基于esi的ngn核心結(jié)構(gòu)

基于esi的ngn核心結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)融合的目的是在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)上交換各種信息。本文中的網(wǎng)絡(luò)融合指固定網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)的融合（fixed-mobileconvergence）。網(wǎng)絡(luò)融合是通信市場的發(fā)展趨勢，這首先表現(xiàn)為終端用戶對(duì)業(yè)務(wù)使用的方便性、個(gè)性化、多樣化、通用移動(dòng)性及有線與無線無縫融合通信方式的迫切要求；其次，網(wǎng)絡(luò)融合可以使運(yùn)營商提供更有競爭力的業(yè)務(wù)，產(chǎn)生新的收入增長點(diǎn)；最后，基于統(tǒng)一的核心網(wǎng)為固定和移動(dòng)用戶提供業(yè)務(wù)，使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單清晰，管理維護(hù)統(tǒng)一便捷，將大大降低網(wǎng)絡(luò)投資成本和運(yùn)營成本。網(wǎng)絡(luò)融合是下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）的重要特征之一。3GPP最先提出的IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）具有采用會(huì)話初始協(xié)議（SIP）進(jìn)行呼叫控制、與接入無關(guān)和能夠靈活提供多種業(yè)務(wù)等優(yōu)點(diǎn)，近來受到業(yè)內(nèi)廣泛的關(guān)注和青睞。目前基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合已成為NGN體系架構(gòu)的研究重點(diǎn)。本文首先介紹3GPPIMS的體系結(jié)構(gòu)，然后分析基于IMS實(shí)現(xiàn)固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合的可行性，并提出融合網(wǎng)絡(luò)的參考架構(gòu)。一、ims體系結(jié)構(gòu)為了在IP平臺(tái)上支持豐富的移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)，3GPP在R5版本中引入了IMS。IMS基于SIP協(xié)議，疊加在分組交換（PS）域上。圖1是IMS體系結(jié)構(gòu)的示意圖。圖中粗實(shí)線是用戶平面數(shù)據(jù)通道，細(xì)虛線是信令傳輸通道，可見其體系架構(gòu)采用的是控制與承載相分離的方式。IMS主要作為信令處理子系統(tǒng)，用戶平面的多媒體數(shù)據(jù)由PS域的GPRS支持節(jié)點(diǎn)（GSN）通道承載。下面按照IMS的主要功能介紹相關(guān)功能實(shí)體1．p-cscf功能呼叫會(huì)話控制功能（CSCF）是IMS的核心功能實(shí)體，其主要功能是實(shí)現(xiàn)IMS域的呼叫和會(huì)話控制。IMS定義了三種CSCF:·代理CSCF(P-CSCF）：位于訪問網(wǎng)絡(luò)中，是SIP用戶接入IMS的入口點(diǎn)。主要功能：受理SIP用戶接入，SIP消息的轉(zhuǎn)發(fā)、完整性保護(hù)和壓縮處理。P-CSCF中的策略判決功能（PDF）模塊負(fù)責(zé)對(duì)多媒體業(yè)務(wù)的QoS要求進(jìn)行策略判決。P-CSCF也可用來提供緊急業(yè)務(wù)的本地控制?！げ樵僀SCF(I-CSCF）：位于歸屬網(wǎng)絡(luò)中，是SIP消息進(jìn)入歸屬IMS網(wǎng)絡(luò)的入口點(diǎn)。主要功能：查詢歸屬用戶服務(wù)器（HSS）來為用戶選擇服務(wù)CSCF(S-CSCF），并將SIP消息發(fā)到該S-CSCF；作為外部網(wǎng)絡(luò)到IMS歸屬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)，支持防火墻功能，并具有隱藏歸屬網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞墓δ?，從而允許各運(yùn)營商獨(dú)立安全地配置IMS網(wǎng)絡(luò)?！-CSCF：位于歸屬網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)需要可設(shè)置多個(gè)。主要功能：接受用戶注冊，從HSS下載并臨時(shí)存儲(chǔ)用戶相關(guān)數(shù)據(jù)；重定向路由，進(jìn)行呼叫會(huì)話控制；觸發(fā)用戶簽約業(yè)務(wù)，協(xié)同業(yè)務(wù)平臺(tái)進(jìn)行業(yè)務(wù)支持等。2hss的獲取·HSS：存儲(chǔ)用戶簽約信息和位置信息的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，由歸屬位置寄存器（HLR）演變而成?！ず灱s位置功能（SLF）:IMS網(wǎng)絡(luò)中可能有多個(gè)HSS，在SIP注冊或會(huì)話建立過程中，CSCF可通過查詢SLF來找到存儲(chǔ)相應(yīng)用戶信息的HSS。SLF在單一的HSS環(huán)境中并不需要。·三種業(yè)務(wù)提供相關(guān)的功能實(shí)體：分別是SIP應(yīng)用服務(wù)器（SIPAS）、IP多媒體業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換功能（IM-SSF）和開放業(yè)務(wù)接入業(yè)務(wù)能力服務(wù)器（OSA-SCS），分別用來支持運(yùn)營商IMS網(wǎng)絡(luò)直接提供的SIP業(yè)務(wù)、CAMEL業(yè)務(wù)環(huán)境（CSE）提供的傳統(tǒng)移動(dòng)智能網(wǎng)業(yè)務(wù)和第三方提供的業(yè)務(wù)。3媒體資源處理·媒體資源功能控制部分（MR-FC）：根據(jù)CSCF的要求，通過H.248協(xié)議控制媒體資源功能處理部分（MRFP）完成相應(yīng)的媒體資源處理?！RFP：根據(jù)MRFC的控制提供相關(guān)服務(wù)，包括多方會(huì)議、語音提示、鈴聲、語音識(shí)別、語音合成等。4．電話接種及電話互通·IMS媒體網(wǎng)關(guān)（IMS-MGW）：負(fù)責(zé)IMS與PSTN/CS域之間的媒體流互通，即IP媒體流與脈沖編碼調(diào)制（PCM）媒體流之間的編解碼轉(zhuǎn)換；并在媒體網(wǎng)關(guān)控制功能（MGCF）的控制下完成呼叫的接續(xù)。·MGCF：采用H.248協(xié)議控制MGW進(jìn)行呼叫會(huì)話接續(xù)；與CSCF通信；提供應(yīng)用層上的信令轉(zhuǎn)換，即SIP信令和ISDN用戶部分（ISUP）信令之間的轉(zhuǎn)換?！ば帕罹W(wǎng)關(guān)（SGW）：提供傳輸層上的信令轉(zhuǎn)換，即基于IP承載的信令和七號(hào)信令之間的轉(zhuǎn)換?！み吔缇W(wǎng)關(guān)控制功能（BGCF）：是IMS域與外部網(wǎng)絡(luò)的分界點(diǎn)，它選擇在何處與PSTN/CS域互聯(lián)?！ぴ贗MS中，CSCF與HSS的Cx接口采用3GPP專門定義的IP網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議，MGCF與MG之間、MRFC與MRFP之間為H.248協(xié)議，信令網(wǎng)關(guān)（SG）的相關(guān)接口為Sigtran協(xié)議，其余接口均采用SIP協(xié)議。二、ims網(wǎng)絡(luò)融合的必要性NGN是一個(gè)業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的開放融合的網(wǎng)絡(luò)。IMS體系結(jié)構(gòu)的諸多特點(diǎn)正好符合NGN的需求，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：·采用分層開放結(jié)構(gòu)。IMS進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)了軟交換結(jié)構(gòu)中業(yè)務(wù)與控制分離、控制與承載分離的思想，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加清晰合理；層間采用標(biāo)準(zhǔn)化的開放接口，有利于新業(yè)務(wù)的快速生成和應(yīng)用?！そy(tǒng)一采用SIP協(xié)議進(jìn)行控制。SIP簡潔高效、可擴(kuò)展性和適用性好，使得IMS能夠靈活便捷地支持廣泛的IP多媒體業(yè)務(wù)，并且SIP可與現(xiàn)有固定IP數(shù)據(jù)網(wǎng)平滑對(duì)接。·經(jīng)過進(jìn)一步完善可以具有與接入無關(guān)的特點(diǎn)，理論上可以實(shí)現(xiàn)不論用戶使用什么設(shè)備、在何地接入IMS網(wǎng)絡(luò)，都可以使用歸屬地的業(yè)務(wù)。·支持移動(dòng)性。由于IMS最初是3GPP為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)定義的，所以充分考慮了對(duì)用戶終端的漫游支持?！こ浞挚紤]了運(yùn)營商實(shí)際運(yùn)營的需要，在網(wǎng)絡(luò)框架、QoS、安全、計(jì)費(fèi)以及和其他網(wǎng)絡(luò)的互通方面都制定了相關(guān)規(guī)范。IMS的上述特點(diǎn)為同時(shí)支持固定和移動(dòng)接入提供了技術(shù)基礎(chǔ)，使得網(wǎng)絡(luò)融合成為可能。目前3GPP、ETSI和I-TU-T都已經(jīng)確定將IMS作為NGN核心網(wǎng)基于SIP會(huì)話的子系統(tǒng)的基本架構(gòu)，一致認(rèn)為基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合是NGN發(fā)展的方向?，F(xiàn)階段IMS支持2G和3G的移動(dòng)接入方式，還不能支持固定接入方式。ITU-TFGNGN和ETSITISPAN工作組都希望通過修改和擴(kuò)充3GPPIMS的相關(guān)規(guī)范來滿足NGN的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)要求，基于IMS實(shí)現(xiàn)下一代融合網(wǎng)絡(luò)。從目前各標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)于IMS的研究來看，基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)基本上還處于功能需求的前期研究階段，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定上還有很多工作要做。三、基于ims的網(wǎng)絡(luò)融合NGN分層架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)融合可以發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)的不同層面上，包括業(yè)務(wù)層上的融合、會(huì)話控制層上的融合以及接入層與傳輸層上的融合?；贗MS的網(wǎng)絡(luò)融合主要是指核心網(wǎng)會(huì)話控制層和業(yè)務(wù)層上的融合，目的是使IMS成為基于SIP的通用平臺(tái)，同時(shí)為固定和移動(dòng)用戶提供豐富的業(yè)務(wù)?；贗MS實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合的參考架構(gòu)如圖2所示。1非sip寬帶終端接入層支持各種無線和有線終端的接入。各種固定和移動(dòng)SIP寬帶終端均可通過IP接入網(wǎng)（支持UMTS、cdma2000、WLAN、xDSL等）直接接入IMS核心網(wǎng)，而其他非SIP寬帶終端（如H.323終端）則必須先通過終端適配接口（TAI）完成H.323與SIP協(xié)議的轉(zhuǎn)換后才能接入。各種寬帶IP終端通過MGCF、MGW和SGW等功能實(shí)體實(shí)現(xiàn)與PSTN/PLMNCS域的普通窄帶終端的互通。2ipv6對(duì)固定網(wǎng)絡(luò)的支持傳輸層基于一個(gè)統(tǒng)一的分組核心網(wǎng)為業(yè)務(wù)媒體流和控制信息流提供端到端的傳送。由于3GPP要求IMS網(wǎng)絡(luò)和終端支持IPv6協(xié)議，而目前的固定網(wǎng)絡(luò)及終端都沒有這方面的要求，所以為實(shí)現(xiàn)傳輸層的融合應(yīng)放寬該要求，可以使用IPv4并考慮對(duì)于網(wǎng)絡(luò)地址端口轉(zhuǎn)換（NAPT）的支持。NAPT可以解決IPv4地址缺乏的問題，它提供了一種可以隱藏終端地址并進(jìn)行IP地址翻譯的機(jī)制，使得終端可以采用私有IP地址與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信3會(huì)話控制相關(guān)機(jī)制會(huì)話控制層的主要功能包括用戶注冊，建立、維持和終止應(yīng)用級(jí)端到端會(huì)話，協(xié)商多媒體會(huì)話的需求和設(shè)置，修改當(dāng)前會(huì)話的媒體資源等。統(tǒng)一會(huì)話控制是網(wǎng)絡(luò)融合的核心。為更好地實(shí)現(xiàn)會(huì)話控制層的融合，需考慮以下三點(diǎn)：(1)SIP協(xié)議差異的協(xié)調(diào)3GPPIMS呼叫控制使用的SIP來自IETF的SIP協(xié)議，但針對(duì)移動(dòng)接入的特點(diǎn)進(jìn)行了部分增強(qiáng)和舍棄，主要體現(xiàn)在登記、鑒權(quán)和會(huì)話策略等方面，為了實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的會(huì)話控制需要協(xié)調(diào)這些差別。例如3GPPIMS增加了認(rèn)證和密鑰協(xié)商（AKA）鑒權(quán)流程，以便符合移動(dòng)網(wǎng)的鑒權(quán)機(jī)制。該機(jī)制要求終端具有通用集成電路卡（UICC），而目前其他方式接入的終端無法滿足該條件。解決辦法是允許固定終端通過其他方式（如軟件方式）進(jìn)行接入鑒權(quán)。另外，由于無線空中接口資源十分有限，3GPPIMS增加了SIP壓縮（SipComp）要求，以節(jié)省無線資源。對(duì)于固定接入，帶寬資源很充足，所以沒有必要壓縮SIP消息。(2）多媒體會(huì)話的資源預(yù)留由于IMS最初是為移動(dòng)用戶設(shè)計(jì)的，所以3GPP規(guī)定移動(dòng)終端可通過分組數(shù)據(jù)協(xié)議（PDP）語境激活來預(yù)留傳輸網(wǎng)絡(luò)資源。PDP語境是與在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)分組域上傳輸數(shù)據(jù)相關(guān)的一系列配置和使用設(shè)置。移動(dòng)終端在應(yīng)用級(jí)注冊之前可以激活一個(gè)PDP語境來獲得傳輸所需的資源，之后，如果想重新協(xié)商QoS配置，可以再次激活新的PDP語境。而固定網(wǎng)絡(luò)卻沒有制定終端用戶（例如xDSL終端）預(yù)留資源的機(jī)制，所以需要擴(kuò)展P-CSCF以及Gq接口以支持網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起資源預(yù)留請求。(3）地址互通CSCF通過域名服務(wù)器（DNS）來確定下一跳的IP地址，完成路由的功能。網(wǎng)絡(luò)融合提出了“單一號(hào)碼接入”和各種網(wǎng)絡(luò)“地址互通”的要求，DNS應(yīng)支持電子號(hào)碼（ENUM）機(jī)制，以完成E.164號(hào)碼和SIP統(tǒng)一資源標(biāo)識(shí)（URI）之間的相互轉(zhuǎn)譯和路由功能。4業(yè)務(wù)層的融合應(yīng)用層由各種應(yīng)用服務(wù)器組成，提供最終用戶的業(yè)務(wù)邏輯。IMS業(yè)務(wù)功能結(jié)構(gòu)比較合理完善，目前支持三種業(yè)務(wù)提供方式：傳統(tǒng)智能網(wǎng)業(yè)務(wù)、SIP應(yīng)用業(yè)務(wù)以及第三方應(yīng)用業(yè)務(wù)。這種分布式業(yè)務(wù)提供方式既考慮到融合網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)的提供，也考慮到傳統(tǒng)智能網(wǎng)業(yè)務(wù)的提供；既允許由運(yùn)營商自身提供增值業(yè)務(wù)，也支持開放業(yè)務(wù)接入（OSA），允許第三方通過標(biāo)準(zhǔn)開放的應(yīng)用編程接口（API）提供增值業(yè)務(wù)。為更好地實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層的融合，還需考慮以下三點(diǎn)：·統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)庫。目前，固定寬帶網(wǎng)絡(luò)的用戶簽約信息位于SIP注冊服務(wù)器，IMS中用戶簽約信息和位置信息位于HSS。這兩種數(shù)據(jù)庫應(yīng)該合并成一個(gè)固定業(yè)務(wù)和移動(dòng)業(yè)務(wù)通用的公共用戶數(shù)據(jù)庫，其用戶的簽約信息和位置信息為各種業(yè)務(wù)所共享。這樣不管用戶采用何種接入技術(shù)，IMS都可以應(yīng)用HSS中的用戶簽約信息對(duì)用戶進(jìn)行鑒權(quán)、認(rèn)證和計(jì)費(fèi)（AAA），簡化了業(yè)務(wù)提供，也便于提供個(gè)性化服務(wù)?！ぴ鰪?qiáng)業(yè)務(wù)的交互協(xié)調(diào)能力。由于固定接入網(wǎng)和無線接入網(wǎng)具有不同的特點(diǎn)，有些業(yè)務(wù)主要是針對(duì)固定用戶或移動(dòng)用戶設(shè)計(jì)的，例如主要是為固網(wǎng)用戶推出的寬帶視頻會(huì)議（NetMeeting）業(yè)務(wù)和主要是為移動(dòng)用戶提供的文本短信息業(yè)務(wù)等。在網(wǎng)絡(luò)融合背景下，應(yīng)該消除這些區(qū)分。運(yùn)營商應(yīng)根據(jù)用戶的位置和使用的終端智能化地提供合適的業(yè)務(wù)。這就需要不同業(yè)務(wù)之間具有很強(qiáng)的交互協(xié)調(diào)能力。SIP是未來多媒體應(yīng)用的最佳載體，所以這種業(yè)務(wù)交互能力自然也應(yīng)該使用SIP來實(shí)現(xiàn)。四、基于ims的網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)的應(yīng)用前景和研究方向網(wǎng)絡(luò)融合是通信發(fā)展的趨勢，3GPP提出的IMS憑借多種優(yōu)勢得到了ETSI、ITU-T等標(biāo)準(zhǔn)化組織的關(guān)注，被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)移動(dòng)和固定網(wǎng)絡(luò)融