中國(guó)電信股份有限公司北京研究院 2006-02-06 17:06:59 邢燕霞 趙慧玲
一、介紹
目前研究基于IMS網(wǎng)絡(luò)融合的標(biāo)準(zhǔn)組織主要包括3GPP、TISPAN和ITU-T FGNGN ，2004年6月ITU-T FGNGN的第一次會(huì)議上已經(jīng)確定了將IMS作為NGN核心網(wǎng)基于SIP會(huì)話的子系統(tǒng)的基本架構(gòu)，這標(biāo)志ITU正式開始了對(duì)IMS的研究。與此同時(shí)，3GPP和TISPAN也都在進(jìn)行這方面的研究，這兩個(gè)組織也是ITU-T FGNGN的供稿方,通過提案和互致聯(lián)絡(luò)函的方式達(dá)到溝通，避免重復(fù)研究。在NGN的框架中，終端和接入網(wǎng)絡(luò)是各種各樣的，而基于SIP會(huì)話的核心網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)IMS，它同時(shí)為固定和移動(dòng)終端提供服務(wù)。這就需要IMS網(wǎng)絡(luò)從網(wǎng)元功能、接口協(xié)議、QoS和安全、計(jì)費(fèi)等方面全面支持固定的接入方式。
二、研究進(jìn)展
IMS最初是3GPP為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)定義的，而在NGN的框架下，IMS應(yīng)同時(shí)支持固定接入和移動(dòng)接入，目前各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織都把xDSL接入方式作為首先考慮的對(duì)象，以后逐漸支持其他的接入方式。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，IMS框架中的一些網(wǎng)元的功能以及網(wǎng)元之間的接口協(xié)議應(yīng)作相應(yīng)的擴(kuò)展。從目前的研究看，IMS框架中定義的需要功能擴(kuò)展的網(wǎng)元包括S-CSCF（Serving CSCF）、P-CSCF（Proxy CSCF）、MGCF（Breakout Gateway Control Function）、HSS（Home Subscriber Server）、SLF（Subscription Locator Function）等，而實(shí)現(xiàn)多方會(huì)議的MRFC(Multimedia Resource Function Controller)和MRFP (Multimedia Resource Function Processor)以及I-CSCF（Interrogating CSCF）不需要修改就可以被NGN重用。
S-CSCF是IMS的核心網(wǎng)元，它是一個(gè)SIP Server負(fù)責(zé)會(huì)話處理，由于固定接入和移動(dòng)接入在某些呼叫流程和鑒權(quán)流程等方面的差異，所以S-CSCF需要擴(kuò)展以便能夠同時(shí)為兩種類型的終端提供會(huì)話控制。P-CSCF是終端接入IMS網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)入口點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)SIP協(xié)議中的Proxy和User Agent功能，它和IP接入網(wǎng)絡(luò)（IP Connectivity Access Network，即IP-CAN）之間的接口為Gq接口，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中這個(gè)接口是P-CSCF與PCF之間的接口。理想情況下這個(gè)接口應(yīng)和接入方式無關(guān)，但是實(shí)際上這個(gè)接口只適用于那些有一定的資源管理需求的IP-CAN，固定接入例如xDSL接入網(wǎng)絡(luò)可能不能滿足這些要求，因?yàn)?GPP定義的Gq接口假定終端設(shè)備可以明確地發(fā)出資源預(yù)留請(qǐng)求，而xDSL則作不到這一點(diǎn)，所以對(duì)于P-CSCF以及Gq接口需要進(jìn)行的擴(kuò)展包括支持網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)期的資源預(yù)留，支持地址和端口的翻譯請(qǐng)求以及支持各種策略的控制。MGCF是IMS與傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)絡(luò)互通的網(wǎng)元，主要負(fù)責(zé)控制層面信令的互通，在IMS的框架中已經(jīng)考慮了與PSTN以及與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)CS域的互通，在NGN的框架下，它應(yīng)該還可以和其他固定網(wǎng)絡(luò)的互通，因此也需要一些擴(kuò)展。HSS主要用于存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)而SLF則用于查找具體HSS，為了支持固定的接入方式，HSS需要存儲(chǔ)一些固定用戶的信息，而固定用戶和移動(dòng)用戶的特征以及行為又有所差別，因此HSS也需要一些修改。
此外，除了上述需要功能擴(kuò)展的網(wǎng)元以外，也不排除根據(jù)需要增加新的網(wǎng)元，TISPAN就提出了增加IBCF需求，其作用主要是實(shí)現(xiàn)與其他IP網(wǎng)絡(luò)的互通，增加IBCF后，原來3GPP定義的Mm接口（CSCF和其他IP網(wǎng)絡(luò)的接口）、Mk接口（BGCF之間的接口）以及Mw接口（CSCF之間的接口）的功能現(xiàn)在都包括在I-CSCF和IBCF的接口上，IBCF成為IMS網(wǎng)絡(luò)和外部IP網(wǎng)絡(luò)的互通點(diǎn)。
正是由于固定接入網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)接入網(wǎng)絡(luò)之間以及固定終端和移動(dòng)終端之間存在很大差異，所以FGNGN提出IMS的相關(guān)規(guī)范需要考慮相應(yīng)的修改和擴(kuò)充，同時(shí)也提出應(yīng)放寬一些限制條件，包括以下五個(gè)方面。首先是應(yīng)放寬對(duì)于使用IPv6的要求，也就是可以使用IPv4并考慮對(duì)于NAPT（Network Address & Port Translation）的支持，因?yàn)镹APT可以解決IPv4地址缺乏的問題，它提供了一種可以隱藏終端地址并進(jìn)行IP地址翻譯的的機(jī)制，使得終端可以采用私有IP地址與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，這一觀點(diǎn)和3GPP等其他組織的觀點(diǎn)是一致的；其次應(yīng)放寬對(duì)于使用UICC（Universal Integrated Circuit Card）的要求，在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)終端都配有UICC卡，這使得用戶可以通過AKA（Authentication and Key Agreement）的鑒權(quán)機(jī)制進(jìn)行鑒權(quán)，而對(duì)于沒有UICC的固定終端來說這個(gè)要求也應(yīng)放松，這就意味著固定終端可以通過其他的方式進(jìn)行鑒權(quán)，例如通過軟件的方式實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)和認(rèn)證，而無需終端必須配置UICC卡；第三方面應(yīng)放寬帶寬節(jié)省相關(guān)的要求，因?yàn)樵谝苿?dòng)網(wǎng)絡(luò)中，為了節(jié)省空中資源需要進(jìn)行SIP壓縮，而對(duì)于固定接入方式帶寬資源情況是不同的，所以SIP壓縮不應(yīng)作為強(qiáng)制要求；第四由于兩種接入方式中對(duì)于位置管理的區(qū)別，所以相應(yīng)的信令接口和計(jì)費(fèi)接口中的相關(guān)信息也應(yīng)更改；第五兩種接入方式在接入網(wǎng)絡(luò)的資源預(yù)留程序不同，對(duì)于移動(dòng)接入來說，移動(dòng)終端自身具有相應(yīng)的機(jī)制，而對(duì)于固定接入例如xDSL就需要P-CSCF來代理實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。
在網(wǎng)絡(luò)安全方面，IMS的接入安全也需要加以完善。對(duì)于移動(dòng)接入而言，由于IMS是疊加在分組域之上的網(wǎng)絡(luò)，所以IMS的安全也和分組域的安全相對(duì)獨(dú)立。也就是說，終端接入分組域網(wǎng)絡(luò)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)首先要對(duì)終端進(jìn)行鑒權(quán)，以保證安全性。當(dāng)用戶接入IMS時(shí)，還要再次進(jìn)行安全認(rèn)證。因?yàn)檫@樣可以保證即使分組域網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)漏洞，IMS也可以通過自身的安全機(jī)制保證IMS網(wǎng)絡(luò)的安全。對(duì)于固定接入而言，IMS的接入安全更加重要，因?yàn)楹?jiǎn)單的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)本身沒有安全機(jī)制，這將對(duì)IMS網(wǎng)絡(luò)的安全造成挑戰(zhàn)。
FGNGN的《NGN安全架構(gòu)》中IMS的接入安全架構(gòu)主要延用了3GPP定義的IMS的安全架構(gòu)和主要機(jī)制。IMS的接入安全主要包括兩個(gè)方面，一是IMS的鑒權(quán)，二是SIP消息的保護(hù)。IMS的鑒權(quán)主要是采用IMS AKA的鑒權(quán)機(jī)制，SIP消息的加密和完整性保護(hù)采用逐段處理的方式。主要包括以下五段的安全聯(lián)系，第一是UE和S-CSCF之間的相互鑒權(quán)，這通過HSS來實(shí)施，UE和HSS中存儲(chǔ)的鑒權(quán)參數(shù)都和用戶的私有識(shí)別IMPI相關(guān)；第二是UE和P-CSCF之間的安全聯(lián)系，主要通過IPSec加密的機(jī)制實(shí)現(xiàn)；第三是Cx接口的安全聯(lián)系；第四是不同網(wǎng)絡(luò)的SIP節(jié)點(diǎn)之間的安全聯(lián)系；第五是當(dāng)P-CSCF位于歸屬網(wǎng)絡(luò)時(shí)的SIP節(jié)點(diǎn)之間的安全聯(lián)系。除了上述的IMS的鑒權(quán)和SIP消息保護(hù)以外，NGN的安全問題還涉及到安全策略、安全管理以及與NAT/防火墻的互通等方面問題。
QoS也是一個(gè)重要問題，它決定了網(wǎng)絡(luò)是否可以達(dá)到運(yùn)營(yíng)的要求。QoS是端到端的服務(wù)質(zhì)量，由終端、接入網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)絡(luò)共同保證。在基于IMS的NGN框架下，在核心網(wǎng)絡(luò)信令和數(shù)據(jù)都基于IP承載，而IP網(wǎng)絡(luò)的QoS問題一直是研究的熱點(diǎn)問題。ITU和3GPP都對(duì)QoS分類和具體指標(biāo)進(jìn)行了定義，二者基本上是一致，TISPAN將重用這些定義，并將從網(wǎng)絡(luò)性能的角度考慮IP QoS問題，具體研究正在進(jìn)行。
三、結(jié)束語
綜上所述，IMS系統(tǒng)采用SIP協(xié)議進(jìn)行端到端的呼叫控制，這就為IMS同時(shí)支持固定和移動(dòng)接入提供了技術(shù)基礎(chǔ)，也使得網(wǎng)絡(luò)融合成為可能。從目前ITU-T FGNGN、3GPP、TISPAN等標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)于IMS的研究來看，基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向。但是由于基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合的研究剛剛開始，技術(shù)上還不夠成熟穩(wěn)定。從標(biāo)準(zhǔn)上看，雖然ITU-T FGNGN、3GPP、TISPAN都已經(jīng)確定了IMS作為NGN的框架，但是如前所述，很多網(wǎng)元和接口的功能需要增強(qiáng)或修改，目前標(biāo)準(zhǔn)組織的活動(dòng)還處于功能需求的研究階段，實(shí)現(xiàn)這些功能的流程、消息及參數(shù)還需要具體的規(guī)范定義。重點(diǎn)解決IMS支持固定接入問題的3GPP Release 7版本規(guī)范，預(yù)計(jì)2006年才能發(fā)布；支持部分固定接入方式的ITU FGNGN Release 1最早也要到2005年中發(fā)布。所以規(guī)范上還有很多工作要做。從產(chǎn)品的開發(fā)看，雖然國(guó)內(nèi)外主流廠商都在進(jìn)行IMS產(chǎn)品的開發(fā)，但受到標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)程的限制，目前的產(chǎn)品還只是針對(duì)IMS某些應(yīng)用，還不是完整意義的IMS網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，還不能滿足運(yùn)營(yíng)商大規(guī)模建網(wǎng)的需求。在IMS的框架下還有很多技術(shù)問題需要深入研究和探討，包括終端和用戶識(shí)別問題、企業(yè)用戶接入問題、安全和QoS問題以及如何繼承現(xiàn)有業(yè)務(wù)等問題。
總之，基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合方案可以使運(yùn)營(yíng)商基于統(tǒng)一的核心網(wǎng)絡(luò)為固定和移動(dòng)用戶提供相同的業(yè)務(wù)，相對(duì)固網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)的核心網(wǎng)并存的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不僅可以減少網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，也應(yīng)該可以降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維成本，但是同時(shí)也對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)和管理提出了挑戰(zhàn)，運(yùn)營(yíng)商需要針對(duì)網(wǎng)絡(luò)融合的新架構(gòu)研究相應(yīng)的運(yùn)營(yíng)和管理對(duì)策。
