提供固定业务和移动业务的IMS

消费电子 2020-04-17118网络整理
  
 
    摘要 本文对国际IMS相关标准最新研究和进展情况进行了汇总,对IMS所具有的特点进行了归纳,并针对固定接入和移动接入的差异,详细分析了IMS在综合提供固定业务移动业务时需要考虑的关键问题,最后给出了发展和部署IMS还需要考虑的问题。  
 

1、概述 

  IMS(IP multimedia subsystem,IP多媒体子系统)在3GPP Release 5版本中提出,是对IP多媒体业务进行控制的网络核心层逻辑功能实体的总称。现在通常提到的IMS实际有狭义和广义两种概念,狭义指的是3GPP Release 5版本以后的网络核心控制层所涉及的逻辑功能实体,广义指的是网络架构,其中网络核心控制层基于IMS。 

  本文主要从固定和移动融合的角度对IMS进行探讨,主要参考3GPP和TISPAN在IMS上的研究成果,从目前标准化情况来看,IMS将被用作一个通用的网络平台同时为固定接入和移动接入的用户提供多媒体业务,从而实现固定和移动的融合。3GPP和TISPAN的研究重点各有不同,3GPP主要从移动的角度对IMS进行研究,而TISPAN则侧重于从支持固定接入的角度对IMS进行研究。TISPAN和3GPP采取密切合作的方式,由支持固定接入TISPAN对IMS核心控制部分提出修改要求,而由3GPP进行修改,以便达到IMS核心控制部分标准的统一。 

2、IMS的研究和标准进展情况 

  2.1 3GPP IMS的研究进展 

  3GPP对IMS的标准化是遵循R5版本、R6版本、R7版本……发布的方式进行,IMS标准在R5版本阶段提出,在R6版本、R7版本功能不断完善。 

  IMS R5版本在2002年9月冻结,主要功能包括: 

  ●IMS基本架构和功能,指出IMS应独立于接入方式; 

  ●选用基于IETF RFC3261扩展的SIP作为应用协议; 

  ●定义了IMS网元之间的基本信令流程,并在认证与鉴权、计费、安全、QoS等方面进行了基本定义。 

  IMS R6版本在2005年3月冻结,部分课题推迟到2005年6月。R6版本主要功能有: 

  ●增强了互通性的定义,包括IPv4与IPv6互通、SIP互通、编解码方式、IMS与PSTN互通、IMS与移动CS域互通等; 

  ●定义了通过其他接入技术使用IMS核心模块的方法,并对WLAN接入IMS系统的场景进行了详细定义; 

  ●IMS组管理: 

  ●定义了在线业务(presence)、即时消息(instant message,IM)、IMS会议、IMS组管理、PoC(push to talk over cellular)等业务的具体信令流程和业务管理、计费; 

  ●在QoS、计费等方面有所增强。 

  可以看到,R6版本阶段提供了与各种现有网络的互通,支持新业务的需求,在计费和QoS功能上的增强使得IMS对用户和业务的控制功能更加完善。IMS R7版本正在制定过程中,目前提出的新功能有: 

  ●通过电路域(CS domain)承载提供IMS语音; 

  ●通过分组域(PS domain)提供紧急服务; 

  ●对DSL和cable modem接入方式的定义。 

  3GPP在R7版本最新草案中已经反映了TISPAN的最新研究成果。 

  2.2 TISPAN对IMS的研究 

  TISPAN在第9次全会上确定IMS基于3GPP R7最新草案。并针对固定接入的特殊需求,对相关功能实体的功能又进行了增强。除了从固定角度对IMS核心控制部分进行研究之外,TISPAN主要定义了NASS(网络附属子系统)和RACS(资源接纳控制子系统)两个子系统,并相应地增加了IMS和这些子系统之间的接口。 

3、IMS所具有的特点 

  IMS首先由3GPP提出,然后TISPAN将NGN多媒体核心控制部分定位于基于IMS体系架构,利用IMS实现对固定接入和移动接入的统一核心控制,这主要是IMS具有以下特点: 

  (1)统一的业务触发机制 

  IMS核心控制部分不实现具体业务,所有的业务包括传统概念上的补充业务都由业务应用平台来实现,IMS核心控制只根据初始过滤规则进行业务触发,这样消除了核心控制相关功能实体和业务之间的绑定关系,无论固定接入还是移动接入都可以使用IMS中定义的业务触发机制实现统一触发。 

  (2)统一用户数据库 

  和用户相关的数据主要包括用户的标识信息、认证和授权信息、业务触发信息可以统一存储,数据库本身不再区分固定用户和移动用户,特别是业务触发机制中使用的初始过滤规则,对IMS中所定义的数据库来讲,完全是透明数据的概念,屏蔽了固定和移动用户在业务属性上的差异。 

  (3)统一的路由机制 

  IMS中仅保留了传统移动网中HLR的概念,而摒弃了VLR的概念,和用户相关的数据信息只保存在用户的归属地,这样不仅用户的认证需要到归属地认证,所有和用户相关的业务也必须经过用户的归属地。 

  IMS所具有这些特征可以同时为移动用户和固定用户所共用,统一的业务触发机制可以同时为固定用户和移动用户提供特色业务。用户数据的统一存储并不是只有移动网才能具有的特性,固定网也可以实现用户数据的统一存储,如目前国内进行的PSTN智能化,其本质就是实现用户数据的全部或部分统一存储,这样增加了网络配置、管理和业务能力方面的灵活性,而传统固网和移动网的路由机制本质没有什么不同。 

4、同时支持固定接入和移动接入IMS需要考虑的关键问题 

  由于固定接入和移动接入在终端、网络带宽、位置信息、认证鉴权等方面的差异,所以在具体实现机制上存在很大差异,对IMS也产生不同的影响。 

  4.1 用户认证不同 

  3GPP IMS中用户认证采用3GPP AKA(认证和密钥协商)方式,这种认证基于共享密钥和序列号以及在用户和网络间传递相关认证信息,这种认证方式需要终端具有ISIM(IP多媒体业务身份识别模块)应用,比较适用于移动终端和新型的固定终端,对于传统终端很难采用这种方式。为了使传统终端也能够接入到IMS中,TISPAN提出NASS-Bundle认证方式,其实质是线认证的概念,用户的接入线标识信息静态保存在统一的数据库中(3GPP称为HSS,TISPAN中称为UPSF),然后和注册过程中获得的接入线标识信息比较,最后进行认证,注册过程中的接入线标识信息由IMS核心网接入点P-CSCF从NASS子系统的CLF功能实体中提取,并插入到注册消息中。 

  两种认证方式的主要差异如下: 

  ●两种认证方式针对的终端类型不同,NASS-Bundle专门用于不具有ISIM应用的固定终端。 

  ●注册流程不同:3GPP AKA方式需要两次注册交互过程,第一次注册过程主要从网络侧获得随机数等认证信息,用户终端根据第一次注册过程获得的信息对网络进行认证和相关的计算,并在第二次注册过程将相关的结果发送给网络。由网络实现对用户的认证;而NASS-Bundle这种机制只需要一次注册交互过程。 

  ●对P-CSCF的功能要求不同:3GPP AKA认证方式需要P-CSCF和用户终端之间建立IPSec安全联盟(安全联盟是两个IPSec系统之间的一个单向逻辑连接,通常用一个三元组惟一地表示);而NASS-Bundle认证方式不需要P-CSCF和用户终端之间建立安全联盟。但是需要P-CSCF和NASS中的CLF功能实体进行交互获得接入线标识信息,当然P-CSCF需要能够执行认证方式的区分。 

  4.2 注册过程不同 

  由于认证相关的信息主要在注册消息中进行携带,所以注册过程的不同主要是由于认证方式的不同引起的。如3GPP AKA需要两次注册消息的交互过程才能够完成认证,而NASS-Bundle只需要一次。而且3GPP AKA方式由于需要在P-CSCF和用户终端之间建立安全联盟,所以在注册过程中还需要涉及安全联盟的协商,NASS-Bundle方式则没有相关需求。 

  4.3 服务质量保证的实现不同 

  3GPP移动终端同时具有应用层和传送层的QoS协商能力,应用层的QoS协商主要指利用SIP消息中SDP消息体实现QoS参数协商,而传送层QoS协商指用户终端利用传送层QoS信令即PDP上下文相关信令消息实现对传送层QoS参数的协商。针对用户终端上述特点,3GPP采用的是授权令牌机制,P-CSCF将应用层的QoS参数传送给PDF并获取授权令牌,用户终端和GGSN建立媒体PDP上下文时将授权令牌和传送层QoS参数同时传送给GGSN,GGSN利用授权令牌从PDF获得应用层QoS参数信息,并与传送层QoS参数进行比较。3GPP的QoS实现方式通常也称为PULL方式(PULL对应终端向服务器主要请求服务,PUSH对应终端不请求而由服务器主动向终端推送信息和服务)。 

  TISPAN中所定义的QoS机制属于PUSH方式,固定用户终端一般不进行传送层QoS协商,而采用应用层QoS协商机制,P-CSCF根据收到的SIP消息中的SDP信息,确定相应的QoS参数,然后通过PDF推送给TISPAN中定义的A-RACF,A-RACF执行接纳控制和实现资源预留。 

  两种不同的QoS机制对P-CSCF的处理要求也不同,采用PULL方式时,在呼叫建立过程中,P-CSCF收到后向消息后(不包括100 Trying)再和PDF进行交互;采用PUSH方式时,P-CSCF收到INVITE消息时就需要和RACS进行交互。 

  4.4 补充业务问题 

  考虑到用户和业务的继承性,IMS需要支持传统的POTS终端。特别要考虑支持在这些终端上向用户提供补充业务,这也是目前争论最多的问题即PES(PSTN/ISDN仿真)。通过传统固定终端向用户提供的补充业务许多是和用户拍叉等事件相关联的,要在基于IMS的网络架构下支持PES,就需要考虑这些补充业务的实现方式,关键集中在这些事件的上报和关联机制。目前PES的实现方案还不明确,总的来看是要在IMS中增加一个功能实体——AGCF(接入网关控制功能),AGCF能够和传统POTS终端所使用的宽带接入适配器交互,通过H.248协议接收这些事件的上报,但补充业务是在AGCF上实现,还是将补充业务和其他增值业务统一对待,即和补充业务相关的数据和用户其他数据保存在一起,S-CSCF负责进行业务触发最终业务逻辑统一由应用业务平台实现还需要探讨。 

  4.5 紧急呼叫以及位置信息的获取 

  紧急呼叫是接入固定用户和移动用户时都需要考虑的问题,其中最关键的一点就是用户位置信息的获得。用户位置信息可以由用户终端直接向网络提供,也可以由IMS中实现定位功能的实体——位置提取功能实体(LRF)从接入网中主动获取用户的接入位置信息。用户终端提供的位置信息可以由用户终端直接提供,也可以通过和接入网进行交互获得,移动终端和基站进行交互,固定终端和NASS子系统进行交互;如果用户终端没有提供位置信息,或者网络需要更详细的位置信息(有些情况下用户终端虽然提供了位置信息,但不够详细或网络对位置信息格式有不同的要求,此时网络还需要进行提取相关的位置信息),则LRF需要从固定终端和移动终端的接入网获得相关信息,不同的接入方式将对应到不同的功能实体,固定终端和NASS子系统中的CLF进行交互,移动终端和HLR、SGSN等进行交互获得相关位置信息。目前关于紧急呼叫的实现方式还在研究制定阶段。 

5、发展和部署IMS面临的问题 

  由于对3GPP IMS所定义的功能进行简单的扩展就能够完成对固定用户和移动用户的统一支持,所以基于IMS的网络架构已经成为固定网络和移动网络融合的统一目标架构,也成为了当前通信界研究的热点之一,虽然IMS标准化的进展速度比较快,但是还有很多问题需要完善:如对WLAN的支持还没有启动;基于IMS架构提供紧急呼叫的问题还处于研究和探讨阶段;在移动IP和固定接入支持方面,TISPAN还需要做大量的研究工作。 

  IMS的发展还面临以下问题: 

  ●部署IMS驱动力的问题。从目前来看IMS主要还是提供基于语音的业务,业务驱动力不够。虽然固定运营商面临巨大的竞争压力,迫切希望能够采用新的技术来提升网络能力。但是基于IMS的PSTN仿真方案还处于研究阶段,许多关键问题还没有完全解决,并且运营商开始部署软交换网络,进一步延缓了IMS部署。 

  ●服务质量保证问题。IMS基于分组承载网,虽然目前IMS已经给出了根据业务需求对承载网进行控制的机制,但首先需要承载网络能够提供相应的服务质量保证机制,目前承载层面的服务质量保证机制缺少大规模网络应用的经验,并且需要对现有的分组承载网和接入网进行改造。 

  国际标准是从逻辑功能实体的角度对IMS进行研究,但物理设备可以同时实现多个逻辑功能实体,运营商可以利用这个特点采用简化IMS方案着手对IMS的网络部署。国内运营商已经开始对IMS进行试验和测试,随着IMS标准的成熟和逐步部署,IMS在我国将逐渐应用和发展起来。  
 

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