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基于IMS網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵技術(shù)問題分析

張園 2006/03/08

　　軟交換技術(shù)的出現(xiàn)使人們一度考慮核心控制層的融合可以采用軟交換技術(shù)，但是由于固定和移動(dòng)的軟交換功能、協(xié)議差異較大，使軟交換成為控制層融合焦點(diǎn)的可能性減小。隨著基于SIP的IMS技術(shù)在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，與固網(wǎng)寬帶軟交換基于SIP的應(yīng)用不謀而合。

　　移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)引入IMS的初衷是提供移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)，但是由于IMS采用了與固定寬帶軟交換相同的協(xié)議（SIP）和類似的架構(gòu)，并且IMS的體系具有與接入的無關(guān)性、支持用戶漫游等優(yōu)點(diǎn)，這給利用IMS實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合帶來了前所未有的契機(jī)。

　　IMS技術(shù)最初是在3GPPR5中引入的。IMS技術(shù)以其與接入無關(guān)性、完全的業(yè)務(wù)與控制分離的重要特點(diǎn)受到了業(yè)界的高度關(guān)注。目前3GPP在研究IMS應(yīng)用于移動(dòng)領(lǐng)域，同時(shí)TISPAN和ITU－T正在3GPPR6研究的基礎(chǔ)上積極推進(jìn)基于IMS在固網(wǎng)應(yīng)用和在網(wǎng)絡(luò)融合領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)研究。國(guó)際和國(guó)內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商也都對(duì)IMS技術(shù)給予了高度的關(guān)注，并紛紛認(rèn)為IMS將成為網(wǎng)絡(luò)融合和核心控制層發(fā)展的重要技術(shù)方向之一。

　　從目前的研究進(jìn)度來看，IMS應(yīng)用于移動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成熟，但是基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還處于發(fā)展階段。由于有線和無線網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)帶寬、終端鑒權(quán)、位置信息和資源管理等多方面存在差異，TISPAN在這些方面對(duì)IMS加以擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)固定接入。但固定和移動(dòng)IMS在業(yè)務(wù)能力方面的差異、體系架構(gòu)的差異、協(xié)議的差異等問題將成為IMS能否實(shí)現(xiàn)固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵問題。

　　業(yè)務(wù)能力的差異

　　3GPPIMS只定義IMS架構(gòu)，業(yè)務(wù)規(guī)范由OMA制定。OMA目前主要制定了PoC、Presence、即時(shí)消息、Pushtoshow等多媒體業(yè)務(wù)規(guī)范。

　　而TISPAN定義的IMS要求不僅能夠支持Presence、即時(shí)消息、位置業(yè)務(wù)、可視電話等多媒體業(yè)務(wù)，還要能支持PSTN／ISDN模擬業(yè)務(wù)和仿真業(yè)務(wù)。IMS網(wǎng)絡(luò)采用了業(yè)務(wù)與控制完全分離的體系架構(gòu)，這就要求應(yīng)用服務(wù)器能夠提供PSTN／ISDN模擬業(yè)務(wù)和仿真業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)邏輯。

　　TISPAN已經(jīng)開始制訂呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫保持等一系列PSTN模擬業(yè)務(wù)的要求和規(guī)范，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求擴(kuò)展SIP協(xié)議來實(shí)現(xiàn)PSTN模擬業(yè)務(wù)。

　　PSTN仿真業(yè)務(wù)是針對(duì)固網(wǎng)的POTS終端用戶，要求IMS網(wǎng)絡(luò)能夠向用戶提供與PSTN無差別的業(yè)務(wù)。這對(duì)IMS提出了更高的要求，要求IMS不僅能實(shí)現(xiàn)呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待等PSTN業(yè)務(wù)，還要向用戶提供相同的業(yè)務(wù)感知。因此，IMS還要針對(duì)PSTN仿真業(yè)務(wù)能力作更多的擴(kuò)展。例如：PSTN網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)用戶申請(qǐng)的補(bǔ)充業(yè)務(wù)的不同給用戶播放不同的撥號(hào)音，而IMS由于控制與業(yè)務(wù)的完全分離，控制層的功能實(shí)體（AGCF）并不知道用戶申請(qǐng)的業(yè)務(wù)，因此無法控制網(wǎng)關(guān)向用戶送何種撥號(hào)音，而IMS如果實(shí)現(xiàn)這種PSTN／ISDN仿真的業(yè)務(wù)能力，就需要擴(kuò)展PSTN／ISDN仿真業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器與AGCF之間的接口，以傳遞業(yè)務(wù)相關(guān)的信息。

　　從以上的分析可以看出，IMS為了支持向固網(wǎng)POTS用戶提供PSTN仿真的業(yè)務(wù)能力需要作更多的擴(kuò)展，而這些擴(kuò)展更增加了固定IMS和移動(dòng)IMS的差異性。業(yè)務(wù)能力的差異性導(dǎo)致固網(wǎng)和移動(dòng)IMS體系架構(gòu)及協(xié)議的差異性，這將成為影響IMS實(shí)現(xiàn)固定和移動(dòng)融合程度的關(guān)鍵因素。

　　體系架構(gòu)的差異

　　TISPAN直接引用了3GPPR6IMS的體系架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上分別進(jìn)行擴(kuò)展支持固網(wǎng)寬帶用戶的接入和固網(wǎng)窄帶用戶的接入（POTS），實(shí)現(xiàn)PSTN／ISDN模擬業(yè)務(wù)和仿真業(yè)務(wù)。由于寬帶用戶和固網(wǎng)窄帶用戶接入方式的不同及業(yè)務(wù)能力的不同，導(dǎo)致TISPAN定義的固網(wǎng)IMS也存在差異：
  1. TISPAN實(shí)現(xiàn)寬帶用戶接入的IMS。IMS體系架構(gòu)與3GPPIMS體系架構(gòu)基本相同，主要是增加了網(wǎng)絡(luò)附著子系統(tǒng)（NASS）和資源控制子系統(tǒng)（RACS）進(jìn)行對(duì)固網(wǎng)用戶的接入控制、位置管理和QoS控制。同時(shí)對(duì)P－CSCF等實(shí)體的具體功能進(jìn)行了擴(kuò)展。

    2. 　　
  2. TISPAN實(shí)現(xiàn)固網(wǎng)POTS用戶接入的IMS。TISPAN定義了基于IMS實(shí)現(xiàn)PSTN仿真業(yè)務(wù)的體系架構(gòu)，即基于IMS可以接入窄帶用戶、寬帶用戶和移動(dòng)用戶，基于IMS實(shí)現(xiàn)寬窄帶的融合。
　　SIP協(xié)議的差異

　　IMS體系架構(gòu)中使用的協(xié)議包括SIP、H．248、DIAMETER和COPS等，但是主要的呼叫控制協(xié)議是SIP。固定網(wǎng)絡(luò)寬帶軟交換也使用SIP協(xié)議。因此SIP協(xié)議是否趨同成為網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵因素。

　　固定軟交換的寬帶域目前主要采用IETF的SIP協(xié)議（RFC3261），IMS在采用了IETF定義的SIP協(xié)議作為呼叫控制協(xié)議的基礎(chǔ)上，根據(jù)移動(dòng)的特性和需求，提出了對(duì)IETFSIP協(xié)議的擴(kuò)展。3GPP在R6版本對(duì)IETFSIP協(xié)議的主要在以下幾個(gè)方面。
  1. IETFRFC3261定義了通過Digest認(rèn)證對(duì)SIP終端進(jìn)行身份認(rèn)證。3GPPIMS采用原應(yīng)用于無線領(lǐng)域的AKA認(rèn)證對(duì)用戶接入進(jìn)行認(rèn)證，因此對(duì)Digest認(rèn)證進(jìn)行擴(kuò)展以攜帶AKA認(rèn)證所需要參數(shù)。

    2. 　　
  2. IMS對(duì)用戶服務(wù)要求有QoS保證，RFC3312定義了在SIP會(huì)話建立過程中，進(jìn)行QoS資源預(yù)留的機(jī)制。

    3. 　　
  3. RFC3455為3GPP定義了多個(gè)私有擴(kuò)展頭域（P－Header）。如：P－Associated－URI用于S－CSCF在注冊(cè)過程中向UE指示用戶被授權(quán)使用的共有標(biāo)志（IMPU）列表。
    4. 　　
  4. RFC3311定義了SIP更新的消息和命令，UE可以更改呼叫的參數(shù)。

    5. 　　
  5. 由于無線接入帶寬資源有限，因此RFC3320定義了PCSCF和UE之間支持強(qiáng)制的SIP消息的壓縮。

    6. 　　
  6. 由于有線和無線傳輸時(shí)延的問題，3GPP對(duì)IETFSIP協(xié)議中定義的一些定時(shí)器進(jìn)行了修改。
　　TISPAN定義了接入固定用戶的IMS，目前對(duì)SIP協(xié)議支持固定接入進(jìn)行的擴(kuò)展包括如下方面：對(duì)于P－Access－Network－Info頭域的接入?yún)?shù)類型進(jìn)行擴(kuò)展，支持WLAN和xDSL等接入方式；對(duì)于P－Charging－Vector頭域進(jìn)行擴(kuò)展，對(duì)于DSL的承載方式增加BRAS的地址參數(shù)、鑒權(quán)令牌以及DSL的承載信息的參數(shù)等；對(duì)于SIPTimer的擴(kuò)展，由于3GPPR6將空中接口的定時(shí)器時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行了修改，如將基礎(chǔ)定時(shí)器T1的時(shí)長(zhǎng)500ms修改為2s，但是采用固定接入方式后，建議P－CSCF根據(jù)接入方式來選擇定時(shí)器的時(shí)長(zhǎng)；對(duì)SIP協(xié)議進(jìn)行了擴(kuò)展支持呼叫轉(zhuǎn)移等業(yè)務(wù)特性。

　　雖然固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)都使用了IMS的體系架構(gòu)及SIP協(xié)議，但用IMS實(shí)現(xiàn)固定和移動(dòng)的融合，對(duì)于應(yīng)用于不同的接入方式和不同的業(yè)務(wù)需求，SIP協(xié)議作了不同的擴(kuò)展，還是存在差異的。因此對(duì)于應(yīng)用于固定和移動(dòng)寬帶域融合的IMS架構(gòu)，其SIP的協(xié)議能力應(yīng)該是支持固定和移動(dòng)接入方式的全集；并且應(yīng)該支持實(shí)現(xiàn)PSTN／ISDNSimulation業(yè)務(wù)的能力集。因此，對(duì)于統(tǒng)一的IMS系統(tǒng)能否支持多種SIP參數(shù)和SIP能力還有待于通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

　　用戶鑒權(quán)問題

　　3GPPIMS中規(guī)定移動(dòng)用戶采用AKA的鑒權(quán)認(rèn)證方式，對(duì)Digest的認(rèn)證方式進(jìn)行擴(kuò)展，用來攜帶AKA認(rèn)證的參數(shù)。IMS用戶需要支持ISIM卡，ISIM中存儲(chǔ)用戶的公有用戶標(biāo)志和私有用戶標(biāo)志以及鑒權(quán)認(rèn)證的參數(shù)，對(duì)于USIM的用戶，要求終端能夠根據(jù)USIM中的用戶信息來生成公有用戶標(biāo)志和私有用戶標(biāo)志。

　　但對(duì)固定終端，固定終端沒有UICC卡，固定終端通常只有公有用戶標(biāo)志（E．164號(hào)碼或SIPURI），而沒有私有用戶標(biāo)志，不支持AKA的鑒權(quán)認(rèn)證方式，因此如果IMS對(duì)固定移動(dòng)終端采用統(tǒng)一認(rèn)證方式，就需要對(duì)固定終端進(jìn)行擴(kuò)展或要求IMS支持不同的認(rèn)證方式。

　　目前TISPAN已經(jīng)規(guī)定，IMS對(duì)移動(dòng)、固定用戶推薦采用基于ISIM／USIM的AKA鑒權(quán)認(rèn)證方式，對(duì)于沒有ISIM／USIM的終端，可以采用SIPDigest的鑒權(quán)認(rèn)證方式，但要求固定終端能夠具有私有用戶標(biāo)志、公有用戶標(biāo)志和歸屬網(wǎng)絡(luò)域名等參數(shù)用于鑒權(quán)。

　　因此，對(duì)于終端的鑒權(quán)方式，可以采用如下幾種解決方案：對(duì)于新的固定終端，要求終端支持ISIM卡和的鑒權(quán)方式；對(duì)于已經(jīng)應(yīng)用的SIP終端，如果遷移到IMS網(wǎng)絡(luò)后，需要給這類終端安裝軟件，用軟件的方式生成私有用戶標(biāo)志，可以采用SIPDigest方式鑒權(quán)；用一個(gè)適配器來接入所有沒有UICC卡的SIP終端，由該適配器為每個(gè)終端生成私有用戶標(biāo)志和鑒權(quán)參數(shù)用于AKA鑒權(quán)。

　　編碼方式問題

　　目前固網(wǎng)VoIP網(wǎng)絡(luò)和終端支持的編碼方式如下：語音編碼方式：G．711、G．729和G．723；視頻編碼方式：H．261、H．263和MPEG－4。

　　移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和終端支持的編解碼方式如下：語音編解碼方式：AMR；視頻編解碼方式：H．263和MPEG－4。

　　由于目前固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)支持的編碼方式有所差異，因此如果用IMS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合，就需要對(duì)編解碼方式進(jìn)行重新定義，要求固定和移動(dòng)終端具有相同的編解碼方式，否則就需要特定的網(wǎng)關(guān)設(shè)備來支持編解碼的轉(zhuǎn)換。編解碼的轉(zhuǎn)換可能降低語音質(zhì)量，因此在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)盡可能少地進(jìn)行編碼轉(zhuǎn)換，這就要求固定和移動(dòng)終端盡量采用相同的編碼方式。

　　IMS已經(jīng)成為業(yè)界認(rèn)可的核心控制層融合的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，運(yùn)營(yíng)商都對(duì)基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合給予了高度的關(guān)注，部分綜合運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開始進(jìn)行IMS實(shí)驗(yàn)，希望通過統(tǒng)一的IMS網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的融合。目前IMS實(shí)現(xiàn)固定接入還處于研究階段，上述問題將成為IMS能否實(shí)現(xiàn)固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵因素。

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