IMS技术概念详解

IMS技术概念　　

IMS(IP Multimedia Subsystem)是IP多媒体系统,是一种全新的多媒体业务形式，它能够满足现在的终端客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求。目前，IMS被认为是下一代网络的核心技术，也是解决移动与固网融合，引入语音、数据、视频三重融合等差异化业务的重要方式。但是，目前全球IMS网络多数处于初级阶段，应用方式也处于业界探讨当中。

1.2、IMS的定位

　　IMS在3GPPRelease 5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。3GPP R5主要定义IMS的核心结构，网元功能、接口和流程等内容：R6版本增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和无线局域网（WLAN）接入特性等；R7版本加强了对固定、移动融合的标准化制订，要求IMS支持数字用户线（xDSL）、电缆调制解调器等固定接入方式。 　　软交换技术从1998年就开始出现并且已经历了实验、商用等多个发展阶段，目前已比较成熟。全球范围早已有多家电信运营商开展了软交换试验，发展至今，软交换技术已经具备了替代电路交换机的能力，并具备一定的宽带多媒体业务能力。在软交换技术已发展如此成熟的今天，IMS的出路在何方?又该如何发展和定位呢?首先需要对IMS和软交换进行较为全面的比较和分析。 　　如果从采用的基础技术上看，IMS和软交换有很大的相似性：都是基于IP分组网；都实现了控制与承载的分离；大部分的协议都是相似或者完全相同的；许多网关设备和终端设备甚至是可以通用的。 　　IMS和软交换最大的区别在于以下几个方面。 　　（1）在软交换控制与承载分离的基础上，IMS更进一步的实现了呼叫控制层和业务控制层的分离； 　　（2）IMS起源于移动通信网络的应用，因此充分考虑了对移动性的支持，并增加了外置数据库——归属用户服务器（HSS），用于用户鉴权和保护用户业务触发规则； 　　（3）IMS全部采用会话初始协议（SIP）作为呼叫控制和业务控制的信令，而在软交换中，SIP只是可用于呼叫控制的多种协议的一种，更多的使用媒体网关协议（MGCP）和H.248协议。 　　总体来讲，IMS和软交换的区别主要是在网络构架上。软交换网络体系基于主从控制的特点，使得其与具体的接入手段关系密切，而IMS体系由于终端与核心侧采用基于IP承载的SIP协议，IP技术与承载媒体无关的特性使得IMS体系可以支持各类接入方式，从而使得IMS的应用范围从最初始的移动网逐步扩大到固定领域。此外，由于IMS体系架构可以支持移动性管理并且具有一定的服务质量（QoS）保障机制，因此IMS技术相比于软交换的优势还体现在宽带用户的漫游管理和QoS保障方面。

1.3、IMS的发展与应用

　　1.3.1、IMS标准的发展 　　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。 　　3GPP对IMS的标准化是按照R5版本、R6版本、R7版本……这个过程来发布的，IMS首次提出是在R5版本中，然后在R6、R7版本中进一步完善。R5版本主要侧重于对IMS基本结构、功能实体及实体间的流程方面的研究；而R6版本主要是侧重于IMS和外部网络的互通能力以及IMS对各种业务的支持能力等。相比于R5版本，R6版本的网络结构并没有发生改变，只是在业务能力上有所增加。在R5的基础上增加了部分业务特性，网络互通规范以及无线局域网接入特性等，其主要目的是促使IMS成为一个真正的可运营的网络技术。R7阶段更多的考虑了固定方面的特性要求，加强了对固定、移动融合的标准化制订。R5版本和R6版本分别在2002年和2005年被冻结，而R7版本也即将冻结。 　　在TISPAN定义的NGN体系架构中，IMS是业务部件之一。TISPANIMS是在3GPPR6IMS核心规范的基础上对功能实体和协议进行扩展的，支持固定接入方式。TISPAN的工作方式和3GPP相似，都是分阶段发布不同版本。目前，TISPAN已经发布了R1版本相关规范，从固定的角度向3GPP提出对IMS的修改建议；R2版本目前还处于需求分析阶段。 　　TISPAN在许多文档中都直接应用了3GPP的相关文档内容，而3GPPR7版本中的很多内容又都是在吸收了TISPAN的研究成果的基础上形成的，所以一方对文档内容的修改都将直接影响另一方。此外，部分先进的运营商（如德国电信、英国电信和法国电信）已经明确了未来网络和业务融合的战略目标，并开始特别关注基于IMS的网络融合研究。各大设备厂商也加大了对IMS在固网领域应用的研究，正积极参与并大力推进基于IMS的NGN的标准化工作。因此各个标准之间的协调一致的问题还需要进一步探讨。 　　1.3.2、IMS的主要应用 　　1.3.2.1、IP媒体业务类型 　　IMS是一个在分组域（PS）上的多媒体控制/呼叫控制平台，IMS使得PS具有电路域（CS）的部分功能，支持会话类和非会话类的多媒体业务。IMS为未来的多媒体应用提供了一个通用的业务平台，典型的业务如呈现、消息、会议、一键通等等。将不同的业务进行分组可以得到以下一些类型。 　　（1）信息类业务，这类业务对用户来讲已经非常熟悉，而且目前为运营商带来了良好的收益，IMS的信息类业务将带给用户更多的选择，在享用这些信息类业务的同时，用户可以随心所欲而且费用低廉的使用其他媒介，比如视频和声音等，同时可以灵活的选用实时业务或非实时业务进行沟通。 　　（2）多媒体呼叫话音业务，这类业务可以给用户在原有的话音业务操作和应用上带来全新的体验。 　　（3）增强型呼叫管理，可以实现让用户自己来控制业务，让用户的沟通更加灵活。 　　（4）群组业务，将不同的通信媒介聚合起来，为用户提供新的业务体验，而且IMS还可以对业务进行新的开发和组合；突破传统的一对一的通信方式限制，可以提供基于群组的通信方式。 　　（5）信息共享，常见的邮件携带附件的沟通模式可以完成部分的信息共享功能，但是在许多情况下显得不够灵活，所以实时在线的信息共享通信应运而生，多个用户可以实时处理同一个数据文件。 　　（6）在线娱乐，移动终端可以直接和信息资源互联，IMS方式可以更好地呈现信息的更新和沟通，并可以随着用户需求的增长对信息进行必要的过滤；对于用户的在线游戏，IMS可以为用户提供从单机游戏到多用户在线参与的在线娱乐方式，同时用户还可以采用多种多媒体来沟通交流。 　　1.3.2.2、IMS的主要应用 　　　随着IMS技术和产品的逐渐成熟，已经有一些运营商开始了IMS的商用，还有一些运营商在进行相关的测试。从目前的商用和测试情况看，移动运营商已经开始商用，而固网运营商还主要处于试验阶段。综合考虑，IMS的应用主要集中在以下几个方面。 　　首先是在移动网络的应用，这类应用是移动运营商为了丰富移动网络的业务而开展的，主要是在移动网络的基础上用IMS来提供PoC、即时消息、视频共享等多媒体增值业务。应用重点集中在给企业客户提供IPCENTREX和公众客户的VoIP第二线业务。 　　其次是固定运营商出于网络演进和业务的需要，通过IMS为企业用户提供融合的企业的应用（IPCENTREX业务），以及向固定宽带用户（例如ADSL用户）提供VoIP应用。 　　第三种典型的应用是融合的应用，主要体现在WLAN和3G的融合，以实现语音业务的连续性。在这种方式下，用户拥有一个WLAN/WCDMA的双模终端，在WLAN的覆盖区内，一般优先使用WLAN接入，因为这种方式用户使用业务的资费更低，数据业务的带宽更充足。当离开WLAN的覆盖区后，终端自动切换到WCDMA网络，从而实现语音在WLAN和WCDMA之间的连续性。目前，这种方案的商用较少，但是许多运营商都在进行测试。 　　在IMS中全部采用SIP协议，虽然SIP也可以实现最基本的VoIP，但是这种协议在多媒体应用中所展现出来的优势表明，它天生就是为多媒体业务而生的。由于SIP协议非常灵活，所以IMS还存在许多潜在的业务。 　　1.3.3、基于IMS的网络融合问题 　　　随着通信网络的发展与演进，融合是不可避免的主题，固定和移动的融合（FMC）更是迫切要解决的问题。ETSI给FMC下的定义是：“固定移动融合是一种能提供与接入技术无关的网络能力。但这并不意味着一定是物理上的网络融合，而只关心一个融合的网络体系结构和相应的标准规范。这些标准可以用来支持固定业务、移动业务以及固定移动混合的业务。固定移动融合的一个重要特征是，用户的业务签约和享用的业务，将从不同的接入点和终端上分离开来，以允许用户从任何固定或移动的终端上，通过任何兼容的接入点访问完全相同的业务，包括在漫游时也能获得相同的业务。”ETSI在给FMC下定义的同时也对固定移动网络的融合提出了相应的要求。 　　IMS进一步发扬了软交换结构中业务与控制分离、控制与承载分离的思想，比软交换进行了更充分的网络解聚，网络结构更加清晰合理。网络各个层次的不断解聚是电信网络发展的总体趋势。网络的解聚使得垂直业务模式被打破，有利于业务的发展；另外，不同类型网络的解聚也为网络在不同层次上的重新聚合创造了条件。这种重新聚合，就是网络融合的过程。利用IMS实现对固定接入和移动接入的统一核心控制，主要是IMS具有以下特点。 　　（1）与接入无关性。虽然3GPPIMS是为移动网络设计的，TISPANNGN是为固定xDSL宽带接入设计的，但它们采用的IMS网络技术却可以做到与接入无关，因而能确保对FMC的支持。从理论上可以实现不论用户使用什么设备、在何地接入IMS网络，都可以使用归属地的业务。 　　（2）统一的业务触发机制。IMS核心控制部分不实现具体业务，所有的业务包括传统概念上的补充业务都由业务应用平台来实现，IMS核心控制只根据初始过滤规则进行业务触发，这样消除了核心控制相关功能实体和业务之间的绑定关系，无论固定接入还是移动接入都可以使用IMS中定义的业务触发机制实现统一触发。 　　（3）统一的路由机制。IMS中仅保留了传统移动网中HLR的概念，而摒弃了VLR的概念，和用户相关的数据信息只保存在用户的归属地，这样不仅用户的认证需要到归属地认证，所有和用户相关的业务也必须经过用户的归属地。 　　（4）统一用户数据库。HSS（归属业务服务器）是一个统一的用户数据库系统，既可以存储移动IMS用户的数据，也可以存储固定IMS用户的数据，数据库本身不再区分固定用户和移动用户。特别是业务触发机制中使用的初始过滤规则，对IMS中所定义的数据库来讲完全是透明数据的概念，屏蔽了固定和移动用户在业务属性上的差异。 　　（5）充分考虑了运营商实际运营的需求，在网络框架、QoS、安全、计费以及和其他网络的互通方面都制定了相关规范。 　　IMS所具有这些特征可以同时为移动用户和固定用户所共用，这就为同时支持固定和移动接入提供了技术基础，使得网络融合成为可能。