基于IMS的固網移動融合技術的研究

摘要:該文分析了以IMS為基礎的固網移動融合技術，從各個角度分析了融合技術的發展和它與IMS網絡間的關系。并且分析了IMS是如何對固網融合技術支持。首先介紹了IMS的基本概念，以及FMC，并把它分成了四種類型。 最后給出了以IMS實現固網移動融合的適用性。

關鍵詞:IMS;融合技術;核心網絡

中圖分類號:TN915文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)36-10230-03

FMC Technology Based on IMS Research

GUO Ning

(Department of Software Engineering， Tongji University， Shanghai 200441， China)

Abstract: This paper presents a Fixed Mobile Convergence technology based on IMS in variety of perspectives. The main focus is the relationship of FMC and IMS， and especially how IMS supports FMC in different aspects. Introduced the basic conception of IMS， and FMC， and gives four types of convergence. And finally gives a conclusion of the fitness of IMS to implement FMC.

Key words: IMS; FMC; core network

“固網移動融合”(FMC)這個術語的語義比較模糊。在本文中，我將盡量澄清這個概念，通過區分不同類型的融合以及將IMS與它們分別對應。而IMS作為3G網絡中核心網的一個重要部分，也將在本文中進行介紹。

1 IMS的基本概念和發展概況

IMS(IP Multimedia Subsystem)是IP多媒體系統，是一種全新的多媒體業務形式，它能夠滿足現在的終端客戶更新穎、更多樣化多媒體業務的需求。目前，IMS被認為是下一代網絡的核心技術，也是解決移動與固網融合，引入語音、數據、視頻三重融合等差異化業務的重要方式。但是，目前全球IMS網絡多數處于初級階段，應用方式也處于業界探討當中。

1.1 IMS-概述

IMS最初是由3GPP(第三代合作伙伴計劃)組織制定的一項3G網絡核心技術標準。現在這項標準已為ITU-T(國際電聯標準化部門)和ETSI(歐洲電信標準化委員會)認可，被納入下一代網絡(NGN)的核心框架之中。它被認為是未來實現固定網和移動網融合(FMC)的重要技術基礎。

IMS的體系結構分為業務層、控制層和鏈接層。業務層由應用(和內容)服務器組成，負責為用戶提供增值服務。控制層由網絡控制服務器組成，負責管理呼叫或會話的設定、修改和釋放。在這些服務器中最重要的是具有呼叫會話控制功能(CSCF)的SIP服務器。在控制層中，還配置了計費、運營維護等多功能。邊界網關負責與其他運營商網絡或其他類型網絡之間的互通。連接層由用于骨干網和接入網的路由器及交換機組成。

IMS符合下一代網絡把呼叫控制和傳輸分離的要求;它基于SIP，與接入無關，符合網絡向“多種終端——多種接入——統一控制核心網——多種應用的網絡體系結構”演變的發展方向，使得多種業務能同時進行交互，以形成一個更加靈活的通信平臺。不僅可以實現人到內容的多媒體通信，還能實現人到人的多媒體通信。IMS將最終融合固定網、移動網、企業網、無線網等各種網絡，簡化網絡結構，支持更豐富的定制化業務。

1.2 IMS-發展歷程

國際第三代移動通信組織3GPP一直在進行它稱為IP多媒體子系統IMS的標準化研究。在3GPP的文件R5中，IMS是UMTS核心網絡中提供端到端多媒體業務和集群多媒體業務的中心。在3GPP的R6中，IMS已經被定義為支持所有IP接入網的多媒體業務核心網，可以支持任何一種移動的或固定的、有線的或無線的IP-CAN(IP Connectivity Access Networks)，包括W-CDMA，CDMA2000，Ethernet，xDSL以及Wireless LAN等等。

IMS由控制多媒體會話的網絡實體組成，在UMTS中IMS是提供IP多媒體服務的核心。IP多媒體服務使用GPRS網絡來進行傳輸。網絡提供者同時為IP多媒體服務提供傳輸實體和網絡控制實體。網絡結構同時允許為第三方提供附加的IP多媒體服務。

在UMTS版本5或更高的版本中，新增加的主要內容就是添加了兩個全新的具有重要能力的IMS。第一，增加類似呼叫狀態控制功能(CSCF)的新的網絡實體來提供基本的IP多媒體服務，例如在兩個用戶間的多媒體會話的發起。第二，相互兼容已經發展到可以提煉一些網絡實體能力的階段，例如開放業務接入(OSA)服務能力。利用基本的IP多媒體服務和網絡提供的能力，OSA服務能力的功能被期望能夠激勵第三方新的IP多媒體服務的產生。

一個IMS包括一個或多個CSCF、媒體網關控制功能(MGCF)、IMS媒體網關、多媒體資源功能處理器(MRFC)、訂閱位置功能、中斷網關控制功能(BGCF)和應用服務器。我們下面解釋IMS如何實現其主要功能和如何為UMTS增加支持多媒體業務。

IPv6--IMS的信令和會話業務都是通過IP承載的，但是，并不是任何版本的IP都是可以使用的，IMS要求只有IPv6才能在IMS域中使用。雖然這將使UMTS這一全球第一商業系統廣泛地發展IPv6，但是這仍將是一個大膽的要求，因為:

IMS中的IP尋址與分組域骨干網中使用的(例如IPv4)和電路域中使用的是不同的，所以IPv6和IPv4互通的問題需要解決。

用于移動臺接入IP多媒體服務的IP尋址范圍必須在IMS尋址域內，這個尋址域是在建立好IP連接時激活的PDP上下文中安排好的。IP地址可以從服務域而不是歸屬域的GGSN中獲得，從路由的效率來考慮，這是一個優點。

呼叫/會話控制--CSCF使用SIP在呼叫控制中發揮了核心作用。CSCF可以比作電路域語音通話中移動交換中心的信令部分和控制部分。除了語音通信之外，它還能支持多媒體會話。SIP是在移動臺和CSCF之間、CSCF之間、CSCF和MGCF之間、CSCF和應用服務器之間有關信令方面的協議。CSCF起到了很多作用:作為代理CSCF(P-CSCF)，這是移動臺和IMS連接最初的一點;作為提供服務的CSCF(S-CSCF)，可以用于會話控制;作為詢問CSCF(I-CSCF)，這是網絡中各個移動臺的有關IMS信令的一個主要的連接點。

PSTN互通--當會話的一端為IMS用戶，而會話的另一端是公共電話交換網用戶時，網絡需要四個新的功能實體-IMS媒體網關、MGCF、信令網關和BGCF。BGCF具有支持PSTN與PS域之間的呼叫的功能。媒體網關用來完成在兩端用不同格式編碼的媒體信號的翻譯。MGCF控制IMS媒體網關，提供在基于SIP的和基于ISUP信令之間應用級的信令翻譯，并且與S-CSCF進行通信。傳輸級的在基于IP的和基于SS7的信令翻譯由SGW完成。BGCF識別網絡和網絡中的MGCF，并確定進入PSTN的位置。

處理用戶簽訂的信息和用戶狀態的信息--歸屬用戶服務器(HSS)是主要的數據庫，它存儲用戶簽訂的業務信息和本地信息。它可以被考慮為一個增強型GSM網絡中的歸屬位置寄存器。因為在網絡中有幾個HSS存在，在注冊和會話建立過程中，為了找到有目標用戶信息的HSS，用戶位置功能被CSCF詢問。用戶位置功能不需要在單一的HSS環境下實現，因為CSCF知道哪一個HSS會被使用。

可以使用各種不同的應用服務器，包括基于SIP的應用服務器和OSA應用服務器，這些應用服務器可以實現各種服務，例如語音提示服務和預付費服務。支持多種服務的應用服務器還可以促進新的業務的產生。在這兩種情況下，SIP為S-CSCF的信令服務，然而，在一個OSA應用服務器的例子中，一個OSA容量服務器應該插入在OSA應用服務器和S-CSCF之間。

多方會議-媒體資源功能處理器(MRFP)和媒體資源功能控制器(MRFC)支持多方多媒體會議，并能體現媒體資源(例如，語音提示功能)的實際能力。MRFP處理和混合實際的媒體流，MRFC控制MRFP的媒體流資源。

其他問題-在設計和標準化UMTS的過程中，產生了很多復雜的問題。例如，在2000年底才確定下來一個用戶的服務控制由它的歸屬網絡來執行，并且，當用戶漫游到國外網絡時，這個功能仍然適用，但是，因為存在僅僅由歸屬域控制產生的潛在的劣勢，例如，歸屬域的過載和處理分組上的延遲，所以由訪問域進行控制的問題也已經開始考慮了。而且，關于支持由訪問域和歸屬域通過IMS共同控制的問題，3GPP已經討論了一段時間了。然而支持兩種模式必定會使網絡結構更加復雜。因此，3GPP最終決定使用歸屬域來控制，但是，以后可能會重新進行這一問題的討論。

2 固網移動融合的概念和分類

固定移動融合(FMC)是指網絡業務提供與接入技術和終端設備相獨立。從用戶角度看，FMC的目的是使用戶通過不同接入網絡，享受相同服務，獲得相同業務，主要特征是用戶訂閱的業務與接入點和終端無關，也就是允許用戶從固定或移動終端通過任何合適的接入點使用同一業務。FMC可以使用戶在一個終端、一個帳單的前提下，在辦公室或家里使用固定網絡進行通信，而在戶外，則通過無線/移動網絡進行通信。FMC同時還包含了這樣一個概念，就是在固定網絡和移動網絡之間，終端能夠無縫漫游，對用戶而言，這也意味著簡單和方便。

FMC提出的直接動因在于下述幾個因素:移動電話及IP電話大量分流固定電話，人們期望充分發掘固網資源潛力、延長固網生存期;無論固定還是移動網，其同質或異質競爭日益加劇、價格戰愈演愈烈、增量不增收現象日益嚴重;隨著全球信息化的推進，以及人類生活、工作方式的改變，人們不再僅滿足于傳統語言通信，對數據、多媒體、視頻類業務提出了更多、更緊迫的需求。

2.1 設備融合

這類融合必須依賴于設備連接單個或獨立網絡的能力，無論是用固網還是移動的接入方式(例如WiFi和GSM/UMTS)。

通用移動接入(UMA)，在3GPP里也稱作通用接入網(GAN)，是這類融合的一種解決方案，因為它允許添加對移動核心網的IP訪問，同時保持多級信令棧，以提供各標準之間，例如WiFi和蜂窩接入之間的交接。UMA/GAN需要接入網中有專門的基站來新添加對移動核心網的訪問。

IMS的語音呼叫連續性(VCC)規范支持類似的功能，但這里的交接是通過在IMS核心網和移動核心網間的切換來實現的。與VCC的一個問題是，語音服務是跨越兩個不同的核心網(IMS和預IMS移動核心支持)，這可能會導致問題，因為增值服務應當在統一或者至少在兩個相干網絡中執行。3GPP IMS的集中服務(ICS)也許可以解決這個問題，它可以為IMS和預IMS移動核心網的定位增值語音服務到單個IMS電話服務器中的(TAS)中。

總體而言，設備融合嚴重依賴于雙模設備，同時也需要相關市場的滲透。它可能也面臨諸如用戶體驗和電池消耗之類的技術問題。注意這是唯一一類依賴于設備通過不同方式接入到網絡的能力的融合。

2.2 服務融合

服務融合依賴于服務實現中的融合支持。通常，固網和移動設備分別通過他們不同的訪問方式訪問他們各自的網絡。通過允許服務在不同接入技術和設備中一起發布，這樣特別的實現使服務具有融合性。這通常意味著移動和固網之間身份的聯合，對融合型服務的使用，以及對固網移動OSS/BSS功能的強化，以發布一套一致的條款和總的賬單。

這種方法的缺點是服務要被一個一個地作成具有融合性，無論是總體上基于服務的實現，還是與一個專門的，例如處理固網/移動聯合共享的服務檔案，這樣的融合性框架整合。這類融合也許要支持會成本很高，且難以演進，有時也許會因技術為題而受限。

2.3 網絡融合

網絡融合依賴于核心網支持使用不同接入技術的不同類型的設備的能力。一個單獨的IMS核心網也許可以支持不同類型的接入技術，如GSM， UMTS， LTE， Femtocells， WiFi， xDSL， FTTH， 電路交換的固網接入和電纜，以及相應的使用它們的設備。

基于IMS的網絡融合要求設備具有連接到IMS的功能，無論是通過本地或內部支持，還是通過本地網關，還是通過網絡網關。另一方面，它并不要求設備支持多種不同的接入技術(如WiFi和GSM/UMTS)。

孤立地看，網絡融合，基本上是降低成本的功能，因為它避免了部署網絡接入特定的核心網絡，從而削減了經營者的資本開支和運營成本。固定和移動設備還可以利用與不同的服務記錄相關聯的用戶標識，并提供訪問差別服務或服務實現。

然而，網絡融合也可以被看作是對實施業務融合的支持，因為它意味著支持同樣的(IMS)協議的設備(或通過網關)，以及一個通過獨特的核心網絡對應用程序服務器的統一訪問。基于IMS的網絡融合，因此可以被用來以更符合成本效益和簡化的方式支持服務融合。

網絡融合目前是一個強有力的IMS驅動者，它可以使運營商在新式或舊式的接入技術之間部署新的接入技術(如WiMax， LTE)或針對特定的融合服務(如企業FMC，融合的信息收發)。

此外，基于IMS的網絡融合也可以被看作是邁向用戶融合這個最終目標的一步。

2.4 用戶融合

基本概念:用戶融合依賴于一個獨特的融合性訂閱的支持，它也許使用了融合的用戶標識(例如在固網和移動設備間共享的用戶標識)。它建立并擴展于網絡融合之上。

在這個方法里，運營商在HSS里定義了一個獨特的用戶檔案，它可能包括融合的標識，分離的固定和移動標識(如果需要的話)，和特定于接入的信息，如認證方法和證書。

在最高級的場景里，用戶可以從多個固定或移動設備上同時注冊同一個用戶標識(如sip:john.smith@operator.com)。存儲于HSS上的服務檔案和相關的共享標識支持融合性的接入和IMS應用服務器，它將一個融合性的用戶檔案和這個標識關聯起來。在這個方法里，每個部署于IMS框架上并和一個融合的標識相關聯的服務事實上已經是融合狀態，因為它可以通過各種設備和各種接入訪問。

包含了融合標識的SIP請求可以被IMS核心網絡(可能還有應用層)智能的處理，通過一系列策略，包括向多個設備振鈴或發送請求(如短信)，來選擇最合適的一個。這也許是通過多個標準，如用戶偏好，設備能力，以及更多動態信息，如是否在線。

其他有趣的功能包括會話移動性(目前在IETF和3GPP開發中)，它允許將一個設備上正在進行的會話傳送到另一個上，以及將多媒體會話的不同部分發送到不同的設備上的可能，如將的語音/視頻會話的視頻部分發送到電視上，而將聲音部分發送到手機上。

3 結論

該文給出了IMS與FMC的相關概念并進行了分析。可以看出，IMS能夠支持所有類型的融合:設備融合，服務融合，網絡融合以及用戶融合。

在本文的觀點中，設備融合和服務融合有一定限制，屬于戰略性的呼吁，而這源于它們的成本上的限制。并且，為了支持它們，IMS也許是唯一可用的框架，相比其他而言，它不需要對現有投入進行大的調整。

IMS在固網移動融合技術上的真正好處在于，網絡和用戶融合是運營商的規劃路線圖中的一部分。這些目標為了設備和服務融合調整了對IMS的使用，作為與網絡和用戶融合組合的長遠戰略的第一步。網絡融合本身可被用來作為向用戶融合的過渡，它將是IMS中真正具有革命性的一個領域。再加上它支持多媒體通信的功能，可以與服務相結合，并且將Internet與電信領域融合到一起。

參考文獻:

[1] Arkko J，Kuijpers G，Soliman H，Loughney J，Wiljakka J.Internet Protocol Version6(IPv6) for Some Second and Third Generation Cellular Hosts.RFC 3316， Internet Engineering Task Force，April 2003.

[2] 3GPP2.Multi-Media Domain Overview.TS X.S0013-000，3rd Generation Partnership Project 2 (3GPP2).