
IMS(IP Mutimedia Subsystem)是3GPP在R5版本提出的支持IP多媒体业务的子系统,它的核心特点是采用基于SIP协议控制上层业务会话和与接入网的无关性,通过IMS可以提供IP多媒体业务以及实时的VoIP业务,支持分组域业务的漫游。同时,在网络融合的发展趋势下,3GPP、ETSI和ITU-T都在研究基于IMS的移动和固定网络融合方案,目前IMS的产品主要基于3GPP R5版本,大部分厂家承诺在2006年提供基于R6版本的IMS商用设备。
本文将概述IMS的标准化进展、技术特点,并探讨其应用及需要解决的相关问题。
1、IMS的标准化进程
IMS由3GPP标准组织在R5版本提出,R5版本主要定义IMS的核心结构、网元功能、接口和流程等内容;R6增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和WLAN接入等特性;R7则加强了对固定、移动融合的标准化制定,要求IMS支持xDSL、cable等固定接入方式。目前3GPP的IMS R5、R6已经冻结,下列问题在其它标准和版本中将得到逐步解决:
(1)定义固定接入网与IMS接口,IMS可以感知接入网信息和控制接入网的QoS;
(2)IMS与电路域语音平滑切换和业务无缝移动性的方案正在讨论中;
(3)正在制定IPv4的私网穿越功能实体:
(4)为了加强业务的可管理性,将引入SBC(Session Border Controller)关联媒体与信令。
TISPAN和FGNGN标准组织主要从固网的角度出发研究NGN的相关标准。IMS是TISPAN定义的NGN体系架构中的业务子系统之一,TISPAN IMS在3GPP R6 IMS核心规范的基础上对功能实体和协议进行扩展,支持固定接入方式。TISPAN的NON R1标准会在2005年年底发布,但IMS支持PSTN/iSDN模拟(Simulation)业务的部分规范会推后完成,IMS支持PSTN/iSDN仿真(Emulation)业务的能力将更加滞后。
FGNGN是ITU-T成立的专门研究NGN的体系结构的组织,隶属于SG13。目前研究的重点主要是网络向下一代网络的演进,如PSTN/iSDN的Simulation/Emulation,PSTN/iSDN Emulation Architecture等。FGNGN主要从TISPAN继承了IMS的定义和研究,并加以扩充。FGNGN分为7个工作组,分别侧重NGN的业务、体系结构和QoS等。
目前FGNGN的研究工作已经冻结,并全部移交给了ITU-T SG13,总共有以下研究成果:
(1)NGN Release 1 Scope Document:从宏观上说明NGN Release 1定义的范围,支持的业务和能力等;
(2)NGN Release 1 Requirement:对NGN Release 1支持的业务进行具体定义,规定实现这些业务需要的能力和要求;
(3)NGN FRA:定义NGN的体系结构;
(4)IFN(IMS for NGN):从TISPAN引入IMS,并加以扩充,对IMS进行研究;
(5)PIEA:研究PSTN/iSDN Emulation Architecture;
(6)另外还有一些针对NGN的子系统的研究文稿,如NASS,RACS等。
3GPP、FGNGN和TISPAN对于IMS标准的演进已经达成一致,将由3GPP统一整理需求,并反映到IMS规范中。
总之,3GPP IMS标准已经基本成熟,而TISPAN标准还处于研究阶段。
2、IMS的技术特点
2.1 与接入方式无关性
3GPP在制定IMS标准时,设计思想是与具体的接入方式无关,即用户不论从任何IP网络都可以接入IMS。但是在R5中包含了一些GPRS特有的特性,比如接入网对不同的业务分配多个独立的逻辑链路,这是WCDMA中分组域才有的方式,目前的固定接入网还不能满足接入IMS的需求,不能发挥IMS的所有特点。在R6和后续版本以及其它标准组织中,正在根据IMS的需求制定下一代接入网的标准。下一代接入网将具有根据业务分配链路资源、控制接入网的QoS、指定终端接入IMS的入口点等特点。目前,固定接入层面还需进一步补充接入IMS的相关规定,完成接入认证的同时还需完成业务认证和用户数据库的管理,并在NASS和RASS标准成熟后才能应用。
2.2 支持分组域业务漫游
R99定义的3G网络支持分组域漫游,即用户数据包从拜访地的SGSN漫游回归属地的GGSN,再接入因特网。采用这种漫游方式,运营商可以对流量进行漫游计费,但是上层业务无法感知用户所处的位置,因此无法对业务漫游进行计费。因为通常业务漫游费率比流量漫游费率高,因此按业务漫游收费对运营商有利。
IMS可以感知用户的接入网位置,在话单中携带业务、归属地和拜访地标识,计费系统可以根据这些内容对业务漫游计费。
2.3 服务控制模型
在R5中支持拜访和归属服务控制两种模型,归属服务控制是指归属地网络为用户提供服务并控制业务流,此时控制网络与业务都在归属地;拜访服务控制是指拜访地网络为用户提供服务,此时控制网络在归属地,业务都在拜访地。归属服务控制使IMS终端无论在何时何地接入,均可获得拜访地的SIP代理地址,并通过拜访地代理转接到归属地IMS域,使用归属地的业务环境,从而获得与归属地一致的业务体验,即虚拟归属环境(Virtual Home Environment)。这种方式还可以使用户的数据包从拜访地直接路由到目的地,从而避免了分组域漫游时数据包都要路由回归属地3G网的路由迂回问题。
但是用户在拜访地可能会对当地的业务产生需求,比如紧急服务或当地的导游服务,对于上述两种情况协议规定了相应的解决办法:对于紧急服务,比如119报警电话,R7正在制定相应规范,此类呼叫将从拜访地的P-CSCF直接进入当地的报警中心,因此可以定位用户的位置,迅速作出处理;对于当地的特色业务,用户在归属运营商处定购此类业务,由归属地IMS到拜访地应用服务器触发此业务。
拜访服务控制机制要求两个运营商的业务管理平台增加接口,支持用户实时定购拜访地业务,需要扩展IETF协议,并且会增加注册与会话流程中的工作量。与归属服务控制相比,拜访服务控制过于复杂而且需求不明显,而且还造成了一些限制:它需要运营商间多重关系和漫游模型,会增加服务开展的难度,因为需要拜访网络和归属网络支持相似的服务,否则漫游用户的业务体验将变差;另外,运营商间的接口数目将增加,需要复杂的解决方案(例如安全和计费)。因此,在R6后续版本中放弃了普通业务的拜访服务控制,仅保留紧急呼叫的拜访控制机制。
2.4 支持多种计费方式
传统计费方式通常基于时间和流量计费,虽然能够满足语音和浏览因特网的计费需求,但是不能够适应分组域业务的计费需求。由于分组域业务具有多样性的特点,不同的业务有不同的计费需求,比如承载业务适合按照业务包月计费;即时消息适合按照事件计费,即按照每条消息计费;视频共享适合按照时间计费;定位业务适合按照业务计费。因此,IMS加强和改造了分组域计费架构,提供基于时间、流量、内容、事件和业务的多种计费方式。IMS还支持分组域的在线计费和后付费机制,解决了预付费用户不能使用分组域业务的问题。运营商可以为用户提供有针对性的多种计费方案,用户可以对不同的服务选择适合自己的计费方式。
目前,SP提供的分组域业务的计费采集点和话单都由应用服务器产生,由于运营商没有用户使用业务的信息,因此无法防止SP的计费欺诈行为。在IMS中,由于网络的多个计费点都可以针对业务、内容和事件采集计费信息,因此运营商可以掌握用户使用业务的详细情况,有效防止计费欺诈行为。
2.5 QoS保证
在R99中规定了WCDMA可以根据网络资源和用户定购信息,从无线接入网到核心网全程协商、分配、支持QoS,但是由于没有根据业务的需求分配资源,因此造成资源的浪费。比如用户签约信息是384kb/s带宽,但是使用的业务实际只需要较窄的带宽,在R99中仍然分配384kb/s带宽,这样会造成小区用户容量的下降和空口资源的浪费。IMS将业务与接入网关联,在用户使用业务时,根据业务的带宽、时延和优先级等需求控制,GGSN为每个业务单独分配接入链路,在保证QoS的同时,保证网络资源的合理分配。
2.6 差异化服务
IMS引入了策略控制功能,运营商可以制定本地的媒体和承载资源分配策略,通过授权控制IP接入网的资源。策略决策点(PDF)能确保按照SIP信令中的协商参数为媒体流激活承载,为业务保证其承载资源的QoS;根据用户定购信息和SP与运营商签署的服务协议提供QoS,为不同合作等级的SP提供差异化的服务,从而控制用户和SP转向有QoS保障的服务。
2.7 统一认证
在IMS中,用户可以拥有多个公共和私有标识。公共标识是为了不同的应用目的,比如E.164号码是为了便于与传统电话互通,SIP URI是为了与因特网用户互通;有的标识是为了商务应用,有的是为了家庭内使用。当用户使用同一公共标识,从不同的终端上接入时,私有用户标识是不同的。用户在注册一个公共标识时,系统可以自动发起注册用户的所有公共标识,因此可以做到一机多号和一号多机。
IMS架构提供了一个统一的业务接入授权认证入口,使得不同业务应用、不同号码可以共用相同的安全承载,避免了在开放式IP环境中运用户鉴权机制的重复建设,也使SP可以专注于应用业务的开发。
2.8 集中用户数据管理
IMS架构第一次实现了将个人用户的移动网和固定网、电路域和分组域用户数据的统一管理,与控制网和业务层有标准接口,不同应用签约数据在网络层次的集中化统一管理,并将业务数据维护点与用户接入及业务提供点相独立,降低了由用户数据分散冗余带来的建设及运维开销。
2.9 安全
IMS架构在网络安全方面有较全面和完善的规范定义,提供了与电路域和GPRS类似的9,并且提供了更多的安全选择。IMS安全中最重要的组成模块是ISIM,用户如果需要最高的安全性,需要将USIM换成ISIM,才能进行AKA 5元组鉴权。用户的IMS用户标识、密钥和算法等信息被存储在ISIM中,在用户注册时,系统将对用户的合法性进行鉴权,而信令都会被底层的IP安全技术—IPSec加密保护。
在IMS的初期,ISIM并不普及,用户和业务的安全需求并不十分明显,运营商可以选择实现成本和安全性都稍低的鉴权方式——基于用户名和密码的方式,采用MD5加密和HTTP Digest保护用户信息的安全性和完整性,传输层可以采用安全性比IPSec稍低的TLS加密机制。
IMS还可以保护没有信任关系的IMS域之间的安全性,允许隐藏网络的配置、容量、路由和网络拓扑结构,保护网络不受外部的干扰和攻击。
3、IMS的主要应用
目前,IMS的应用主要有以下几种类型:
(1)给移动用户提供多媒体业务。Cingular、T-Mobile、TIM、CSL、Eurotel等移动运营商均采用此应用模式。
(2)给企业用户提供融合的企业的应用。Sprint、Telefonica、SBC等运营商采用此方式为企业用户提供IP CENTREX业务。
(3)固定运营商给宽带用户提供VoIP业务。Bell South、KPN、Telefonica等固定运营商采用此模式为宽带用户提供VoIP的第二线业务。
(4)综合运营商为用户提供的固定和移动融合的IMS,目前比较热门的业务是Wi-Fi与移动网的业务切换。Cingualr(移动)和SBC(固定)计划近期向企业提供Wi-Fi VoIP与WCDMA电路域语音的切换,已经能够实现Wi-Fi到WCDMA的单向切换。BT和FT近期完成类似业务的测试,但是实现方案有所不同。
目前,IMS的应用情况具有如下特点:
◆移动运营商已经开始商用,固网运营商主要处于实验阶段。大部分运营商着手进行IMS实验,只有少部分运营商开始进行IMS商用。目前,商用和实验的IMS系统大部分集中于移动运营商。
◆移动运营商主要是在移动网络的基础上用IMS来提供PoC、视频共享等多媒体增值业务。
◆固定运营商对IMS的应用重点集中在给企业客户提供IP CENTREX和公众客户的VoIP第二线业务。
◆固定、移动综合运营商希望通过统一的IMS核心网接入固定和移动用户,对WCDMA与WLAN的语音切换业务十分关注。但目前IMS的融合应用还处于实验阶段,具体的应用模式还不是十分明朗。
4、IMS在固网应用中需要解决的若干问题
目前,国际标准组织在研究IMS应用于移动领域的同时正在积极推进基于IMS的网络融合技术的研究,即把固网也纳入到IMS的体系架构下。但从目前的研究进度来看,IMS应用于移动的标准已经成熟,但是基于IMS的网络融合的技术标准还处于发展阶段,将IMS引入固网还有很多问题尚未解决,且融合业务需求的详细要求还不十分明朗,表现在以下几方面。
4.1 软交换和IMS
软交换和IMS都作为下一代网络呼叫控制的体系架构,他们虽然都继承了下一代网络基于IP承载、呼叫控制与承载分离的思想,但是软交换和IMS技术还存在较大的差异。
软交换技术的主要优势是软交换技术已经成熟,软交换技术标准从98年开始出现已经经历了实验、商用等多个发展阶段,据统计,截止到2004年8月,全球范围内已经有多家电信运营商开展了软交换技术的实验,部署了250多个商用的软交换系统。软交换技术已经具备了替代电路交换机的能力,并具备一定的宽带多媒体业务能力。
IMS技术的主要优势是IMS体系架构可以支持移动性管理,并具有一定的QoS保障机制,因此IMS在宽带用户的漫游管理和QoS保障方面更具有优势。并且,IMS接入窄带用户提供PSTN仿真业务的能力还处于研究的初始阶段,支持iSDN业务、V5接入等传统PSTN接入方式还没有开始研究,因此IMS距离完全继承PSTN网络能力提供PSTN业务的目标还有较长的距离。
总体来说,软交换网络体系基于主从控制的特点,使得其与具体的接入手段关系密切,而IMS体系由于终端与核心侧采用基于IP承载的SIP协议通信,IP技术与承载媒体无关的特性,使得IMS体系可支持各类接入方式。IMS体系虽然最早在移动网提出,但是其核心侧与接入无关的特性使得IMS的应用范围逐步扩大到固定领域,近期软交换网络以解决窄带用户接入为主,宽带用户以企业用户接入为辅,未来随着宽带和融合类业务需求的强烈,再引入IMS网络统一解决固定和移动的宽带接入。
4.2 用户接入问题
IMS并没有实现完全的与接入的无关性,由于有线与无线接入方式的不同而导致传输带宽的不同,无线接入方式由于带宽资源有限,所以要求P-CSCF支持SIP的压缩,而对于有线接入方式则没有这种要求。因此不同接入方式对于IMS的功能实体的要求有所差异。
基于IMS的网络融合考虑了业务层的融合,并没有解决QoS和位置管理等接入网的问题,因此,TIPSAN和ITU-T都定义了网络附着子系统(NASS)和资源控制子系统(RACS)来解决接入网的问题。
接入层是指为用户提供接入的网络层面,它比传统接入网的概念更宽,延伸更广。接入层的融合可以丰富用户获取业务的途径、实现随时随地的业务接入,并获得无间断的高质量的业务体验。为了达到这种业务提供能力,NGN标准组织定义了NASS(网络附着子系统),通过NASS完成对用户附着于接入网络的管理,包括用户验证和网络地址分配、位置管理。NASS的主要功能包括:
◆IP地址分配和用户设备(UE)的相关数据配置;
◆用户接入网络时的验证;
◆基于用户清单的用户接入网络授权;
◆基于用户清单的接入网络配置;
◆位置管理。
需要指出的是,NASS目前只研究了WLAN和ADSL的接入,NASS对用户漫游的支持还不完善,NASS对CPE的配置接口有待进一步定义。
固网运营商已经部署了大量的固定宽带接入网络(ADSL接入)。现有的ADSL网络只是实现了简单的用户的鉴权认证和地址分配,NASS所要求的其它基本功能,如位置管理、基于用户清单的接入网络配置和授权、业务子系统的发现等等都还没有实现。从NASS与NGN其它功能实体之间的关系来看,目前的ADSL接入网络还没有实现与业务系统、与资源控制系统之间的相互关联。总体来看,现有ADSL接入网络离NGN对接入网的要求还有相当大的距离。
4.3 SIP协议的问题
IMS网络中采用了SIP协议,但3GPP对IETF定义的SIP协议做了扩展。例如,由于无线传输资源的带宽有限,要求支持SIP消息的压缩;由于无线接入的引入使呼叫建立时间增加,要求SIP的基础定时器由500ms改成2s。如果IMS同时支持固定和移动用户,需要支持固定和移动不同能力级的SIP协议,并且要求IMS网络能够识别终端的接入方式,根据不同的接入方式选用不同的协议参数。
总之,IMS是目前国际认可的NGN体系架构的子系统之一,我们将密切关注其应用和发展。基于固定的TISPAN IMS标准还不成熟;现阶段IMS的应用并不具备QoS控制机制。IMS系统应用规模比较小,偏重于对业务的提供,对可运营可管理的因素考虑较少。随着其应用逐渐广泛,将不断趋于完善。
本文将概述IMS的标准化进展、技术特点,并探讨其应用及需要解决的相关问题。
1、IMS的标准化进程
IMS由3GPP标准组织在R5版本提出,R5版本主要定义IMS的核心结构、网元功能、接口和流程等内容;R6增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和WLAN接入等特性;R7则加强了对固定、移动融合的标准化制定,要求IMS支持xDSL、cable等固定接入方式。目前3GPP的IMS R5、R6已经冻结,下列问题在其它标准和版本中将得到逐步解决:
(1)定义固定接入网与IMS接口,IMS可以感知接入网信息和控制接入网的QoS;
(2)IMS与电路域语音平滑切换和业务无缝移动性的方案正在讨论中;
(3)正在制定IPv4的私网穿越功能实体:
(4)为了加强业务的可管理性,将引入SBC(Session Border Controller)关联媒体与信令。
TISPAN和FGNGN标准组织主要从固网的角度出发研究NGN的相关标准。IMS是TISPAN定义的NGN体系架构中的业务子系统之一,TISPAN IMS在3GPP R6 IMS核心规范的基础上对功能实体和协议进行扩展,支持固定接入方式。TISPAN的NON R1标准会在2005年年底发布,但IMS支持PSTN/iSDN模拟(Simulation)业务的部分规范会推后完成,IMS支持PSTN/iSDN仿真(Emulation)业务的能力将更加滞后。
FGNGN是ITU-T成立的专门研究NGN的体系结构的组织,隶属于SG13。目前研究的重点主要是网络向下一代网络的演进,如PSTN/iSDN的Simulation/Emulation,PSTN/iSDN Emulation Architecture等。FGNGN主要从TISPAN继承了IMS的定义和研究,并加以扩充。FGNGN分为7个工作组,分别侧重NGN的业务、体系结构和QoS等。
目前FGNGN的研究工作已经冻结,并全部移交给了ITU-T SG13,总共有以下研究成果:
(1)NGN Release 1 Scope Document:从宏观上说明NGN Release 1定义的范围,支持的业务和能力等;
(2)NGN Release 1 Requirement:对NGN Release 1支持的业务进行具体定义,规定实现这些业务需要的能力和要求;
(3)NGN FRA:定义NGN的体系结构;
(4)IFN(IMS for NGN):从TISPAN引入IMS,并加以扩充,对IMS进行研究;
(5)PIEA:研究PSTN/iSDN Emulation Architecture;
(6)另外还有一些针对NGN的子系统的研究文稿,如NASS,RACS等。
3GPP、FGNGN和TISPAN对于IMS标准的演进已经达成一致,将由3GPP统一整理需求,并反映到IMS规范中。
总之,3GPP IMS标准已经基本成熟,而TISPAN标准还处于研究阶段。
2、IMS的技术特点
2.1 与接入方式无关性
3GPP在制定IMS标准时,设计思想是与具体的接入方式无关,即用户不论从任何IP网络都可以接入IMS。但是在R5中包含了一些GPRS特有的特性,比如接入网对不同的业务分配多个独立的逻辑链路,这是WCDMA中分组域才有的方式,目前的固定接入网还不能满足接入IMS的需求,不能发挥IMS的所有特点。在R6和后续版本以及其它标准组织中,正在根据IMS的需求制定下一代接入网的标准。下一代接入网将具有根据业务分配链路资源、控制接入网的QoS、指定终端接入IMS的入口点等特点。目前,固定接入层面还需进一步补充接入IMS的相关规定,完成接入认证的同时还需完成业务认证和用户数据库的管理,并在NASS和RASS标准成熟后才能应用。
2.2 支持分组域业务漫游
R99定义的3G网络支持分组域漫游,即用户数据包从拜访地的SGSN漫游回归属地的GGSN,再接入因特网。采用这种漫游方式,运营商可以对流量进行漫游计费,但是上层业务无法感知用户所处的位置,因此无法对业务漫游进行计费。因为通常业务漫游费率比流量漫游费率高,因此按业务漫游收费对运营商有利。
IMS可以感知用户的接入网位置,在话单中携带业务、归属地和拜访地标识,计费系统可以根据这些内容对业务漫游计费。
2.3 服务控制模型
在R5中支持拜访和归属服务控制两种模型,归属服务控制是指归属地网络为用户提供服务并控制业务流,此时控制网络与业务都在归属地;拜访服务控制是指拜访地网络为用户提供服务,此时控制网络在归属地,业务都在拜访地。归属服务控制使IMS终端无论在何时何地接入,均可获得拜访地的SIP代理地址,并通过拜访地代理转接到归属地IMS域,使用归属地的业务环境,从而获得与归属地一致的业务体验,即虚拟归属环境(Virtual Home Environment)。这种方式还可以使用户的数据包从拜访地直接路由到目的地,从而避免了分组域漫游时数据包都要路由回归属地3G网的路由迂回问题。
但是用户在拜访地可能会对当地的业务产生需求,比如紧急服务或当地的导游服务,对于上述两种情况协议规定了相应的解决办法:对于紧急服务,比如119报警电话,R7正在制定相应规范,此类呼叫将从拜访地的P-CSCF直接进入当地的报警中心,因此可以定位用户的位置,迅速作出处理;对于当地的特色业务,用户在归属运营商处定购此类业务,由归属地IMS到拜访地应用服务器触发此业务。
拜访服务控制机制要求两个运营商的业务管理平台增加接口,支持用户实时定购拜访地业务,需要扩展IETF协议,并且会增加注册与会话流程中的工作量。与归属服务控制相比,拜访服务控制过于复杂而且需求不明显,而且还造成了一些限制:它需要运营商间多重关系和漫游模型,会增加服务开展的难度,因为需要拜访网络和归属网络支持相似的服务,否则漫游用户的业务体验将变差;另外,运营商间的接口数目将增加,需要复杂的解决方案(例如安全和计费)。因此,在R6后续版本中放弃了普通业务的拜访服务控制,仅保留紧急呼叫的拜访控制机制。
2.4 支持多种计费方式
传统计费方式通常基于时间和流量计费,虽然能够满足语音和浏览因特网的计费需求,但是不能够适应分组域业务的计费需求。由于分组域业务具有多样性的特点,不同的业务有不同的计费需求,比如承载业务适合按照业务包月计费;即时消息适合按照事件计费,即按照每条消息计费;视频共享适合按照时间计费;定位业务适合按照业务计费。因此,IMS加强和改造了分组域计费架构,提供基于时间、流量、内容、事件和业务的多种计费方式。IMS还支持分组域的在线计费和后付费机制,解决了预付费用户不能使用分组域业务的问题。运营商可以为用户提供有针对性的多种计费方案,用户可以对不同的服务选择适合自己的计费方式。
目前,SP提供的分组域业务的计费采集点和话单都由应用服务器产生,由于运营商没有用户使用业务的信息,因此无法防止SP的计费欺诈行为。在IMS中,由于网络的多个计费点都可以针对业务、内容和事件采集计费信息,因此运营商可以掌握用户使用业务的详细情况,有效防止计费欺诈行为。
2.5 QoS保证
在R99中规定了WCDMA可以根据网络资源和用户定购信息,从无线接入网到核心网全程协商、分配、支持QoS,但是由于没有根据业务的需求分配资源,因此造成资源的浪费。比如用户签约信息是384kb/s带宽,但是使用的业务实际只需要较窄的带宽,在R99中仍然分配384kb/s带宽,这样会造成小区用户容量的下降和空口资源的浪费。IMS将业务与接入网关联,在用户使用业务时,根据业务的带宽、时延和优先级等需求控制,GGSN为每个业务单独分配接入链路,在保证QoS的同时,保证网络资源的合理分配。
2.6 差异化服务
IMS引入了策略控制功能,运营商可以制定本地的媒体和承载资源分配策略,通过授权控制IP接入网的资源。策略决策点(PDF)能确保按照SIP信令中的协商参数为媒体流激活承载,为业务保证其承载资源的QoS;根据用户定购信息和SP与运营商签署的服务协议提供QoS,为不同合作等级的SP提供差异化的服务,从而控制用户和SP转向有QoS保障的服务。
2.7 统一认证
在IMS中,用户可以拥有多个公共和私有标识。公共标识是为了不同的应用目的,比如E.164号码是为了便于与传统电话互通,SIP URI是为了与因特网用户互通;有的标识是为了商务应用,有的是为了家庭内使用。当用户使用同一公共标识,从不同的终端上接入时,私有用户标识是不同的。用户在注册一个公共标识时,系统可以自动发起注册用户的所有公共标识,因此可以做到一机多号和一号多机。
IMS架构提供了一个统一的业务接入授权认证入口,使得不同业务应用、不同号码可以共用相同的安全承载,避免了在开放式IP环境中运用户鉴权机制的重复建设,也使SP可以专注于应用业务的开发。
2.8 集中用户数据管理
IMS架构第一次实现了将个人用户的移动网和固定网、电路域和分组域用户数据的统一管理,与控制网和业务层有标准接口,不同应用签约数据在网络层次的集中化统一管理,并将业务数据维护点与用户接入及业务提供点相独立,降低了由用户数据分散冗余带来的建设及运维开销。
2.9 安全
IMS架构在网络安全方面有较全面和完善的规范定义,提供了与电路域和GPRS类似的9,并且提供了更多的安全选择。IMS安全中最重要的组成模块是ISIM,用户如果需要最高的安全性,需要将USIM换成ISIM,才能进行AKA 5元组鉴权。用户的IMS用户标识、密钥和算法等信息被存储在ISIM中,在用户注册时,系统将对用户的合法性进行鉴权,而信令都会被底层的IP安全技术—IPSec加密保护。
在IMS的初期,ISIM并不普及,用户和业务的安全需求并不十分明显,运营商可以选择实现成本和安全性都稍低的鉴权方式——基于用户名和密码的方式,采用MD5加密和HTTP Digest保护用户信息的安全性和完整性,传输层可以采用安全性比IPSec稍低的TLS加密机制。
IMS还可以保护没有信任关系的IMS域之间的安全性,允许隐藏网络的配置、容量、路由和网络拓扑结构,保护网络不受外部的干扰和攻击。
3、IMS的主要应用
目前,IMS的应用主要有以下几种类型:
(1)给移动用户提供多媒体业务。Cingular、T-Mobile、TIM、CSL、Eurotel等移动运营商均采用此应用模式。
(2)给企业用户提供融合的企业的应用。Sprint、Telefonica、SBC等运营商采用此方式为企业用户提供IP CENTREX业务。
(3)固定运营商给宽带用户提供VoIP业务。Bell South、KPN、Telefonica等固定运营商采用此模式为宽带用户提供VoIP的第二线业务。
(4)综合运营商为用户提供的固定和移动融合的IMS,目前比较热门的业务是Wi-Fi与移动网的业务切换。Cingualr(移动)和SBC(固定)计划近期向企业提供Wi-Fi VoIP与WCDMA电路域语音的切换,已经能够实现Wi-Fi到WCDMA的单向切换。BT和FT近期完成类似业务的测试,但是实现方案有所不同。
目前,IMS的应用情况具有如下特点:
◆移动运营商已经开始商用,固网运营商主要处于实验阶段。大部分运营商着手进行IMS实验,只有少部分运营商开始进行IMS商用。目前,商用和实验的IMS系统大部分集中于移动运营商。
◆移动运营商主要是在移动网络的基础上用IMS来提供PoC、视频共享等多媒体增值业务。
◆固定运营商对IMS的应用重点集中在给企业客户提供IP CENTREX和公众客户的VoIP第二线业务。
◆固定、移动综合运营商希望通过统一的IMS核心网接入固定和移动用户,对WCDMA与WLAN的语音切换业务十分关注。但目前IMS的融合应用还处于实验阶段,具体的应用模式还不是十分明朗。
4、IMS在固网应用中需要解决的若干问题
目前,国际标准组织在研究IMS应用于移动领域的同时正在积极推进基于IMS的网络融合技术的研究,即把固网也纳入到IMS的体系架构下。但从目前的研究进度来看,IMS应用于移动的标准已经成熟,但是基于IMS的网络融合的技术标准还处于发展阶段,将IMS引入固网还有很多问题尚未解决,且融合业务需求的详细要求还不十分明朗,表现在以下几方面。
4.1 软交换和IMS
软交换和IMS都作为下一代网络呼叫控制的体系架构,他们虽然都继承了下一代网络基于IP承载、呼叫控制与承载分离的思想,但是软交换和IMS技术还存在较大的差异。
软交换技术的主要优势是软交换技术已经成熟,软交换技术标准从98年开始出现已经经历了实验、商用等多个发展阶段,据统计,截止到2004年8月,全球范围内已经有多家电信运营商开展了软交换技术的实验,部署了250多个商用的软交换系统。软交换技术已经具备了替代电路交换机的能力,并具备一定的宽带多媒体业务能力。
IMS技术的主要优势是IMS体系架构可以支持移动性管理,并具有一定的QoS保障机制,因此IMS在宽带用户的漫游管理和QoS保障方面更具有优势。并且,IMS接入窄带用户提供PSTN仿真业务的能力还处于研究的初始阶段,支持iSDN业务、V5接入等传统PSTN接入方式还没有开始研究,因此IMS距离完全继承PSTN网络能力提供PSTN业务的目标还有较长的距离。
总体来说,软交换网络体系基于主从控制的特点,使得其与具体的接入手段关系密切,而IMS体系由于终端与核心侧采用基于IP承载的SIP协议通信,IP技术与承载媒体无关的特性,使得IMS体系可支持各类接入方式。IMS体系虽然最早在移动网提出,但是其核心侧与接入无关的特性使得IMS的应用范围逐步扩大到固定领域,近期软交换网络以解决窄带用户接入为主,宽带用户以企业用户接入为辅,未来随着宽带和融合类业务需求的强烈,再引入IMS网络统一解决固定和移动的宽带接入。
4.2 用户接入问题
IMS并没有实现完全的与接入的无关性,由于有线与无线接入方式的不同而导致传输带宽的不同,无线接入方式由于带宽资源有限,所以要求P-CSCF支持SIP的压缩,而对于有线接入方式则没有这种要求。因此不同接入方式对于IMS的功能实体的要求有所差异。
基于IMS的网络融合考虑了业务层的融合,并没有解决QoS和位置管理等接入网的问题,因此,TIPSAN和ITU-T都定义了网络附着子系统(NASS)和资源控制子系统(RACS)来解决接入网的问题。
接入层是指为用户提供接入的网络层面,它比传统接入网的概念更宽,延伸更广。接入层的融合可以丰富用户获取业务的途径、实现随时随地的业务接入,并获得无间断的高质量的业务体验。为了达到这种业务提供能力,NGN标准组织定义了NASS(网络附着子系统),通过NASS完成对用户附着于接入网络的管理,包括用户验证和网络地址分配、位置管理。NASS的主要功能包括:
◆IP地址分配和用户设备(UE)的相关数据配置;
◆用户接入网络时的验证;
◆基于用户清单的用户接入网络授权;
◆基于用户清单的接入网络配置;
◆位置管理。
需要指出的是,NASS目前只研究了WLAN和ADSL的接入,NASS对用户漫游的支持还不完善,NASS对CPE的配置接口有待进一步定义。
固网运营商已经部署了大量的固定宽带接入网络(ADSL接入)。现有的ADSL网络只是实现了简单的用户的鉴权认证和地址分配,NASS所要求的其它基本功能,如位置管理、基于用户清单的接入网络配置和授权、业务子系统的发现等等都还没有实现。从NASS与NGN其它功能实体之间的关系来看,目前的ADSL接入网络还没有实现与业务系统、与资源控制系统之间的相互关联。总体来看,现有ADSL接入网络离NGN对接入网的要求还有相当大的距离。
4.3 SIP协议的问题
IMS网络中采用了SIP协议,但3GPP对IETF定义的SIP协议做了扩展。例如,由于无线传输资源的带宽有限,要求支持SIP消息的压缩;由于无线接入的引入使呼叫建立时间增加,要求SIP的基础定时器由500ms改成2s。如果IMS同时支持固定和移动用户,需要支持固定和移动不同能力级的SIP协议,并且要求IMS网络能够识别终端的接入方式,根据不同的接入方式选用不同的协议参数。
总之,IMS是目前国际认可的NGN体系架构的子系统之一,我们将密切关注其应用和发展。基于固定的TISPAN IMS标准还不成熟;现阶段IMS的应用并不具备QoS控制机制。IMS系统应用规模比较小,偏重于对业务的提供,对可运营可管理的因素考虑较少。随着其应用逐渐广泛,将不断趋于完善。







