作者:屠嘉順 楊維 高毅

    摘要：固網軟交換向ip多媒體子系統(IMS)演進應采用合理的方法、步驟和策略。演進可以在繼續原軟交換(SS)公共交換電話網絡業務仿真子系統(PES)業務功能的前提下，平滑地向IMS演進，逐步引入、擴展多媒體和移動業務，實現核心網層面的固定和移動融合(FMC)。下一代網絡(NGN)核心控制層的軟交換和IMS在基本架構上沒有實質沖突，軟交換主要面向公共交換電話網(PSTN)仿真業務，而IMS為實現FMC和多媒體業務，在移動性、安全、服務質量(QoS)、開放業務架構等方面作了有益的擴展，軟交換向IMS演進在技術上是完全可行的。對于已經采用軟交換的運營商，采用演進的方式實現基于IMS的全業務的NGN網絡，可以節約投資，減小網絡改造風險，降低運營成本。

    要害詞：軟交換；IP多媒體子系統；演進

    Abstract:Theevolutionfromfixed Softswitch to IP Multimedia Subsystem (IMS) requires reasonable methods, steps and strategies. IMS as a smooth evolution can PReserve the Softswitch-based PSTN Emulation Subsystem (PES), and realize Fixed and Mobile Convergence (FMC) at the core with the introdUCtion an proliferation of multimedia and mobile services. Therefore, Softswitch as the core control layer of Next Generation Network (NGN) is not contradictory with IMS as it can be mapped into the IMS architecture. While Softswitch can provide PSTN emulation services, IMS mainly designed for FMC and multimedia services is capable of supporting mobility, security, QoS and open services architecture. The evolution from Softswitch to IMS is technologically feasible. For Operators who have already adopted Softswitch technology, they can evolve their networks to IMS-based full-service NGN, to reduce their investments, risks of network modification, and operational costs.

    KeyWords:Softswitch;IPMultimedia Subsystem (IMS); evolution

    軟交換(SS)概念是20世紀90年代后期在IP電話的基礎上逐步發展起來的，是在通信網由窄帶向寬帶過渡，由電路交換向分組交換演進的過程中逐步完善的。它繼續了電信網集中控制的架構和可靠的信令技術，采用分層的機構實現了呼叫控制和媒體處理相的分離原則。軟交換概念出現后，中國通信標準化組織(CCSA)及時地引入該術語，積極開展了軟交換相關設備和協議的標準化工作。在設備廠商的推動和運營商的積極推廣下，經過幾年的發展，軟交換在國內電信、移動、網通等運營商的網絡上實現了大規模的商用。運營商采用軟交換技術實現了公共交換電話網(PSTN)向下一代網絡(NGN)的演進，通過引入彩鈴、“一號通”等新業務實現了業務收入的持續增長，并降低了總體運營成本。

    IP多媒體子系統(IMS)最早是由第3代移動通信合作計劃(3GPP)R5版本在核心網引入的，3GPP R6版本對IMS進行了進一步的完善和擴充。IMS的重要特點是對控制層功能做了進一步分解，實現了會話控制實體(CSCF)和承載控制實體(MGCF)在功能上的完全分離，使網絡架構更為開放、靈活；IMS的另一重要特點是全部采用會話啟動協議(SIP)作為呼叫控制協議。IMS作為一個由移動標準組織3GPP提出的面向多媒體應用的子系統，一開始就在移動性支持和多媒體應用上有較完善的考慮。在當前實現網絡融合的形式驅動下，歐洲電信標準組織(ETSI)下屬的NGN研究組織TISPAN在其推出的NGN R1版本中接受IMS作為NGN固定應用的核心技術，并預備重用3GPP R6版本中的IMS相關規范。國際電信聯盟電信標準部門(ITU-T)下一代網絡熱點組(FGNGN)也同樣采納了基于IMS的NGN體系架構并在其基礎上進一步發展，已經推出了IMS Based PES/PSS等標準，目前正在研究IMS Based IPTV架構。

    IMS架構不但被國際主流的ITU-T、3GPP、ETSI等標準組織所采納，成為NGN的核心網技術，也得到了國際上各主流設備商和運營商的支持，各設備商紛紛聲稱將依照IMS體系架構開發NGN系統，運營商也在積極開展IMS的測試和試驗[1-3]。

    1 IMS和軟交換比較

    同樣作為NGN核心控制功能實體的軟交換(SS)和IMS，都可以提供具有實時性要求的業務的呼叫控制和連接控制功能，是下一代網絡呼叫與控制的核心。在系統架構上，基于SS和基于IMS的NGN完全類似，都可以分為業務層、控制層、接入層和承載層4層。IMS與軟交換系統架構的比較如圖1所示。

    從業務層看，SS和IMS都把呼叫控制和業務應用相分離，以開放的面向第三方的業務接口作為自身重要的特性。SS提供業務的主要方式是應用編程接口(API)與應用服務器配合以提供新的增值業務；基本呼叫和PSTN類的補充業務邏輯集成在SS自身實現；為更好地兼容傳統智能網業務，SS能夠通過智能網應用協議(INAP)與智能網(IN)中已有的業務控制點(SCP)配合以提供傳統的智能業務；為支持固網智能化業務，SS還可以將移動應用協議(MAP)接口到智能用戶位置歸屬寄存器(SHLR)，實現用戶業務數據的集中治理。在IMS業務實現體系架構中，定義了用作業務控制參考點的IMS業務控制(ISC)接口，用以實現和基于SIP的應用服務器的互通。采用了ISC接口，能夠實現業務應用的獨立性和可整合性，可以輕易地實現各個業務應用服務器之間的互聯互通，進而保證整個網絡及業務終端在完成業務時的互聯互通性。IMS本身不再集成任何業務邏輯，對于PSTN業務，由獨立的公共電話交換網絡業務仿真子系統/公共電話交換網絡業務模擬子系統(PES/PSS)應用服務器(APP)采用ISC接口完成相關的業務邏輯。IMS本身也不再治理任何用戶數據，采用Diameter接口全部連接到歸屬用戶服務器(HSS)，在TISPAN中稱用戶屬性服務器功能(UPSF)，實現用戶屬性和業務數據的統一治理。

    從控制層看，SS由一個功能實體完成呼叫處理控制功能、接入協議適配功能、業務接口提供功能、互聯互通功能、用戶數據治理，PSTN業務邏輯系統功能等。而IMS把上述功能進一步細化為更多的獨立功能子實體。如呼叫會話控制功能(CSCF)、媒體網關控制功能(MGCF)、接入網關控制功能(AGCF)、媒體資源控制功能(MRCF)、出口網關控制功能(BGCF)。位于核心的CSCF又細化為代理CSCF(P-CSCF)、服務CSCF(S-CSCF)、查詢CSCF(I-CSCF)。P-CSCF是用戶終端在IP多媒體子系統內的第一個接觸點；S-CSCF實際治理網絡會話狀態；I-CSCF是所有都連接到該網絡運營商的簽約用戶或者連接到當前位于該網絡運營商的業務區域內的漫游用戶的運營商網絡內的接觸點。

    從接入層看，SS和IMS同樣都支持接入和控制的無關性，主要的接入設備十分類似，甚至可以互相通用。在SS體系中采用H.248接口的中繼/信令網關(TG/SG)和用戶接入網關(AG)可以完全對應到IMS體系中的媒體網關/信令網關(MGW/SGW)和接入網關(AGW)。而媒體服務器和媒體資源處理部分(MRFP)在功能定位上也基本相同。IMS對移動SIP終端的接入目前已經有較完善的標準，但是對固定的PSTN用戶接入標準還在進一步完善中。

    從承載層看，IMS提出了端到端的全IP架構，并提出了網絡附著子系統(NASS)和資源和接納控制子系統(RACS)，或稱策略定義功能(PDF)，用以實現端到端的QoS。SS為繼續現有的網絡，同時向全IP的網絡演進，強調了核心網的IP架構，QoS則依靠IP網絡自身的能力保證。

    2 軟交換向IMS演進策略

    軟交換在現網已經有了大規模應用，而IMS作為未來固定和移動融合(FMC)的全業務目標網絡在業界也已經得到明確，軟交換向IMS演進是必然的趨勢。但是受到IMS技術本身的發展和運營商現有網絡條件限制，應該選擇合適的演進策略。

    (1)軟交換升級到IMS的子集

    對于以移動業務為主的運營商，從移動側以引入多媒體業務的方式，構建新的IMS網絡；對于現網的軟交換采用升級到IMS域內的AGCF、MGCF、SGF、PES/PSS APP的方式，用來實現PSTN業務和PSTN互通功能。

    (2)軟交換升級到IMS的全集

    對于以PSTN業務為主的固網運營商，處于未來向移動運營和多媒體業務運營擴展的需要，選取急需擴展移動和多媒體業務的SS首先升級到IMS全集，在繼續原SS所有業務的同時，逐步實現移動和多媒體業務的接入。待移動和多媒體業務量在全網逐步上升時，同步把所有的SS都升級到IMS全集。

    3 軟交換向IMS演進的場景和步驟

    下面以中國某主流固網運營商為例介紹軟交換向IMS演進的各個場景和步驟。

    3.1 軟交換網絡現狀

    固網運營商自2001年開始研究測試軟交換設備，目前在其現網的各個層面都廣泛采用了軟交換技術，實現了對原有PSTN網絡的升級和改造(如圖2所示)。軟交換主要應用在以下幾個方面：

    (1)寬帶業務平臺和大客戶平臺，用以提供寬帶多媒體業務和跨區域的大客戶業務。

    (2)固網智能化匯接局，用來完成對本地網的智能化改造。

    (3)長途匯接和國際關口局。

    3.2 寬帶業務平臺或大客戶平臺的軟交換升級到IMS

    目前寬帶業務平臺軟交換網絡的用戶數量一般相對較少，網絡較為獨立，而且用戶基本都是承載在寬帶IP網絡上。由于IMS的多媒體能力擴展以及后續標準支持遠超軟交換，現階段就可以將寬帶業務平臺或大客戶軟交換設備升級為IMS，采用IMS網絡為這部分用戶提供豐富多彩的固定寬帶多媒體業務，后期逐步提供移動多媒體業務。

    升級后的IMS網絡和目前的PSTN網絡、固網智能化軟交換網絡為互通的關系。

    演進步驟：

    (1)對業務平臺的軟交換進行升級，使其具有CSCF/MGCF、PSS APP等功能，其中原有軟交換補充業務模塊升級為PES/PSS APP，實現PSTN補充業務；原有H.248模塊升級為MGCF，實現和PSTN網互通。通過對原有軟交換進行板件擴展、增加配置實現CSCF(如P/I/S-CSCF)模塊功能，對固定、移動多媒體用戶進行統一的呼叫控制。

    (2)新增HSS，存放寬帶用戶數據，并由S-CSCF將業務觸發至PES APP；S-CSCF和HSS之間采用標準的Diameter接口。該新增HSS在建設3G網絡時，可以和3G網絡的位置歸屬寄存器(HLR)合設。

    (3)對現有的軟交換業務平臺進行軟件升級，支持IMS業務能力，在保持原業務能力的同時，提供新的基于IMS的寬帶多媒體業務。

    (4)對于PES業務，可以選擇在升級后的IMS設備中保留個別SS單板處理，SS單板提供的PES業務完全不受IMS影響。

    (5)升級后的IMS具備向移動域提供多媒體業務的能力，可以在此之上逐步引入3G網絡的視頻共享、無線一鍵通(POC)、基于軟件的數字個人助理(SoftDA)等業務，而對于2.5G的通用分組無線業務(GPRS)也可以考慮引入SoftDA的即時消息(IM)和呈現等業務。

    (6)后期考慮引入IMS based IPTV、全球眼等流媒體業務。

    3.3 固網智能化匯接局的軟交換升級到IMS

    固網運營商的PSTN網絡在固網智能化的改造完成后已完全可以滿足窄帶用戶現在的業務需求，但隨著寬帶用戶的增加，3G移動網絡的開通，多媒體業務將快速增加，將從單一的固網運營商發展成以固網為主的全業務運營商，運營商維護多張網絡必然帶來成本的增加，為了提高企業的市場競爭力，降低運維成本，運營商有必要將固定、移動、窄帶語音和多媒體業務統一到一種網絡下，而以現有的SS為骨干升級到IMS網是一條可行的路線。

    演進步驟：

    (1)在初期多媒體用戶和多媒體業務引入階段，可以采用SS升級到IMS方式提供少量的多媒體業務。具體的升級方式如下：在保留原SS處理板和功能的前提下，通過擴容處理板和處理框的方法引入IMS。采用該方法升級后，窄帶語音業務的對外網管和計費接口不變，寬帶業務采用全新的IMS架構實現。由于設備內SS處理板和IMS處理板完全分離，可以實現互不影響。另外升級后的設備的對外接口，包括局間路由以及異地容災方式不變，對于與該設備相連的其他SS無須做改動。新增的IMS網絡采用IMS方式的異地容災。對于HSS網元，在初期可以通過升級現有的SHLR的方式，讓HSS和SHLR共同存在于一個物理平臺。

    (2)業務平臺的繼續和演進。軟交換窄帶業務邏輯演進成為PES/PSS功能模塊；通過SCP業務交換功能模塊互通，全面繼續現網智能業務；原軟交換統一業務平臺平滑演進，繼續并進一步擴展多媒體應用。

    (3)隨著3G移動網絡的引入，固定多媒體用戶的增加，多媒體業務量將快速上升，同時窄帶語音業務會出現收縮，這時可以把空閑出來的SS處理板升級到IMS的相關網元，從而實現設備的平滑升級和過渡。由于SHLR、PHS HLR、HSS和3G HLR完全可以共存在一個平臺上，同時由于共享一個數據庫，通過組合關聯數據，就可以實現“改網不該號”等業務。

    (4)在IMS的架構下，逐步引入IPTV等流媒體業務

    (5)當IMS體系標準以及接口規范化以及功能模塊進一步標準化后，在網絡中的窄帶語音業務量比例相比多媒體業務量進一步變小時，選取適當的時機，把所有SS處理板都升級到AGCF或MGCF，通過IMS based PES的方式提供窄帶語音業務，這樣就實現全網統一，為進一步優化運營創造好的網絡基礎。

    目前，考慮到現有軟交換網絡的平穩性、安全性以及IMS的成熟度，固網智能化的軟交換暫時沒有必要馬上演進到IMS，當寬帶用戶開始規模引入，IMS發展比較成熟后，就需要考慮此部分軟交換的演進。軟交換需要具備平滑演進升級到IMS的能力。

    固網運營商目前主要是以固定語音為主的運營商，今后將可能引入移動網絡、多媒體業務，但在相當長的一段時間內將仍然是以固定業務為主。建設以固定網絡為主干的全業務網絡是中國電信網絡發展的優選之路。目前來看，以現有的固網智能化網絡為中心發展多媒體網絡和移動網絡，將是投資省、網絡容優化易的較佳方式。

    3.4 DC1軟交換平臺和國際關口局的軟交換升級到IMS

    DC1軟交換網絡和國際關口局軟交換目前作為PSTN長途匯接網和國際關口，實現VoIP的中國和國際長途話音業務轉接、傳輸的功能，在今后的一段時期內DC1將繼續負擔該業務。但隨著中國各省軟交換匯接局改造的完成，軟交換網絡進一步扁平化，DC1軟交換的業務量將逐漸減小，那時可以考慮將這部分空余的軟交換處理能力升級為IMS網絡，為軟交換所在大區內的大客戶提供跨區域的寬帶多媒體業務。對于面向跨省市大區的DC1中心軟交換，建議考慮提供游牧業務和面向跨區域大客戶的多媒體業務。

    升級步驟和升級方法類似于固網智能化的軟交換。

    4 結束語

    從基本的架構和目標看，軟交換和IMS是完全一致的，都是建立在扁平的IP網絡上，強調了控制和承載的分離，以及開放的業務平臺。從標準化和技術成熟度來看，基于軟交換實現PES業務更為現實，國際標準和設備都已經十分成熟，國內外進行了大量的成功商用；而從技術趨勢來看，支持移動性和多媒體業務的IMS開放與融合程度更高，代表了未來的發展方向，符合固定與移動融合、寬帶和窄帶融合的趨勢，更有前途[4-6]?？梢哉f基于軟交換的網絡只是NGN發展的初級階段，而IMS是NGN發展的高級階段。所以軟交換向IMS目標架構演進，對于軟交換設備供給商和應用了軟交換的運營商都有重要的現實意義。

    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]靡正琨.軟交換組網與業務[M].北京：人民郵電出版社,2005.

    [3]軟交換平滑演進到IMS[R].深圳：中興通訊股份有限公司.

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

    [5]軟交換和IMS[R].深圳：中興通訊股份有限公司.

    [6]趙慧玲.NGN和軟交換[J].中興通訊技術, 2005,11(3):30-33.

    作者簡介：

    屠嘉順，東南大學電子工程系畢業。中興通訊股份有限公司網絡事業部系統一部副部長，ITU-TQ8/SG13(NGN業務場景和應用模式)課題組報告人，長期參與中國和國際標準制訂工作，完成多項中國通信標準和國際通信標準提案。楊維，浙江大學信息工程專業畢業。中興通訊股份有限公司網絡事業部系統一部項目經理，主要研究領域為傳統電信網絡向NGN的演進、NGN系統下三網融合的網絡架構和業務提供等。高毅，南京大學計算數學專業畢業。中興通訊股份有限公司有線網絡產品標準研究總監，CCSA網絡與交換技術委員會信令協議工作組副組長，長期參與中國和國際通信標準制訂工作。（寧一編輯）