基于esi的ngn核心結構

網絡融合的目的是在統(tǒng)一的網絡上交換各種信息。本文中的網絡融合指固定網與移動網的融合（fixed-mobileconvergence）。網絡融合是通信市場的發(fā)展趨勢，這首先表現(xiàn)為終端用戶對業(yè)務使用的方便性、個性化、多樣化、通用移動性及有線與無線無縫融合通信方式的迫切要求；其次，網絡融合可以使運營商提供更有競爭力的業(yè)務，產生新的收入增長點；最后，基于統(tǒng)一的核心網為固定和移動用戶提供業(yè)務，使網絡結構簡單清晰，管理維護統(tǒng)一便捷，將大大降低網絡投資成本和運營成本。網絡融合是下一代網絡（NGN）的重要特征之一。3GPP最先提出的IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）具有采用會話初始協(xié)議（SIP）進行呼叫控制、與接入無關和能夠靈活提供多種業(yè)務等優(yōu)點，近來受到業(yè)內廣泛的關注和青睞。目前基于IMS的網絡融合已成為NGN體系架構的研究重點。本文首先介紹3GPPIMS的體系結構，然后分析基于IMS實現(xiàn)固定和移動網絡融合的可行性，并提出融合網絡的參考架構。一、ims體系結構為了在IP平臺上支持豐富的移動多媒體業(yè)務，3GPP在R5版本中引入了IMS。IMS基于SIP協(xié)議，疊加在分組交換（PS）域上。圖1是IMS體系結構的示意圖。圖中粗實線是用戶平面數(shù)據(jù)通道，細虛線是信令傳輸通道，可見其體系架構采用的是控制與承載相分離的方式。IMS主要作為信令處理子系統(tǒng)，用戶平面的多媒體數(shù)據(jù)由PS域的GPRS支持節(jié)點（GSN）通道承載。下面按照IMS的主要功能介紹相關功能實體1．p-cscf功能呼叫會話控制功能（CSCF）是IMS的核心功能實體，其主要功能是實現(xiàn)IMS域的呼叫和會話控制。IMS定義了三種CSCF:·代理CSCF(P-CSCF）：位于訪問網絡中，是SIP用戶接入IMS的入口點。主要功能：受理SIP用戶接入，SIP消息的轉發(fā)、完整性保護和壓縮處理。P-CSCF中的策略判決功能（PDF）模塊負責對多媒體業(yè)務的QoS要求進行策略判決。P-CSCF也可用來提供緊急業(yè)務的本地控制?！げ樵僀SCF(I-CSCF）：位于歸屬網絡中，是SIP消息進入歸屬IMS網絡的入口點。主要功能：查詢歸屬用戶服務器（HSS）來為用戶選擇服務CSCF(S-CSCF），并將SIP消息發(fā)到該S-CSCF；作為外部網絡到IMS歸屬網絡的網關，支持防火墻功能，并具有隱藏歸屬網絡拓撲的功能，從而允許各運營商獨立安全地配置IMS網絡?！-CSCF：位于歸屬網絡中，根據(jù)需要可設置多個。主要功能：接受用戶注冊，從HSS下載并臨時存儲用戶相關數(shù)據(jù)；重定向路由，進行呼叫會話控制；觸發(fā)用戶簽約業(yè)務，協(xié)同業(yè)務平臺進行業(yè)務支持等。2hss的獲取·HSS：存儲用戶簽約信息和位置信息的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，由歸屬位置寄存器（HLR）演變而成?！ず灱s位置功能（SLF）:IMS網絡中可能有多個HSS，在SIP注冊或會話建立過程中，CSCF可通過查詢SLF來找到存儲相應用戶信息的HSS。SLF在單一的HSS環(huán)境中并不需要?！とN業(yè)務提供相關的功能實體：分別是SIP應用服務器（SIPAS）、IP多媒體業(yè)務轉換功能（IM-SSF）和開放業(yè)務接入業(yè)務能力服務器（OSA-SCS），分別用來支持運營商IMS網絡直接提供的SIP業(yè)務、CAMEL業(yè)務環(huán)境（CSE）提供的傳統(tǒng)移動智能網業(yè)務和第三方提供的業(yè)務。3媒體資源處理·媒體資源功能控制部分（MR-FC）：根據(jù)CSCF的要求，通過H.248協(xié)議控制媒體資源功能處理部分（MRFP）完成相應的媒體資源處理。·MRFP：根據(jù)MRFC的控制提供相關服務，包括多方會議、語音提示、鈴聲、語音識別、語音合成等。4．電話接種及電話互通·IMS媒體網關（IMS-MGW）：負責IMS與PSTN/CS域之間的媒體流互通，即IP媒體流與脈沖編碼調制（PCM）媒體流之間的編解碼轉換；并在媒體網關控制功能（MGCF）的控制下完成呼叫的接續(xù)。·MGCF：采用H.248協(xié)議控制MGW進行呼叫會話接續(xù)；與CSCF通信；提供應用層上的信令轉換，即SIP信令和ISDN用戶部分（ISUP）信令之間的轉換。·信令網關（SGW）：提供傳輸層上的信令轉換，即基于IP承載的信令和七號信令之間的轉換?！み吔缇W關控制功能（BGCF）：是IMS域與外部網絡的分界點，它選擇在何處與PSTN/CS域互聯(lián)?！ぴ贗MS中，CSCF與HSS的Cx接口采用3GPP專門定義的IP網絡控制協(xié)議，MGCF與MG之間、MRFC與MRFP之間為H.248協(xié)議，信令網關（SG）的相關接口為Sigtran協(xié)議，其余接口均采用SIP協(xié)議。二、ims網絡融合的必要性NGN是一個業(yè)務驅動的開放融合的網絡。IMS體系結構的諸多特點正好符合NGN的需求，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：·采用分層開放結構。IMS進一步發(fā)揚了軟交換結構中業(yè)務與控制分離、控制與承載分離的思想，網絡結構更加清晰合理；層間采用標準化的開放接口，有利于新業(yè)務的快速生成和應用?！そy(tǒng)一采用SIP協(xié)議進行控制。SIP簡潔高效、可擴展性和適用性好，使得IMS能夠靈活便捷地支持廣泛的IP多媒體業(yè)務，并且SIP可與現(xiàn)有固定IP數(shù)據(jù)網平滑對接?！そ涍^進一步完善可以具有與接入無關的特點，理論上可以實現(xiàn)不論用戶使用什么設備、在何地接入IMS網絡，都可以使用歸屬地的業(yè)務。·支持移動性。由于IMS最初是3GPP為移動網絡定義的，所以充分考慮了對用戶終端的漫游支持?！こ浞挚紤]了運營商實際運營的需要，在網絡框架、QoS、安全、計費以及和其他網絡的互通方面都制定了相關規(guī)范。IMS的上述特點為同時支持固定和移動接入提供了技術基礎，使得網絡融合成為可能。目前3GPP、ETSI和I-TU-T都已經確定將IMS作為NGN核心網基于SIP會話的子系統(tǒng)的基本架構，一致認為基于IMS的網絡融合是NGN發(fā)展的方向。現(xiàn)階段IMS支持2G和3G的移動接入方式，還不能支持固定接入方式。ITU-TFGNGN和ETSITISPAN工作組都希望通過修改和擴充3GPPIMS的相關規(guī)范來滿足NGN的網絡和業(yè)務要求，基于IMS實現(xiàn)下一代融合網絡。從目前各標準組織對于IMS的研究來看，基于IMS的網絡融合技術基本上還處于功能需求的前期研究階段，在標準規(guī)范的制定上還有很多工作要做。三、基于ims的網絡融合NGN分層架構下的網絡融合可以發(fā)生在網絡的不同層面上，包括業(yè)務層上的融合、會話控制層上的融合以及接入層與傳輸層上的融合?；贗MS的網絡融合主要是指核心網會話控制層和業(yè)務層上的融合，目的是使IMS成為基于SIP的通用平臺，同時為固定和移動用戶提供豐富的業(yè)務?；贗MS實現(xiàn)網絡融合的參考架構如圖2所示。1非sip寬帶終端接入層支持各種無線和有線終端的接入。各種固定和移動SIP寬帶終端均可通過IP接入網（支持UMTS、cdma2000、WLAN、xDSL等）直接接入IMS核心網，而其他非SIP寬帶終端（如H.323終端）則必須先通過終端適配接口（TAI）完成H.323與SIP協(xié)議的轉換后才能接入。各種寬帶IP終端通過MGCF、MGW和SGW等功能實體實現(xiàn)與PSTN/PLMNCS域的普通窄帶終端的互通。2ipv6對固定網絡的支持傳輸層基于一個統(tǒng)一的分組核心網為業(yè)務媒體流和控制信息流提供端到端的傳送。由于3GPP要求IMS網絡和終端支持IPv6協(xié)議，而目前的固定網絡及終端都沒有這方面的要求，所以為實現(xiàn)傳輸層的融合應放寬該要求，可以使用IPv4并考慮對于網絡地址端口轉換（NAPT）的支持。NAPT可以解決IPv4地址缺乏的問題，它提供了一種可以隱藏終端地址并進行IP地址翻譯的機制，使得終端可以采用私有IP地址與網絡進行通信3會話控制相關機制會話控制層的主要功能包括用戶注冊，建立、維持和終止應用級端到端會話，協(xié)商多媒體會話的需求和設置，修改當前會話的媒體資源等。統(tǒng)一會話控制是網絡融合的核心。為更好地實現(xiàn)會話控制層的融合，需考慮以下三點：(1)SIP協(xié)議差異的協(xié)調3GPPIMS呼叫控制使用的SIP來自IETF的SIP協(xié)議，但針對移動接入的特點進行了部分增強和舍棄，主要體現(xiàn)在登記、鑒權和會話策略等方面，為了實現(xiàn)統(tǒng)一的會話控制需要協(xié)調這些差別。例如3GPPIMS增加了認證和密鑰協(xié)商（AKA）鑒權流程，以便符合移動網的鑒權機制。該機制要求終端具有通用集成電路卡（UICC），而目前其他方式接入的終端無法滿足該條件。解決辦法是允許固定終端通過其他方式（如軟件方式）進行接入鑒權。另外，由于無線空中接口資源十分有限，3GPPIMS增加了SIP壓縮（SipComp）要求，以節(jié)省無線資源。對于固定接入，帶寬資源很充足，所以沒有必要壓縮SIP消息。(2）多媒體會話的資源預留由于IMS最初是為移動用戶設計的，所以3GPP規(guī)定移動終端可通過分組數(shù)據(jù)協(xié)議（PDP）語境激活來預留傳輸網絡資源。PDP語境是與在移動網絡分組域上傳輸數(shù)據(jù)相關的一系列配置和使用設置。移動終端在應用級注冊之前可以激活一個PDP語境來獲得傳輸所需的資源，之后，如果想重新協(xié)商QoS配置，可以再次激活新的PDP語境。而固定網絡卻沒有制定終端用戶（例如xDSL終端）預留資源的機制，所以需要擴展P-CSCF以及Gq接口以支持網絡側發(fā)起資源預留請求。(3）地址互通CSCF通過域名服務器（DNS）來確定下一跳的IP地址，完成路由的功能。網絡融合提出了“單一號碼接入”和各種網絡“地址互通”的要求，DNS應支持電子號碼（ENUM）機制，以完成E.164號碼和SIP統(tǒng)一資源標識（URI）之間的相互轉譯和路由功能。4業(yè)務層的融合應用層由各種應用服務器組成，提供最終用戶的業(yè)務邏輯。IMS業(yè)務功能結構比較合理完善，目前支持三種業(yè)務提供方式：傳統(tǒng)智能網業(yè)務、SIP應用業(yè)務以及第三方應用業(yè)務。這種分布式業(yè)務提供方式既考慮到融合網絡新業(yè)務的提供，也考慮到傳統(tǒng)智能網業(yè)務的提供；既允許由運營商自身提供增值業(yè)務，也支持開放業(yè)務接入（OSA），允許第三方通過標準開放的應用編程接口（API）提供增值業(yè)務。為更好地實現(xiàn)業(yè)務層的融合，還需考慮以下三點：·統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)庫。目前，固定寬帶網絡的用戶簽約信息位于SIP注冊服務器，IMS中用戶簽約信息和位置信息位于HSS。這兩種數(shù)據(jù)庫應該合并成一個固定業(yè)務和移動業(yè)務通用的公共用戶數(shù)據(jù)庫，其用戶的簽約信息和位置信息為各種業(yè)務所共享。這樣不管用戶采用何種接入技術，IMS都可以應用HSS中的用戶簽約信息對用戶進行鑒權、認證和計費（AAA），簡化了業(yè)務提供，也便于提供個性化服務。·增強業(yè)務的交互協(xié)調能力。由于固定接入網和無線接入網具有不同的特點，有些業(yè)務主要是針對固定用戶或移動用戶設計的，例如主要是為固網用戶推出的寬帶視頻會議（NetMeeting）業(yè)務和主要是為移動用戶提供的文本短信息業(yè)務等。在網絡融合背景下，應該消除這些區(qū)分。運營商應根據(jù)用戶的位置和使用的終端智能化地提供合適的業(yè)務。這就需要不同業(yè)務之間具有很強的交互協(xié)調能力。SIP是未來多媒體應用的最佳載體，所以這種業(yè)務交互能力自然也應該使用SIP來實現(xiàn)。四、基于ims的網絡融合技術的應用前景和研究方向網絡融合是通信發(fā)展的趨勢，3GPP提出的IMS憑借多種優(yōu)勢得到了ETSI、ITU-T等標準化組織的關注，被認為是實現(xiàn)移動和固定網絡融