提供固定業(yè)務和移動業(yè)務的IMS

  
 
    摘要　本文對國際IMS相關標準最新研究和進展情況進行了匯總，對IMS所具有的特點進行了歸納，并針對固定接入和移動接入的差異，詳細分析了IMS在綜合提供固定業(yè)務和移動業(yè)務時需要考慮的關鍵問題，最后給出了發(fā)展和部署IMS還需要考慮的問題。  
 

1、概述 

　　IMS（IP multimedia subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）在3GPP Release 5版本中提出，是對IP多媒體業(yè)務進行控制的網(wǎng)絡核心層邏輯功能實體的總稱。現(xiàn)在通常提到的IMS實際有狹義和廣義兩種概念，狹義指的是3GPP Release 5版本以后的網(wǎng)絡核心控制層所涉及的邏輯功能實體，廣義指的是網(wǎng)絡架構，其中網(wǎng)絡核心控制層基于IMS。 

　　本文主要從固定和移動融合的角度對IMS進行探討，主要參考3GPP和TISPAN在IMS上的研究成果，從目前標準化情況來看，IMS將被用作一個通用的網(wǎng)絡平臺同時為固定接入和移動接入的用戶提供多媒體業(yè)務，從而實現(xiàn)固定和移動的融合。3GPP和TISPAN的研究重點各有不同，3GPP主要從移動的角度對IMS進行研究，而TISPAN則側重于從支持固定接入的角度對IMS進行研究。TISPAN和3GPP采取密切合作的方式，由支持固定接入TISPAN對IMS核心控制部分提出修改要求，而由3GPP進行修改，以便達到IMS核心控制部分標準的統(tǒng)一。 

2、IMS的研究和標準進展情況 

　　2.1　3GPP IMS的研究進展 

　　3GPP對IMS的標準化是遵循R5版本、R6版本、R7版本……發(fā)布的方式進行，IMS標準在R5版本階段提出，在R6版本、R7版本功能不斷完善。 

　　IMS R5版本在2002年9月凍結，主要功能包括： 

　　●IMS基本架構和功能，指出IMS應獨立于接入方式； 

　　●選用基于IETF RFC3261擴展的SIP作為應用協(xié)議； 

　　●定義了IMS網(wǎng)元之間的基本信令流程，并在認證與鑒權、計費、安全、QoS等方面進行了基本定義。 

　　IMS R6版本在2005年3月凍結，部分課題推遲到2005年6月。R6版本主要功能有： 

　　●增強了互通性的定義，包括IPv4與IPv6互通、SIP互通、編解碼方式、IMS與PSTN互通、IMS與移動CS域互通等； 

　　●定義了通過其他接入技術使用IMS核心模塊的方法，并對WLAN接入IMS系統(tǒng)的場景進行了詳細定義； 

　　●IMS組管理： 

　　●定義了在線業(yè)務（presence）、即時消息（instant message，IM）、IMS會議、IMS組管理、PoC（push to talk over cellular）等業(yè)務的具體信令流程和業(yè)務管理、計費； 

　　●在QoS、計費等方面有所增強。 

　　可以看到，R6版本階段提供了與各種現(xiàn)有網(wǎng)絡的互通，支持新業(yè)務的需求，在計費和QoS功能上的增強使得IMS對用戶和業(yè)務的控制功能更加完善。IMS R7版本正在制定過程中，目前提出的新功能有： 

　　●通過電路域（CS domain）承載提供IMS語音； 

　　●通過分組域（PS domain）提供緊急服務； 

　　●對DSL和cable modem接入方式的定義。 

　　3GPP在R7版本最新草案中已經(jīng)反映了TISPAN的最新研究成果。 

　　2.2　TISPAN對IMS的研究 

　　TISPAN在第9次全會上確定IMS基于3GPP R7最新草案。并針對固定接入的特殊需求，對相關功能實體的功能又進行了增強。除了從固定角度對IMS核心控制部分進行研究之外，TISPAN主要定義了NASS（網(wǎng)絡附屬子系統(tǒng)）和RACS（資源接納控制子系統(tǒng)）兩個子系統(tǒng)，并相應地增加了IMS和這些子系統(tǒng)之間的接口。 

3、IMS所具有的特點 

　　IMS首先由3GPP提出，然后TISPAN將NGN多媒體核心控制部分定位于基于IMS體系架構，利用IMS實現(xiàn)對固定接入和移動接入的統(tǒng)一核心控制，這主要是IMS具有以下特點： 

　　（1）統(tǒng)一的業(yè)務觸發(fā)機制 

　　IMS核心控制部分不實現(xiàn)具體業(yè)務，所有的業(yè)務包括傳統(tǒng)概念上的補充業(yè)務都由業(yè)務應用平臺來實現(xiàn)，IMS核心控制只根據(jù)初始過濾規(guī)則進行業(yè)務觸發(fā)，這樣消除了核心控制相關功能實體和業(yè)務之間的綁定關系，無論固定接入還是移動接入都可以使用IMS中定義的業(yè)務觸發(fā)機制實現(xiàn)統(tǒng)一觸發(fā)。 

　　（2）統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)庫 

　　和用戶相關的數(shù)據(jù)主要包括用戶的標識信息、認證和授權信息、業(yè)務觸發(fā)信息可以統(tǒng)一存儲，數(shù)據(jù)庫本身不再區(qū)分固定用戶和移動用戶，特別是業(yè)務觸發(fā)機制中使用的初始過濾規(guī)則，對IMS中所定義的數(shù)據(jù)庫來講，完全是透明數(shù)據(jù)的概念，屏蔽了固定和移動用戶在業(yè)務屬性上的差異。 

　?。?）統(tǒng)一的路由機制 

　　IMS中僅保留了傳統(tǒng)移動網(wǎng)中HLR的概念，而摒棄了VLR的概念，和用戶相關的數(shù)據(jù)信息只保存在用戶的歸屬地，這樣不僅用戶的認證需要到歸屬地認證，所有和用戶相關的業(yè)務也必須經(jīng)過用戶的歸屬地。 

　　IMS所具有這些特征可以同時為移動用戶和固定用戶所共用，統(tǒng)一的業(yè)務觸發(fā)機制可以同時為固定用戶和移動用戶提供特色業(yè)務。用戶數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲并不是只有移動網(wǎng)才能具有的特性，固定網(wǎng)也可以實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲，如目前國內(nèi)進行的PSTN智能化，其本質就是實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的全部或部分統(tǒng)一存儲，這樣增加了網(wǎng)絡配置、管理和業(yè)務能力方面的靈活性，而傳統(tǒng)固網(wǎng)和移動網(wǎng)的路由機制本質沒有什么不同。 

4、同時支持固定接入和移動接入IMS需要考慮的關鍵問題 

　　由于固定接入和移動接入在終端、網(wǎng)絡帶寬、位置信息、認證鑒權等方面的差異，所以在具體實現(xiàn)機制上存在很大差異，對IMS也產(chǎn)生不同的影響。 

　　4.1　用戶認證不同 

　　3GPP IMS中用戶認證采用3GPP AKA（認證和密鑰協(xié)商）方式，這種認證基于共享密鑰和序列號以及在用戶和網(wǎng)絡間傳遞相關認證信息，這種認證方式需要終端具有ISIM（IP多媒體業(yè)務身份識別模塊）應用，比較適用于移動終端和新型的固定終端，對于傳統(tǒng)終端很難采用這種方式。為了使傳統(tǒng)終端也能夠接入到IMS中，TISPAN提出NASS-Bundle認證方式，其實質是線認證的概念，用戶的接入線標識信息靜態(tài)保存在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中（3GPP稱為HSS，TISPAN中稱為UPSF），然后和注冊過程中獲得的接入線標識信息比較，最后進行認證，注冊過程中的接入線標識信息由IMS核心網(wǎng)接入點P-CSCF從NASS子系統(tǒng)的CLF功能實體中提取，并插入到注冊消息中。 

　　兩種認證方式的主要差異如下： 

　　●兩種認證方式針對的終端類型不同，NASS-Bundle專門用于不具有ISIM應用的固定終端。 

　　●注冊流程不同：3GPP AKA方式需要兩次注冊交互過程，第一次注冊過程主要從網(wǎng)絡側獲得隨機數(shù)等認證信息，用戶終端根據(jù)第一次注冊過程獲得的信息對網(wǎng)絡進行認證和相關的計算，并在第二次注冊過程將相關的結果發(fā)送給網(wǎng)絡。由網(wǎng)絡實現(xiàn)對用戶的認證；而NASS-Bundle這種機制只需要一次注冊交互過程。 

　　●對P-CSCF的功能要求不同：3GPP AKA認證方式需要P-CSCF和用戶終端之間建立IPSec安全聯(lián)盟（安全聯(lián)盟是兩個IPSec系統(tǒng)之間的一個單向邏輯連接，通常用一個三元組惟一地表示）；而NASS-Bundle認證方式不需要P-CSCF和用戶終端之間建立安全聯(lián)盟。但是需要P-CSCF和NASS中的CLF功能實體進行交互獲得接入線標識信息，當然P-CSCF需要能夠執(zhí)行認證方式的區(qū)分。 

　　4.2　注冊過程不同 

　　由于認證相關的信息主要在注冊消息中進行攜帶，所以注冊過程的不同主要是由于認證方式的不同引起的。如3GPP AKA需要兩次注冊消息的交互過程才能夠完成認證，而NASS-Bundle只需要一次。而且3GPP AKA方式由于需要在P-CSCF和用戶終端之間建立安全聯(lián)盟，所以在注冊過程中還需要涉及安全聯(lián)盟的協(xié)商，NASS-Bundle方式則沒有相關需求。 

　　4.3　服務質量保證的實現(xiàn)不同 

　　3GPP移動終端同時具有應用層和傳送層的QoS協(xié)商能力，應用層的QoS協(xié)商主要指利用SIP消息中SDP消息體實現(xiàn)QoS參數(shù)協(xié)商，而傳送層QoS協(xié)商指用戶終端利用傳送層QoS信令即PDP上下文相關信令消息實現(xiàn)對傳送層QoS參數(shù)的協(xié)商。針對用戶終端上述特點，3GPP采用的是授權令牌機制，P-CSCF將應用層的QoS參數(shù)傳送給PDF并獲取授權令牌，用戶終端和GGSN建立媒體PDP上下文時將授權令牌和傳送層QoS參數(shù)同時傳送給GGSN，GGSN利用授權令牌從PDF獲得應用層QoS參數(shù)信息，并與傳送層QoS參數(shù)進行比較。3GPP的QoS實現(xiàn)方式通常也稱為PULL方式（PULL對應終端向服務器主要請求服務，PUSH對應終端不請求而由服務器主動向終端推送信息和服務）。 

　　TISPAN中所定義的QoS機制屬于PUSH方式，固定用戶終端一般不進行傳送層QoS協(xié)商，而采用應用層QoS協(xié)商機制，P-CSCF根據(jù)收到的SIP消息中的SDP信息，確定相應的QoS參數(shù)，然后通過PDF推送給TISPAN中定義的A-RACF，A-RACF執(zhí)行接納控制和實現(xiàn)資源預留。 

　　兩種不同的QoS機制對P-CSCF的處理要求也不同，采用PULL方式時，在呼叫建立過程中，P-CSCF收到后向消息后（不包括100 Trying）再和PDF進行交互；采用PUSH方式時，P-CSCF收到INVITE消息時就需要和RACS進行交互。 

　　4.4　補充業(yè)務問題 

　　考慮到用戶和業(yè)務的繼承性，IMS需要支持傳統(tǒng)的POTS終端。特別要考慮支持在這些終端上向用戶提供補充業(yè)務，這也是目前爭論最多的問題即PES（PSTN/ISDN仿真）。通過傳統(tǒng)固定終端向用戶提供的補充業(yè)務許多是和用戶拍叉等事件相關聯(lián)的，要在基于IMS的網(wǎng)絡架構下支持PES，就需要考慮這些補充業(yè)務的實現(xiàn)方式，關鍵集中在這些事件的上報和關聯(lián)機制。目前PES的實現(xiàn)方案還不明確，總的來看是要在IMS中增加一個功能實體——AGCF（接入網(wǎng)關控制功能），AGCF能夠和傳統(tǒng)POTS終端所使用的寬帶接入適配器交互，通過H.248協(xié)議接收這些事件的上報，但補充業(yè)務是在AGCF上實現(xiàn)，還是將補充業(yè)務和其他增值業(yè)務統(tǒng)一對待，即和補充業(yè)務相關的數(shù)據(jù)和用戶其他數(shù)據(jù)保存在一起，S-CSCF負責進行業(yè)務觸發(fā)最終業(yè)務邏輯統(tǒng)一由應用業(yè)務平臺實現(xiàn)還需要探討。 

　　4.5　緊急呼叫以及位置信息的獲取 

　　緊急呼叫是接入固定用戶和移動用戶時都需要考慮的問題，其中最關鍵的一點就是用戶位置信息的獲得。用戶位置信息可以由用戶終端直接向網(wǎng)絡提供，也可以由IMS中實現(xiàn)定位功能的實體——位置提取功能實體（LRF）從接入網(wǎng)中主動獲取用戶的接入位置信息。用戶終端提供的位置信息可以由用戶終端直接提供，也可以通過和接入網(wǎng)進行交互獲得，移動終端和基站進行交互，固定終端和NASS子系統(tǒng)進行交互；如果用戶終端沒有提供位置信息，或者網(wǎng)絡需要更詳細的位置信息（有些情況下用戶終端雖然提供了位置信息，但不夠詳細或網(wǎng)絡對位置信息格式有不同的要求，此時網(wǎng)絡還需要進行提取相關的位置信息），則LRF需要從固定終端和移動終端的接入網(wǎng)獲得相關信息，不同的接入方式將對應到不同的功能實體，固定終端和NASS子系統(tǒng)中的CLF進行交互，移動終端和HLR、SGSN等進行交互獲得相關位置信息。目前關于緊急呼叫的實現(xiàn)方式還在研究制定階段。 

5、發(fā)展和部署IMS面臨的問題 

　　由于對3GPP IMS所定義的功能進行簡單的擴展就能夠完成對固定用戶和移動用戶的統(tǒng)一支持，所以基于IMS的網(wǎng)絡架構已經(jīng)成為固定網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡融合的統(tǒng)一目標架構，也成為了當前通信界研究的熱點之一，雖然IMS標準化的進展速度比較快，但是還有很多問題需要完善：如對WLAN的支持還沒有啟動；基于IMS架構提供緊急呼叫的問題還處于研究和探討階段；在移動IP和固定接入支持方面，TISPAN還需要做大量的研究工作。 

　　IMS的發(fā)展還面臨以下問題： 

　　●部署IMS驅動力的問題。從目前來看IMS主要還是提供基于語音的業(yè)務，業(yè)務驅動力不夠。雖然固定運營商面臨巨大的競爭壓力，迫切希望能夠采用新的技術來提升網(wǎng)絡能力。但是基于IMS的PSTN仿真方案還處于研究階段，許多關鍵問題還沒有完全解決，并且運營商開始部署軟交換網(wǎng)絡，進一步延緩了IMS部署。 

　　●服務質量保證問題。IMS基于分組承載網(wǎng)，雖然目前IMS已經(jīng)給出了根據(jù)業(yè)務需求對承載網(wǎng)進行控制的機制，但首先需要承載網(wǎng)絡能夠提供相應的服務質量保證機制，目前承載層面的服務質量保證機制缺少大規(guī)模網(wǎng)絡應用的經(jīng)驗，并且需要對現(xiàn)有的分組承載網(wǎng)和接入網(wǎng)進行改造。 

　　國際標準是從邏輯功能實體的角度對IMS進行研究，但物理設備可以同時實現(xiàn)多個邏輯功能實體，運營商可以利用這個特點采用簡化IMS方案著手對IMS的網(wǎng)絡部署。國內(nèi)運營商已經(jīng)開始對IMS進行試驗和測試，隨著IMS標準的成熟和逐步部署，IMS在我國將逐漸應用和發(fā)展起來。