IMS网络架构演进资料

IMS

网络架构演进策略2007-03-1702:27:53|

分类： 电信技术

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中国移动通信集团重庆有限公司网络管理中心

付航一、NGN

、软交换与

IMS一）NGNQoS

NGN 是指基于分组技术的网络，能够提供包括电信业务在内的多种业务，能够利用多种宽带和具有支持能力的传送技术，业务相关功能与底层传送相关技术 之间相互独立，能够让用户自由接入不同的业务提供商，能够支持通用移动性，从而向用户提供一致的和能无处不在的网络接入业务。NGN分层结构，包括业务层、控制层、传输层以及用户终端，能提供多种业务类型有语音、数据、多媒体等。

采用二）软交换软交换可以理解为一种分层、开放的NGN体系结构，是NGN核心控制层技术之一。软交换实际上是“控制”，而非“交换”，因为“交换”更多体现在承载层，所以“软交换网是下一代话音网或下一代分组通信网”的说法更贴切。以控制和承载分离为基本特征的软交换技术的基本定位是在一个基于 IP技术的网络上提供传统的长途等 5类语音业务。软交换的灵活部署和高集成度为运营商带来 了网络建设成本和维护成本的大幅度降低，但由于受到终端能力、 QoS、安全以及业务接口标准化等诸多方面的限制， 目前较为成熟的软交换括固定软交换和 3GPPR4)的应用也仅限于此，它还没有给最终用户带来新的业务。

(包（三）

IMSIMS（IPMultimediaSubsystem）即IP多媒体子系统，由3GPP标准组织在R5版本基础上提出，是在基于IP的网络上提供多媒体业务的通用网络架构，R5版本主要定义了IMS的核心结构、网元功能、接口和流程等内容；R6版本对IMS进行了完善，增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和WLAN接入等特性；R7加强了对固定、移动融合的标准化制定，要求IMS支持xDSL、cable等固定接入方式。IMS 技术对控制层功能做了进一步分解，实现了会话控制（CallSessionControlFunction ）和承载控制实体 MGCF（MediaGatewayControlFunction能上的分离，使网络架构更为开放、灵活，所以 IMS实际上比传统软交换更“软”。

实体

CSCF）在功IMS以其业务、控制、承载完全分离的水平架构，集中的用户属性和接入无关等特性，一方面解决了目前软交换技术还无法解决的问题，如用户移动性支持、标准 开放的业务接口、灵活的 IP多媒体业务提供等；另一方面，其接入无关性，也使得 IMS成为固定和移动网络融合演进的基础。IMS

业务架构如图

1所示，IMS

的目的是建立与接入无关、能被移动网络与固定网络共用的融合核心网。在无线接入技术方面，此外，固定网络的 LAN和

IMS除了GSM/GPRS和WCDMAxDSL接入技术也可以接入到IMS。

之外，WLAN

通过

SIPProxy

也可以接入。IMS还提供了与ISDN/PSTN传统电路交换网络的互联机制。这样，IMS之外，还包括固定的电话终端、多媒体智能终端、PC机的软终端等。

提供服务的终端除了移动终端IMS能够为使用不同接入手段的用户提供融合的业务，但固定接入与移动接入终究有不同的特征，所以要将基于移动通信发展起来的 IMS体系应用到固网中还需 要进行大量的改进，标准化工作依然任重而道远。移动通信界提出的 IMS与固网通信界提出的软交换的基本思想和目标是一致的， 都希望建立基于的融合与开 放的网络平台。

IP二、IMS

体系研究（一）

IMS

体系结构IMS体系结构和 CSCF的设计利用了软交换技术， 实现了业务与控制相分离、 呼叫控制与媒体传输相分离。IMS虽然是3GPP为移动用户接入多媒体服务而 开发的系统，但由于它全面融合了 IP域的技术，并在开发阶段就和其它组织进行密切合作，使得 IMS实际已经不仅仅局限于只为移动用户进行服务。 IMS体系 结构如图 2所示。在IMS体系结构中，最底层为承载层，用于提供IMSSIP会话的接入和传输，承载网必须是基于分组交换的。图2以移动分组网的承载方式为例，描述了IMS用户通过手机进行IMS会话的方式，主要的承载层设备有SGSN（GPRS业务支撑节点）、GGSN（网关GPRS业务支撑节点）以及MGW（媒体网关）。其中SGSN和GGSN可以重复利用现网设备，不需要硬件升级，仅通过做相关配臵就可以支持IMS。MGW是负责媒体流在IMS域和CS（电路交换）域互通的功能实体，主要解决语音互通问题。无论具体采用哪一种接入方式，只要基于IP技术，所有的IMS用户信令就可以很好地传送到控制层。中间层为信令控制层，由网络控制服务器组成，负责管理呼叫或会话设臵、修改和释放，所有IP多媒体业务的信令控制都在这一层完成。主要的功能实体有CSCF、HSS（HomeSubscriberServer，归属用户服务器）、MGCF等，这些网元执行不同的角色，如信令控制服务器、数据库、媒体网关服务器等，协同完成信令层面的处理功能，如SIP会话的建立、释放。这一层仅对IMS信令负责，最终的IMS业务流不经过这一层，完全通过底层的承载层做路由实现端到端通信。最上面一层是应用层，由应用和内容服务器组成，负责为用户提供IMS增值业务，主要网元是一系列通过CAMEL、OSA/Parlay和SIP技术提供多媒体业务的应用平台。运营商可以自行开发一些基于SIP的应用，通过标准SIP接口与IMS系统连接；如果运营商需要连接第三方SP的应用，IMS可以和标准的API，如OSAAPI连接，通过OSA/ParlayGW对第三方非信任的SP业务进行鉴权和管理等。（二）IMS的优势1．IMS由于采用的是分组网络，对于数据业务的支持有着天然的优势，能满足新业务的高速宽带和低成本的需要。2．SIP协议能够提供终端到终端和终端到服务器直接的通信。 SIP协议业务的灵活和扩展能力也是比较强大的。 IMS的终端由于直接支持 SIP，所以它的终端智能是比较高的，从而使业务拓展也比较容易。3．IMS系统不是一个简单的 SIP网络，它加强了对用户和业务的控制，便于运营商把握资源的使用。4．IMS和接入网络之间的独立性。5．IMS整合了各种业务平台，形成一个统一的 IMS系统，这样有利于各种业务平台之间的兼容。IMS和目前国际化标准组织 OMA 共同开发业务平台，从而为 IMS系统增值。6．IMS因为采用是 IP承载网络，向全 IP网络架构迈进了一步。三、IMS与网络架构演进1.网络演进的驱动 力不管是固定网络运营商还是移动网络运营商，如何借助灵活开放的业务平台快速部署新业务是他们在市场竞争中保持优势的关键因素，是网络演进的驱动力之一。另外，用户对全新多媒体业务的需求也是网络演进的驱动力之一。用户希望能够以跨越固定和移动网络的便捷使用方式来获得多媒体业务。因此，运营商需要一个可控制、可管理和可盈利的网络架构，来提供用户所期待的全新业务。基于IP技术、与接入无关、业务和控制分离的IMS网络架构正是满足这一需求的全新架构。2.IMS与FMC（固定和移动融合）移动通信和固定通信的融合以及声音、

数据、图像多媒体的融合是未来通信发展的趋势，

IMS

则初步体现了这两大融合。用户的业务需求是固定和移动融合的基本驱动力。对用户而言，有线网络与无线网络相结合，实现真正的随时随地沟通，在通信手段和通信方式上也有了更多的选择和更大的灵活性；同时还可以享受到更多固定和移动融合所带来的新业务。

可以固定和移动的融合能为全业务运营商节省投资、 减少运营成本。传统的固定网络和移动网络提供的许多业务基本一致，但是移动网络和固定网络是独立的两张业务 网，致使运营维护费用高；而且当开发新业务时，即使同样的业务也必须分别升级两张网络才能够为移动网络和固定网络用户分别提供新业务，致使新业务提供成本 高。固定和移动融合之后将形成整体的网络，运维成本将显著降低，而且新业务的开发不必再分别升级固定网络和移动网络，只需要对统一的业务平台进行一次升级 就能够同时为各类用户提供业务。固定和移动融合也是 NGN 发展的必然趋势，因为全 IP网络是固定网络和移动网络的共同发展方向，在NGN体系架构下，固定和移动只是 NGN的不同接入方 式。固定网络与移动网络的演进路线在很多方面相似， PSTN将向固定软交换网演进，而基于 WCDMA 的移动网络则是沿着 3GPPR99／R4／R5的道路 演进。虽然目前固定 NGN 和移动NGN(即3G或B3G)的发展是独立的，但两者在演进过程中所遵从的分层网络体系结构、所采用的许多通信协议和接口规范 都相同或类似，尤其是 IMS的发展有望实现两者在核心网络层和业务层的完全融合。3.GSM

网络向

IMS演进探讨(1)目前G网技术演进滞后于 C网，G网的状况基本是没有很完善的

GPRS/EDGE

网络。所以第一步要建立完善覆盖的 GPRS网络，以提供端到端高数据交换服务。在核心网中引入软交换，形成控制和承载相分离的网络结构，目前很多厂家不太支持不经过软交换阶段的IMS。(3)经过软交换阶段之后我们在全国范围内逐步引入

IMS，以实现全

IP化的接口。IMS的部署并不意味着替换电路域，相反，在 IMS部署初期，由于语音业务还无法直接由 IMS域提供，语音业务还将由电路域承担。只有当语音成为丰富的多媒体业务的一部分，而且 IMS达到一定的渗透率之后才能真正开始语音从电路域到 IMS域的迁移。从增加业务收入角度看，3G技术的引入开始可以提供更高的带宽和更吸引人的业务，但更多的新业务必须依赖于IMS。IMS能够作为现有GPRS网络的叠加网络来部署，另外需要增加PDF、CSCF、HSS以及IMSAS等。依赖于IMS提供IP多媒体业务，将是移动运营商的首选。同时由于IMS核心网元和固定运营商 IMS所使用的是一样的，因此也有利于固定和移动融合的网络部署和业务开展。(4)最后我们要把现有的 C网、固定网等全部接入到 IMS网络，并把现网的相关业务迁移到 IMS网络。四、总结从标准化和技术成熟度来看，基于软交换构建固定的 NGN更为现实，难度也较小；从技术趋势来看，开放与融合程度更高的 IMS系统则代表了未来的发展方向， 代表着固定与移动融合的趋势，更有前途。可以说基于软交换的网络只是 NGN发展的初级阶段，而 IMS是NGN发展的高级阶段。各运营商都将网络和业务融合作为长远的战略目标，长远目标一定和近期的部署相结合，在具体部署时又要根据市场需求和网络实际情况进行。总的来说IMS和移动软交换将同时存在，它们之间通过网络互通实现部分业务的互通。并且从长期来看，电路域用户最终会迁移到IMS域，然而大规模的迁移不会在近期出现。IMS的进一步认识3G 网络的重要目标：将当今通信中最成功的典范进行融合：一个是蜂窝移动通信网络，一个是因特网。在3GPP的R4版本中引入了软交换（ SoftSwitching是什么关系呢——把 IMS看作更软的软交换系统，如图所示：

）概念，而

R5中引入的

IMS

和

R4中的软交换图

1.1

软交换与

IMS

系统的关系软交换实现了传统交换机中承载和控制的有效分离，而

IMS

进一步实现了控制与业务的有效分离。（1）IMS

是一个开放的网络架构体系IMS系统将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相应的功能划分并各自独立发展。IMS的部件化使得原有的电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务需要自由组合各部分的功能产品来组建网络；部件间协议接口的标准化可以实现各种异构网的互通。IMS体系分离的目标是使业务真正独立于网络，灵活有效地实现业务的提供。用户可以自行配臵和定义自己的业务特征，不必关心承载业务的网络形式以及终端类型，似的业务和应用的提供有较大的灵活。（2）IMS是基于分组的网络架构①IP多媒体子系统采用了 IP技术，通过 IP技术“融合”了不同接入网络。②IMS是一种网络架构或者一种体系而非一种业务。IMS架构IMS是英文IndependentMediaServices 的缩写中文译名：独立媒体服务IMS是MEGASTAR公司的一个部门，创始人 Blong.He. 专门从事独立媒体运作业务。IMS技术概念IMS(IPMultimediaSubsystem) 是IP多媒体系统,是一种全新的多媒体业务形式，它能够满足现在的终端客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求。目前，IMS被认为是下一代网络的核心技术，动与固网融合，引入语音、数据、视频三重融合等差异化业务的重要方式。但是，目前全球处于初级阶段，应用方式也处于业界探讨当中。

也是解决移IMS网络多数

的定位IMS在3GPPRelease5 版本中提出，是对IP多媒体业务进行控制的网络核心层逻辑功能实体的总称。3GPPR5主要定义 IMS的核心结构，网元功能、接口和流程等内容： R6版本增加了部分 IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和无线局域网（ WLAN）接入特性等；R7版本加强了对固定、移动融合的标准化制订，要求 IMS支持数字用户线（ xDSL）、电缆调制解调器等固定接入方式。软交换技术从1998年就开始出现并且已经历了实验、商用等多个发展阶段，目前已比较成熟。全球范围早已有多家电信运营商开展了软交换试验，发展至今，软交换技术已经具备了替代电路交换机的能力，并具备一定的宽带多媒体业务能力。在软交换技术已发展如此成熟的今天，IMS的出路在何方如何发展和定位呢?首先需要对IMS和软交换进行较为全面的比较和分析。

?又该如果从采用的基础技术上看， IMS和软交换有很大的相似性：都是基于 IP分组网；都实现了控制与承载的分离；大部分的协议都是相似或者完全相同的；许多网关设备和终端设备甚至是可以通用的。IMS和软交换最大的区别在于以下几个方面。1）在软交换控制与承载分离的基础上， IMS更进一步的实现了呼叫控制层和业务控制层的分离；2）IMS起源于移动通信网络的应用，因此充分考虑了对移动性的支持，并增加了外臵数据库——归属用户服务器（HSS），用于用户鉴权和保护用户业务触发规则；3）IMS全部采用会话初始协议（ SIP）作为呼叫控制和业务控制的信令，而在软交换中，于呼叫控制的多种协议的一种，更多的使用媒体网关协议（ MGCP）和H.248协议。

SIP只是可用总体来讲，IMS和软交换的区别主要是在网络构架上。软交换网络体系基于主从控制的特点，使得其与具体的接入手段关系密切，而 IMS体系由于 终端与核心侧采用基于 IP承载的SIP协议，IP技术与承载媒体无关的特性使得 IMS体系可以支持各类接入方式，从而使得 IMS的应用范围从最初始的移动 网逐步扩大到固定领域。此外，由于 IMS体系架构可以支持移动性管理并且具有一定的服务质量（ QoS）保障机制，因此 IMS技术相比于软交换的优势还体现 在宽带用户的漫游管理和 QoS保障方面。的发展与应用 标准的发展对IMS进行标准化的国际标准组织主要有3GPP侧重于从移动的角度对 IMS进行研究，而由3GPP来完善。

3GPP和高级网络电信和互联网融合业务和协议 （TISPAN）。TISPAN则侧重于从固定的角度对 IMS提出需求，并统一3GPP对IMS的标准化是按照 R5版本、R6版本、R7版本⋯⋯这个过程来发布的， IMS首次提出是在R5版本中，然后在 R6、R7版本中 进一步完善。R5版本主要侧重于对 IMS基本结构、功能实体及实体间的流程方面的研究；而 R6版本主要是侧重于 IMS和外部网络的互通能力以及 IMS对各 种业务的支持能力等。相比于 R5版本，R6版本的网络结构并没有发生改变，只是在业务能力上有所增加。在 R5的基础上增加了部分业务特性，网络互通规范以 及无线局域网接入特性等，其主要目的是促使 IMS成为一个真正的可运营的网络技术。R7阶段更多的考虑了固定方面的特性要求，加强了对固定、移动融合的标制订。R5版本和R6版本分别在2002年和2005年被冻结，而R7版本也即将冻结。

准化在TISPAN定义的NGN体系架构中，IMS是业务部件之一。TISPANIMS是在3GPPR6IMS核心规范的基础上对功能实体和协议进行扩展的，支持固定接入方式。TISPAN的工作方式和阶段发布不同版本。目前，TISPAN已经发布了R1版本相关规范，从固定的角度向修改建议；R2版本目前还处于需求分析阶段。

3GPP相似，都是分3GPP提出对IMS的TISPAN在许多文档中都直接应用了 3GPP的相关文档内容，而 3GPPR7版本中的很多内容又都是在吸收了TISPAN的研究成果的基础 上形成的，所以一方对文档内容的修改都将直接影响另一方。此外，部分先进的运营商（如德国电信、英国电信和法国电信）已经明确了未来网络和业务融合的战略 目标，并开始特别关注基于 IMS的网络融合研究。 各大设备厂商也加大了对 IMS在固网领域应用的研究， 正积极参与并大力推进基于 IMS的NGN的标准化工 作。因此各个标准之间的协调一致的问题还需要进一步探讨。

的主要应用

媒体业务类型IMS是一个在分组域（ PS）上的多媒体控制能，支持会话类和非会话类的多媒体业 务。

/呼叫控制平台，

IMS

使得

PS具有电路域（

CS）的部分功IMS

为未来的多媒体应用提供了一个通用的业务平台，

典型的业务如呈现、 消息、会议、一键通等等。将不同的业务进行分组可以得到以下一些类型。1）信息类业务，这类业务对用户来讲已经非常熟悉，而且目前为运营商带来了良好的收益， IMS信息类业务将带给用户更多的选择，在享用这 些信息类业务的同时，用户可以随心所欲而且费用低廉的使用其他媒介，比如视频和声音等，同时可以灵活的选用实时业务或非实时业务进行沟通。

的）多媒体呼叫话音业务，这类业务可以给用户在原有的话音业务操作和应用上带来全新的体验。）增强型呼叫管理，可以实现让用户自己来控制业务，让用户的沟通更加灵活。4）群组业务，将不同的通信媒介聚合起来，为用户提供新的业务体验，而且 IMS还可以对业务进行新的开发和组合；突破传统的一对一的通信方式限制，可以提供基于群组的通信方式。）信息共享，常见的邮件携带附件的沟通模式可以完成部分的信息共享功能，但是在许多情况下显得不够灵活，所以实时在线的信息共享通信应运而生，多个用户可以实时处理同一个数据文件。6）在线娱乐，移动终端可以直接和信息资源互联， IMS方式可以更好地呈现信息的更新和沟通，并可以随着用户需求的增长对信息进行必要的过 滤；对于用户的在线游戏， IMS可以为用户提供从单机游戏到多用户在线参与的在线娱乐方式，同时用户还可以采用多种多媒体来沟通交流。 的主要应用随着IMS技术和产品的逐渐成熟， 已经有一些运营商开始了 IMS的商用，还有一些运营商在进行相关的测试。从目前的商用和测试情况看，移动运营商已经开始商用，而固网运营商还主要处于试验阶段。综合考虑，IMS的应用主要集中在以下几个方面。首先是在移动网络的应用，这类应用是移动运营商为了丰富移动网络的业务而开展的，主要是在移动网络的基础上用 IMS来提供 PoC、即时消息、视频共享等多媒体增值业务。应用重点集中在给企业客户提供IPCENTREX和公众客户的 VoIP第二线业务。其次是固定运营商出于网络演进和业务的需要，通过（IPCENTREX业务），以及向固定宽带用户（例如 ADSL

IMS用户）提供

为企业用户提供融合的企业的应用VoIP应用。第三种典型的应用是融合的应用，

主要体现在

WLAN

和

3G

的融合，以实现语音业务的连续性。

在这种方式下，用户拥有一个WLAN/WCDMA的双模终端，在WLAN的覆盖区内，一般优先使用WLAN接入，因为这种方式用户使用业务的资费更低，数据业务的带宽更充足。当离开WLAN的覆盖区后，终端自动切换到WCDMA网络，从而实现语音在WLAN和WCDMA之间的连续性。目前，这种方案的商用较少，但是许多运营商都在进行测试。在IMS中全部采用 SIP协议，虽然SIP也可以实现最基本的 VoIP，但是这种协议在多媒体应用中所展现出来的优势表明，它天生就是为多媒体业务而生的。由于 SIP协议非常灵活，所以 IMS还存在许多潜在的业务。基于

IMS

的网络融合问题随着通信网络的发展与演进，融合是不可避免的主题，固定和移动的融合（ FMC）更是迫切要解决的问题。ETSI给FMC下的定义是：“固定移 动融合是一种能提供与接入技术无关的网络能力。但这并不意味着一定是物理上的网络融合， 而只关心一个融合的网络体系结构和相应的标准规范。 这些标准可以用 来支持固定业务、移动业务以及固定移动混合的业务。固定移动融合的一个重要特征是，用户的业务签约和享用的业务，将从不同的接入点和终端上分离开来，以允 许用户从任何固定或移动的终端上，通过任何兼容的接入点访问完全相同的业务，包括在漫游时也能获得相同的业务。” 在给FMC下定义ETSI的同时也对固定 移动网络的融合提出了相应的要求。IMS进一步发扬了软交换结构中业务与控制分离、控制与承载分离的思想，比软交换进行了更充分的网络解聚，网络结构更加清晰合理。网络各个层次的不断解聚是电信网络发展的总体趋势。网络的解聚使得垂直业务模式被打破，有利于业务的发展；另外，不同类型网络的解聚也为网络在不同层次上的重新聚合创造了条件。这种重新聚合，就是网络融合的过程。利用IMS实现对固定接入和移动接入的统一核心控制，主要是 IMS具有以下特点。）与接入无关性。虽然3GPPIMS是为移动网络设计的， TISPANNGN是为固定 xDSL宽带接入设计的，但它们采用的 IMS网络技术却可以做到与接入无关，因而能确保对 FMC的支持。从理论上可以实现不论用户使用什么设备、在何地接入 IMS网络，都可以使用归属地的业务。2）统一的业务触发机制。 IMS核心控制