軟交換與IMS技術(shù)分析探討

1、軟交換與IMS技術(shù)分析探討2009-12-22 15:131 引言隨著互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展和社會經(jīng)濟(jì)的信息化，數(shù)據(jù)及多媒體業(yè)務(wù)將迅速超越傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)，成為巨大的通信需求。在此背景下，下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）應(yīng)運(yùn)而生。NGN 將基于IP 與Internet，其核心控制層形態(tài)目前正在經(jīng)歷軟交換與IP 多媒體子系統(tǒng)（IMS）技術(shù)的競爭合作階段。軟交換是近年發(fā)展起來的一種新的呼叫控制技術(shù)。它具有分層的體系架構(gòu)、基于分組傳輸、能提供多種接入方式等特點(diǎn)，并能綜合提供語音、數(shù)據(jù)、多媒體業(yè)務(wù)。近年來的現(xiàn)場試驗(yàn)及規(guī)模商用結(jié)果證明，軟交換體系在技術(shù)上已經(jīng)基本成熟。同樣地，IMS 也是NGN 的主要技術(shù)之一。IMS 不僅可

2、將單一類型的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合到全I(xiàn)P, 還是融合固定網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)的基礎(chǔ)。同時(shí)由于IMS 具有SIP 標(biāo)準(zhǔn)化接口的特性，使其適應(yīng)NGN 業(yè)務(wù)與控制分離的基本原則，為支持各種業(yè)務(wù)奠定了基礎(chǔ)，從而被當(dāng)前業(yè)界公認(rèn)為未來融合的控制平臺，是面向未來多媒體通信的NGN 核心技術(shù)。要解決好IMS 與軟交換網(wǎng)絡(luò)的融合問題，需要了解它們的技術(shù)特點(diǎn)與差別。2 軟交換軟交換是基于包交換網(wǎng)絡(luò)，以軟件來實(shí)現(xiàn)交換與呼叫控制管理的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它是網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)以及下一代電信網(wǎng)絡(luò)中的核心設(shè)備之一，獨(dú)立于傳輸網(wǎng)絡(luò)，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認(rèn)證、帶寬管理、計(jì)費(fèi)等功能，同時(shí)可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機(jī)所能提供的所有業(yè)務(wù)

3、以及多樣化的第三方業(yè)務(wù)。軟交換技術(shù)從1998 年就開始出現(xiàn)并且已經(jīng)歷了實(shí)驗(yàn)、商用等多個(gè)發(fā)展階段，目前已比較成熟。全球范圍早已有多家電信運(yùn)營商開展了軟交換試驗(yàn)，發(fā)展至今，軟交換技術(shù)已經(jīng)具備了替代電路交換機(jī)的能力，并具備一定的寬帶多媒體業(yè)務(wù)能力。軟交換的基本含義就是把呼叫控制功能從媒體網(wǎng)關(guān)中分離出來，通過服務(wù)器上的軟件實(shí)現(xiàn)基本呼叫控制功能，從而實(shí)現(xiàn)呼叫控制與承載的分離。從廣義上講，軟交換泛指一種體系結(jié)構(gòu)，它包括四個(gè)功能層面：接入層、核心傳輸層、控制層和應(yīng)用層。在NGN 的組成元素中，軟交換是一個(gè)重要組件，是新老網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)融合的樞紐，是NGN 業(yè)務(wù)的控制核心?；谲浗粨Q的NGN 層次結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

4、圖 1 以軟交換為核心的NGN 層次結(jié)構(gòu)接入層的功能是將各種用戶終端和外部網(wǎng)絡(luò)連接至核心網(wǎng)絡(luò)，由核心網(wǎng)絡(luò)集中用戶業(yè)務(wù)并將它們傳送到目的地。接入層的主要網(wǎng)絡(luò)部件有中繼網(wǎng)關(guān)、用戶接入網(wǎng)關(guān)、信令網(wǎng)關(guān)、無線接入網(wǎng)關(guān)等。傳輸層可稱為媒體傳輸平面或承載連接平面，提供各種媒體（語音、數(shù)據(jù)、視頻等）的寬帶傳輸通道，并將信息選錄至目的地。傳輸層的主要網(wǎng)絡(luò)部件為標(biāo)準(zhǔn)的IP 路由器（或ATM 交換機(jī)），基于分組網(wǎng)絡(luò)的軟交換系統(tǒng)用網(wǎng)絡(luò)本身作為交換部件?？刂茖拥闹饕W(wǎng)絡(luò)部件為軟交換設(shè)備。負(fù)責(zé)呼叫邏輯，處理呼叫請求，并指示傳輸層建立合適的承載連接，控制層的核心設(shè)備是軟交換，軟交換需要支持眾多的協(xié)議接口，以實(shí)現(xiàn)與不同類型網(wǎng)

5、絡(luò)的互通?？刂茖記Q定用戶應(yīng)該接受哪些業(yè)務(wù)、控制其他較低層的網(wǎng)絡(luò)單元，并控制處理業(yè)務(wù)流。應(yīng)用層在呼叫建立的基礎(chǔ)上提供附加服務(wù)，承擔(dān)業(yè)務(wù)提供、業(yè)務(wù)生成和維護(hù)、管理、鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)功能，利用底層的各種資源為用戶提供豐富多彩的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。主要部件為應(yīng)用服務(wù)器、業(yè)務(wù)控制點(diǎn)、AAA（鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)、記帳）服務(wù)器、策略服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)服務(wù)器等。3 IP 多媒體子系統(tǒng)3.1 IMS 技術(shù)概念I(lǐng)MS（IP Multimedia Subsystem）是IP 多媒體系統(tǒng)，是一種全新的多媒體業(yè)務(wù)形式，它能夠滿足現(xiàn)在的終端客戶更新穎、更多樣化多媒體業(yè)務(wù)的需求。目前，IMS 被認(rèn)為是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，也是解決移動(dòng)與固網(wǎng)融合，引入語

6、音、數(shù)據(jù)、視頻三重融合等差異化業(yè)務(wù)的重要方式。但是，目前全球IMS 網(wǎng)絡(luò)多數(shù)處于初級階段，應(yīng)用方式也處于業(yè)界探討當(dāng)中。IMS 技術(shù)對控制層功能做了進(jìn)一步分解，實(shí)現(xiàn)了會話控制實(shí)體和媒體網(wǎng)關(guān)控制實(shí)體在功能上的分離，使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更為開放和靈活。IMS 以其業(yè)務(wù)、控制、承載完全分離的水平架構(gòu)，集中的用戶屬性和接入無關(guān)等特性，一方面解決了目前軟交換技術(shù)還無法解決的問題，如用戶移動(dòng)性支持、標(biāo)準(zhǔn)開放的業(yè)務(wù)接口、靈活的IP 多媒體業(yè)務(wù)提供等；另一方面，由于其接入無關(guān)性，也使得IMS 成為固定和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合演進(jìn)的基礎(chǔ)。3.2 IMS 的定位IMS 在3GPPRelease 5 版本中提出，是對IP 多媒體業(yè)務(wù)進(jìn)行

7、控制的網(wǎng)絡(luò)核心層邏輯功能實(shí)體的總稱。其最初的出發(fā)點(diǎn)，是為了在移動(dòng)網(wǎng)上以最大的靈活性提供IP 多媒體業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)一個(gè)業(yè)務(wù)體系框架。后來由于其良好的開放性和全分布式架構(gòu)，能做到控制與業(yè)務(wù)分離、與接入無關(guān)和支持移動(dòng)性管理，因而得到了ETSI、ITU-T 等NGN 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化組織的認(rèn)可，并作為所研究的下一代網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。3GPP R5 主要定義IMS 的核心結(jié)構(gòu)、網(wǎng)元功能、接口和流程等內(nèi)容；R6 版本增加了部分IMS 業(yè)務(wù)特性、IMS 與其他網(wǎng)絡(luò)的互通規(guī)范和無線局域網(wǎng)（WLAN）接入特性等；R7 版本加強(qiáng)了對固定、移動(dòng)融合的標(biāo)準(zhǔn)化制訂，要求IMS 支持?jǐn)?shù)字用戶線（xDSL）、電纜調(diào)制解調(diào)器等固定接入方式。

8、3.3 IMS 中的網(wǎng)元IMS 是一個(gè)以SIP 為中心的分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。SIP 是IMS 的核心協(xié)議，SIP 中定義了多種角色，而IMS 中也有多種網(wǎng)元，SIP 中的各種角色跟IMS 中的各種網(wǎng)元沒有嚴(yán)格的一一對應(yīng)關(guān)系，但是SIP 中定義的各種角色都在IMS 中的各種網(wǎng)元中得到了融合、改進(jìn)。IMS的體系結(jié)構(gòu)如圖2 所示。來源：中國論文發(fā)表網(wǎng)UE（用戶終端）：這個(gè)比較顯而易見，我們用的手機(jī)就是一個(gè)UE。IMS 中UE 可以大概理解為SIP 中的UA。CSCF（Call Session Control Function，呼叫會話控制功能）：正如其名字，CSCF 是IMS中的會話控制功能體。CSCF

9、 在IMS 中實(shí)現(xiàn)了多媒體呼叫中主要的軟交換控制功能，可以看作SIP 中的各種基本Server 的集合。CSCF 又分為三類：P-CSCF、S-CSCF、I-CSCF，我們一般分別昵稱之為：P,S,I。P-CSCF（Proxy CSCF）：P 是用戶接入核心網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，在IMS 的CSCF 中離用戶最近。對外轉(zhuǎn)發(fā)著UE 的消息并且將從外面收到的SIP 消息返回給UE。P 可以看作SIP 中的Proxy。S-CSCF（Serving CSCF）:S 是IMS 中核心中的核心，處于IMS 的核心控制地位，基本上任何SIP 消息都要經(jīng)過它的處理，包括路由、AS 業(yè)務(wù)觸發(fā)、重定向等主要控制功能。S可以看

10、作SIP 中的Registrar、Proxy 以及Redirect Server。I-CSCF（Interrogating-CSCF）：I 是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的邊界節(jié)點(diǎn)，主要對外來呼叫中的被叫的S 進(jìn)行定位，從而隱藏該網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，因?yàn)槿羲型鈦砗艚卸家?jīng)過該網(wǎng)絡(luò)的I，則外面的用戶無從知道該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部S 以及P 等網(wǎng)元的分布情況。I 是可選的，也就是說可以不需要這樣一個(gè)網(wǎng)元，如果你不想刻意隱藏自己的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。因?yàn)檫M(jìn)入的呼叫都要經(jīng)常I，雖然I 的功能較為單一，但負(fù)擔(dān)比較重，因此一個(gè)網(wǎng)絡(luò)一旦使用了I，一般就不止一個(gè)，以便進(jìn)行負(fù)載均衡。I 可以看作 SIP 中的Proxy、Redirect Server。H

11、SS（Home Subscriber Server，歸屬簽約用戶服務(wù)器）：是用于集中存放用戶數(shù)據(jù)（認(rèn)證信息、業(yè)務(wù)信息、漫游信息、原始計(jì)費(fèi)信息等）的地方，用戶數(shù)據(jù)總是存放在其歸屬域（開戶地）的HSS 中，可以跟HSS 打叫道的有I，S 和AS 等，UE 不會跟HSS 有直接接觸。AS（Application Server，應(yīng)用服務(wù)器）：用于實(shí)現(xiàn)具體業(yè)務(wù)的服務(wù)器。通常AS 由S 根據(jù)用戶請求以及觸發(fā)條件進(jìn)行觸發(fā)，它是作為SIP 中的B2BUA 實(shí)現(xiàn)的。IMS 中的這種觸發(fā)機(jī)制正是其支持業(yè)務(wù)與承載分離的基礎(chǔ)。各種網(wǎng)關(guān)（MGCF，BGCF 等）：用戶實(shí)現(xiàn)SIP 與其他信令（PSTN,ISDN 等）的互

12、聯(lián)互通。其他網(wǎng)元：實(shí)現(xiàn)媒體資源控制、QoS、計(jì)費(fèi)等功能的網(wǎng)元，如PDF、MRFC 等。4 軟交換與IMS 的分析比較從目前已有的技術(shù)來看，軟交換和IMS 是下一代交換網(wǎng)絡(luò)兩種比較適合的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。前者用于NGN 初級階段；后者是實(shí)現(xiàn)固定和移動(dòng)融合的目標(biāo)技術(shù)。如果從采用的基礎(chǔ)技術(shù)上看，IMS 和軟交換有很大的相似性：都是基于IP 分組網(wǎng)；都實(shí)現(xiàn)了控制與承載的分離；大部分的協(xié)議都是相似或者完全相同的；許多網(wǎng)關(guān)設(shè)備和終端設(shè)備甚至是可以通用的。由于IMS 只是NGN 的一個(gè)子系統(tǒng)，因此目前基于IMS 研究的NGN 都注重網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)體，而軟交換更加注重物理實(shí)體的具體實(shí)現(xiàn)，是NGN 最現(xiàn)實(shí)的實(shí)現(xiàn)方式之一。軟

13、交換和IMS 是固網(wǎng)向NGN 演進(jìn)的不同階段，但實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)是一致的，都是構(gòu)建一個(gè)基于分組、層次分明、控制與承載分離、開放的下一代交換網(wǎng)絡(luò)。不同點(diǎn)在于軟交換技術(shù)提出較早，主要針對電話語音業(yè)務(wù)、IP 接入、非IP 接入以及與PSTN、VOIP 互通等方面，但對移動(dòng)性管理、多媒體和增值業(yè)務(wù)的提供卻考慮不多，故缺乏整體標(biāo)準(zhǔn)。IMS 在繼承了軟交換技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步發(fā)展了軟交換的技術(shù)特點(diǎn)，如體系架構(gòu)的開放性、端到端的全I(xiàn)P架構(gòu)、完全基于會話啟動(dòng)協(xié)議(SIP的呼叫控制、用戶數(shù)據(jù)的集中管理、對智能終端完善的控制機(jī)制、強(qiáng)大的多媒體業(yè)務(wù)提供能力等。此外，IMS 在標(biāo)準(zhǔn)化程度、移動(dòng)性支持、接入無關(guān)性、QoS 等

14、方面都比軟交換有了很大提高。IMS 和軟交換最大的區(qū)別在于以下幾個(gè)方面。（1）定位上的區(qū)別軟交換重點(diǎn)解決的是PSTN 的IP 化問題，同時(shí)考慮IP 化后新業(yè)務(wù)的提供方式。關(guān)注的側(cè)重點(diǎn)是語音類業(yè)務(wù)，同時(shí)有一些語音與IP 網(wǎng)結(jié)合的業(yè)務(wù)。IMS 重點(diǎn)考慮的是IP 多媒體業(yè)務(wù)，包括文本、消息、視頻、網(wǎng)絡(luò)等綜合業(yè)務(wù)。（2）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上的區(qū)別IMS 和軟交換的區(qū)別主要是在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架上。軟交換網(wǎng)絡(luò)體系基于主從控制的特點(diǎn)，使得其與具體的接入手段關(guān)系密切，而IMS 體系由于終端與核心側(cè)采用基于IP 承載的SIP 協(xié)議，IP 技術(shù)與承載媒體無關(guān)的特性使得IMS 體系可以支持各類接入方式，從而使得IMS 的應(yīng)用范圍從最

15、初始的移動(dòng)網(wǎng)逐步擴(kuò)大到固定領(lǐng)域。軟交換系統(tǒng)沒有完整的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的定義，在實(shí)際部署時(shí)，軟交換設(shè)備會作為一個(gè)物理部件去部署。IMS 定義的子系統(tǒng)是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，考慮了用戶移動(dòng)性需求，在用戶注冊、路由尋址等方面考慮了更多的分離性，同時(shí)基于對業(yè)務(wù)開放性的要求，在業(yè)務(wù)提供方面也采用了業(yè)務(wù)處理與業(yè)務(wù)分發(fā)分離的架構(gòu)，因此，IMS 的各功能實(shí)體體現(xiàn)了更多的開放性和靈活性。（3）SIP 協(xié)議應(yīng)用上的區(qū)別軟交換支持的SIP 協(xié)議的功能子集主要是基于連接、基于呼叫的應(yīng)用。IMS 的SIP 協(xié)議在業(yè)務(wù)觸發(fā)方式上采用多種通信方式，是SIP 協(xié)議的全面應(yīng)用。在繼承了軟交換特點(diǎn)的同時(shí)，IMS 具有更加開放的分層結(jié)構(gòu)和完整的系

16、統(tǒng)，可以用于組建大網(wǎng)，同時(shí)業(yè)務(wù)能力更加強(qiáng)大，可以開發(fā)基于會話的下一代多媒體業(yè)務(wù)網(wǎng)。但I(xiàn)MS 還是有局限的。作為SIP 的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，從本質(zhì)上看，IMS 只是基于會話的IP 多媒體業(yè)務(wù)體系，而不是通用的多媒體業(yè)務(wù)平臺，因而不可能提供面向會話以外的其他的多媒體業(yè)務(wù)。IMS 沒有脫離PSTN 的業(yè)務(wù)集中控制思想。CSCF 是系統(tǒng)中業(yè)務(wù)控制的核心，所有的業(yè)務(wù)均由CSCF 發(fā)起，這種工作模式與下一代分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的全分布式工作特點(diǎn)是不匹配的。因此，IMS 仍未擺脫P(yáng)STN 業(yè)務(wù)集中控制的陰影，它還不是NGN 的最合理的模型，只能作為PSTN 向分組語音電話過渡和演進(jìn)過程中的中級階段技術(shù)。此外，由于IMS 體系

17、架構(gòu)可以支持移動(dòng)性管理并且具有一定的服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障機(jī)制，因此IMS 技術(shù)相比于軟交換的優(yōu)勢還體現(xiàn)在寬帶用戶的漫游管理和QoS 保障方面。5 軟交換向IMS 演進(jìn)IMS 本質(zhì)上仍屬于軟交換技術(shù)范疇，但網(wǎng)絡(luò)更加分布化，符合NGN 的發(fā)展方向。軟交換和IMS 是固網(wǎng)向NGN 發(fā)展的不同階段。由于軟交換對傳統(tǒng)電話網(wǎng)繼承的無縫性，所以在傳統(tǒng)電話網(wǎng)向分組化、寬帶化和智能化演進(jìn)的過程中，軟交換成為其不可逾越的階段，同時(shí)IMS 在支持固網(wǎng)方面仍存在許多問題，所以軟交換與IMS 將會在很長時(shí)間內(nèi)共存。但由于IMS 的諸多優(yōu)點(diǎn)及其不斷地成熟，軟交換網(wǎng)絡(luò)會逐漸向 IMS 過渡并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的最終融合。一方面，軟交換是不可跨越的一個(gè)階段。IMS 的初衷是在移動(dòng)的PS 基礎(chǔ)上提供多媒體能力，隨著IMS 在標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)運(yùn)營模式上的逐步成熟，成為目前固定網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)走向融合的理想架構(gòu)。軟交換作為一個(gè)發(fā)展階段是無法跨越的，但軟交換畢竟只是初級階段，IMS才是理想的目標(biāo)架構(gòu)。所以，IMS 應(yīng)該會以重疊方式引入，軟交換和IMS 會以互通方式長期共存。從長遠(yuǎn)看，IMS 將來會融合軟交換。另一方面，實(shí)現(xiàn)融合是長期目標(biāo)。IMS 的引入與接入、承