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1、传统软交换网络向IMS的演进浅谈 范喜亮王芙蓉王非 2007/06/01 目前，国内外针对下一代网络(NGN)的研究已经向业务需求、体系架构、IPQoS、控制和信令要求、网络功能和网络安全等方面渗透。在体系架构上，IMS成为业界讨论的焦点，通信设备制造商、电信运营商对IMS表现出极大的热情，很多标准组织将IMS架构作为下一代网络融合的核心，IMS的各种相关协议也在不断制定完善。 1、软交换 软交换是电路交换网向分组网演进的核心设备，提供现有电路交换所能提供的所有业务以及多样化的第三方业务。但其发展过程中并没有一个严谨的定义和体系架构标准，在用户漫游管理、路由计划、多媒体业务的体系架构支持、业务
2、管理、业务触发等方面存在不足，相比之下，IMS体系架构可以进一步推动网络向IP化、移动性、多媒体化和个性化方向发展。 图1软交换功能结构示意图 2、IMS IMS是3GPP R5提出的提供IP多媒体业务的子系统，图2为体系结构。 图2IMS体系结构示意图 一般IMS分为三层，应用层支持各类应用服务器，负责为用户提供增值业务和第三方业务。会话及呼叫控制层负责管理呼叫或会话设置，其中呼叫会话控制模块CSCF完成呼叫网关功能、呼叫业务触发功能和路由选择功能，将SIP信令消息正确地转发到应用服务器。归属用户服务器HSS用于维护每个终端用户独有的业务属性，包括IP地址、漫游信息、好友列表、呼叫业务定制信
3、息及语音邮件设置等。HSS是全网可用资源。媒体资源功能MRF包括MRFP和MRFC，负责提供及控制媒体流资源，如播放通知音、媒体流的混合、编解码等。媒体网关控制MGCF负责PSTN承载与IP流之间的连接，根据被叫号码和来话情况选择CSCF，并完成PSTN与IMS之间的呼叫控制协议转换，如将从CSCF接收到的SIP消息转换为MEGACO或ISUP消息，并通过IP发送到信令网关SGW。出口网关控制功能BGCF主要实现呼叫路由功能，为呼叫选择适当的PSTN接口点，若发现该接口点与自己在同一网络，则选择本网络的MGCF与PSTN交互，若发现接口点在另一网络时，BGCF将会话信令转发给另一网络相应的BG
4、CF。一个IMS可以包含一个或多个CSCF、HSS、MGCF等功能模块。传送及接入层承载各种类型之间的转换，完成与传统PSTN/PLMN间的互通等功能，包括各类有线接入、无线接入、互联互通网关等设备。 IMS通过上述三层架构，将业务和控制分离出来，业务可在无线及有线环境下使用。 3、IMS相对于软交换的发展优势 IMS和软交换的最大相同点都体现了NGN中业务驱动的理念，提供开放灵活的业务体系架构。IMS符合NGN把呼叫控制与承载分离的要求，是软交换的延伸。图3为IMS和软交换的比较图。 图3软交换和IMS的比较 l IMS具有的优势：(1)在业务提供上实现了更加彻底的分离，传统软交换虽然将大部
5、分增值业务分离出来放到了业务层，但其自身仍然保留了一些补充业务。IMS将保留的业务放在了业务层的应用服务器中，做到了呼叫控制和业务的分离。IMS也实现了会话呼叫控制与媒体网关控制的分离。传统软交换提供了基于SIP的会话呼叫控制和基于H.248/MEGACO/MGCP的媒体网关控制的功能，IMS将这两者分离，基于SIP的会话呼叫控制由CSCF提供，完成整个网络的信令路由和呼叫控制；基于H.248/MEGACO/MGCP的媒体网关控制由MGCF提供，存在于IMS网络与传统网络互通的边界点上。(2)协议更简化实用。IMS主要采用SIP协议，信令信息是基于文本的，较H.323协议简单灵活、扩展性好，且
6、基于Internet标准，在语音、数据业务结合和互通方面具有优势，网络兼容性也强，能跨越媒体和设备实现呼叫控制，支持媒体格式，可动态增删媒体流，容易实现不同网络间的互连互通以及实现更加丰富的业务特性。SIP与RTP/RTCP、SDP、RTSP、RADIUS等协议配合，完成IMS中的会话建立及媒体协商。一旦建立会话，媒体流将使用RTP协议在承载层中直接传送，灵活地交互多种媒体。除此以外，HSS和CSCF之间的Diameter系列协议是新一代的AAA技术，具有强大的可扩展性和安全保证。(3)对多种接入方式的兼容。支持多种接入类型，如GSM、GPRS、3G、POTS、固定宽带接入和WLAN等，是业界
7、普遍认同的解决移动和固定网络融合的理想方案和发展方向。无论用户采用有线或无线接入网络，IMS不负责用户终端到网络的数据通道的建立，该工作由接入网络完成，IMS只负责在用户的数据通道建立后通过SIP协议完成主被叫双方底层数据通道的接续，从而实现各种媒体形式的呼叫通信及相关的多种多媒体业务，最大限度提供给用户移动性和利用IMS的业务能力。(4)一致的归属业务提供能力。IMS所有业务处理信令都要回到归属网络，业务环境由归属网络提供。IMS向用户提供了虚拟归属业务环境VHE的能力，采用集中式的HSS数据库，实现用户一致的注册和业务触发功能，终端无论是漫游还是其他运营商的网络都能通过拜访本地或网络的P-
8、CSCF接入到IMS中，从而建立用户终端与其归属HSS及S-CSCF的信令通路，由归属地的S-CSCF控制用户业务并根据用户签约数据将业务触发到本网AS或第三方的应用上，保障了业务的一致性、简单性，使用户无论在何处接入，采用何种接入方式均可享受与在归属地一样的业务感受。(5)QoS保证。在IMS中存在多种CSCF功能实体，在这些功能实体中，P-CSCF完成了用户终端及接入网络和IMS核心网络的隔离，使用户终端和接入网络无法直接了解IMS网络的内部结构，即使某个P-CSCF受到攻击也不会影响网络的正常工作。P-CSCF还可以进一步提供信令的NAT穿越、协议转换等由网络外围设备完成的附加功能。IM
9、S中的I-CSCF完成了不同运营商之间IMS网络的隔离，在保证网络互通的同时使运营商之间无法了解对方的网络结构和资源情况，保证了网络的安全。 由于IMS在增值业务平台、固定移动融合等方面比软交换更具优势，使得我们对IMS充满许多期待，当然，IMS在支撑周网需求方面仍然存在很多问题：如继承目前网络业务问题、用户标示和IP地址问题、业务统一管理和鉴权认证问题、标准接口扩展问题、安全与运维问题等。总之，软交换在固定业务方面已经较成熟，IMS则在移动多媒体业务等方面具有更好的优势，软交换和IMS是NGN发展的不同阶段，可以将IMS看作新一代的软交换。对于运营商而言，基于IMS的体系架构可以使其基于统一
10、的核心网络为固定和移动用户提供相同的业务，降低网络结构的复杂度及运维成本。随着IMS的不断成熟，软交换网络建设会逐步向IMS过渡并演进到最终实现固定和移动网融合的NGN。 固网软交换向IMS演进方案作者：佚名文章来源：互联网点击数： 1026更新时间：2007-5-8 摘要：固网软交换向IP多媒体子系统(IMS)演进应采用合理的方法、步骤和策略。演进可以在继承原软交换(SS)公共交换电话网络业务仿真子系统(PES)业务功能的前提下，平滑地向IMS演进，逐步引入、扩展多媒体和移动业务，实现核心网层面的固定和移动融合(FMC)。下一代网络(NGN)核心控制层的软交换和IMS在基本架构上没有实质冲突
11、，软交换主要面向公共交换电话网(PSTN)仿真业务，而IMS为实现FMC和多媒体业务，在移动性、安全、服务质量(QoS)、开放业务架构等方面作了有益的扩展，软交换向IMS演进在技术上是完全可行的。对于已经采用软交换的运营商，采用演进的方式实现基于IMS的全业务的NGN网络，可以节约投资，减小网络改造风险，降低运营成本。 关键词：软交换；IP多媒体子系统；演进 Abstract:Theevolutionfromfixed Softswitch to IP Multimedia Subsystem (IMS) requires reasonable methods, steps and strat
12、egies. IMS as a smooth evolution can preserve the Softswitch-based PSTN Emulation Subsystem (PES), and realize Fixed and Mobile Convergence (FMC) at the core with the introduction an proliferation of multimedia and mobile services. Therefore, Softswitch as the core control layer of Next Generation N
13、etwork (NGN) is not contradictory with IMS as it can be mapped into the IMS architecture. While Softswitch can provide PSTN emulation services, IMS mainly designed for FMC and multimedia services is capable of supporting mobility, security, QoS and open services architecture. The evolution from Soft
14、switch to IMS is technologically feasible. For operators who have already adopted Softswitch technology, they can evolve their networks to IMS-based full-service NGN, to reduce their investments, risks of network modification, and operational costs. Keywords:Softswitch;IPMultimedia Subsystem (IMS);
15、evolution 软交换(SS)概念是20世纪90年代后期在IP电话的基础上逐步发展起来的，是在通信网由窄带向宽带过渡，由电路交换向分组交换演进的过程中逐步完善的。它继承了电信网集中控制的架构和可靠的信令技术，采用分层的机构实现了呼叫控制和媒体处理相的分离原则。软交换概念出现后，中国通信标准化组织(CCSA)及时地引入该术语，积极开展了软交换相关设备和协议的标准化工作。在设备厂商的推动和运营商的积极推广下，经过几年的发展，软交换在国内电信、移动、网通等运营商的网络上实现了大规模的商用。运营商采用软交换技术实现了公共交换电话网(PSTN)向下一代网络(NGN)的演进，通过引入彩铃、“一号通”等
16、新业务实现了业务收入的持续增长，并降低了总体运营成本。 IP多媒体子系统(IMS)最早是由第3代移动通信合作计划(3GPP)R5版本在核心网引入的，3GPP R6版本对IMS进行了进一步的完善和扩充。IMS的重要特点是对控制层功能做了进一步分解，实现了会话控制实体(CSCF)和承载控制实体(MGCF)在功能上的完全分离，使网络架构更为开放、灵活；IMS的另一重要特点是全部采用会话启动协议(SIP)作为呼叫控制协议。IMS作为一个由移动标准组织3GPP提出的面向多媒体应用的子系统，一开始就在移动性支持和多媒体应用上有较完善的考虑。在当前实现网络融合的形式驱动下，欧洲电信标准组织(ETSI)下属的
17、NGN研究组织TISPAN在其推出的NGN R1版本中接受IMS作为NGN固定应用的核心技术，并准备重用3GPP R6版本中的IMS相关规范。国际电信联盟电信标准部门(ITU-T)下一代网络热点组(FGNGN)也同样采纳了基于IMS的NGN体系架构并在其基础上进一步发展，已经推出了IMS Based PES/PSS等标准，目前正在研究IMS Based IPTV架构。 IMS架构不但被国际主流的ITU-T、3GPP、ETSI等标准组织所采纳，成为NGN的核心网技术，也得到了国际上各主流设备商和运营商的支持，各设备商纷纷声称将依照IMS体系架构开发NGN系统，运营商也在积极开展IMS的测试和试验
18、1-3。 1 IMS和软交换比较 同样作为NGN核心控制功能实体的软交换(SS)和IMS，都可以提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。在系统架构上，基于SS和基于IMS的NGN完全类似，都可以分为业务层、控制层、接入层和承载层4层。IMS与软交换系统架构的比较如图1所示。 从业务层看，SS和IMS都把呼叫控制和业务应用相分离，以开放的面向第三方的业务接口作为自身重要的特性。SS提供业务的主要方式是应用编程接口(API)与应用服务器配合以提供新的增值业务；基本呼叫和PSTN类的补充业务逻辑集成在SS自身实现；为更好地兼容传统智能网业务，SS能够通过智能网
19、应用协议(INAP)与智能网(IN)中已有的业务控制点(SCP)配合以提供传统的智能业务；为支持固网智能化业务，SS还可以将移动应用协议(MAP)接口到智能用户位置归属寄存器(SHLR)，实现用户业务数据的集中管理。在IMS业务实现体系架构中，定义了用作业务控制参考点的IMS业务控制(ISC)接口，用以实现和基于SIP的应用服务器的互通。采用了ISC接口，能够实现业务应用的独立性和可整合性，可以容易地实现各个业务应用服务器之间的互联互通，进而保证整个网络及业务终端在完成业务时的互联互通性。IMS本身不再集成任何业务逻辑，对于PSTN业务，由独立的公共电话交换网络业务仿真子系统/公共电话交换网络
20、业务模拟子系统(PES/PSS)应用服务器(APP)采用ISC接口完成相关的业务逻辑。IMS本身也不再管理任何用户数据，采用Diameter接口全部连接到归属用户服务器(HSS)，在TISPAN中称用户属性服务器功能(UPSF)，实现用户属性和业务数据的统一管理。 从控制层看，SS由一个功能实体完成呼叫处理控制功能、接入协议适配功能、业务接口提供功能、互联互通功能、用户数据管理，PSTN业务逻辑系统功能等。而IMS把上述功能进一步细化为更多的独立功能子实体。如呼叫会话控制功能(CSCF)、媒体网关控制功能(MGCF)、接入网关控制功能(AGCF)、媒体资源控制功能(MRCF)、出口网关控制功能
21、(BGCF)。位于核心的CSCF又细化为代理CSCF(P-CSCF)、服务CSCF(S-CSCF)、查询CSCF(I-CSCF)。P-CSCF是用户终端在IP多媒体子系统内的第一个接触点；S-CSCF实际管理网络会话状态；I-CSCF是所有都连接到该网络运营商的签约用户或者连接到当前位于该网络运营商的业务区域内的漫游用户的运营商网络内的接触点。 从接入层看，SS和IMS同样都支持接入和控制的无关性，主要的接入设备十分类似，甚至可以互相通用。在SS体系中采用H.248接口的中继/信令网关(TG/SG)和用户接入网关(AG)可以完全对应到IMS体系中的媒体网关/信令网关(MGW/SGW)和接入网关
22、(AGW)。而媒体服务器和媒体资源处理部分(MRFP)在功能定位上也基本相同。IMS对移动SIP终端的接入目前已经有较完善的标准，但是对固定的PSTN用户接入标准还在进一步完善中。 从承载层看，IMS提出了端到端的全IP架构，并提出了网络附着子系统(NASS)和资源和接纳控制子系统(RACS)，或称策略定义功能(PDF)，用以实现端到端的QoS。SS为继承现有的网络，同时向全IP的网络演进，强调了核心网的IP架构，QoS则依赖IP网络自身的能力保证。 2 软交换向IMS演进策略 软交换在现网已经有了大规模应用，而IMS作为未来固定和移动融合(FMC)的全业务目标网络在业界也已经得到明确，软交换
23、向IMS演进是必然的趋势。但是受到IMS技术本身的发展和运营商现有网络条件限制，应该选择合适的演进策略。 (1)软交换升级到IMS的子集 对于以移动业务为主的运营商，从移动侧以引入多媒体业务的方式，构建新的IMS网络；对于现网的软交换采用升级到IMS域内的AGCF、MGCF、SGF、PES/PSS APP的方式，用来实现PSTN业务和PSTN互通功能。 (2)软交换升级到IMS的全集 对于以PSTN业务为主的固网运营商，处于未来向移动运营和多媒体业务运营扩展的需要，选取急需扩展移动和多媒体业务的SS首先升级到IMS全集，在继承原SS所有业务的同时，逐步实现移动和多媒体业务的接入。待移动和多媒体
24、业务量在全网逐步上升时，同步把所有的SS都升级到IMS全集。 3 软交换向IMS演进的场景和步骤 下面以中国某主流固网运营商为例介绍软交换向IMS演进的各个场景和步骤。 3.1 软交换网络现状 固网运营商自2001年开始研究测试软交换设备，目前在其现网的各个层面都广泛采用了软交换技术，实现了对原有PSTN网络的升级和改造(如图2所示)。软交换主要应用在以下几个方面： (1)宽带业务平台和大客户平台，用以提供宽带多媒体业务和跨区域的大客户业务。 (2)固网智能化汇接局，用来完成对本地网的智能化改造。 (3)长途汇接和国际关口局。 3.2 宽带业务平台或大客户平台的软交换升级到IMS 目前宽带业务
25、平台软交换网络的用户数量一般相对较少，网络较为独立，而且用户基本都是承载在宽带IP网络上。由于IMS的多媒体能力扩展以及后续标准支持远超软交换，现阶段就可以将宽带业务平台或大客户软交换设备升级为IMS，采用IMS网络为这部分用户提供丰富多彩的固定宽带多媒体业务，后期逐步提供移动多媒体业务。 升级后的IMS网络和目前的PSTN网络、固网智能化软交换网络为互通的关系。 演进步骤： (1)对业务平台的软交换进行升级，使其具有CSCF/MGCF、PSS APP等功能，其中原有软交换补充业务模块升级为PES/PSS APP，实现PSTN补充业务；原有H.248模块升级为MGCF，实现和PSTN网互通。通过对原有软交换进行板件扩展、增加配置实现CSCF(如P/I/S-CSCF)模块功能，对固定、移动多媒体用户进行统一的呼叫控制。 (2)新增HSS，存放宽带用户数据，并由S-CSCF将业务触发至PES APP；S-CSCF和HSS之间采用标准的Diameter接口。该新增HSS在建设3G网络时，可以和3G网络的位置归属寄存器(HLR)合设。P