作者:汪軍 鄭均 符濤

    要害詞：固定移動融合；IP多媒體子系統；實時語音業務；服務質量；安全；運營模式

    Abstract:Fixed-mobileConvergence(FMC)is a PRomising trend in the development of future telecom network, which involves increasingly intensive research and development efforts. Before large-scale applications are started, several key issues need to be resolved. When delivering traditional voice services with IP Multimedia Subsystem (IMS), it is necessary to support QoS in the IP domain, to provide unified access for fixed and mobile services in the traditional circuit-switched (CS) domain, and to complete the mapping between the CS domain and IMS. Meanwhile, the IMS bearer network security should be guaranteed; the traditional Operation mode should be changed to a new one that suits convergence.

    KeyWords:fixed-mobileconvergence;IP Multimedia Subsystem (IMS); real-time voice service; Quality of Service

    近幾年來，全球通信業界對固定移動融合(FMC)的關注程度不斷升溫，尤其從2005年開始，國際電信巨頭紛紛投身其中。英國電信率先推出基于藍牙的Fusion業務；近期，Telia-Sonera公司表示將在丹麥固定與移動融合時，將GSM移動服務和基于非授權移動接入(UMA)技術的無線寬帶服務結合起來；德國電信、意大利電信、西班牙電信甚至沃達豐等也在積極關注FMC。

    專業調查公司Informa的報告顯示：FMC服務將呈加速發展的態勢，2011年以前，全球FMC服務用戶將擁有9 200萬戶，屆時用戶每年在FMC服務上的消費將達到280億美元，占電信行業年收入的3%。

    IP多媒體子系統(IMS)的網絡架構目前已經為ITU-T、3GPP、3GPP2、TISPAN等主流電信標準化機構采納，被業界視為實現固定和移動融合的理想網絡架構。在各個標準組織中，3GPP的標準化進展工作最快，目前已經開始了R8版本階段1(Stage1)的部分工作。但另一方面，IMS在實際商用中卻面臨著諸多的難題，一些要害問題已經嚴重阻礙了IMS和FMC部署的進程[1-3]。

    首先，目前全球的電信運營收入仍然以基本語音業務為主，中國運營商的語音業務收入比例更是在75%以上，無論網絡如何演進，這部分用戶及其帶來的收入是運營商首要考慮的對象。但基于IMS的語音業務目前還不能提供可承諾的服務質量(QoS)保證，對其他類似的實時業務的提供還有待論證。同時，由于用戶使用習慣的慣性，傳統網絡提供的業務仍然需要在很長的時間內維持與傳統網相同的模式，以實現業務的平滑遷移，這也是IMS實時類業務所要面臨的挑戰。

    其次，IP網絡開放性帶來的安全問題不容忽視，IMS網絡中以智能終端為主，病毒傳播、網絡的攻擊等問題勢必影響網絡的可用性，運營商需要投入額外的成本來解決IP安全性問題。

    第三，全球運營商可大體分為固定運營商、移動運營商、綜合運營商，這一分類的背后是政府的行業管制政策，真正能從融合網絡中得到好處的是那些綜合運營商，但其內部機構組織往往將固定、移動分開進行運作，融合的運營商勢必需要在內部進行改組。所以，包括行業政策、內部運維在內的這些運營模式問題，也影響著IMS的最終部署。

    1 實時業務的提供——IMS對傳統業務的替代

    實時語音業務仍然是收入的主要來源，IMS提供實時業務需要解決兩個問題：QoS保證問題、用會話啟動協議(SIP)來實現對傳統電路域(CS)業務流程的支持問題。假如不能解決好這兩個問題，那么IMS很難完全替代CS網絡，將不可能完成融合網絡的目標，也無從談起融合后的一張網絡的維護成本(OPEX)節約、快速業務部署等好處，其更可能淪為一種邊緣業務網絡，或只能在某些因特網業務提供商(ISP)中提供非實時業務或沒有服務等級協議(SLA)限定的實時業務。實時業務的提供是替代傳統業務的一個前提，另一個前提就是對傳統非智能終端的接入適配問題。

    1.1IP域的QoS解決方案

    IP網絡實時業務的本質在于對于每一次通信提供足夠的帶寬、合適的時延，假如完全限定在端到端的IP應用環境，那么有兩種可選方案。

    方案一，進行端到端的資源預留，類似于綜合業務(IntServ)的QoS解決方案，當然它的缺點和IntServ類似，需要中間網絡路由器存儲大量的狀態信息，部署起來成本較高。作為一種改善方案，可以引入專門的資源治理系統來進行全網帶寬資源的治理，存儲業務路徑上每個節點的帶寬使用動態情況。中間路由器不必存儲如此之多的狀態，而是針對每個流向資源治理系統進行授權請求，根據授權結果執行開關門的動作。此外邊界路由器根據資源治理系統的指示進行流服務等級的標記(Mark)，中間路由器根據區分服務編碼點/服務類型(DSCP/TOS)標簽進行報文轉發。

    方案二，進行容量規劃，進行業務量猜測，保證在高速率下網絡總能提供足夠的帶寬，在該帶寬總額以內，發生的業務是帶寬共享的，在該框架基礎上，區分服務(DiffServ)可以用來改善帶寬的分配公平性。由于IMS采用扁平組網，容量規劃工作難度較高，雖然如此，一般來說運營商可以為IMS劃出單獨的核心承載網，降低容量規劃的難度，但IP接入網位于IMS核心網之外，有可能是與IMS運營商不同的運營商所運營，因此該段的QoS問題無法通過容量規劃有效加以解決。

    方案一需要對IMS業務所經路由器進行改造，架構本身與TISPAN的網絡附著子系統/資源和接納控制子系統(NASS/RACS)是一致的。但在全網引入帶寬治理是一個復雜的工程，假如IMS核心網單獨成網，則部署難度就僅在接入網一側。對于無線網絡而言，“瓶頸”不在于邊界路由器(GSN)上，而在于無線帶寬的稀缺性，假如要進行有效的帶寬治理，勢必需要治理到每個無線小區的實際可用帶寬、無線信號的信噪比等，才能得出接入側實際可用的帶寬，這加大了無線網絡部署QoS解決方案的難度。

    1.2CS接入IMS

    眾所周知，在無線網絡中傳輸帶寬受制于無線可用頻譜帶寬。帶寬是一種稀缺資源，無線VoIP由于在基本信源編碼的基礎上還需加上實時傳送協議(RTP)報文開銷，最后再進行信道編碼，總的來說效率較采用直接信道編碼低，在業務密集區域VoIP劣勢更明顯。通常認為，在2009年大規模部署高速上行分組接入(HSUPA)之后，通用移動通信系統(UMTS)傳輸VoIP的效率會和直接在CS上傳輸相當。那么3GPP的系統架構演進課題(SAE)采用IMS全面替代CS的目標還需要假以時日，近期內是否有必要采用IMS來提供傳統用戶的實時業務值得探討。

    TISPAN的IMS架構中已經針對固網提出了解決方案，將C5端局、軟交換(SS)端局改造成具有接入網關控制功能(AGCF)，傳統固網終端仍然通過固線、接入網關(AG)接入，核心網采用IMS的全IP傳輸。由于移動網的接入帶寬更為有限，通過CS接入IMS更為合理，將移動交換中心/移動交換中心服務器(MSC/MSC Server)改造成為移動AGCF(M-AGCF)，使移動用戶不用改造終端，便可透明接入IMS網絡，所有業務邏輯在IMS業務層執行。

    當移動網絡CS控制層降格為M-AGCF時，電路域的固定、移動接入的架構就趨于統一，規避了IP接入的QoS問題，同時網絡的接入層以上完全趨于統一，從而做到真正的融合，運營商也可以盡早獲得IMS部署帶來的好處。

    必須看到，固定接入的AGCF主要完成傳統固定接入信令H.248向SIP的轉換和適配，相對比較易于實現。而移動電路域接入方式下，由于必須要考慮用戶的移動性以及對原有移動網鑒權認證方式的兼容與繼續，問題將更加復雜。

    目前在TISPAN NGN R1版本的基于IMS的PES和AGCF的標準制訂工作取得成果之后，3GPP R8已啟動IMS集中控制課題(由IMS統一控制CS的補充業務)的可行性研究，2006年立項，2007年進行需求工作，預計方案較為復雜，值得密切關注。

    1.3 CS業務流程到IMS流程的映射

    傳統PSTN中由于接入的終端為非智能終端，受制可用的按鍵數量及與5類交換機之間的直流信令，很多業務流程終端只能采用簡單的拍叉后二次撥號方式表示，由交換機根據上下文來將拍叉解釋成不同的業務操作。而在IMS中業務層從核心網中獨立出來，啞終端的拍叉行為必須要翻譯成應用服務器可以識別的信令流。另一方面，客戶的使用習慣有沿襲性，大部分現網客戶已經習慣了PSTN業務的提供模式，那么即使是以純SIP終端方式接入IMS網絡，也需要提供對原有業務流程的支持。

    前者一般稱為公共電話交換網絡業務仿真子系統(PES)，后者稱為公共電話交換網絡業務模擬子系統(PSS)，兩者均提供PSTN兼容的業務，主要的區別在于接入者，前者是以非SIP終端接入，后者以SIP終端方式接入。在IMS網絡中提供與PSTN中一致的業務體驗是兩者的目標。技術的要害點有兩個：一是在接入側對傳統終端行為到SIP信令的正確翻譯，二是IMS業務控制(ISC)接口能否完全實現CS智能網INAP/CAMEL/WIN協議的業務能力。

    在TISPAN NGN架構中，PSTN/SS端局演進為AGCF，負責接入CS終端，將傳統終端的拍叉等非凡操作翻譯成為IMS兼容的SIP信令，S-CSCF收到后觸發相應的AS進行處理。

    目前標準中給出了松耦合和緊耦合兩種處理方式。松耦合方式將拍叉事件及后續的二次撥號根據業務配置情況映射為統一的PSS業務流程，使得AS真正與接入側業務激活方式無關，實現了PSS和PES業務融合統一，是更適合固定移動融合網絡發展的一種方式。

    2 安全性——從承載網看IMS傳統業務的提供

    IP網絡固有的安全問題隨著IMS的部署也將逐漸凸現。終端智能化、開放性是安全隱患存在的土壤。安全問題存在于兩個方面，一個是終端的安全，另一是網絡的安全。終端安全是指終端自身安全，如病毒傳染、惡意攻擊等，而網絡安全則是指提供服務設備的安全性，但此兩者往往互相影響，終端受到惡意代碼的劫持往往演變成網絡的災難。

    Internet領域已經有大量的安全產品，這些產品能夠進行非特定應用的安全防護。SIP網絡中已經得到廣泛應用的邊界網關控制器(SBC)就是為了解決SIP網絡的安全問題。與IMS網絡的安全解決方案類似，SBC設備也被引入進來，將IMS核心網與接入網、第三方網絡隔離開來，這樣就構成了兩個安全域，核心網相對隔離，在封閉的環境下安全性較輕易保證，但接入域仍然存在問題。

    傳統電信業務使用者已經適應了7×24小時不間斷的服務，IP網引入的安全問題可能會減少服務的連續時間，尤其是受政府管制強制提供的業務(如緊急呼叫)在IP域提供將面臨更為嚴重的挑戰。另一方面，同樣是因為政府管制的原因，合法監聽的需求，IMS的載荷不得進行端到端的加密，所有加密安全措施只能是逐段的或是終結于IMS核心邊界上。這在某種程度上減少了可供選擇的網絡安全解決方案，整個IMS網絡安全不得不主要依靠于運營商提供的安全設施，其責任與義務都有所增加，從而使得傳統業務的IMS替代成本有所增加。

    安全性對于固定、移動來說同樣存在，無線由于其接入側的空中傳輸特性，在接入側加密需求更加迫切。加密所作用的層次也有多種選擇：

    (1)選擇在數據鏈路層加密。該加密是由接入網完成的，IMS核心網無需感知，缺點是未必所有的底層設施均提供了加密能力，從而使用戶通過不同的介質接入會產生不同的安全感受。

    (2)在IP層進行加密，如3GPP IMS所采用的基于認證與密鑰協商(AKA)的IP安全協議(IPSec)。它可以很好地解決接入層不支持加密的問題，但其仍然僅限于呼叫信令層面，未對媒體層面的加密有所表述。同時IP層面的加密在通過某些三層以上設備(如端口地址轉換(NAPT)設備)時將產生互通問題。

    (3)傳輸層加密，如RFC3261推薦的傳輸層安全協議(TLS)。TLS與傳統超文本傳輸協議(HTTP)的安全解決方案相同，已經得到廣泛的應用與驗證，其可以避免穿越NAPT這樣的三層以上設備時產生的問題，但其仍然未對媒體面加密進行規定。

    (4)應用層加密，如對SIP消息體進行加密或進行簽名。但這如前所述，將導致某些司法行為不能執行，因此是被禁止的。

    3 運營模式對固定移動融合的演進推動

    近年來電信運營收入有兩個變化趨勢，一是移動話務對固定話務的分流，一是VoIP及其他IP應用對語音業務的分流。

    固定運營商應對第一種趨勢的方式是成為綜合運營商，進行移動業務的運營；對于第二種趨勢卻是束手無策，客戶付出較小的成本就享受了數倍于此成本的傳統的通信服務。對于這種顧客總成本遠小于總收益的情況，商家沒有什么好辦法，唯有提供總成本更低、總價值更高的產品，但要根本解決收入分流的問題，運營商惟有提供更高客戶價值的產品。

    單獨從提供信息傳遞服務本身而言，附加值增加空間有限。運營商要對產品進行整合，引入新的客戶價值要素。這樣就不能簡單地局限在進行傳統電信產品的組合，而是要整合其他新的成分(如通信服務和信息服務整合，甚至和金融服務、旅游休閑等服務的整合)，這些要素的客戶單獨獲得成本較高，通過購買打包的通信服務可以極大地降低獲得成本。當然這里的成本不僅僅包括貨幣成本，還有體力、精力、信用等成本，這個是運營商作為一個渠道末端控制者所能夠提供且擅長的。

    第一個層次的融合必然對運營者內部按網絡類型劃分的組織架構產生影響，首先在經營實體上，移動、固網的接入方式不能再作為組織劃分的依據；其次產品可能進行整合，融合后的大部分業務是在兩個網絡上均可提供的，而且可以在兩種接入媒體上共享同一個業務簽約，如同振、語音呼叫連續性(VCC)這些可以跨越兩種以上接入網絡而提供的業務。同時融合網絡對運營模式的影響還體現在業務開通及運維層面上，雖然在控制層之上網絡是融合的，但接入方式及終端能力對業務的簽約還是有著要害的影響，如何在運營支持系統/商業支持系統(OSS/BSS)層次上保證更為靈活復雜的產品組合是運營網絡融合的必要條件。

    第二個層次的融合是運營商面臨的最大挑戰，意味著傳統的單一電信服務提供者的角色不能再繼續，而是要參與到更廣泛的市民生活中來，提供更為社會所需求的產品，充當更為活躍的市場營銷者，就如同金融業所做的那樣。

    如前所述，固定移動融合必然沖擊現有的電信運營體系，反過來運營組織架構改革也決定了固網移動融合趨勢實現的速度。融合的網絡加上融合的運營組織架構有助于降低網絡的總體建設成本/維護成本(CAPEX/OPEX)，但并不能從根本上解決目前電信運營中存在的根本性挑戰，那就是通信普及化之后其自身邊際價值的降低導致的服務替代、收入分流，這些問題需要更進一步的整合，將通信整合進入日常的、更多的生活場景中。

    4 結束語

    固定移動融合已經成為通信業的發展趨勢，成為運營商轉型和發展的契機，隨之而來的全新業務體驗也會給予用戶更多的便利和愉悅。雖然目前存在一些影響大規模商業部署的要害問題[4-5]，但相信經過三到五年的發展和成熟，會逐步解決實時業務、網絡安全等問題，運營商和通信產業也會建立與之適應的運營模式，固定移動融合將會面臨美好的前景和未來。

    5 參考文獻

    [1]韋樂平.下一代網絡的戰略思考[J]. 中興通訊技術, 2004,10(1):1-4.

    [2]續合元.NGN、軟交換和IMS的關系[J]. 中興通訊技術, 2006,12(5):1-4.

    [3]3GPPTS24.228. Signalling Flows for the IP Multimedia Call Control Based on SIP and SDP [S].

    [4]TS183043 Ver.1.1.1. IMS-based PSTN/ISDN Emulation; Stage 3 Specification [S]. 2006.

    [5]TS182012 Ver.1.1.1. IMS-based PSTN/ISDN Emulation Subsystem; Functional Architecture, IMS-based Emulation [S]. 2006.

    作者簡介：

    汪軍，南京航空航天大學計算機系畢業。工作于中興通訊股份有限公司中心研究院，從事IMS研發工作。

    鄭均，南京理工大學畢業，工作于中興通訊股份有限公司中心研究院，先后擔任ZXJ10程控交換機研發、市場策劃工作，以及固網智能化的引導與規劃工作，目前負責IMS市場需求研究工作。

    符濤，東南大學無線電工程系畢業。中興通訊股份有限公司中心研究院IMS產品總工，主要研究方向為NGN與IMS，先后參加了GSM、GPRS、WCDMA核心網的開發和系統設計工作，主持了IMS核心網產品研發規劃工作。(寧一編輯)