基于esi的ngn核心结构

基于esi的ngn核心结构

网络融合的目的是在统一的网络上交换各种信息。本文中的网络融合指固定网与移动网的融合（fixed-mobileconvergence）。网络融合是通信市场的发展趋势，这首先表现为终端用户对业务使用的方便性、个性化、多样化、通用移动性及有线与无线无缝融合通信方式的迫切要求；其次，网络融合可以使运营商提供更有竞争力的业务，产生新的收入增长点；最后，基于统一的核心网为固定和移动用户提供业务，使网络结构简单清晰，管理维护统一便捷，将大大降低网络投资成本和运营成本。网络融合是下一代网络（NGN）的重要特征之一。3GPP最先提出的IP多媒体子系统（IMS）具有采用会话初始协议（SIP）进行呼叫控制、与接入无关和能够灵活提供多种业务等优点，近来受到业内广泛的关注和青睐。目前基于IMS的网络融合已成为NGN体系架构的研究重点。本文首先介绍3GPPIMS的体系结构，然后分析基于IMS实现固定和移动网络融合的可行性，并提出融合网络的参考架构。一、ims体系结构为了在IP平台上支持丰富的移动多媒体业务，3GPP在R5版本中引入了IMS。IMS基于SIP协议，叠加在分组交换（PS）域上。图1是IMS体系结构的示意图。图中粗实线是用户平面数据通道，细虚线是信令传输通道，可见其体系架构采用的是控制与承载相分离的方式。IMS主要作为信令处理子系统，用户平面的多媒体数据由PS域的GPRS支持节点（GSN）通道承载。下面按照IMS的主要功能介绍相关功能实体1．p-cscf功能呼叫会话控制功能（CSCF）是IMS的核心功能实体，其主要功能是实现IMS域的呼叫和会话控制。IMS定义了三种CSCF:·代理CSCF(P-CSCF）：位于访问网络中，是SIP用户接入IMS的入口点。主要功能：受理SIP用户接入，SIP消息的转发、完整性保护和压缩处理。P-CSCF中的策略判决功能（PDF）模块负责对多媒体业务的QoS要求进行策略判决。P-CSCF也可用来提供紧急业务的本地控制。·查询CSCF(I-CSCF）：位于归属网络中，是SIP消息进入归属IMS网络的入口点。主要功能：查询归属用户服务器（HSS）来为用户选择服务CSCF(S-CSCF），并将SIP消息发到该S-CSCF；作为外部网络到IMS归属网络的网关，支持防火墙功能，并具有隐藏归属网络拓扑的功能，从而允许各运营商独立安全地配置IMS网络。·S-CSCF：位于归属网络中，根据需要可设置多个。主要功能：接受用户注册，从HSS下载并临时存储用户相关数据；重定向路由，进行呼叫会话控制；触发用户签约业务，协同业务平台进行业务支持等。2hss的获取·HSS：存储用户签约信息和位置信息的数据库系统，由归属位置寄存器（HLR）演变而成。·签约位置功能（SLF）:IMS网络中可能有多个HSS，在SIP注册或会话建立过程中，CSCF可通过查询SLF来找到存储相应用户信息的HSS。SLF在单一的HSS环境中并不需要。·三种业务提供相关的功能实体：分别是SIP应用服务器（SIPAS）、IP多媒体业务转换功能（IM-SSF）和开放业务接入业务能力服务器（OSA-SCS），分别用来支持运营商IMS网络直接提供的SIP业务、CAMEL业务环境（CSE）提供的传统移动智能网业务和第三方提供的业务。3媒体资源处理·媒体资源功能控制部分（MR-FC）：根据CSCF的要求，通过H.248协议控制媒体资源功能处理部分（MRFP）完成相应的媒体资源处理。·MRFP：根据MRFC的控制提供相关服务，包括多方会议、语音提示、铃声、语音识别、语音合成等。4．电话接种及电话互通·IMS媒体网关（IMS-MGW）：负责IMS与PSTN/CS域之间的媒体流互通，即IP媒体流与脉冲编码调制（PCM）媒体流之间的编解码转换；并在媒体网关控制功能（MGCF）的控制下完成呼叫的接续。·MGCF：采用H.248协议控制MGW进行呼叫会话接续；与CSCF通信；提供应用层上的信令转换，即SIP信令和ISDN用户部分（ISUP）信令之间的转换。·信令网关（SGW）：提供传输层上的信令转换，即基于IP承载的信令和七号信令之间的转换。·边界网关控制功能（BGCF）：是IMS域与外部网络的分界点，它选择在何处与PSTN/CS域互联。·在IMS中，CSCF与HSS的Cx接口采用3GPP专门定义的IP网络控制协议，MGCF与MG之间、MRFC与MRFP之间为H.248协议，信令网关（SG）的相关接口为Sigtran协议，其余接口均采用SIP协议。二、ims网络融合的必要性NGN是一个业务驱动的开放融合的网络。IMS体系结构的诸多特点正好符合NGN的需求，主要表现为以下几个方面：·采用分层开放结构。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，网络结构更加清晰合理；层间采用标准化的开放接口，有利于新业务的快速生成和应用。·统一采用SIP协议进行控制。SIP简洁高效、可扩展性和适用性好，使得IMS能够灵活便捷地支持广泛的IP多媒体业务，并且SIP可与现有固定IP数据网平滑对接。·经过进一步完善可以具有与接入无关的特点，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。·支持移动性。由于IMS最初是3GPP为移动网络定义的，所以充分考虑了对用户终端的漫游支持。·充分考虑了运营商实际运营的需要，在网络框架、QoS、安全、计费以及和其他网络的互通方面都制定了相关规范。IMS的上述特点为同时支持固定和移动接入提供了技术基础，使得网络融合成为可能。目前3GPP、ETSI和I-TU-T都已经确定将IMS作为NGN核心网基于SIP会话的子系统的基本架构，一致认为基于IMS的网络融合是NGN发展的方向。现阶段IMS支持2G和3G的移动接入方式，还不能支持固定接入方式。ITU-TFGNGN和ETSITISPAN工作组都希望通过修改和扩充3GPPIMS的相关规范来满足NGN的网络和业务要求，基于IMS实现下一代融合网络。从目前各标准组织对于IMS的研究来看，基于IMS的网络融合技术基本上还处于功能需求的前期研究阶段，在标准规范的制定上还有很多工作要做。三、基于ims的网络融合NGN分层架构下的网络融合可以发生在网络的不同层面上，包括业务层上的融合、会话控制层上的融合以及接入层与传输层上的融合。基于IMS的网络融合主要是指核心网会话控制层和业务层上的融合，目的是使IMS成为基于SIP的通用平台，同时为固定和移动用户提供丰富的业务。基于IMS实现网络融合的参考架构如图2所示。1非sip宽带终端接入层支持各种无线和有线终端的接入。各种固定和移动SIP宽带终端均可通过IP接入网（支持UMTS、cdma2000、WLAN、xDSL等）直接接入IMS核心网，而其他非SIP宽带终端（如H.323终端）则必须先通过终端适配接口（TAI）完成H.323与SIP协议的转换后才能接入。各种宽带IP终端通过MGCF、MGW和SGW等功能实体实现与PSTN/PLMNCS域的普通窄带终端的互通。2ipv6对固定网络的支持传输层基于一个统一的分组核心网为业务媒体流和控制信息流提供端到端的传送。由于3GPP要求IMS网络和终端支持IPv6协议，而目前的固定网络及终端都没有这方面的要求，所以为实现传输层的融合应放宽该要求，可以使用IPv4并考虑对于网络地址端口转换（NAPT）的支持。NAPT可以解决IPv4地址缺乏的问题，它提供了一种可以隐藏终端地址并进行IP地址翻译的机制，使得终端可以采用私有IP地址与网络进行通信3会话控制相关机制会话控制层的主要功能包括用户注册，建立、维持和终止应用级端到端会话，协商多媒体会话的需求和设置，修改当前会话的媒体资源等。统一会话控制是网络融合的核心。为更好地实现会话控制层的融合，需考虑以下三点：(1)SIP协议差异的协调3GPPIMS呼叫控制使用的SIP来自IETF的SIP协议，但针对移动接入的特点进行了部分增强和舍弃，主要体现在登记、鉴权和会话策略等方面，为了实现统一的会话控制需要协调这些差别。例如3GPPIMS增加了认证和密钥协商（AKA）鉴权流程，以便符合移动网的鉴权机制。该机制要求终端具有通用集成电路卡（UICC），而目前其他方式接入的终端无法满足该条件。解决办法是允许固定终端通过其他方式（如软件方式）进行接入鉴权。另外，由于无线空中接口资源十分有限，3GPPIMS增加了SIP压缩（SipComp）要求，以节省无线资源。对于固定接入，带宽资源很充足，所以没有必要压缩SIP消息。(2）多媒体会话的资源预留由于IMS最初是为移动用户设计的，所以3GPP规定移动终端可通过分组数据协议（PDP）语境激活来预留传输网络资源。PDP语境是与在移动网络分组域上传输数据相关的一系列配置和使用设置。移动终端在应用级注册之前可以激活一个PDP语境来获得传输所需的资源，之后，如果想重新协商QoS配置，可以再次激活新的PDP语境。而固定网络却没有制定终端用户（例如xDSL终端）预留资源的机制，所以需要扩展P-CSCF以及Gq接口以支持网络侧发起资源预留请求。(3）地址互通CSCF通过域名服务器（DNS）来确定下一跳的IP地址，完成路由的功能。网络融合提出了“单一号码接入”和各种网络“地址互通”的要求，DNS应支持电子号码（ENUM）机制，以完成E.164号码和SIP统一资源标识（URI）之间的相互转译和路由功能。4业务层的融合应用层由各种应用服务器组成，提供最终用户的业务逻辑。IMS业务功能结构比较合理完善，目前支持三种业务提供方式：传统智能网业务、SIP应用业务以及第三方应用业务。这种分布式业务提供方式既考虑到融合网络新业务的提供，也考虑到传统智能网业务的提供；既允许由运营商自身提供增值业务，也支持开放业务接入（OSA），允许第三方通过标准开放的应用编程接口（API）提供增值业务。为更好地实现业务层的融合，还需考虑以下三点：·统一用户数据库。目前，固定宽带网络的用户签约信息位于SIP注册服务器，IMS中用户签约信息和位置信息位于HSS。这两种数据库应该合并成一个固定业务和移动业务通用的公共用户数据库，其用户的签约信息和位置信息为各种业务所共享。这样不管用户采用何种接入技术，IMS都可以应用HSS中的用户签约信息对用户进行鉴权、认证和计费（AAA），简化了业务提供，也便于提供个性化服务。·增强业务的交互协调能力。由于固定接入网和无线接入网具有不同的特点，有些业务主要是针对固定用户或移动用户设计的，例如主要是为固网用户推出的宽带视频会议（NetMeeting）业务和主要是为移动用户提供的文本短信息业务等。在网络融合背景下，应该消除这些区分。运营商应根据用户的位置和使用的终端智能化地提供合适的业务。这就需要不同业务之间具有很强的交互协调能力。SIP是未来多媒体应用的最佳载体，所以这种业务交互能力自然也应该使用SIP来实现。四、基于ims的网络融合技术的应用前景和研究方向网络融合是通信发展的趋势，3GPP提出的IMS凭借多种优势得到了ETSI、ITU-T等标准化组织的关注，被认为是实现移动和固定网络融