基于开放源代码实现的ims原型化系统pdf.pdf

engineering master degree dissertation of chongqing university the prototype implementation of ims based on open source software candidate zhang yi supervisor prof gan yuyu pluralistic supervisor senior engineer zhou xiandong major electronics and communication engineering college of communication engineering chongqing university october 2007 摘 要 ip 多媒体子系统 ims 是提供实时和非实时的 ip 多媒体业务的通用体系结构 具有分布式 与接入无关 以及标准开放的业务控制接口等特点 是实现网络融 合和业务融合的核心标准 也是实现技术创新 业务创新乃至商业模式创新的重 要基础 目前 ims 在 3gpp 3gpp2 etsi itu t 等标准化组织中都占有一席 之地 相关标准的制定和完善正在紧张地进行中 世界各大设备提供商纷纷推出 ims 的商用或试验产品 部分运营商也开始进行 ims 业务的试商用或试验 ims 将逐渐成为下一代网络的核心控制层 论文主要研究了采用开放源代码的软件项目实现 ims 原型化系统 该系统主 要实现了 3gpp ims 相关标准所规定的 cscf hss mrf ue 应用服务器等网 元 并基于该原型化系统开发了一些示例业务 以展示基于 ims 的核心网的功能 和能力 通过本文的研究证明 目前采用基于开放源代码的软件项目实现的 ims 原型 化系统作为开放技术测试环境 既可以对目前或即将出现的 ims 标准进行原型化 和验证 将 ims 应用扩展到不同的接入网络中 还可以基于此环境实现丰富而新 颖的多媒体应用 运营商通过该系统可以搭建开放的 ims 试验网环境 研究网络 的平滑演进和兼容性 业务提供商和开发商也可以基于该系统开发和验证基于ims 的新业务 本文首先介绍了基于 ims 的下一代网络的特点 架构以及协议体系 并从水 平分层结构的业务层出发 讨论了下一代网络的业务开放技术 接下来 本文介 绍了基于 open ims core sems openser uct ims client 等开放源代码的软 件项目实现的 ims 原型化系统 深入分析了各网元实现的功能需求 安装步骤 以及主要模块的设计与实现思路 最后基于该原型化系统和 openser 应用服务器 平台 介绍了示例业务的开发和实现过程 关键词 关键词 ims 开放源代码 3g 原型化实现 abstract ip multimedia subsystem ims featuring distributed access independence and open service controle interface is the universal framework which provides realtime or non realtime ip multimedia services it is the core standard realizing the networks convergence and services convergence and is the important basis to make innovations in technologies services and even business nowadays as it occupies an important place at the standardization organizations such as 3gpp 3gpp2 etsi itu t the relevant standards are being established and improved the products and testbeds are being unveiled by the network equipment providers meanwhile the trial offices are being deployed by the telecommunication operators gradually ims will become the core control plane of next generation network the thesis studies the prototype implementation of ims based on the open source software projects in which the core network elements such as cscf hss mrf ue as has been realized furthermore aiming to reveal its functions the demonstration applications are exploited based on it the prototype implementation of ims based on open source software projects is deployed as an open technology test field with the target to prototype and validate existing and emerging ims standards and to extend the ims appropriately to be used on top of new access networks as well as to provide new appealing multimedia applications with the ims prototype implementation operators can setup the open ims testbed by which the evolution and compatibility of the telecommunication network could be studied while service providers and developers can develope and validate the new multimedia applications in this thesis the features architecture and the protocols of ims based next generation network are firstly analyzed and then the open technologies of the ngn services in the service layer of the horizontal layering infrastructure are discussed the main body of the thesis introduces the prototype implemetation of ims based on the open source software projects such as open ims core sems openser and uct ims client the functional requiremnts the installation and the structure of the main modules are addressed in depth in the conclusion the development and implementation of demo applications are presented keywords ims open source 3g prototype implementation 目 录 1 绪绪 论论 1 1 1 课题的背景 1 1 2 课题的学术和实用意义 2 1 3 国内外的研究现状 3 1 3 1 cscf 实现相关的研究 4 1 3 2 hss 实现相关的研究 5 1 3 3 应用服务器实现平台相关的研究 5 1 3 4 客户端实现相关的研究 6 1 4 课题研究内容和研究目的 6 1 5 本章小结 7 2 基于基于 ims 的下一代网络的下一代网络 8 2 1 ims 的特点 9 2 2 ims 的标准演进 11 2 3 ims 的系统架构 14 2 3 1 ims 的结构和网元功能 14 2 3 2 ims 接口和协议 19 2 3 3 ims 的地址与标识 21 2 4 ims 的协议体系 24 2 4 1 sip 协议 24 2 4 2 diameter 27 2 5 ims 与几种技术的关系 29 2 6 本章小结 31 3 下一代网络业务开放技术下一代网络业务开放技术 32 3 1 开放业务接入体系结构 osa 与 parlay技术 32 3 1 1 开放的下一代网络业务体系结构 32 3 1 2 parlay api 技术 33 3 2 java技术与 jain 35 3 2 1 java 技术简介 35 3 2 2 jain 与开放网络架构 36 3 2 3 面向 sip 通信的 java 技术 37 3 3 本章小结 39 4 基于开放源代码的基于开放源代码的 ims 原型化系统实现原型化系统实现 40 4 1 cscf 的设计分析 41 4 1 1 proxy cscf 的设计分析 41 4 1 2 interrogating cscf 的设计分析 42 4 1 3 serving cscf 的设计分析 43 4 2 hss 的设计分析 44 4 3 cscf 和 hss 的实现 45 4 3 1 cscf 的实现 45 4 3 2 hss 的实现 51 4 3 3 open ims core 的编译与安装 51 4 4 媒体资源功能的设计与实现 55 4 4 1 mrf 的需求和设计 55 4 4 2 mrf 的实现 56 4 4 3 sems 的编译和安装 57 4 5 ue 的设计和实现 58 4 6 应用服务器平台的设计和实现 59 4 6 1 应用服务器平台的设计分析 59 4 6 2 应用服务器平台的实现 60 4 6 3 openser 的编译与安装 62 4 7 本章小结 63 5 基于基于 ims 原型化系统的业务实现原型化系统的业务实现 64 5 1 基本的 presence业务实现 64 5 2 b2bua 的实现 65 5 3 xcap 服务器的实现 67 5 3 1 安装和编译 openser 68 5 3 2 编译和安装 xcap lite 68 5 3 3 采用 uct ims client 使用 xcap 业务 68 5 4 iptv 流媒体业务的实现 69 5 4 1 uct iptv streaming 服务器的安装 69 5 4 2 配置 hss 69 5 4 3 运行 uct iptv streaming 服务器 69 5 4 4 使用 uct ims client 观看 iptv 69 5 5 本章小结 69 6 结束语结束语 70 致致 谢谢 71 参考文献参考文献 72 缩略语对照表 3gpp 3rd generation partner project 第三代合作伙伴计划 3gpp2 3rd generation partner project 2 第三代合作伙伴计划 2 aaa authentication authorization and accounting 鉴权 授权 计费 cn core network 核心网络 cs circuit switched domain 电路域 cscf call session control function 呼叫会话控制功能 enum telephone number mapping 电话号码映射 etsi european telecommunications sdandards institute欧洲电信标准协会 gpl gnu public license gnu 通用公共许可证 hss home subscriber server 归属用户服务器 i cscf interrogating call session control function 询问呼叫会话控制功能 ietf internet engineering task force 互联网工程任务组 ifc initial filtering criteria 初始过滤规则 im instant messaging 即时通信 ims ip multimedia subsystem ip 多媒体子系统 im ssf ip multimedia services switching function ip 多媒体业务交换功能 ip can ip connectivity access network ip 互联接入网络 itu t international telecommunication union telecommunication standardization sector 国际电信联盟电信标准化 组 jain integrated network api for the java platform java 平台综合网络 api lgpl lesser gnu pulic license gnu 宽通用公共许可证 mrfc media resource function controller 媒体资源功能控制器 mrfp media resource function processor 媒体资源功能处理器 nat network address translation 网络地址转换 ngn next generation network 下一代网络 osa open service access 开放业务接入 osa scs osa service capability server osa 业务能力服务器 p cscf proxy call session control function 代理呼叫会话控制功能 poc ptt over cellular 一键通业务 基于公众蜂 窝移动通信网络的 ptt 业 务 ps packet switched domain 分组交换域 ran radio access network 无线接入网络 s cscf serving call session control function 服务呼叫会话控制功能 sdp service delivery platform 业务交付平台 sip session initiation protocol 会话初始协议 slee service logic execution environment 业务逻辑执行环境 tispan telecommunications and internet converged services and protocols for advanced networking 电信和互联网融合业务及 高级网络协议 ue user equipment 用户设备 umts universal mobile telecommunications system 通用移动通信系统 utran umts terrestrial radio access network umts 陆地无线接入网 wcdma wideband code division multiple access 宽带码分多址 1 1 绪 论 1 1 课题的背景 随着 3g 时代的到来 用户对移动通信有了更高的期望 用户不仅要求有稳定 的语音通信 而且还要求能够进行数据和多媒体的多种方式通信 运营商不仅要 满足用户的这些需求 而且还要在当前通信变革时代中保证自身的优势地位 这 就要求运营商建立强大的基础运营支撑网络 能够快速增加新的业务 提高服务 的渗透性 减少用户的流失 保持自身的核心竞争力 针对这些需求 3gpp 在 r5 版本中将 ip 多媒体子系统 ip multimedia system ims 1 首次引入移动核心网 ims 是提供实时和非实时的 ip 多媒体业务的通用体 系结构 具有分布式 与接入无关 以及标准开放的业务控制接口等特点 2 它对 控制层功能作了进一步分解 将会话控制实体和承载控制实体在功能上分离开来 使网络架构更为开放 灵活 相比软交换将承载平面与控制平面分离的思路 可 以说 ims 在架构上更具开放性 ims 被当前业界公认为未来融合的控制平台 备 受各大标准组织 设备提供商以及运营商的关注 目前 ims 在 3gpp 3gpp2 etsi itu t 等标准化组织中都占有一席之地 相关标准制定和完善正在紧张地 进行中 世界各大设备提供商纷纷推出 ims 的商用或试验产品 部分运营商也开 始进行 ims 业务的试验或试商用 ims 将逐渐成为下一代网络的核心控制层 对于用户而言 基于 ims 的业务以高度个性化和可管理化的方式支持个人与 个人 个人与信息内容之间的多媒体通信 包括语音 文本 图片和视频或这些 媒体的组合 对于运营商而言 ims 通过水平体系结构进一步推动了分层体系结 构概念的发展 在水平体系结构中 业务引擎 service enabler 和公共功能都可以 重新用于其他多种应用中 ims 中的水平体系结构还特别对互操作性和漫游做出 了规定 并提供 qos 控制 计费和安全管理等功能 3gpp 引入 ims 的初衷是为了丰富移动网络的业务 并没有考虑到网络融合的 各种需求 但是由于 ims 采用 sip 协议 3 而 sip 本身是端到端的应用协议 与 接入方式和承载无关 这就为 ims 同时支持固定和移动接入方式提供了技术基础 也使得网络融合成为可能 4 在网络融合的发展趋势下 3gpp etsi 和 itu t 都 在研究基于 ims 的网络融合方案 etsi 和 itu t 已经将 ims 作为基于 sip 会话 的核心网基本架构 目的是使 ims 成为基于 sip 会话的通用平台 同时支持固定 和移动的多种接入方式 实现固网和移动网的融合 在这种网络融合方案中 运 营商可以通过相同的 ims 核心网同时为固定和移动用户提供服务 使得业务在固 网和移动网络中实现了无缝的接入 2 简言之 ims 是一种融合的网络体系结构 是实现网络融合和业务融合的核 心标准 也是实现技术创新 业务创新乃至商业模式创新的重要基础 有利于各 种层面的 融合的多媒体业务的快速 有效部署 允许每个业务捆绑更多的应用 产生更高的 arpu 值 虽然 ims 目前仍然处在发展的初期阶段 但 ims 未来的发展和成熟对于下一 代通信网络的演进以及应用模式的改变将有着深远的意义 基于 ims 的 ngn next generation network 下一代网络 体系结构为人们勾画出了固定网和移动网融合的 美好前景 必将成为通信行业未来发展的重要目标 1 2 课题的学术和实用意义 有鉴于 ims 在下一代网络中的核心地位 研究 ims 的框架结构和基于此结构 的业务实现 对于未来电信业务 特别是多媒体业务的发展来说显得尤为重要 运营商可以通过搭建 ims 试验局 研究网络的平滑演进 与传统业务的兼容性 引入新业务的可行性 网络安全等新课题 以保证传统网络到基于 ims 的 ngn 的融合过渡和整个网络的可管理 可运营能力 业务开发商与业务提供商也需要 有一张基于 ims 的实验网来开发和验证基于 ims 的新业务 实现上述需求的前提 条件 就是具备一张可运行的 ims 核心网 采用基于开放源代码软件项目实现的 ims 原型化系统 为运营商和业务开发 商 业务提供商提供了一个有别于传统的 依靠设备提供商的设备和应用系统 部署网络和验证业务的新途径 利用该途径 可以有效的降低运营商 ims 试验局 建设初期的成本 增加试验网的开放性 缩短业务开发商的业务实现周期 可以 说采用标准兼容性高的开放源代码软件项目搭建的 ims 试验网 是进行多厂家混 合组网互操作性测试的绝佳实验平台 可以为后期基于设备提供商设备的试商用 局点的建设提供很多一手的技术资料和选型参考 通过构建基于开放源代码的 ims 原型化系统 既能够深入研究 ims 系统内部 各网元实体的功能和处理机制 掌握会话处理与协议处理的细节 也能够避免 重 复造轮子 的情况 合理的利用别人的研究成果和代码 借他山之石 集中精力进 行自主创新 将研究重点放在系统功能的完善与拓展 性能的提高上 基于这样 的原型化系统环境 能够更快的进行应用业务的开发 更好的掌握和把握业务开 发的技术细节 更充分的体现基于 ims 的 ngn 业务模式的核心价值 采用开放 源代码软件进行学术研究和应用开发 可以让我们在技术日新月异的今天快速达 到国际前沿的技术水平 吸收最新的科研成果 通过开放源代码授权方式共享自 己的成果 更能够在交流中激发出好的创新思路 通过社区协作的方式逐步完善 既有的成果 帮助他人参与 体现科学研究的价值 体会到分享的快乐 3 1 3 国内外的研究现状 目前基于开放源代码软件项目进行 ims 原型化系统研究的机构主要是德国的 弗劳恩霍夫应用研究促进协会的开放通信系统研究所 fokus 5 和奥地利维也纳 电信研究中心 6 作为德国 3g beyond 国家试验床的一部分 fokus 在 2004 年 7 月启动开放 ims 试验场 7 该试验场搭建了一个具备所有 ims 核心组件的环境 这些组件既 有来自于 fokus 自己开发的系统 也有来自于设备提供商和合作伙伴的产品或实 现 通过该试验场 相关学术机构和行业合作伙伴可以进行 ims 相关组件协议和 应用的前期原型化 互操作性验证 组件的功能测试和基准测试 fokus 的开放 ims 试验场的组件如图 1 1 所示 主要由以下几部分组成 8 图 1 1 fokus 开放式 ims 实验场 fig 1 1 fokus open ims playground ims 核心网 包括 cscf 和 hss 的实现 该部分已于 2006 年 11 月采用 gplv2 授权协议的方式开放了源代码 9 在 berlios 开源项目管理网站上 的项目名称是 open ims core 开源 ims 核心网 openic 开放式 ims 客户端 基于 java 和 net 环境 可以运行在 linux 或者 windowsxp 操作系统的 pc 机上或者运行在 windows mobile 的移动 设备上 sipsee ims sip 应用服务器 提供基于 sip 协议和 http 协议的融合业 4 务环境 实现基于 ims 的多媒体业务 ocs x 支持 parlay x web 服务 api 的网关 xdms xml 文档管理服务器 定义了一种通用的机制 使得业务引擎 service enabler 例如 poc 移动 ptt 业务 im 即时通信业务 conferencing 多方通信业务 等 能够方便的访问用户的业务相关信息 presence 服务器 提供了一个标准兼容的在线状态和事件业务引擎 既可 以为客户端提供 presence 业务 也能够为其他应用提供服务 维也纳电信研究中心联合维也纳理工大学宽带研究所 阿尔卡特奥地利分部 等企业和机构进行的面向应用的研究项目 campari 3g ims 的配置 架构 迁移 性能分析和需求 旨在调查 ims 架构和 qos 方面的最小 最佳配置 为了从事该 项目的研究 实现了一个基于开放源代码软件的原型化 ims 系统 并进一步形成 了所谓的 ims in a bottle 的概念 10 在一台配备双核 amd 处理器 4gb 内存的桌 面 pc 上 通过 vmware 虚拟机软件和 linux 操作系统虚拟实现了 ims 系统的核 心网元 1 3 1 cscf 实现相关的研究 ims 系统的信令协议采用 sip 协议 各个 cscf call session control function 呼叫状态控制功能 网元可以说都是具备扩展功能的 sip 应用服务器 国外从事 sip 协议和实现的研究起步较早 公开发布的 sip 相关开源软件项目也较多 目前活 跃在 sip 应用服务器领域的开放源代码项目主要有 columbia 大学 irt 实验室的 cinema columbia internet extensible multimedia architecture 11 德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会孵化的 iptel 项目推出的 ser sip express router 12 和基于 ser 软件开发的 由更多自愿者参与的 openser 13 项目 vovida 的 vocal vovida open communication application library 14 项目 特别是 ser 项目和由其发展出来的 openser 项目 具备很高的可扩展性 可 靠性和可配置性 作为 sip 服务器可以担当注册 代理或者重定向服务器的角色 可以做到在一台普通的 pc 机 2 1ghz 处理器 250mb 内存 上处理每秒 5000 次以 上的呼叫 目前大量应用于 voip 业务平台的核心和 sip 实验平台的基础架构 ser 项目起始于 2001 年 9 月 是一个采用 gpl 授权方式 具有高性能 高 度可配置的 sip 服务器 可以作为 sip 注册 代理或重定向服务器 它完整的支持 rfc3261 的功能 具有数据库后台扩展能力 支持负载均衡 nat network address translation 网络地址转换 enum telephone number mapping 电话号码映射 等能 力 目前的开发版本是 2 0rc1 已经具备了 ims 兼容的协议处理和 diameter aaa authentication authorization and accounting 鉴权 授权 计费 的能力 由于 5 对项目的管理和开发上认识的不同 2005 年 6 月 ser 的两名核心开发人员和一些 代码贡献人员成立了 openser 项目 以期形成更开放的开源社区协作开发环境 该项目具有和 ser 类似的功能 目前的发行版本为 1 2 2 德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会是研究 sip 相关协议及其实现较早的研究 机构 除了孵化出 iptel 这样的面向 sip 应用的项目 其下属的 fokus 研究所特 别针对 ims 基于 ser 项目实现了开源的 ims 核心网 open ims core 该项 目在保持了 ser 的高性能的基础上 实现各 cscf 实体功能 1 3 2 hss 实现相关的研究 作为 ims 系统内的集中用户数据库 hss home subscriber server 归属用户服 务器 存储用户 业务和应用服务器相关的信息 主要通过 cx 和 sh 接口采用 diameter 协议 15 同 ims 其他网元通信 所以对于 hss 的实现 主要问题就是解决 对外部的 diameter 接口和存储数据的数据库引擎 目前研究 diameter 协议开放源代码实现的较著名软件项目是 open diameter 16 该项目采用 gpl 和 lgpl 双授权协议 是基于 ace 通信库实现的高 级 c 库 支持 linux bsd 和 windows 操作系统 目前的最新版本为 1 0 7i fokus 为了实现自己的 hss 服务器 也分别开发基于 java 和 c 的 diameter 接口实现 9 它们属于 open ims core 项目 同样采用 gplv2 授权协议方式 提 供了在 java 环境和 c 语言环境下使用 diameter 协议栈的简便方式 可以很容易的 在网络节点中实现 diameter 接口 互联网上开源数据库管理系统的项目较多 目前使用量最多 最受欢迎的开 源 sql 数据库管理系统是 mysql 数据库 17 它由 mysql ab 公司开发 mysql 是一个快速的 多线程 多用户和健壮的 sql 数据库服务器 mysql 服务器支持 关键任务 重负载生产系统的使用 也可以将它嵌入到一个大配置 mass deployed 的软件中去 fokus 研究所在其 open ims core 项目中 采用 java 语言 基于相关的开源 软件项目和 mysql 数据库实现了一个基本的 hss 服务器 fokus hss fhoss 该系统能够满足核心网 hss 的功能要求 实现基本的鉴权和用户签约数据的管理 1 3 3 应用服务器实现平台相关的研究 ims 应用服务器平台的核心是能够处理 sip 协议会话和交互的 sip 应用服务 器 为了实现同 hss 的 sh 接口交互 还需要具备 diameter 协议处理能力 除此 之外 根据特定应用和业务的要求 还要具备数据库存储系统和 web 交互等功能 如前所述 目前ser和openser项目在各种类型的sip应用服务器中被大量采用 它们内置的 diameter 处理模块和数据库交互接口 可以很容易的集成进很多应用 场景中去 6 近两年 满足 jain integrated network api for the java platform java 平台综 合网络 api api 接口规范 18 19 20 的应用服务器开始流行 该接口规范旨在开发一 个可以跨越分组 有线 无线网络 面向下一代融合网络的框架结构 该规范中 面向业务层的 api 主要由 slee service logic execution environment 业务逻辑执 行环境 提供 目的是为不可信的第三方和可信的第三方提供业务编程接口 基于 jain slee api 规范实现的应用服务器 不仅可以应用于下一代网络以 sip 协议为 核心的应用平台实现 还可以应用于下一代智能网平台 基于 osa open service access 开放业务接入 架构的网关和应用服务器 mobicents 21 是第一个而且是唯一 开源并被 jain slee 1 0 认定的产品 在下一代电信网络中 mobicents 为 sdp service delivery platform 业务交付平台 和 ims 提供一个高性能的核心引擎 1 3 4 客户端实现相关的研究 ims 客户端在核心架构上是一个 sip 应用客户端 但是又和一般的 sip 客户端 有许多不同之处 它相比一般的 sip 客户端而言需要支持更多的功能 也更加复 杂 对于 ims 终端的要求也更高 其中关键的一点是 ims 客户端必须符合 ims 相关规范 才能够接入到 ims 网络 为用户提供一系列的 ims 服务 目前已经开放源代码的 ims 客户端主要有南非开普敦大学的 uct ims client 项目 22 和葡萄牙电信子公司 pt inova o 的 ims communicator 23 项目 uct ims client 由南非开普敦大学通信研究课题组开发 主要用于配合德国 弗劳恩霍夫应用研究促进协会 fokus 研究所的 open ims core 项目 作为符合 ims 规范的客户端使用 ims communicator 由葡萄牙电信的子公司 pt inova o 开发 用于该公司 ims ngn 架构的项目 shipnet service handling on ip networks ip 网络业务处理 是基于 java 的开源项目 sip communicator 的扩展 该项目通过 sun 公司的 java sip 参考实现 jain sip ri 扩展满足 3gpp ims 架构下的 sip 扩展 功能 媒体协议的处理基于 jmf java media framework java 媒体框架 api 实现 可以跨平台的运行在支持 java se 环境的操作系统之上 1 4 课题研究内容和研究目的 本课题首先研究以开放源代码软件项目为基础 ims 原型化系统的实现 主 要研究以下功能实体的原型化实现 p cscf i cscf s cscf hss mrfp mrfc 等相关功能的媒体服务器网元 ims pc 客户端 通过以上原型化系统的实现 构建了一张兼容 3gpp ims 核心网相关规范的试 7 验网 基于该试验网进行 ims 系统内各网元功能 信令与协议 呼叫流程与会话 流程的测试 验证与研究 最后 在该试验网的基础上 实现水平分层体系结构业务层的应用服务器功 能 通过相关业务的开发 研究基于 ims 的下一代网络业务开放技术 最终实现 基于整个原型化系统的示例应用 通过这些研究工作达到以下的几个目的 深入的理解 掌握 ims 核心网架构与协议处理机制 对基于 ims 核心的 ngn 业务实现和业务开放技术有比较深入的研究 对 ims 的实现技术 编程方法有较好的理解 能够开发一些可供演示的示例业 务 1 5 本章小结 本章主要介绍了课题的背景 课题的学术意义和实用意义 课题的研究内容 和研究目的 并详细介绍了目前基于开放源代码的 ims 原型化系统相关的研究和 开源项目 8 2 基于 ims 的下一代网络 随着竞争的加剧和技术的进步 电信业务市场正在从提供基本通话服务的市 场转化为以增值业务为基本特征的全面信息服务市场 运营商面临着从传统电信 运营商向综合信息服务商的转变 从业务和技术层面看 对传统电信运营商的主要冲击来自两个领域 即移动 业务和 ip 业务 我国的移动业务对固网业务的替代速度是世界上最快的 首先 移动业务总 收入已于 2003 年 2 月超过固网 差距还在继续扩大 其次 移动用户总数已于 2003 年 10 月超过固网用户总数 年均增幅是固网的 2 倍 第三 尽管移动本地通话次 数还未超过固网 但通话时长已经超过固网 是世界上第一个实现这一超越的大 国 这一趋势与全球通信业务的演进趋势是一致的 移动网在语音业务上对固网 的替代趋势是不可逆转的 从 ip 业务对固网业务的冲击来看 ip 业务正在以远高于固定电话增长的速度 增长 2004 年 9 月底 中国省级干线 ip 业务带宽已经是语音的 10 倍 预计未来 5 年骨干网带宽需求年增长率仍高达 80 以上 运营商通信骨干网上的业务流量主 体发生了根本性变化 然而 我们面对的严酷现实是 ip 业务带来的带宽的消耗 速度远快于流量和业务收入的增长速度 传统电信运营模式遭到严峻的挑战 传统 pstn 技术已经趋于完善 单纯的话音业务一方面无法满足用户的需求 另一方面也不能支撑产业的进一步发展 因此 固网技术必定需要有一个突破性 的发展 从而推动下一代网络 next generation network ngn 的出现 选择 ngn 首先考虑的是 ngn 能够满足未来用户的业务需求 虽然目前 ngn 所能实现的语 音 视频 多媒体通信等业务 在现有的网络基础上也能够提供 但是分离的承 载网络提供的业务 最大的问题就是很难做到业务之间的融合 比如 用户需要 在统一的终端界面下 实现各类业务的操作 分离的承载基础网络从根本上限制 了这一类业务的实现 ngn 是业务驱动型网络 强调在统一的承载网络基础上提 供融合的业务 意在从根本上解决这个问题 实现各类业务之间的互通和融合 从而衍生 组合出更多类型的业务 早在 1996 年 美国克林顿政府就提出了下一代 internet ngi 行动计划 欧盟 于 2001 年 1 月启动了 ngni ngn initiative 项目 2002 年启动了 ngn2010 项目 ngn 概念逐步浮出了水面 2002 年欧洲电信标准组织 etsi european telecommunications sdandards institute 欧洲电信标准协会 首次对 ngn 进行了定义 ngn 是一种规范和部署网 9 络的概念 通过分层 分平面和开放接口的方式 给业务提供商和运营商提供一 个平台 该平台可以逐步演进以创造 部署和管理创新业务 2003 年 12 月 etsi 下的 tispan telecommunications and internet converged services and protocols for advanced networking 电信和互联网融合业务及高级网络协议 工作组开始研究 ngn 的体系结构 选择了以 3gpp 的 ims 体系为基础 itu t 在 2002 年 1 月的 sg13 会议上决定开始 ngn 的标准化工作 启动了 ngn 2004 project itu t 将 ngn 看作是全球信息基础设施 gii 的具体实现 并 与 2004 年 2 月给出了 ngn 定义 ngn 是基于分组技术的网络 能够提供包括电 信业务在内的多种业务 能够利用多种宽带和具有 qos 支持能力的传送技术 业 务相关功能与底层传送相关技术相互独立 能够使用户自由接入不同的业务提供 商 能够支持通用移动性 从而向用户提供一致的和无处不在的业务 从 2002 年 etsi 的 ngn 定义到 2004 年 itu t 的 ngn 定义 可以看出人们对 ngn 概念的 认识在不断深入和具体 2004 年 6 月 itu t 成立了 fgngn focus group ngn 工作组 将 ngn 的 研究和标准化工作进一步推向深入 itu t fgngn 采纳了 etsi tispan 的思路 即基于 ims 发展 ngn itu t 认为 ngn 是全球基础设施 gii 的具体实现 代表 了网络融合的发展趋势 其实现方式是多种多样的 网络互通和业务互通是 ngn 研究的关键内容 ngn 的体系架构将是层次化的 其控制和管理之间的界面日益 模糊 在技术上将解决现有网络存在的问题 2 1 ims 的特点 ims 是独立于接入技术 提供 ip 多媒体业务的体系结构 ims 具有如下技术 特点 基于 sip 的会话控制 水平体系结构 与接入无关 业务与控制分离 提 供丰富而动态的组合业务等 2 基于 sip 的会话控制 ims 的核心功能实体是呼叫会话控制功能 cscf 单元 并向上层的服务平台 提供标准的接口 使业务独立于呼叫控制 为了实现接入的独立性及与 internet 互 操作的平滑性 ims 尽量采用与 ietf internet engineering task force 互联网工程 任务组 一致的因特网标准 采用基于 ietf 定义的会话初始协议 sip 的会话控制 能力 并进行了移动特性方面的扩展 ims 网络的终端与网络都支持 sip sip 成 为 ims 域唯一的会话控制协议 这一特点实现了端到端的 sip 信令互通 同时也 顺应了终端智能化的网络发展趋势 使网络的业务提供和发布具有更大的灵活性 接入无关性 ims 网络的通信端点 终端 与网络是通过 ip 连通的 即通过 ip can ip 10 connectivity access network ip 互联接入网络 来保证 例如 wcdma 的无线接 入网络 ran 以及分组域 ps domain 网络构成了移动的 ip can 用户通过 ps 域 的 ggsn 接入到外部 ip 网络 而为了支持 wlan wimax xdsl 等不同的接 入技术 会产生不同的 ip can 类型 正是这种端到端的 ip 连通性 使得 ims 真 正与接入无关 不再承担媒体控制器的角色 不需要通过控制综合接入设备 iad 接入网关 ag 等实现对不同类型终端的接入适配和媒体控制 在 ims 网络中 ims 与 ip can 的关系主要体现在 qos 和计费方面 但并不关心底层接入技术的差异 性 水平体系结构 对于运营商而言 ims 通过水平体系结构进一步推动了分层体系结构概念的 发展 在水平体系结构中 业务引擎 service enabler 和公共功能都可以重新用于 其他多种应用 ims 水平体系结构还特别对互操作性和漫游做了规定 并提供 qos 控制 计费和安全管理等功能 采用 ims 水平体系结构 运营商无须再使用垂直 的 烟囱 方式来部署新业务 即为特定应用建设单独的网络 从而消除昂贵复杂的 传统网络结构在计费管理 状态属性管理 群组和列表管理 路由和监控管理方 面的重叠功能 业务与控制分离 软交换的技术特点的核心是实现了承载与控制分离 这种分离使得承载网络 ip 化和承载网融合成为可能 但软交换并没有实现控制与业务的严格分离 它与 传统交换机一样 仍然承担了基本电信业务 补充业务 承载业务等的提供 只 是对智能业务和通过 parlay 的增值业务的提供更加灵活 ims 则定义了标准的基于 sip 的 isc ip multimedia service control 接口 实现 了业务层与控制层的完全分离 ims 通过基于 sip 的 isc 接口 支持三种业务提 供方式 即独立的 sip 应用服务器 osa scs osa service capability server osa 业务能力服务器 方式和 im ssf ip multimedia services switching function ip 多媒 体业务交换功能 方式 接入传统智能网 体现业务继承性 而 ims 的核心控制网 元不再需要处理业务逻辑 而是通过分析用户签约数据的 ifc initial filtering criteria 初始过滤规则 触发到规则指定的应用服务器 由应用服务器完成业务 逻辑处理 以 3gpp 与 oma 组织协作定义的 poc push to talk over cellular 业务为 例 poc 业务的业务逻辑和媒体处理完全由 poc server 处理 ims 网络只为 poc 业务提供基础能力支持 包括用户注册 地址解析和路由 安全 计费等 在这 样的方式下 使得 ims 成为一个真正意义上的控制层设备 基于 sip 的 isc 接口 更有利于节约业务开发成本 使业务的快速推出成为可能 提供更丰富而动态的组合业务 11 ims 在个人业务实现方面采用比传统网络更加面向用户的方法 ims 给用户 带来一个直