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基于IMS网络融合的技术问题分析

2006/3/8/15:07 来源:中国信息产业网-人民邮电报 作者:张园
  软交换技术的出现使人们一度考虑核心控制层的融合可以采用软交换技术,但是由于固定和移动的软交换功能、协议差异较大,使软交换成为控制层融合焦点的可能性减小。 随着基于SIP的IMS技术在移动网络的出现,与固网宽带软交换基于SIP的应用不谋而合。移动网络引入IMS的初衷是提供移动多媒体业务,但是由于IMS采用了与固定宽带软交换相同的协议(SIP)和类似的架构,并且IMS的体系具有与接入的无关性、支持用户漫游等优点,这给利用IMS实现网络融合带来了前所未有的契机。

  IMS技术最初是在3GPPR5中引入的。IMS技术以其与接入无关性、完全的业务与控制分离的重要特点受到了业界的高度关注。目前3GPP在研究IMS应用于移动领域,同时TISPAN和I?TU-T正在3GPPR6研究的基础上积极推进基于IMS在固网应用和在网络融合领域应用的技术研究。国际和国内的运营商也都对IMS技术给予了高度的关注,并纷纷认为IMS将成为网络融合和核心控制层发展的重要技术方向之一。

  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。由于有线和无线网络在网络带宽、终端鉴权、位置信息和资源管理等多方面存在差异,TISPAN在这些方面对IMS加以扩展,实现固定接入。但固定和移动IMS在业务能力方面的差异、体系架构的差异、协议的差异等问题将成为IMS能否实现固定和移动网络融合的关键问题。

  业务能力的差异

  3GPPIMS只定义IMS架构,业务规范由O?MA制定。OMA目前主要制定了PoC、Presence、即时消息、Pushtoshow等多媒体业务规范。

  而TISPAN定义的IMS要求不仅能够支持Presence、即时消息、位置业务、可视电话等多媒体业务,还要能支持PSTN/ISDN模拟业务和仿真业务。IMS网络采用了业务与控制完全分离的体系架构,这就要求应用服务器能够提供PSTN/ISDN模拟业务和仿真业务的业务逻辑。

  TISPAN已经开始制订呼叫转移、呼叫保持等一系列PSTN模拟业务的要求和规范,并根据业务需求扩展SIP协议来实现PSTN模拟业务。

  PSTN仿真业务是针对固网的POTS终端用户,要求IMS网络能够向用户提供与PSTN无差别的业务。这对IMS提出了更高的要求,要求IMS不仅能实现呼叫转移、呼叫等待等PSTN业务,还要向用户提供相同的业务感知。因此,IMS还要针对PSTN仿真业务能力作更多的扩展。例如:PSTN网络可以根据用户申请的补充业务的不同给用户播放不同的拨号音,而IMS由于控制与业务的完全分离,控制层的功能实体(AGCF)并不知道用户申请的业务,因此无法控制网关向用户送何种拨号音,而IMS如果实现这种PSTN/ISDN仿真的业务能力,就需要扩展PSTN/ISDN仿真业务应用服务器与AGCF之间的接口,以传递业务相关的信息。

  从以上的分析可以看出,IMS为了支持向固网POTS用户提供PSTN仿真的业务能力需要作更多的扩展,而这些扩展更增加了固定IMS和移动IMS的差异性。业务能力的差异性导致固网和移动IMS体系架构及协议的差异性,这将成为影响IMS实现固定和移动融合程度的关键因素。

  体系架构的差异

  TISPAN直接引用了3GPPR6IMS的体系架构,并在此基础上分别进行扩展支持固网宽带用户的接入和固网窄带用户的接入(POTS),实现PSTN/ISDN模拟业务和仿真业务。由于宽带用户和固网窄带用户接入方式的不同及业务能力的不同,导致TISPAN定义的固网IMS也存在差异:

  ——TISPAN实现宽带用户接入的IMS。IMS体系架构与3GPPIMS体系架构基本相同,主要是增加了网络附着子系统(NASS)和资源控制子系统(RACS)进行对固网用户的接入控制、位置管理和QoS控制。同时对P-CSCF等实体的具体功能进行了扩展。

  ——TISPAN实现固网POTS用户接入的IMS。TISPAN定义了基于IMS实现PSTN仿真业务的体系架构,即基于IMS可以接入窄带用户、宽带用户和移动用户,基于IMS实现宽窄带的融合。

  SIP协议的差异

  IMS体系架构中使用的协议括SIP、H.248、DIAMETER和COPS等,但是主要的呼叫控制协议是SIP。固定网络宽带软交换也使用SIP协议。因此SIP协议是否趋同成为网络融合的关键因素。

  固定软交换的宽带域目前主要采用IETF的SIP协议(RFC3261),IMS在采用了IETF定义的SIP协议作为呼叫控制协议的基础上,根据移动的特性和需求,提出了对IETFSIP协议的扩展。3GPP在R6版本对IETFSIP协议的主要在以下几个方面。

  ——IETFRFC3261定义了通过Digest认证对SIP终端进行身份认证。3GPPIMS采用原应用于无线领域的AKA认证对用户接入进行认证,因此对Digest认证进行扩展以携带AKA认证所需要参数。

  ——IMS对用户服务要求有QoS保证,RFC3312定义了在SIP会话建立过程中,进行QoS资源预留的机制。

  ——RFC3455为3GPP定义了多个私有扩展头域(P-Header)。如:P-Associated-URI用于S-CSCF在注册过程中向UE指示用户被授权使用的共有标志(IMPU)列表。

  ——RFC3311定义了SIP更新的消息和命令,UE可以更改呼叫的参数。

  ——由于无线接入带宽资源有限,因此RFC3320定义了PCSCF和UE之间支持强制的SIP消息的压缩。

  ——由于有线和无线传输时延的问题,3GPP对IETFSIP协议中定义的一些定时器进行了修改。

  TISPAN定义了接入固定用户的IMS,目前对SIP协议支持固定接入进行的扩展包括如下方面:对于P-Access-Network-Info头域的接入参数类型进行扩展,支持WLAN和xDSL等接入方式;对于P-Charging-Vector头域进行扩展,对于DSL的承载方式增加BRAS的地址参数、鉴权令牌以及DSL的承载信息的参数等;对于SIPTimer的扩展,由于3GPPR6将空中接口的定时器时长进行了修改,如将基础定时器T1的时长500ms修改为2s,但是采用固定接入方式后,建议P-CSCF根据接入方式来选择定时器的时长;对SIP协议进行了扩展支持呼叫转移等业务特性。

  虽然固定和移动网络都使用了IMS的体系架构及SIP协议,但用IMS实现固定和移动的融合,对于应用于不同的接入方式和不同的业务需求,SIP协议作了不同的扩展,还是存在差异的。因此对于应用于固定和移动宽带域融合的IMS架构,其SIP的协议能力应该是支持固定和移动接入方式的全集;并且应该支持实现PSTN/ISDNSimulation业务的能力集。因此,对于统一的IMS系统能否支持多种SIP参数和SIP能力还有待于通过实验进一步验证。

  用户鉴权问题

  3GPPIMS中规定移动用户采用AKA的鉴权认证方式,对Digest的认证方式进行扩展,用来携带AKA认证的参数。IMS用户需要支持ISIM卡,ISIM中存储用户的公有用户标志和私有用户标志以及鉴权认证的参数,对于USIM的用户,要求终端能够根据USIM中的用户信息来生成公有用户标志和私有用户标志。

  但对固定终端,固定终端没有UICC卡,固定终端通常只有公有用户标志(E.164号码或SIPURI),而没有私有用户标志,不支持AKA的鉴权认证方式,因此如果IMS对固定移动终端采用统一认证方式,就需要对固定终端进行扩展或要求IMS支持不同的认证方式。

  目前TISPAN已经规定,IMS对移动、固定用户推荐采用基于ISIM/USIM的AKA鉴权认证方式,对于没有ISIM/USIM的终端,可以采用SIPDigest的鉴权认证方式,但要求固定终端能够具有私有用户标志、公有用户标志和归属网络域名等参数用于鉴权。

  因此,对于终端的鉴权方式,可以采用如下几种解决方案:对于新的固定终端,要求终端支持ISIM卡和的鉴权方式;对于已经应用的SIP终端,如果迁移到IMS网络后,需要给这类终端安装软件,用软件的方式生成私有用户标志,可以采用SIPDigest方式鉴权;用一个适配器来接入所有没有UICC卡的SIP终端,由该适配器为每个终端生成私有用户标志和鉴权参数用于AKA鉴权。

  编码方式问题

  目前固网VoIP网络和终端支持的编码方式如下:语音编码方式:G.711、G.729和G.723;视频编码方式:H.261、H.263和MPEG-4。

  移动网络和终端支持的编解码方式如下:语音编解码方式:AMR;视频编解码方式:H.263和MPEG-4。

  由于目前固定网络和移动网络支持的编码方式有所差异,因此如果用IMS网络实现网络融合,就需要对编解码方式进行重新定义,要求固定和移动终端具有相同的编解码方式,否则就需要特定的网关设备来支持编解码的转换。编解码的转换可能降低语音质量,因此在网络中应尽可能少地进行编码转换,这就要求固定和移动终端尽量采用相同的编码方式。??

  IMS已经成为业界认可的核心控制层融合的技术发展趋势,运营商都对基于IMS的网络融合给予了高度的关注,部分综合运营商已经开始进行IMS实验,希望通过统一的IMS网络来实现固定和移动网络的融合。目前IMS实现固定接入还处于研究阶段,上述问题将成为IMS能否实现固定和移动网络融合的关键因素。

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