《IMS建设思路》doc版.doc

IMS网络建设思路分析摘要文章在研究IMS网络架构的基础上，结合当前IMS的技术现状以及发展趋势，介绍了IMS的发展背景与核心技术，并针对电信运营商建设IMS网络的思路，从IMS的引入方式、IMS的网元建设方案、IMS与电路域的互通以及IMS业务平台的建设四个方面进行了探讨和分析。 1、引言 当前，运营商正引入面向未来的网络结构，希望能够利用一个简单有效、低成本而且标准化的网络处理所有业务，以不受供应商的限制，随时选用最好的网络设备。而这种网络结构的核心就是IMS能够帮助运营商逐步过渡到全IP网络的新技术标准。IMS是一个在PS域上面的多媒体控制呼叫控制平台，支持会话类和非会话类多媒体业务，为未来的多媒体应用提供一个通用的业务使能平台，是向全IP网络业务提供体系演进的重要一步。 2、IMS的特点 基于IMS的固定移动网络融合业务之所以得到认同，主要因为IMS兼有两个基本点，一是技术融合点IP，二是业务融合点多媒体。IMS对电信业的最大贡献就是开发了一种运营商无需废弃现有设备就可立即升级网络的解决方案，使电路交换和IP技术等投资可再利用。 除了为普通业务环境带来低成本优势之外，开发全新业务的能力是IMS最吸引人的亮点。IMS采用会话初始协议（SIP）可以为信令、应用服务器整合、呼叫会话控制功能、归属用户服务器以及多媒体资源功能创造一个统一的业务环境；可以通过融合不同媒体（语音、图片、视频、文本等）和不同实现方案（分组管理、状态呈现等）提供实时多媒体业务。 IMS是专为实时的、端到端的移动业务而设计的，并通过一些关键性技术来实现这些端到端的通信业务，这些技术包括：会话协商和管理、QoS管理、移动性管理等。目前，可以基于SIP协议在IMS上得以实现的多媒体业务包括： （1）交互类业务，如交互式的端到端游戏。 （2）多媒体通信类业务，如视频共享业务、终端内容和文件的共享、基于IMS“一键通”（PoC）等。 （3）信息类业务，如语音信息、即时信息（IM）、图片聊天等。 （4）网络融合业务，包括在移动电话和PC及固定电话之间的通信业务。 标准化方案的固有特性使得IMS成为一个可重用的业务平台，其能够提供大部分新业务所需要的基础部件和功能件，满足注册、会话建立、安全、计费、网管等基础功能需求。值得注意的是，IMS具有“接入无关性”，不仅支持移动网3G/GPRS接入，还支持WiMAX和WLAN等方式的接入。 3、IMS核心网网元介绍 IMS核心网的网元主要包括：S-CSCF、I-CSCF、P-CSCF、BGCF、MGCF、MGW、MRF、HSS、SLF、SBC和SG等，IMS网络主要网元以及支持的接口如图1所示： 图1IMS网络组织示意图 （1）CSCF CSCF（Call Session Control Function）是整个网络的核心，是IMS中最重要的关键元素之一。其具体功能描述如表1所示： 表1CSCF功能描述 （2）MGCF和MGW MGCF（Media Gateway Control Function）控制一个或多个MGW，管理着PSTN承载与IP流之间的连接。MGCF将SIP消息转换为MEGACO或者ISUP消息，它从CSCF接收SIP消息并且决定在MGW内建立什么消息；同时MGCF还生成ISUP消息并且通过IP发送到SG（信令网关）中。 MGW（Media Gate Way）的主要功能是将终端用户之间的媒体流从一种格式转换为另一种格式。在UMTS中这主要是PSTN中PCM编码与基于IP编码格式之间的转换。 （3）MRF MRF包括MRFC（Multimedia Resource Function Controller）和MRFP（Multimedia Resource Function Processor）两部份，是实现多方会议的功能实体。控制层面的MRFC通过H.248控制MRFP。MRFC用于支持和承载相关的服务或者进行承载代码转换。而MRFP提供被MRFC所请求和指示的用户平面资源，如输入媒体流的混合等。 （4）BGCF BGCF（Breakout Gateway Control Function）是IMS域与外部网络的分界点，主要实现呼叫路由功能，用来选择与PSTN/CS域切入点相连的网络、收到S-CSCF请求、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，则选一个MGCF，由MGCF来负责进一步的会话处理。 若发现接口点在另一网络时，BGCF会把会话信令转发给另一网络相应的BGCF。 （5）SG SG（Signal Gateway）用于不同信令网的互联，如基于SCTP/IP信令网和SS7的信令网之间的信令转换。 （6）HSS HSS（Home Subscr iber Server）是由归属位置寄存器（HLR）和鉴权中心（AUC）演进而来，保存着用户文件和现在正由哪个核心网络对这个用户服务的有关信息。HSS中保存的信息如表2所示： 表2HSS保存的信息 （7）SLF SLF（Subscription Locator Function）作为一种地址解析机制，当网络部署了多个独立可寻址的HSS时，这种机制使I-CSCF、S-CSCF和AS能够找到拥有给定用户身份的定购关系数据的HSS地址。 （8）SBC SBC（Session Border Controller）的作用是对通过IP网络间边界的实时IP语音、视频和其它数据所代表的会话（包括信令及相应的媒体流）进行漏斗式的过滤。 4、IMS核心网建设思路 4.1IMS的引入方式 对运营商而言，可行的一种IMS引入方式是通过具有市场前景的业务引入（例如PTT、IM、呈现等）驱动IMS发展。即点状试验，然后随着业务的开展，设备的成熟而逐渐大规模商用。规模商用后的IMS，不是替代PSTN/iSDN/CS等传统网络，而是互通和并存关系，逐渐吸收话务，最终随着PSTN/iSDN/CS等传统网络的消亡而演变为全IMS网络。 对于移动网络向IMS演进，需要考虑以下问题： （1）承载网络的成熟性 （2）终端的成熟性 （3）IMS之上的业务定义和业务的市场机会 目前仍缺乏标准的业务定义（停留在POC/Presence/IM/Conference等）及非常有商业前景的业务。 （4）运营商本身网络发展的阶段性 例如国内大部分运营商正在或已经投资建设软交换网络，这部分网络有一定的生命周期。有的运营商主体是传统PSTN/GSM等TDM网络，直接过渡到IMS不是一种很好的解决方案。 4.2IMS网元建设方案 电信运营商在建设IMS网络时，对于各个网元的设置应充分考虑用户分布以及相应的业务需求。以下以省为单位建设覆盖全国的IMS网络为例，分析IMS网元建设的方式。 （1）接入控制模块的设置方式 接入控制模块（P-CSCF）设备作为省内用户接入IMS的接入点，可以根据本地网中用户的容量和设备的处理能力设置一个或者多个P-CSCF设备。 （2）呼叫控制模块的设置方式 呼叫控制模块（S-CSCF/I-CSCF/BGCF）作为呼叫控制节点，根据用户、业务量以及设备处理能力设置一套或多套。 当一个核心域内S-CSCF数量为1个时，不需要I-CSCF功能；当S-CSCF数量较少时，I-CSCF可以合设在呼叫控制模块内；当S-CSCF较多时，可以考虑设置独立的I-CSCF。 当一个核心域内MGCF数量为1个时，不需要BGCF功能；当MGCF数量较少时，BGCF可以合设在呼叫控制模块内；当MGCF较多时，可以设置独立的BGCF。 （3）用户数据模块的设置方式 用户数据模块（HSS/SLF）设备数量根据用户的容量和设备的处理能力来设置一套或多套。运营商在有条件时需考虑HSS的容灾方案。当一个核心域内HSS数量为1个时，不需要设置SLF网元设备；如果网络采用多个HSS网元设备，需要根据用户容量和设备的处理能力设置一套或者多套SLF设备。 （4）媒体资源模块的设置方式 媒体资源模块（MRFC/MRFP）设备需要根据整网的用户容量，业务呼叫占整个呼叫的百分比模型，设备的处理能力等信息确定整网设置一个或多个媒体资源模块网元设备。 （5）互通模块（MGCF/MGW）的设置方式 互通模块（MGCF/MGW）网元设备需要根据ISUP、SIP、BICC网络的互通容量以及需要管理的用户的容量和设备的处理能力等信息确定整网设置一个或多个MGCF/MGW网元设备。在与其他网络互通时，运营商可以考虑将MGCF/MGW连接省中心关口局或TMSC2局。 在3G网络建设后，可以考虑MGCF与GMSC Server合设，这时GMSC Server必须具备SIP信令接口。IM-MGW可与3G CS域的MGW合设。 （6）计费模块（CCF）的设置方式 CCF网元设备需要根据整网的用户数量、用户的话务模型、CCF设备的处理能力、CCF设备对话单的存储能力等信息确定需要一个或者多个CCF设备。 4.3IMS与电路域的互通 IMS和电路（CS）域之间是相对独立的，只有一些网络设备需要和CS域进行通讯，如MGCF、IM-MGW。在部署一个IMS域时，并不一定需要部署CS域。 但是，基于电路交换技术的语音业务具有服务质量高、可靠性高的优点。在基本语音服务之上定义的补充业务，也具有广泛的应用。而基于包交换技术的VoIP，虽然在宽带业务网络中已经显露出取代电路语音业务的趋势，但在无线环境中的应用，却缺乏足够的QoS保障。IMS域的语音业务尚不能全面取代CS域业务。因此，IMS与CS目前是一种业务互相补充，网络互连互通的关系。 IMS域通过MGCF/IM-MGW提供与R4GMSC Server/MGW兼容的通信接口BICC和RTP，完成与CS域的承载和控制信令的互连互通。所有来自CS用户的呼叫控制信令都指向MGCF，它负责BICC/ISUP与SIP之间的协议转换，并将会话转发给IMS。类似的，所有IMS发起到CS用户的会话也经过MGCF，MGCF控制与其关联的用户平面实体IM-MGW中的媒体通道，并提供相关计费信息。IM-MGW提供CS网络和IMS之间的用户平面连接，执行双方媒体面之间的转换，并能够提供放映和回声抑制等功能。网关控制功能BGCF主要实现呼叫路由功能，用来选择与PSTN/CS域切入点相连的网络、收到S-CSCF请求、为呼叫选择适当的PSTN/CS接口点。如果BGCF发现自己所在的网络与接口点相连，那么BGCF就选择一个本网MGCF，该MGCF负责与PSTN（或CS域）的交互。如果接口点在另一个网络，那么BGCF就把会话信令转发给另一个网络的BGCF。BGCF在选择与PSTN相连的网络时，会利用收到的其它协议的信息和管理信息。BGCF可以生成相应的计费记录。 4.4IMS业务平台的建设 IMS为业务开发商提供了开放的可编程环境，为运营商快速灵活的开发下一代新业务提供了一个开放的平台。IMS的业务架构是IMS系统比较成功的一个方面，通过基于SIP的ISC（Internal Service Control）接口，由S-CSCF与各种应用服务器组成。由于IMS融合了语音和数据业务，又结合了IP网的灵活性和SIP的可扩展性，使得IMS支持的业务更加丰富。 R5在业务方面除原有的CAMEL、OSA之外，还新支持SIP AS。IMS的业务架构如图2所示： 图2IMS业务构架示意图 IMS业务架构由S-CSCF以及各种应用服务器组成，能适应不同业务的接入要求，与当前普遍采用的开放性业务架构一致，都是三层结构：第一层是应用服务器（AS）；第二层是业务能力服务器（SCS）；第三层是S-CSCF。业务可以在分布式架构中开发。 IMS根据连在CSCF上的业务平台类型，分别支持不同种类的业务： （1）基于SIP的业务应用 在IMS业务体系中，S-CSCF是相当于软交换的呼叫控制平台，IMS基于SIP的业务平台是通过专用的SIP AS实现的，可实现即时通信（IM）、点击呼叫、Web800、Presence、会议电话、数字传真、多媒体消息、VOD、彩铃、彩名、可视电话等丰富的实时和非实时的多媒体业务。 （2）基于OSA的业务应用 IMS支持PARLAY/OSA标准业务接口，不仅可以完美地实现传统的基本电信业务，如呼叫前转、呼叫等待、多方通话、主叫显示、主叫显示限制、呼叫限制等，而且可以为第三方业务供应商提供标准接口，大大提高运营商提供新