0前言

    基于Internet服務的快速增長和Voip的興起以及巨大的利益驅動，使得以IP網絡為核心的承載技術得到了廣泛應用。2G和3G移動網絡通過分組域（PS）接入Internet，使得移動用戶可以隨時隨地接受基于IP的服務，體現了固定網絡和移動網絡的融合。但這種以傳統分組網絡為基礎的接入方式有極大的限制。首先，IP只能提供盡力而為的服務，并不能實現不同級別QoS的保障，這與傳統電信網是不一致的；其次，第三方的服務提供和部署受到了網絡運營商的制約；再者，移動用戶使用不同的網絡接入技術，也會影響QoS；最后，對于網絡的不同QoS服務如何進行有效的治理和計費統計也是一項重要的任務。

    由于下一代移動通信的發展已融合進了以軟交換為核心的下一代網絡（NGN）的演進過程，并受到NGN技術發展的支持。遵循逐步發展、技術平滑過渡、兼容已有投資的策略，IMS[1]就是為了解決上述這些限制，由3GPP所提出的一種能實現解決方案的子系統。

    1IMS體系結構

    1.1邏輯功能結構

    IMS域中3種類型的呼叫會話控制功能（CSCF）承擔著不同的功能。P-CSCF是SIP[2]中的代理服務器，它負責接受請求或響應并進行轉發。S-CSCF執行會話控制服務，包括注冊并維持會話的狀態，擔任SIP服務器的功能。而I-CSCF則是外部網絡訪問IMS與之進行交互通信的接口，通過這種方式可實現對本網絡結構的隱藏。HSS由2G的歸屬位置寄存器（HLR）演化而來，是支持用戶注冊并存放用戶身份、位置數據和過濾策略信息的網絡數據庫。HSS也負責用戶進行網路接入的認證和授權控制信息的治理。

    3GPP在IMS中提供了對三類服務與應用的接入，基本涵蓋了可能的應用：

    a）IMS中，SIP被引入作為核心信令協議，SIP應用服務器可被用來提供服務。

    b）由快速部署和第三方可提供服務所驅動的開放式應用編程接口（API），如OSA/ParlayAPI[3，4]，因此OSA/Parlay服務器等可用作服務的提供和控制。

    c）為了保護傳統網絡中已有的投資，利用已有的智能網服務，必須提供一種方法來實現傳統智能網與新的IMS域的終端用戶的互通，如CAMEL[5]等。

    這些應用服務器通過各自的服務平臺，即SIPAS、OSASCS和IMSSF，與S-SCSF通信，為用戶提供符合其配置策略的服務。

    作為對移動用戶的媒體服務和應用的支持，IMS給用戶提供服務的過程如下：

    a）移動用戶已經通過GPRS的注冊，獲得了網絡分配的IP地址，并執行P-CSCF發現；

    b）通過CSCF向IMS進行注冊，并執行安全認證，業務配置信息有效地存儲在HSS中；

    c）用戶通過CSCF與應用服務器通信，請求相應的服務；

    d）應用服務器根據服務策略進行相應的響應，如提供服務或報錯，最后拆除會話。

    1.2協議

    IMS為了支持基于IP的多媒體服務，實現移動網絡與IP網絡的融合，全面引入了IETF的協議，可分為下述幾類。

    1.2.1信令和會話協議

    3GPP采用SIP作為IMS中的核心信令協議，用于會話的建立、更改和拆除，并且獨立于媒體的傳輸，但SIP并不負責QoS的保障。SIP通過開發新的方法、頭部字段、消息體類型來實現強大的可擴展性，支持了未來潛在的應用。會話中消息體的描述使用的是SDP協議。

    1.2.2媒體傳輸協議

    媒體傳輸與會話控制分離，使用實時傳輸協議（RTP）來傳輸，并同時利用實時傳輸控制協議（RTCP）為RTP提供與媒體流相關的信息。RTP中使用時間戳來為接收方提供媒體流的次序，利用序列號來測量數據包的丟失情況。RTCP統計并匯報RTP數據包的收發數量，同時還提供時間戳和參考時間之間的映射。而“參考時間”是確保在接收方確定媒體同步的重要參數。

    1.2.3驗證和安全協議

    除了使用IP安全協議IPSec之外，IMS還引入了Diameter[6]協議，它是基于RADIUS協議發展而來，采用AAA客戶—服務器結構，作為查詢和訪問HSS的安全協議。IMS中Cx、Dx和Sh接口使用了Diameter協議來執行驗證功能。

    1.2.4支持運營治理的協議

    為了使運營商能對用戶不同QoS等級的服務和計費信息進行治理，并驗證用戶相應的QoS策略的合法性，引入了IETF開發的普通開放策略服務協議（COPS）[7]。

    1.2.5媒體網關控制協議

    采用MEGACO/H.248協議，通過MGCF對媒體網關進行控制。媒體網關（MGW）和信令網關（SGW）互聯了IMS與傳統電路交換網絡ISDN/PSTN。

    2服務平臺

    IMS設計了3個平臺來為用戶提供多媒體的服務，統稱為應用服務器（AS）。OSASCS用于接入基于OSA/ParlayAPI的第三方業務，SIPAS用于提供基于SIP的應用服務，而IM SSF是接入智能網業務的接口。它們都通過S-CSCF來進行業務的實施，與S-CSCF的接口定義為ISC，它是基于SIP及其擴展之上的標準接口。從S-CSCF角度來看，OSA SCS、SIP AS和IM SSF都呈現出同樣的接口特性。S-CSCF根據從HSS取得的配置信息和收到SIP消息的不同，做出向應用服務器直接轉發消息（直接方式），或是轉化成一個新的SIP消息再傳給AS（間接方式）。

    在具體的應用中，應用服務器在不同的環境下，也在SIP對話中充當了不同的SIP網元的角色，包括被叫UA或重定向服務器、主叫UA、SIP代理服務器、第三方呼叫控制器。在某些情況下，SIP對話直接通過S-CSCF進行轉接，而并不通過應用服務器。前三種模式下的工作遵循RFC3261及其擴展協議。第三方的呼叫控制模式下，AS要新發起一個消息或呼叫，如執行預定的呼叫轉移的情形等。

    雖然從ISC接口上，三類AS的行為以統一的方式與S-CSCF進行交互，但它們本身提供的業務方式以及與HSS的接口是有所區別的。

    2.1基于SIP的業務

    S-CSCF利用的是基于SIP及其擴展的呼叫信令協議，通過SIP應用服務器直接利用SIP協議可以獲得SIPAS到IMS的接入。這種方式不需要進行呼叫會話協議之間的映射，因此S-CSCF和SIPAS之間沒有中間的過渡平臺，部署方便。SIPAS和HSS之間的接口是Sh，HSS負責控制提供何種信息給SIP AS。Sh上傳輸的是與用戶相關的信息，也可以是對HSS透明的信息和數據。

    2.2基于開放式應用編程接口的業務

    下一代網絡是一個開放的網絡，答應第三方業務提供商通過標準的應用編程接口（API）接入網絡資源，進行各種業務或應用。3GPP與Parlay組織合作制定了Parlay/OSA的標準,支持獨立于網絡的第三方業務的接入和利用網絡功能的體系，為用戶提供服務。

    在Parlay/OSAAPI中，提供給應用的網絡功能實體被定義為若干業務能力特征（SCF）的集合，由業務能力服務器（SCS）支持，這些SCF為應用開發提供了必要的網絡接入功能。Parlay/OSAAPI是分層結構，可分別提供網絡安全、發現并接入SCF等功能。第三方應用服務器通過Parlay/OSAAPI和SCS相連接，而OSA SCS則在3rd AS和S-CSCF之間負責API和ISC之間的映射。此外，Parlay/OSA利用中間件技術實現對于特定廠家解決方案的獨立性，并且也獨立于所使用的編程語言和操作系統等。OSA SCS與HSS之間的接口也是Sh。

    2.3基于智能網的業務

    之前已經提到，已有的正在為現行通信提供強力支持的智能網不會在短期內消失，而且IMS系統必須考慮與UMTS的電路交換域的互聯互通。要做到兼容已有的網絡資源，實現技術和服務提供的平滑過渡，IMS需要接入現有的智能網。非凡是3GPP提出的UMTS網絡是在GSM/GPRS的基礎上發展起來的，因此接入GSM/GPRS原有的移動智能網CAMEL就顯得尤為重要。

    IMSSF就是供CAMEL與S-CSCF互聯為IMS提供服務的平臺。從CAMEL角度來看，IMSSF是智能網的服務交換節點SSP，相當于CAMEL中業務交換功能SSF和呼叫控制功能CCF。IMSSF在S-CSCF和CAMEL之間實現SIP消息和CAP信令的映射。Si是IM SSF與HSS交互通信的接口，傳輸的是CAMEL相關的信息。因此，通過IMS也可以得到在電路交換中智能網所提供的服務。

    3發展與應用

    3.1應用

    從以上描述可知，IMS中呼叫和會話的控制是基于SIP進行的，具體的信令流程和會話的狀態變遷可參閱參考文獻2。IMS體系結構和CSCF的設計利用了軟交換技術，實現了業務與控制相分離、呼叫控制與媒體傳輸相分離。IMS雖然是3GPP為了移動用戶接入多媒體服務而開發的系統，但由于它全面融合了IP域的技術，并在開發階段就和其他組織進行密切合作，如Parlay，IETF等，就使得IMS實際已經不僅僅局限于只為移動用戶進行服務。

    IMS的無線接入技術除了GSM/GPRS和WCDMA之外，WLAN通過SIPProxy也可以接入。此外，固定網絡的LAN和xDSL接入技術也可以接入到IMS。而且IMS還提供了與ISDN/PSTN傳統電路交換網絡的互聯機制。這樣，IMS提供服務的終端除了移動終端之外，還包括固定的電話終端、多媒體智能終端、PC機的軟終端等。

    移動通信和固定通信的融合以及聲音、數據、圖像多媒體的融合是未來通信發展的趨勢，IMS則初步體現了這兩大融合。IMS的優勢和前景使得3GPP2組織也將之引入，作為其提供實時多媒體服務的系統平臺。

    3.2待解決的問題

    IMS發展中，有以下兩個問題比較突出。

    3.2.1QoS保障

    盡管IMS為用戶的服務需求提供了一個統一的平臺，但由于服務的多樣性以及其對網絡資源的依靠程度決定了在網絡中實現QoS保障的復雜性。

    現行的IP網絡中QoS保障機制有：資源預留協議（RSVP）、區分服務（Diffserv）、多協議標簽交換（MPLS）等，但它們各有其局限性：

    a）RSVP采用會話前預留資源的方法，額外開銷大，且不適合在較大型的網絡內使用；

    b）Diffserv利用優先級分配資源的方法，實際上只是一種區分優先的技術，需要公認的QoS類別的劃分機制；

    c）MPLS利用劃分等價類的方法來提供QoS的保障，但需要大規模更新網絡中的路由器。

    因此，為了實現所需的QoS，則需要綜合利用各種不同的技術。此外，為了實現異構網絡以及不同運營商之間網絡互聯中的QoS保障，網絡間服務等級約定（SLAs）也是極其重要的。

    3.2.2安全問題

    移動終端在接入網絡時要通過鑒權認證，在接入IMS時還要再進行安全認證。此外，IMS對SIP文本消息進行了加密保護。但對于固定用戶而言，在接入網絡的時候，并沒有身份鑒權的過程，這使得IMS內網元受攻擊的安全隱患加大。因此，為了實現固定和IMS的融合，必須考慮固定接入時的安全問題。

    4結束語

    基于IP技術之上的IMS的出現體現了固定、移動網絡融合的需要，并且不限定下層接入技術，因此提供了極大的便利性和自由度，為網絡的發展指出了方向。傳統網絡運營商希望可以借助于這一結構體系，充分利用現有網絡資源來滿足用戶多媒體服務的需求，而新興運營商則要求通過開放的接口快速部署業務和應用，盡快進入市場。IMS都滿足了這些要求。

    在網絡演進的過程中，不同運營商會根據自身情況考慮適合的演進策略，但需要遵循標準化發展的要求。雖然IMS為移動或是固定終端提供了相同的服務體系，但如何在網絡中，非凡是異構網絡之間實現QoS的保障和安全也是必須考慮的重要問題，這方面的技術還需要進一步完善。

    作者：朱巍  張順頤