IP多媒體子系統(tǒng)柜架結構研究

　　1 UMTS版本的演進

　　早在上世紀90年代初期，歐洲電信標準協(xié)會(ETSI)就開始為3G標準征求技術方案，并將3G技術稱為UMTS(通用移動通信系統(tǒng))。WCDMA(帶寬5MHz)建議是多種方案之一。其后，日本的積極參與極大地推動了3G標準的全球化步伐。1998年，日本和歐洲在寬帶CDMA建議的關鍵參數(shù)上取得一致，使之正式成為UMTS體系中FDD(頻分雙工)頻段空中接口的入選技術方案，并由此通稱為WCDMA。

　　UMTS是IMT-2000家族最主要的三種技術標準之一。作為一個完整的3G移動通信技術標準，UMTS并不僅限于定義空中接口。它的主體包括CDMA接人網(wǎng)絡和分組化的核心網(wǎng)絡等一系列技術規(guī)范和接口協(xié)議。從根本上說，UMTS版本的演進過程也是一個技術和業(yè)務需求不斷提高的過程。UMTS標準經(jīng)過多年發(fā)展，已漸趨成熟，其標準化工作由3GPP組織完成。到目前為止，主要有5個版本，即3GPP R99、3GPP R4、3GPP R5、3GPPR6和3GPPP R7，前4個版本已經(jīng)完成并終結，目前正在進行R7版本的制定工作。不同版本間的功能劃分并不是絕對和清晰的，而是按時間進度和工作完成情況進行靈活劃分，不一定某個功能必須在某個版本中完成，在修改版本時應遵守向后兼容的原則，各版本的演進日寸間如圖1所示。

　　UMTS體系通過引入IMS來提供基于IP的傳統(tǒng)語音業(yè)務和其他新型移動多媒體業(yè)務。IMS定義了規(guī)范的網(wǎng)絡結構、完備的安全機制、基于策略的QoS保障機制以支持多媒體業(yè)務，并定義了符合智能網(wǎng)架構的業(yè)務模型以支持多種移動增值業(yè)務。IMS的引入必將對下一代移動網(wǎng)絡的發(fā)展起到至關重要的作用。

　　1.1 3GPP R99

　　3GPP R99版本功能于2000年3月確定，標準已相當完善，后續(xù)版本將都向3GPP R99版兼容。目前在全球已經(jīng)安裝和試開通的WCDMA網(wǎng)絡都是基于這個版本的。3GPP R99版本最大的特征是在網(wǎng)絡結構上繼承了廣泛采用的第二代移動通信系統(tǒng)——GSM／GPRS核心網(wǎng)結構。

　　R99版本和以R00為起點的未來版本中UMTS體系結構的業(yè)務驅動因素如圖2所示。R99版本的業(yè)務驅動因素主要包括：與GSM的兼容、接入高速數(shù)據(jù)業(yè)務以及可管理的QoS。CS域提供基于節(jié)點MSC(一種演進的GSM網(wǎng)絡)的面向電路的業(yè)務，而PS域提供移動設備和IP網(wǎng)絡(一種演進的GPRS網(wǎng)絡)之間的IP連接。

　　1.2 3GPP R00

　　3GPP R00版本目前劃分為R4和R5兩種。3GPP R5版本功能于2002年6月確定。R5階段接入網(wǎng)部分采用全IP，核心網(wǎng)部分主要是引人了IMS域，它是基于PS(分組域)之上的多媒體業(yè)務平臺，也是UMTS核心網(wǎng)絡中提供端到端多媒體業(yè)務和集群多媒體業(yè)務的中心，主要用于提供各種實時／非實時的多媒體業(yè)務。

　　中期版本(以R4和R5為起點)在R99版本中增加了IP多媒體特征。業(yè)務驅動因素包括：與R99版本的兼容、增加了IP多媒體業(yè)務和對無線IP話音業(yè)務的高效支持，這些業(yè)務主要是為多媒體業(yè)務提供服務的，但不一定做到與話音業(yè)務及其輔助業(yè)務完全兼容。其主要特點包括：CS域提供了與R99版本CS域完全兼容的業(yè)務，可通過MSC／MSC服務器和分組骨干網(wǎng)的演進來實現(xiàn)CS域業(yè)務；PS域也能夠保持和提供IP連接，它可通過升級為IP多媒體業(yè)務提供QoS支持。增加的IP多媒體子系統(tǒng)能夠提供新的IP多媒體業(yè)務，這些業(yè)務能夠對CS域提供的業(yè)務進行有益的補充。但在中期版本中，這些業(yè)務不一定與CS域相對應。

　　在UMTS版本5或更高的版本中，新增加了兩個全新的具有強大能力的IMS：一是增加類似呼叫狀態(tài)控制功能(CSCF)的新網(wǎng)絡實體來提供基本IP多媒體服務，例如在兩個用戶間發(fā)起的多媒體會話；二是相互兼容已經(jīng)發(fā)展到可以提供一些網(wǎng)絡實體能力的階段，例如開放業(yè)務接人(OSA)服務能力，利用基本的IP多媒體服務和網(wǎng)絡提供的能力，OSA服務能力的功能能夠激勵第三方產(chǎn)生新的IP多媒體服務。

　　1.3 遠期體系結構

　　當R99演變到R00(R4和R5)后，業(yè)界的目標是擁有一個完全基于分組交換系統(tǒng)的集成平臺。長期UMTS體系結構版本的驅動因素包括：一些用戶轉向使用IP多媒體業(yè)務，且除了UMTS外，IP多媒體子系統(tǒng)得到了廣泛接受。

　　在3GPP R6中，IMS被定義為支持所有IP接入網(wǎng)的多媒體業(yè)務核心網(wǎng)，可以支持任何一種移動／固定、有線／無線IP-CAN。近年來，IP多媒體子系統(tǒng)迅猛發(fā)展，已經(jīng)完全可以取代先前的CS域，并提供相關業(yè)務，UMTS的遠期體系結構將保留PS域，并逐步淘汰CS域，如圖3所示。

　　由于過渡到全IP多媒體業(yè)務需要較長時間，因而傳統(tǒng)CS移動業(yè)務和IP多媒體業(yè)務將同時并存。因此，網(wǎng)絡必須同時支持傳統(tǒng)CS業(yè)務和新型PS業(yè)務(如包含多種終端設備的多媒體業(yè)務)，這些業(yè)務引入的目標是提供不斷演進的2G網(wǎng)絡與優(yōu)化后的3G網(wǎng)絡之間的無縫漫游。這意味著長期UMTS體系結構在獨立于傳輸技術的同時，需要提供支持業(yè)務。長期UMTS體系結構平臺需要支持的功能包括：混合體系結構；網(wǎng)絡演進路徑；新能力；基于IP的呼叫控制；具有端到端QoS保證的IP實時(包括話音)業(yè)務；GERAN(對GMS／EDGE無線接入網(wǎng)的支持)；使用工具包(如CAMEL、MExE、SAT、VHE／OSA)來提供業(yè)務；與R99業(yè)務的后向兼容；在QoS、安全性、認證和機密性方面不下降；支持域間漫游和業(yè)務連續(xù)性。

　　2 IP多媒體子系統(tǒng)框架結構

　　IMS的設計獨立于無線接入網(wǎng)，它利用核心網(wǎng)設備，可提供新型基于IP的交互式多媒體業(yè)務，因而采用該系統(tǒng)的運營商可為用戶提供基于Internet應用的多媒體服務。3GPP IMS采用了層次化的體系結構，分為業(yè)務應用平臺、IP多媒體子系統(tǒng)和接入網(wǎng)絡3層，如圖4所示。

　　2.1 接入網(wǎng)絡

　　接入網(wǎng)絡支持多種技術，包括3GPP GPRS、WLAN、UTRAN、POTS／ISDN等。其中SGSN可為M S(移動臺)接入網(wǎng)絡提供移動性管理、尋路等功能。GGSN主要是起網(wǎng)關作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡連接，如ISDN、UTRAN和LAN等。歸屬用戶服務器(HSS) 是給定用戶的主控數(shù)據(jù)庫，它是支持網(wǎng)絡實體處理呼叫／會話的包含簽約信息的實體。媒體網(wǎng)關(MG)在不同網(wǎng)絡間提供媒體流映射或代碼轉換的功能。

　　2.2 IP多媒體子系統(tǒng)

　　IP多媒體子系統(tǒng)基于SIP協(xié)議，支持IPv6，負責多媒體業(yè)務的會話控制，提供QoS保障和計費管理。IMS的主要實體為呼叫狀態(tài)控制功能(CSCF)、媒體網(wǎng)關控制功能(MGCF)、媒體資源功能(MRF)和其他一些適應性實體，它可以與PLMN信令網(wǎng)和外部IP網(wǎng)絡互連。

　　2.3 業(yè)務應用平臺

　　業(yè)務應用平臺支持多種業(yè)務，包括IN／CAMEL、OSA／Parlay及SIP應用等。IMS在原有UMTS技術基礎上，提供根據(jù)用戶、業(yè)務、數(shù)據(jù)流等的更多收費手段。通過新的在線計費功能，運營商還可以實時控制業(yè)務流程。

　　3 結論

　　基于IMS的網(wǎng)絡融合方案可以使運營商基于統(tǒng)一的核心網(wǎng)絡為固定和移動用戶提供相同的業(yè)務，相對固網(wǎng)和移動網(wǎng)的核心網(wǎng)并存的網(wǎng)絡架構，不僅可以減少網(wǎng)絡結構的復雜度，而且應該可以降低網(wǎng)絡的運維成本，已經(jīng)成為下一代網(wǎng)絡的發(fā)展方向。同時，在NGN的框架下，IMS要同時為固定終端和移動終端提供多媒體業(yè)務，但固定和移動接人存在許多差異，因而情況變得更加復雜，一些技術方面問題有待于深入研究和探討。