1、傳統軟交換網絡向IMS的演進淺談 范喜亮王芙蓉王非 2007/06/01 目前，國內外針對下一代網絡(NGN)的研究已經向業務需求、體系架構、IPQoS、控制和信令要求、網絡功能和網絡安全等方面滲透。在體系架構上，IMS成為業界討論的焦點，通信設備制造商、電信運營商對IMS表現出極大的熱情，很多標準組織將IMS架構作為下一代網絡融合的核心，IMS的各種相關協議也在不斷制定完善。 1、軟交換 軟交換是電路交換網向分組網演進的核心設備，提供現有電路交換所能提供的所有業務以及多樣化的第三方業務。但其發展過程中并沒有一個嚴謹的定義和體系架構標準，在用戶漫游管理、路由計劃、多媒體業務的體系架構支持、業務

2、管理、業務觸發等方面存在不足，相比之下，IMS體系架構可以進一步推動網絡向IP化、移動性、多媒體化和個性化方向發展。 圖1軟交換功能結構示意圖 2、IMS IMS是3GPP R5提出的提供IP多媒體業務的子系統，圖2為體系結構。 圖2IMS體系結構示意圖 一般IMS分為三層，應用層支持各類應用服務器，負責為用戶提供增值業務和第三方業務。會話及呼叫控制層負責管理呼叫或會話設置，其中呼叫會話控制模塊CSCF完成呼叫網關功能、呼叫業務觸發功能和路由選擇功能，將SIP信令消息正確地轉發到應用服務器。歸屬用戶服務器HSS用于維護每個終端用戶獨有的業務屬性，包括IP地址、漫游信息、好友列表、呼叫業務定制信

3、息及語音郵件設置等。HSS是全網可用資源。媒體資源功能MRF包括MRFP和MRFC，負責提供及控制媒體流資源，如播放通知音、媒體流的混合、編解碼等。媒體網關控制MGCF負責PSTN承載與IP流之間的連接，根據被叫號碼和來話情況選擇CSCF，并完成PSTN與IMS之間的呼叫控制協議轉換，如將從CSCF接收到的SIP消息轉換為MEGACO或ISUP消息，并通過IP發送到信令網關SGW。出口網關控制功能BGCF主要實現呼叫路由功能，為呼叫選擇適當的PSTN接口點，若發現該接口點與自己在同一網絡，則選擇本網絡的MGCF與PSTN交互，若發現接口點在另一網絡時，BGCF將會話信令轉發給另一網絡相應的BG

4、CF。一個IMS可以包含一個或多個CSCF、HSS、MGCF等功能模塊。傳送及接入層承載各種類型之間的轉換，完成與傳統PSTN/PLMN間的互通等功能，包括各類有線接入、無線接入、互聯互通網關等設備。 IMS通過上述三層架構，將業務和控制分離出來，業務可在無線及有線環境下使用。 3、IMS相對于軟交換的發展優勢 IMS和軟交換的最大相同點都體現了NGN中業務驅動的理念，提供開放靈活的業務體系架構。IMS符合NGN把呼叫控制與承載分離的要求，是軟交換的延伸。圖3為IMS和軟交換的比較圖。 圖3軟交換和IMS的比較 l IMS具有的優勢：(1)在業務提供上實現了更加徹底的分離，傳統軟交換雖然將大部

5、分增值業務分離出來放到了業務層，但其自身仍然保留了一些補充業務。IMS將保留的業務放在了業務層的應用服務器中，做到了呼叫控制和業務的分離。IMS也實現了會話呼叫控制與媒體網關控制的分離。傳統軟交換提供了基于SIP的會話呼叫控制和基于H.248/MEGACO/MGCP的媒體網關控制的功能，IMS將這兩者分離，基于SIP的會話呼叫控制由CSCF提供，完成整個網絡的信令路由和呼叫控制；基于H.248/MEGACO/MGCP的媒體網關控制由MGCF提供，存在于IMS網絡與傳統網絡互通的邊界點上。(2)協議更簡化實用。IMS主要采用SIP協議，信令信息是基于文本的，較H.323協議簡單靈活、擴展性好，且

6、基于Internet標準，在語音、數據業務結合和互通方面具有優勢，網絡兼容性也強，能跨越媒體和設備實現呼叫控制，支持媒體格式，可動態增刪媒體流，容易實現不同網絡間的互連互通以及實現更加豐富的業務特性。SIP與RTP/RTCP、SDP、RTSP、RADIUS等協議配合，完成IMS中的會話建立及媒體協商。一旦建立會話，媒體流將使用RTP協議在承載層中直接傳送，靈活地交互多種媒體。除此以外，HSS和CSCF之間的Diameter系列協議是新一代的AAA技術，具有強大的可擴展性和安全保證。(3)對多種接入方式的兼容。支持多種接入類型，如GSM、GPRS、3G、POTS、固定寬帶接入和WLAN等，是業界

7、普遍認同的解決移動和固定網絡融合的理想方案和發展方向。無論用戶采用有線或無線接入網絡，IMS不負責用戶終端到網絡的數據通道的建立，該工作由接入網絡完成，IMS只負責在用戶的數據通道建立后通過SIP協議完成主被叫雙方底層數據通道的接續，從而實現各種媒體形式的呼叫通信及相關的多種多媒體業務，最大限度提供給用戶移動性和利用IMS的業務能力。(4)一致的歸屬業務提供能力。IMS所有業務處理信令都要回到歸屬網絡，業務環境由歸屬網絡提供。IMS向用戶提供了虛擬歸屬業務環境VHE的能力，采用集中式的HSS數據庫，實現用戶一致的注冊和業務觸發功能，終端無論是漫游還是其他運營商的網絡都能通過拜訪本地或網絡的P-

8、CSCF接入到IMS中，從而建立用戶終端與其歸屬HSS及S-CSCF的信令通路，由歸屬地的S-CSCF控制用戶業務并根據用戶簽約數據將業務觸發到本網AS或第三方的應用上，保障了業務的一致性、簡單性，使用戶無論在何處接入，采用何種接入方式均可享受與在歸屬地一樣的業務感受。(5)QoS保證。在IMS中存在多種CSCF功能實體，在這些功能實體中，P-CSCF完成了用戶終端及接入網絡和IMS核心網絡的隔離，使用戶終端和接入網絡無法直接了解IMS網絡的內部結構，即使某個P-CSCF受到攻擊也不會影響網絡的正常工作。P-CSCF還可以進一步提供信令的NAT穿越、協議轉換等由網絡外圍設備完成的附加功能。IM

9、S中的I-CSCF完成了不同運營商之間IMS網絡的隔離，在保證網絡互通的同時使運營商之間無法了解對方的網絡結構和資源情況，保證了網絡的安全。 由于IMS在增值業務平臺、固定移動融合等方面比軟交換更具優勢，使得我們對IMS充滿許多期待，當然，IMS在支撐周網需求方面仍然存在很多問題：如繼承目前網絡業務問題、用戶標示和IP地址問題、業務統一管理和鑒權認證問題、標準接口擴展問題、安全與運維問題等。總之，軟交換在固定業務方面已經較成熟，IMS則在移動多媒體業務等方面具有更好的優勢，軟交換和IMS是NGN發展的不同階段，可以將IMS看作新一代的軟交換。對于運營商而言，基于IMS的體系架構可以使其基于統一

10、的核心網絡為固定和移動用戶提供相同的業務，降低網絡結構的復雜度及運維成本。隨著IMS的不斷成熟，軟交換網絡建設會逐步向IMS過渡并演進到最終實現固定和移動網融合的NGN。 固網軟交換向IMS演進方案作者：佚名    文章來源：互聯網    點擊數： 1026    更新時間：2007-5-8   摘要：固網軟交換向IP多媒體子系統(IMS)演進應采用合理的方法、步驟和策略。演進可以在繼承原軟交換(SS)公共交換電話網絡業務仿真子系統(PES)業務功能的前提

11、下，平滑地向IMS演進，逐步引入、擴展多媒體和移動業務，實現核心網層面的固定和移動融合(FMC)。下一代網絡(NGN)核心控制層的軟交換和IMS在基本架構上沒有實質沖突，軟交換主要面向公共交換電話網(PSTN)仿真業務，而IMS為實現FMC和多媒體業務，在移動性、安全、服務質量(QoS)、開放業務架構等方面作了有益的擴展，軟交換向IMS演進在技術上是完全可行的。對于已經采用軟交換的運營商，采用演進的方式實現基于IMS的全業務的NGN網絡，可以節約投資，減小網絡改造風險，降低運營成本。     關鍵詞：軟交換；IP多媒體子系統；演進   

12、; Abstract:Theevolutionfromfixed Softswitch to IP Multimedia Subsystem (IMS) requires reasonable methods, steps and strategies. IMS as a smooth evolution can preserve the Softswitch-based PSTN Emulation Subsystem (PES), and realize Fixed and Mobile Convergence (FMC) at the core with the introduction

13、 an proliferation of multimedia and mobile services. Therefore, Softswitch as the core control layer of Next Generation Network (NGN) is not contradictory with IMS as it can be mapped into the IMS architecture. While Softswitch can provide PSTN emulation services, IMS mainly designed for FMC and mul

14、timedia services is capable of supporting mobility, security, QoS and open services architecture. The evolution from Softswitch to IMS is technologically feasible. For operators who have already adopted Softswitch technology, they can evolve their networks to IMS-based full-service NGN, to reduce th

15、eir investments, risks of network modification, and operational costs.    Keywords:Softswitch;IPMultimedia Subsystem (IMS); evolution    軟交換(SS)概念是20世紀90年代后期在IP電話的基礎上逐步發展起來的，是在通信網由窄帶向寬帶過渡，由電路交換向分組交換演進的過程中逐步完善的。它繼承了電信網集中控制的架構和可靠的信令技術，采用分層的機構實現了呼叫控制和媒體處理相的分離原則。軟交換概念出現后，中國

16、通信標準化組織(CCSA)及時地引入該術語，積極開展了軟交換相關設備和協議的標準化工作。在設備廠商的推動和運營商的積極推廣下，經過幾年的發展，軟交換在國內電信、移動、網通等運營商的網絡上實現了大規模的商用。運營商采用軟交換技術實現了公共交換電話網(PSTN)向下一代網絡(NGN)的演進，通過引入彩鈴、“一號通”等新業務實現了業務收入的持續增長，并降低了總體運營成本。    IP多媒體子系統(IMS)最早是由第3代移動通信合作計劃(3GPP)R5版本在核心網引入的，3GPP R6版本對IMS進行了進一步的完善和擴充。IMS的重要特點是對控制層功能做了進一步分解，實現

17、了會話控制實體(CSCF)和承載控制實體(MGCF)在功能上的完全分離，使網絡架構更為開放、靈活；IMS的另一重要特點是全部采用會話啟動協議(SIP)作為呼叫控制協議。IMS作為一個由移動標準組織3GPP提出的面向多媒體應用的子系統，一開始就在移動性支持和多媒體應用上有較完善的考慮。在當前實現網絡融合的形式驅動下，歐洲電信標準組織(ETSI)下屬的NGN研究組織TISPAN在其推出的NGN R1版本中接受IMS作為NGN固定應用的核心技術，并準備重用3GPP R6版本中的IMS相關規范。國際電信聯盟電信標準部門(ITU-T)下一代網絡熱點組(FGNGN)也同樣采納了基于IMS的NGN體系架構并

18、在其基礎上進一步發展，已經推出了IMS Based PES/PSS等標準，目前正在研究IMS Based IPTV架構。     IMS架構不但被國際主流的ITU-T、3GPP、ETSI等標準組織所采納，成為NGN的核心網技術，也得到了國際上各主流設備商和運營商的支持，各設備商紛紛聲稱將依照IMS體系架構開發NGN系統，運營商也在積極開展IMS的測試和試驗1-3。    1 IMS和軟交換比較    同樣作為NGN核心控制功能實體的軟交換(SS)和IMS，都可以提供具有實時性要求的業務的呼叫控制和連接控制

19、功能，是下一代網絡呼叫與控制的核心。在系統架構上，基于SS和基于IMS的NGN完全類似，都可以分為業務層、控制層、接入層和承載層4層。IMS與軟交換系統架構的比較如圖1所示。    從業務層看，SS和IMS都把呼叫控制和業務應用相分離，以開放的面向第三方的業務接口作為自身重要的特性。SS提供業務的主要方式是應用編程接口(API)與應用服務器配合以提供新的增值業務；基本呼叫和PSTN類的補充業務邏輯集成在SS自身實現；為更好地兼容傳統智能網業務，SS能夠通過智能網應用協議(INAP)與智能網(IN)中已有的業務控制點(SCP)配合以提供傳統的智能業務；為支持固網智能

20、化業務，SS還可以將移動應用協議(MAP)接口到智能用戶位置歸屬寄存器(SHLR)，實現用戶業務數據的集中管理。在IMS業務實現體系架構中，定義了用作業務控制參考點的IMS業務控制(ISC)接口，用以實現和基于SIP的應用服務器的互通。采用了ISC接口，能夠實現業務應用的獨立性和可整合性，可以容易地實現各個業務應用服務器之間的互聯互通，進而保證整個網絡及業務終端在完成業務時的互聯互通性。IMS本身不再集成任何業務邏輯，對于PSTN業務，由獨立的公共電話交換網絡業務仿真子系統/公共電話交換網絡業務模擬子系統(PES/PSS)應用服務器(APP)采用ISC接口完成相關的業務邏輯。IMS本身也不再管

21、理任何用戶數據，采用Diameter接口全部連接到歸屬用戶服務器(HSS)，在TISPAN中稱用戶屬性服務器功能(UPSF)，實現用戶屬性和業務數據的統一管理。    從控制層看，SS由一個功能實體完成呼叫處理控制功能、接入協議適配功能、業務接口提供功能、互聯互通功能、用戶數據管理，PSTN業務邏輯系統功能等。而IMS把上述功能進一步細化為更多的獨立功能子實體。如呼叫會話控制功能(CSCF)、媒體網關控制功能(MGCF)、接入網關控制功能(AGCF)、媒體資源控制功能(MRCF)、出口網關控制功能(BGCF)。位于核心的CSCF又細化為代理CSCF(P-CSCF)

22、、服務CSCF(S-CSCF)、查詢CSCF(I-CSCF)。P-CSCF是用戶終端在IP多媒體子系統內的第一個接觸點；S-CSCF實際管理網絡會話狀態；I-CSCF是所有都連接到該網絡運營商的簽約用戶或者連接到當前位于該網絡運營商的業務區域內的漫游用戶的運營商網絡內的接觸點。    從接入層看，SS和IMS同樣都支持接入和控制的無關性，主要的接入設備十分類似，甚至可以互相通用。在SS體系中采用H.248接口的中繼/信令網關(TG/SG)和用戶接入網關(AG)可以完全對應到IMS體系中的媒體網關/信令網關(MGW/SGW)和接入網關(AGW)。而媒體服務器和媒體資

23、源處理部分(MRFP)在功能定位上也基本相同。IMS對移動SIP終端的接入目前已經有較完善的標準，但是對固定的PSTN用戶接入標準還在進一步完善中。     從承載層看，IMS提出了端到端的全IP架構，并提出了網絡附著子系統(NASS)和資源和接納控制子系統(RACS)，或稱策略定義功能(PDF)，用以實現端到端的QoS。SS為繼承現有的網絡，同時向全IP的網絡演進，強調了核心網的IP架構，QoS則依賴IP網絡自身的能力保證。    2 軟交換向IMS演進策略    軟交換在現網已經有了大規模應用，而IM

24、S作為未來固定和移動融合(FMC)的全業務目標網絡在業界也已經得到明確，軟交換向IMS演進是必然的趨勢。但是受到IMS技術本身的發展和運營商現有網絡條件限制，應該選擇合適的演進策略。    (1)軟交換升級到IMS的子集    對于以移動業務為主的運營商，從移動側以引入多媒體業務的方式，構建新的IMS網絡；對于現網的軟交換采用升級到IMS域內的AGCF、MGCF、SGF、PES/PSS APP的方式，用來實現PSTN業務和PSTN互通功能。    (2)軟交換升級到IMS的全集    對于以PSTN業務為主的固網運營商，處于未來向移動運營和多媒體業務運營擴展的需要，選取急需擴展移動和多媒體業務的SS首先升級到IMS全集，在繼承原SS所有業務的同時，逐步實現移動和多媒體業務的接入。待移動和多媒體業務量在全網逐步上升時，同步把所有的SS都升級到IMS全集。    3 軟交換向IMS演進的場景和步驟    下面以中國某主流固網運營商為例介紹軟交換向IMS演進的各個場景和步驟。    3.1 軟交換網絡現狀    固網運營商自2001年開始研究測試