IMS 软交换和NGN的关系

1、IMS、软交换和NGN的关系本文关键字: 3GPP2 UMTS ETSI ITU 运营商 PSTN 网关 多媒体 电信 服务 器接入网 网络 下一代网络 信令 DSL SGSN 宽带接入 SIP 电话网 移动通信 ATM 软交换 IMS QoS NGN下一代网络(NGN)是业界的热点话题，其中关于IP多媒体子系统(IMS)、软交换(Softs witch)的定位和未来发展方向需要达成共识。软交换和 IMS 都是属于 NGN 的业务网。软交换从设备的实现而言，应该可以平滑演进 到IMS，但是从网络的演进而言，由于软交换将主要支持传统的公共交换电话网/综合业务数 字网(PSTN/ISDN)业务，而

2、它的基本业务和补充业务都是在本地实现，因此要实现向IMS 的平滑演进有一定难度。接纳控制是人们在NGN中引入的一个全新的概念，位于业务控制层和承载传送层之间。 通过实行资源接纳控制，向上向业务层屏蔽传送网络的具体细节，支持业务控制与传送功 能相分离，向下感知传送网络的资源使用情况，通过接纳和资源控制，确保正确合理地使 用传送网络资源，从而保证业务的服务质量(QoS),并防止带宽和业务被盗用的现象发生。对资源接纳控制的研究已成为国内外标准化组织的热点课题， ITU-T、 TISPAN、 3GPP、 3GPP2以及中国标准化协会(CCSA)都对其进行了不同程度的研究。各组织对资源接纳控制 的 称谓

3、不同，功能架构和研究的范围等也有一定程度的差别。资源接纳控制首先在TISPAN中 明确提出，其相关功能称为资源接纳控制子系统(RACS)，目前已经发布了 R1阶段的规范 ETSI ES 282 003 vl.6.8。ITU-T中相关功能称为资源接纳控制功能(RACF)，在2004年6月启 动的下一代网络热点组(FGNGN)中展开研究，2005年11月FGNGN工作结束后，相关工作 继续在 ITU-T 的其他研究组中进行。 ITU-T SG13 研究组主要研究 RACF 的功能架构，其 R1 阶 段的草案Y.RACF已经在2006年7月份的会议上通过;SG11组对RACF涉及到的物理实体之间的

4、接口和协议进行研究，目前已经制订了 5 个接口的 7 个规范草案，还有两个规范已经纳入计划。 3G PP中与资源接纳控制相关功能被称为策略和计费控制(PCC),目前已经发布了 3GPP R7版 本的规范3GPP TS 23.203 v1.0.0。中国对资源接纳控制功能的研究基本上与ITU和TISPAN的 研究保持同步，在2006年的3月召开的网络总体工作组(WG1)13次会议和信令与协议工作 组7次会议上分别通过了电信级IPQoS体系架构和涉及的3个接口协议的技术报告，部分 成果已经转化为文稿提交给TISPAN和ITU-T中的相关研究组。1、功能架构和实体1.1 TISPAN RACS的功能架

5、构TISPAN RACS R1 阶段的功能架构如图1 所示1。RACS由两个实体组成:基于业务的策略决策功能(SPDF)和接入资源接纳控制功能(A-R ACF)。SPDF向应用层提供统一的接口，屏蔽底层网络拓扑和具体的接入类型，提供基于业 务的策略控制。SPDF根据应用功能(AF)的请求选择本地策略，并将请求映射成IPQoS参数， 发送给A-RACF和边界网关功能(BGF),以请求相应的资源。A-RACF位于接入网中，具有接纳控制和网络策略汇聚的功能。从SPDF接收请求，然 后基于所保存的策略实现接纳控制，接受或拒绝对传送资源的请求。 A-RACF 通过 e4 参考点 从网络附着子系统(NAS

6、S)获得网络附着信息和用户QoS清单信息，从而可以根据网络位置信 息(例如接入用户的物理节点的地址)确定可用的网络资源，同时在处理资源分配请求时参考 用户 QoS 清单信息。传送层中包含3种功能实体，其中BGF是一个包到包(Packet-to-packet)网关，可位于 接入网和核心网之间(实现核心边界网关功能)，也可以位于两个核心网之间(实现互联边界 网关功能)。BGF在SPDF的控制下完成网络地址转换(NAT)、门控、QoS标记、带宽限制、 使用测量以及资源同步功能。资源控制执行功能(RCEF)实施A-RACF通过Re参考点传送过来 的接入运营商定义的二层/三层(L2/L3)媒体流策略，完

7、成门控、QoS标记、带宽限制等功能。 二层终结功能(L2TF)是接入网中终结二层连接的功能实体。RCEF和L2TF是两个不同的功 能实体，通常在物理设备IP边缘(Edge)上一起实现。R1阶段没有对接入节点进行研究。 1.2 ITU-T RACF的功能架构ITU-T RACF的功能体系架构如图2所示2。和TISPAN RACS的功能架构一样，RACF也由两部分组成：策略决策功能实体(PD-FE) 和传送资源控制功能实体(TRC-FE)。PD-FE和传送技术无关，和业务控制功能(SCF)也无关。 PD-FE基于网络策略规则、SCF提供的业务信息、网络附着属功能(NACF)提供的传送层签 约信息，

8、以及TRC-FE提供的资源接纳决策结果，然后作出网络资源接纳控制的最后决策。PD -FE基于每个流对PE-FE进行门控制，基于业务使用策略规则。TRC-FE和业务无关，但和 传送技术相关。TRC-FE负责收集和维护传送网的拓扑和资源状态信息，基于拓扑、连接性、 网络和节点资源的可用性，以及基于接入网中传送层签约信息等网络信息控制资源的使用 ，对传送网络实行接纳控制。 PD-FE 通过 Rt 参考点请求 TRC-FE 检测或者决定所请求的媒 体流路径上的 QoS 资源。传送层由策略执行功能实体(PE-FE)和传送资源执行功能实体(TRE-FE)组成。PE-FE是 包到包网关，可以位于用户终端设备

9、(CPE)和接入网络之间、接入网和核心网之间或者不同 运营商网络之间，是支持动态QoS控制、端口地址转换(NAPT)控制和NAT穿越的关键节点。 TRE-FE执行TRC-FE指示的传送资源策略规则，其范围和功能以及Rn参考点有待进一步 研究，不在 R1 阶段的研究范围之内。2、TISPAN RACS 和 ITU-T RACF 的异同点2.1 功能实体和参考点从功能上看，PD-FE和SPDF相对应，但SPDF还包括TRC-FE的部分功能，如收集传 送层资源使用情况。TRC-FE和A-RACF相对应，但不完全相同，TRC-FE的位置更加灵活，可以 位于接入网络中，也可以位于核心网络中，而A-RAC

10、F是接入网中的一个功能。根据在网络中 位置的不同，PE-FE分别和核心边界网关功能(C-BGF)、互联边界网关功能(I-BGF)以及RCEF 相对应3。由于功能定义的差异，在参考点方面相应地也有一些不同。首先，由于 RACF 架构中PD-FE可能需要给PE-FE推送一些关于底层网络的信息，如物理连接标识符和逻辑连接标识符 ，而这些信息需从NACF中获取，因此RACF和NACF的连接点为PD-FE，而TISPAN架 构中 RACS 和NASS 的连接点为 A-RACF4。ITU-T RACF 的架构考虑了接入网、核心网以及外部网络全程的 QoS 控制，而TISPAN RACS架构在R1中只考虑对

11、接入网进行控制，对IP核心网、外部网络等未定义。为此，相对 于RACS，RACF增加了新的参考点，包括同一个运营商网络内多个PD-FE实例之间的Rd参 考点，不同运营商之间PD-FE实例之间的Ri参考点，同一运营商核心网中多个TRC-FE实例之间 的Rp参考点。RACF架构中涉及的参考点和RACS之间的对应关系，如表1所示接入网类型和终端RACF定义了 3种类型的终端，第1类是没有QoS协商能力的CPE，在发起业务请求的时候不能直接请求QoS资源；第2类是具有业务层QoS协商能力的CPE，如能发出会话描述的 支持会话初始协议(SIP)的电话，通过业务层信令执行QoS的协商；第3类是具有传送层Q

12、oS协 商能力的CPE，如通用移动通信系统(UMTS)终端，支持资源预留协议(RSVP)或者其他传送层 信令(如 PDP 上下文、 ATM PNNI/Q.931 等信令)，能通过传送设备，如不对称数字用户线接入 复用器(DSLAM)、服务通用分组无线业务支持节点/网关通用分组无线业务支持节点(SGSN/GG SN)等，直接执行传送层QoS的协商。因此，RACF中的CPE考虑了移动这种情况，而目 前 TISPAN RACS中只考虑了数字用户线(xDSL)方式的接入网，终端类型包括上述的第1类和第2 类。资源控制模式RACF支持“拉(Pull)”和“推(Push)”两种方式的QoS资源控制模式5,

13、以适应不同类型的 CPE。所谓Pull方式是指SCF为CPE发起的业务向RACF请求QoS资源授权和资源预留， 传送功能收到传送层QoS信令消息时主动向RACF请求决策。这种方式适用于第3类具有传送层QoS 协商能力的CPE，可以通过传送层QoS信令显式地请求QoS资源预留。所谓Push方式是指SCF为CPE发起的业务向RACF请求QoS资源授权和资源预留，如果 该请求能够满足，则RACF主动将决策推送给传送实体(TE)以获得相应的传送资源。这种方式适用于 第1类和第2类CPE，对于第1类CPE，SCF代表CPE决定所请求的业务的QoS需求；对 于第2类CPE，SCF从应用层信令中提取QoS需

14、求。目前RACS只支持Push模式。2.4 选择机制 为了能够在相关功能实体之间传递 QoS 请求，功能实体首先需要选择通信方， RACF 定义了两种机制：静态机制和动态机制5。所谓静态机制是指功能实体通过静态配置的本地信 息确定对端实体(例如SCF到PD-FE，PD-FE到PE-FE、TRC-FE)的IP地址或者域名。所谓 动态 机制是指功能实体通过动态信息(如根据业务类型和业务属性组合)确定对端实体和对应的 网络地址，或使用用户标识查询域名服务器(DNS)。目前RACF要求必须支持静态机制，动 态 机制任选。RACS中AF可以通过与NASS的接口或者本地配置获得SPDF的IP地址或者域名，

15、SPDF通过本地配置获取A-RACF和BGF的地址。组网和互联ITU-T考虑了两种引入RACF之后实现端到端QoS的组网模式6,当接入网和核心网 属于不同运营商时，可以由应用层SCF完成不同运营商之间的QoS协商，SCF分别和接入网以 及核心网的 PD-FE 通过 Rs 参考点进行交互，接入网和核心网的 PD-FE 之间没有交互；也可以 在 RACF层完成QoS协商，SCF通过Rs参考点仅仅和核心网的PD-FE交互，接入网和核心网的 PD-FE之间通过Ri参考点互通。不同运营商的核心网之间的互联与上述一致。TISPAN是在假设核心网络部分的QoS可以得到保证的情况下，专注于解决接入网部分 的QoS，因此未涉及到端到端的QoS实现。核心网和接入之间通过C-BGF进行互联，核心网 之间通过I-BGF进行互联和 NACF/NASS 的交互ITU-T RACF 和 NACF 之间交互的信息描述目前不清晰，而 TISPAN 中明确规定了 A-RACF 女口何对应来自NASS和SPDF的信息，从而完成对资源接纳的控制。3、未来研究重点总的来说，TISPAN RACS的研究比ITU-T RACF启动早，但是ITU-T RACF的研究范 围更全面，因此统一不同组织定义的架构将是各个组织今后研究的重点。TISPAN RACS在R2阶段提出的研究内容包括：