IMS組網(wǎng)策略研究

摘 要 中國的各大電信運(yùn)營已轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆涔叹W(wǎng)、移動多網(wǎng)運(yùn)營資質(zhì)的電信運(yùn)營商，IMS作為業(yè)界公認(rèn)的核心控制層融合技術(shù)，已成為運(yùn)營商推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)融合進(jìn)程中重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)。通過對IMS規(guī)模部署中的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、與其它網(wǎng)絡(luò)的互通、業(yè)務(wù)平臺建設(shè)等方面的研究，提出了如下觀點(diǎn)：在IMS的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)上，運(yùn)營商可以依據(jù)IMS用戶規(guī)模和管理機(jī)制等因素，以大區(qū)或省為單位建設(shè)統(tǒng)一的IMS網(wǎng)絡(luò)；在IMS業(yè)務(wù)平臺建設(shè)上，運(yùn)營商可以依據(jù)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)情況，靈活選擇利用原有業(yè)務(wù)平臺或新建IMS AS來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)融合，同時為固網(wǎng)、移動用戶提供業(yè)務(wù)，最終得出了IMS可以滿足運(yùn)營商多媒體業(yè)務(wù)推廣需求的結(jié)論。

關(guān)鍵詞 IMS 組網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)融合 3GPP

1 引言

面對電信重組后的新環(huán)境，我國電信運(yùn)營商一方面獲得了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，另一方面也面臨著更加激烈的競爭環(huán)境。與所有國際運(yùn)營商的遭遇一樣，在全業(yè)務(wù)經(jīng)營的環(huán)境下，我國運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)始終面臨著如何不斷降低運(yùn)營成本以及如何配置網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)能力來支持新業(yè)務(wù)開展的挑戰(zhàn)。

網(wǎng)絡(luò)融合成為全業(yè)務(wù)運(yùn)營商關(guān)注的重點(diǎn)，融合的網(wǎng)絡(luò)具備開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、靈活的業(yè)務(wù)提供能力、豐富的業(yè)務(wù)體驗以及低成本的建設(shè)和維護(hù)能力，這些成為運(yùn)營商關(guān)注的重要因素。網(wǎng)絡(luò)融合包含多個層次，包括業(yè)務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)層以及終端的融合。業(yè)務(wù)平臺和終端的融合是提升業(yè)務(wù)體驗的重要手段，網(wǎng)絡(luò)是電信運(yùn)營商的核心資源，合理、融合的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是提供融合業(yè)務(wù)能力、降低運(yùn)營成本的基礎(chǔ)。

IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）是 3GPP在Release5版本中提出的支持IP多媒體業(yè)務(wù)的子系統(tǒng)。它的核心特點(diǎn)是采用了SIP協(xié)議和與接入方式無關(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)。

從國際運(yùn)營IMS的近期應(yīng)用和遠(yuǎn)期規(guī)劃來看，運(yùn)營商基本都將IMS作為控制層融合的目標(biāo)架構(gòu)。電信重組后，全業(yè)務(wù)運(yùn)營的模式將促使運(yùn)營商加快IMS的試點(diǎn)和部署，IMS網(wǎng)絡(luò)的部署和應(yīng)用將隨著全業(yè)務(wù)運(yùn)營而逐步擴(kuò)大。

2 IMS組網(wǎng)架構(gòu)

根據(jù)IMS用戶的規(guī)模和運(yùn)營商管理體制，運(yùn)營商可以以省或大區(qū)為單位建設(shè)統(tǒng)一的IMS網(wǎng)絡(luò)，為固定和移動用戶提供業(yè)務(wù)。

2.1 大區(qū)組網(wǎng)

IMS網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，用戶數(shù)較少時，可以以大區(qū)為單位建設(shè)IMS核心網(wǎng)。按照各省的用戶發(fā)展規(guī)模、地理位置的分布等因素劃分為若干大區(qū)，以大區(qū)為中心進(jìn)行IMS網(wǎng)的建設(shè)。

采用大區(qū)組網(wǎng)方式時，網(wǎng)元設(shè)置原則如下：

全國集中設(shè)置的網(wǎng)元：ENUM/DNS系統(tǒng)采用2級架構(gòu)，全國集中設(shè)置根ENUM/DNS，根ENUM/DNS為IMS網(wǎng)內(nèi)域間提供解析和路由服務(wù)。

在大區(qū)中心設(shè)置的網(wǎng)元：IMS核心網(wǎng)中的I-CSCF（問詢呼叫/會話控制功能）、S-CSCF（服務(wù)呼叫/會話控制功能）、BGCF（出口網(wǎng)關(guān)控制功能）、HSS（歸屬用戶服務(wù)器）、SLF（用戶定位功能）、MRFC（媒體資源功能控制器）、大區(qū)中心級ENUM/DNS。

下放到省內(nèi)的網(wǎng)元見表1：

2.2 分省組網(wǎng)

以省為單位建設(shè)IMS網(wǎng)絡(luò)時，在省會城市設(shè)置I-CSCF（問詢呼叫/會話控制功能）、S-CSCF（服務(wù)呼叫/會話控制功能）、HSS（歸屬用戶服務(wù)器）、MRF（媒體資源功能）等網(wǎng)元設(shè)備，為全省的IMS用戶服務(wù)。

采用分省組網(wǎng)方式時，網(wǎng)元設(shè)置原則如下：

全國集中設(shè)置的網(wǎng)元：ENUM/DNS系統(tǒng)采用2級架構(gòu)，全國集中設(shè)置根ENUM/DNS，根ENUM/DNS為IMS網(wǎng)內(nèi)域間提供解析和路由服務(wù)。

在省中心設(shè)置的網(wǎng)元：IMS核心網(wǎng)中的I-CSCF（問詢呼叫/會話控制功能）、S-CSCF（服務(wù)呼叫/會話控制功能）、BGCF（出口網(wǎng)關(guān)控制功能）、P-CSCF（代理呼叫/會話控制功能）、HSS（歸屬用戶服務(wù)器）、SLF（用戶定位功能）、MGCF（媒體網(wǎng)關(guān)控制功能）、省級ENUM/DNS；AS（應(yīng)用服務(wù)器）作為IMS業(yè)務(wù)平臺在省中心集中設(shè)置。

下放到地市的網(wǎng)元：IM-MGW（媒體網(wǎng)關(guān)）、MRFP（媒體資源功能處理器）；接入設(shè)備SBC（會話邊界控制）在各開放業(yè)務(wù)的本地網(wǎng)部署。

2.3 組網(wǎng)方式比較

分省組網(wǎng)適用于用戶規(guī)模較大或有特色業(yè)務(wù)需求的省份；業(yè)務(wù)的提供和發(fā)放靈活，利于分省設(shè)置特色業(yè)務(wù)；組網(wǎng)結(jié)構(gòu)清晰，數(shù)據(jù)配置簡單；各省的維護(hù)管理界面清晰；但是初期可能投資成本較高。

大區(qū)組網(wǎng)適用于網(wǎng)絡(luò)部署初期，規(guī)模較小的省可就近接入大區(qū)中心；但不利于大區(qū)內(nèi)各省省內(nèi)業(yè)務(wù)的自行開發(fā)、管理、制定費(fèi)率，對于快速開展新業(yè)務(wù)有不利影響；數(shù)據(jù)配置復(fù)雜，并且會造成路由迂回；管理界面不清晰，容易造成管理問題，因此需要引入網(wǎng)管和業(yè)務(wù)閥放的分權(quán)分域；初期投資成本較低，但用戶容量增加需要分省部署時，會增加分拆成本。

在實(shí)際應(yīng)用中，建議運(yùn)營商采用大區(qū)組網(wǎng)和分省組網(wǎng)相結(jié)合建設(shè)IMS網(wǎng)絡(luò)，見圖1。ENUM/DNS系統(tǒng)采用2級架構(gòu)，全國集中設(shè)置根ENUM/DNS，獨(dú)立建設(shè)省和大區(qū)中心省分別設(shè)置二級ENUM/DNS。業(yè)務(wù)平臺可以不受IMS網(wǎng)部署影響，各省根據(jù)業(yè)務(wù)需求部署應(yīng)用服務(wù)器。

3 IMS網(wǎng)與現(xiàn)網(wǎng)的互通融合

3.1 IMS與現(xiàn)網(wǎng)的關(guān)系

IMS引入初期，IMS與CS/固網(wǎng)軟交換彼此獨(dú)立、業(yè)務(wù)互通。CS/固網(wǎng)軟交換為用戶提供語音、視頻等業(yè)務(wù)，IMS則為用戶提供多媒體會話類業(yè)務(wù)，IMS和固網(wǎng)軟交換的話音和消息業(yè)務(wù)互通。

未來，隨著IMS的發(fā)展和用戶數(shù)增多，逐步實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的融合用戶數(shù)據(jù)管理；現(xiàn)網(wǎng)PS域為IMS域提供接入，兩者業(yè)務(wù)分擔(dān)；現(xiàn)網(wǎng)CS/固網(wǎng)軟交換網(wǎng)元升級改造為IMS核心網(wǎng)元或接入網(wǎng)元；多媒體彩鈴等業(yè)務(wù)平臺融合；最終實(shí)現(xiàn)以IMS為統(tǒng)一控制核心的融合網(wǎng)絡(luò)。

3.2 與現(xiàn)網(wǎng)核心網(wǎng)的互通融合方案

3.2.1 IMS與CS域/固網(wǎng)軟交換互通融合

IMS與現(xiàn)網(wǎng)的互通通過IMS互通網(wǎng)元MGCF、IM-MGW實(shí)現(xiàn)，MGCF負(fù)責(zé)完成信令流的互通，并控制IM-MGW完成媒體流的互通。IM-MGW負(fù)責(zé)在MGCF的控制下完成IMS側(cè)IP承載與CS域/固網(wǎng)軟交換承載之間的轉(zhuǎn)換，并提供承載控制和媒體處理能力。

若IMS域內(nèi)有多套MGCF/IM-MGW，多套MGCF/IM-MGW有兩種工作方式：

方式一：負(fù)荷分擔(dān)方式

多套MGCF/IM-MGW所連局向相同，由BGCF負(fù)荷分擔(dān)選擇MGCF/IM-MGW，MGCF/IM-MGW所連接的CS域/固網(wǎng)軟交換也負(fù)荷分擔(dān)選擇MGCF/IM-MGW疏通話務(wù)。

方式二：分管轄區(qū)域方式

大區(qū)組網(wǎng)方式：多套MGCF/IM-MGW設(shè)置在不同本地網(wǎng)，MGCF/IM-MGW僅與本地網(wǎng)的現(xiàn)網(wǎng)CS域/固網(wǎng)軟交換連接，負(fù)責(zé)與所在本地網(wǎng)的互通。

分省組網(wǎng)方式：多套MGCF/IM-MGW設(shè)置在不同省，MGCF/IM-MGW僅與本省的現(xiàn)網(wǎng)CS域/固網(wǎng)軟交換連接，負(fù)責(zé)與所在省的互通。

對于未來CS域與IMS域的融合，3GPP R8提出了ICS（IMS集中業(yè)務(wù)控制）方案，解決用戶在CS接入的情況下，業(yè)務(wù)邏輯集中在IMS控制的問題。目前有終端升級和網(wǎng)絡(luò)升級兩種方案，前者負(fù)責(zé)在終端與IMS-AS之間建立業(yè)務(wù)邏輯控制通道，同時通過現(xiàn)有的CS域IMS互通機(jī)制建立CS到IMS的承載；后者升級VMSC（拜訪移動交換中心），使之具備接入IMS的能力，將CS呼叫接入到IMS以進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯控制。

3.2.2 PS域接入IMS方案

IMS部署初期，IMS核心網(wǎng)與GGSN（GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）通過Gi接口連接。需要GGSN支持P-CSCF的發(fā)現(xiàn)機(jī)制，GGSN配置P-CSCF的IP地址或通過DNS查詢，在用戶進(jìn)行PDP（分組數(shù)據(jù)協(xié)議）激活時向用戶返回SBC的IP地址。

未來IMS在部署策略和計費(fèi)控制架構(gòu)時，GGSN可作為部署策略和計費(fèi)控制架構(gòu)的策略和計費(fèi)執(zhí)行功能，通過Gx接口接入策略和計費(fèi)策略功能。策略和計費(fèi)策略功能根據(jù)來自P-CSCF的應(yīng)用層業(yè)務(wù)信息、本地運(yùn)營商的配置及用戶簽約，向GGSN提供QoS授權(quán)和基于流的計費(fèi)規(guī)則，以及對于用戶平面數(shù)據(jù)進(jìn)行門控功能的決策。GGSN根據(jù)策略和計費(fèi)策略功能提供的策略和計費(fèi)規(guī)則，執(zhí)行相關(guān)的處理過程，并能夠提供對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的偵測和計數(shù)以完成在線和離線計費(fèi)功能。

支持部署策略和計費(fèi)控制架構(gòu)需要SGSN（GPRS服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)）、GGSN（GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）升級支持Gx接口、QoS協(xié)商、資源分配和預(yù)留、在線計費(fèi)等相關(guān)功能。

3.2.3 統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)管理

網(wǎng)絡(luò)融合的主要驅(qū)動力是業(yè)務(wù)融合，而數(shù)據(jù)融合是保證業(yè)務(wù)融合的基礎(chǔ)，用戶要求多業(yè)務(wù)屬性綁定的業(yè)務(wù)和統(tǒng)一的業(yè)務(wù)體驗，因此原來分散存儲在網(wǎng)絡(luò)不同網(wǎng)元中的用戶數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和使用。

對于用戶數(shù)據(jù)庫的管理，未來將引入分布式HLR（歸屬位置寄存器）、分布式SDC（用戶數(shù)據(jù)中心）。分布式HLR和分布式SDC打破了傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)緊密耦合的架構(gòu)，將業(yè)務(wù)處理部分獨(dú)立出來成為前端，數(shù)據(jù)部分獨(dú)立出來統(tǒng)一管理形成后端，利舊現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)的HLR和SDC，演進(jìn)到HSS，最后演進(jìn)到融合的數(shù)據(jù)中心。

融合數(shù)據(jù)中心對于不同網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)存儲需求引入前端來屏蔽它們之間的差異，并將應(yīng)用邏輯和后臺的數(shù)據(jù)存儲分離。由于在前端和后端用戶數(shù)據(jù)庫之間采用開放的數(shù)據(jù)接口，因此保證了數(shù)據(jù)存儲及應(yīng)用的開放性。通過配置網(wǎng)關(guān)可以接入統(tǒng)一數(shù)據(jù)配置和統(tǒng)一網(wǎng)管來實(shí)現(xiàn)用戶的自管理和和自配置。

（1）采用傳統(tǒng)HLR和傳統(tǒng)SDC，HSS設(shè)置方式為：HSS獨(dú)立設(shè)置，通過七號信令網(wǎng)與HLR、SDC互通；提供融合業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)平臺，網(wǎng)元需分別與HSS、HLR、SDC連接；HLR、SDC與HSS用戶數(shù)據(jù)獨(dú)立管理，對于使用融合業(yè)務(wù)的用戶，需要實(shí)現(xiàn)HLR、SDC、HSS用戶數(shù)據(jù)同步。

（2）采用分布式HLR和分布式SDC，HSS設(shè)置方式為：HLR、SDC、HSS采用獨(dú)立的前端分別處理電路域、固網(wǎng)軟交換側(cè)和IMS域用戶，采用融合的后端用戶數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)HLR、SDC、HSS用戶數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一存儲，相互關(guān)聯(lián)，有利于網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的融合；其他網(wǎng)元或業(yè)務(wù)平臺訪問后端用戶數(shù)據(jù)庫。

3.3 IMS業(yè)務(wù)平臺建設(shè)方案

對于IMS業(yè)務(wù)平臺的建設(shè)有兩種方案：

（1）方案一：利用原有業(yè)務(wù)平臺。

該方案是指升級傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中已部署的業(yè)務(wù)平臺，以實(shí)現(xiàn)對IMS用戶的業(yè)務(wù)覆蓋提供融合業(yè)務(wù)。在該方案中，為解決IMS用戶的業(yè)務(wù)觸發(fā)問題，存在三種選擇方式。

方式一是IMS用戶直接在IMS網(wǎng)絡(luò)中通過ISC接口（IP多媒體業(yè)務(wù)控制接口）觸發(fā)至融合業(yè)務(wù)平臺，這一方式要求平臺升級支持IMS SIP協(xié)議。

方式二是IMS用戶通過ISC接口觸發(fā)業(yè)務(wù)至IM-SSF（IP多媒體業(yè)務(wù)交換功能），再由IM-SSF通過CAP協(xié)議觸發(fā)至融合業(yè)務(wù)平臺，這一方式需要在IMS業(yè)務(wù)層引入IM-SSF網(wǎng)元實(shí)體，且由于目前國際標(biāo)準(zhǔn)組織僅定義了IM-SSF的CAP協(xié)議接口，因此業(yè)務(wù)平臺必須支持CAP協(xié)議。

方式三通過在被叫號碼前前插業(yè)務(wù)接入碼將IMS用戶呼叫路由至傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，并實(shí)施業(yè)務(wù)的觸發(fā)，由于IMS核心網(wǎng)絡(luò)不支持被叫號碼前插接入碼，因此需在IMS網(wǎng)中引入完成前插功能的AS，并防止話路迂回時的業(yè)務(wù)循環(huán)觸發(fā)。

綜合來看，由于軟交換的大規(guī)模應(yīng)用，現(xiàn)網(wǎng)的融合業(yè)務(wù)平臺大多已支持軟交換SIP協(xié)議，在此基礎(chǔ)上較易實(shí)現(xiàn)對IMS SIP協(xié)議的支持，因此，該方案的業(yè)務(wù)觸發(fā)采用方式一的可行性較大。

（2）方案二：新建IMS AS實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)融合

該方案是指在IMS網(wǎng)中部署全新的AS來提供傳統(tǒng)融合業(yè)務(wù)，IMS網(wǎng)用戶直接通過ISC接口觸發(fā)業(yè)務(wù)，非IMS用戶則通過前插業(yè)務(wù)接入碼方式將呼叫路由至IMS域內(nèi)，再通過ISC接口觸發(fā)業(yè)務(wù)。在該方案中，為實(shí)現(xiàn)非IMS網(wǎng)移動電路域用戶通過前插業(yè)務(wù)接入碼路由至IMS網(wǎng)進(jìn)行業(yè)務(wù)觸發(fā)，一般需在移動網(wǎng)部署專用于前插接入碼的智能網(wǎng)平臺，該平臺應(yīng)同時具備防止業(yè)務(wù)循環(huán)觸發(fā)的功能。

上述兩種方案均具備可行性，方案一對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商比較適合，方案二對新進(jìn)運(yùn)營商比較適合，但兩種方案實(shí)現(xiàn)的前提是需要解決業(yè)務(wù)觸發(fā)的問題，運(yùn)營商可根據(jù)自身需要選擇合適的IMS傳統(tǒng)融合業(yè)務(wù)提供的方案。

4 結(jié)束語

在全業(yè)務(wù)運(yùn)營的環(huán)境下，IMS作為下一代FMC解決方案的標(biāo)準(zhǔn)，是電信網(wǎng)發(fā)展和演進(jìn)的方向。運(yùn)營商將加快IMS的部署，推進(jìn)核心網(wǎng)的演進(jìn)，提供固定和移動融合的多媒體業(yè)務(wù)能力。

IMS架構(gòu)經(jīng)過多年的發(fā)展，IMS的組網(wǎng)架構(gòu)及其與現(xiàn)網(wǎng)的互通融合方案基本確定，可以滿足運(yùn)營商對多媒體業(yè)務(wù)推廣的需求。但在新技術(shù)的引入，新網(wǎng)絡(luò)的部署過程中，必然還有很多問題需要進(jìn)一步探討和研究。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 葉衛(wèi)明，周紅. IMS組網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)融合的研究，移動通信，2008年7月（下）

[2] 卡馬里羅.馬丁[芬蘭]著，張同須等譯. 3G IP多媒體子系統(tǒng)IMS：融合移動網(wǎng)與因特網(wǎng)，北京；人民郵電出版社，2006年

[3] 肖子玉，張鵬飛，吳麗華. 現(xiàn)有固網(wǎng)NGN向IMS演進(jìn)方案研究，電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2007年