作者:盧美蓮 程時端

    要害詞：網絡融合；下一代網絡；IP多媒體子系統；軟交換

    Abstract:NGN,characterizedbythe separation of services from control and transport, creates a framework for the future network convergence. Network convergence encompasses service convergence, core network convergence, access network convergence, terminal convergence and centralized network Operation and management. The next generation converged network will use IP Multimedia Subsystem (IMS) as core control; use Internet PRotocol/Multiprotocol Label Switching (IP/MPLS) as the transport vehicle for the core bearer layer; creates an open service environment at the application layer; integrates disparate access technologies at the access layer. The handset development, meanwhile, will be centered on intelligent and multimode operations, and eventually achieve the goal of “many services on one terminal” meaning that users will have just one device / bill / number / core network.

    KeyWords:networkconvergence;Next Generation Network (NGN); IP Multimedia Subsystem (IMS); Softswitch

    隨著IP應用的普及，在20世紀90年代中期，業界提出了電信、計算機、廣電三網合一的設想，但是由于技術和治理體制等方面的原因，三網合一一直未能有實質性的進展。21世紀初，電信界基于IP電話的網關功能分解的思想，提出了以軟交換為核心的下一代網絡體系架構，這就是早期的下一代網絡(NGN)。NGN革命性的貢獻在于采用了業務、控制、承載與接入分離的分層體系結構，支持水平業務提供模式，摒棄了傳統的垂直業務提供模式，從而大大方便了新業務的快速開發和有效提供，可以支持語音、數據、圖像等多媒體業務。早期以軟交換為核心的NGN架構比較適合傳統的固網(如PSTN)向下一代網絡的演進?；诠叹W軟交換的思想，第三代合作伙伴計劃(3GPP)在其R4版本中引入了移動軟交換的概念，并在R5版本中提出了以IP多媒體子系統(IMS)為核心的第三代移動通信(3G)網絡架構。目前業界普遍認為，IMS將取代軟交換，成為NGN業務層的核心控制技術，基于IMS的下一代網絡代表了未來固定和移動網絡融合(FMC)的趨勢。

    1 網絡融合的概念和內容

    1.1網絡融合的概念

    融合是未來網絡發展的必然趨勢，其覆蓋范圍非常廣，涉及用戶、運營商、網絡技術、設備與解決方案等各個方面。從用戶的角度來看，希望能夠通過有線無線融合的接入方式和簡單易行的通信方式來享受無處不在的個性化服務。對于運營商來說，希望通過統一的方式向用戶提供全業務運營，提高市場份額和利潤。

    網絡融合是采用通用的、開放的技術實現不同網絡或網絡元素的合并或融合[1]。融合可以充分利用網絡資源，降低運營成本，增強競爭力；融合可以向用戶提供各種形式的業務和一站式的服務，使用戶不論在固定環境中，還是在移動環境中都能享受到相同的服務；融合還給運營商帶來增加收入的機遇，減少引入新業務的風險，使其很快成為全業務運營商。

    1.2網絡融合的內容

    網絡融合包括業務融合、核心網融合、接入網融合、終端融合和運維融合等多個方面。

    業務融合是指運營商通過業務捆綁的方式，將多種分離的業務捆綁在一起，以更優惠的價格向用戶提供一站式的服務。業務捆綁提供的是一種商務的融合或經營層面的融合，不涉及底層網絡技術的融合，其業務與接入網絡和終端有關。其好處是在不對現有網絡架構進行改造的情況下，充分利用已有網絡資源，滿足用戶對統一通信業務的需求。這種融合早已開始，如美國地方貝爾運營商早在2002年就推出了業務捆綁服務，將本地電話、長途電話、互聯網和移動業務以打折的形式捆綁在一起，同時提供唯一的號碼和賬單。

    核心網融合包括多個層面：核心承載層的融合、核心控制層的融合以及業務層的融合。

    核心承載層的融合表現為一個統一的基于因特網協議/多協議標記交換(IP/MPLS)的核心承載網將成為多業務融合網絡，可以支撐所有有線和無線、移動和固定以及語音、數據和多媒體業務。基于IP/MPLS的融合可以簡化網絡層次結構，節省網絡運營和維護成本。采用多協議標簽交換(MPLS)技術的IP網絡可以較好地提供業務的服務質量(QoS)和安全保障。

    核心控制層的融合體現為通過軟交換或IMS技術為各種多媒體業務和終端用戶提供統一的會話控制和治理功能。但由于移動軟交換網絡和固定軟交換網絡在功能與協議方面存在較大的差異，目前的一種趨勢是采用IMS實現核心控制層的融合，提供面向未來的下一代融合網絡。

    在業務層，通過采用NGN的開放業務環境，可以使得業務的提供獨立于底層網絡資源，向通過各種接入網接入的用戶提供統一的融合業務。目前已得到廣泛認同的業務與控制分離的下一代網絡體系結構，以及得到廣泛支持的Parlay/開放式業務架構(Parlay/OSA)應用編程接口(API)，為業務層融合提供了技術保障，使得業務開發更方便、快捷和經濟。實際上，業務融合才是網絡融合的最終目的，其中業務類型既可以是簡單的業務或資費組合業務，也可以是有深度的融合業務，如基于呈現業務(Presence)提供的蜂窩一鍵通(PoC)業務。

    接入網融合也是整個網絡融合中重要的組成部分。未來的接入網絡包括各種有線、無線、寬帶、窄帶接入網，以便最大限度地保證網絡的覆蓋。因此，構建以IP為基礎的公共承載平臺，實現寬帶和窄帶業務、有線和無線業務的融合接入，以及業務在各種接入網絡之間的無縫切換是接入網融合的要害。在終端方面，融合體現為同一終端可以支持多種接入技術和業務，如同時支持有線、無線接入以及語音、數據和多媒體接入。

    運維融合主要出于商業考慮，指的是運營商對自己擁有的固定網絡和移動網絡采用統一的計費營賬系統和運營維護系統，為用戶提供統一的治理界面，如統一的訂購服務、統一的賬單服務等，并實現用戶數據的統一存放和治理。用戶數據的融合將帶來更多的個性化融合業務，如混合放號、號碼攜帶、統一號碼等。

    2 基于IMS的核心網融合趨勢

    近兩年，FMC成為業界關注的熱點。其中，核心網絡的融合是FMC的核心內容，也是最要害的一步，包括核心承載層的融合、核心控制層的融合以及業務層的融合。MPLS技術和IMS體系結構的發展為FMC掃清了道路。MPLS技術能夠幫助解決IP網絡業務的QoS、安全、流量工程等多方面的問題，而IMS也憑借其多種優勢得到了廣泛的支持，被認為是實現移動和固定網絡融合和發展下一代網絡的必經之路。

    2.1 IMS的分層結構和特點

    IMS是3GPP在其R5版本中提出的支持IP多媒體業務的子系統[1]，它基于會話初始協議(SIP)體系，使用SIP呼叫控制機制來創建、治理和終結各種多媒體業務，是一種基于全IP分組傳送的與接入無關的網絡架構，如圖1所示。

    作為網絡融合的基礎架構，IMS體系包含4個層面，從上至下分別為：業務層、核心控制層、核心承載層和接入層。業務層可以支持3類應用服務器：Parlay/OSA應用服務器、SIP應用服務器以及移動網絡增強定制應用邏輯(CAMEL)應用服務器，分別用于提供不同類型的應用；核心控制層基于SIP對會話進行控制和治理，包括網絡終端的注冊以及SIP信令消息的路由等；核心承載層基于IP/MPLS的分組網絡，為各種業務提供承載服務；最底層是接入層，提供IP連接接入網(IP-CAN)的接入功能，各種終端通過IP-CAN接入到IMS核心網絡。

    IMS包括的功能實體有呼叫會話控制功能(包括代理呼叫會話控制功能(P-CSCF)、詢問呼叫會話控制功能(I-CSCF)和服務呼叫會話控制功能(S-CSCF))、出口網關控制功能(BGCF)、媒體網關控制功能(MGCF)、歸屬用戶服務器(HSS)、簽約定位功能(SLF)、多媒體資源功能(MRF)、IMS媒體網關(IMS-MGW)以及信令網關(SGW)等，IMS通過在業務層和核心控制層之間提供開放的業務接口，保證了業務提供與網絡控制的分離。

    作為下一代融合網絡的核心，IMS的特點包括：采用增強的分層開放體系結構，網絡結構更加清楚合理；業務開發獨立于接入技術，業務開發速度快；統一采用SIP進行多媒體業務的控制，可以實現真正的端到端的IP通信；經過進一步完善可以具有與接入無關的特點；支持移動性；采用統一的HSS集中治理和維護用戶數據，方便實現號碼與人的綁定；支持靈活的計費模式，能提供會話的業務類別、業務流量、業務時段等信息，供運營商制訂不同的計費策略。

    2.2 基于IMS進行網絡融合的原因

    軟交換技術的出現使人們曾經考慮核心控制層的融合可以采用軟交換技術。但由于軟交換起初是針對固定網絡提出的演進方案，后來針對移動網絡進行改造又提出基于移動軟交換的移動GSM網絡的演進方案。雖然體系架構基本相同，但固定軟交換與移動軟交換在功能與協議方面的差異較大，使軟交換成為核心控制層融合焦點的可能性減小。

    IMS雖然是針對3G移動網絡提出的，但由于IMS采用與固網相同的SIP體系結構，具有接入無關性、支持用戶漫游和用戶數據的集中治理等優點，從而使利用IMS實現網絡融合成為可能。具體來說，主要有以下幾個方面的原因：

    (1)IMS順應了網絡IP化和業務多媒體化的趨勢。IP代表了技術融合的匯聚點，通過與MPLS等技術的結合，IP技術能夠出色地解決多媒體融合業務的承載；而多媒體化則代表了業務融合的匯聚點。

    (2)IMS符合NGN業務、控制、承載與接入分離的要求，是軟交換的延伸，并在軟交換的基礎上對控制功能進一步細分，以形成一個更加靈活的通信控制平臺，不僅可以實現人到內容服務器的多媒體通信，而且還可以實現人到人的多媒體通信。

    (3)IMS得到了多個標準化組織的支持，不斷發展和完善，大大加快了標準化進程，使IMS可能成為未來網絡統一的核心控制技術。3GPP/3GPP2定義了IMS的網絡組件和基礎架構，3GPP/3GPP2、ETSI TISPAN和ITU-T等組織都在研究基于IMS的下一代網絡融合方案，使IMS成為基于SIP的通用控制平臺，同時支持固定和移動的多種接入方式，實現全網絡的融合。因特網工程任務組(IETF)則定義了IMS框架下的SIP、會話描述協議(SDP)等及其擴展；開放移動聯盟(OMA)定義了IMS框架下的系列業務，如即時消息、一鍵通等。

    (4)IMS在核心控制層引入了HSS。通過采用移動性治理技術以及集中設置的網絡數據庫支持用戶漫游和切換。

    (5)IMS位于核心控制層，對會話提供控制和治理能力，用戶可以通過任何IP接入網接入，如GPRS、通用陸地無線接入網(UTRAN)、無線網格網絡(WMN)、無線局域網(WLAN)、寬帶碼分多址接入(WCDMA)、CDMA2000、數字用戶線(DSL)、電纜(Cable)等，這些接入網絡統稱IP-CAN。IMS提供的核心控制層面與接入無關，因此可以實現真正的固定移動融合。

    2.3 基于IMS的下一代融合網絡架構

    圖2給出了基于IMS的下一代融合網絡架構[2]。基于IMS的NGN的目標是提供一個多業務、多接入、基于IP的安全可靠的網絡，支持實時或非實時的業務。用戶數據集中存儲，業務應用以統一的方式提供。

    在基于IMS的NGN體系結構中，業務層定義了兩個業務子系統：IP多媒體子系統和PSTN/ISDN仿真子系統。PSTN/ISDN仿真子系統為連接到IP網的傳統電話終端仿真PSTN/ISDN業務，使所有PSTN/ISDN業務保持可用性和一致性；IP多媒體子系統則由提供IP多媒體業務的所有構架在分組網絡上的核心網絡單元構成。

    在接入層，在IMS的基礎上增加了對固網接入的支持，以向傳統終端提供PSTN/ISDN等傳統業務。其中，網絡附著子系統(NASS)和資源和接納控制子系統(RACS)是專為增強IMS的接入能力和QoS保障而提出的。NASS的功能包括IP地址分配、接入認證和授權、業務數據的配置和治理，以及相關的位置治理等。RACS則負責提供資源接納控制和關口控制功能，檢查NASS保存的簽約數據的授權。

    2.4基于IMS進行核心網絡融合的要害

    從目前的研究進度來看，IMS應用于移動核心網的標準已經成熟，可以支持2G和3G的移動接入方式。但是基于IMS的網絡融合的技術標準還處于發展階段。

    由于有線和無線網絡在網絡帶寬、終端鑒權、位置信息和資源治理等多方面存在差異，固定和移動網絡在業務能力、體系架構、協議、編碼方式等方面還存在差異[3]。這些問題將成為IMS能否實現NGN核心網絡融合的要害。因此還需要對3GPP IMS規范進行擴充和修改。高級網絡電信與因特網融合業務和協議(TISPAN)正在對IMS加以擴展以實現固定接入。

    雖然IMS已經被業界認為是下一代融合核心網的技術，一些綜合運營商也在進行IMS試驗，希望通過IMS實現固定和移動網絡的融合。但IMS無論從技術、標準，還是運營政策等方面，都面臨一系列的挑戰，基于IMS的網絡融合尚有很長的路要走。

    3 接入網和終端的融合趨勢分析

    接入網融合和終端融合也是整個網絡融合中重要的組成部分。

    雖然核心網的融合實現了業務、控制和承載多個層面上的融合，但接入網中還存在各種直接面向用戶的有線、無線、寬帶或窄帶接入網，以最大限度地保證網絡的覆蓋。在無線接入技術方面，融合表現為2G/2.5G/3G接入網絡的融合和終端的融合、CDMA和WCDMA的融合、GSM/WCDMA以及GSM/CDMA終端融合、移動接入和固定無線接入的融合。隨著DSL/WLAN/WiMAX/WMN技術的日漸成熟，未來的融合網絡還應該能夠支持DSL、WLAN、WiMAX、WMN等接入方式及相應的業務，并解決好用戶漫游的問題。另外，隨著數字電視等流媒體技術應用規模的日漸擴大，未來融合網絡還應支持數字視頻廣播(DVB)等流媒體技術的接入方式以及相應業務的提供方式。因此，構建以IP為基礎的公共承載平臺，實現寬窄帶業務、有線和無線業務的融合接入，以及業務在各種接入網絡之間的無縫切換是接入網融合的核心。

    在終端方面，融合體現為同一終端可以支持多種接入技術和業務，如同時支持有線、無線接入以及語音、數據和多媒體接入。隨著一些多模終端(如3G/WiFi雙模手機等)的出現，目前終端融合正在一定程度上進行。在使用融合終端接入時，終端應能夠在不同的接入網絡之間無縫切換，這就要求核心網絡中必須有相應的設備，如GSM網絡的歸屬位置寄存器或3GPP IMS網絡的HSS，能夠識別終端是從哪個接入網接入的。因此，從嚴格來說，終端融合需要在網絡實現融合之后才會逐漸呈現旺盛的需求。

    4 結束語

    未來網絡融合的根本目標是業務的融合。從網絡融合的發展趨勢來看，3G業務以及其他已有業務將承載在統一的IP/MPLS核心承載網上，核心控制層將采用IMS技術，在業務層采用統一開放的業務提供架構。隨著網絡融合的加深，傳統固網、移動網、寬帶互聯網甚至有線電視網等網絡之間的界限將會逐步消失。在核心網領域，將逐步采用IMS技術，在接入網領域，將呈現多樣化和IP化的趨勢，可以支持固定、移動、窄帶、寬帶等多種接入技術。終端則呈現多模化和智能化的趨勢[4]，網絡運營商將實現全業務運營。最終實現一個用戶、一個號碼、一個終端、一個賬單、一個核心網絡、隨時隨地享受的全業務模式。

    5 參考文獻

    [1]3GPPTS23.228 v6.5.0. IP Multimedia Subsystem (IMS) Stage 2 [S]. 2004.

    [2]ITU-TY.NGN-FRA.NGN functional requirements and architecture of the NGN [S]. 2006.

    [3]張園.基于IMS網絡融合的要害技術問題分析[N]. 人民郵電報, 2006-03-07.

    [4]張雪麗.下一代網絡業務提供模式及發展趨勢[J]. 中興通訊技術, 2006,12(5):7-10.

    作者簡介：

    盧美蓮，北京郵電大學網絡與交換技術國家重點實驗室副教授，碩士生導師。先后主持和參加近20項國家級項目和國際合作項目。已發表論文近20篇，申請發明專利7項。主要研究領域為下一代網絡技術、基于IMS的移動通信技術、移動增值服務等。

    程時端，北京郵電大學網絡與交換技術國家重點實驗室教授，博士生導師。主要研究領域為互聯網性能及服務質量、IP網絡測量、寬帶無線接入、NGN和NGI等。（寧一編輯）