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現有固網NGN向IMS演進方案研究

2007/07/27

　　摘要　本文對固網NGN技術及IMS技術的特點進行了比較，并對現有固網NGN向IMS演進方案進行了分析論證，得出可行的演進方案。

1、背景

　　IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）是3GPP在Release5版本提出的支持IP多媒體業(yè)務的子系統(tǒng)，它的核心特點是采用SIP協(xié)議和與接入的無關性，在網絡融合的發(fā)展趨勢下，3GPP、ETSI和ITU-T都在研究基于IMS的網絡融合方案，實現固定網和移動網的融合。因此IMS被認為將是下一代網絡的理想目標架構。

2、固網NGN向IMS演進的可行性分析

　　2.1　IMS與固網NGN的比較

　　2.1.1　技術特點

　　與固網軟交換技術相比，IMS具有以下技術優(yōu)勢。

　　接入無關性；更加徹底的分離；網絡更加標準和統(tǒng)一。

　　除了以上特點外，固網NGN與IMS，尤其是基于融合的IMS系統(tǒng)還有一些其他關鍵技術的區(qū)別，包括登記注冊、QoS、漫游、安全性等方面。

　　2.1.2　網元設置

　　在網絡構架上，固網NGN與IMS都采用了分層的網絡結構，即將網絡分為業(yè)務層、控制層、承載層和接入層。主要區(qū)別在于固網NGN注重物理實現，將控制層的功能集中在軟交換機上，網絡中只有軟交換一個中央控制點；而IMS的控制層功能由多個邏輯功能模塊實現，如會話控制由CSCF實體實現、互通功能由MGCF/MGW實現、用戶數據存儲在HSS中，網絡更加分布化，邏輯實體并不一定對應物理實現。網絡功能模塊化有利于網絡擴展和業(yè)務整合，便于集中組網。軟交換與IMS的分層架構比較如表1所示。

表1　固網NGN與CM-IMS網元/功能模塊比較



2.1.3　業(yè)務提供

　　固網NGN的業(yè)務提供方式有以下幾種。

　　直接由SoftSwitch提供業(yè)務，可提供基本電話業(yè)務、補充業(yè)務等；SoftSwitch具備SSP功能，通過SG與現網SCP互通，提供現有智能網業(yè)務；SoftSwitch與應用服務器之間通過SIP、H.323、Radius等協(xié)議互通；通過Parlay-GW/OSA-GW提供API接口，為第三方提供業(yè)務開發(fā)平臺。

　　由此可見，固網NGN的業(yè)務邏輯分布在AS與軟交換機SS的。而IMS的業(yè)務與控制分離，所有的業(yè)務邏輯都在業(yè)務層實現，S-CSCF只完成會話控制功能，業(yè)務集中在AS中，且在AS與控制層之間提供開放的業(yè)務接口，因此IMS更利于第三方業(yè)務的開發(fā)。

　　IMS的業(yè)務提供方式如下。

　　IMS通過IM-SSF和傳統(tǒng)智能業(yè)務（CAMEL、INAP等）的互通，實現已有的智能業(yè)務的繼承；IMS通過AS可以提供基于SIP的業(yè)務，如IM、Poc、Presence等；IMS通過Parlay-GW/OSA-GW（Open Services Access-Gate-way）提供API接口，為第三方提供業(yè)務開發(fā)平臺。

　　2.1.4　終端角度

　　固網NGN支持的終端包括：支持SIP、H.323、MGCP、H.248等協(xié)議的終端。其中支持話音業(yè)務接入的終端主要由支持H.248協(xié)議的IAD或AG設備提供傳統(tǒng)POS話機的接入；話音業(yè)務和多媒體業(yè)務也可由支持SIP的智能硬終端或軟終端完成；多媒體業(yè)務也可通過H.323協(xié)議支持。固網NGN網絡接入的終端是依據接入設備的IP地址和端口號在網絡中標識的，因此不需進行嚴格的接入注冊和簽權認證。在固網NGN中通過IAD或AG接入的POS話機是基于接口標識的，不具有移動性；但對于智能終端（如軟終端）具備游牧功能。

　　由于IMS網絡是基于SIP協(xié)議的，因此接入IMS網絡的終端設備要求必須支持SIP接口。支持SIP接口的終端主要有SIP智能終端和支持POS話機接入的SIP IAD設備，終端接入IMS需進行雙向注冊認證。另外IMS是基于移動網發(fā)展而來的，具備移動性管理功能，因此IMS終端均是可移動的。

　　綜上所述，軟交換網絡體系基于主從控制的特點，使得其與具體的接入手段關系密切，而IMS體系由于終端與核心側采用基于IP承載的SIP協(xié)議通信，IP技術與承載媒體無關的特性，使得IMS體系可以支持各種接入方式。不過IMS目前尚缺乏廣泛的應用驗證，成熟性較差，RIMS距離完全繼承PSTN網絡能力的目標還有一定距離。從長遠來看，IMS將是網絡發(fā)展的必然。

　　2.2　國際標準的發(fā)展

　　IMS和IMS-Based固網NGN是兩個不同的概念，雖然3GPP也在努力獨立于接入方式，但是目前來講還是TISPAN和ITU-T更加致力于網絡的融合，考慮所有的接入方式。同時IMS只能夠提供話音業(yè)務和多媒體業(yè)務，而IMS-Based固網NGN的目標是能夠提供所有的業(yè)務，包括話音業(yè)務、多媒體業(yè)務、流媒體業(yè)務和其他業(yè)務。IMS-based固網NGN目前已經被公認為一種比較好的控制層面融合的目標體系。

　　討論現有固網NGN向IMS演進，可以借鑒ETSI TISPAN的相關研究成果。TISPAN于2005年6月完成整個TISPAN_固網NGN_Release1，并在將來的Release中進行完善。TISPAN_固網NGN_Release1的總體需求包括：固定終端可以獲得3GPP IMS核心網提供的所有業(yè)務，能夠全部或部分替代現有核心網提供的PSTN/ISDN業(yè)務。

　　基于IMS的固網NGN融合架構采用面向子系統(tǒng)的網絡結構，這樣的網絡架構非常靈活方便，一方面可以方便地直接引入和修改其他標準組織定義的子系統(tǒng)，另一方面將來如果有新的業(yè)務類別需求時，定義添加一個新的子系統(tǒng)即可，對已有的子系統(tǒng)影響很小。基于IMS的固網NGN融合架構主要分為業(yè)務層和基于IP的傳送層，如圖1所示。

圖1　TISPAN固網NGN的網絡總體架構

　　業(yè)務層包括下面的元素：PSTN/ISDN模擬子系統(tǒng)（PSS）即IMS核心子系統(tǒng)、PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)（PES）、其他多媒體子系統(tǒng)（如流媒體子系統(tǒng)、內容多播子系統(tǒng)等）和應用以及可以用于多個子系統(tǒng)的公共元素（如接入應用、計費功能、用戶屬性管理、安全管理和路由管理等）；傳送層為用戶終端提供了基本的IP連接的能力，其中的網絡附屬子系統(tǒng)（NASS）和資源認證控制子系統(tǒng)（RACS）屏蔽了IP層以下的接入網/核心網所使用的傳送技術，給固網NGN用戶終端提供了IP的連續(xù)性。

　　業(yè)務層的PSS和PES子系統(tǒng)針對不同的終端類型和業(yè)務需求而設計。使用PSS和PES主要目的是使寬窄帶域完全分離，即SIP用戶通過PSS子系統(tǒng)完成接入和業(yè)務提供，窄帶用戶通過PES子系統(tǒng)完成接入和業(yè)務提供。具體比較如表2所示。

表2　PES和PSS比較表


(點擊看大圖)

　　實際上，PES子系統(tǒng)為連接到固網NGN中的傳統(tǒng)固網終端（指通過MGCP/H.248 IAD/AG接入的PSTN/ISDN終端）提供PSTN/ISDN仿真業(yè)務，服務的對象主要針對于現有的大量PSTN終端。PES子系統(tǒng)的實現可以有兩種方式。

　　方式一：基于軟交換的PES，即基于現有軟交換的實現方式（從傳統(tǒng)交換機移植），不需要內部接口標準化，只需要標準化外部接口。該方式能夠提供更完全的PSTN能力、業(yè)務、接口，以及用戶體驗�；谲浗粨Q的PES已經部署在固網NGN網絡中，用戶數據庫和業(yè)務在5020 MGC中實現，能夠實現100%的PSTN特性。

　　方式二：基于IMS的PES，使用IMS架構實現PES。即在IMS體系中增加了兩個關鍵功能一是AGCF，向下通過P1接口（H.248）控制MG，向上通過Mw接口接入IMS核心；二是應用服務器中的PES業(yè)務邏輯。AGCF負責控制MG，提供業(yè)務無關的能力（Hook處理、Tone、Announcement等），業(yè)務觸發(fā)基于用戶屬性（iFC），PES業(yè)務完全由應用服務器提供，功能結構和接口協(xié)議與IMS基本一致。

　　上述兩種PES實現方式中IMS的PES方式實現與IMS的融合是當前演進的主流，主要是在IMS核心網增加一個AGCF網元。但目前AGCF的相關國際標準還不完善，雖然已經有了基本框架，但具體細節(jié)、流程、接口還未明確，估計在TISPAN Realse2中最終確定。

　　由此可見，PES更加適合固網運營商向IMS演進及融合，對移動運營商，擁有的固網用戶規(guī)模非常小，建設IMS網絡的主要目的是借助新技術實現優(yōu)勢延伸，快速、低成本進行全業(yè)務網建設，因此移動運營商應關注PSS方式。

　　最終融合后的網絡架構如圖2所示。


(點擊看大圖)

圖2　固網NGN與IMS融合網絡架構

　　2.3　技術比較結論

　　從以上技術特點比較和國際標準發(fā)展趨勢看，固網NGN和IMS的融合是必然趨勢�，F有固網NGN網絡向IMS架構的演進是可行的。

3、固網NGN向IMS演進的步驟和方式

　　本節(jié)以一個固網NGN網向IMS演進為例，說明具體的演進方式。

　　3.1　固網NGN向INS演進方式

　　從總體來看，現網NGN網絡架構示意如圖3所示。

圖3　固網NGN網絡現狀示意圖

　　現有固網NGN網絡已經帶有商用用戶，從現有固網NGN系統(tǒng)向IMS的演進有兩個前提：

　�。�1）保證現有業(yè)務的正常運行；

　�。�2）IMS技術已經得到充分驗證，具備商用能力。

　　在以上兩個前提下，固網NGN向IMS的演進有以下3種方式。

　　3.1.1　方式一：直接演進方式

　　直接方式是將現有固網NGN系統(tǒng)直接向IMS架構演進：將固網NGN系統(tǒng)網元全部升級為IMS的網元，并補充相關IMS設備，將固網NGN網絡直接升級為IMS網絡，通過IMS網絡開放業(yè)務。

　　該方式下的業(yè)務分工：升級后的IMS網絡既負責處理語音業(yè)務，也負責處理面向中高端用戶的多媒體業(yè)務。

　　3.1.2　方式二：疊加演進方式

　　疊加方式是在現有固網NGN網絡邊疊加一個完整的IMS網絡，現有固網NGN和新建IMS兩個網絡在一段時期內共存，并各自獨立發(fā)展用戶。當IMS系統(tǒng)逐漸成熟后，可以將用戶逐漸從固網NGN網絡向IMS網絡遷移。

　　本方式下，IMS網絡所有設備均為新建，本方式下新建的IMS網絡與原固網NGN網絡完全獨立，兩個網絡之間可以通過SIP協(xié)議互通，或者通過PLMN互通。

　　該方式下的業(yè)務分工：原有固網NGN網絡正常處理各種業(yè)務，新建的IMS網絡主要處理面向中高端用戶的多媒體業(yè)務，AGCF/MGCF設備則在驗證現網業(yè)務可行性的同時，根據需求開放部分語音業(yè)務。

　　3.1.3　演進方式比較（見表3）

表3　演進方式比較


(點擊看大圖)

　　采用方式一，由于現階段IMS系統(tǒng)的成熟性還有待進一步驗證，因此對商用固網NGN網絡的升級改造具有一定的風險。因此方案不建議采納。方式二中新建一套IMS系統(tǒng)，進行新業(yè)務需求的測試，系統(tǒng)測試成功后，將現有固網NGN網絡用戶向IMS系統(tǒng)進行牽移。在演進過程中，采取“分步走”的策略，充分驗證軟交換向IMS演進的技術可行性，保證平滑演進，并對現網業(yè)務影響最小。因此推薦采用方式二。

　　3.2　固網NGN向IMS演進步驟

　　采取“分步走”的策略，演進步驟如下。

　　3.2.1　步驟1

　�。�1）新建IMS網絡，引入新的網元設備，實現寬帶智能終端的接入；

　�。�2）增加業(yè)務平臺服務器，實現多媒體業(yè)務、智能網業(yè)務及PSS業(yè)務功能。

　　原有固網NGN系統(tǒng)與新建IMS系統(tǒng)的業(yè)務分工為：原固網NGN負責現有語音業(yè)務的處理，新建IMS負責向中、高端用戶提供有特色的多媒體業(yè)務。本步驟中現有業(yè)務不受影響。

　　3.2.2　步驟2

　　在新建的IMS試驗網中新建1套小容量AGCF網元設備，實現基于IMS的PES功能，驗證固定軟交換向IMS的演進過程中對PSTN語音業(yè)務的繼承程度（目前AGCF的標準和設備尚需要完善，因此需要單獨布置）。該步驟對現有語音業(yè)務不造成影響。

　　該步驟中需要驗證：新增AGCF網元實現基于IMS的PES業(yè)務，該業(yè)務的實現對于現網業(yè)務牽移非常關鍵。

　　3.2.3　步驟3

　　新建的IMS網絡測試試用穩(wěn)定后，將現網中的軟交換機升級為IMS網絡中的AGCF或MGCF，將用戶數據割接至HSS，將業(yè)務邏輯割接至應用服務器，并逐步實現統(tǒng)一計費、統(tǒng)一網管。

　　該步驟是在新建IMS技術成熟的前提下，將現有業(yè)務割接至IMS系統(tǒng)，從而實現固網NGN系統(tǒng)向IMS的演進。

　　3.3　結論

　　通過上述的演進方式分析可知，固網NGN網絡從技術上尚不具備直接向IMS網絡演進的條件。不過可以通過“分布演進”的方式，逐步實現固網NGN與IMS網絡的融合。同時在網絡演進融合過程中要特別注意兩點：第一，IMS演進應減小對現有網絡的影響，尤其是當固網NGN網絡已經承載了商用業(yè)務時；第二，IMS網絡應循序漸進，當新建IMS網絡運行穩(wěn)定，且固網NGN網絡向IMS演進技術成熟后，再進行融合。從長遠來看，未來的網絡將實現IMS網絡作為核心。

4、結束語

　　從技術發(fā)展水平來看，固網NGN網絡與IMS網絡的融合是大勢所趨。但通過對現網NGN網絡向IMS演進的分析，結合當前的國際規(guī)范、技術水平、廠家提供設備等情況來看，IMS網絡完全兼容現網NGN還是存在一定問題的，還需要進一步研究相關技術問題的解決方案。不過從網絡長遠發(fā)展的角度考慮，非常有必要開始進行相關技術方案的試驗，為今后網絡融合奠定基礎，并進行相關技術儲備。相信不遠的將來，IMS網絡與現網NGN必將實現真正意義上的融合。

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