IMS網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中的關(guān)鍵問題探討

標(biāo)簽：IMS  TDM

在三大全業(yè)務(wù)運營商對固定和移動業(yè)務(wù)的融合、與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的融合、拓展新業(yè)務(wù)等多重需求下,IMS從2009年開始重新成為業(yè)界關(guān)注的焦點。不同的運營商對于IMS現(xiàn)階段的規(guī)劃與期冀不全一樣,但基于IMS的固定和移動網(wǎng)絡(luò)融合的架構(gòu)以實現(xiàn)真正的全業(yè)務(wù)運營,利用網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)能力開放實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的融合,均是運營商的長遠(yuǎn)目標(biāo)。為綜述國內(nèi)電信運營商的IMS發(fā)展現(xiàn)狀,研究IMS網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過程中需要解決的關(guān)鍵技術(shù)問題及實現(xiàn)方案,探討運營商如何在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中引入IMS、如何實現(xiàn)跨IMS域和電路域的多業(yè)務(wù)協(xié)同、如何實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與通信業(yè)務(wù)的混搭等問題,《移動通信》于本期特別推出“IMS與網(wǎng)絡(luò)融合”專題,以期能明晰IMS尚待解決的技術(shù)問題,并著眼于解決之道,為IMS在中國理性務(wù)實發(fā)展進(jìn)行有益的探討。

1 引言

作為下一代網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的核心,IMS技術(shù)已經(jīng)逐步走向成熟,能夠滿足消費者對業(yè)務(wù)質(zhì)量、可靠性及可用性的要求,可以促進(jìn)實現(xiàn)固定和移動業(yè)務(wù)的融合,甚至可確保LTE語音及短信業(yè)務(wù)的國際漫游與互操作性,從而確保業(yè)務(wù)的連續(xù)性。全球TOP10的運營商均已進(jìn)入全業(yè)務(wù)運營領(lǐng)域,來自Heavy Reading對全球179家運營商的調(diào)查顯示,大部分主流運營商認(rèn)識到部署IMS的重要性并選擇IMS做全業(yè)務(wù)運營網(wǎng)絡(luò)。目前全球已部署100多個IMS試驗網(wǎng)、試商用及商用網(wǎng)絡(luò),IMS已被業(yè)界接受為全業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)解決方案。

2 IMS網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)問題

從傳統(tǒng)TDM交換、軟交換到IMS的演進(jìn)在業(yè)內(nèi)已經(jīng)成為不爭的事實。從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)角度來看,無論是ITU-T、TISPAN還是3GPP,都將IMS作為固定電話網(wǎng)和移動核心網(wǎng)演進(jìn)的唯一目標(biāo)。

對于移動核心網(wǎng),從技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和國際運營商的傾向來看,演進(jìn)的唯一目標(biāo)是EPS/IMS架構(gòu),但隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展,仍需要考慮CS用戶接入IMS、語音業(yè)務(wù)連續(xù)性問題、LTE語音解決方案等問題。從標(biāo)準(zhǔn)的角度分析,對于CS用戶接入IMS網(wǎng)絡(luò),可以采用ICS解決方案,實現(xiàn)IMS網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)的統(tǒng)一控制,實現(xiàn)業(yè)務(wù)一致性要求;對于語音業(yè)務(wù)連續(xù)性問題,可以采用SR-VCC保持語音業(yè)務(wù)的連續(xù)性;對于LTE語音解決方案,國際運營商已傾向采用3GPP IMS為LTE提供語音業(yè)務(wù),“One Voice”標(biāo)準(zhǔn)研究計劃也已經(jīng)于2009年11月啟動,目的就是為LTE語音及短信業(yè)務(wù)制定應(yīng)用層技術(shù)規(guī)范,解決LTE傳遞語音服務(wù)的問題,達(dá)到加速LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)目標(biāo)。

下面將重點分析IMS網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過程中ICS、SR-VCC、One Voice等關(guān)鍵技術(shù)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 ICS

ICS(IMS Centralized Services,IMS集中業(yè)務(wù))是3GPP R8的重要研究課題之一,由3GPP SA2工作組提出。ICS重點研究CS域如何接入IMS,由IMS統(tǒng)一提供業(yè)務(wù),該方案將業(yè)務(wù)剝離到IMS,而CS則演進(jìn)為一種接入方式,因此可以認(rèn)為ICS是軟交換網(wǎng)絡(luò)向IMS演進(jìn)的一種重要方式和必經(jīng)階段。

(1)ICS參考架構(gòu)

ICS架構(gòu)在現(xiàn)有的CS和IMS網(wǎng)絡(luò)中增加了以下內(nèi)容:

◆SCC AS

SCC AS是歸宿網(wǎng)絡(luò)中的IMS應(yīng)用服務(wù)器,通過主叫或被叫iFC插入到會話路徑中,位于主叫路徑的第一個AS,或被叫路徑的最后一個AS。SCC AS可以作為SIP用戶代理代替CS用戶接入IMS,完成IMS會話的建立和控制,實現(xiàn)ICS用戶代理的功能。如果在使用I1(USSD)接口時,SCC AS負(fù)責(zé)處理USSD完成和其他IMS網(wǎng)元之間的交互,實現(xiàn)CS接入適配的功能。另外,對于選擇終呼的接入方式,如果選擇CS域,那么SCC AS還需要協(xié)助將呼叫發(fā)送給ICS用戶,從而完成終呼接入域選擇功能。

◆MSC Server

如果MSC Server具備ICS增強(qiáng)能力,那么它可以處理A/Iu和E接口的用戶信令,完成和SIP信令的交互;并能夠通過I3接口控制IMS-MGW,完成CS接入和RTP的交互;當(dāng)支持多媒體業(yè)務(wù)時,還要求MSC Server能夠執(zhí)行H.245和SIP/SDP之間的交互。

對于普通用戶,如果不使用ICS功能,對MSC Server的功能沒有增強(qiáng)要求,同樣對于ICS UE,即使使用ICS功能,也不要求MSC Server具有ICS增強(qiáng)功能。

◆ICS UE

ICS UE增加了ICS能力,ICS UE可以通過業(yè)務(wù)控制路徑和SCC AS通信,通過CS域建立承載控制路徑。此外在主叫過程中,ICS UE應(yīng)能執(zhí)行接入域選擇功能,在被叫過程中,ICS UE需協(xié)助SCC AS執(zhí)行終呼接入域選擇功能T-ADS。

(2)ICS解決方案

目前,根據(jù)終端能力和對網(wǎng)絡(luò)的影響,將ICS的解決方案分為ICS UE方案和增強(qiáng)的MSC Server兩種,ICS的參考架構(gòu)涵蓋了這兩種解決方案。簡單來說,ICS UE方案,引入支持ICS能力的UE,通過現(xiàn)有的CS網(wǎng)絡(luò),或通過采用MSC-centric增強(qiáng)的CS網(wǎng)絡(luò)接入IMS,實現(xiàn)ICS業(yè)務(wù)。增強(qiáng)的MSC Server方案,通過升級CS網(wǎng)絡(luò),將non-ICS UE,即傳統(tǒng)終端接入到IMS網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)ICS業(yè)務(wù)。

◆ICS UE方案:業(yè)務(wù)控制信令路徑從Gm接口發(fā)起

如圖2所示,該方案的主要工作流程為:業(yè)務(wù)控制信令路徑用來在ICS UE和SCC AS之間傳送IMS業(yè)務(wù)控制信息。發(fā)起會話時,ICS UE首先使用Gm接口,通過PS域建立業(yè)務(wù)控制信令路徑(Service Control Signalling Path),ICS UE還需要使用標(biāo)準(zhǔn)CS域流程建立CS承載控制信令路徑(CS Bearer Control Signalling Path)以建立電路域承載。然后SCC AS將業(yè)務(wù)控制信令路徑和CS承載控制信令路徑進(jìn)行綁定,形成接入分支(Access Leg),而在遠(yuǎn)端分支(Remote Leg),由SCC AS代表UE建立IMS會話。

◆ICS UE方案:業(yè)務(wù)控制信令路徑從I1接口發(fā)起

如圖3所示,該方案的主要工作流程為:發(fā)起會話時,ICS UE采用I1接口,通過CS網(wǎng)絡(luò),和SCC AS交互IMS業(yè)務(wù)所需要的信息,建立業(yè)務(wù)控制信令路徑。同時ICS UE還需要使用標(biāo)準(zhǔn)CS域流程建立CS承載控制信令路徑以建立電路域媒體承載。然后SCC AS將業(yè)務(wù)控制信令路徑和CS承載控制信令路徑進(jìn)行綁定,形成接入分支,而在遠(yuǎn)端分支,由SCC AS代表UE建立IMS會話。

◆增強(qiáng)的MSC Server方案

該方案通過升級CS網(wǎng)絡(luò),引入增強(qiáng)的MSC Server,在完成基本的MSC Server功能的同時代替UE作為SIP UA接入IMS,實現(xiàn)SIP呼叫過程和CS呼叫過程的交互,從而實現(xiàn)傳統(tǒng)CS終端接入IMS的目的,由IMS統(tǒng)一提供電話業(yè)務(wù)。其會話建立示意圖如圖4所示:

會話建立過程中,UE和SCC AS之間增強(qiáng)的MSC Server,代替UE執(zhí)行IMS的注冊流程,并完成CS呼叫流程和SIP會話流程的交互。

通過對以上方案的分析研究,我們發(fā)現(xiàn)ICS UE的解決方案主要依賴于終端的功能,要求終端必須支持ICS,因此對終端市場有很強(qiáng)的掌控力的運營商,可以通過升級終端,采用ICS UE的方案,引入專門的ICS UE實現(xiàn)ICS業(yè)務(wù)。而對于終端市場相對開放的運營商,重點關(guān)注傳統(tǒng)終端的問題,則可以采用增強(qiáng)的Msc Server方案,通過網(wǎng)絡(luò)升級,將傳統(tǒng)終端接入IMS網(wǎng)絡(luò),從而解決傳統(tǒng)通過CS域接入IMS網(wǎng)絡(luò)的問題。

3.2 SR-VCC

SR-VCC架構(gòu)利用IMS核心網(wǎng)絡(luò)提供LTE VoIP語音業(yè)務(wù)的路由、控制和業(yè)務(wù)觸發(fā),并提供LTE向GERAN/UTRAN切換時的語音連續(xù)性保證。不同于CSFB架構(gòu),SR-VCC架構(gòu)中移動語音業(yè)務(wù)真正能夠基于LTE分組網(wǎng)絡(luò)實施。

SR-VCC架構(gòu),需要部署IMS SCC AS、增強(qiáng)MSC網(wǎng)元,結(jié)合MME的切換控制保證LTE語音能夠平滑地向GERAN/UTRAN CS網(wǎng)絡(luò)切換。為了支持SR-VCC切換處理,MSC Server和MME之間要求提供Sv接口。MME在eNode B發(fā)出向GERAN/UTRAN切換請求后,通知增強(qiáng)MSC網(wǎng)元,MSC網(wǎng)元則基于3GPP CS網(wǎng)絡(luò)成熟的切換控制協(xié)議向控制RNC/BSC的MSC發(fā)起CS切換請求。在SR-VCC方案中,MME需要兼顧語音的SR VCC切換和非語音的PS切換處理。

SR-VCC關(guān)注呼叫會話的連續(xù)性,因此本質(zhì)上是個切換流程,包括傳輸層和會話層的切換;該切換過程包括承載層的PS-CS切換和業(yè)務(wù)層的IMS域切換兩部分。這兩部分切換處理相互獨立。圖6描述了E-UTRAN到UTRAN/GERAN的SR-VCC典型切換流程。

首先,源eNode B根據(jù)測量報告,決定發(fā)起SR-VCC過程;eNode B發(fā)起切換請求并指示MME該切換是PS到CS域的切換或PS到CS和PS的切換;然后進(jìn)行承載分離,對于QCI=1的承載(VoIP bearer),切換到CS域;其余承載切換到UTRAN網(wǎng)絡(luò)或掛起;如果GERAN不支持DTM,那么只能掛起,接下來準(zhǔn)備切換,增強(qiáng)的MSC Server向SCC AS發(fā)起建立CS分支,SCC AS將會話切換至CS分支,并更新遠(yuǎn)端同時釋放IMS分支;最后將語音切換到CS域并完成PS域業(yè)務(wù)的切換。至此,整個SR-VCC過程結(jié)束。

SR-VCC不要求LTE網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋,在部署LTE的地區(qū)不需要采用CS網(wǎng)絡(luò)處理語音;前提是部署IMS網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)UE駐扎在LTE或HSPA網(wǎng)絡(luò)時,采用通常的IMS呼叫流程建立語音呼叫。

SR-VCC解決方案反映了網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向,可以隨著SAE/LTE的廣泛部署平滑地向全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)過渡,是大多數(shù)運營商比較認(rèn)可一種SAE部署過渡的解決方案。3GPP對SR-VCC的研究,最初只包含EPC到CS的切換,后期引入IMS over HSPA下的SR-VCC。但在SR-VCC方案中,由于IMS側(cè)切換時間可能比較長,會導(dǎo)致切換過程和中斷時間比較長,無法滿足SA1提出的最大中斷時間300ms的需求。因此,3GPP在R10開展了旨在提高SR-VCC切換性能的增強(qiáng)研究,通過評估目前Rel-8 SR-VCC方案的性能,在盡可能少地改動SR-VCC架構(gòu)的前提下,減小切換時延,提高SR-VCC性能。

3.3 One Voice

3GPP定義IMS網(wǎng)絡(luò)是一個與接入無關(guān)的、基于標(biāo)準(zhǔn)的IP連接和業(yè)務(wù)控制的架構(gòu),使用通用的Internet協(xié)議執(zhí)行各種多媒體業(yè)務(wù)。在固網(wǎng),已經(jīng)或正在部署VoIP,然而,在移動側(cè),將展開部署采用CS語音的組合應(yīng)用,比如RCS。

未來幾年,將在更高的速率上部署更加有效的無線方案以適應(yīng)分組域的增長需求。接入和核心網(wǎng)向基于分組的遷移,必然引起從目前CS語音到使用IMS的LTE語音的演進(jìn)。

盡管3GPP在IMS方面的工作已經(jīng)進(jìn)行了將近十年,目前有上千頁的文檔,多種不同標(biāo)準(zhǔn),涵蓋了IMS相關(guān)功能。此外3GPP提供了多種方式完成同一功能(例如鑒權(quán)、會話建立、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、承載建立等)這些都增加了IMS的復(fù)雜性。在剛開始部署基于IMS的VoIP網(wǎng)絡(luò)時,并不需要所有的功能都滿足,為了幫助業(yè)界獲得通用的標(biāo)準(zhǔn)IMS語音方案,One Voice定義了通用推薦特征集,并對單一功能存在多個解決方案的情況給出推薦方案。

目前,One Voice的工作在GSMA VoLTE工作組開展。One Voice的內(nèi)容主要基于3GPP R8版本,初步解決方案的應(yīng)用層規(guī)范(V1.0.0)已最終定稿,包含的內(nèi)容有:IMS通用要求,如注冊、鑒權(quán)、尋址等;業(yè)務(wù)要求,如呼叫建立過程的考慮因素、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、短信;媒體要求以及無線和分組域要求。

可以說,One Voice定義了UE和網(wǎng)絡(luò)需要執(zhí)行的最小集合,以保證在LTE無線接入上部署基于IMS的電話業(yè)務(wù),包含IMS基本能力和語音補(bǔ)充業(yè)務(wù)、實時媒體協(xié)商、傳輸和編碼、LTE無線和EPC能力、跨協(xié)議棧和子系統(tǒng)相關(guān)的功能。

由于One Voice解決方案是基于3GPP IMS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)提煉而成的,因此,在One Voice的規(guī)范中基本沒有開發(fā)新技術(shù),目的就是為了盡快部署基于IMS的VoIP網(wǎng)絡(luò)。

目前,已經(jīng)有多家網(wǎng)絡(luò)運營商和設(shè)備商加入One Voice,包括AT&T、Orange、Telefonica、Verizon、沃達(dá)豐等全球知名運營商以及阿爾卡特朗訊、愛立信、諾基亞西門子、諾基亞、三星、索尼愛立信等設(shè)備商。

4 總結(jié)與展望

隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展,PS網(wǎng)絡(luò)將最終替代CS網(wǎng)絡(luò),而CS域語音業(yè)務(wù)也將逐步演進(jìn)到PS域,IMS成為網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的有力保障。為了保證業(yè)務(wù)一致性,采用增強(qiáng)的MSC Server的ICS技術(shù),將CS終端接入IMS網(wǎng)絡(luò),由IMS網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一提供業(yè)務(wù)。在VoLTE沒有全覆蓋的階段,如果用戶通話過程中從LTE網(wǎng)絡(luò)漫游到CS網(wǎng)絡(luò),將采用SR-VCC技術(shù)完成PS域到CS域語音的無縫切換。初期,如果LTE不支持語音業(yè)務(wù),當(dāng)用戶發(fā)起語音業(yè)務(wù)時,則可以采用CS FallBack技術(shù),使用戶回落到CS網(wǎng)絡(luò),建立語音業(yè)務(wù)。未來,全網(wǎng)部署LTE,那么One Voice將成為LTE語音的最佳解決方案。