基于IMS固移网络融合的分析与研究

摘要：本文介绍了IMS定义和及特性，进一步阐述了IMS网络架构，深入研究了基于IMS的固移融合网络的演进趋势和技术方案，阐述了IMS对固移网络融合的作用，为运营商制定网络演进提出了方案和建议。

关键词：IMS体系；固移融合；NGN

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2011) 20-0000-03

IMS-based Analysis and Research of Fixed Mobile Convergence

Feng Yanhua

(China Tietong Siping Branch,Changchun130051,China)

Abstract:This paper describes the IMS and the definition and characteristics,further elaborated the IMS network architecture,in-depth study of the IMS-based fixed mobile convergence trends and the evolution of network technology program,describes the IMS network convergence on the role of solid shift for operators to develop network evolution plans and proposals put forward.

Keywords:IP system;Fixed mobile convergence system;Next Generation Network

一、IMS网络介绍

（一）IMS定义和特性

IMS（IP Multimedia Subsystem）即IP多媒体子系统，首先由3GPP标准组织在Release 5中提出。IMS是一种基于SIP协议的开放式系统架构，是提升网络多媒体控制能力的重要手段，也是核心网向统一融合的网络演进的关键技术。IMS借鉴了互联网的开放模式，具备了开放、融合的特性。IMS作为下一代网络的核心技术，其在软交换网络实现运营商网络控制与承载分离的基础上进一步实现了网络控制与业务的分离。IMS具有以下特性：（1）接入无关性。支持多种固定/移动接入方式的融合，支持无缝的移动性和业务连续性，为全业务运营提供了便利。（2）归属地控制。IMS的呼叫控制和业务控制都由归属网络完成，能够保证业务提供的一致性，易于实现地区特色业务的实现。（3）控制与业务分离。IMS打破了传统的业务部署模式，将业务与控制分离，从而为运营商提供了业务的开放性和灵活性。（4）全IP的网络架构。IMS采用了端到端的IP系统架构，基于IP的路由方式，通过电话号码映射和域名解析系统实现路由寻址。

（二）IMS网络架构

IMS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网络架构可以整体概括为业务应用层、呼叫控制层和承载接入层三层网络架构，如图1所示：

图1.IMS网络架构示意图

承载接入层是用于提供基于IP的用户接入和承载的，承载网必须是基于分组交换的。IMS接入网采用IP技术，实现了底层接入的无关性，用IP从技术上粘合了移动和固定，实现了FMC，无论采用哪一种接入方式，只要基于IP技术，所有IMS用户信令就可以很好地传送到控制层。

会话控制层主要完成注册、鉴权、会话路径控制、业务触发、拓扑隐藏、路由选择、资源控制、互通等功能。主要的功能实体有CSCF（Call State Control Function，呼叫会话控制功能）、HSS（Home Subscriber Server，归属用户服务器）、MGCF（Media Gateway Control Function，媒体网关控制功能）等网元。

CSCF是IMS系统的呼叫控制核心，它的主要作用是在IP传输平台上实现多个实时业务的分发，具有中心路由引擎、策略管理和策略执行功能。其中S-CSCF负责路由、业务触发；P-CSCF负责接入；I-CSCF负责与其它IMS网络互通。在小规模网络里三者一般合设。

HSS是归属网络中保存IMS用户的签约信息，包括基本标识、路由信息以及业务签约信息等集中综合数据库，HSS中保存的主要信息包括：IMS用户标识（包括公共及私有标识）、号码和地址信息；IMS用户网络接入认证的密钥信息、漫游限制等安全信息；IMS用户的路由、位置信息；IMS用户的业务签约信息等。其地位相当于移动网里的HLR（归属域定位注册器）。

MGCF的功能是实现与CS域互通时信令与承载的转换。在3GPP R7版本和TISPAN R1版本中，引入了IBCF互通功能和BGCF出口网关控制功能实体。IBCF部署与两个IMS网络之间或IMS与其他多媒体网络之间，作为IMS网络的边界，实现拓扑隐藏、媒体编解码/地址域转换、QoS控制等功能；BGCF是将用户的会话路由到正确的PLMN\PSTN网络。与本网用户互通，选择能路由至被叫网络的MGCF；与其他运营商互通，选择与其他运营商的BGCF互通。完成IMS网络与PSTN/PLMN/NGN/H.323网络的互通。各网元执行不同的功能，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。

业务应用层主要由各种不同的应用服务器与资源服务器组成，提供各种IMS增值业务（如游戏、会议、即时消息等）及业务能力（Presence、群组等）。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；还可以连接第三方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。另外该层还要提供网管、签约数据存放、计费、Web Portal统一操作、寻址等功能。

二、基于IMS系统固移融合方案

（一）固移融合概述

固移融合（FMC）的理念早在20世纪90年代就被提出，由于当时技术上的限制、标准化工作的缺乏等原因，并没有被业界广泛接受，相应的业务也没有被广泛地开展。近年来，随着新技术、新业务不断涌现，使得传统的单一电信网络体系架构面临前所未有的挑战。

目前，针对大规模的传统PSTN网络和PHS网络，固定运营商通过固网智能化等手段对网络结构进行调整和改造，使其在业务层面上进行融合汇聚。并逐步用软交换替代传统交换机，实现电信网络软交换智能化，并逐步向下一代网络（NGN）演进。从电信网络的总体发展趋势看，固定通信网和移动通信网都朝着分层化的方向发展，并且结构也越来越清晰，各层内部以及各层之间的协议接口也朝着标准化、开放化方向发展。

（二）固移融合演进趋势

从固移融合网络演进趋势上，固移融合可以分为三个阶段：一是过渡阶段，二是发展阶段；三是融合阶段。从网络结构上，固移融合可以分为长途网融合、关口局融合和本地网融合三个层面。

长途网融合演进趋势为主存次退。过渡阶段原固定和移动的长途网维持现状，满足业务发展，平行并存；发展阶段以软交换长途网为主体，分别演进为固网和移动长途汇接网；融合阶段随着IP化深入，扁平化组网后，长途汇接网仅处理信令，功能弱化，融合为一张网。

关口局融合演进为融合软交换关口局。过渡阶段是移动和固定关口局稳定为主，平行并存；发展阶段完善移动软交换关口局，移动和固定由平行对外逐步向统一软交换关口局对外演进；融合阶段固定关口局退网，移动软交换关口局演进为融合关口局；本地网演进包括核心网络、接入网络和业务平台等。

核心网络层：固网和移动网络架构不变，固网和移动网业务通过汇接局接入IMS网络核心网，固移关口局融合，业务统一由融合交换关口局承载，随着语音业务IP化，原固网TDM汇接局交换机退网，所有用户接入到IMS网络。

用户接入层：固网端局下移，大局点采用AG，小局点采用GPON，通过新建SBC方式直接接入移动IMS网络。针对端局的不同用户类型，改造方案不同：TDM交换机下的MSAN用户，有两种改造方法：一是通过新建IP-PBX接入；二是通过GPON接入；TDM交换机下的RSP用户，有两种改造方法：一是通过新建IP-PBX接入；二是通过GPON接入；TMD-PBX改造，有两种方式：一是通过GPON接入；二是通过MGCF或者SIPGateWay进行转换接入；业务平台层：保留部分老的智能业务，原业务平台通过IM-SSF网关接入IMS网络，同时开发定制业务平台满足铁通特殊业务需求。融合后的业务包括：（1）补充业务：由CM-IMS网络中部署的MMTel AS提供；（2）智能网业务：比如一号双机，对于个人业务可以使用IMS网络中部署的MMTel AS来实现，对集团用户可使用Centrex AS完成业务继承；对于智能中的彩铃，可以使用多媒体彩铃完成；对于其它目前IMS网络部署业务平台无法继承实行的业务，可以通过新建IM-SSF网元，连接到原智能业务平台SCP进行触发完成。（3）专网中的长短号互拨：通过定制AS业务平成。（4）专网中的话务员功能：通过定制AS业务平成。（5）CM-IMS新建业务平台：目前IMS部署或者后续部署的业务平台，割接后或者新建的用户可以签约使用。

（三）固移融合技术方案

1.组网方案

IMS以其业务、控制、承载完全分离的水平架构，以及用户属性和接入无关等特性，一方面解决了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，由于其接入无关性，也使得IMS成为固定和移动网络融合演进的核心网络。固移网络融合演进示意图如图2所示：

图2.基于IMS系统固移网络融合示意图

2.码号方案

IMS码号系统和PSTN/PLMN的码号系统相比，从类型上和格式上均存在较大的差别。由于码号和IMS网络中用户鉴权、寻址、业务处罚、路由、开通和计费等各方面军密切相关，因此，IMS需要定义一套合理完整的码号系统，包括用户码号系统和业务码号系统。在此仅对用户码号系统进行阐述。

IMS用户号码系统能够包括IMPI（私有用户标识）和IMPU（公有用户标识）两类标识。IMPI用于对IMS用户进行鉴权认证，仅在用户注册时使用；IMPI（私有用户标识）编码原则：用户名@ims.归属省缩写。IMPU用于呼叫寻址用户的号码，是用于用户之间进行通讯的标识。可以采用SIP URI格式或者TEL URI格式：

TEL URI：固定号码采用固网原号码，不改号。例：tel：+86531XXXXXXX；

SIP URI：每个IMS用户都应分配一个和其TEL URI对应的SIP URI，该SIP URI的用户名部分为TEL URI的全球号码部分，例：sip：+86531XXXXXXX@ims.归属省缩写；IMS用户的其他SIP URI用户名部分可由用户申请，需要在省内保证其唯一性，且不能以数字开头，例：zhangsan@ ims.归属省缩写。

SIP URI能够直接对IMS用户进行呼叫和路由寻址，而TEL URI则是为了保证和PSTN/PLMN用户互通以及保持一致的用户体验而采用的。当用户不具备使用SIP URI进行呼叫能力时，可以使用TEL URI呼叫IMS用户，此时IMS网络需要将TEL URI映射为SIP URI，并根据SIP URI进行路由寻址。电话号码映射系统（ENUM）能够将TEL URI映射为对应的SIP URI。专网用户的短号迁移之后不变，还是保持短号互拨的习惯。

3.计费方案

首先，运营商需要完善计费系统，同时支持IMS系统TEL URI和SIP URI两种码号及话单的分拣能力，具备固网和移动网融合计费、分拣、结算能力。IMS具备话单分拣能力，所有网元话单可以通过计费采集功能单元（CCF）针对不同的电话号码进行分拣，也可考虑在支撑系统进行分拣。

IMS独立建网省、区域接入省计费网关送话单到本省支撑系统，并将分拣漫游话单送至一级支撑系统进行话单交换。IMS中P-CSCF的话单用于与他域（省）漫游用户计费结算；MGCF的话单用于网间互联互通结算。全国性业务平台话单由一级支撑系统从全国级计费网关直采，并分发到各省支撑系统进行计费。

三、基于IMS的固移融合优势

（一）提高产品竞争力

从本质上来说，全业务产品是运营商固移融合的主要驱动力。基于IMS核心控制的融合网络以控制的共性支撑业务的差异性，特别是面向固定接入用户以及无线接入用户的业务开放，通过核心控制层面的一致性，保证了用户业务体验的统一性。尽管目前有些基于IMS开发的业务还不是很成熟，但IMS网络架构体系可以支持全业务产品的网络，运营商希望通过IMS网络实现全业务运营，实现为用户提供差异化和多样化的服务。

（二）降低运营成本

基于IMS的固移网络融合不仅提高了运营商的竞争力，还进一步降低了网络运营成本。一方面固移融合网络部署之前，要提供全面的服务，就不得不构建多个单业务的网络。带来了复杂的网络管理和居高不下的建设/维护成本（CAPEX/OPEX）。另一方面IMS在软交换控制与承载分离的基础上，进一步拓展了业务层与控制层的分离。因此IMS除继承了软交换承载层统一所带来的成本优势之外，更重要是可以降低业务的创新成本。同时，IMS可以实现网络集中管理，进一步降低网络的维护成本。

四、结束语

综观电信业网络发展，可以看出IMS将是下一代网络体系架构中重要的组成部分，IMS以其先进的技术先进性和开放性必将成为网络融合的技术基础，成为运营商固移网络融共同选择，成为运营商重塑全新运营模式的推动力。

参考文献：

[1]中国移动通信有限公司,中国移动CM-IMS核心设备部署手册.

[2]中化人民共和国信令产业部,邮电部电话设备总技术规范书.

[3]黄宇红.基于蜂窝系统的IMS:融合电信领域的VoIP演进[M].机械工业出版社

[作者简介]冯艳华（1970.12-），女，1994年7月毕业于长沙铁道学院通信工程专业，2007年7月吉林大学工商管理硕士毕业，现任铁通吉林分公司网络运行部副经理，高级工程师。