基于IMS的網(wǎng)絡(luò)演進策略探討

摘要：以IMS為核心的新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是電信網(wǎng)絡(luò)演進的目標，如何從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)演進到新一代網(wǎng)絡(luò)要根據(jù)運營商的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、市場和競爭環(huán)境等因素選擇不同的演進路線。

關(guān)鍵詞：IMS，網(wǎng)絡(luò)演進

1.引言

網(wǎng)絡(luò)演進的原始驅(qū)動力來自最終用戶對創(chuàng)新業(yè)務(wù)的需求。就運營商而言，靈活開放的業(yè)務(wù)生成和發(fā)布環(huán)境則是部署以IMS為基礎(chǔ)的下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的首要原因。以控制和承載分離為基本特征的軟交換技術(shù)的基本定位是在一個基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)上提供傳統(tǒng)的長途和5類語音業(yè)務(wù)。軟交換的靈活部署和高集成度為運營商帶來了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和維護成本的大幅度降低，但由于受到終端能力、QoS、安全以及業(yè)務(wù)接口標準化等諸多方面的限制，目前較為成熟的軟交換(包括固定軟交換和3GPP R4)的應(yīng)用也僅限于此，它沒有給最終用戶帶來新的業(yè)務(wù)。應(yīng)該說只降低成本是遠遠不夠的，如何增加收入才是運營商更加關(guān)心的問題。

IMS以其業(yè)務(wù)、控制、承載完全分離的水平架構(gòu)，集中的用戶屬性和接入無關(guān)等特性，一方面解決目前軟交換技術(shù)還無法解決的問題，如用戶移動性支持、標準開放的業(yè)務(wù)接口、靈活的IP多媒體業(yè)務(wù)提供等；另一方面，由于其接入無關(guān)性，也使得IMS成為固定和移動網(wǎng)絡(luò)融合演進的基礎(chǔ)。然而網(wǎng)絡(luò)的演進需要考慮的因素很多，其中最主要的是運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的狀況，和它所處的市場和競爭環(huán)境。本文首先分析了網(wǎng)絡(luò)演進的驅(qū)動力，然后給出基于IMS的新一代網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，最后給出針對不同運營商、不同網(wǎng)絡(luò)和市場條件的演進的不同路線。

2.網(wǎng)絡(luò)演進的驅(qū)動力

IP和無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展，引發(fā)了因特網(wǎng)和移動通信的爆炸性增長。由此帶來的個人通信和全新的通信娛樂方式，正促使傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)和運營模式的轉(zhuǎn)型。

移動對固定業(yè)務(wù)的替換，是目前固網(wǎng)運營商面臨的主要威脅，也是固網(wǎng)運營商進行網(wǎng)絡(luò)演進的主要原因。產(chǎn)生這種替換的根本原因是移動通信的移動性和個人化/個性化特點。根據(jù)Yankee Group的研究報告，目前12%的歐洲家庭只使用移動電話，高達25%的歐洲人考慮在家庭中不使用固定電話而只使用移動電話。我國電信市場的發(fā)展同樣呈現(xiàn)移動替換固定的總體趨勢。從2004年開始我國的移動通信業(yè)務(wù)量超過固定通信的業(yè)務(wù)量(本地業(yè)務(wù))。從2003年開始，移動用戶的用戶數(shù)超過固定用戶的用戶數(shù)。

如何使現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)演進到一個固定移動融合的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)架構(gòu)？這顯然是固網(wǎng)運營商抵制移動對固定替換的最佳途徑。

事實上，不管是固定網(wǎng)絡(luò)運營商還是移動網(wǎng)絡(luò)運營商，如何借助靈活開放的業(yè)務(wù)平臺快速部署新業(yè)務(wù)是他們在市場競爭中保持優(yōu)勢的關(guān)鍵因素。據(jù)Light Reading的統(tǒng)計，有41.3%的被調(diào)查運營商認為靈活的業(yè)務(wù)開發(fā)和部署是他們部署IMS的首要原因。傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)是一個業(yè)務(wù)一個網(wǎng)絡(luò)的垂直架構(gòu)，業(yè)務(wù)完全依賴于網(wǎng)絡(luò)的能力，這種業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)緊密相關(guān)的架構(gòu)導致新業(yè)務(wù)開發(fā)比較困難，無法實現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)。而IMS則以其業(yè)務(wù)、控制、承載完全分離的水平架構(gòu)，集中的用戶屬性、開放標準的應(yīng)用接口以及接入無關(guān)等特性，徹底解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的弊端，為運營商提供了固定移動融合的業(yè)務(wù)和應(yīng)用平臺。最終用戶對全新多媒體業(yè)務(wù)的需求也是網(wǎng)絡(luò)演進的驅(qū)動力之一。Skype, MSN, QQ等正在改變?nèi)藗兊耐ㄐ帕晳T；傳統(tǒng)業(yè)務(wù)收入下降也迫使運營商必須進行新業(yè)務(wù)的開發(fā)和部署。傳統(tǒng)電信業(yè)的價值鏈比較簡單，運營商完全依靠對最終用戶提供有限的業(yè)務(wù)(如話音，短信)獲得收益。盡管寬帶業(yè)務(wù)和移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)日趨成熟，但無論是固網(wǎng)運營商還是移動業(yè)務(wù)營運商，它們都面臨著“比特管道”(bit pipe)的壓力。另外，用戶也希望能夠以跨越固定和移動網(wǎng)絡(luò)的便捷的使用方式來獲得這些多媒體業(yè)務(wù)。

運營商需要一個可控制、可管理和可盈利的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，來提供用戶所期待的全新業(yè)務(wù)�；�于IP技術(shù)、與接入無關(guān)、業(yè)務(wù)和控制分離的IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)正是滿足這一需求的全新架構(gòu)。

3.基于IMS的新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

NGN的概念已討論多年，ITU-T也對NGN進行了定義，給出了其基本特征[1]。目前，各大標準組織對NGN的研究都離不開IMS，盡管IMS在3GPP[2]中只是業(yè)務(wù)控制層面的一個與接入無關(guān)的架構(gòu)，但是，隨著ETSI TISPAN的NGN架構(gòu)在IMS基礎(chǔ)上考慮更多的如用戶網(wǎng)絡(luò)、接入、核心網(wǎng)絡(luò)和互通等方面內(nèi)容[3]；以及ITU-T[4]對NGN進行的類似的研究工作的進展，一個以IMS為基點，融合不同接入方式的新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已漸漸清晰。不過，不可否認的是，以軟交換為核心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在NGN的研究道路上扮演了重要的角色，它在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、降低成本和PSTN替換等方面發(fā)揮了積極的作用。隨著以IMS為基礎(chǔ)的新一代網(wǎng)絡(luò)的部署，整個網(wǎng)絡(luò)將出現(xiàn)多種技術(shù)共存的局面。當然最終的演進目標還是基于IMS的新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，基于軟交換的架構(gòu)只是這個演進過程中的一個的階段。

采用IMS的新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的示意圖，該架構(gòu)包括固定和移動接入以及與傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)和其他IP多媒體網(wǎng)絡(luò)的互通功能。主要實體包括各種呼叫會話控制實體(CSCF)、媒體資源功能實體(MRF)、歸屬用戶服務(wù)器(HSS)、用戶定位功能(SLF)、應(yīng)用服務(wù)器(AS)、固定接入邊界節(jié)點，移動接入邊界節(jié)點，域間互通邊界節(jié)點等。

核心CSCF包括S-CSCF，P-CSCF和I-CSCF。S-CSCF在IMS中處于核心的控制地位，用于注冊、會話控制和處理，并向應(yīng)用服務(wù)器觸發(fā)業(yè)務(wù)；P-CSCF是UE訪問IMS的第一個入口點；I-CSCF是從訪問域到歸屬域的入口點，主要負責查詢歸屬用戶信息，并為用戶分配S-CSCF等。

MRF在S-CSCF和AS的控制下為用戶提供放音，混音等媒體處理功能。它包括媒體資源控制功能(MRFC)和媒體資源處理功能(MRFP)。

HSS存儲IMS中所有用戶和與業(yè)務(wù)相關(guān)的數(shù)據(jù)，在網(wǎng)絡(luò)配備多個HSS的情況下，SLF提供查找HSS的機制。

AS用于提供增值多媒體業(yè)務(wù)，包括SIP AS、OSA SCS和CAMEL IM-SSF，OSA AS和CAMEL業(yè)務(wù)環(huán)境(SE)通過SCS和IM-SSF與IMS網(wǎng)絡(luò)交互。

移動接入邊界節(jié)點用于將各種以無線方式，通過分組域接入的無線終端如GPRS終端接入IMS核心網(wǎng)絡(luò)。它包括P-CSCF和策略決策功能(PDF)，其中PDF控制進入核心網(wǎng)的流量。

固定接入邊界節(jié)點用于將各種寬帶終端如SIP終端接入IMS核心網(wǎng)絡(luò)，它包括P-CSCF功能。在固定接入網(wǎng)中，還需要資源和接納控制子系統(tǒng)(RACS)和網(wǎng)絡(luò)附著子系統(tǒng)(NASS)以提供資源預留、接納控制、IP地址分配和管理等功能。

域間互通邊界節(jié)點包括與其他IP網(wǎng)絡(luò)互通的節(jié)點和與電路域互通的節(jié)點。其中與IP網(wǎng)絡(luò)互通的節(jié)點包括互通功能(IWF)、互連邊界控制功能(IBCF)和互連邊界網(wǎng)關(guān)功能(IBGF)等功能。IWF提供業(yè)務(wù)控制子系統(tǒng)所用協(xié)議和其他基于IP的協(xié)議之間的互通功能，IBCF控制兩個運營商網(wǎng)絡(luò)之間的邊界，IBGF存在于兩個核心網(wǎng)之間的邊界上，包含翻譯網(wǎng)關(guān)(TrGW)的功能。與電路域互通主要由邊界網(wǎng)關(guān)控制功能(BGCF)、媒體網(wǎng)關(guān)控制功能(MGCF)和IMS媒體網(wǎng)關(guān)(MGW)實現(xiàn)。BGCF是IMS域與外部網(wǎng)絡(luò)的邊界點，它選擇在何處與電路域互通，MGCF負責IMS與電路域用戶間的通信，控制與MGW相關(guān)的媒體信道，MGW負責在MGCF的控制下實現(xiàn)IMS與電路域之間的媒體流互通。

由于PSTN在現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)中占有非常重要的地位，因此標準組織ETSI TISPAN對PSTN的演進進行了特別的定義。在TISPAN的NGN架構(gòu)中特別定義了PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)(PES)。PES的絕大部分功能實體與IMS的功能實體一致，只有接入網(wǎng)關(guān)控制功能(AGCF )例外，它使用媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議控制接入媒體網(wǎng)關(guān)。

4.網(wǎng)絡(luò)演進的不同場景

網(wǎng)絡(luò)的演進需要考慮的最主要因素包括運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的狀況以及所處的市場和競爭環(huán)境，本節(jié)將結(jié)合這兩個因素對固網(wǎng)、移動網(wǎng)絡(luò)的演進路線分別進行討論。

4.1. 固網(wǎng)演進路徑

對一個固網(wǎng)運營商而言，網(wǎng)絡(luò)演進的典型的起點是PSTN網(wǎng)絡(luò)。VoIP技術(shù)和軟交換的出現(xiàn)為PSTN網(wǎng)絡(luò)的演進邁出了第一步。特別是在中國，軟交換在長途層面的部署以及固網(wǎng)智能化為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化作出了重要的貢獻。然而從最終用戶的角度看，軟交換和網(wǎng)絡(luò)智能化(NI)并沒有滿足他們對創(chuàng)新業(yè)務(wù)的需求。這也正是IMS要解決的問題。

根據(jù)運營商的關(guān)注點和市場狀況的差異可以有不同的演進場景。

運營商主要考慮的是面臨退網(wǎng)的PSTN網(wǎng)絡(luò)，希望以較低的運營成本充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。它希望在不影響用戶的業(yè)務(wù)體驗和對最終用戶透明的情況下對網(wǎng)絡(luò)進行更新。這表明網(wǎng)絡(luò)的演進應(yīng)該不需要引入新的用戶設(shè)備，也就是說，采用基于CS(Call Server)的PES解決方案。在此方案中，新的收入來源并不是首先需要考慮的問題。這一演進路線的首要任務(wù)是依賴于軟交換和NI，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和維護成本從而彌補傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)收入的下降。不過，單純的語音業(yè)務(wù)不會有增長，運營商的收入增長必須依賴于新業(yè)務(wù)的引入，IMS是繼軟交換/NI之后真正能為運營商帶來新業(yè)務(wù)和收入增長的技術(shù)。當然，IMS可以同時實現(xiàn)語音和多媒體業(yè)務(wù)，這也是IMS多業(yè)務(wù)支持能力的體現(xiàn)和優(yōu)勢所在。

針對那些在成熟市場不需要在短期內(nèi)有大規(guī)模PSTN替換的主流運營商，直接部署IMS對它們最具吸引力。這樣的固網(wǎng)運營商關(guān)注的是借助大規(guī)模的寬帶接入的部署來引入新業(yè)務(wù)從而增加收入。一個固定的IMS解決方案對這些運營商來說是理想的第一步，而后再往三重播放的網(wǎng)絡(luò)演進。這是通過引入IMS多媒體對pre-IMS解決方案進行軟件升級從而符合IMS規(guī)范來實現(xiàn)的。早期的目標用戶將是那些對以用戶為核心的寬帶業(yè)務(wù)感興趣的商業(yè)用戶和高端用戶。一旦能夠盈利的新業(yè)務(wù)部署后，IMS平臺能夠用于大規(guī)模用戶的平滑遷移。

所描述的這一演進路徑的最大優(yōu)勢是運營商只要部署一個IMS核心網(wǎng)，就可以同時開展傳統(tǒng)業(yè)務(wù)(通過基于IMS的PES)和IP多媒體業(yè)務(wù)；同時也是固定移動融合的IMS核心網(wǎng)絡(luò)。這一演進路線也從另一側(cè)面說明了軟交換和NI在電信網(wǎng)絡(luò)演進的過程中不是不可跨越的階段，對那些占有成熟市場的主導運營商而言，直接從PSTN到IMS將能更快實現(xiàn)業(yè)務(wù)收入增長。

4.2. 移動網(wǎng)絡(luò)演進路徑

語音從電路域到IMS域的大規(guī)模遷移目前還沒有壓力，特別是對那些低利潤用戶的語音業(yè)務(wù)。但是為了增加ARPU值，移動運營商也面臨如何開發(fā)非語音新業(yè)務(wù)的強大壓力。IMS提供的額外的業(yè)務(wù)特性將是運營商最好的選擇。同時，為了降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和維護成本，基于IP傳輸?shù)囊苿榆浗粨Q將很快得到部署。總的來說IMS和移動軟交換將同時存在，它們之間通過網(wǎng)絡(luò)互通實現(xiàn)部分業(yè)務(wù)的互通。從長期來看，電路域用戶最終會遷移到IMS域，但大規(guī)模的遷移不會在近期出現(xiàn)。

對移動運營商而言，網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的現(xiàn)狀是3G部署初期的2G語音(傳統(tǒng)的移動交換中心MSC)和數(shù)據(jù)(短消息，GPRS)網(wǎng)絡(luò)。收入主要來自語音(80%)，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中短消息占絕大部分(>90%的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)收入)，其他數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)正處于高速增長期。

出于降低CAPEX/OPEX的考慮，移動網(wǎng)絡(luò)演進的第一步是移動軟交換的引入，如5類軟交換的引入(3GPP R4)。

從增加業(yè)務(wù)收入角度看，3G技術(shù)的引入開始提供更高的帶寬和更吸引人的業(yè)務(wù)(如視頻)從而增加ARPU值。但更多的新的業(yè)務(wù)必須依賴于IMS。正如前面已經(jīng)談到的，IMS是實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)(推送業(yè)務(wù)、可達性、組和列表管理、呈現(xiàn)狀態(tài)等)的最好的綜合平臺。IMS能夠作為現(xiàn)有GPRS網(wǎng)絡(luò)的疊加網(wǎng)絡(luò)來部署，另外需要增加PDF、CSCF、HSS以及IMS AS等。依賴于IMS提供IP多媒體業(yè)務(wù)，將是移動運營商的首選。同時由于IMS核心網(wǎng)元和固定運營商IMS所使用的是一樣的，因此也有利于固定移動融合網(wǎng)絡(luò)部署和業(yè)務(wù)開展。

移動運營商演進路徑如圖4所示，IMS的部署并不意味著替換電路域，相反，在IMS部署初期，由于語音業(yè)務(wù)還無法直接由IMS域提供，語音業(yè)務(wù)還將由電路域承擔。語音從電路域到IMS域的遷移只有當語音成為豐富的多媒體業(yè)務(wù)的一部分，而且IMS達到一定的滲透率之后才能真正開始。從技術(shù)上講，移動用戶完全從電路域到IMS域的遷移取決于IMS提供實時業(yè)務(wù)的能力，也就是無線接入網(wǎng)對QoS的控制能力，或運營商采取其他接入方法的可能性(如WiFi和Wimax)。大部分運營商會在5年或更長時間內(nèi)保護電路域的投資。

5.總結(jié)

IP技術(shù)和無線通信技術(shù)的飛速發(fā)展、最終用戶對創(chuàng)新業(yè)務(wù)的期望、運營商對開放靈活的業(yè)務(wù)架構(gòu)的需求等因素是網(wǎng)絡(luò)演進的驅(qū)動力。網(wǎng)絡(luò)演進的策略則和運營商自身的網(wǎng)絡(luò)狀況和所處的競爭環(huán)境有關(guān)。從總體趨勢來說，基于IMS核心的新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)演進的目標架構(gòu)。盡管最終的目標是完全基于IP的多媒體架構(gòu)，但在演進的過程中，為了優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)和降低維護成本，基于呼叫服務(wù)器的PES和基于IMS的PES等還會在PSTN替換市場上扮演重要的角色。