提供固定業(yè)務(wù)和移動(dòng)業(yè)務(wù)的IMS

  
 
    摘要　本文對國際IMS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)最新研究和進(jìn)展情況進(jìn)行了匯總，對IMS所具有的特點(diǎn)進(jìn)行了歸納，并針對固定接入和移動(dòng)接入的差異，詳細(xì)分析了IMS在綜合提供固定業(yè)務(wù)和移動(dòng)業(yè)務(wù)時(shí)需要考慮的關(guān)鍵問題，最后給出了發(fā)展和部署IMS還需要考慮的問題。  
 

1、概述 

　　IMS（IP multimedia subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）在3GPP Release 5版本中提出，是對IP多媒體業(yè)務(wù)進(jìn)行控制的網(wǎng)絡(luò)核心層邏輯功能實(shí)體的總稱?，F(xiàn)在通常提到的IMS實(shí)際有狹義和廣義兩種概念，狹義指的是3GPP Release 5版本以后的網(wǎng)絡(luò)核心控制層所涉及的邏輯功能實(shí)體，廣義指的是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其中網(wǎng)絡(luò)核心控制層基于IMS。 

　　本文主要從固定和移動(dòng)融合的角度對IMS進(jìn)行探討，主要參考3GPP和TISPAN在IMS上的研究成果，從目前標(biāo)準(zhǔn)化情況來看，IMS將被用作一個(gè)通用的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)同時(shí)為固定接入和移動(dòng)接入的用戶提供多媒體業(yè)務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)固定和移動(dòng)的融合。3GPP和TISPAN的研究重點(diǎn)各有不同，3GPP主要從移動(dòng)的角度對IMS進(jìn)行研究，而TISPAN則側(cè)重于從支持固定接入的角度對IMS進(jìn)行研究。TISPAN和3GPP采取密切合作的方式，由支持固定接入TISPAN對IMS核心控制部分提出修改要求，而由3GPP進(jìn)行修改，以便達(dá)到IMS核心控制部分標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。 

2、IMS的研究和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)展情況 

　　2.1　3GPP IMS的研究進(jìn)展 

　　3GPP對IMS的標(biāo)準(zhǔn)化是遵循R5版本、R6版本、R7版本……發(fā)布的方式進(jìn)行，IMS標(biāo)準(zhǔn)在R5版本階段提出，在R6版本、R7版本功能不斷完善。 

　　IMS R5版本在2002年9月凍結(jié)，主要功能包括： 

　　●IMS基本架構(gòu)和功能，指出IMS應(yīng)獨(dú)立于接入方式； 

　　●選用基于IETF RFC3261擴(kuò)展的SIP作為應(yīng)用協(xié)議； 

　　●定義了IMS網(wǎng)元之間的基本信令流程，并在認(rèn)證與鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)、安全、QoS等方面進(jìn)行了基本定義。 

　　IMS R6版本在2005年3月凍結(jié)，部分課題推遲到2005年6月。R6版本主要功能有： 

　　●增強(qiáng)了互通性的定義，包括IPv4與IPv6互通、SIP互通、編解碼方式、IMS與PSTN互通、IMS與移動(dòng)CS域互通等； 

　　●定義了通過其他接入技術(shù)使用IMS核心模塊的方法，并對WLAN接入IMS系統(tǒng)的場景進(jìn)行了詳細(xì)定義； 

　　●IMS組管理： 

　　●定義了在線業(yè)務(wù)（presence）、即時(shí)消息（instant message，IM）、IMS會(huì)議、IMS組管理、PoC（push to talk over cellular）等業(yè)務(wù)的具體信令流程和業(yè)務(wù)管理、計(jì)費(fèi)； 

　　●在QoS、計(jì)費(fèi)等方面有所增強(qiáng)。 

　　可以看到，R6版本階段提供了與各種現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的互通，支持新業(yè)務(wù)的需求，在計(jì)費(fèi)和QoS功能上的增強(qiáng)使得IMS對用戶和業(yè)務(wù)的控制功能更加完善。IMS R7版本正在制定過程中，目前提出的新功能有： 

　　●通過電路域（CS domain）承載提供IMS語音； 

　　●通過分組域（PS domain）提供緊急服務(wù)； 

　　●對DSL和cable modem接入方式的定義。 

　　3GPP在R7版本最新草案中已經(jīng)反映了TISPAN的最新研究成果。 

　　2.2　TISPAN對IMS的研究 

　　TISPAN在第9次全會(huì)上確定IMS基于3GPP R7最新草案。并針對固定接入的特殊需求，對相關(guān)功能實(shí)體的功能又進(jìn)行了增強(qiáng)。除了從固定角度對IMS核心控制部分進(jìn)行研究之外，TISPAN主要定義了NASS（網(wǎng)絡(luò)附屬子系統(tǒng)）和RACS（資源接納控制子系統(tǒng)）兩個(gè)子系統(tǒng)，并相應(yīng)地增加了IMS和這些子系統(tǒng)之間的接口。 

3、IMS所具有的特點(diǎn) 

　　IMS首先由3GPP提出，然后TISPAN將NGN多媒體核心控制部分定位于基于IMS體系架構(gòu)，利用IMS實(shí)現(xiàn)對固定接入和移動(dòng)接入的統(tǒng)一核心控制，這主要是IMS具有以下特點(diǎn)： 

　?。?）統(tǒng)一的業(yè)務(wù)觸發(fā)機(jī)制 

　　IMS核心控制部分不實(shí)現(xiàn)具體業(yè)務(wù)，所有的業(yè)務(wù)包括傳統(tǒng)概念上的補(bǔ)充業(yè)務(wù)都由業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)，IMS核心控制只根據(jù)初始過濾規(guī)則進(jìn)行業(yè)務(wù)觸發(fā)，這樣消除了核心控制相關(guān)功能實(shí)體和業(yè)務(wù)之間的綁定關(guān)系，無論固定接入還是移動(dòng)接入都可以使用IMS中定義的業(yè)務(wù)觸發(fā)機(jī)制實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一觸發(fā)。 

　?。?）統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)庫 

　　和用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)主要包括用戶的標(biāo)識(shí)信息、認(rèn)證和授權(quán)信息、業(yè)務(wù)觸發(fā)信息可以統(tǒng)一存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)庫本身不再區(qū)分固定用戶和移動(dòng)用戶，特別是業(yè)務(wù)觸發(fā)機(jī)制中使用的初始過濾規(guī)則，對IMS中所定義的數(shù)據(jù)庫來講，完全是透明數(shù)據(jù)的概念，屏蔽了固定和移動(dòng)用戶在業(yè)務(wù)屬性上的差異。 

　?。?）統(tǒng)一的路由機(jī)制 

　　IMS中僅保留了傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)中HLR的概念，而摒棄了VLR的概念，和用戶相關(guān)的數(shù)據(jù)信息只保存在用戶的歸屬地，這樣不僅用戶的認(rèn)證需要到歸屬地認(rèn)證，所有和用戶相關(guān)的業(yè)務(wù)也必須經(jīng)過用戶的歸屬地。 

　　IMS所具有這些特征可以同時(shí)為移動(dòng)用戶和固定用戶所共用，統(tǒng)一的業(yè)務(wù)觸發(fā)機(jī)制可以同時(shí)為固定用戶和移動(dòng)用戶提供特色業(yè)務(wù)。用戶數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)并不是只有移動(dòng)網(wǎng)才能具有的特性，固定網(wǎng)也可以實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)，如目前國內(nèi)進(jìn)行的PSTN智能化，其本質(zhì)就是實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的全部或部分統(tǒng)一存儲(chǔ)，這樣增加了網(wǎng)絡(luò)配置、管理和業(yè)務(wù)能力方面的靈活性，而傳統(tǒng)固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的路由機(jī)制本質(zhì)沒有什么不同。 

4、同時(shí)支持固定接入和移動(dòng)接入IMS需要考慮的關(guān)鍵問題 

　　由于固定接入和移動(dòng)接入在終端、網(wǎng)絡(luò)帶寬、位置信息、認(rèn)證鑒權(quán)等方面的差異，所以在具體實(shí)現(xiàn)機(jī)制上存在很大差異，對IMS也產(chǎn)生不同的影響。 

　　4.1　用戶認(rèn)證不同 

　　3GPP IMS中用戶認(rèn)證采用3GPP AKA（認(rèn)證和密鑰協(xié)商）方式，這種認(rèn)證基于共享密鑰和序列號(hào)以及在用戶和網(wǎng)絡(luò)間傳遞相關(guān)認(rèn)證信息，這種認(rèn)證方式需要終端具有ISIM（IP多媒體業(yè)務(wù)身份識(shí)別模塊）應(yīng)用，比較適用于移動(dòng)終端和新型的固定終端，對于傳統(tǒng)終端很難采用這種方式。為了使傳統(tǒng)終端也能夠接入到IMS中，TISPAN提出NASS-Bundle認(rèn)證方式，其實(shí)質(zhì)是線認(rèn)證的概念，用戶的接入線標(biāo)識(shí)信息靜態(tài)保存在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫中（3GPP稱為HSS，TISPAN中稱為UPSF），然后和注冊過程中獲得的接入線標(biāo)識(shí)信息比較，最后進(jìn)行認(rèn)證，注冊過程中的接入線標(biāo)識(shí)信息由IMS核心網(wǎng)接入點(diǎn)P-CSCF從NASS子系統(tǒng)的CLF功能實(shí)體中提取，并插入到注冊消息中。 

　　兩種認(rèn)證方式的主要差異如下： 

　　●兩種認(rèn)證方式針對的終端類型不同，NASS-Bundle專門用于不具有ISIM應(yīng)用的固定終端。 

　　●注冊流程不同：3GPP AKA方式需要兩次注冊交互過程，第一次注冊過程主要從網(wǎng)絡(luò)側(cè)獲得隨機(jī)數(shù)等認(rèn)證信息，用戶終端根據(jù)第一次注冊過程獲得的信息對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行認(rèn)證和相關(guān)的計(jì)算，并在第二次注冊過程將相關(guān)的結(jié)果發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)。由網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)對用戶的認(rèn)證；而NASS-Bundle這種機(jī)制只需要一次注冊交互過程。 

　　●對P-CSCF的功能要求不同：3GPP AKA認(rèn)證方式需要P-CSCF和用戶終端之間建立IPSec安全聯(lián)盟（安全聯(lián)盟是兩個(gè)IPSec系統(tǒng)之間的一個(gè)單向邏輯連接，通常用一個(gè)三元組惟一地表示）；而NASS-Bundle認(rèn)證方式不需要P-CSCF和用戶終端之間建立安全聯(lián)盟。但是需要P-CSCF和NASS中的CLF功能實(shí)體進(jìn)行交互獲得接入線標(biāo)識(shí)信息，當(dāng)然P-CSCF需要能夠執(zhí)行認(rèn)證方式的區(qū)分。 

　　4.2　注冊過程不同 

　　由于認(rèn)證相關(guān)的信息主要在注冊消息中進(jìn)行攜帶，所以注冊過程的不同主要是由于認(rèn)證方式的不同引起的。如3GPP AKA需要兩次注冊消息的交互過程才能夠完成認(rèn)證，而NASS-Bundle只需要一次。而且3GPP AKA方式由于需要在P-CSCF和用戶終端之間建立安全聯(lián)盟，所以在注冊過程中還需要涉及安全聯(lián)盟的協(xié)商，NASS-Bundle方式則沒有相關(guān)需求。 

　　4.3　服務(wù)質(zhì)量保證的實(shí)現(xiàn)不同 

　　3GPP移動(dòng)終端同時(shí)具有應(yīng)用層和傳送層的QoS協(xié)商能力，應(yīng)用層的QoS協(xié)商主要指利用SIP消息中SDP消息體實(shí)現(xiàn)QoS參數(shù)協(xié)商，而傳送層QoS協(xié)商指用戶終端利用傳送層QoS信令即PDP上下文相關(guān)信令消息實(shí)現(xiàn)對傳送層QoS參數(shù)的協(xié)商。針對用戶終端上述特點(diǎn)，3GPP采用的是授權(quán)令牌機(jī)制，P-CSCF將應(yīng)用層的QoS參數(shù)傳送給PDF并獲取授權(quán)令牌，用戶終端和GGSN建立媒體PDP上下文時(shí)將授權(quán)令牌和傳送層QoS參數(shù)同時(shí)傳送給GGSN，GGSN利用授權(quán)令牌從PDF獲得應(yīng)用層QoS參數(shù)信息，并與傳送層QoS參數(shù)進(jìn)行比較。3GPP的QoS實(shí)現(xiàn)方式通常也稱為PULL方式（PULL對應(yīng)終端向服務(wù)器主要請求服務(wù)，PUSH對應(yīng)終端不請求而由服務(wù)器主動(dòng)向終端推送信息和服務(wù)）。 

　　TISPAN中所定義的QoS機(jī)制屬于PUSH方式，固定用戶終端一般不進(jìn)行傳送層QoS協(xié)商，而采用應(yīng)用層QoS協(xié)商機(jī)制，P-CSCF根據(jù)收到的SIP消息中的SDP信息，確定相應(yīng)的QoS參數(shù)，然后通過PDF推送給TISPAN中定義的A-RACF，A-RACF執(zhí)行接納控制和實(shí)現(xiàn)資源預(yù)留。 

　　兩種不同的QoS機(jī)制對P-CSCF的處理要求也不同，采用PULL方式時(shí)，在呼叫建立過程中，P-CSCF收到后向消息后（不包括100 Trying）再和PDF進(jìn)行交互；采用PUSH方式時(shí)，P-CSCF收到INVITE消息時(shí)就需要和RACS進(jìn)行交互。 

　　4.4　補(bǔ)充業(yè)務(wù)問題 

　　考慮到用戶和業(yè)務(wù)的繼承性，IMS需要支持傳統(tǒng)的POTS終端。特別要考慮支持在這些終端上向用戶提供補(bǔ)充業(yè)務(wù)，這也是目前爭論最多的問題即PES（PSTN/ISDN仿真）。通過傳統(tǒng)固定終端向用戶提供的補(bǔ)充業(yè)務(wù)許多是和用戶拍叉等事件相關(guān)聯(lián)的，要在基于IMS的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下支持PES，就需要考慮這些補(bǔ)充業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)方式，關(guān)鍵集中在這些事件的上報(bào)和關(guān)聯(lián)機(jī)制。目前PES的實(shí)現(xiàn)方案還不明確，總的來看是要在IMS中增加一個(gè)功能實(shí)體——AGCF（接入網(wǎng)關(guān)控制功能），AGCF能夠和傳統(tǒng)POTS終端所使用的寬帶接入適配器交互，通過H.248協(xié)議接收這些事件的上報(bào)，但補(bǔ)充業(yè)務(wù)是在AGCF上實(shí)現(xiàn)，還是將補(bǔ)充業(yè)務(wù)和其他增值業(yè)務(wù)統(tǒng)一對待，即和補(bǔ)充業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)和用戶其他數(shù)據(jù)保存在一起，S-CSCF負(fù)責(zé)進(jìn)行業(yè)務(wù)觸發(fā)最終業(yè)務(wù)邏輯統(tǒng)一由應(yīng)用業(yè)務(wù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)還需要探討。 

　　4.5　緊急呼叫以及位置信息的獲取 

　　緊急呼叫是接入固定用戶和移動(dòng)用戶時(shí)都需要考慮的問題，其中最關(guān)鍵的一點(diǎn)就是用戶位置信息的獲得。用戶位置信息可以由用戶終端直接向網(wǎng)絡(luò)提供，也可以由IMS中實(shí)現(xiàn)定位功能的實(shí)體——位置提取功能實(shí)體（LRF）從接入網(wǎng)中主動(dòng)獲取用戶的接入位置信息。用戶終端提供的位置信息可以由用戶終端直接提供，也可以通過和接入網(wǎng)進(jìn)行交互獲得，移動(dòng)終端和基站進(jìn)行交互，固定終端和NASS子系統(tǒng)進(jìn)行交互；如果用戶終端沒有提供位置信息，或者網(wǎng)絡(luò)需要更詳細(xì)的位置信息（有些情況下用戶終端雖然提供了位置信息，但不夠詳細(xì)或網(wǎng)絡(luò)對位置信息格式有不同的要求，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)還需要進(jìn)行提取相關(guān)的位置信息），則LRF需要從固定終端和移動(dòng)終端的接入網(wǎng)獲得相關(guān)信息，不同的接入方式將對應(yīng)到不同的功能實(shí)體，固定終端和NASS子系統(tǒng)中的CLF進(jìn)行交互，移動(dòng)終端和HLR、SGSN等進(jìn)行交互獲得相關(guān)位置信息。目前關(guān)于緊急呼叫的實(shí)現(xiàn)方式還在研究制定階段。 

5、發(fā)展和部署IMS面臨的問題 

　　由于對3GPP IMS所定義的功能進(jìn)行簡單的擴(kuò)展就能夠完成對固定用戶和移動(dòng)用戶的統(tǒng)一支持，所以基于IMS的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)成為固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合的統(tǒng)一目標(biāo)架構(gòu)，也成為了當(dāng)前通信界研究的熱點(diǎn)之一，雖然IMS標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)展速度比較快，但是還有很多問題需要完善：如對WLAN的支持還沒有啟動(dòng)；基于IMS架構(gòu)提供緊急呼叫的問題還處于研究和探討階段；在移動(dòng)IP和固定接入支持方面，TISPAN還需要做大量的研究工作。 

　　IMS的發(fā)展還面臨以下問題： 

　　●部署IMS驅(qū)動(dòng)力的問題。從目前來看IMS主要還是提供基于語音的業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)力不夠。雖然固定運(yùn)營商面臨巨大的競爭壓力，迫切希望能夠采用新的技術(shù)來提升網(wǎng)絡(luò)能力。但是基于IMS的PSTN仿真方案還處于研究階段，許多關(guān)鍵問題還沒有完全解決，并且運(yùn)營商開始部署軟交換網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)一步延緩了IMS部署。 

　　●服務(wù)質(zhì)量保證問題。IMS基于分組承載網(wǎng)，雖然目前IMS已經(jīng)給出了根據(jù)業(yè)務(wù)需求對承載網(wǎng)進(jìn)行控制的機(jī)制，但首先需要承載網(wǎng)絡(luò)能夠提供相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保證機(jī)制，目前承載層面的服務(wù)質(zhì)量保證機(jī)制缺少大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，并且需要對現(xiàn)有的分組承載網(wǎng)和接入網(wǎng)進(jìn)行改造。 

　　國際標(biāo)準(zhǔn)是從邏輯功能實(shí)體的角度對IMS進(jìn)行研究，但物理設(shè)備可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)邏輯功能實(shí)體，運(yùn)營商可以利用這個(gè)特點(diǎn)采用簡化IMS方案著手對IMS的網(wǎng)絡(luò)部署。國內(nèi)運(yùn)營商已經(jīng)開始對IMS進(jìn)行試驗(yàn)和測試，隨著IMS標(biāo)準(zhǔn)的成熟和逐步部署，IMS在我國將逐漸應(yīng)用和發(fā)展起來。