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IMS的发展背景

         IMSCIP多媒体子系统)是一个某千SIP协议的会话控制系统,由3GPP提出,目前已经成为NGN发展的主要技术方向之一。IMS技术在基本原理上与软交换技术是一种继承和发展的关系,两者都采用了应用、控制和承载相互分离的分层架构思想,但又各具特色。同样作为控制层技术,IMS在体系设计上较软交换系统要高明许多。与软交换相比,IMS确实前进了一大步。本章将详细介绍3GPPIMS的网络架构和基本概念。
IMS的发展背景
         3GPP最初引入IMS的出发点,是为了在移动通信网上以最大的灵活性提供IP多媒体业务。IMS体系架构提出之后,由千其良好的开放性和全分布式架构,能做到控制与业务分离、与接入无关和支持移动性管理,所以一经推出就得到了业界的广泛认可,并相继得到了国际标准化组织的采纳。
3GPP和3GPP2组织
         国际电信联盟(ITU)制定的第三代移动通信系统(3G)标准称为IMT-2000,它是一个相关标准的集合体,规范了陆地和卫星等通信形式的无线链路如何接入到电信网络以提供电信业务。IMT-2000标准由许多国际标准化组织制定,3GPP和3GPPZ组织就是其中的两个重要成员。
         3GPP(3rdGenerationPartnershipProject,第三代合作伙伴计划)是3G技术规范的核心标准化组织之一,旨在研究、制定并推广基千ZGGSM核心网络演进的3G标准,即WCDMA、TD-SCDMA、EDGE等。3GPP成立千1998年底,由许多地区电信标准化组织(称为”组织伙伴")共同联合组成,是一个具有广泛代表性的国际标准化组织,其当前的主要成员有欧洲的ETSI(EuropeanTelecommunicationStandardsInstitute,欧洲电信标准学会)、中国的CCSA(ChinaCommunicationsStandardsAssociation,中国通信标准化协会)、日本的ARIB(AssociationofRadioIndustriesandBusiness,无线电工业和商业协会)和TTC(Tele-communicationTechnologyCommittee,电信技术委员会)、韩国的TTA(TelecommunicationTechnologyAssociation,电信技术协会)以及美国的Tl电信标准委员会等。
3GPP的组织机构分为项目合作和技术规范两大职能部门。项目合作小组CPCG)是3GPP的最高管理机构,负责全面协调工作;技术规范组(TSG)负责技术规范制定工作,受项目合作部的管理。3GPP包含5个技术规范组,分别负责CN(核心网)、SAC业务与系统)、GERAN(GSMEDGE无线接入网)、RAN(无线接入网)和T(终端)。与NGN相关的主要是CNTSG和SATSG这两个技术规范小组。
3GPP2是另一个3G技术规范的标准化组织机构,旨在研究、制定并推广基千2GANSI/TIA/EIA-41网络向3GCDMA2000演进的标准。与3GPP十分类似,其成员称为”组织合作伙伴(OrganizationalPartners)",目前包括日本的ARIB和TTC、中国的
CCSA、韩国的TTA以及美国的TIA(TelecommunicationIndustryAssociation,电信工业协会),它们大多数也是3GPP的成员。3GPP2的组织结构与3GPP类似,其标准化的总体规划与推进由筹划指导委员会(SC)负责,技术工作则由4个技术规范组(TSG)负责,分别是TSG-AC负责接入网的接口部分)、TSG-B(负责CDMA2000技术)、TSG-S(负责业务与系统)和TSG-XC负责系统之间的互操作)。
IMS的提出与发展
         在IMS方面,3GPP和3GPP2都有各自的标准,并且两个IMS标准非常类似。3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡,保证未来技术的后向兼容性,支待轻松建网及系统间的漫游和兼容性。3GPP规范的发布流程遵循一定的程序,其发布的规范分为不同版本,采取整体推进的方式,各版本之间的发布时间间隔约为一年。
         3GPP在1999年完成3GR99规范之后,开始定义版本2000(R2000),其目标包括当时提出的全IP(AllIP)网络,即后来更名为IMS的部分。在2000年期间,人们意识到3GR2000的开发不可能在一年内完成。因此,就将R2000拆分成R4和R5两个阶段。其中
2001年3月完成的3GR4版本,在核心网络的电路域中第一次引入了软交换概念,随后于2002年3月完成的3GR5版本,是全IP网的第一个版本,最大的特点就是在其核心网结构上引入一个IP多媒体子系统,即IMS。
         3GPP在R5核心网上最初引入IMS的出发点,是为了在移动通信网上以最大的灵活性提供IP多媒体业务而设计一个业务体系框架。但是R5规范重点定义了IMS的核心结构、网元功能、接口和流程等内容,只完成了IMS的基本功能的定义(称为IMSStage
1,即IMS第一阶段),一些尚未完成的下作放在R6中继续完善。
         R6版本以及其后的R7版本,主要继续完善IMS第二、三阶段的功能。3GPPR6版本增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和WLAN接入等特性,R6版本在2005年第一季度冻结。目前3GPPR7版本的规范正在制定中,在增强原有系统功能的同时,补充了一些全新的功能,加强了对固定、移动融合的规范化制定,同时IMS与电路域语音平滑切换的方案也成为R7的研究热点。但也有观点认为R7的实质性内容不多,将是一个短版本,会成为R6的完善和补充,因此3GPP已经出现了RS的提法,但还没有正式的定义(有关3GPPR99、R4~R7规范的更详细信息,请参见本书第15章的相关内容)。目前3GPP对IMS体系的定义已基本完善,涉及业务、框架、实体、接入、协议等多个方面。
         继3GPP之后,3GPP2也仿效3GPP针对IP多媒体业务设计了类似的业务框架,称为MMDCIPMultimedIADomain,IP多媒体域),以便与3GPP的IMS有所区别。3GPP2的MMD吸收了3GPPIMS核心规范作为基础,仅由于CDMA2000在底层分组和无线技术上的不同,在某些方面进行了增删。因此,在本质上3GPP2MMD同3GPPIMS没有太大的差别(两者在一些功能和属性上的差异主要体现在智能卡、临时公共/私有标识、对
1Pv4的支持、HSS和AAA、IMS的接入点、计费等)。为了达到两个系统之间良好的互通,3GPP在设计IMS时与3GPP2进行了协调,以求高度一致性。
IMS的设计思路
         互联网的广泛应用不但极大地促进了IP技术的发展,而且改变了人们的思维方式和交互模式。它最大的成功之处就是能方便而灵活地提供各种信息服务,并能根据客户的需要快捷地创建新的服务。但是它提供的只是无服务质量保证的尽力而为型服务,而且只考虑固定接入方式。移动通信系统的最大优势是用户不受接入线路的限制,可以在任何地点、任何状态下自由通信,小型化的终端更是给用户带来了极大的便利。然而迄今为止,移动通信系统的主要业务仍然是语音通信。虽然3G网络的分组交换CPS)域支持IP数据通信,但是如果付出昂贵的代价只能获得互联网上网服务,不但用户难以接受,运营商也不愿意投巨资建设这样的网络。
         正因为如此,才促使3GPP提出IMS技术规范。3GPP提出IMS的基本出发点是希望将移动通信网技术和互联网技术有机结合起来,建立一个新的面向未来的信息通信网络。它主要基于以下3个方面的考虑。
         首先,新的网络应能提供电信级的QoS保证。为此必须继续沿用通信网的信令机制,在会话建立的同时按需进行网络资源的分配,使用户能够享受到满意的实时多媒体通信服务,这是新的通信网区别于互联网的一个重要标志。
         其次,新的网络应能对业务进行有效而灵活的计费。为此必须在IP网络中增设拧制层,提供会话的业务类别、业务流最、业务时段等基本信息,供运营商制定不同的计费策略。这是建设一个可运营、可赢利网络的重要条件,而这点正是互联网未予考虑的。
         再次,新的网络应能提供融合各类网络能力的综合业务,特别是电信网和互联网相结合的业务。为此,应采用开放式业务提供结构,支持第三方业务开发,而且应尽量采用互联网技术,使得大最非电信专业的普通IT人员也能参与增值业务的开发,从而使3G网络和互联网一样,能对市场做出快速反应,提供用户所需的个性化的多媒体业务。
IMS确定的网络结构充分反映了上述设计目标,实际上它也是综合了3方面的技术而形成的。
1、IMS最大限度地重用了互联网技术和协议。在会话控制层放弃使用ITU-T定义的成熟但复杂的H.323协议和BICC协议,转而选用了在技术上简单而又易于扩展的SIP协议;在网络层采用具有足够地址空间和性能改进的1Pv6协议,并重用DNS协议进行地址解析;终端用户接入沿用计算机网络中的AAA模式,采用在RADIUS协议基础上开发的Diameter协议;在运营管理层采用支持策略控制的COPS协议;在网络安全方面采用IPSec技术和TLS安全传送协议。所有这些协议都是由负责互联网规范的IETF组织制定的。由千大部分网络接口采用的都是互联网协议,因此IMS不但支持3G用户之间基于IP网络的多媒体通信,而且也能毫无困难地支持3G用户和互联网用户之间的通信。
2、IMS继承了移动通信系统特有的网络技术。IMS沿用了归属网络和拜访网络的概念,继续采用扩展的移动性管理技术以及集中设置的网络数据库支持用户漫游和切换。网络中的重要网元HSS(HomeSubscriberServer,归属用户服务器)就是在2G网络的HLR(HomeLocationRegister,归属位置寄存器)的基础上演化而成的,存储了包括位置信息、认证授权信息用户文档以及SIP应用服务器在内的处理多媒体会话所需的各种用户和业务信息。因此IMS在灵活提供IP多媒体业务的同时,仍然保持移动通信的所有特点,体现了移动网络技术和互联网技术的结合。
3、IMS充分借鉴了软交换网络技术。在IP核心网络引入了会话控制层,其核心网元CSCF(CallSessionControlFunCTIon,呼叫会话控制功能)负责多媒体通信的呼叫控制,相当于软交换设备的地位。在业务层采用软交换网络的开放式业务提供架构,与Parlay组织联合开发了Parlay/OSAAPI,既支持基千Parlay应用服务器的第三方业务提供,也支待基于Servlet、CGI、JavaBean等互联网技术的SIP应用服务器业务提供,同时还继续支持2G智能网业务。在与固定电话网互通方面,和软交换网络一样,也采用基千网关的互通方案,同样有信令网关、媒体网关、媒体网关控制器等网元,而且在媒体网关控制器和媒体网关之间也采用IETF和ITU-T共同制定的H.248/Megaco协议。
         在IMS技术规范的制定上,3GPP采用了与其他标准化组织(特别是IETF)密切合作的方式。由千移动通信的特定应用环境,重用互联网协议时不可避免地需要作一定的适配和增强,最盲接的方法是由通信业界重新对其定义,但是3GPP并没有这样做,而是采取和IETF联合开发的方法。最典型的就是核心控制协议SIP的开发。3GPP决定选用SIP后,IETF成立了SIPPING工作组,专门研究SIP的应用,并和3GPP共同研究SIP的扩展。这样,今后无论是IMS用户之间的多媒体通信,还是互联网用户之间的多媒体通信,采用的都是同样的控制协议,可望真正实现3G和互联网的融合。另一个典型例子就是和Parlay组织的合作。3GPP在Parlay组织之后提出了综合各种业务提供机制的OSA(OpenServiceAccess,开放业务接入)结构,但是它并没有另行定义一套专有技术,而是采取和Parlay组织联合开发的方法,自Parlay3.0版本开始就统一为Parlay/OSAAPI。这样,对千业务层来说,无论底层是固定网还是移动网,也无论未来网络如何演化,业务开发都将使用同样的API.可望真正实现固定网和移动网的融合,以及业务开发和部署独立于底层网络。