摘要 本文主要介紹了NGN的發(fā)展歷程，再進(jìn)一步探討IMS體系結構及其優(yōu)點(diǎn)。在綜合考慮業(yè)務(wù)發(fā)展需求和保護運營(yíng)商現有投資的基礎上，分析移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)策略以及IMS在網(wǎng)絡(luò )融合和演進(jìn)中的角色和地位。最后提出了GSM網(wǎng)絡(luò )向IMS演進(jìn)的方案，為運營(yíng)商制定網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)策略提供參考。
傳統電路交換機是一種集成的、封閉的系統結構，無(wú)法快速滿(mǎn)足多樣化的用戶(hù)需求，無(wú)法快速部署全網(wǎng)業(yè)務(wù)。為了解決這種矛盾，NGN通過(guò)控制承載分離，構成一個(gè)分布的系統結構，使整體建網(wǎng)成本大大降低，網(wǎng)絡(luò )升級容易，便于加快新業(yè)務(wù)和新應用的開(kāi)發(fā)和部署，快速實(shí)現低成本全網(wǎng)統一業(yè)務(wù)覆蓋。簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò )層次結構，提高了網(wǎng)絡(luò )資源利用率，減少了傳統電路交換機中繼互聯(lián)的復雜性和降低了承載網(wǎng)的成本。
IMS（IP多媒體子系統）的提出為下一代基于IP的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )提供了面向分組數據包交換的多媒體服務(wù)及平臺，它的核心特點(diǎn)是基于SIP協(xié)議和接入的無(wú)關(guān)性。由于采用SIP作為核心控制協(xié)議，并通過(guò)SIP進(jìn)行業(yè)務(wù)管理，IMS可以使運營(yíng)商充分利用SIP的優(yōu)勢，更快速、更靈活地開(kāi)發(fā)管理移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)。
1、NGN、軟交換與IMS
1.1 NGN
NGN是指基于分組技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )，能夠提供包括電信業(yè)務(wù)在內的多種業(yè)務(wù)，能夠利用多種寬帶和具有QoS支持能力的傳送技術(shù)，業(yè)務(wù)相關(guān)功能與底層傳送相關(guān)技術(shù)相互獨立，能夠讓用戶(hù)自由接入不同的業(yè)務(wù)提供商，能夠支持通用移動(dòng)性，從而向用戶(hù)提供一致的和無(wú)處不在的業(yè)務(wù)。NGN采用分層結構，包括業(yè)務(wù)層、控制層、傳輸層以及用戶(hù)終端，能提供多種業(yè)務(wù)類(lèi)型有語(yǔ)音、數據、視頻、多媒體等。
1.2 軟交換
軟交換可以理解為一種分層、開(kāi)放的NGN體系結構，是NGN核心控制層技術(shù)之一。軟交換實(shí)際上是“控制”，而非“交換”，因為“交換”更多體現在承載層，“軟交換網(wǎng)是下一代語(yǔ)音網(wǎng)或下一代分組通信網(wǎng)”的說(shuō)法可能更貼切。
在固網(wǎng)通信界形成軟交換概念的同時(shí)，移動(dòng)通信界也產(chǎn)生了類(lèi)似的思想。3GPP所推出的WCDMA標準分為R99、R4、R5和R6等不同版本（Release），其中R4版本主要特征是在核心網(wǎng)電路域中將傳統移動(dòng)交換機（MSC）分離為媒體網(wǎng)關(guān)（MGW）和MSC服務(wù)器（MSC Server）兩部分，實(shí)現了承載與控制的分離，稱(chēng)為“移動(dòng)軟交換”，但與固網(wǎng)軟交換在控制協(xié)議等方面還是存在許多差異。
以控制和承載分離為基本特征的軟交換技術(shù)的基本定位是在一個(gè)基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )上提供傳統的長(cháng)途和5類(lèi)語(yǔ)音業(yè)務(wù)。軟交換的靈活部署和高集成度為運營(yíng)商帶來(lái)了網(wǎng)絡(luò )建設成本和維護成本的大幅度降低，但由于受到終端能力、QoS、安全以及業(yè)務(wù)接口標準化等諸多方面的限制，目前較為成熟的軟交換（包括固定軟交換和3GPP R4）的應用也僅限于此，它沒(méi)有給最終用戶(hù)帶來(lái)新的業(yè)務(wù)。
1.3 IMS
IMS（IP Multimedia Subsystem）即IP多媒體子系統，是由3GPP標準組織在R5版本提出，是在基于IP的網(wǎng)絡(luò )上提供多媒體業(yè)務(wù)的通用網(wǎng)絡(luò )架構，R5版本主要定義IMS的核心結構、網(wǎng)元功能、接口和流程等內容；R6版本對IMS進(jìn)行了完善，增加了部分IMS業(yè)務(wù)特性，IMS與其他網(wǎng)絡(luò )的互通規范和WLAN接入等特性；R7加強了對固定、移動(dòng)融合的標準化制定，要求IMS支持xDSL、Cable等固定接入方式。
IMS技術(shù)對控制層功能做了進(jìn)一步分解，實(shí)現了會(huì )話(huà)控制實(shí)體CSCF（call Session Control Function）和承載控制實(shí)體MGCF（Media Gateway Control Function）在功能上的分離，使網(wǎng)絡(luò )架構更為開(kāi)放、靈活，所以IMS實(shí)際上比傳統軟交換更“軟”。
IMS以其業(yè)務(wù)、控制、承載完全分離的水平架構，集中的用戶(hù)屬性和接入無(wú)關(guān)等特性，一方面解決目前軟交換技術(shù)還無(wú)法解決的問(wèn)題，如用戶(hù)移動(dòng)性支持、標準開(kāi)放的業(yè)務(wù)接口、靈活的IP多媒體業(yè)務(wù)提供等；另一方面，由于其接入無(wú)關(guān)性，也使得IMS成為固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )融合演進(jìn)的基礎。
IMS業(yè)務(wù)架構如圖1所示，IMS的目的是建立與接入無(wú)關(guān)，能被移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )與固定網(wǎng)絡(luò )共用的融合核心網(wǎng)。
在無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)方面，IMS除了GSM/GPRS和WCDMA之外，WLAN通過(guò)SIP Proxy也可以接入。此外，固定網(wǎng)絡(luò )的LAN和xDSL接入技術(shù)也可以接入到IMS。而且IMS還提供了與ISDN/PSTN傳統電路交換網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)機制。這樣，IMS提供服務(wù)的終端除了移動(dòng)終端之外，還包括固定的電話(huà)終端、多媒體智能終端、PC機的軟終端等。
IMS能夠為使用不同接入手段的用戶(hù)提供融合的業(yè)務(wù)，但固定接入與移動(dòng)接入終究有不同的特征，所以要將基于移動(dòng)通信發(fā)展起來(lái)的IMS體系應用到固網(wǎng)中還需要進(jìn)行大量的改進(jìn)，標準化工作依然任重而道遠。移動(dòng)通信界提出的IMS與固網(wǎng)通信界提出的軟交換的基本思想和目標是一致的，都希望建立基于IP的融合與開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )平臺。
2、IMS體系研究
2.1 IMS體系結構
IMS體系結構和CSCF的設計利用了軟交換技術(shù)，實(shí)現了業(yè)務(wù)與控制相分離、呼叫控制與媒體傳輸相分離。IMS雖然是3GPP為了移動(dòng)用戶(hù)接入多媒體服務(wù)而開(kāi)發(fā)的系統，但由于它全面融合了IP域的技術(shù)，并在開(kāi)發(fā)階段就和其他組織進(jìn)行密切合作，使得IMS實(shí)際已經(jīng)不僅僅局限于只為移動(dòng)用戶(hù)進(jìn)行服務(wù)。IMS體系結構如圖2所示。
最底層為承載層，用于提供IMS SIP會(huì )話(huà)的接入和傳輸，承載網(wǎng)必須是基于分組交換的。圖2中以移動(dòng)分組網(wǎng)的承載方式為例，描述了IMS用戶(hù)通過(guò)手機進(jìn)行IMS會(huì )話(huà)的方式，主要的承載層設備有SGSN（GPRS業(yè)務(wù)支撐節點(diǎn)）、GGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS業(yè)務(wù)支撐節點(diǎn)），以及MGW（媒體網(wǎng)關(guān)）。其中SGSN和GGSN可以完全重用現網(wǎng)設備，不需要硬件升級，僅通過(guò)做相關(guān)配置就可以支持IMS了。MGW是負責媒體流在IMS域和CS（電路交換）域互通的功能實(shí)體，主要解決語(yǔ)音互通問(wèn)題。無(wú)論具體采用哪一種接入方式，只要基于IP技術(shù)，所有的IMS用戶(hù)信令就可以很好地傳送到控制層。
中間層為信令控制層，由網(wǎng)絡(luò )控制服務(wù)器組成，負責管理呼叫或會(huì )話(huà)設置、修改和釋放，所有IP多媒體業(yè)務(wù)的信令控制都在這一層完成。主要的功能實(shí)體有CSCF、HSS（Home Subscriber Server，歸屬用戶(hù)服務(wù)器）、MGCF等，這些網(wǎng)元執行不同的角色，如信令控制服務(wù)器、數據庫、媒體網(wǎng)關(guān)服務(wù)器等，協(xié)同完成信令層面的處理功能，如SIP會(huì )話(huà)的建立、釋放。這一層僅對IMS信令負責，最終的IMS業(yè)務(wù)流是不經(jīng)過(guò)這一層的，而是完全通過(guò)底層承載層做路由實(shí)現端到端通信。
最上面一層是應用層，由應用和內容服務(wù)器組成，負責為用戶(hù)提供IMS增值業(yè)務(wù)，主要網(wǎng)元是一系列通過(guò)CAMEL、OSA/Parlay和SIP技術(shù)提供多媒體業(yè)務(wù)的應用平臺。運營(yíng)商可以在自行開(kāi)發(fā)一些基于SIP的應用，通過(guò)標準SIP接口與IMS系統連接；如果運營(yíng)商需要連接第三方SP的應用，IMS可以和標準的API，如OSA API連接，通過(guò)OSA/Parlay GW對第三方非信任的SP業(yè)務(wù)進(jìn)行鑒權和管理等。
2.2 IMS的優(yōu)勢
?。?）IMS由于采用的是分組網(wǎng)絡(luò )，對于數據業(yè)務(wù)的支持有著(zhù)天然的優(yōu)勢，適應于新業(yè)務(wù)的高速寬帶和低成本的需要。
?。?）由于采用了SIP協(xié)議，能夠提供終端到終端和終端到服務(wù)器直接的通信。SIP業(yè)務(wù)的靈活和擴展能力也是比較強大的。IMS的終端由于直接支持SIP，所以它的終端智能是比較高的，從而導致業(yè)務(wù)拓展也比較容易。
?。?）IMS系統不是一個(gè)簡(jiǎn)單的SIP網(wǎng)絡(luò )，它加強了對用戶(hù)和業(yè)務(wù)的控制，從而運營(yíng)商可以掌握資源的使用。
?。?）IMS和接入網(wǎng)絡(luò )之間的獨立性。
?。?）IMS整合了各種業(yè)務(wù)平臺，通過(guò)一個(gè)統一的IMS系統，這樣有利于各種業(yè)務(wù)平臺之間的兼容。IMS和目前國際化標準組織OMA共同開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)平臺，從而為IMS系統增值。
?。?）IMS因為采用的是IP的承載網(wǎng)絡(luò )，向全IP網(wǎng)絡(luò )架構邁進(jìn)了一步。
3、IMS與網(wǎng)絡(luò )架構演進(jìn)
3.1 網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的驅動(dòng)力
不管是固定網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商還是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商，如何借助靈活開(kāi)放的業(yè)務(wù)平臺快速部署新業(yè)務(wù)是他們在市場(chǎng)競爭中保持優(yōu)勢的關(guān)鍵因素，是網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的驅動(dòng)力之一。
傳統的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)業(yè)務(wù)一個(gè)網(wǎng)絡(luò )的垂直架構，業(yè)務(wù)完全依賴(lài)于網(wǎng)絡(luò )的能力，這種業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò )緊密相關(guān)的架構導致新業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)比較困難，無(wú)法實(shí)現跨網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)。而IMS則以其業(yè)務(wù)、控制、承載完全分離的水平架構，集中的用戶(hù)屬性、開(kāi)放標準的應用接口以及接入無(wú)關(guān)等特性，徹底解決了傳統網(wǎng)絡(luò )中業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò )相關(guān)的弊端，為運營(yíng)商提供了固定移動(dòng)融合的業(yè)務(wù)和應用平臺。
另外，用戶(hù)對全新多媒體業(yè)務(wù)的需求也是網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的驅動(dòng)力之一。用戶(hù)希望能夠以跨越固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的便捷的使用方式來(lái)獲得多媒體業(yè)務(wù)。因此，運營(yíng)商需要一個(gè)可控制、可管理和可盈利的網(wǎng)絡(luò )架構，來(lái)提供用戶(hù)所期待的全新業(yè)務(wù)?；贗P技術(shù)、與接入無(wú)關(guān)、業(yè)務(wù)和控制分離的IMS網(wǎng)絡(luò )架構正是滿(mǎn)足這一需求的全新架構。
3.2 IMS與FMC（固定和移動(dòng)融合）
移動(dòng)通信和固定通信的融合以及聲音、數據、圖像多媒體的融合是未來(lái)通信發(fā)展的趨勢，IMS則初步體現了這兩大融合。
用戶(hù)的業(yè)務(wù)需求是固定和移動(dòng)融合的基本驅動(dòng)力。對用戶(hù)而言，有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )相結合，可以實(shí)現真正的隨時(shí)隨地溝通；在通信手段和通信方式上也有了更多的選擇和更大的靈活性；同時(shí)還可以享受到更多固定和移動(dòng)融合所帶來(lái)的新業(yè)務(wù)。
固定和移動(dòng)融合能為全業(yè)務(wù)運營(yíng)商節省投資、減少運營(yíng)成本。傳統的固定網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )提供的許多業(yè)務(wù)基本一致，但是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )和固定網(wǎng)絡(luò )是獨立的兩張業(yè)務(wù)網(wǎng)，致使運營(yíng)維護費用高；而且當開(kāi)發(fā)新業(yè)務(wù)時(shí)，即使同樣的業(yè)務(wù)也必須分別升級兩張網(wǎng)絡(luò )才能夠為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )和固定網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)分別提供新業(yè)務(wù)，致使新業(yè)務(wù)提供成本高。固定和移動(dòng)融合之后將形成整體的網(wǎng)絡(luò )，運維成本將顯著(zhù)降低，而且新業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)不必再分別升級固定網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )，只需要對統一的業(yè)務(wù)平臺進(jìn)行一次升級就能夠同時(shí)為各類(lèi)用戶(hù)提供業(yè)務(wù)。
固定和移動(dòng)融合還有助于增強運營(yíng)商的差異化競爭能力。依賴(lài)固定和移動(dòng)融合，運營(yíng)商能夠更加靈活地開(kāi)展業(yè)務(wù)；為用戶(hù)提供整體解決方案；提供個(gè)性化服務(wù)，降低用戶(hù)的離網(wǎng)率；通過(guò)業(yè)務(wù)捆綁提高ARPU值。
固定和移動(dòng)融合也是NGN發(fā)展的必然趨勢，因為全IP網(wǎng)絡(luò )是固定網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的共同發(fā)展方向，在NGN體系架構下，固定和移動(dòng)只是NGN的不同接入方式。固定網(wǎng)絡(luò )與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)路線(xiàn)在很多方面相似，PSTN將向固定軟交換網(wǎng)演進(jìn)，而基于WCDMA的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )則是沿著(zhù)3GPP R99/R4/R5的道路演進(jìn)。雖然目前固定NGN和移動(dòng)NGN（即3G或B3G）的發(fā)展是獨立的，但兩者在演進(jìn)過(guò)程中所遵從的分層網(wǎng)絡(luò )體系結構，所采用的許多通信協(xié)議和接口規范都相同或類(lèi)似，尤其是IMS的發(fā)展有望實(shí)現兩者在核心網(wǎng)絡(luò )層和業(yè)務(wù)層的完全融合。
3.3 GSM網(wǎng)絡(luò )向IMS演進(jìn)探討
?。?）目前G網(wǎng)的投入相對少于C網(wǎng)，G網(wǎng)的狀況基本是沒(méi)有很完善的GPRS/EDGE網(wǎng)絡(luò )。所以第一步要建立完善的覆蓋的GPRS網(wǎng)絡(luò )，以提供端到端高數據交換服務(wù)。
?。?）在核心網(wǎng)中引入軟交換，形成控制和承載相分離的網(wǎng)絡(luò )結構，目前很多廠(chǎng)家不太支持不經(jīng)過(guò)軟交換階段的IMS。
?。?）經(jīng)過(guò)軟交換階段之后我們慢慢在全國范圍內引入IMS，以實(shí)現全IP化的接口。
IMS的部署并不意味著(zhù)替換電路域，相反，在IMS部署初期，由于語(yǔ)音業(yè)務(wù)還無(wú)法直接由IMS域提供，語(yǔ)音業(yè)務(wù)還將由電路域承擔。語(yǔ)音從電路域到IMS域的遷移只有當語(yǔ)音成為豐富的多媒體業(yè)務(wù)的一部分，而且IMS達到一定的滲透率之后才能真正開(kāi)始。
從增加業(yè)務(wù)收入角度看，3G技術(shù)的引入開(kāi)始提供更高的帶寬和更吸引人的業(yè)務(wù)，但更多的新的業(yè)務(wù)必須依賴(lài)于IMS。IMS能夠作為現有GPRS網(wǎng)絡(luò )的疊加網(wǎng)絡(luò )來(lái)部署，另外需要增加PDF、CSCF、HSS以及IMS AS等。依賴(lài)于IMS提供IP多媒體業(yè)務(wù)，將是移動(dòng)運營(yíng)商的首選。同時(shí)由于IMS核心網(wǎng)元和固定運營(yíng)商IMS所使用的是一樣的，因此也有利于固定移動(dòng)融合網(wǎng)絡(luò )部署和業(yè)務(wù)開(kāi)展。
?。?）最后我們要把現有的C網(wǎng)、固定網(wǎng)等全部接入到IMS網(wǎng)絡(luò )，并把現網(wǎng)的相關(guān)業(yè)務(wù)遷移到IMS網(wǎng)絡(luò )。
4、結束語(yǔ)
從標準化和技術(shù)成熟度來(lái)看，基于軟交換構建固定的NGN更為現實(shí)，難度也較??；而從技術(shù)趨勢來(lái)看，開(kāi)放與融合程度更高的IMS則代表了未來(lái)的發(fā)展方向，代表著(zhù)固定與移動(dòng)融合的趨勢，更有前途?？梢哉f(shuō)基于軟交換的網(wǎng)絡(luò )只是NGN發(fā)展的初級階段，而IMS是NGN發(fā)展的高級階段。
各運營(yíng)商都將網(wǎng)絡(luò )和業(yè)務(wù)融合作為長(cháng)遠的戰略目標，長(cháng)遠目標一定和近期的部署相結合，在具體部署時(shí)則根據市場(chǎng)需求和網(wǎng)絡(luò )實(shí)際情況進(jìn)行?？偟貋?lái)說(shuō)，IMS和移動(dòng)軟交換將同時(shí)存在，它們之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò )互通實(shí)現部分業(yè)務(wù)的互通。從長(cháng)期來(lái)看，電路域用戶(hù)最終會(huì )遷移到IMS域，但大規模的遷移不會(huì )在近期出現。
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