IMS网络发展规划策略

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付费下载自CNKI论文期刊网。发表于《广东通信技术》2012年04期。

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【作者】 牛耕； 杜娟；

【作者简介】

牛耕：中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，助理工程师，学士，主要从事光网络规划、设计及咨询工作，多次在国内核心期刊及通信学会年会发表论文。

杜娟：中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司，助理工程师，学士，主要从事光网络规划、设计及质量工作。

【机构】 中国移动通信集团设计院有限公司陕西分公司；

【摘要】 本文主要研究了IMS技术的网络、业务架构,并基于移动核心网的现状对软交换与IMS进行了对比分析,提出了一种适合于中国移动IMS网络发展规划的解决方案。

【关键词】 移动核心网； 软交换IMS业务；

1 引言

从移动业务需求发展来看，数据业务需求的满足是未来移动核心网演进发展的方向和动力所在。与固定宽带网络相比，现有移动核心网在业务实现方面主要有以下差别：

（1）接入带宽：2.5G的GPRS网络实际接入速率不到100kbit/s，与固网宽带接入至少512kbit/s的接入带宽相差甚远，接入带宽限制了媒体流下载、视频交互等一些宽带型数据业务在移动网中的发展。

（2）业务提供模式：现有宽带网络不仅可以提供端到服务器的数据业务，一些端到端类的业务也得到快速发展，现有移动网络数据业务提供基本上是端到服务器的方式。

基于SIP会话通用平台的IMS，同时支持固定和移动的多种接入方式，与接入无关的特性使其天然具备了网络融合的能力，强大的宽带多媒体和ICT融合能力、提供统一开放的业务平台，运营商可实现业务的快速部署。它是一种能够在网络和商业模式两方面确保未来成功的选择，确保运营商从容应对变革时代所面临的挑战。IMS的应用需求主要体现在两个方面：

（1）运营商应对激烈的移动市场竞争所要进行的移动网络升级。

（2）全业务运营的网络及业务融合需求。

2  IMS的系统架构

2.1  网络架构

IMS的核心特点是采用基于SIP协议控制上层业务会话和与接入网的无关性，通过IMS可以提供IP多媒体业务以及实时的VoIP业务，支持分组域业务的漫游。作为下一代网络的核心架构，IMS最主要的作用即在于网络的融合。IMS网络逻辑结构及主要接口如图1所示。

2.2  业务架构

IMS开放的网络架构，基于IP的承载，提供了面向集团、家庭和个人的丰富的融合通信业务。支持多种固定（LAN、WLAN、xDSL、PON等）及移动（2G\3G\LTE等）接入方式和三维的业务提供能力，保证了IMS在丰富业务方面的优势。IMS丰富的业务提供能力如表1所示。

IMS是运营商面向全业务运营的统一融合的网络架构。打破了竖井式业务部署模式，业务与控制完全分离，有利于灵活、快速的提供各种业务应用，具备融合通信业务、多媒体业务以及通信网与互联网融合的业务提供能力。

为了实现下一代网络业务与控制分离的原则，IMS必须提供开放的接口来接入各种业务服务器，允许各种业务提供商通过标准的接口向网络提供服务。3GPP标准为IMS业务的开发提供了三种机制，针对IMS业务的CAMEL功能、开放业务架构（OSA）和会话初始协议（SIP）。

IMS通过基于SIP的ISC接口，提供语音和数据业务，由S-CSCF与各种应用服务器功能实体组成。IMS中的业务提供是基于在用户归属域中的业务控制逻辑，所有消息都是通过在归属域中的S-CSCF进行路由的。在其基本业务提供框架中，S-CSCF可根据从HSS下载的触发信息，直接将SIP消息转发给相应的AS，完成将业务逻辑转化成业务配置的应用。IMS业务架构如图2所示。

IMS的业务架构能够适应不同业务的接入要求，分为如下四层：应用层；业务能力层；会话控制层；承载接入层。IMS业务层次模型如图3所示。

2.3  软交换与IMS的关系

对于软交换和IMS，软交换的出发点就是把程控交换机给“软化”，是为一个产品做的，而IMS是从一个系统的角度来考虑问题的。这个系统可以支持任意一个接入、任意一个终端。

软交换的引入使基于电路交换的网络转型为基于分组的网络，关键点在于其业务的提供是有序的，是可控制和可管理的，不同于一般的基于IP的业务，对多媒体业务的支持能力较差；IMS技术的主要优势是IMS体系架构可以支持移动性管理，基于SIP协议，具有业务应用的灵活性，并具有一定的QoS保障机制，因此IMS在宽带用户的漫游管理和QoS保障方面更具有优势。软交换与IMS的对比分析如表2所示。

当前移动软交换IP组网，重点是解决话音业务，发展软交换的同时，部分增值业务可以考虑在IMS上实现。随着网络和业务的发展，开始在IMS网络引入VOIP，丰富语音等业务，但只针对高端用户，而占主流的地位的中低端用户的话音还是在CS域即软交换上实现。

因此，IMS在相当长的时间里和CS域也即移动软交换将是并存和协调发展。在网络演进开始到IMS提供实时业务的时候，可以将MSc Server和MGW升级成IMS的MGCF和IM-MGW，而IP承载网可以完全重用。IMS系统完全遵循3GPP R5/R6的要求，并且与软交换设备采用相同的软硬件平台，为未来软交换网络平滑升级到IMS网络做好准备。

3  中国移动IMS的发展规划策略

从目前国内三大运营商的网络现状来看，中国移动优势在移动网，固网是短板。因此，目前中国移动的全业务运营更多地集中在对宽带、固网的补齐以及与手机的协同上面。而在这一需求之下，IMS对中国移动而言就显得尤为重要：用它作为固定网络的核心网，同时提供移动固定融合的业务。目前，IMS+GPON是中国移动全业务解决方案的典型模式。

运营商对增值业务开展、固定移动融合需求的紧迫程度以及LTE的演进策略有不同的要求，但从长远来看，最终将演进为3GPP R8定义的统一ICS架构。在向这一架构发展的过程中，运营商面临如何去选择最佳的演进路径、如何控制好演进节奏的问题。网络技术的演进要立足于运营商现有网络状况以及所处的市场和竞争环境，在保证现有投资和收益的同时也要有利于现有技术的平滑过渡，中国移动基于平滑的演进方式，通过对现网设备升级，分阶段、逐步地演进到面向未来的ICS融合架构，在具体部署时则根据市场需求和网络实际情况进行。

移动软交换先集成MGCF，然后演进成为mAGCF，进入到目标ICS阶段。在未来完全融合的ICS网络里，所有会话控制和话音业务将从CS域迁移到IMS域。IMS将逐渐替代软交换，成为包括LTE在内的所有接入网的核心，其他增值业务也可以通过IMS网络，向以任何方式接入的用户发放。中国移动的IMS建设可以分为三个阶段：

第一个阶段：核心网引入IMS ，增加固定接入，提供融合业务能力。初期采用IMS主要实现固定接入控制、大力推进基于IMS的集团客户、家庭和个人客户解决方案，提供多媒体控制能力。IMS与CS域独立组网、业务互通。CS域为移动用户提供语音类业务，PS域为IMS域提供接入。

第二个阶段：R4软交换和IMS需要保持互通，将现有的一些R4设备升级做到互联互通，在这个过程中，运营商CS话务量还在往上增长，IMS还无法为用户提供话音业务。IMS对分组网络没有需求。IMS与CS域长期共存，PS域仍为IMS域提供IP承载、业务分担。部分CS设备开始升级支持ICS的平滑演进策略及网络方案，PS域开始向SAE架构演进，准备实现统一融合的核心网。

IMS与CS域的互通：在网络建设的初级阶段，将长期存在CS域和IMS共存的情况，两个之间必然存在互通的问题（语音电话）。在网络逻辑架构上，IMS域通过MGCF与IM-MGW与CS域进行互通。融合的大趋势下，尽可能共用核心网网元，才能最大限地利旧现网资源，降低建网和运维成本，MGCF/IM-MGW与CS域MSC Server/MGW的功能相似，它处于IMS域的边缘，负责与CS域互通，所以它需具备与IMS域内SIP协议交互能力外，还需具备CS域的信令互通能力，包括支持窄带的ISUP和宽带的BICC。因此可考虑MGCF/IM-MGW与现网MSC Server/MGW设备合设，MSC Server/MGW可软件升级支持SIP协议互通能力。在具体网络实现上，MGCF可以是一个独立的物理实体，也可以跟MSC Server合设在同一个物理实体中；IM-MGW可以是独立的物理实体，也可以跟CS-MGW合设。IMS域与CS域互通1：通过独立的MGCF和IM-MGW如图4所示；

IMS域与CS域互通2：通过合一的MGCF/MSC Server和IM-MGW/CS-MGW如图5所示。

IMS与PLMN/PSTN的互通：IMS网络与PSTN/PLMN网络互通的典型组网如图6所示。

T-MGCF负责将ISUP呼叫与SIP会话之间的映射转换控制，对于PSTN/CS到IMS的呼叫需要T-MGCF借助ENUM机制处理E.164号码到SIP URL的映射。

该互通方式下，IMS与PSTN/CS的承载和控制面互通分别配置独立的媒体网关和信令网关。

第三个阶段：随着HSPA+或者是LTE的成熟，CS话务量开始出现下滑，甚至开始出现网络容量富余。在这种情况下，通过IMS来集中控制CS网络。移动软交换演进为mAGCF，IMS能够为移动用户提供包含话音的各种多媒体业务，IMS成为统一融合的核心网，实现移动和固定的统一控制，最终实现CS语音向PS VoIP演进，全网IP化。CS域逐渐向PS域迁移，PS域演进到SAE架构，为IMS域提供接入和业务分担。

IMS对分组网络的需求：GGSN需要支持P-CSCF地址静态配置或者动态发现机制。

移动运营商应该兼顾长远战略和近期目标，结合目前产品技术成熟度，制定出移动网络基于IMS架构并向NGN网络演进的计划：

初期开放的IMS业务量有限，可以通过少数SIP AS来进行提供，业务层的部署比较简单，部署一套IMS核心系统即可满足需求。

在大规模部署IMS阶段，会话控制层需要根据地域或者管理域划分为不同的域，部署多套IMS系统，不同域间可以进行IMS用户的漫游控制。同时随着开放业务种类的增多和第三方业务开发的引入，IMS业务层的部署需要全面进行规划。

4   目前IMS所面临的问题

4.1  终端

IMS基于IP技术，并以SIP协议及其宽松路由规则作为组网基础，因此IMS终端必然是基于IP的SIP终端，否则IMS-CSCF不能正确建立会话。非SIP终端必须通过SIP接入网关才能接入到IMS网络中。目前终端厂商为IMS定制的终端还较少，IMS增值业务层面的接口远未达到标准化水平，使得不同成家的终端与业务互通存在困难。

4.2  业务

IMS的业务主要分为三类：现网移植类业务；与现网互通/交互类业务；其他IMS新业务。目前来看，影响业务成熟及大规模商用的主要原因是缺少端到端的QoS保证以及终端的支持。

4.3  其他方面

IMS架构核心网应具备的其他能力：开放的业务架构，支持IT与电信业务的聚合；完善的网络容灾，如IMS POOL；互操作性，运营商要保证任何一个业务，不同的厂家，不同的业务平台，不同的终端之间是能够互联互通。

5  结束语

当前，处理好软交换和IMS之间的关系将是移动运营商在制定核心网转型战略时需要重点考虑的问题。中国移动建设IMS的目的是“通过引入CM-IMS，实现固定话音接入及业务控制，提供多媒体类、融合类通信业务能力”。

IMS是未来网络的整体架构，其体系架构增强了对基于IP流的可控和可管理性，代表了网络的发展趋势。本文在研究IMS技术架构原理的基础上，结合中国移动的网络现状，提出了一种适于中国移动IMS规划部署的解决方案。该方案对中国移动的IMS部署策略提出了建设性的指导意见，保证了移动核心网的可持续发展，在工程实现中可以参考借鉴。               

参考文献
1  杨军,林朝辉. 基于IMS的固定移动融合的探讨. 邮电设计技术，2009 (02).
2  符刚,杨艳松. 电信运营商IMS部署驱动力分析. 邮电设计技术，2010 (04).