IMS的關(guān)鍵技術(shù)和展望

1 IMS的體系

1．1 分層體系結(jié)構(gòu)

3GPP使用分層的方法進行體系設(shè)計，這意味著傳輸和承載服務(wù)將從IMS信令網(wǎng)和會話管理服務(wù)中分離出去，使更高層的服務(wù)都運行在IMS信令網(wǎng)之上。IMS的分層體系如圖l所示。

1．2 體系要求

1.2.1 IP連接

IP連接可以通過歸屬網(wǎng)絡(luò)或拜訪網(wǎng)絡(luò)獲得。用戶漫游時的IP連接示意圖如圖2所示。圖中的(a)部分表示用戶設(shè)備通過拜訪網(wǎng)絡(luò)獲得一個IP地址的情況。在通用移動通信系統(tǒng)UMTS(Universal Mobile Tele-communicatiom System)網(wǎng)絡(luò)中，這意味著用戶漫游到拜訪網(wǎng)絡(luò)時所使用的無線接入網(wǎng)RAN(Radio Access Network)、GPRS服務(wù)支持節(jié)點SGSN (Serving GPRS Support Node)和GPRS網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點GGSNf(Cateway GPRS Support Node)都位于拜訪網(wǎng)絡(luò)。圖2中的(b)部分表示終端從歸屬網(wǎng)絡(luò)獲得一個IP地址的情況。在UMTS網(wǎng)絡(luò)中，這意味著用戶漫游到拜訪網(wǎng)絡(luò)時，RAN和 SGSN位于拜訪網(wǎng)絡(luò)。顯然，當(dāng)用戶位于歸屬網(wǎng)絡(luò)時，所有必需的網(wǎng)元都位于歸屬網(wǎng)絡(luò)，IP連接也位于該網(wǎng)絡(luò)中。

1．2．2 接入無關(guān)性和通信安全

IMS的設(shè)計恩想與具體的接人方式無關(guān)，從而IMS服務(wù)可以通過任何IP網(wǎng)絡(luò)提供支持。此外IMS至少提供了與之相對應(yīng)的GPRS和電路交換網(wǎng)絡(luò)類似的安全性。

1．2．3 IP多媒體服務(wù)質(zhì)量保證

在Internet中，時延一般較大，且不確定，這樣使得分組的到達順序不確定，并且有些分組會丟失或被遺棄。而在IMS中．它與底層接入和傳輸網(wǎng)絡(luò)一起提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證，從而保證不會出現(xiàn)分組丟失或被遺棄等情況。

1．2．4 計費功能

IMS體系允許使用不同的計費模型。根據(jù)傳輸層所使用的資源情況，可對主叫方單方計費或?qū)χ鞅唤须p方計費。在主被叫雙方都計費的情況下，主叫方是基于IMS層會話進行計費，而被叫方是對會話中增加的新的媒體元素進行計費。同時IMS還支持在線計費和離線計費。

1. 2．5 漫游功能

IMS支持GPRS漫游、IMS漫游和IMS電路交換漫游。GPRS漫游是指拜訪網(wǎng)絡(luò)提供SGSN和RAN，而歸屬網(wǎng)絡(luò)提供CGSN和IMS時接入IMS的漫游。IMS漫游模型是指一種網(wǎng)絡(luò)配置，此時拜訪網(wǎng)絡(luò)提供IP連接，而歸屬網(wǎng)絡(luò)提供IMS功能的其余部分。

1．2．6 與其他網(wǎng)絡(luò)的配合

作為一個新的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和體系，IMS支持與PSTN、ISDN、移動網(wǎng)和Intemet用戶之間的通信。

1．2．7 服務(wù)開發(fā)和服務(wù)模型

IMS體系必須包含一個服務(wù)框架，使IMS能夠支持語音、視頻、多媒體等附加服務(wù)。IMS所采用的服務(wù)模型是歸屬服務(wù)控制，即訪問用戶數(shù)據(jù)庫并與服務(wù)平臺直接交互的實體總是位于用戶的歸屬網(wǎng)絡(luò)。

2 IMS相關(guān)實體和功能

IMS的相關(guān)實體和功能主要體現(xiàn)在呼叫會話控制功能CSCF(Call Session Control Function)、媒體處理功能和網(wǎng)關(guān)功能上。

2.1 呼叫會話控制功能的組成

CSCF包含代理呼叫會話控制功能P-CSCF(ProxyCSCF)、問訊呼叫會話控制功能I-CSCF(InterrogationCSCF)和服務(wù)呼叫會話控制功能S-CSCF(Sendng CSCF)。

2.1.1 P-CSCF實體的功能

P-CSCF是IMS系統(tǒng)中用戶的第一個接入點，它負(fù)責(zé)驗證請求， 并且可以作為用戶代理UA(User Agent)。在異常條件下釋放會話和生成獨立的SIP事務(wù)時，UA是必不可少的。在同一個運營商的網(wǎng)絡(luò)中可以有一個或多個P-CSCF。其功能包括：

(1)通過用戶設(shè)備UE(User Equipment)提供的歸屬域名來轉(zhuǎn)發(fā)注冊請求給I-CSCF。
(2)將UE接收到的SIP請求和響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)給S-CSCF，并將SIP請求和響應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)給UE。
(3)檢測緊急會話并建立請求。
(4)發(fā)送與計費有關(guān)的信息給計費采集功能CCF(Charging Collection Function)。
(5)提供SIP信令完整性保護，并且維持UE與P-CSCF之間的安全機制。
(6)對來自UE的SIP消息進行解壓縮和壓縮，支持三個基于BFC的壓縮。
(7)用戶登記員從S-CSCF訂閱一個注冊事件包，并下載了隱性注冊的公共用戶身份，從而獲取網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)注冊解除事件的通知消息。
(8)與策略決策功能模塊交互。
(9)會話計時器允許P-CSCF檢測和釋放被掛起的會話所消耗的資源。

2.1.2 I-CSCF實體的功能

在運營商網(wǎng)絡(luò)中，I-CSCF提供了所有連接到該網(wǎng)絡(luò)中某一用戶的接入點。在一個運營商的網(wǎng)絡(luò)中可以有多個I-CSCF。I-CSCF。執(zhí)行的功能如下：
(1)聯(lián)系歸屬用戶服務(wù)器HSS(Home Subscriber Server)，從而獲得正在為某個用戶提供服務(wù)的S-CSCF的名字。
(2)在沒有分配任何S-CSCF時，根據(jù)從HSS收到的能力集來指定一個S-CSCF。
(3)轉(zhuǎn)發(fā)SIP請求或響應(yīng)給S-CSCF。
(4)發(fā)送與計費相關(guān)的信息給CCF。
(5)提供隱藏功能。

2．1．3 S-CSCF實體的功能

S-CSCF是IMS的核心，它位于歸屬網(wǎng)絡(luò)。一個運營商網(wǎng)絡(luò)中可以有多個S-CSCF，且這些S-CSCF可以具有不同的功能。S-CSCF的具體功能如下：
(1)通過IMS認(rèn)證和密鑰協(xié)商AKA(Authentication andKey Agreement)機制來認(rèn)證用戶，并充當(dāng)?shù)怯泦T處理注冊請求。
(2)在注冊過程中或者在處理一個注冊用戶的請求時，從HSS下載用戶信息及與服務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)。
(3)將發(fā)向移動用戶的業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)給P-CSCF，并且將移動用戶產(chǎn)生的業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)給I-CSCF、出口網(wǎng)關(guān)控制功能BGCF(Breakout Gateway Control Function)或者應(yīng)用服務(wù)器As(Application Server)。
(4)進行會話控制，作為代理服務(wù)及UA。
(5)使用域名服務(wù)器翻譯機制將E．164數(shù)字翻譯成SIP統(tǒng)一資源標(biāo)識符URI(Uniform Resource Identifier)。
(6)監(jiān)視注冊計時器，并在需要時解除用戶注冊及與服務(wù)平臺的交互。
(7)當(dāng)運營商支持IMS緊急呼叫時，用于選擇緊急呼叫中心。
(8)執(zhí)行媒體修正和維持會話計時器。
(9)發(fā)送與計費相關(guān)的信息給CCF以進行離線計費，或者發(fā)給在線計費系統(tǒng)OCS(Online Chafing System)進行在線計費。

2．2 媒體功能

媒體功能主要包含多媒體資源控制器MRFC(Multimdia Resource Function controUer)和多媒體資源功能處理器MRFP(Media Resource Processor)。

2．2．1 MRFC實體的功能

MRFC用于支持與承載會議、對用戶公告及進行承載代碼轉(zhuǎn)換等相關(guān)的服務(wù)。MRFC解釋從S-CSCF收到的SIP信令，并且使用媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議指令來控制MRFP。MRFC還能夠發(fā)送計費信息給CCF和OCS。

2．2．2 MRFP的功能

MRFP提供被MRFC所請求和指示的用戶平面資源。MRFP具有輸入混合媒體流、媒體流信源和處理媒體流等功能 。

2．3 網(wǎng)關(guān)的組成

網(wǎng)關(guān)功能主要包括：出口網(wǎng)關(guān)控制功能BGCF、媒體網(wǎng)關(guān)控制功能MGCF(Media Gateway Control Function)、IMS媒體網(wǎng)關(guān)功能IMS-MGF(IMS Media Gateway Function)和信令網(wǎng)關(guān)SGW(Signaling Gateway)。

2．3．1 BGCF實體的功能

BGCF負(fù)責(zé)選擇到電路交換CS(Circuit Switched)域出口的位置。當(dāng)同出口位于相同網(wǎng)絡(luò)時，則BGCF選擇MGCF進行進一步的會話處理；否則，BGCF將會話轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的 BGCF。此外，BGCF能夠報告計費信息給CCF，并且收集處理統(tǒng)計信息。

2．3．2 MGCF實體的功能

MGCF是使IMS用戶和CS用戶之間可以進行通信的網(wǎng)關(guān)。所有來自CS用戶的呼叫控制信令都指向MGCF，它負(fù)責(zé)進行ISDN用戶部分或承載無關(guān)呼叫控制與SIP協(xié)議之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，并將會話轉(zhuǎn)發(fā)給IMS。MGCF還控制與其關(guān)聯(lián)的用戶平面實體和IMS-MGW中的媒體通道并報告計費信息給CCF。

2．3．3 IMS-MGW實體的功能

IMS-MGW提供CS網(wǎng)絡(luò)和IMS之間的用戶平面鏈路。它終結(jié)來自CS網(wǎng)絡(luò)的承載信道和來自骨干網(wǎng)的媒體流，執(zhí)行這些終結(jié)之間的轉(zhuǎn)換，并在需要時為用戶平面進行代碼轉(zhuǎn)換和信號處理。此外，IMS-MGW能夠提供音調(diào)和公告給CS用戶并受MGCF控制。

2．4 SGW實體的功能

信令網(wǎng)關(guān)用于不同信令的互聯(lián)，可以基于SCTP／IP信令網(wǎng)和七號信令系統(tǒng)網(wǎng)(SS7)的互聯(lián)。SGW在基于SS7的信令傳輸與基于IP的信令傳輸之間進行傳輸層的雙向信令轉(zhuǎn)換。它不對應(yīng)用層的消息進行解釋處理。

3 展望

目前的電信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)由多個相互獨立的垂直業(yè)務(wù)體系組成，如IP電話、可視電話、視頻點播等。不同網(wǎng)絡(luò)為用戶提供不同的業(yè)務(wù)。“終端一網(wǎng)絡(luò)一應(yīng)用”的“點到點”形式的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不利于運營商簡單、快速引入新業(yè)務(wù)以及業(yè)務(wù)之間的互動。下一代“融合”的演進方向是“多種終端一多種接入一統(tǒng)一控制核心網(wǎng)一多種應(yīng)用”的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。不同業(yè)務(wù)能同時運行及交互?；贗MS的融合體系架構(gòu)正是適應(yīng)這種融合需求而產(chǎn)生的。作為基于標(biāo)準(zhǔn)的開放架構(gòu)，IMS使運營商能跨越不同終端和網(wǎng)絡(luò)，快速地提供融合的多媒體業(yè)務(wù)，創(chuàng)建與接入終端無關(guān)的永遠在線的網(wǎng)絡(luò)?；贗MS的網(wǎng)絡(luò)融合的研究才剛開始，很多功能實體和接口的功能需要增強或修改。目前標(biāo)準(zhǔn)組織的活動還處于功能需求的研究階段。實現(xiàn)這些功能的流程、消息及參數(shù)還需要進一步完善。

IMS的體系使各種類型的客戶終端都可以建立起對等的IP通信，并且可以獲得所需的服務(wù)質(zhì)量。除了會話控制外，IMS體系還定義了完成服務(wù)所必需的功能。IMS已經(jīng)成為下一代網(wǎng)絡(luò)融合的核心。