中國電信股份有限公司北京研究院 2006-02-06 17:06:59 邢燕霞 趙慧玲
一、介紹
目前研究基于IMS網(wǎng)絡(luò )融合的標準組織主要包括3GPP、TISPAN和ITU-T FGNGN ，2004年6月ITU-T FGNGN的第一次會(huì )議上已經(jīng)確定了將IMS作為NGN核心網(wǎng)基于SIP會(huì )話(huà)的子系統的基本架構，這標志ITU正式開(kāi)始了對IMS的研究。與此同時(shí)，3GPP和TISPAN也都在進(jìn)行這方面的研究，這兩個(gè)組織也是ITU-T FGNGN的供稿方,通過(guò)提案和互致聯(lián)絡(luò )函的方式達到溝通，避免重復研究。在NGN的框架中，終端和接入網(wǎng)絡(luò )是各種各樣的，而基于SIP會(huì )話(huà)的核心網(wǎng)絡(luò )只有一個(gè)IMS，它同時(shí)為固定和移動(dòng)終端提供服務(wù)。這就需要IMS網(wǎng)絡(luò )從網(wǎng)元功能、接口協(xié)議、QoS和安全、計費等方面全面支持固定的接入方式。
二、研究進(jìn)展
IMS最初是3GPP為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )定義的，而在NGN的框架下，IMS應同時(shí)支持固定接入和移動(dòng)接入，目前各個(gè)標準組織都把xDSL接入方式作為首先考慮的對象，以后逐漸支持其他的接入方式。為了實(shí)現這一目標，IMS框架中的一些網(wǎng)元的功能以及網(wǎng)元之間的接口協(xié)議應作相應的擴展。從目前的研究看，IMS框架中定義的需要功能擴展的網(wǎng)元包括S-CSCF（Serving CSCF）、P-CSCF（Proxy CSCF）、MGCF（Breakout Gateway Control Function）、HSS（Home Subscriber Server）、SLF（Subscription Locator Function）等，而實(shí)現多方會(huì )議的MRFC(Multimedia Resource Function Controller)和MRFP (Multimedia Resource Function Processor)以及I-CSCF（Interrogating CSCF）不需要修改就可以被NGN重用。
S-CSCF是IMS的核心網(wǎng)元，它是一個(gè)SIP Server負責會(huì )話(huà)處理，由于固定接入和移動(dòng)接入在某些呼叫流程和鑒權流程等方面的差異，所以S-CSCF需要擴展以便能夠同時(shí)為兩種類(lèi)型的終端提供會(huì )話(huà)控制。P-CSCF是終端接入IMS網(wǎng)絡(luò )的第一個(gè)入口點(diǎn)，實(shí)現SIP協(xié)議中的Proxy和User Agent功能，它和IP接入網(wǎng)絡(luò )（IP Connectivity Access Network，即IP-CAN）之間的接口為Gq接口，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中這個(gè)接口是P-CSCF與PCF之間的接口。理想情況下這個(gè)接口應和接入方式無(wú)關(guān)，但是實(shí)際上這個(gè)接口只適用于那些有一定的資源管理需求的IP-CAN，固定接入例如xDSL接入網(wǎng)絡(luò )可能不能滿(mǎn)足這些要求，因為3GPP定義的Gq接口假定終端設備可以明確地發(fā)出資源預留請求，而xDSL則作不到這一點(diǎn)，所以對于P-CSCF以及Gq接口需要進(jìn)行的擴展包括支持網(wǎng)絡(luò )側發(fā)期的資源預留，支持地址和端口的翻譯請求以及支持各種策略的控制。MGCF是IMS與傳統的電路交換網(wǎng)絡(luò )互通的網(wǎng)元，主要負責控制層面信令的互通，在IMS的框架中已經(jīng)考慮了與PSTN以及與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )CS域的互通，在NGN的框架下，它應該還可以和其他固定網(wǎng)絡(luò )的互通，因此也需要一些擴展。HSS主要用于存儲用戶(hù)數據而SLF則用于查找具體HSS，為了支持固定的接入方式，HSS需要存儲一些固定用戶(hù)的信息，而固定用戶(hù)和移動(dòng)用戶(hù)的特征以及行為又有所差別，因此HSS也需要一些修改。
此外，除了上述需要功能擴展的網(wǎng)元以外，也不排除根據需要增加新的網(wǎng)元，TISPAN就提出了增加IBCF需求，其作用主要是實(shí)現與其他IP網(wǎng)絡(luò )的互通，增加IBCF后，原來(lái)3GPP定義的Mm接口（CSCF和其他IP網(wǎng)絡(luò )的接口）、Mk接口（BGCF之間的接口）以及Mw接口（CSCF之間的接口）的功能現在都包括在I-CSCF和IBCF的接口上，IBCF成為IMS網(wǎng)絡(luò )和外部IP網(wǎng)絡(luò )的互通點(diǎn)。
正是由于固定接入網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò )之間以及固定終端和移動(dòng)終端之間存在很大差異，所以FGNGN提出IMS的相關(guān)規范需要考慮相應的修改和擴充，同時(shí)也提出應放寬一些限制條件，包括以下五個(gè)方面。首先是應放寬對于使用IPv6的要求，也就是可以使用IPv4并考慮對于NAPT（Network Address & Port Translation）的支持，因為NAPT可以解決IPv4地址缺乏的問(wèn)題，它提供了一種可以隱藏終端地址并進(jìn)行IP地址翻譯的的機制，使得終端可以采用私有IP地址與網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行通信，這一觀(guān)點(diǎn)和3GPP等其他組織的觀(guān)點(diǎn)是一致的；其次應放寬對于使用UICC（Universal Integrated Circuit Card）的要求，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中移動(dòng)終端都配有UICC卡，這使得用戶(hù)可以通過(guò)AKA（Authentication and Key Agreement）的鑒權機制進(jìn)行鑒權，而對于沒(méi)有UICC的固定終端來(lái)說(shuō)這個(gè)要求也應放松，這就意味著(zhù)固定終端可以通過(guò)其他的方式進(jìn)行鑒權，例如通過(guò)軟件的方式實(shí)現鑒權和認證，而無(wú)需終端必須配置UICC卡；第三方面應放寬帶寬節省相關(guān)的要求，因為在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中，為了節省空中資源需要進(jìn)行SIP壓縮，而對于固定接入方式帶寬資源情況是不同的，所以SIP壓縮不應作為強制要求；第四由于兩種接入方式中對于位置管理的區別，所以相應的信令接口和計費接口中的相關(guān)信息也應更改；第五兩種接入方式在接入網(wǎng)絡(luò )的資源預留程序不同，對于移動(dòng)接入來(lái)說(shuō)，移動(dòng)終端自身具有相應的機制，而對于固定接入例如xDSL就需要P-CSCF來(lái)代理實(shí)現相應的功能。
在網(wǎng)絡(luò )安全方面，IMS的接入安全也需要加以完善。對于移動(dòng)接入而言，由于IMS是疊加在分組域之上的網(wǎng)絡(luò )，所以IMS的安全也和分組域的安全相對獨立。也就是說(shuō)，終端接入分組域網(wǎng)絡(luò )時(shí)，網(wǎng)絡(luò )首先要對終端進(jìn)行鑒權，以保證安全性。當用戶(hù)接入IMS時(shí)，還要再次進(jìn)行安全認證。因為這樣可以保證即使分組域網(wǎng)絡(luò )出現漏洞，IMS也可以通過(guò)自身的安全機制保證IMS網(wǎng)絡(luò )的安全。對于固定接入而言，IMS的接入安全更加重要，因為簡(jiǎn)單的寬帶接入網(wǎng)絡(luò )本身沒(méi)有安全機制，這將對IMS網(wǎng)絡(luò )的安全造成挑戰。
FGNGN的《NGN安全架構》中IMS的接入安全架構主要延用了3GPP定義的IMS的安全架構和主要機制。IMS的接入安全主要包括兩個(gè)方面，一是IMS的鑒權，二是SIP消息的保護。IMS的鑒權主要是采用IMS AKA的鑒權機制，SIP消息的加密和完整性保護采用逐段處理的方式。主要包括以下五段的安全聯(lián)系，第一是UE和S-CSCF之間的相互鑒權，這通過(guò)HSS來(lái)實(shí)施，UE和HSS中存儲的鑒權參數都和用戶(hù)的私有識別IMPI相關(guān)；第二是UE和P-CSCF之間的安全聯(lián)系，主要通過(guò)IPSec加密的機制實(shí)現；第三是Cx接口的安全聯(lián)系；第四是不同網(wǎng)絡(luò )的SIP節點(diǎn)之間的安全聯(lián)系；第五是當P-CSCF位于歸屬網(wǎng)絡(luò )時(shí)的SIP節點(diǎn)之間的安全聯(lián)系。除了上述的IMS的鑒權和SIP消息保護以外，NGN的安全問(wèn)題還涉及到安全策略、安全管理以及與NAT/防火墻的互通等方面問(wèn)題。
QoS也是一個(gè)重要問(wèn)題，它決定了網(wǎng)絡(luò )是否可以達到運營(yíng)的要求。QoS是端到端的服務(wù)質(zhì)量，由終端、接入網(wǎng)絡(luò )和核心網(wǎng)絡(luò )共同保證。在基于IMS的NGN框架下，在核心網(wǎng)絡(luò )信令和數據都基于IP承載，而IP網(wǎng)絡(luò )的QoS問(wèn)題一直是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。ITU和3GPP都對QoS分類(lèi)和具體指標進(jìn)行了定義，二者基本上是一致，TISPAN將重用這些定義，并將從網(wǎng)絡(luò )性能的角度考慮IP QoS問(wèn)題，具體研究正在進(jìn)行。
三、結束語(yǔ)
綜上所述，IMS系統采用SIP協(xié)議進(jìn)行端到端的呼叫控制，這就為IMS同時(shí)支持固定和移動(dòng)接入提供了技術(shù)基礎，也使得網(wǎng)絡(luò )融合成為可能。從目前ITU-T FGNGN、3GPP、TISPAN等標準組織對于IMS的研究來(lái)看，基于IMS的網(wǎng)絡(luò )融合是網(wǎng)絡(luò )發(fā)展的方向。但是由于基于IMS的網(wǎng)絡(luò )融合的研究剛剛開(kāi)始，技術(shù)上還不夠成熟穩定。從標準上看，雖然ITU-T FGNGN、3GPP、TISPAN都已經(jīng)確定了IMS作為NGN的框架，但是如前所述，很多網(wǎng)元和接口的功能需要增強或修改，目前標準組織的活動(dòng)還處于功能需求的研究階段，實(shí)現這些功能的流程、消息及參數還需要具體的規范定義。重點(diǎn)解決IMS支持固定接入問(wèn)題的3GPP Release 7版本規范，預計2006年才能發(fā)布；支持部分固定接入方式的ITU FGNGN Release 1最早也要到2005年中發(fā)布。所以規范上還有很多工作要做。從產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)看，雖然國內外主流廠(chǎng)商都在進(jìn)行IMS產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，但受到標準進(jìn)程的限制，目前的產(chǎn)品還只是針對IMS某些應用，還不是完整意義的IMS網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品，還不能滿(mǎn)足運營(yíng)商大規模建網(wǎng)的需求。在IMS的框架下還有很多技術(shù)問(wèn)題需要深入研究和探討，包括終端和用戶(hù)識別問(wèn)題、企業(yè)用戶(hù)接入問(wèn)題、安全和QoS問(wèn)題以及如何繼承現有業(yè)務(wù)等問(wèn)題。
總之，基于IMS的網(wǎng)絡(luò )融合方案可以使運營(yíng)商基于統一的核心網(wǎng)絡(luò )為固定和移動(dòng)用戶(hù)提供相同的業(yè)務(wù)，相對固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的核心網(wǎng)并存的網(wǎng)絡(luò )架構，不僅可以減少網(wǎng)絡(luò )結構的復雜度，也應該可以降低網(wǎng)絡(luò )的運維成本，但是同時(shí)也對網(wǎng)絡(luò )的運營(yíng)和管理提出了挑戰，運營(yíng)商需要針對網(wǎng)絡(luò )融合的新架構研究相應的運營(yíng)和管理對策。
