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1、IMS体系研究及其增值业务能力分析摘 要:主要介绍了从NGN、软交换到IMS、FMC的发展历程，再进一步探讨了IMS体系结构及其优点。通过对IMS业务特点的分析，列举了IMS所提供的典型业务，为运营商部署下一代网络提供了有益的参考。IMS system research and analysis of its value-added serviceFu Hang (China Mobile Group Chongqing CO.,LTD. Chongqing 401121)Abstract: This article mainly introduces the development of c
2、ore network, from NGN、soft switch to IMS、FMC. Further, it discusses the IMS system and its advantage. Though the analysis of features of IMS service, this article lists the typical services provided by IMS. It is very useful for the operator to deploy the next generation networks.Key Words：NGN Soft
3、switch IMS FMC PoC Only Service前言传统电路交换机是一种集成的、封闭的系统结构，无法快速满足多样化的用户需求，无法快速部署全网业务。为了解决这种矛盾，NGN通过控制承载分离，构成一个分布的系统结构，使整体建网成本大大降低，网络升级容易，便于加快新业务和新应用的开发和部署，快速实现低成本全网统一业务覆盖。简化了网络层次结构，提高了网络资源利用率，减少了传统电路交换机中继互联的复杂性和降低了承载网的成本。IMS（IP多媒体子系统）的提出为下一代基于IP的移动网络提供了面向分组数据包交换的多媒体服务及平台，它的核心特点是基于SIP协议和接入的无关性。由于采用SIP作为核
4、心控制协议，并通过SIP进行业务管理，IMS可以使运营商充分利用SIP的优势，更快速更灵活地开发管理移动多媒体业务。1、NGN、软交换、IMS与FMC1.1 NGN NGN是指基于分组技术的网络，能够提供包括电信业务在内的多种业务，能够利用多种宽带和具有QoS支持能力的传送技术，业务相关功能与底层传送相关技术相互独立，能够让用户自由接入不同的业务提供商，能够支持通用移动性，从而向用户提供一致的和无处不在的业务。NGN采用分层结构，包括业务层、控制层、传输层以及用户终端，能提供多种业务类型有语音、数据、视频、多媒体等。1.2软交换 软交换可以理解为一种分层、开放的NGN体系结构，是NGN核心控制
5、层技术之一。软交换实际上是“控制”，而非“交换”，因为“交换”更多体现在承载层，“软交换网是下一代话音网或下一代分组通信网”的说法可能更贴切。在固网通信界形成软交换概念的同时，移动通信界也产生了类似的思想。3GPP所推出的WCDMA标准分为R99、R4、R5和R6等不同版本（Release），其中R4版本主要特征是在核心网电路域中将传统移动交换机（MSC）分离为媒体网关（MGW）和MSC服务器（MSC Server）两部分，实现了承载与控制的分离，称为“移动软交换”，但与固网软交换在控制协议等方面还是存在许多差异。以控制和承载分离为基本特征的软交换技术的基本定位是在一个基于IP技术的网络上提供
6、传统的长途和5类语音业务。软交换的灵活部署和高集成度为运营商带来了网络建设成本和维护成本的大幅度降低，但由于受到终端能力、QoS、安全以及业务接口标准化等诸多方面的限制，目前较为成熟的软交换(包括固定软交换和3GPP R4)的应用也仅限于此，它没有给最终用户带来新的业务。1.3 IMSIMS（IP Multimedia Subsystem）即IP多媒体子系统，是由3GPP标准组织在R5版本提出，是在基于IP的网络上提供多媒体业务的通用网络架构，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版本对IMS进行了完善，增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和WLAN
7、接入等特性；R7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。IMS技术对控制层功能做了进一步分解，实现了会话控制实体CSCF（Call Session Control Function）和承载控制实体MGCF（Media Gateway Control Function）在功能上的分离，使网络架构更为开放、灵活，所以IMS实际上比传统软交换更“软”。IMS以其业务、控制、承载完全分离的水平架构，集中的用户属性和接入无关等特性，一方面解决目前软交换技术还无法解决的问题，如用户移动性支持、标准开放的业务接口、灵活的IP多媒体业务提供等；另一方面，由于其接入
8、无关性，也使得IMS成为固定和移动网络融合演进的基础。图1 基于IMS的业务架构图IMS业务架构如图1所示，IMS的目的是建立与接入无关、能被移动网络与固定网络共用的融合核心网。在无线接入技术方面，IMS除了GSM/GPRS和WCDMA之外，WLAN通过SIP Proxy也可以接入。此外，固定网络的LAN和xDSL接入技术也可以接入到IMS。而且IMS还提供了与ISDN/PSTN传统电路交换网络的互联机制。这样，IMS提供服务的终端除了移动终端之外，还包括固定的电话终端、多媒体智能终端、PC机的软终端等。IMS能够为使用不同接入手段的用户提供融合的业务，但固定接入与移动接入终究有不同的特征，所
9、以要将基于移动通信发展起来的IMS体系应用到固网中还需要进行大量的改进，标准化工作依然任重而道远。移动通信界提出的IMS与固网通信界提出的软交换的基本思想和目标是一致的，都希望建立基于IP的融合与开放的网络平台。1.4 FMC所谓FMC（Fixed Mobile Convergence），是固定与融合的简称。目前，ITU-T将FMC定义为：“在一个给定的网络架构中，向终端用户提供业务、应用的能力和机制独立于固定或移动的接入技术和用户的位置。在NGN环境中，FMC意味着不论什么样的接入技术，都能够为终端用户提供NGN的业务。”即FMC是“用IMS网络同时接入有线和无线技术”。ETSI认为，“FM
10、C关注的是独立于接入技术的网络和业务能力，并不一定指网络的物理层面的融合，而是融合的网络能力和支撑标准；这些标准可以支持一系列连续的服务，而这些服务可以通过固定、移动、公共或私有的网络提供”。FMC的内涵很广，概括的讲，可以分为网络、业务和运营三个层面的融合。网络层面的融合，可以降低CAPEX（资本开支）；运营层面的融合可以降低OPEX（运营开支）；而业务层面的融合可以提高用户数量和收益。图2 FMC内涵示意图2、IMS体系研究2.1 IMS体系结构IMS体系结构和CSCF的设计利用了软交换技术，实现了业务与控制相分离、呼叫控制与媒体传输相分离。IMS虽然是3GPP为了移动用户接入多媒体服务而
11、开发的系统，但由于它全面融合了IP域的技术，并在开发阶段就和其他组织进行密切合作，使得IMS实际已经不仅仅局限于只为移动用户进行服务。IMS体系结构如图3所示。图3 IMS体系结构示意图最底层为承载层，用于提供IMS SIP会话的接入和传输，承载网必须是基于分组交换的。图2中以移动分组网的承载方式为例，描述了IMS用户通过手机进行IMS会话的方式，主要的承载层设备有SGSN（GPRS业务支撑节点）、GGSN（网关GPRS业务支撑节点），以及MGW（媒体网关）。其中SGSN和GGSN可以完全重用现网设备，不需要硬件升级，仅通过做相关配置就可以支持IMS了。MGW是负责媒体流在IMS域和CS（电路
12、交换）域互通的功能实体，主要解决话音互通问题。无论具体采用哪一种接入方式，只要基于IP技术，所有的IMS用户信令就可以很好地传送到控制层。中间层为信令控制层，由网络控制服务器组成，负责管理呼叫或会话设置、修改和释放，所有IP多媒体业务的信令控制都在这一层完成。主要的功能实体有CSCF、HSS（Home Subscriber Server，归属用户服务器）、MGCF等，这些网元执行不同的角色，如信令控制服务器、数据库、媒体网关服务器等，协同完成信令层面的处理功能，如SIP会话的建立、释放。这一层仅对IMS信令负责，最终的IMS业务流是不经过这一层的，而是完全通过底层承载层做路由实现端到端通信。最
13、上面一层是应用层，由应用和内容服务器组成，负责为用户提供IMS增值业务，主要网元是一系列通过CAMEL、OSA/Parlay和SIP技术提供多媒体业务的应用平台。运营商可以在自行开发一些基于SIP的应用，通过标准SIP接口与IMS系统连接；如果运营商需要连接第三方SP的应用，IMS可以和标准的API，如OSA API连接，通过OSA/Parlay GW对第三方非信任的SP业务进行鉴权和管理等。2.2 IMS的优势1) IMS由于采用的是分组网络，对于数据业务的支持有着天然的优势，适应于新业务的高速宽带和低成本的需要。2)由于采用了SIP协议，能够提供终端到终端和终端到服务器直接的通信。SIP协
14、议业务的灵活和扩展能力也是比较强大的。IMS的终端由于直接支持SIP，所以它的终端智能是比较高的，从而导致业务拓展也比较容易。3)IMS系统不是一个简单的SIP网络，它加强了对用户和业务的控制，从而运营商可以掌握资源的使用。4)IMS和接入网络之间的独立性。5)IMS整合了各种业务平台，通过一个统一的IMS系统，这样有利于各种业务平台之间的兼容。IMS和目前国际化标准组织OMA共同开发业务平台，从而为IMS系统增值。6)IMS因为采用的是IP的承载网络，向全IP网络架构迈进了一步。3、IMS增值业务能力分析3.1 IMS的业务特点业务开发，尤其是数据业务的开发，是3G推广能否成功的关键。在2G
15、时代，业务种类以语音和SMS等有限的增值业务为主，业务的同质化现象比较突出。IMS技术则为运营商提供了更加丰富的数据业务能力，代表了从话音业务到多媒体数据业务的扩展的电信融合总体的发展方向。IMS网络能够提供强大的业务功能。此时核心网只提供基本业务连通功能，提供与其他网络互通能力，并提供完善的业务触发管理机制。核心网着重于解决业务融合、QoS、漫游控制等问题。IMS提供统一的业务层，提供所有增值业务。IMS业务具有业务多样化、终端智能化、网络开放化、业务融合化的特点。随着用户需求的不断增加，未来移动通信业务呈现多样化的发展趋势，开始从单一服务向多种服务转变，从标准业务向本地化和个性化发展。运营
16、商开始注重提供差异化业务以增强竞争力，进行不同的市场细分和内容分类，针对不同的细分市场提供灵活的业务分类，业务更新速度加快。运营商能够基于IMS开发种类繁多的业务，包括消息业务（例如即时消息、彩信等）、移动娱乐业务（例如网络游戏、铃声下载、音乐下载和点播等）、移动办公业务（例如企业门户、移动视频会议等）、个人助理（例如个人信息助理、移动地址本等）、位置业务、移动商务（例如移动支付、移动银行、移动股票交易、移动广告等）。终端智能化是IMS业务模式的必要条件。IMS业务种类多、变化快，在IMS网络架构下，业务的智能多是由应用服务器和终端来实现的，很多新业务都需要终端软件的配合，只有采用开放平台的智
17、能终端才能满足需求。近年来终端技术快速发展，智能终端操作系统、处理能力、存储技术、电池等都基本成熟，智能化终端在技术上得到了充分的支持，其销量也快速增长，得到了消费者的认可。IMS网络具有开放化的特点。IMS完全采用端到端的SIP协议和其它IETF的协议，这些协议本身具有开放性和良好的可扩展性，其目标是利用SIP协议来统一整合多媒体应用和个人通信，建立统一的业务平台为运营商提供开放性的多媒体业务开发环境，独立于接入技术。目前很多业务的区分都是根据不同网络、不同实现技术而产生的，例如SMS、MMS。业务融合是用户的实际需求，这样能够方便用户的使用，并且也方便运营和管理。IMS网络是面向全IP的网
18、络，提供了移动性、QoS，以及多业务集中触发管理等机制，为业务融合提供了有力的技术支撑。3.2 IMS提供的典型业务3.2.1 PoC业务PoC是Push to Talk over Cellular的英文缩写。PoC业务采用半双工通信方式，实现“点到点”和“点到多点”的话音通信，在同一时间只能有一人讲话以便于群体交流。主叫方只要按一个键就可以向一个人或一组人发起通话，无需拨号和等待对方摘机，电话立即接通，迅速建立起谈话组。（1）PoC技术PoC技术基于2.5G（GPRS、cdma2000 1x）或3G网络（WCDMA、cdma2000 1x），并充分利用GPRS或cdma200 1x移动分组网
19、络的特性，通过半双工VoIP技术实现PTT；PoC还结合了即时消息、Presence（呈现功能）等业务属性，成为一种综合话音和数据的个性化业务。（2）PoC提供的业务一对一通信：该业务根据被叫接受方式有被叫自动接受（install personal talk）和呼叫需要手动应答（request to talk）两类；群组通话（Group talk）：用户可以和多个用户通信，每次只有一个用户发言。根据组通信的建立，有3种组通信类型（Chat Group Talk、Instant Group Talk和Ad Hoc Instant Group Talk)。Instant Personal Alen
20、：一个用户提醒另一个用户希望通信。使用这种业务可以礼貌地请求被叫用户回叫；也可以承载一个文本消息。3.2.2 全能数字助理全能数字助理业务以语音应用为基础、以数据通信为辅助，在PC上建立个人门户，提供全方位的办公助理服务，包括点击拨号、点击会议、Presence、网络号码簿、呼叫记录和消息汇总、智能路由、消息速递以及视频通话等，为用户提供一个全方位的数字化通信平台。全能数字助理业务的用户群是具有一定计算机及网络应用水平的中高端用户，因此其主要用户群是大公司、写字楼等办公自化水平较高的用户，他们需要较好的通信环境来提高工作效率。全能数字助理业务具有如下特征：电话号码选择、呼叫记录和消息查询、网络
21、地址簿、智能呼叫、点击拨号、多方呼叫、新呼叫通知、呼叫等待、Presence功能、会议电话、好友列表管理、视频功能、统一消息服务和彩铃功能等。3.2.3 Web Conference业务Web Conference业务基于Web并面向多种网络会议的电话业务，用户可以通过软终端、普通话机、SIP硬终端和手机等参加Web会议。会议主席通过Web页面预约会议并对会议进行实时管理，与会人员通过Web页面查看会议信息。与会人员可通过汇聚式和发散式两种方式参加会议，会议成员还可以在开会时发起子会议，子会议功能为与会者提供分组讨论功能。对子会议请求通过Web页面提交给会议主席，经确认后开通子会议。Web C
22、onference业务主要面向集团用户提供电话会议功能，该类用户需要经常举办内部讨论；个人用户也可以使用Web会议业务，如朋友间的聊天、家庭成员的讨论都可以通过该业务进行。3.2.4 统一消息业务统一消息业务（Unified Messaging Service，UMS）把用户现在所能用到的各种信息载体，如语音信息、电子信息（如电子邮件）、文字信息（如短消息）及SIP即时消息等数字化，以同一种形式存放。发送方可以使用电子邮件、语音邮件、即时消息、手机或电话等任何一种工具发送信息。这些信息经转化后集中存放在系统的中央邮箱中，接收方可在任何时刻、任何地点，通过使用电话、计算机或手机等任何一种工具连接
23、到系统服务器，并获取所需信息。UMS业务融合了语音、数据业务，为各种终端提供了统一的数据平台，消除了由各终端之间的差异带来的通信障碍。UMS业务内容丰富，目前已开通的业务有访客留言功能、访客收听公用栏消息、客户收听留言和客户自我设置等。3.2.5 一号通业务一号通业务（也称ONLY业务）是移动性服务，用户使用惟一的通信号码，可以接入任何一个网络并能跨越多个网络接受任意类型的呼叫。个人通信号码能按用户的要求，翻译成相应的通信号码并进行路由选择，将来话接到用户所指定的地方，呼叫不受地理位置的影响。该业务非常适合移动性大的用户。一号通用户的来话呼叫可以按用户临时登记的号码或时间表等进行转移，在来话转
24、接过程中所有的录音通知都可以用普通话、英文和本地话轮流播放。一号通业务面向拥有多个号码的个人用户，通过开通一号通业务可将这些号码有机联系起来，用户不需要再存储纷繁复杂的多个电话号码，特别适用于移动性较强的办公用户。用户在开通一号通业务后，可以通过Web或语音流程自助定制各种套餐。4、结语3G时代，运营商希望能够提供给用户“和谐时尚生活”的享受，除了网络的全面和无缝以外，应用则显得更加重要。在融合应用的开发上，基于IMS系统提供的增值业务将是运营商很好的选择。12.31.202211:2911:29:4422.12.3111时29分11时29分44秒12月. 31, 2231 十二月 202211:29:44 上午11:29:442022年12月31日星期六11:29:44
