基于IMS網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵技術(shù)問題分析
張園 2006/03/08
軟交換技術(shù)的出現(xiàn)使人們一度考慮核心控制層的融合可以采用軟交換技術(shù)，但是由于固定和移動的軟交換功能、協(xié)議差異較大，使軟交換成為控制層融合焦點的可能性減小。隨著基于SIP的IMS技術(shù)在移動網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，與固網(wǎng)寬帶軟交換基于SIP的應(yīng)用不謀而合。
移動網(wǎng)絡(luò)引入IMS的初衷是提供移動多媒體業(yè)務(wù)，但是由于IMS采用了與固定寬帶軟交換相同的協(xié)議（SIP）和類似的架構(gòu)，并且IMS的體系具有與接入的無關(guān)性、支持用戶漫游等優(yōu)點，這給利用IMS實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合帶來了前所未有的契機。
IMS技術(shù)最初是在3GPPR5中引入的。IMS技術(shù)以其與接入無關(guān)性、完全的業(yè)務(wù)與控制分離的重要特點受到了業(yè)界的高度關(guān)注。目前3GPP在研究IMS應(yīng)用于移動領(lǐng)域，同時TISPAN和ITU－T正在3GPPR6研究的基礎(chǔ)上積極推進基于IMS在固網(wǎng)應(yīng)用和在網(wǎng)絡(luò)融合領(lǐng)域應(yīng)用的技術(shù)研究。國際和國內(nèi)的運營商也都對IMS技術(shù)給予了高度的關(guān)注，并紛紛認(rèn)為IMS將成為網(wǎng)絡(luò)融合和核心控制層發(fā)展的重要技術(shù)方向之一。
從目前的研究進度來看，IMS應(yīng)用于移動的標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)成熟，但是基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)還處于發(fā)展階段。由于有線和無線網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)帶寬、終端鑒權(quán)、位置信息和資源管理等多方面存在差異，TISPAN在這些方面對IMS加以擴展，實現(xiàn)固定接入。但固定和移動IMS在業(yè)務(wù)能力方面的差異、體系架構(gòu)的差異、協(xié)議的差異等問題將成為IMS能否實現(xiàn)固定和移動網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵問題。
業(yè)務(wù)能力的差異
3GPPIMS只定義IMS架構(gòu)，業(yè)務(wù)規(guī)范由OMA制定。OMA目前主要制定了PoC、Presence、即時消息、Pushtoshow等多媒體業(yè)務(wù)規(guī)范。
而TISPAN定義的IMS要求不僅能夠支持Presence、即時消息、位置業(yè)務(wù)、可視電話等多媒體業(yè)務(wù)，還要能支持PSTN／ISDN模擬業(yè)務(wù)和仿真業(yè)務(wù)。IMS網(wǎng)絡(luò)采用了業(yè)務(wù)與控制完全分離的體系架構(gòu)，這就要求應(yīng)用服務(wù)器能夠提供PSTN／ISDN模擬業(yè)務(wù)和仿真業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)邏輯。
TISPAN已經(jīng)開始制訂呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫保持等一系列PSTN模擬業(yè)務(wù)的要求和規(guī)范，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求擴展SIP協(xié)議來實現(xiàn)PSTN模擬業(yè)務(wù)。
PSTN仿真業(yè)務(wù)是針對固網(wǎng)的POTS終端用戶，要求IMS網(wǎng)絡(luò)能夠向用戶提供與PSTN無差別的業(yè)務(wù)。這對IMS提出了更高的要求，要求IMS不僅能實現(xiàn)呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待等PSTN業(yè)務(wù)，還要向用戶提供相同的業(yè)務(wù)感知。因此，IMS還要針對PSTN仿真業(yè)務(wù)能力作更多的擴展。例如：PSTN網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)用戶申請的補充業(yè)務(wù)的不同給用戶播放不同的撥號音，而IMS由于控制與業(yè)務(wù)的完全分離，控制層的功能實體（AGCF）并不知道用戶申請的業(yè)務(wù)，因此無法控制網(wǎng)關(guān)向用戶送何種撥號音，而IMS如果實現(xiàn)這種PSTN／ISDN仿真的業(yè)務(wù)能力，就需要擴展PSTN／ISDN仿真業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器與AGCF之間的接口，以傳遞業(yè)務(wù)相關(guān)的信息。
從以上的分析可以看出，IMS為了支持向固網(wǎng)POTS用戶提供PSTN仿真的業(yè)務(wù)能力需要作更多的擴展，而這些擴展更增加了固定IMS和移動IMS的差異性。業(yè)務(wù)能力的差異性導(dǎo)致固網(wǎng)和移動IMS體系架構(gòu)及協(xié)議的差異性，這將成為影響IMS實現(xiàn)固定和移動融合程度的關(guān)鍵因素。
體系架構(gòu)的差異
TISPAN直接引用了3GPPR6IMS的體系架構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上分別進行擴展支持固網(wǎng)寬帶用戶的接入和固網(wǎng)窄帶用戶的接入（POTS），實現(xiàn)PSTN／ISDN模擬業(yè)務(wù)和仿真業(yè)務(wù)。由于寬帶用戶和固網(wǎng)窄帶用戶接入方式的不同及業(yè)務(wù)能力的不同，導(dǎo)致TISPAN定義的固網(wǎng)IMS也存在差異：
- TISPAN實現(xiàn)寬帶用戶接入的IMS。IMS體系架構(gòu)與3GPPIMS體系架構(gòu)基本相同，主要是增加了網(wǎng)絡(luò)附著子系統(tǒng)（NASS）和資源控制子系統(tǒng)（RACS）進行對固網(wǎng)用戶的接入控制、位置管理和QoS控制。同時對P－CSCF等實體的具體功能進行了擴展。
- TISPAN實現(xiàn)固網(wǎng)POTS用戶接入的IMS。TISPAN定義了基于IMS實現(xiàn)PSTN仿真業(yè)務(wù)的體系架構(gòu)，即基于IMS可以接入窄帶用戶、寬帶用戶和移動用戶，基于IMS實現(xiàn)寬窄帶的融合。
SIP協(xié)議的差異
IMS體系架構(gòu)中使用的協(xié)議包括SIP、H．248、DIAMETER和COPS等，但是主要的呼叫控制協(xié)議是SIP。固定網(wǎng)絡(luò)寬帶軟交換也使用SIP協(xié)議。因此SIP協(xié)議是否趨同成為網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵因素。
固定軟交換的寬帶域目前主要采用IETF的SIP協(xié)議（RFC3261），IMS在采用了IETF定義的SIP協(xié)議作為呼叫控制協(xié)議的基礎(chǔ)上，根據(jù)移動的特性和需求，提出了對IETFSIP協(xié)議的擴展。3GPP在R6版本對IETFSIP協(xié)議的主要在以下幾個方面。
- IETFRFC3261定義了通過Digest認(rèn)證對SIP終端進行身份認(rèn)證。3GPPIMS采用原應(yīng)用于無線領(lǐng)域的AKA認(rèn)證對用戶接入進行認(rèn)證，因此對Digest認(rèn)證進行擴展以攜帶AKA認(rèn)證所需要參數(shù)。
- IMS對用戶服務(wù)要求有QoS保證，RFC3312定義了在SIP會話建立過程中，進行QoS資源預(yù)留的機制。
- RFC3455為3GPP定義了多個私有擴展頭域（P－Header）。如：P－Associated－URI用于S－CSCF在注冊過程中向UE指示用戶被授權(quán)使用的共有標(biāo)志（IMPU）列表。
- RFC3311定義了SIP更新的消息和命令，UE可以更改呼叫的參數(shù)。
- 由于無線接入帶寬資源有限，因此RFC3320定義了PCSCF和UE之間支持強制的SIP消息的壓縮。
- 由于有線和無線傳輸時延的問題，3GPP對IETFSIP協(xié)議中定義的一些定時器進行了修改。
TISPAN定義了接入固定用戶的IMS，目前對SIP協(xié)議支持固定接入進行的擴展包括如下方面：對于P－Access－Network－Info頭域的接入?yún)?shù)類型進行擴展，支持WLAN和xDSL等接入方式；對于P－Charging－Vector頭域進行擴展，對于DSL的承載方式增加BRAS的地址參數(shù)、鑒權(quán)令牌以及DSL的承載信息的參數(shù)等；對于SIPTimer的擴展，由于3GPPR6將空中接口的定時器時長進行了修改，如將基礎(chǔ)定時器T1的時長500ms修改為2s，但是采用固定接入方式后，建議P－CSCF根據(jù)接入方式來選擇定時器的時長；對SIP協(xié)議進行了擴展支持呼叫轉(zhuǎn)移等業(yè)務(wù)特性。
雖然固定和移動網(wǎng)絡(luò)都使用了IMS的體系架構(gòu)及SIP協(xié)議，但用IMS實現(xiàn)固定和移動的融合，對于應(yīng)用于不同的接入方式和不同的業(yè)務(wù)需求，SIP協(xié)議作了不同的擴展，還是存在差異的。因此對于應(yīng)用于固定和移動寬帶域融合的IMS架構(gòu)，其SIP的協(xié)議能力應(yīng)該是支持固定和移動接入方式的全集；并且應(yīng)該支持實現(xiàn)PSTN／ISDNSimulation業(yè)務(wù)的能力集。因此，對于統(tǒng)一的IMS系統(tǒng)能否支持多種SIP參數(shù)和SIP能力還有待于通過實驗進一步驗證。
用戶鑒權(quán)問題
3GPPIMS中規(guī)定移動用戶采用AKA的鑒權(quán)認(rèn)證方式，對Digest的認(rèn)證方式進行擴展，用來攜帶AKA認(rèn)證的參數(shù)。IMS用戶需要支持ISIM卡，ISIM中存儲用戶的公有用戶標(biāo)志和私有用戶標(biāo)志以及鑒權(quán)認(rèn)證的參數(shù)，對于USIM的用戶，要求終端能夠根據(jù)USIM中的用戶信息來生成公有用戶標(biāo)志和私有用戶標(biāo)志。
但對固定終端，固定終端沒有UICC卡，固定終端通常只有公有用戶標(biāo)志（E．164號碼或SIPURI），而沒有私有用戶標(biāo)志，不支持AKA的鑒權(quán)認(rèn)證方式，因此如果IMS對固定移動終端采用統(tǒng)一認(rèn)證方式，就需要對固定終端進行擴展或要求IMS支持不同的認(rèn)證方式。
目前TISPAN已經(jīng)規(guī)定，IMS對移動、固定用戶推薦采用基于ISIM／USIM的AKA鑒權(quán)認(rèn)證方式，對于沒有ISIM／USIM的終端，可以采用SIPDigest的鑒權(quán)認(rèn)證方式，但要求固定終端能夠具有私有用戶標(biāo)志、公有用戶標(biāo)志和歸屬網(wǎng)絡(luò)域名等參數(shù)用于鑒權(quán)。
因此，對于終端的鑒權(quán)方式，可以采用如下幾種解決方案：對于新的固定終端，要求終端支持ISIM卡和的鑒權(quán)方式；對于已經(jīng)應(yīng)用的SIP終端，如果遷移到IMS網(wǎng)絡(luò)后，需要給這類終端安裝軟件，用軟件的方式生成私有用戶標(biāo)志，可以采用SIPDigest方式鑒權(quán)；用一個適配器來接入所有沒有UICC卡的SIP終端，由該適配器為每個終端生成私有用戶標(biāo)志和鑒權(quán)參數(shù)用于AKA鑒權(quán)。
編碼方式問題
目前固網(wǎng)VoIP網(wǎng)絡(luò)和終端支持的編碼方式如下：語音編碼方式：G．711、G．729和G．723；視頻編碼方式：H．261、H．263和MPEG－4。
移動網(wǎng)絡(luò)和終端支持的編解碼方式如下：語音編解碼方式：AMR；視頻編解碼方式：H．263和MPEG－4。
由于目前固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)支持的編碼方式有所差異，因此如果用IMS網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合，就需要對編解碼方式進行重新定義，要求固定和移動終端具有相同的編解碼方式，否則就需要特定的網(wǎng)關(guān)設(shè)備來支持編解碼的轉(zhuǎn)換。編解碼的轉(zhuǎn)換可能降低語音質(zhì)量，因此在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)盡可能少地進行編碼轉(zhuǎn)換，這就要求固定和移動終端盡量采用相同的編碼方式。
IMS已經(jīng)成為業(yè)界認(rèn)可的核心控制層融合的技術(shù)發(fā)展趨勢，運營商都對基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合給予了高度的關(guān)注，部分綜合運營商已經(jīng)開始進行IMS實驗，希望通過統(tǒng)一的IMS網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)固定和移動網(wǎng)絡(luò)的融合。目前IMS實現(xiàn)固定接入還處于研究階段，上述問題將成為IMS能否實現(xiàn)固定和移動網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵因素。
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