摘要 本文主要介紹了NGN的發(fā)展歷程，再進(jìn)一步探討IMS體系結(jié)構(gòu)及其優(yōu)點(diǎn)。在綜合考慮業(yè)務(wù)發(fā)展需求和保護(hù)運(yùn)營商現(xiàn)有投資的基礎(chǔ)上，分析移動通信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)策略以及IMS在網(wǎng)絡(luò)融合和演進(jìn)中的角色和地位。最后提出了GSM網(wǎng)絡(luò)向IMS演進(jìn)的方案，為運(yùn)營商制定網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)策略提供參考。
傳統(tǒng)電路交換機(jī)是一種集成的、封閉的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，無法快速滿足多樣化的用戶需求，無法快速部署全網(wǎng)業(yè)務(wù)。為了解決這種矛盾，NGN通過控制承載分離，構(gòu)成一個(gè)分布的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，使整體建網(wǎng)成本大大降低，網(wǎng)絡(luò)升級容易，便于加快新業(yè)務(wù)和新應(yīng)用的開發(fā)和部署，快速實(shí)現(xiàn)低成本全網(wǎng)統(tǒng)一業(yè)務(wù)覆蓋。簡化了網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率，減少了傳統(tǒng)電路交換機(jī)中繼互聯(lián)的復(fù)雜性和降低了承載網(wǎng)的成本。
IMS（IP多媒體子系統(tǒng)）的提出為下一代基于IP的移動網(wǎng)絡(luò)提供了面向分組數(shù)據(jù)包交換的多媒體服務(wù)及平臺，它的核心特點(diǎn)是基于SIP協(xié)議和接入的無關(guān)性。由于采用SIP作為核心控制協(xié)議，并通過SIP進(jìn)行業(yè)務(wù)管理，IMS可以使運(yùn)營商充分利用SIP的優(yōu)勢，更快速、更靈活地開發(fā)管理移動多媒體業(yè)務(wù)。
1、NGN、軟交換與IMS
1.1 NGN
NGN是指基于分組技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，能夠提供包括電信業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)，能夠利用多種寬帶和具有QoS支持能力的傳送技術(shù)，業(yè)務(wù)相關(guān)功能與底層傳送相關(guān)技術(shù)相互獨(dú)立，能夠讓用戶自由接入不同的業(yè)務(wù)提供商，能夠支持通用移動性，從而向用戶提供一致的和無處不在的業(yè)務(wù)。NGN采用分層結(jié)構(gòu)，包括業(yè)務(wù)層、控制層、傳輸層以及用戶終端，能提供多種業(yè)務(wù)類型有語音、數(shù)據(jù)、視頻、多媒體等。
1.2 軟交換
軟交換可以理解為一種分層、開放的NGN體系結(jié)構(gòu)，是NGN核心控制層技術(shù)之一。軟交換實(shí)際上是“控制”，而非“交換”，因?yàn)?#8220;交換”更多體現(xiàn)在承載層，“軟交換網(wǎng)是下一代語音網(wǎng)或下一代分組通信網(wǎng)”的說法可能更貼切。
在固網(wǎng)通信界形成軟交換概念的同時(shí)，移動通信界也產(chǎn)生了類似的思想。3GPP所推出的WCDMA標(biāo)準(zhǔn)分為R99、R4、R5和R6等不同版本（Release），其中R4版本主要特征是在核心網(wǎng)電路域中將傳統(tǒng)移動交換機(jī)（MSC）分離為媒體網(wǎng)關(guān)（MGW）和MSC服務(wù)器（MSC Server）兩部分，實(shí)現(xiàn)了承載與控制的分離，稱為“移動軟交換”，但與固網(wǎng)軟交換在控制協(xié)議等方面還是存在許多差異。
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(gè)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(yùn)營商帶來了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和維護(hù)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(biāo)準(zhǔn)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)。
1.3 IMS
IMS（IP Multimedia Subsystem）即IP多媒體子系統(tǒng)，是由3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織在R5版本提出，是在基于IP的網(wǎng)絡(luò)上提供多媒體業(yè)務(wù)的通用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，R5版本主要定義IMS的核心結(jié)構(gòu)、網(wǎng)元功能、接口和流程等內(nèi)容；R6版本對IMS進(jìn)行了完善，增加了部分IMS業(yè)務(wù)特性，IMS與其他網(wǎng)絡(luò)的互通規(guī)范和WLAN接入等特性；R7加強(qiáng)了對固定、移動融合的標(biāo)準(zhǔn)化制定，要求IMS支持xDSL、Cable等固定接入方式。
IMS技術(shù)對控制層功能做了進(jìn)一步分解，實(shí)現(xiàn)了會話控制實(shí)體CSCF（call Session Control Function）和承載控制實(shí)體MGCF（Media Gateway Control Function）在功能上的分離，使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更為開放、靈活，所以IMS實(shí)際上比傳統(tǒng)軟交換更“軟”。
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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)的基礎(chǔ)。
IMS業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖1所示，IMS的目的是建立與接入無關(guān)，能被移動網(wǎng)絡(luò)與固定網(wǎng)絡(luò)共用的融合核心網(wǎng)。
在無線接入技術(shù)方面，IMS除了GSM/GPRS和WCDMA之外，WLAN通過SIP Proxy也可以接入。此外，固定網(wǎng)絡(luò)的LAN和xDSL接入技術(shù)也可以接入到IMS。而且IMS還提供了與ISDN/PSTN傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)機(jī)制。這樣，IMS提供服務(wù)的終端除了移動終端之外，還包括固定的電話終端、多媒體智能終端、PC機(jī)的軟終端等。
IMS能夠?yàn)槭褂貌煌尤胧侄蔚挠脩籼峁┤诤系臉I(yè)務(wù)，但固定接入與移動接入終究有不同的特征，所以要將基于移動通信發(fā)展起來的IMS體系應(yīng)用到固網(wǎng)中還需要進(jìn)行大量的改進(jìn)，標(biāo)準(zhǔn)化工作依然任重而道遠(yuǎn)。移動通信界提出的IMS與固網(wǎng)通信界提出的軟交換的基本思想和目標(biāo)是一致的，都希望建立基于IP的融合與開放的網(wǎng)絡(luò)平臺。
2、IMS體系研究
2.1 IMS體系結(jié)構(gòu)
IMS體系結(jié)構(gòu)和CSCF的設(shè)計(jì)利用了軟交換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)與控制相分離、呼叫控制與媒體傳輸相分離。IMS雖然是3GPP為了移動用戶接入多媒體服務(wù)而開發(fā)的系統(tǒng)，但由于它全面融合了IP域的技術(shù)，并在開發(fā)階段就和其他組織進(jìn)行密切合作，使得IMS實(shí)際已經(jīng)不僅僅局限于只為移動用戶進(jìn)行服務(wù)。IMS體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。
最底層為承載層，用于提供IMS SIP會話的接入和傳輸，承載網(wǎng)必須是基于分組交換的。圖2中以移動分組網(wǎng)的承載方式為例，描述了IMS用戶通過手機(jī)進(jìn)行IMS會話的方式，主要的承載層設(shè)備有SGSN（GPRS業(yè)務(wù)支撐節(jié)點(diǎn)）、GGSN（網(wǎng)關(guān)GPRS業(yè)務(wù)支撐節(jié)點(diǎn)），以及MGW（媒體網(wǎng)關(guān)）。其中SGSN和GGSN可以完全重用現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備，不需要硬件升級，僅通過做相關(guān)配置就可以支持IMS了。MGW是負(fù)責(zé)媒體流在IMS域和CS（電路交換）域互通的功能實(shí)體，主要解決語音互通問題。無論具體采用哪一種接入方式，只要基于IP技術(shù)，所有的IMS用戶信令就可以很好地傳送到控制層。
中間層為信令控制層，由網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器組成，負(fù)責(zé)管理呼叫或會話設(shè)置、修改和釋放，所有IP多媒體業(yè)務(wù)的信令控制都在這一層完成。主要的功能實(shí)體有CSCF、HSS（Home Subscriber Server，歸屬用戶服務(wù)器）、MGCF等，這些網(wǎng)元執(zhí)行不同的角色，如信令控制服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、媒體網(wǎng)關(guān)服務(wù)器等，協(xié)同完成信令層面的處理功能，如SIP會話的建立、釋放。這一層僅對IMS信令負(fù)責(zé)，最終的IMS業(yè)務(wù)流是不經(jīng)過這一層的，而是完全通過底層承載層做路由實(shí)現(xiàn)端到端通信。
最上面一層是應(yīng)用層，由應(yīng)用和內(nèi)容服務(wù)器組成，負(fù)責(zé)為用戶提供IMS增值業(yè)務(wù)，主要網(wǎng)元是一系列通過CAMEL、OSA/Parlay和SIP技術(shù)提供多媒體業(yè)務(wù)的應(yīng)用平臺。運(yùn)營商可以在自行開發(fā)一些基于SIP的應(yīng)用，通過標(biāo)準(zhǔn)SIP接口與IMS系統(tǒng)連接；如果運(yùn)營商需要連接第三方SP的應(yīng)用，IMS可以和標(biāo)準(zhǔn)的API，如OSA API連接，通過OSA/Parlay GW對第三方非信任的SP業(yè)務(wù)進(jìn)行鑒權(quán)和管理等。
2.2 IMS的優(yōu)勢
?。?）IMS由于采用的是分組網(wǎng)絡(luò)，對于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的支持有著天然的優(yōu)勢，適應(yīng)于新業(yè)務(wù)的高速寬帶和低成本的需要。
?。?）由于采用了SIP協(xié)議，能夠提供終端到終端和終端到服務(wù)器直接的通信。SIP業(yè)務(wù)的靈活和擴(kuò)展能力也是比較強(qiáng)大的。IMS的終端由于直接支持SIP，所以它的終端智能是比較高的，從而導(dǎo)致業(yè)務(wù)拓展也比較容易。
（3）IMS系統(tǒng)不是一個(gè)簡單的SIP網(wǎng)絡(luò)，它加強(qiáng)了對用戶和業(yè)務(wù)的控制，從而運(yùn)營商可以掌握資源的使用。
?。?）IMS和接入網(wǎng)絡(luò)之間的獨(dú)立性。
?。?）IMS整合了各種業(yè)務(wù)平臺，通過一個(gè)統(tǒng)一的IMS系統(tǒng)，這樣有利于各種業(yè)務(wù)平臺之間的兼容。IMS和目前國際化標(biāo)準(zhǔn)組織OMA共同開發(fā)業(yè)務(wù)平臺，從而為IMS系統(tǒng)增值。
?。?）IMS因?yàn)椴捎玫氖荌P的承載網(wǎng)絡(luò)，向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)邁進(jìn)了一步。
3、IMS與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)
3.1 網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的驅(qū)動力
不管是固定網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商還是移動網(wǎng)絡(luò)運(yùn)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，是網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的驅(qū)動力之一。
傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)業(yè)務(wù)一個(gè)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(dǎo)致新業(yè)務(wù)開發(fā)比較困難，無法實(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)營商提供了固定移動融合的業(yè)務(wù)和應(yīng)用平臺。
另外，用戶對全新多媒體業(yè)務(wù)的需求也是網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的驅(qū)動力之一。用戶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多媒體業(yè)務(wù)。因此，運(yùn)營商需要一個(gè)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)?；贗P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)。
3.2 IMS與FMC（固定和移動融合）
移動通信和固定通信的融合以及聲音、數(shù)據(jù)、圖像多媒體的融合是未來通信發(fā)展的趨勢，IMS則初步體現(xiàn)了這兩大融合。
用戶的業(yè)務(wù)需求是固定和移動融合的基本驅(qū)動力。對用戶而言，有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)真正的隨時(shí)隨地溝通；在通信手段和通信方式上也有了更多的選擇和更大的靈活性；同時(shí)還可以享受到更多固定和移動融合所帶來的新業(yè)務(wù)。
固定和移動融合能為全業(yè)務(wù)運(yùn)營商節(jié)省投資、減少運(yùn)營成本。傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)提供的許多業(yè)務(wù)基本一致，但是移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)是獨(dú)立的兩張業(yè)務(wù)網(wǎng)，致使運(yùn)營維護(hù)費(fèi)用高；而且當(dāng)開發(fā)新業(yè)務(wù)時(shí)，即使同樣的業(yè)務(wù)也必須分別升級兩張網(wǎng)絡(luò)才能夠?yàn)橐苿泳W(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)用戶分別提供新業(yè)務(wù)，致使新業(yè)務(wù)提供成本高。固定和移動融合之后將形成整體的網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)維成本將顯著降低，而且新業(yè)務(wù)的開發(fā)不必再分別升級固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)，只需要對統(tǒng)一的業(yè)務(wù)平臺進(jìn)行一次升級就能夠同時(shí)為各類用戶提供業(yè)務(wù)。
固定和移動融合還有助于增強(qiáng)運(yùn)營商的差異化競爭能力。依賴固定和移動融合，運(yùn)營商能夠更加靈活地開展業(yè)務(wù)；為用戶提供整體解決方案；提供個(gè)性化服務(wù)，降低用戶的離網(wǎng)率；通過業(yè)務(wù)捆綁提高ARPU值。
固定和移動融合也是NGN發(fā)展的必然趨勢，因?yàn)槿獻(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)是固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)的共同發(fā)展方向，在NGN體系架構(gòu)下，固定和移動只是NGN的不同接入方式。固定網(wǎng)絡(luò)與移動網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)路線在很多方面相似，PSTN將向固定軟交換網(wǎng)演進(jìn)，而基于WCDMA的移動網(wǎng)絡(luò)則是沿著3GPP R99/R4/R5的道路演進(jìn)。雖然目前固定NGN和移動NGN（即3G或B3G）的發(fā)展是獨(dú)立的，但兩者在演進(jìn)過程中所遵從的分層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，所采用的許多通信協(xié)議和接口規(guī)范都相同或類似，尤其是IMS的發(fā)展有望實(shí)現(xiàn)兩者在核心網(wǎng)絡(luò)層和業(yè)務(wù)層的完全融合。
3.3 GSM網(wǎng)絡(luò)向IMS演進(jìn)探討
?。?）目前G網(wǎng)的投入相對少于C網(wǎng)，G網(wǎng)的狀況基本是沒有很完善的GPRS/EDGE網(wǎng)絡(luò)。所以第一步要建立完善的覆蓋的GPRS網(wǎng)絡(luò)，以提供端到端高數(shù)據(jù)交換服務(wù)。
（2）在核心網(wǎng)中引入軟交換，形成控制和承載相分離的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，目前很多廠家不太支持不經(jīng)過軟交換階段的IMS。
?。?）經(jīng)過軟交換階段之后我們慢慢在全國范圍內(nèi)引入IMS，以實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P化的接口。
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(dān)。語音從電路域到IMS域的遷移只有當(dāng)語音成為豐富的多媒體業(yè)務(wù)的一部分，而且IMS達(dá)到一定的滲透率之后才能真正開始。
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)，但更多的新的業(yè)務(wù)必須依賴于IMS。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(yùn)營商的首選。同時(shí)由于IMS核心網(wǎng)元和固定運(yùn)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。
?。?）最后我們要把現(xiàn)有的C網(wǎng)、固定網(wǎng)等全部接入到IMS網(wǎng)絡(luò)，并把現(xiàn)網(wǎng)的相關(guān)業(yè)務(wù)遷移到IMS網(wǎng)絡(luò)。
4、結(jié)束語
從標(biāo)準(zhǔn)化和技術(shù)成熟度來看，基于軟交換構(gòu)建固定的NGN更為現(xiàn)實(shí)，難度也較小；而從技術(shù)趨勢來看，開放與融合程度更高的IMS則代表了未來的發(fā)展方向，代表著固定與移動融合的趨勢，更有前途。可以說基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)只是NGN發(fā)展的初級階段，而IMS是NGN發(fā)展的高級階段。
各運(yùn)營商都將網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)融合作為長遠(yuǎn)的戰(zhàn)略目標(biāo)，長遠(yuǎn)目標(biāo)一定和近期的部署相結(jié)合，在具體部署時(shí)則根據(jù)市場需求和網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況進(jìn)行?？偟貋碚f，IMS和移動軟交換將同時(shí)存在，它們之間通過網(wǎng)絡(luò)互通實(shí)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)。
