基于IMS的固網(wǎng)移動融合技術(shù)的研究

摘要:該文分析了以IMS為基礎(chǔ)的固網(wǎng)移動融合技術(shù)，從各個角度分析了融合技術(shù)的發(fā)展和它與IMS網(wǎng)絡(luò)間的關(guān)系。并且分析了IMS是如何對固網(wǎng)融合技術(shù)支持。首先介紹了IMS的基本概念，以及FMC，并把它分成了四種類型。 最后給出了以IMS實現(xiàn)固網(wǎng)移動融合的適用性。

關(guān)鍵詞:IMS;融合技術(shù);核心網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號:TN915文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1009-3044(2009)36-10230-03

FMC Technology Based on IMS Research

GUO Ning

(Department of Software Engineering， Tongji University， Shanghai 200441， China)

Abstract: This paper presents a Fixed Mobile Convergence technology based on IMS in variety of perspectives. The main focus is the relationship of FMC and IMS， and especially how IMS supports FMC in different aspects. Introduced the basic conception of IMS， and FMC， and gives four types of convergence. And finally gives a conclusion of the fitness of IMS to implement FMC.

Key words: IMS; FMC; core network

“固網(wǎng)移動融合”(FMC)這個術(shù)語的語義比較模糊。在本文中，我將盡量澄清這個概念，通過區(qū)分不同類型的融合以及將IMS與它們分別對應(yīng)。而IMS作為3G網(wǎng)絡(luò)中核心網(wǎng)的一個重要部分，也將在本文中進(jìn)行介紹。

1 IMS的基本概念和發(fā)展概況

IMS(IP Multimedia Subsystem)是IP多媒體系統(tǒng)，是一種全新的多媒體業(yè)務(wù)形式，它能夠滿足現(xiàn)在的終端客戶更新穎、更多樣化多媒體業(yè)務(wù)的需求。目前，IMS被認(rèn)為是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，也是解決移動與固網(wǎng)融合，引入語音、數(shù)據(jù)、視頻三重融合等差異化業(yè)務(wù)的重要方式。但是，目前全球IMS網(wǎng)絡(luò)多數(shù)處于初級階段，應(yīng)用方式也處于業(yè)界探討當(dāng)中。

1.1 IMS-概述

IMS最初是由3GPP(第三代合作伙伴計劃)組織制定的一項3G網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在這項標(biāo)準(zhǔn)已為ITU-T(國際電聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化部門)和ETSI(歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化委員會)認(rèn)可，被納入下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的核心框架之中。它被認(rèn)為是未來實現(xiàn)固定網(wǎng)和移動網(wǎng)融合(FMC)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。

IMS的體系結(jié)構(gòu)分為業(yè)務(wù)層、控制層和鏈接層。業(yè)務(wù)層由應(yīng)用(和內(nèi)容)服務(wù)器組成，負(fù)責(zé)為用戶提供增值服務(wù)?？刂茖佑删W(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器組成，負(fù)責(zé)管理呼叫或會話的設(shè)定、修改和釋放。在這些服務(wù)器中最重要的是具有呼叫會話控制功能(CSCF)的SIP服務(wù)器。在控制層中，還配置了計費、運營維護(hù)等多功能。邊界網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)與其他運營商網(wǎng)絡(luò)或其他類型網(wǎng)絡(luò)之間的互通。連接層由用于骨干網(wǎng)和接入網(wǎng)的路由器及交換機組成。

IMS符合下一代網(wǎng)絡(luò)把呼叫控制和傳輸分離的要求;它基于SIP，與接入無關(guān)，符合網(wǎng)絡(luò)向“多種終端——多種接入——統(tǒng)一控制核心網(wǎng)——多種應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)”演變的發(fā)展方向，使得多種業(yè)務(wù)能同時進(jìn)行交互，以形成一個更加靈活的通信平臺。不僅可以實現(xiàn)人到內(nèi)容的多媒體通信，還能實現(xiàn)人到人的多媒體通信。IMS將最終融合固定網(wǎng)、移動網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、無線網(wǎng)等各種網(wǎng)絡(luò)，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，支持更豐富的定制化業(yè)務(wù)。

1.2 IMS-發(fā)展歷程

國際第三代移動通信組織3GPP一直在進(jìn)行它稱為IP多媒體子系統(tǒng)IMS的標(biāo)準(zhǔn)化研究。在3GPP的文件R5中，IMS是UMTS核心網(wǎng)絡(luò)中提供端到端多媒體業(yè)務(wù)和集群多媒體業(yè)務(wù)的中心。在3GPP的R6中，IMS已經(jīng)被定義為支持所有IP接入網(wǎng)的多媒體業(yè)務(wù)核心網(wǎng)，可以支持任何一種移動的或固定的、有線的或無線的IP-CAN(IP Connectivity Access Networks)，包括W-CDMA，CDMA2000，Ethernet，xDSL以及Wireless LAN等等。

IMS由控制多媒體會話的網(wǎng)絡(luò)實體組成，在UMTS中IMS是提供IP多媒體服務(wù)的核心。IP多媒體服務(wù)使用GPRS網(wǎng)絡(luò)來進(jìn)行傳輸。網(wǎng)絡(luò)提供者同時為IP多媒體服務(wù)提供傳輸實體和網(wǎng)絡(luò)控制實體。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)同時允許為第三方提供附加的IP多媒體服務(wù)。

在UMTS版本5或更高的版本中，新增加的主要內(nèi)容就是添加了兩個全新的具有重要能力的IMS。第一，增加類似呼叫狀態(tài)控制功能(CSCF)的新的網(wǎng)絡(luò)實體來提供基本的IP多媒體服務(wù)，例如在兩個用戶間的多媒體會話的發(fā)起。第二，相互兼容已經(jīng)發(fā)展到可以提煉一些網(wǎng)絡(luò)實體能力的階段，例如開放業(yè)務(wù)接入(OSA)服務(wù)能力。利用基本的IP多媒體服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)提供的能力，OSA服務(wù)能力的功能被期望能夠激勵第三方新的IP多媒體服務(wù)的產(chǎn)生。

一個IMS包括一個或多個CSCF、媒體網(wǎng)關(guān)控制功能(MGCF)、IMS媒體網(wǎng)關(guān)、多媒體資源功能處理器(MRFC)、訂閱位置功能、中斷網(wǎng)關(guān)控制功能(BGCF)和應(yīng)用服務(wù)器。我們下面解釋IMS如何實現(xiàn)其主要功能和如何為UMTS增加支持多媒體業(yè)務(wù)。

IPv6--IMS的信令和會話業(yè)務(wù)都是通過IP承載的，但是，并不是任何版本的IP都是可以使用的，IMS要求只有IPv6才能在IMS域中使用。雖然這將使UMTS這一全球第一商業(yè)系統(tǒng)廣泛地發(fā)展IPv6，但是這仍將是一個大膽的要求，因為:

IMS中的IP尋址與分組域骨干網(wǎng)中使用的(例如IPv4)和電路域中使用的是不同的，所以IPv6和IPv4互通的問題需要解決。

用于移動臺接入IP多媒體服務(wù)的IP尋址范圍必須在IMS尋址域內(nèi)，這個尋址域是在建立好IP連接時激活的PDP上下文中安排好的。IP地址可以從服務(wù)域而不是歸屬域的GGSN中獲得，從路由的效率來考慮，這是一個優(yōu)點。

呼叫/會話控制--CSCF使用SIP在呼叫控制中發(fā)揮了核心作用。CSCF可以比作電路域語音通話中移動交換中心的信令部分和控制部分。除了語音通信之外，它還能支持多媒體會話。SIP是在移動臺和CSCF之間、CSCF之間、CSCF和MGCF之間、CSCF和應(yīng)用服務(wù)器之間有關(guān)信令方面的協(xié)議。CSCF起到了很多作用:作為代理CSCF(P-CSCF)，這是移動臺和IMS連接最初的一點;作為提供服務(wù)的CSCF(S-CSCF)，可以用于會話控制;作為詢問CSCF(I-CSCF)，這是網(wǎng)絡(luò)中各個移動臺的有關(guān)IMS信令的一個主要的連接點。

PSTN互通--當(dāng)會話的一端為IMS用戶，而會話的另一端是公共電話交換網(wǎng)用戶時，網(wǎng)絡(luò)需要四個新的功能實體-IMS媒體網(wǎng)關(guān)、MGCF、信令網(wǎng)關(guān)和BGCF。BGCF具有支持PSTN與PS域之間的呼叫的功能。媒體網(wǎng)關(guān)用來完成在兩端用不同格式編碼的媒體信號的翻譯。MGCF控制IMS媒體網(wǎng)關(guān)，提供在基于SIP的和基于ISUP信令之間應(yīng)用級的信令翻譯，并且與S-CSCF進(jìn)行通信。傳輸級的在基于IP的和基于SS7的信令翻譯由SGW完成。BGCF識別網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)中的MGCF，并確定進(jìn)入PSTN的位置。

處理用戶簽訂的信息和用戶狀態(tài)的信息--歸屬用戶服務(wù)器(HSS)是主要的數(shù)據(jù)庫，它存儲用戶簽訂的業(yè)務(wù)信息和本地信息。它可以被考慮為一個增強型GSM網(wǎng)絡(luò)中的歸屬位置寄存器。因為在網(wǎng)絡(luò)中有幾個HSS存在，在注冊和會話建立過程中，為了找到有目標(biāo)用戶信息的HSS，用戶位置功能被CSCF詢問。用戶位置功能不需要在單一的HSS環(huán)境下實現(xiàn)，因為CSCF知道哪一個HSS會被使用。

可以使用各種不同的應(yīng)用服務(wù)器，包括基于SIP的應(yīng)用服務(wù)器和OSA應(yīng)用服務(wù)器，這些應(yīng)用服務(wù)器可以實現(xiàn)各種服務(wù)，例如語音提示服務(wù)和預(yù)付費服務(wù)。支持多種服務(wù)的應(yīng)用服務(wù)器還可以促進(jìn)新的業(yè)務(wù)的產(chǎn)生。在這兩種情況下，SIP為S-CSCF的信令服務(wù)，然而，在一個OSA應(yīng)用服務(wù)器的例子中，一個OSA容量服務(wù)器應(yīng)該插入在OSA應(yīng)用服務(wù)器和S-CSCF之間。

多方會議-媒體資源功能處理器(MRFP)和媒體資源功能控制器(MRFC)支持多方多媒體會議，并能體現(xiàn)媒體資源(例如，語音提示功能)的實際能力。MRFP處理和混合實際的媒體流，MRFC控制MRFP的媒體流資源。

其他問題-在設(shè)計和標(biāo)準(zhǔn)化UMTS的過程中，產(chǎn)生了很多復(fù)雜的問題。例如，在2000年底才確定下來一個用戶的服務(wù)控制由它的歸屬網(wǎng)絡(luò)來執(zhí)行，并且，當(dāng)用戶漫游到國外網(wǎng)絡(luò)時，這個功能仍然適用，但是，因為存在僅僅由歸屬域控制產(chǎn)生的潛在的劣勢，例如，歸屬域的過載和處理分組上的延遲，所以由訪問域進(jìn)行控制的問題也已經(jīng)開始考慮了。而且，關(guān)于支持由訪問域和歸屬域通過IMS共同控制的問題，3GPP已經(jīng)討論了一段時間了。然而支持兩種模式必定會使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。因此，3GPP最終決定使用歸屬域來控制，但是，以后可能會重新進(jìn)行這一問題的討論。

2 固網(wǎng)移動融合的概念和分類

固定移動融合(FMC)是指網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)提供與接入技術(shù)和終端設(shè)備相獨立。從用戶角度看，F(xiàn)MC的目的是使用戶通過不同接入網(wǎng)絡(luò)，享受相同服務(wù)，獲得相同業(yè)務(wù)，主要特征是用戶訂閱的業(yè)務(wù)與接入點和終端無關(guān)，也就是允許用戶從固定或移動終端通過任何合適的接入點使用同一業(yè)務(wù)。FMC可以使用戶在一個終端、一個帳單的前提下，在辦公室或家里使用固定網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，而在戶外，則通過無線/移動網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。FMC同時還包含了這樣一個概念，就是在固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)之間，終端能夠無縫漫游，對用戶而言，這也意味著簡單和方便。

FMC提出的直接動因在于下述幾個因素:移動電話及IP電話大量分流固定電話，人們期望充分發(fā)掘固網(wǎng)資源潛力、延長固網(wǎng)生存期;無論固定還是移動網(wǎng)，其同質(zhì)或異質(zhì)競爭日益加劇、價格戰(zhàn)愈演愈烈、增量不增收現(xiàn)象日益嚴(yán)重;隨著全球信息化的推進(jìn)，以及人類生活、工作方式的改變，人們不再僅滿足于傳統(tǒng)語言通信，對數(shù)據(jù)、多媒體、視頻類業(yè)務(wù)提出了更多、更緊迫的需求。

2.1 設(shè)備融合

這類融合必須依賴于設(shè)備連接單個或獨立網(wǎng)絡(luò)的能力，無論是用固網(wǎng)還是移動的接入方式(例如WiFi和GSM/UMTS)。

通用移動接入(UMA)，在3GPP里也稱作通用接入網(wǎng)(GAN)，是這類融合的一種解決方案，因為它允許添加對移動核心網(wǎng)的IP訪問，同時保持多級信令棧，以提供各標(biāo)準(zhǔn)之間，例如WiFi和蜂窩接入之間的交接。UMA/GAN需要接入網(wǎng)中有專門的基站來新添加對移動核心網(wǎng)的訪問。

IMS的語音呼叫連續(xù)性(VCC)規(guī)范支持類似的功能，但這里的交接是通過在IMS核心網(wǎng)和移動核心網(wǎng)間的切換來實現(xiàn)的。與VCC的一個問題是，語音服務(wù)是跨越兩個不同的核心網(wǎng)(IMS和預(yù)IMS移動核心支持)，這可能會導(dǎo)致問題，因為增值服務(wù)應(yīng)當(dāng)在統(tǒng)一或者至少在兩個相干網(wǎng)絡(luò)中執(zhí)行。3GPP IMS的集中服務(wù)(ICS)也許可以解決這個問題，它可以為IMS和預(yù)IMS移動核心網(wǎng)的定位增值語音服務(wù)到單個IMS電話服務(wù)器中的(TAS)中。

總體而言，設(shè)備融合嚴(yán)重依賴于雙模設(shè)備，同時也需要相關(guān)市場的滲透。它可能也面臨諸如用戶體驗和電池消耗之類的技術(shù)問題。注意這是唯一一類依賴于設(shè)備通過不同方式接入到網(wǎng)絡(luò)的能力的融合。

2.2 服務(wù)融合

服務(wù)融合依賴于服務(wù)實現(xiàn)中的融合支持。通常，固網(wǎng)和移動設(shè)備分別通過他們不同的訪問方式訪問他們各自的網(wǎng)絡(luò)。通過允許服務(wù)在不同接入技術(shù)和設(shè)備中一起發(fā)布，這樣特別的實現(xiàn)使服務(wù)具有融合性。這通常意味著移動和固網(wǎng)之間身份的聯(lián)合，對融合型服務(wù)的使用，以及對固網(wǎng)移動OSS/BSS功能的強化，以發(fā)布一套一致的條款和總的賬單。

這種方法的缺點是服務(wù)要被一個一個地作成具有融合性，無論是總體上基于服務(wù)的實現(xiàn)，還是與一個專門的，例如處理固網(wǎng)/移動聯(lián)合共享的服務(wù)檔案，這樣的融合性框架整合。這類融合也許要支持會成本很高，且難以演進(jìn)，有時也許會因技術(shù)為題而受限。

2.3 網(wǎng)絡(luò)融合

網(wǎng)絡(luò)融合依賴于核心網(wǎng)支持使用不同接入技術(shù)的不同類型的設(shè)備的能力。一個單獨的IMS核心網(wǎng)也許可以支持不同類型的接入技術(shù)，如GSM， UMTS， LTE， Femtocells， WiFi， xDSL， FTTH， 電路交換的固網(wǎng)接入和電纜，以及相應(yīng)的使用它們的設(shè)備。

基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合要求設(shè)備具有連接到IMS的功能，無論是通過本地或內(nèi)部支持，還是通過本地網(wǎng)關(guān)，還是通過網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)。另一方面，它并不要求設(shè)備支持多種不同的接入技術(shù)(如WiFi和GSM/UMTS)。

孤立地看，網(wǎng)絡(luò)融合，基本上是降低成本的功能，因為它避免了部署網(wǎng)絡(luò)接入特定的核心網(wǎng)絡(luò)，從而削減了經(jīng)營者的資本開支和運營成本。固定和移動設(shè)備還可以利用與不同的服務(wù)記錄相關(guān)聯(lián)的用戶標(biāo)識，并提供訪問差別服務(wù)或服務(wù)實現(xiàn)。

然而，網(wǎng)絡(luò)融合也可以被看作是對實施業(yè)務(wù)融合的支持，因為它意味著支持同樣的(IMS)協(xié)議的設(shè)備(或通過網(wǎng)關(guān))，以及一個通過獨特的核心網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)用程序服務(wù)器的統(tǒng)一訪問?；贗MS的網(wǎng)絡(luò)融合，因此可以被用來以更符合成本效益和簡化的方式支持服務(wù)融合。

網(wǎng)絡(luò)融合目前是一個強有力的IMS驅(qū)動者，它可以使運營商在新式或舊式的接入技術(shù)之間部署新的接入技術(shù)(如WiMax， LTE)或針對特定的融合服務(wù)(如企業(yè)FMC，融合的信息收發(fā))。

此外，基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合也可以被看作是邁向用戶融合這個最終目標(biāo)的一步。

2.4 用戶融合

基本概念:用戶融合依賴于一個獨特的融合性訂閱的支持，它也許使用了融合的用戶標(biāo)識(例如在固網(wǎng)和移動設(shè)備間共享的用戶標(biāo)識)。它建立并擴展于網(wǎng)絡(luò)融合之上。

在這個方法里，運營商在HSS里定義了一個獨特的用戶檔案，它可能包括融合的標(biāo)識，分離的固定和移動標(biāo)識(如果需要的話)，和特定于接入的信息，如認(rèn)證方法和證書。

在最高級的場景里，用戶可以從多個固定或移動設(shè)備上同時注冊同一個用戶標(biāo)識(如sip:john.smith@operator.com)。存儲于HSS上的服務(wù)檔案和相關(guān)的共享標(biāo)識支持融合性的接入和IMS應(yīng)用服務(wù)器，它將一個融合性的用戶檔案和這個標(biāo)識關(guān)聯(lián)起來。在這個方法里，每個部署于IMS框架上并和一個融合的標(biāo)識相關(guān)聯(lián)的服務(wù)事實上已經(jīng)是融合狀態(tài)，因為它可以通過各種設(shè)備和各種接入訪問。

包含了融合標(biāo)識的SIP請求可以被IMS核心網(wǎng)絡(luò)(可能還有應(yīng)用層)智能的處理，通過一系列策略，包括向多個設(shè)備振鈴或發(fā)送請求(如短信)，來選擇最合適的一個。這也許是通過多個標(biāo)準(zhǔn)，如用戶偏好，設(shè)備能力，以及更多動態(tài)信息，如是否在線。

其他有趣的功能包括會話移動性(目前在IETF和3GPP開發(fā)中)，它允許將一個設(shè)備上正在進(jìn)行的會話傳送到另一個上，以及將多媒體會話的不同部分發(fā)送到不同的設(shè)備上的可能，如將的語音/視頻會話的視頻部分發(fā)送到電視上，而將聲音部分發(fā)送到手機上。

3 結(jié)論

該文給出了IMS與FMC的相關(guān)概念并進(jìn)行了分析?？梢钥闯觯琁MS能夠支持所有類型的融合:設(shè)備融合，服務(wù)融合，網(wǎng)絡(luò)融合以及用戶融合。

在本文的觀點中，設(shè)備融合和服務(wù)融合有一定限制，屬于戰(zhàn)略性的呼吁，而這源于它們的成本上的限制。并且，為了支持它們，IMS也許是唯一可用的框架，相比其他而言，它不需要對現(xiàn)有投入進(jìn)行大的調(diào)整。

IMS在固網(wǎng)移動融合技術(shù)上的真正好處在于，網(wǎng)絡(luò)和用戶融合是運營商的規(guī)劃路線圖中的一部分。這些目標(biāo)為了設(shè)備和服務(wù)融合調(diào)整了對IMS的使用，作為與網(wǎng)絡(luò)和用戶融合組合的長遠(yuǎn)戰(zhàn)略的第一步。網(wǎng)絡(luò)融合本身可被用來作為向用戶融合的過渡，它將是IMS中真正具有革命性的一個領(lǐng)域。再加上它支持多媒體通信的功能，可以與服務(wù)相結(jié)合，并且將Internet與電信領(lǐng)域融合到一起。

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