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IMS在下一代网络NGN系统中作用及应用

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来源: 作者: 2019-03-21 11:54:21

一、前言

在经历了十几年的高速发展后,移动运营商越来越认清了一条重要的规律,那就是电信业务必须不断地发展以不断靠近经济发展以及人们生活、工作和娱乐的通信和信息需求。目前,Yahoo!Messanger和腾讯等多媒体业务早已风靡全球,然而它们是建立在固定的Internet络具有良好能力的基础上的,没有任何通信和接入的质量保证,因此,迅速开发移动IP多媒体业务是当前电信运营商的当务之急。

二、IP多媒体子系统

国际第三代移动通信组织3GPP一直在进行它称为IP多媒体子系统IMS的标准化研究。在3GPP的文件R5中,IMS是UMTS核心络中提供端到端多媒体业务和集群多媒体业务的中心。在3GPP的R6中,IMS已经被定义为支持所有IP接入的多媒体业务核心,可以支持任何一种移动的或固定的、有线的或无线的IP-CAN(IPConnectivityAccessNetworks),包括W-CDMA,CDMA2000,Ethernet,xDSL以及Wireless LAN等等。

IMS由控制多媒体会话的络实体组成,在UMTS中IMS是提供IP多媒体服务的核心。IP多媒体服务使用GPRS络来进行传输。络提供者同时为IP多媒体服务提供传输实体和络控制实体。络结构同时允许为第三方提供附加的IP多媒体服务。

在UMTS版本5或更高的版本中,新增加的主要内容就是添加了两个全新的具有重要能力的IMS。第一,增加类似呼叫状态控制功能(CSCF)的新的络实体来提供基本的IP多媒体服务,例如在两个用户间的多媒体会话的发起。第二,相互兼容已经发展到可以提炼一些络实体能力的阶段,例如开放业务接入(OSA)服务能力。利用基本的IP多媒体服务和络提供的能力,OSA服务能力的功能被期望能够激励第三方新的IP多媒体服务的产生。

在UMTS版本5中的络结构如图1所示。图中显示了提供实时IP多媒体服务的基本的络实体。一个IMS包括一个或多个CSCF、媒体关控制功能(MGCF)、IMS媒体关、多媒体资源功能处理器(MRFC)、订阅位置功能、中断关控制功能(BGCF)和应用服务器。我们下面解释IMS如何实现其主要功能和如何为UMTS增加支持多媒体业务。

IPv6--IMS的信令和会话业务都是通过IP承载的,但是,并不是任何版本的IP都是可以使用的,IMS要求只有IPv6才能在IMS域中使用。虽然这将使UMTS这一全球第一商业系统广泛地发展IPv6,但是这仍将是一个大胆的要求,因为:

IMS中的IP寻址与分组域骨干中使用的(例如IPv4)和电路域中使用的是不同的,所以IPv6和IPv4互通的问题需要解决。

缺少IPv6的实践经验。

用于移动台接入IP多媒体服务的IP寻址范围必须在IMS寻址域内,这个寻址域是在建立好IP连接时激活的PDP上下文中安排好的。IP地址可以从服务域而不是归属域的GGSN中获得,从路由的效率来考虑,这是一个优点。

呼叫/会话控制--CSCF使用SIP在呼叫控制中发挥了核心作用。CSCF可以比作电路域语音通话中移动交换中心的信令部分和控制部分。除了语音通信之外,它还能支持多媒体会话。SIP是在移动台和CSCF之间、CSCF之间、CSCF和MGCF之间、CSCF和应用服务器之间有关信令方面的协议。CSCF起到了很多作用:作为代理CSCF(P-CSCF),这是移动台和IMS连接最初的一点;作为提供服务的CSCF(S-CSCF),可以用于会话控制;作为询问CSCF(I-CSCF),这是络中各个移动台的有关IMS信令的一个主要的连接点。

PSTN互通--当会话的一端为IMS用户,而会话的另一端是公共交换用户时,络需要四个新的功能实体-IMS媒体关、MGCF、信令关和BGCF。BGCF具有支持PSTN与PS域之间的呼叫的功能。媒体关用来完成在两端用不同格式编码的媒体信号的翻译。MGCF控制IMS媒体关,提供在基于SIP的和基于ISUP信令之间应用级的信令翻译,并且与S-CSCF进行通信。传输级的在基于IP的和基于SS7的信令翻译由SGW完成。BGCF识别络和络中的MGCF,并确定进入PSTN的位置。

处理用户签订的信息和用户状态的信息--归属用户服务器(HSS)是主要的数据库,它存储用户签订的业务信息和本地信息。它可以被考虑为一个增强型GSM络中的归属位置寄存器。因为在络中有几个HSS存在,在注册和会话建立过程中,为了找到有目标用户信息的HSS,用户位置功能被CSCF询问。用户位置功能不需要在单一的HSS环境下实现,因为CSCF知道哪一个HSS会被使用。

可以使用各种不同的应用服务器,包括基于SIP的应用服务器和OSA应用服务器,这些应用服务器可以实现各种服务,例如语音提示服务和预付费服务。支持多种服务的应用服务器还可以促进新的业务的产生。在这两种情况下,SIP为S-CSCF的信令服务,然而,在一个OSA应用服务器的例子中,一个OSA容量服务器应该插入在OSA应用服务器和S-CSCF之间。

多方会议-媒体资源功能处理器(MRFP)和媒体资源功能控制器(MRFC)支持多方多媒体会议,并能体现媒体资源(例如,语音提示功能)的实际能力。MRFP处理和混合实际的媒体流,MRFC控制MRFP的媒体流资源。

其他问题-在设计和标准化UMTS的过程中,产生了很多复杂的问题。例如,在2000年底才确定下来一个用户的服务控制由它的归属络来执行,并且,当用户漫游到国外络时,这个功能仍然适用,但是,因为存在仅仅由归属域控制产生的潜在的劣势,例如,归属域的过载和处理分组上的延迟,所以由访问域进行控制的问题也已经开始考虑了。而且,关于支持由访问域和归属域通过IMS共同控制的问题,3GPP已经讨论了一段时间了。然而支持两种模式必定会使络结构更加复杂。因此,3GPP最终决定使用归属域来控制,但是,以后可能会重新进行这一问题的讨论。

三、IP多媒体业务的应用

1 即时通(Pushto talk)

又叫做一键通业务,该服务使得终端用户能够在分组交换络上,通过只按一个按键就进行一对一或群体即时通话。该服务采取“半双工” 模式,也就是说同一时间只有一人能够讲话,从而更便于群体交流,该服务可以使用户能够在通话群中灵活地选定或者变换通话对象。从而用户可以轻易地与通话群体中所有人或选择部分人进行 Push to talk 通话。它是一种全数字传输的 VoIP 技术,其完全基于 SIP协议和IMS的设计,很好的保证了互通性、可量测性和向未来 3G 的平滑过渡。

2 IP业务

随着宽带IP接入的普及,IP终端成为新的热点,例如现在一些运营商正在推广的IP超市(类似于IP公用亭),基于H.323的IP终端未能普及除了以前缺乏IP宽带接入这个原因外,还因为H.323 的用户认证一直是一个问题,另外H.323终端价格昂贵也是一个原因。现在采用SIP基本上克服了这些问题,SIP软件被免费集成在 Microsoft WinXP 操作系统中,因为SIP如此简单,甚至有运行在 Linux ,PocketPc ,Symbian 上的SIP Client软件,使得手持终端上的SIP应用也成为可能,而且SIP还支持完善的用户认证机制。所以基于SIP的IMS完全可以被用来作为IP终端系统。

3 串行振铃和并行振铃业务

因为一个SIP用户可以同时在很多终端上注册,比如他可能有几个固定办公,还有无绳,移动,便携PC等,每种终端可以实现不同的功能,比如便携PC支持视频而固定SIP可能连PM都不支持,用户不需要总是带着所有终端,在各种情况下他只带着其中一些,比如开会时他可能只带着便携PC。

串行振铃业务是当另外一个用户呼叫该用户时,系统会根据该用户设定的次序和等待时间依次振铃该用户的各种终端,直到该用户接通为止。

而并行振铃业务则是系统同时振铃该用户的所有注册终端,直到该用户接通为止。

4 会晤转移业务

会晤转移业务包括无条件转移,无应答转移和遇忙转移,该用户可以定制转移的统一资源标识(URI),当条件符合时,呼叫被转移到设定的目标。这种业务和传统呼叫转移业务功能相同,只是增加了新的媒体类型。

5 主叫标识显示业务

和传统的主叫号码显示意义相同,只不过显示在被叫终端上的不只是主叫的SIPURI,而可能是任何媒体,比如一张主叫的照片、一段声音或者视频片断。根据系统的提示,主叫可以事先将要传送的标识上传到系统中存储,当主叫呼叫被叫时,SIP消息报文将主叫标识的统一资源地址(URL)传到被叫,被叫终端自动打开该URL,从而看到主叫的标识。

四、结论

目前电信业务的发展已经到达了个人通信的重要阶段,传统的多媒体业务结构无法支持移动(个人化的)多媒体通信的需求,3GPPR5/R6采用的SIP体系结构和IP多媒体子系统为满足下一代的电信业务需求打下了基础,结合OSA技术和虚拟驻地环境技术,电信用户可以获得他们急需的新的移动多媒体通信业务,电信运营商也将在第三代移动通信上找到自己的业务增长点。

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