IP多媒體子系統柜架結構研究

　　1 UMTS版本的演進

　　早在上世紀90年代初期，歐洲電信標準協會(ETSI)就開始為3G標準征求技術方案，并將3G技術稱為UMTS(通用移動通信系統)。WCDMA(帶寬5MHz)建議是多種方案之一。其后，日本的積極參與極大地推動了3G標準的全球化步伐。1998年，日本和歐洲在寬帶CDMA建議的關鍵參數上取得一致，使之正式成為UMTS體系中FDD(頻分雙工)頻段空中接口的入選技術方案，并由此通稱為WCDMA。

　　UMTS是IMT-2000家族最主要的三種技術標準之一。作為一個完整的3G移動通信技術標準，UMTS并不僅限于定義空中接口。它的主體包括CDMA接人網絡和分組化的核心網絡等一系列技術規范和接口協議。從根本上說，UMTS版本的演進過程也是一個技術和業務需求不斷提高的過程。UMTS標準經過多年發展，已漸趨成熟，其標準化工作由3GPP組織完成。到目前為止，主要有5個版本，即3GPP R99、3GPP R4、3GPP R5、3GPPR6和3GPPP R7，前4個版本已經完成并終結，目前正在進行R7版本的制定工作。不同版本間的功能劃分并不是絕對和清晰的，而是按時間進度和工作完成情況進行靈活劃分，不一定某個功能必須在某個版本中完成，在修改版本時應遵守向后兼容的原則，各版本的演進日寸間如圖1所示。

　　UMTS體系通過引入IMS來提供基于IP的傳統語音業務和其他新型移動多媒體業務。IMS定義了規范的網絡結構、完備的安全機制、基于策略的QoS保障機制以支持多媒體業務，并定義了符合智能網架構的業務模型以支持多種移動增值業務。IMS的引入必將對下一代移動網絡的發展起到至關重要的作用。

　　1.1 3GPP R99

　　3GPP R99版本功能于2000年3月確定，標準已相當完善，后續版本將都向3GPP R99版兼容。目前在全球已經安裝和試開通的WCDMA網絡都是基于這個版本的。3GPP R99版本最大的特征是在網絡結構上繼承了廣泛采用的第二代移動通信系統——GSM／GPRS核心網結構。

　　R99版本和以R00為起點的未來版本中UMTS體系結構的業務驅動因素如圖2所示。R99版本的業務驅動因素主要包括：與GSM的兼容、接入高速數據業務以及可管理的QoS。CS域提供基于節點MSC(一種演進的GSM網絡)的面向電路的業務，而PS域提供移動設備和IP網絡(一種演進的GPRS網絡)之間的IP連接。

　　1.2 3GPP R00

　　3GPP R00版本目前劃分為R4和R5兩種。3GPP R5版本功能于2002年6月確定。R5階段接入網部分采用全IP，核心網部分主要是引人了IMS域，它是基于PS(分組域)之上的多媒體業務平臺，也是UMTS核心網絡中提供端到端多媒體業務和集群多媒體業務的中心，主要用于提供各種實時／非實時的多媒體業務。

　　中期版本(以R4和R5為起點)在R99版本中增加了IP多媒體特征。業務驅動因素包括：與R99版本的兼容、增加了IP多媒體業務和對無線IP話音業務的高效支持，這些業務主要是為多媒體業務提供服務的，但不一定做到與話音業務及其輔助業務完全兼容。其主要特點包括：CS域提供了與R99版本CS域完全兼容的業務，可通過MSC／MSC服務器和分組骨干網的演進來實現CS域業務；PS域也能夠保持和提供IP連接，它可通過升級為IP多媒體業務提供QoS支持。增加的IP多媒體子系統能夠提供新的IP多媒體業務，這些業務能夠對CS域提供的業務進行有益的補充。但在中期版本中，這些業務不一定與CS域相對應。

　　在UMTS版本5或更高的版本中，新增加了兩個全新的具有強大能力的IMS：一是增加類似呼叫狀態控制功能(CSCF)的新網絡實體來提供基本IP多媒體服務，例如在兩個用戶間發起的多媒體會話；二是相互兼容已經發展到可以提供一些網絡實體能力的階段，例如開放業務接人(OSA)服務能力，利用基本的IP多媒體服務和網絡提供的能力，OSA服務能力的功能能夠激勵第三方產生新的IP多媒體服務。

　　1.3 遠期體系結構

　　當R99演變到R00(R4和R5)后，業界的目標是擁有一個完全基于分組交換系統的集成平臺。長期UMTS體系結構版本的驅動因素包括：一些用戶轉向使用IP多媒體業務，且除了UMTS外，IP多媒體子系統得到了廣泛接受。

　　在3GPP R6中，IMS被定義為支持所有IP接入網的多媒體業務核心網，可以支持任何一種移動／固定、有線／無線IP-CAN。近年來，IP多媒體子系統迅猛發展，已經完全可以取代先前的CS域，并提供相關業務，UMTS的遠期體系結構將保留PS域，并逐步淘汰CS域，如圖3所示。

　　由于過渡到全IP多媒體業務需要較長時間，因而傳統CS移動業務和IP多媒體業務將同時并存。因此，網絡必須同時支持傳統CS業務和新型PS業務(如包含多種終端設備的多媒體業務)，這些業務引入的目標是提供不斷演進的2G網絡與優化后的3G網絡之間的無縫漫游。這意味著長期UMTS體系結構在獨立于傳輸技術的同時，需要提供支持業務。長期UMTS體系結構平臺需要支持的功能包括：混合體系結構；網絡演進路徑；新能力；基于IP的呼叫控制；具有端到端QoS保證的IP實時(包括話音)業務；GERAN(對GMS／EDGE無線接入網的支持)；使用工具包(如CAMEL、MExE、SAT、VHE／OSA)來提供業務；與R99業務的后向兼容；在QoS、安全性、認證和機密性方面不下降；支持域間漫游和業務連續性。

　　2 IP多媒體子系統框架結構

　　IMS的設計獨立于無線接入網，它利用核心網設備，可提供新型基于IP的交互式多媒體業務，因而采用該系統的運營商可為用戶提供基于Internet應用的多媒體服務。3GPP IMS采用了層次化的體系結構，分為業務應用平臺、IP多媒體子系統和接入網絡3層，如圖4所示。

　　2.1 接入網絡

　　接入網絡支持多種技術，包括3GPP GPRS、WLAN、UTRAN、POTS／ISDN等。其中SGSN可為M S(移動臺)接入網絡提供移動性管理、尋路等功能。GGSN主要是起網關作用，它可以和多種不同的數據網絡連接，如ISDN、UTRAN和LAN等。歸屬用戶服務器(HSS) 是給定用戶的主控數據庫，它是支持網絡實體處理呼叫／會話的包含簽約信息的實體。媒體網關(MG)在不同網絡間提供媒體流映射或代碼轉換的功能。

　　2.2 IP多媒體子系統

　　IP多媒體子系統基于SIP協議，支持IPv6，負責多媒體業務的會話控制，提供QoS保障和計費管理。IMS的主要實體為呼叫狀態控制功能(CSCF)、媒體網關控制功能(MGCF)、媒體資源功能(MRF)和其他一些適應性實體，它可以與PLMN信令網和外部IP網絡互連。

　　2.3 業務應用平臺

　　業務應用平臺支持多種業務，包括IN／CAMEL、OSA／Parlay及SIP應用等。IMS在原有UMTS技術基礎上，提供根據用戶、業務、數據流等的更多收費手段。通過新的在線計費功能，運營商還可以實時控制業務流程。

　　3 結論

　　基于IMS的網絡融合方案可以使運營商基于統一的核心網絡為固定和移動用戶提供相同的業務，相對固網和移動網的核心網并存的網絡架構，不僅可以減少網絡結構的復雜度，而且應該可以降低網絡的運維成本，已經成為下一代網絡的發展方向。同時，在NGN的框架下，IMS要同時為固定終端和移動終端提供多媒體業務，但固定和移動接人存在許多差異，因而情況變得更加復雜，一些技術方面問題有待于深入研究和探討。