IMS、软交换、NGN三者关系与网络演进（转）

 

两年前业界在谈论NGN的时候，不同的人说的NGN差别很大，以至于有人提出了狭义的NGN和广义的NGN概念，以示区别。现在，随着IMS概念在国内的引入，谈论IMS的人也多起来了，难免出现当初NGN概念刚推出时的情形。因此，本文企图从什么是IMS和提出的背景开始，结合我们熟悉的软交换和NGN概念，来解读这三者之间的关系，以便对IMS的作用有一个更好的认识。 一、什么是IMS 　　1、3GPP IMS和3GPP2 MMD 　　MS是IP Multimedia Subsystem的英文缩写，最初出现于3GPP研究的R5版本3G系统中。了解3GPP 3G移动系统的人知道，随着技术、业务和时间上的不断推进，3G的规范分为R’99、R4、R5、R6等版本。从3G移动系统的核心网角度来看，R’99版本同2.5G相比，其网络架构是一致的，均存在一个电路域和一个分组域。也就是说，从2.5G到3G的R’99，主要是在提供的业务上有所变化，而在网络架构上没有什么变化。 　　但是，到了R4版本，网络架构有了较大的变化。其电路域的核心网不再基于TDM的电路交换方式，而是基于分组域相同的IP骨干网；同时，引入了MSC服务器和媒体网关来替代传统的MSC，以便在R4版本的网络中提供语音业务。所以，R’99到R4是网络架构上的变化，但在提供的业务上是没有区别，引入的MSC服务器也只是为了语音业务而设计。 　　自从以GPRS为代表的分组域概念推出后，出现了多种移动数据业务，也不乏有成功者，而在前几个版本中，对数据业务和应用的提供没有定义统一的网络架构，因此，到了R5版本，为了解决如何为移动数据用户提供IP多媒体业务，提出了IMS的概念。也就是说，IMS是为了IP多媒体业务所提出，因此，从理论上来说，R4到R5主要是在提供的业务上，而不是在网络架构上的变化。 　　随着时间的进一步推移,以及无线和终端全IP化的出现，R4网络中的MSC服务器架构将逐步退出，取而代之是IMS网络的扩大和扩张。这就是R6、R7版本中研究的内容，将对IMS的内容进一步完善和改进。 　　图一是3GPP IMS的网络架构图。由图可见，如同常见的NGN网络分层一样，自底向上也分成传送与接入层、控制层、以及数据与应用层三层。如前所述，3GPP IMS主要是为移动多媒体用户设计的，因此，在这个架构中的传送与接入层只考虑了无线接入，即图中所示的RAN、SGSN、GGSN和 IP网络组成的接入与传送网络。PDF和PEF在接入和控制之间完成策略服务的功能。控制层的核心是呼叫会话控制功能(CSCF)实体，并结合移动网络的特点和在网络中所从事功能的不同，CSCF进一步分为P-CSCF、I-CSCF 和S-CSCF三种，使CSCF在网络中所扮演的角色和功能得到了详细的分解。这样的划分，有利于做到独立于接入的控制和移动性管理等。 　　在这个架构中，同时考虑了与各种网络的业务互通。对于传统的电路网，如PSTN和PLMN，它是通过IMS MGW、SGW、MGCF、BGCF等功能实体来完成的，而对于分组数据网，则是通过BG和IMS GW完成，以提供穿越和应用网关的功能。MRF则是媒体资源功能，为会话提供必要的媒体资源、如会议桥、录音通知等。 　　在数据与应用层，延续了移动网络中用户集中数据库概念，引入了HSS。在HSS中除了原来HLR/AuC功能外，还存储业务相关的数据，如用户的业务签约信息等。除了HSS，提供业务的应用服务器AS，在这一层是另一主角，包括基于SIP的AS、传统的智能网业务提供平台SSF/SCF及第三方的AS。除此以外，SLF是用户签约地的定位功能实体，CHF是计费信息收集功能实体。 　　很显然，3GPP IMS是一个基于SIP的全分布式网络架构，便于实现和灵活部署，同时做到与接入无关，支持控制与业务分离，提供普遍（generalized）移动性和用户（数据）的集中管理，具有良好的安全性,非常有利于固定和移动融合。目前，3GPP对IMS的定义已基本完善，涉及了业务、框架、实体、接口、协议等多个方面。 　　针对IP多媒体业务，移动通信领域的另一个标准化组织3GPP2，也提出了类似的系统概念，只不过取的名字不一样而已，它叫MMD(Multimedia Domain)，以示区别。3GPP2提出MMD的出发点和网络架构，基本上和3GPP是一样的，因此，在这里就不再重复了。 2、TISPAN IMS 　　大家知道，ETSI在1997年成立了一个TIPHON研究项目，专门研究互联网上分组语音与传统网络互通的技术协调。随着NGN概念和要求的逐步清晰，使得原先TIPHON的研究内容显得越来越狭窄和不适应形势发展，再加上如前所述3GPP IMS具有的诸多优势，迫使ETSI做出调整，最后决定采纳3GPP的IMS概念，并重组ETSI的研究组织，成立了TISPAN技术项目组专门研究NGN。可能也正是因为　　　TISPAN采纳了IMS概念，所以IMS才被业界引起广泛的关注。 　　TISPAN的英文全称是Telecommunication and Internet converged Services and Protocols for Advanced Networking。她是在原来TIPHON项目和ETSI内的两个技术工作组SPS (Services, Protocols & Switching) 和NA (Network Aspects)的基础上发展起来的，下设8个工作组，分别研究NGN的业务、网络架构、协议、编号与路由、QoS、安全、测试和网络管理等方面。 　　TISPAN注意到了上述3GPP IMS的诸多优点，同时也注意到了3GPP IMS只考虑了移动网络方面的要求,而没有考虑固定网络的要求。所以，对于把NGN定位于将来多种业务、多种网络的一个统一网络架构来说，3GPP IMS是不能完全满足要求的，还必须要增加与固定网络相关的内容，如简单的SIP终端、MGCP终端、QoS控制的固定宽带接入、PSTN/ISDN 业务仿真(PES)、网络边界功能等等。为此,TISPAN在3GPP IMS基础上,增强了额外的功能块，如NASS,RACF,PES等，但对IMS已有的功能块只做增强,从而使整个IMS网络概念保持不变。 　　图二是ETSI TISPAN的NGN网络架构图。由图可见，它的总体架构完全采纳了3GPP IMS的架构，主要的差别在于控制层和传送与接入层。在控制层引入了控制子系统的概念，以适应业务多样化的需要，如目前定义的Core IMS控制子系统、PES控制子系统、以及将来的流媒体控制子系统等等。这样，运营商可以根据其业务发展的实际需要，在整个发展过程中，一旦网络建设好了，只要配置相应的控制子系统和应用服务器即可，不会对其网络架构有所改变。在传送与接入层，引入了网络边界功能的概念，主要是为了适应多运营商网络的需要，它们是由图中的A-BGF、E-BGF、I-BGF、IBCF、IWF等功能实体来完成；除此以外，A-MGF是针对固定窄带接入提供的媒体网关功能实体，而NASS和RACF是针对固定宽带接入提供的有关网络配置、QoS服务质量和接入控制相关的功能实体，是对3GPP IMS在这方面的一个很大的增强。 　　现在我们已清楚TISPAN是一个基于3GPP IMS概念发展起来的网络架构，它能支持的网络和业务要远远多于3GPP IMS中的考虑。那么，什么是TISPAN的IMS呢？我们把图二中控制层上除了Core IMS以外的控制子系统全部移掉，然后把Core IMS按图一中在控制层上的功能实体展开，再把传送与接入层上仅同固定接入有关的，如A-MGF等移掉，并把A-BGF、E-BGF、I-BGF理解为固定移动通用的边界网关功能实体，你会发现变化后的图二就是3GPP的IMS。TISPAN在定义它的IMS时就是这样的，因此，IMS只是TISPAN网络支持的一个业务架构实例。采取同样的手法，我们可以画出TISPAN支持PES的业务实例，当然也可以画出支持多个业务时的实例。由于篇幅原因，在这里就不一一叙述了。 二、什么是软交换 　　经过近年来的具体实践，国内对软交换已经比较了解。一种较为通俗的说法是，软交换概念就是把原来程控交换机的手脚、身子和脑袋分开，手脚变成了媒体网关、身子变成了IP网络、而脑袋变成了软交换。由于软交换概念提出时，赋予了NGN的历史使命，因此，理论上讲，软交换不应仅仅只做原来程控交换机的那些事情，即支持语音业务，还要支持宽带多媒体、移动等业务。所以，就有了如图三所示的软交换网络架构。 　　由图可见，从网络分层看同3GPP IMS和TISPAN是一致的，但是，在网络架构上看，要比前述的两者均要简单明了得多，原因是软交换更加注重物理上的实现，网络中就软交换一个脑袋，所有的控制功能、不管话音还是多媒体，都由这一个脑袋来处理，基本上延续了传统PSTN组网的概念，避免了如果在控制层引入新的网元类型而带来的协议互通要求。现在，我们可以做这样一件工作，把TISPAN网络架构中定义的功能实体，适当地映射到软交换网络架构的物理实体上，如A-MGF映射到AG，T-MGF映射到TG，SGF映射到SG，A-BGF映射到ABN等等，再把剩下的实体统统映射到软交换。你会发现，软交换网络是TISPAN网络架构的一种很好的物理实现，避免了将控制层内部细节的展开，从而赢得了快速推向市场的时间。 　　因此，从这个意义上讲，软交换是在NGN初级阶段，比较便于物理实施的一个方案，它对现有的运营商网络的管理体制影响不是很大，因此得到国内广大运营商的青睐。 三、IMS、软交换和NGN三者关系 　　通过前面的分析比较，了解了什么是IMS，什么是软交换。在给出它们与NGN之间关系前，来回顾一下ITU-T对NGN下的定义，即“NGN是基于分组的网络，能够提供电信业务；利用多种宽带能力和QoS保证的传送技术；其业务相关功能与其传送技术相独立。NGN使用户可以自由接入到不同的业务提供商；NGN支持通用移动性”。 　　因此，NGN是一种业务驱动型网络。业务和呼叫控制完全分离、呼叫控制和承载完全分离，使业务独立于网络。具有一个开放式业务架构，集话音、数据、传真和视频业务于一体的全新的网络。 　　很显然，不管是3GPP IMS、还是TISPAN IMS，不能说它们就是NGN，而只能算是NGN的一部分。3GPP IMS考虑的是为移动IP用户提供IP多媒体业务，而TISPAN IMS则是在更加广泛的意义上为宽带IP用户，包括固定和移动，提供IP多媒体业务。按ITU-T对NGN的定义，只包括一部分。所以，3GPP IMS，3GPP2 MMD，TISPAN IMS均是NGN的一个特例(Instance)。 　　由于IMS网络概念本身是目前NGN所能采纳的比较好的一个网络架构，因此，TISPAN 采纳了IMS概念的一个比较好的NGN网络架构，以更加适合网络的发展，并在近期将成为NGN的目标网络架构。TISPAN更加注重功能实体上的描述,并不关心物理上的具体实现，而软交换则更加注重物理的具体实现。因此，以软交换为基础的NGN网络是TISPAN NGN网络的具体物理实现之一。 　　值得提出的是，以软交换方式建设的NGN要融入到以TISPAN架构的NGN网络中，必须注意在制定软交换网络相关的规范时，要与TISPAN架构保持一致性。这就要求我们关注TISPAN的进展情况，有条件的话积极参与，用中国软交换网络的要求去影响TISPAN。另外，特别建议，在谈论IMS时，为了避免误会，最好在IMS之前加一个定语，即3GPP IMS、还是TISPAN IMS，或者是别的。 四、网络演进 　　由于NGN网络技术在不断的演进，所以在考虑网络演进时，既要考虑现有传统网络如何演进到NGN，还要考虑以软交换或MSC服务器部署NGN后如何演进的问题。 　　在固定网络PSTN的演进方面，业界的观点比较一致，即采用叠加的方式，建设基于软交换的NGN网络。首先满足C4长途业务，以及在有业务需求的地方，为宽带接入用户提供C5业务；其次，随着宽带用户群逐步扩大，会出现用户从PSTN到NGN网络的一个迁移过程。当大量传统PSTN上的用户迁移到NGN后，接下来就轮到市话端局的迁移，即将剩下的PSTN窄带用户，通过能支持V5或RSU的中继媒体网关接入到NGN。 　　在移动网络PLMN的演进方面，首先也在C4长途网上，采用叠加网方式引入软交换网络，以消除移动长途网上业务量的压力；其次，随着3G牌照的发放，3G R’99和R4的网络可能会同时上，因此在移动网上会出现一个R’99和R4融合的网络，这时就要求MSC服务器既能支持R4网络、又要能支持R’99网络、甚至2G和2.5G的移动网络。 　　以软交换为基础建设的固定NGN和以MSC服务器为基础建设的移动NGN，将在一定程度相互独立。一直要到全业务运营商的局面在国内通信行业形成，运营商需要统一的网络来同时支持更加宽带的移动和固定用户时，在原先固定NGN中部署的软交换和在移动网中部署的MSC服务器上，通过软件升级成具有CSCF功能的软交换或MSC服务器，再加上为3G R5、R6网络用户和固定宽带新用户专门新部署的控制子系统，最终形成一个目标NGN网络。 　　由此可见，网络演进的目标是，要能使一个运营商内部的网络数量越来越少，而不是网络数量越来越多。因此，现在部署的软交换网络，只要其软交换规范是遵循IMS网络概念的，那么，它与将来的与IMS网络概念定义的NGN目标网络就可以演进的，而不是两个网络间的互通。当然，如果是对另一运营商的3GPP IMS的网络而言，那肯定是一个互通关系。 五、结论 　　NGN网络技术像其他通信技术一样，随着时间的推移，本身也在不断进步，今天认为很好的技术，很快会被更好的所更新。要感谢NGN网络分层和开放的体系架构，以及较为通用的计算软硬件平台，使得软交换也可以采纳IMS网络概念，它同TISPAN网络功能架构之间也可以相互映射，从而使运营商在兼顾技术发展的同时，抓住稍纵即逝的市场机会。 　　软交换更偏重物理实现，主要面向PSTN仿真，依赖PSTN业务环境；TISPAN NGN基于IMS网络概念，更偏重逻辑功能的定义。软交换可以看作是TISPAN NGN的一种具体实现形式。因此，TISPAN可以用于指导软交换的实现，特别是我国的NGN体系和规范可以以TISPAN作为基础和目标，适当修订国内软交换规范，并积极参与TISPAN和FGNGN的规范制定和完善工作，以反映中国的特殊需求。