎng)絡(luò)的理想目標(biāo)架構(gòu)。
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。
接入無關(guān)性；更加徹底的分離；網(wǎng)絡(luò)更加標(biāo)準(zhǔn)和統(tǒng)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(tǒng)還有一些其他關(guān)鍵技術(shù)的區(qū)別，包括登記注冊、QoS、漫游、安全性等方面。
2.1.2 網(wǎng)元設(shè)置
在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架上，固網(wǎng)NGN與IMS都采用了分層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，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(qū)別在于固網(wǎng)NGN注重物理實(shí)現(xiàn)，將控制層的功能集中在軟交換機(jī)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(xiàn)，如會(huì)話控制由CSCF實(shí)體實(shí)現(xiàn)、互通功能由MGCF/MGW實(shí)現(xiàn)、用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在HSS中，網(wǎng)絡(luò)更加分布化，邏輯實(shí)體并不一定對(duì)應(yīng)物理實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)功能模塊化有利于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)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(gòu)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)，可提供基本電話業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)等；SoftSwitch具備SSP功能，通過SG與現(xiàn)網(wǎng)SCP互通，提供現(xiàn)有智能網(wǎng)業(yè)務(wù)；SoftSwitch與應(yīng)用服務(wù)器之間通過SIP、H.323、Radius等協(xié)議互通；通過Parlay-GW/OSA-GW提供API接口，為第三方提供業(yè)務(wù)開發(fā)平臺(tái)。
由此可見，固網(wǎng)NGN的業(yè)務(wù)邏輯分布在AS與軟交換機(jī)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(xiàn)，S-CSCF只完成會(huì)話控制功能，業(yè)務(wù)集中在AS中，且在AS與控制層之間提供開放的業(yè)務(wù)接口，因此IMS更利于第三方業(yè)務(wù)的開發(fā)。
IMS的業(yè)務(wù)提供方式如下。
IMS通過IM-SSF和傳統(tǒng)智能業(yè)務(wù)（CAMEL、INAP等）的互通，實(shí)現(xiàn)已有的智能業(yè)務(wù)的繼承；IMS通過AS可以提供基于SIP的業(yè)務(wù)，如IM、Poc、Presence等；IMS通過Parlay-GW/OSA-GW（Open
Services Access-Gate-way）提供API接口，為第三方提供業(yè)務(wù)開發(fā)平臺(tái)。
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(shè)備提供傳統(tǒng)POS話機(jī)的接入；話音業(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H.323協(xié)議支持。固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò)接入的終端是依據(jù)接入設(shè)備的IP地址和端口號(hào)在網(wǎng)絡(luò)中標(biāo)識(shí)的，因此不需進(jìn)行嚴(yán)格的接入注冊和簽權(quán)認(rèn)證。在固網(wǎng)NGN中通過IAD或AG接入的POS話機(jī)是基于接口標(biāo)識(shí)的，不具有移動(dòng)性；但對(duì)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(shè)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話機(jī)接入的SIP
IAD設(shè)備，終端接入IMS需進(jìn)行雙向注冊認(rèn)證。另外IMS是基于移動(dòng)網(wǎng)發(fā)展而來的，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(cè)采用基于IP承載的SIP協(xié)議通信，IP技術(shù)與承載媒體無關(guān)的特性，使得IMS體系可以支持各種接入方式。不過IMS目前尚缺乏廣泛的應(yīng)用驗(yàn)證，成熟性較差，RIMS距離完全繼承PSTN網(wǎng)絡(luò)能力的目標(biāo)還有一定距離。從長遠(yuǎn)來看，IMS將是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然。
2.2 國際標(biāo)準(zhǔn)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(dú)立于接入方式，但是目前來講還是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只能夠提供話音業(yè)務(wù)和多媒體業(yè)務(wù)，而IMS-Based固網(wǎng)NGN的目標(biāo)是能夠提供所有的業(yè)務(wù)，包括話音業(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(rèn)為一種比較好的控制層面融合的目標(biāo)體系。
討論現(xiàn)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(xiàn)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(gòu)采用面向子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)非常靈活方便，一方面可以方便地直接引入和修改其他標(biāo)準(zhǔn)組織定義的子系統(tǒng)，另一方面將來如果有新的業(yè)務(wù)類別需求時(shí)，定義添加一個(gè)新的子系統(tǒng)即可，對(duì)已有的子系統(tǒng)影響很小�；贗MS的固網(wǎng)NGN融合架構(gòu)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(gòu)
業(yè)務(wù)層包括下面的元素：PSTN/ISDN模擬子系統(tǒng)（PSS）即IMS核心子系統(tǒng)、PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)（PES）、其他多媒體子系統(tǒng)（如流媒體子系統(tǒng)、內(nèi)容多播子系統(tǒng)等）和應(yīng)用以及可以用于多個(gè)子系統(tǒng)的公共元素（如接入應(yīng)用、計(jì)費(fèi)功能、用戶屬性管理、安全管理和路由管理等）；傳送層為用戶終端提供了基本的IP連接的能力，其中的網(wǎng)絡(luò)附屬子系統(tǒng)（NASS）和資源認(rèn)證控制子系統(tǒng)（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用戶終端提供了IP的連續(xù)性。
業(yè)務(wù)層的PSS和PES子系統(tǒng)針對(duì)不同的終端類型和業(yè)務(wù)需求而設(shè)計(jì)。使用PSS和PES主要目的是使寬窄帶域完全分離，即SIP用戶通過PSS子系統(tǒng)完成接入和業(yè)務(wù)提供，窄帶用戶通過PES子系統(tǒng)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(tǒng)為連接到固網(wǎng)NGN中的傳統(tǒng)固網(wǎng)終端（指通過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(duì)象主要針對(duì)于現(xiàn)有的大量PSTN終端。PES子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)可以有兩種方式。
方式一：基于軟交換的PES，即基于現(xiàn)有軟交換的實(shí)現(xiàn)方式（從傳統(tǒng)交換機(jī)移植），不需要內(nèi)部接口標(biāo)準(zhǔn)化，只需要標(biāo)準(zhǔn)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，以及用戶體驗(yàn)�；谲浗粨Q的PES已經(jīng)部署在固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò)中，用戶數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)在5020
MGC中實(shí)現(xiàn)，能夠?qū)崿F(xiàn)100%的PSTN特性。
方式二：基于IMS的PES，使用IMS架構(gòu)實(shí)現(xiàn)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P1接口（H.248）控制MG，向上通過Mw接口接入IMS核心；二是應(yīng)用服務(wù)器中的PES業(yè)務(wù)邏輯。AGCF負(fù)責(zé)控制MG，提供業(yè)務(wù)無關(guān)的能力（Hook處理、Tone、Announcement等），業(yè)務(wù)觸發(fā)基于用戶屬性（iFC），PES業(yè)務(wù)完全由應(yīng)用服務(wù)器提供，功能結(jié)構(gòu)和接口協(xié)議與IMS基本一致。
上述兩種PES實(shí)現(xiàn)方式中IMS的PES方式實(shí)現(xiàn)與IMS的融合是當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)還不完善，雖然已經(jīng)有了基本框架，但具體細(xì)節(jié)、流程、接口還未明確，估計(jì)在TISPAN
Realse2中最終確定。
由此可見，PES更加適合固網(wǎng)運(yùn)營商向IMS演進(jìn)及融合，對(duì)移動(dòng)運(yùn)營商，擁有的固網(wǎng)用戶規(guī)模非常小，建設(shè)IMS網(wǎng)絡(luò)的主要目的是借助新技術(shù)實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢延伸，快速、低成本進(jìn)行全業(yè)務(wù)網(wǎng)建設(shè)，因此移動(dòng)運(yùn)營商應(yīng)關(guān)注PSS方式。
最終融合后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)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(gòu)
2.3 技術(shù)比較結(jié)論
從以上技術(shù)特點(diǎn)比較和國際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展趨勢看，固網(wǎng)NGN和IMS的融合是必然趨勢�，F(xiàn)有固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò)向IMS架構(gòu)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(jié)以一個(gè)固網(wǎng)NGN網(wǎng)向IMS演進(jìn)為例，說明具體的演進(jìn)方式。
3.1 固網(wǎng)NGN向INS演進(jìn)方式
從總體來看，現(xiàn)網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意如圖3所示。
圖3 固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀示意圖
現(xiàn)有固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)帶有商用用戶，從現(xiàn)有固網(wǎng)NGN系統(tǒng)向IMS的演進(jìn)有兩個(gè)前提：
�。�1）保證現(xiàn)有業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行；
（2）IMS技術(shù)已經(jīng)得到充分驗(yàn)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(xiàn)有固網(wǎng)NGN系統(tǒng)直接向IMS架構(gòu)演進(jìn)：將固網(wǎng)NGN系統(tǒng)網(wǎng)元全部升級(jí)為IMS的網(wǎng)元，并補(bǔ)充相關(guān)IMS設(shè)備，將固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò)直接升級(jí)為IMS網(wǎng)絡(luò)，通過IMS網(wǎng)絡(luò)開放業(yè)務(wù)。
該方式下的業(yè)務(wù)分工：升級(jí)后的IMS網(wǎng)絡(luò)既負(fù)責(zé)處理語音業(yè)務(wù)，也負(fù)責(zé)處理面向中高端用戶的多媒體業(yè)務(wù)。
3.1.2 方式二：疊加演進(jìn)方式
疊加方式是在現(xiàn)有固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò)邊疊加一個(gè)完整的IMS網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)有固網(wǎng)NGN和新建IMS兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)在一段時(shí)期內(nèi)共存，并各自獨(dú)立發(fā)展用戶。當(dāng)IMS系統(tǒng)逐漸成熟后，可以將用戶逐漸從固網(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(shè)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(dú)立，兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間可以通過SIP協(xié)議互通，或者通過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的多媒體業(yè)務(wù)，AGCF/MGCF設(shè)備則在驗(yàn)證現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)可行性的同時(shí)，根據(jù)需求開放部分語音業(yè)務(wù)。
3.1.3 演進(jìn)方式比較（見表3）
表3 演進(jìn)方式比較
(點(diǎn)擊看大圖)
采用方式一，由于現(xiàn)階段IMS系統(tǒng)的成熟性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證，因此對(duì)商用固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)改造具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此方案不建議采納。方式二中新建一套IMS系統(tǒng)，進(jìn)行新業(yè)務(wù)需求的測試，系統(tǒng)測試成功后，將現(xiàn)有固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò)用戶向IMS系統(tǒng)進(jìn)行牽移。在演進(jìn)過程中，采取“分步走”的策略，充分驗(yàn)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(duì)現(xiàn)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(shè)備，實(shí)現(xiàn)寬帶智能終端的接入；
�。�2）增加業(yè)務(wù)平臺(tái)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)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(tǒng)與新建IMS系統(tǒng)的業(yè)務(wù)分工為：原固網(wǎng)NGN負(fù)責(zé)現(xiàn)有語音業(yè)務(wù)的處理，新建IMS負(fù)責(zé)向中、高端用戶提供有特色的多媒體業(yè)務(wù)。本步驟中現(xiàn)有業(yè)務(wù)不受影響。
3.2.2 步驟2
在新建的IMS試驗(yàn)網(wǎng)中新建1套小容量AGCF網(wǎng)元設(shè)備，實(shí)現(xiàn)基于IMS的PES功能，驗(yàn)證固定軟交換向IMS的演進(jìn)過程中對(duì)PSTN語音業(yè)務(wù)的繼承程度（目前AGCF的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備尚需要完善，因此需要單獨(dú)布置）。該步驟對(duì)現(xiàn)有語音業(yè)務(wù)不造成影響。
該步驟中需要驗(yàn)證：新增AGCF網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)基于IMS的PES業(yè)務(wù)，該業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)對(duì)于現(xiàn)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(wěn)定后，將現(xiàn)網(wǎng)中的軟交換機(jī)升級(jí)為IMS網(wǎng)絡(luò)中的AGCF或MGCF，將用戶數(shù)據(jù)割接至HSS，將業(yè)務(wù)邏輯割接至應(yīng)用服務(wù)器，并逐步實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一計(jì)費(fèi)、統(tǒng)一網(wǎng)管。
該步驟是在新建IMS技術(shù)成熟的前提下，將現(xiàn)有業(yè)務(wù)割接至IMS系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)固網(wǎng)NGN系統(tǒng)向IMS的演進(jìn)。
3.3 結(jié)論
通過上述的演進(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。不過可以通過“分布演進(jìn)”的方式，逐步實(shí)現(xiàn)固網(wǎng)NGN與IMS網(wǎng)絡(luò)的融合。同時(shí)在網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)融合過程中要特別注意兩點(diǎn)：第一，IMS演進(jìn)應(yīng)減小對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響，尤其是當(dāng)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(yīng)循序漸進(jìn)，當(dāng)新建IMS網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行穩(wěn)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。從長遠(yuǎn)來看，未來的網(wǎng)絡(luò)將實(shí)現(xiàn)IMS網(wǎng)絡(luò)作為核心。
4、結(jié)束語
從技術(shù)發(fā)展水平來看，固網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò)與IMS網(wǎng)絡(luò)的融合是大勢所趨。但通過對(duì)現(xiàn)網(wǎng)NGN網(wǎng)絡(luò)向IMS演進(jìn)的分析，結(jié)合當(dāng)前的國際規(guī)范、技術(shù)水平、廠家提供設(shè)備等情況來看，IMS網(wǎng)絡(luò)完全兼容現(xiàn)網(wǎng)NGN還是存在一定問題的，還需要進(jìn)一步研究相關(guān)技術(shù)問題的解決方案。不過從網(wǎng)絡(luò)長遠(yuǎn)發(fā)展的角度考慮，非常有必要開始進(jìn)行相關(guān)技術(shù)方案的試驗(yàn)，為今后網(wǎng)絡(luò)融合奠定基礎(chǔ)，并進(jìn)行相關(guān)技術(shù)儲(chǔ)備。相信不遠(yuǎn)的將來，IMS網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)網(wǎng)NGN必將實(shí)現(xiàn)真正意義上的融合。
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