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解锦明:固网NGN向IMS平滑演进方案研究  

2011-08-01 13:43:10|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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                                                                                                                                   独家供稿:移动Labs

  摘要:全业务的发展提出了业务多样化和接入多样化的全业务需求, IMS作为未来固定和移动融合(FMC)的全业务目标网络在业界也已经得到共识,是核心网演进的目标架构。本文从移动运营商角度对固网NGN技术及IMS技术的特点进行了比较,并对现有固网NGN向IMS演进方案进行了分析论证,探讨固网NGN向IMS平滑演进的过程和方案。

  1、引言

  1.1、核心网络演进趋势

  网络全IP化、融合组网已逐步成为移动核心网网络发展的主要方向。IP化是核心网演进的必然趋势,核心网从封闭的、基于电路交换的网络向开放的、基于IP技术的统一承载网络转变;固定和移动多接入融合的语音通信对移动核心网提出了更高要求,引入CM-IMS可以逐步实现固定、移动多种接入的统一控制,其业务、控制、承载完全分离的水平架构有利于灵活、快速的提供各种业务应用,符合固定与移动融合、宽带和窄带融合的趋势,因此,IMS被认为将是下一代核心网络的理想目标架构。

  1.2、固网NGN向IMS演进驱动力分析

  现有移动核心网存在着固网NGN、移动软交换网络、IMS网络多种网络架构,各网络架构的独立组网和维护管理模式已经越来越不能适应移动与固定融合业务的发展需求,造成一些新固定移动融合业务难以同时在全网推行,不同网络用户之间业务特征难以全面共享,不利于业务的推广,通过固网NGN向IMS演进建立以IMS为统一架构的核心网目标架构有利于提供丰富的固定移动融合类业务及多媒体业务,满足用户随时随地沟通的业务需求,同时也增强运营商的差异化竞争能力;相对固网和移动网的核心网并存的网络架构,资源难以共享,造成建设成本及运维成本高,通过固网NGN向IMS演进实现基于IMS的核心网统一网络架构,不仅可以减少网络结构的复杂度,也应该可以降低网络的运维成本,同时保护固网NGN已有投资。

  综上所述,固网NGN网络与IMS网络的融合是大势所趋,固网NGN向IMS融合演进的主要驱动力主要是多业务的融合,融合既是技术发展的结果,也是业务发展的需求。

  2、NGN向IMS演进可行性分析

  2.1下一代网络(NGN)概述

  根据ITU-T对NGN的定义:“NGN是一个基于分组的网络,它能够提供包括电信业务在内的各种业务并能够利用多种带宽、有QoS支持能力的传送技术;能够为用户提供无限制接入到多个运营商;能够支持普遍的移动性,确保用户的一致性、普遍的业务提供能力。”

  NGN的网络架构主要分为四层:业务管理层、网络控制层、核心交换层、边缘接入层。

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                                           图1:NGN网络架构示意图

  NGN具有以下特征:

  开放的网络架构:将传统TDM交换机的功能模块分离成为独立的网络部件Softswitch和MGW,各个部件可以按相应的功能划分,各自独立发展;

  标准的协议接口:统一采用SIP协议进行呼叫会话控制。

  业务驱动的网络:通过业务和呼叫完全分离,呼叫控制和承载完全分离,从而实现相对独立的业务体系,使业务独立于网络。

  采用统一的IP承载,有利于网络的统一融合。

  2.2 IMS概述

  IMS(IP Multimedia Subsystem,IP多媒体子系统)最早是由第3代移动通信合作计划(3GPP)R5版本在核心网引入的,IMS是开放的网络架构,提供了基于IP承载的,与接入无关的IP多媒体业务控制能力,它采用SIP作为核心控制协议,并通过SIP进行业务管理,IMS可以使运营商充分利用SIP的优势,更快速更灵活地开发管理各类融合业务。IMS的体系架构如图2所示。

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                                           图2 IMS的网络架构

  IMS的网络架构分为接入层、承载层、核心控制层、业务4层。

  接入层:包括固定接入( LAN/WLAN/xDSL/xPON 等)和移动PS域接入。

  承载层:IMS网络统一承载在IP 网上,用户通过城域网接入,与IP网互通。

  核心控制层:IMS网元如上图所示,其逻辑功能实体包括:CSCF(Call Session Control Function,呼叫会话控制功能)、MGCF(Media Gateway Control Function,媒体网关控制功能)、IMS-MGW(IMS Media Gateway,IMS媒体网关)、BGCF(Breakout Gateway Control Function,出口网关控制功能)、MRFC(Multimedia Resource Function Controller,多媒体资源功能控制器)、MRFP(Multimedia Resource Function Processor,多媒体资源功能处理器)、SLF(Subscription Locator Function,签约定位功能)、HSS(Home Subscriber Server,归属用户服务器)等。

  业务层:提供业务逻辑控制功能,其逻辑实体为AS(Application Server,应用服务器)。

  IMS采用了控制和承载分离、控制和业务分离的开放式网络架构,实现了固定移动的统一控制,迎合未来网络的演进,其主要特点及优势如下:

  1、开放的网络结构,有利于网络的融合演进

  IMS基于端到端IP网络,采用标准开放接口,网络结构有利于未来新业务和网络的融合。

  2、丰富的业务提供能力

  打破传统的竖井式业务部署模式,业务与控制完全分离,保证业务提供的一致性,有利于灵活、快速的提供各种业务应用,更利于业务融合。

  3、广泛的接入方式

  IMS支持多种固定/移动接入方式,原则只要用户可以获得IP连接,无论使用何种接入网均可以接入IMS,支持无缝的移动性和业务连续性,为全业务运营提供了便利。

  2.3 固网NGN向IMS演进的的可行性分析

  为分析固网NGN向IMS演进的可行性,我们分别从接入能力、业务能力、网络能力三方面分析IMS对固网NGN各项能力的继承性,具体如下表:


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  因此,从上分析可知,IMS完全继承了固网NGN的各项能力,可以保证固网NGN用户的各项业务完全平滑迁移至IMS网络,同时可以提供与移动网融合的更多业务体验。从网络的角度来看,固网NGN向IMS融合演进是网络融和发展的总体趋势,IMS的网络结构与NGN有很多相似之处,具体有以下几个方面:

  (1)采用开放的网络结构。固网NGN与IMS都采用了分层的网络结构,NGN实现了承载与控制的分离,IMS进一步发扬了NGN结构中控制与承载分离的思想,实现了控制和业务的分离。控制层和业务层间采用提供开放的业务接口,所有的业务逻辑都在业务层实现,有利于新业务的快速生成和应用。

  (2)基于IP承载,采用统一的SIP标准协议进行呼叫会话控制。从承载层看,NGN和IMS都采用了端到端的全IP架构,SIP作为基于软交换的NGN网络和IMS的呼叫控制信令协议,具有协议简单,易于扩展的优点,使SIP协议能够支持许多新业务;对不支持业务信令的透明封装,可以继承多种已有的业务。

  (3)IMS具有与接入无关的特性,支持多种固定及移动接入方式,现有固网NGN各种接入方式均可以接入IMS网络,支持无缝的移动性和业务连续性,为全业务运营提供了便利。

  综上分析,无论从对固网NGN的业务继承能力还是网络架构的相似性上,使得固网NGN向至IMS网络演进成为可能。

  3 固网NGN向IMS演进方案

  3.1、演进总体思路

  网络演进是一个长期的过程,必须要综合考虑保护现有网络的投资,并且能够保证新旧网络之间的平滑过渡。尽管IMS有着众多优点,在业界已有众多运营商进行商业应用,但目前各厂商设备差异较大,需要进一步推动IMS技术的标准化;从投资保护角度,现有传统固网NGN网元众多,用户量较大,现阶段仍可以满足用户的固话业务需求,也不可能在短期内采用IMS完全替换现有固网NGN。

  综合以上两点,固网NGN向IMS演进的总体思路基于现有的网络条件,以满足全业务竞争环境下的融合业务需求为目标,结合核心网络IP化、融合组网及IMS技术成熟性统筹考虑,在确保网络安全的前提下固网NGN逐步IMS融合演进。

  3.2、Common IMS标准进展情况

  针对基于IMS的网络融合方案,3GPP、ITU-T和ETSI TISPAN都在进行研究, TISPAN主要研究方向是传统固定用户(包括交换机、软交换)如何接入IMS网络,研究成果主要是AGCF、NASS、RACF等功能实体以PES/PSS业务流程等, 08年之后TISPAN与3GPP标准组织合并,共同研究Common IMS相关标准。Common IMS的提出标志着IMS标准化进程进入了一个新的阶段,形成了一个融合了固定接入和移动接入的网络统一架构,为固网NGN向IMS演进提供了技术驱动。


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  3.3、网络演进关键技术

  固网NGN向IMS演进过程是长期的、复杂的,它涉及到网络的业务层面、控制层面、传输层面、接入层面、支撑系统等多个层面。从控制层角度来看,演进主要表现为固网NGN的软交换通过升级为IMS的AGCF网元融合至IMS网络;从接入层的角度来看,体现为多种接入方式如何平滑接入至IMS网络;从业务层面来看,体现为IMS继承原有固网NGN的各项业务,同时为用户提供移动与固话融合业务和更加丰富多彩的多媒体业务。固网NGN向IMS演进关键是指核心网控制层和接入层的演进。

  3.3.1 控制层的演进

  ETSI TISPAN对IMS的主要研究方向是传统固定用户(包括交换机、软交换)如何接入IMS网络,研究成果主要是AGCF、NASS、RACF等功能实体以PES/PSS业务流程等,并针对固网NGN提出了通过AGCF(Access Gateway Control Function,接入网关控制功能)接入IMS的解决方案,传统固网终端仍然通过固线、接入网关(AG)接入,核心网采用IMS的全IP传输。

  对于以移动业务为主的运营商,受到运营商现有网络条件限制,固网NGN向IMS演进一般采用将固网软交换升级到IMS的子集的方式,从移动侧首先构建全新的IMS网络,对于固网NGN的软交换采用升级到IMS域内的AGCF、MGCF的方式,实现固网NGN向IMS逐步演进。通过对固网NGN的软交换进行软件升级,系统硬件不变,实现软交换与AGCF逻辑功能共存共存于一个物理实体,硬件投资完全保护,有利于网络的平滑演进。

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                                                NGN向IMS演进示意图

  采用AGCF作为固网NGN 向IMS演进的目标方案已在全球很多地方应用,比如英国SKY、美国Comcast、俄罗斯Comstar、马来TM等都已成功商用。

  3.3.2 接入层的演进

  固网NGN接入层支持SIP、H248、MGCP等多种方式接入核心网络,包括IAD、AG、TDM PBX等多种接入设备,接入设备演进主要通过现有NGN网络的软交换升级为AGCF,通过AGCF实现各种接入设备平滑迁移至IMS网络,具体各类接入设备迁移方案如下表:


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  接入设备中TDM-PBX的迁移方案比较复杂,可采用四种方式实现TDM-PBX迁移至IMS网络,TDM PBX向IMS迁移方案如下图所示:

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                                     TDM PBX向IMS迁移方案示意图

  其中方式二SIP GW主要功能是实现TDM信令(PRI信令、NO.7、TUP、ISUP等)到SIP信令的转换,代理其下属TDM PBX用户向CM-IMS进行注册并与IMS核心网交互完成语音等呼叫业务。该方式优点采用标准化业务流程,对IMS其他网元无要求,缺点是SIP GW需新建,且设备容量较小,大规模应用设备分散部署,难以集中管理,投资较大。方式三采用标准化流程,网络安全性较高,容量大,可以实现设备的集中维护和管理,缺点是需新建,不能和原NGN升级后的AGCF共用。方式四采用非标准呼叫流程,TDM PBX下用户未注册至IMS网络,存在一定网络安全风险。综上所述,TDM PBX向IMS迁移方案推荐采用方式二和方式三,具体选择方式建议根据网络的实际情况结合投资收益灵活选择。

  3.3.3 业务层的演进

  固网NGN网络中,业务类型主要还是基于话音的基本业务、补充业务和增值业务,话音业务及补充业务仍由交换机提供,增值业务由SCP提供,IMS开放的业务层由S-CSCF以及各种应用服务器(AS)构成,允许各种业务提供商通过标准的接口来向网络提供服务。原有NGN用户迁移至IMS后原有的NGN提供用户业务由IMS得AS负责提供。

  3.3.4 业务支撑系统改造

  固网NGN向IMS的演进过程中需重点关注支撑系统的改造,包括业务开通、用户数据迁移、计费及网管等方面改造,对现网运营支撑系统改造建议遵循以下原则:

  1、尽量减小现有用户使用的影响。改造中需重点考虑原有NGN的用户数据向IMS HSS德平滑迁移,同时对BOSS的改造尽可能减小对用户的使用的影响。

  2、需要其有足够的灵活性,支持业务功能的动态配置,减少后续对支撑系统投入的成本。

  3、系统设计定位起点高,在支持IMS业务的基础上,后续考虑支持其他固网业务,避免新种类固网业务开展后,相关系统重复建设。

  在固NGN向IMS演进的过程中,控制层的演进是关键,网络的演进是一个长期的过程,还将依赖于不断的实践逐步验证。

  3.4、网络演进阶段

  总体看来,固网NGN向IMS演进是一个长期渐进的过程。以移动运营商为例,固网NGN向IMS演进大致可分为以下几个阶段:

  阶段1:积极部署IMS网络,完善IMS网络架构,现有固网NGN逐步停止扩容,利用IMS网络提供移动固定融合业务及丰富的多媒体业务,满足用户及业务增长的需求。

  阶段2:在IMS网络商用成熟的基础上,固网NGN软交换软件升级为AGCF,基于用户的业务需求,对有固定移动融合业务或多媒体业务需求的原有NGN用户迁移至IMS网络,固网NGN与IMS将在一段时间内长期共存。

  阶段3:随着技术的成熟,固网NGN用户全部迁移至IMS网络,固网NGN成为IMS的子集,同时移动网CS和PS成为IMS的接入网时,最终将构建以IMS为基础统一融合的核心网目标网络架构。

  4 结束语

  固定移动融合已经成为通信业的发展趋势,在网络融合的发展趋势下 IP多媒体子系统(IMS)的网络架构目前已经为ITU-T、3GPP、3GPP2、TISPAN等主流电信标准化机构采纳,被业界视为实现固定和移动融合的理想网络目标架构。固网NGN向IMS演进符合网络发展总体趋势,但网络的演进是一个长期渐进的过程,相信随着Common IMS标准的不断完善,固网NGN将逐步向IMS融合演进,最终实现以IMS为基础的统一的核心网网络架构。

解锦明发表在移动Labs的原文链接:http://labs.chinamobile.com/mblog/5403_107016

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