IMS国际标准研究的最新进展

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  摘要:IP多媒体子系统(IMS)作为固定接入和移动接入的统一核心控制网络,采用控制和承载、控制和业务相分离的机制,网络能力得到很大增强。公众普遍认为IMS是现有网络演进和发展的方向。IMS的国际标准工作主要由第3代移动通信合作计划(3GPP)和电信、互联网融合业务及高级网络协议(TISPAN)标准组织完成。文章内容包括3GPP和TISPAN对IMS的总体标准化情况,IMS的关键技术和热点问题的研究情况,涉及IMS网络核心控制部分的完善和增强、与IMS相关的互联互通、IMS与电路域(CS)并存下的一些问题、下一代网络(NGN)R2阶段有关的IMS研究。
  关键词:IP多媒体子系统;第3代移动通信合作计划;高级网络电信和互联网融合业务和协议;语音呼叫连续性;电路域和IMS相结合业务
  Abstract: The IP Multimedia Subsystem (IMS), as the core control for fixed and mobile access, enhances network capabilities, by separating control functions from bearer and services. There has been a consensus that IMS is the development trend of future network. The IMS standards are mainly developed by the 3GPP and TISPAN. This article outlines IMS standardization activities in these two standards bodies, and key technologies and hotspot issues behind IMS touching upon improving and enhancing IMS core network, interconnecting with IMS, problems arising from coexistence of IMS and Circuit Switched (CS), and the IMS research related to NGN-R2.
  Key words: IMS; 3GPP; TISPAN; VCC; CSI
  
  IP多媒体子系统(IMS)由第3代移动通信合作计划(3GPP)组织在R5版本中提出,是对IP多媒体业务进行控制的网络核心层逻辑功能实体的总称。现在通常提到的IMS实际有狭义和广义两种概念,狭义特指3GPP R5版本以后的网络核心控制层所涉及的逻辑功能实体,广义是对基于IMS网络架构的统称。本文从狭义角度出发,侧重对网络核心控制部分相关内容的描述。
  对IMS进行标准化的国际标准组织主要有3GPP和高级网络电信和互联网融合业务和协议(TISPAN)。3GPP侧重于从移动的角度对IMS进行研究,而TISPAN则侧重于从固定的角度对IMS提出需求,并统一由3GPP来完善,最终实现IMS对固定接入和移动接入的统一控制。
  
  1 3GPP对IMS的标准化情况
  
  3GPP在R5版本中首次提出IMS,并在R6和R7版本中进一步完善。IMS R5版本在2002年9月已经冻结,R5版本阶段侧重于对IMS基本架构、相关功能实体、功能实体之间的交互流程等进行研究;R6版本在2005年3月冻结,R6版本阶段更加侧重于IMS和外部网络之间的互通(包括和电路域(CS)网络的互通、和IP网络的互通、和无线局域网(WLAN)的互通),以及IMS支持各种业务的能力,并明确业务由IMS用户的归属地提供和控制,使IMS真正成为一个可运营的网络技术;R7版本将在2006年底前冻结,R7版本阶段更多考虑固定方面的特性要求,很多内容是在吸收TISPAN研究成果的基础上形成,涉及的内容有:固定宽带接入IMS(FBI)、电路域和IMS相结合业务(CSI)、IMS紧急业务等[1-2]
  
  2 TISPAN对IMS的标准化情况
  
  TISPAN和3GPP在IMS的研究上紧密合作,TISPAN从固定的角度向3GPP提出对IMS的修改建议。TISPAN的工作方式和3GPP类似,采用分阶段发布不同版本的方式,目前已经发布了R1版本相关规范,并正在开展R2阶段的研究工作。
  (1)R1阶段
  架构方面,TISPAN采用3GPP R7(见TS.23.228 v.7.2.0)定义的IMS架构,并针对固定的特殊要求进行了相关修订;提出了网络附着子系统(NASS)和资源控制子系统(RACS);对整个体系架构所包含的子系统和功能实体间的接口进行了定义;定义了基于IMS的PSTN/ISDN仿真子系统(PES)的实现方案等。协议方面,对3GPP已经定义的相关接口协议,针对固定的特殊需求进行了相关的修订;定义了NASS与外部接口的协议;定义了RACS和外部接口的协议。业务方面,定义了传统电信网络中补充业务在IMS架构中的实现等等。
  (2)R2阶段
  目前还主要处于需求分析阶段,比较受关注的项目有RACS R2版本的研究、网络电视(IPTV)、固定移动融合(FMC)、家庭网络、PES架构的完善。目前这些项目的进展不大,迫于各种压力,在TISPAN 10Ter会议上,TISPAN明确架构的研究工作可以不受需求分析方面进展情况的约束和限制,可在开展工作的同时逐步完善[3-4]
  
  3 与IMS相关的热点问题
  
  3.1 3GPP和TISPAN的协调
  TISPAN在许多文档中都直接应用了3GPP相关文档内容,3GPP对其文档内容的修改直接影响TISPAN,所以3GPP和TISPAN之间标准协调一致的问题需要探讨,目前还没有一致的意见。
  
  3.2 IMS网络核心控制部分的完善和增强
  (1)初始过滤规则和动态业务激活
  IMS中服务-呼叫会话控制功能(S-CSCF)需要依次检查各个初始过滤规则,但是在某些情况下不需要或不能这样做。TISPAN目前确定的解决办法是在应用服务器(AS)发送INVITE消息的路由字段头部增加“noService”参数字段,强制S-CSCF不再进行后续初始过滤规则的检查。
  动态业务激活信息(DSAI)指示业务是否实际激活而不仅仅是定制。在某个业务激活或去活之后,允许应用服务器改变初始过滤规则的组合,以便“屏蔽(Mask)”或“非屏蔽(Unmask)”它们的子集。最优选的解决方案是允许应用服务器和用户业务清单功能(UPSF)进行交互,应用服务器仅指示业务是否激活,UPSF将该指示映射到初始过滤规则,然后执行实际的“屏蔽(Masking)”逻辑。这种解决方案将业务控制和业务信息分离,但这种解决方案需要扩展Sh接口,并在Sh接口数据模型中引入新的实体。
  (2)组注册和隐含注册
  TISPAN在基于IMS的PES解决方案中提出了组注册的概念,并希望3GPP能够扩展IMS相关功能实体的功能来支持组注册,但是支持组注册会引出以下问题:
  ●接入网关控制功能(AGCF)组中包含的单个公共用户标识不应该是其他IMS定制的一部分,因此AGCF中包含的公共用户不能成为其他隐含注册组中的一部分。
  ●虽然隐含注册能够减少AGCF和查询/服务-呼叫会话控制功能(I/S-CSCF)之间的注册消息数,但是在CX接口上将存在针对一个清单下载多个大块消息问题。
  ●注册的最大有效时间长度是600 000 秒(约7天),这意味着一周需关联统一资源标识符(URI)组到终端一次。
  目前针对TISPAN提出的组注册如何实现,人们正在考虑具体的处理方式。
  (3)E.164路由问题
  IMS选路原则存在的问题:目前IMS假设电话号码映射(ENum)服务器可能需要所有运营商共用,在有些情况下,如果不能从E.164解析出对应的初始会话协议统一资源标识符(SIP URI),则将相关的信令消息转发给出口网关控制功能(BGCF),BGCF实际上是实现E.164选路功能的功能实体,如果BGCF确定呼叫是在另一个IMS域的BGCF中,就有可能形成一个死循环,所以建议考虑S-CSCSF对E.164选路方式的支持。对这个问题,TISPAN将向3GPP发送联络函,由3GPP解决考虑解决这个问题。
  
  3.3 IMS与其他基于IP的网络的互联
  在TISPAN 10ter会议上,第4工作小组提出采用面向业务的互联(SoIX)和面向连通性的互联(CoIX)这两个术语,并开展NGN互联相关问题的研究。SoIX同时包含信令控制层面的互联和承载层面的互联,而CoIX仅包含承载层面的简单互联。由于互联问题涉及到IMS的具体部署,相应的研究工作还没有开始,并且3GPP和TISPAN定义的与互联相关的功能实体之间还存在差异,因而两个标准组织之间的标准一致性问题仍在探讨过程中。
  
  3.4 IMS与CS
  (1)语音呼叫连续性
  语音呼叫连续性(VCC)业务实际上是同一业务涉及到两个网络的问题,主要问题是切换问题,需要考虑双向切换,包括从IMS域切换到CS域,从CS域切换到IMS域。提出VCC的主要出发点是要解决移动通信系统和WLAN的覆盖和切换问题。
  在具体的解决方案上最初分成两大阵营:一种是基于IMS会话控制的IMS控制方案,切换控制由应用层实现;一种是模拟移动交换中心(MSC)居间切换的发起域控制方案,即将IMS网络模拟成MSC类似局间切换的方案。目前确定将采用IMS控制方案。
  和VCC研究相关的热点问题主要集中在以下方面:
  ●架构:即完成VCC业务控制所涉及的功能实体之间的关系和交互结构。目前架构的具体内容基本已经确定下来。
  ●补充业务的处理模式:IMS集中控制是未来方向,最好的方式是将补充业务统一放在IMS处理,但是在3GPP R7版本内无法实现。目前补充业务的处理解决方案的趋势是:在CS域和IMS域分别进行部分控制。还有一种折衷方案是:在呼叫过程中,执行了补充业务后不允许再进行切换。
  ●跨域路由选择:跨域路由选择是当用户同时在CS域和IMS域进行了注册,呼叫将如何接续到被叫的问题,此时路由选择涉及到运营商的策略和用户的偏好。
  其他方面,VCC目前不支持紧急呼叫,只考虑了语音业务的互通问题,对于会话中非语音通信如何处理需要进一步探讨。例如:主被叫用户之间正在进行消息类业务,此时如想增加语音通信则很难触发和VCC相关的逻辑功能实体,即VCC目前还没有解决在一个会话中增加媒体成分的问题。针对该问题,目前的一种解决思路是将VCC作为用户的一个特色业务,当用户是VCC用户时,即启用业务触发功能,由实现VCC控制的功能实体完成相关的业务控制。
  (2)电路域和IMS相结合的方案
  CSI是完全针对移动通信提出的业务,其实质是不同业务分别由两个网络提供,实时类业务由CS域提供,非实时业务由IMS域提供,对终端的能力要求较复杂。
  CSI的规范相对成熟,目前Phase1阶段的标准已经完成,Phase2阶段的研究处于停滞状态。
  Phase1阶段,CSI业务不属于用户签约业务,只是终端的一种能力,终端具有将CS会话和IMS会话关联起来的功能,并根据主叫和被叫信息,在一个上下文中呈现给用户,其中包含主要终端之间的能力交互过程,具体工作过程如下:
  ●无线能力的交互:呼叫建立过程中,两个终端利用CS域交互能力信息,基于用户到用户信令业务1(UUS1)。
  ●终端能力的交互:主要利用SIP协议中的审计(Option)消息审计终端的能力。
  ●在两个终端的CS呼叫上增加一个IMS会话,从而建立CSI业务。
  ●在两个终端的IMS会话上增加一个CS呼叫,从而建立CSI业务。
  工作过程中增加IMS会话或CS呼叫的过程和正在进行的会话是相互独立的。
  CSI涉及的关键问题有:
  ●能力交互的方法和时机。
  ●IMS注册的触发:如果IMS用户没有注册,则触发用户进行注册,因为IMS用户可能使用通用分组无线业务(GPRS)作为IP连通性(IP-CAN),但是GPRS可能不是永久在线。
  ●多终端用户的终端区分:在IMS中,用户可能同时在不同的终端上注册同一个公共用户标识,需要IMS能够进行明确地区分,并将会话建立到正确的终端上。
  ●补充业务的处理:目前在两个域中补充业务的处理分别进行,互不关联。
  (3)Early IMS
  Early IMS提出的实质是要解决2.5代移动通信终端接入到IMS的问题,关键问题是IMS如何实现对2.5代移动通信终端用户的鉴权。采用用户名加密码的方式,密码很容易被别人获取,并且容易出现多人共用的情况,但运营商又希望通过简单设置应用服务器就能够推动新的业务,尽量屏蔽网络和终端之间的差异。
  目前采用的解决方案是采用IP地址绑定的方式,网关GPRS支持节点(GGSN)为终端分配地址的时候,将IP地址同时写入到归属位置寄存器(HLR)和归属用户服务器(HSS)中,HSS则负责将IP地址和国际移动用户标识(IMSI)关联起来,当用户注册时,通过对比IP地址是否一致来实现对用户的鉴权。在这种处理方式下,首先可能需要降低对代理-呼叫会话控制功能(P-CSCF)的保护,即如果没有安全联盟,该呼叫也允许通过;另外,P-CSCF一定要把用户真实的IP地址记录下来,这就要求用户和P-CSCF在同一个地址域。
  网络附着子系统绑定(NASS-Bundle)是TISPAN提出的对固定接入用户的一种鉴权方式,当NASS-Bundle和Early IMS共存时将引出呼叫会话控制功能(CSCF)如何确定所采用的鉴权方式的问题,并且对P-CSCF和S-CSCF都存在特殊要求,目前多种鉴权方式共存下解决方案问题还在探讨过程中。
  
  3.5 NGN R2阶段涉及IMS的研究
  (1)基于IMS的IPTV
  数字视频广播(DVB)、美国电信业解决方案联盟(ATIS)等标准组织都在研究IPTV,流媒体子系统属于NGN的一部分,并且流媒体子系统可以考虑融合固定和移动,目前TISPAN正在开展NGN下IPTV的实现方式的研究,现在还处于业务能力和需求分析阶段。例如对资源管理的影响、对用户数据的影响、对计费的影响、对用户网络附着程序的影响等。TISPAN所规范的IPTV业务包括广播电视、付费电视、交互式电视和视频点播等业务,主要内容包括业务定义、IPTV环境、各类IPTV业务描述、业务分发模式、业务相关需求、网络能力等。
  在TISPAN最近一次会议上,有代表建议启动对IPTV体系架构的研究,并对基于IMS和非基于IMS两种方案同时进行研究。根据会议上达成的一致意见,在业务能力需求还没有完全确定的情况下,TISPAN即开始对IPTV体系架构的研究,以便推动IPTV的研究进展,同时将IPTV的能力需求分析分成两个项目分别进行研究,一个是支持IPTV业务的需求和网络能力,侧重于NGN中公共部件的能力需求分析,包括对NASS、RACS等的能力需求;另一个是IPTV业务与NGN业务综合的需求,如个性化或交互式IPTV。
  目前在TISPAN NGN的研究中已经定义了很多功能实体,这些功能实体所提供的功能有可能直接被用来支持IPTV业务,或者进行一定的功能增强,同时IMS中定义的许多核心网络控制功能实体也有可能完成IPTV业务的核心控制,从而实现基于IMS的同时实现多媒体和IPTV的统一体系架构。
  现在IPTV在很多地方都有商业部署,并且很多相关信令也都已经定义完成,将对IPTV的研究产生很大的影响。
  (2)固定移动融合
  FMC的研究工作在TISPAN已经展开,目前主要集中在对各种用户场景的分析,FMC所涉及的内容和场景广泛,3GPP FBI也已经进行了很多相关方面的研究,确定了TISPAN FMC的研究范围、NGN R2的优先级等。目前还没有明确TISPAN FMC的具体范围,例如是否包含统一终端、统一帐单等不同层面的FMC,也没有准确的FMC定义。随着FMC研究的展开和深入,对IMS将产生一定程度的影响。
  
  4 结束语
  
  IMS作为融合固定接入和移动接入的统一架构,是电信网发展和演进的未来方向,它提供的丰富业务能力将使电信网的发展展开新的篇章。目前针对移动接入的IMS已经相对成熟,制造商提供的相关设备的功能也相对成熟和完备;针对固定接入方面,特别是PES方面,还有一些问题没有解决,研究和标准工作都相对滞后。IMS主要被用来提供多媒体业务,IPTV和FMC研究工作在NGN领域的展开将推动IMS向新阶段的发展。
  
  5 参考文献
  
  [1] 3GPP TS 23.206Voice call continuity between Circuit Switching(CS) and IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2 [S].
  [2] 3GPP TR 33.9783rd generation partnership project; Technical specification group services and system aspects; Security aspects of early IP Multimedia Subsystem (IMS) [S].
  [3] ETSI TS 182 006Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2[3GPP TS.23.228 v.7.2.0, modified] [S].
  [4] ETSI TS 183 011Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); IP Multimedia Subsystem (IMS) functional architecture [S].
  收稿日期:2006-07-18
  
  作 者 简 介
  李海花,北京交通大学毕业,硕士,现工作于信息产业部电信研究院通信标准研究所,主要从事软交换、下一代网的研究工作。
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