基于IMS的下一代融合网络运营研究

0、引言

众所周知，下一代融合业务网络已成为通信业发展的必然趋势，这不仅反映了用户对操作简单安全、业务个性化、便携移动及有线与无线融合通信方式的迫切需求，也说明了“融合”将为运营商保持并提高其市场份额提供巨大的发展空间。

业务驱动是网络演进的前提，技术驱动是网络演进的保证。用户对无缝融合通信方式的需求及运营商面临的机遇都驱动传统网络向下一代融合方向演进，而IP多媒体子系统（IMS）正是这种演进的技术保障[1，2]。IMS打破了原有网络封闭的业务提供模式，不仅能最大程度地保护电信运营商的利益，使当前的网络能平滑过渡到下一代网络，也引导未来的移动多媒体业务发展方向，它适用于基于IP的移动多媒体业务（如一键通（PoC）、即时通信（IM）等），也兼容传统语音、数据和视频业务，是一个完全开放的业务构架。

1、IMS是移动与固定融合的原动力

IMS是基于分组域（PS域）的IP多媒体子系统，它由3GPP在2002年启动的R5规范中正式提出，随后，IMS逐渐成为实现网络融合和业务融合的核心标准。IMS系统为提供丰富的业务建立了独立于下层承载网络、基于开放的SIP/IP协议以及可管理可控制的平台[3]。其主要特点如下：a）更加彻底分离的发展趋势。b）呼叫协议统一。c）与接入方式无关。d）提供终端漫游特性。e）提供更好服务质量和安全保证。

作为网络融合的基础架构，IMS体系包括3个主要层次。

1）传送及接入层

通过SIP信令建立会话，并提供承载服务（如传送被分组打包的模拟语音等）。该层还包含媒体网关，用于实现VoIP媒体流与时分复用（TDM）之间的转换。

2）会话及呼叫控制层

主要功能模块之一的呼叫会话控制功能（CSCF）负责网络终端的注册，并将SIP信令消息正确转发到应用服务器。归属用户服务器（HSS）用于维护每个终端用户独有的业务属性。它是全网可用资源，用于判定哪些业务是可用的。

3）应用层

支持各类话音和非话音网络应用服务器。用户可以通过Web门户直接访问、禁用或启用其选定的业务。

IMS通过上述3层架构，将业务层与控制层完全分离，使IMS变成了真正意义的控制层设备。其自身不提供业务，只提供业务层必要的触发、路由、计费等功能，业务完全由业务层提供。在这一开放的体系中，业务即可以在无线环境下使用，也可以在有线环境下使用。运营商可以很快集成和部署新业务。

2、IMS融合业务应用

2.1　IMS融合业务趋势

IMS业务变化如图1所示。

图1　IMS业务变化

在现有的移动增值业务系统中，运营商为了快速部署和推出新业务，往往采用多个垂直、分散的业务体系，不同的网络为用户提供不同的业务，这导致了各种通用的网络功能（如计费、路由、用户管理等）重复建设，也不利于简单、快速引入新业务及业务之间的互动。

IMS是下一代“融合”的原动力，其“多种终端-多种网络-多种应用”的水平业务体系为运营商创造了一个业务、控制、终端分离的环境，使运营商能跨越不同终端和网络，快速引入新业务，融合绑定不同业务[5]。在用户获得全新通信体验的同时，运营商也获得可观的收入。

2.2　IMS应用现状及分析

为满足新业务快速推广、优化网络结构及资源建设的需求，目前大部分运营商都在着手进行IMS实验，只有少部分运营商开始进行IMS商用部署。IMS在业务能力上能够提供基于会话的多媒体会议、一键通、组管理、即时消息等业务。在融合和组合的业务中，IMS可以提供信道状态信息（CSI）（移动电路域与IMS域协作业务），如视频共享（Video Sharing）、语音呼叫连续性业务（VCC）、成员间通信业务（如即时通信、多方通话等）。

移动运营商主要关注用IMS在移动网络基础上提供PoC、视频共享等多媒体增值业务。固网运营商重点放在用IMS为企业客户提供IP CENTREX和为公众客户的VoIP第二线业务。固网移动综合运营商则更关注通过统一的IMS核心网接入固定和移动用户。目前，全球大部分商用的IMS网络都处于初级阶段。

3、业务融合面临的问题

融合已成为用户和运营商（特别是全业务运营商）自身发展的内在需求，而IMS被认为是当前实现融合的最理想的网络架构。有关统计表明，IMS系统已在全球部署了30多个项目，包括西班牙Tele-fonica、丹麦TDC、澳大利亚COMMANDER等固网运营商等。意大利电信的IMS系统提供的业务已经实现了商业化。在中国，IMS也得到运营商的高度关注，但融合应用还处于实验阶段，具体的应用模式还不明确。要将IMS引入固网，运营商还有很多问题尚未解决。

1）软交换平滑演进问题

软交换技术的主要优势是能提供成熟的语音业务，它已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。软交换和IMS的设计理念都是基于IP，实现承载与业务的分离，在功能上也有重叠部分。但IMS的主要优势是IMS体系架构可以支持移动性管理，基于SIP协议，具有灵活的业务应用，并具有一定的QoS保障机制，因此，IMS在提供会话型多媒体业务方面的能力及宽带用户的漫游管理方面更胜一筹。然而，IMS接入窄带用户，提供公共交换电话网（PSTN）仿真业务的能力还处于研究阶段，支持综合业务数字网（ISDN）业务、V5接入等传统PSTN接入方式尚未开始研究，因此，IMS距离完全继承PSTN网络能力，提供PSTN业务还有相当的距离。

2）SIP协议兼容问题

在IMS网络中采用的SIP协议对互联网工程任务组（IETF）定义的SIP协议进行了扩展。如果IMS同时支持固定和移动用户，则需要支持固定和移动不同能力级的SIP协议，并且要求IMS网络能够识别终端的接入方式，根据不同的接入方式选用不同的协议参数。因此，要注意扩展的SIP协议与原有SIP协议的兼容问题。

3）用户接入问题

基于IMS的网络融合只考虑了业务层的融合，并没有解决位置管理等接入网的问题，因此，IMS并没有完全实现与接入的无关性。为了达到提供实时业务的能力，作为IMS体系架构的一部分，网络附属子系统（NASS）必须完成对用户附着于接入网络的管理。而目前NASS只研究了无线局域网（WLAN）和非对称数字用户环路（ADSL）的接入，很多基本功能（如对用户漫游的支持、用户室内设备（CPE）配置接口及位置管理等）还未实现。从总体来看，现有ADSL接入网络离基于IMS的下一代网络要求还有相当的距离。

4）数据库融合问题

全面的用户数据是融合业务的重要技术条件。随着3G网络的展开和支撑系统（BOSS）的成熟，用户种类逐渐由PSTN和软交换窄带用户拓展到3G移动用户、软交换SIP用户以及宽带（IMS）用户，如何在满足不同传送需求的基础上有效管理海量数据存储变得至关重要。必须建立统一的用户数据库，集中管理用户数据信息，为网络层甚至业务层提供用户和业务的相关数据[5]。

5）网络运维问题

传统的互联网是一个开放性网络，运营商对于其所承载的业务只能进行有限控制，大多只能根据时长或流量收取基本通道费。而对于全IP连接的IMS网络来说。提升用户体验、提高运营商收益是由更高的网络运维要求来保障的。因此，QoS、安全、基于流的计费这三类IMS关键技术还有待进一步完善，不同厂家之间、终端与平台之间的互通也还需要加强。

4、IMS下一代融合的解决方案

融合是一个漫长的过程，传统网络和下一代网络会以各自特有的方式继续共存。为此，大多运营商联合设备供应厂商共同推出的IMS解决方案大都倾向于按阶段、分步骤实现的策略。目前，国外的朗讯、爱立信、诺基亚、西门子等公司及国内的公司都推出了IMS的解决方案（见表1）。

表1　各主流设备商IMS解决方案

朗讯推出的IMS解决方案的融合演进分为3个时期：初期充分利用已有的网络资源，将不同终端提供的业务进行捆绑，通过拓展品牌带动业务增长。中期改变网络结构，融合网络功能，提高运营效率，降低运营成本，采用IP/多协议标签交换（MPLS）融合网络、智能光网络解决方案等。步入后期，随着基于IMS架构体系的成熟，用户可体验到无缝的下一代网络（NGN）业务，运营商也将从新的多媒体融合业务收入及用户忠诚度中提高受益[3]。

5、运营商引入IMS的策略

目前，国内外运营商都在进行电信网以及自身角色的转型，从以“话音、价格”为核心的传统网络提供商转型为以“综合应用”为核心的新型信息服务提供商，转型的重点应是电信技术与IP技术的融合，这正是IMS倍受推崇的原因。然而，必须认识到IMS与传统互联网络之间的巨大差异，尤其对于中国这样庞大的网络，除了在技术层面对IMS进行研究外，对于IMS网络如何运营还需要进行更多的探索和研究。

1）从用户使用习惯看

由于目前大部分IMS业务具有互联网业务的影子，因此，要将用户视线从免费的互联网业务吸引到有偿的IMS业务上，运营商需要在具体运营中不断探索，了解IMS特有的商业模式。

建议移动运营商针对以下3类目标用户考虑引入IMS：a）对普通个人用户，通过引入IMS实现PoC、Video Sharing、Presence等具有市场前景的移动新业务，满足其对移动新业务的需求。b）对使用移动驻地网宽带接入的个人用户，可考虑通过引入IMS实现IM、VoIP等业务及混合业务，将业务延伸到固定网络，分流固网话务以创收。c）对集团客户，搭建、管理和运营集团客户全业务平台，能很好满足集团用户对混合业务的需求[4]。

2）从融合趋势看

IMS要投入实际运营还需长远规划，建议运营商可以按阶段有计划的推进。

a）实验准备阶段

在少数点进行IMS数据业务的测试，使其成熟稳定，要求能接入多种网络用户，能实现多媒体业务，并实现与现网及其基本业务的互联互通。检验目前阶段IMS技术的可行性、业务可实现性、终端实用性、网络可承载性，并完善QoS、网络安全等分组网的关键问题。

b）市场导入阶段

在热点城市和中心地区，电路域网络不再继续扩展，开始扩展分组域网络。运营商进行少量的IMS部署，使部分用户能享受到一些非实时性的多媒体业务以及对带宽要求不高的流媒体业务。在这一阶段，IMS与现网并存，故可以考虑引入NeDS/CCCF网元或建立HSS与传统HLR/AAA的联系，实现传统网络与IMS网络之间的无缝漫游和切换[2，5]。

c）发展建设阶段

电路域网络开始萎缩，分组域网络继续扩张。此时开始对网络进行优化和调整，实现业务统一、网管统一和用户管理统一。具体来说，业务统一完成业务提供层面的融合，以便在IMS系统中管理和升级。网管统一则是管理工具的深化和统一。用户管理统一便于对三网用户进行统一管理和关联，为将来的IMS用户和传统用户纳入IMS体系做准备。

d）融合成熟阶段

随着全IP网络架构的实现，电路域网络成为网络的边缘。移动网络与固定网络全面融合，实现综合接入。在培养用户多媒体业务使用习惯以及研究开放业务的架构下，联合第三方业务提供商，为用户提供更多个性化的业务。此时，IPv6与IPv4得到混合应用并且QoS、网络安全、带宽等问题得到解决[4]。

3）从长远发展角度看

一方面，运营商应以IMS为契机，积极参加IMS国际标准化工作，提出具有自主知识产权的技术规范，向具有核心竞争力的国际化电信运营商迈进[5]。另一方面，以业务创新为驱动，以结合移动网络和固定网络两者的产业链为出发点，进一步联合应用开发、终端设备及芯片设计等为核心的其他行业共同参与信息产业链建设。

6、结束语

作为下一代融合业务的首选网络架构，IMS给通信业界带来了新的契机。它不仅使运营商有能力为客户提供高质量的网络服务，而且也能有效刺激APRU。然而也应清醒认识到，机遇总是与挑战并存，尽管IMS代表了下一代网络的前进方向，但目前仍处于实验阶段。因此，运营商对IMS部署将是一个复杂而长期的过程。