IMS在PSTN向NGN过渡中扮演的角色

IMS在PSTN向NGN过渡中扮演的角色
抽一
传统PSTN向NGN的过渡正在开始加
速.IP多媒体子系统(IMS)目前被许多运营
商所看好,将IMs视做过渡的关键.然而要
使IMs满足固定网与移动网融合的要求和
适应NGN标准的宽泛框架,还有不少标准
问题需要解决.首先介绍了IMs的特点和
标准开发现状,以及IMS与1rISPAN的关
系.然后详细介绍了ETSI为支持PSTN向
V oIP过渡而定义的两个重要业务予系统:
PSTN仿真和PSTN模拟.最后提出了IMS
应用到实际网络时将遇到的安全性问题.
关.■一
IMS,TISPAN.PSTN仿真,PSTN模拟,
安全
Abstract:Thetransitionpacefrom~aditional
PS1'NtoNGNisspeedingupAtpresent, manycarriersholdanoptimisticattitude
towardIPmultimediasubsystem(IMs1and
takeita8akeycomponentofthetransition.
However,inordertoenableIMStosatisfythe convergenceoffLxednetworkandmobile
network.andkeepitinlinewiththeoverall
frameworkofNGNstandardaswel1.there8re stillmanyproblemsconcerningstandardneed
t0beBemed.Thisarticlefirstlyintroducesthe characteristicofIMS.thestatusquoofitS standarddevelopmentandtherelationship betweenIMSandTISPAN.Then.it introducestwoimportantservicesubsystems
fi.e.PSemulationandPS1'Nsimulation)
which啪definedbyETSIforsupportingthe
transitionfromP:11Nt0V olPindetail.At
last,itputsforwardtheexistingsecurity
problemswhenappl~ngIMSinpractical
network.
IP多媒体子系统(IMS)目前被许多运营商看作传统PSTN
向下一代网(NGN)和V oIP过渡的关键,有的把它看作"核心部件",有的把它说成"重要部件".最近几个月以来,不断有运营
商开始计划IMS网络的报道,美国4大地区贝尔公司中已经有3家(SBC,BellSouth与Verizon)有所具体行动.其中,SBC是美
国第一个宣布把IMS作为未来网络关键组成部分和固定移动融合工具的运营商,它计划于2006年下半年或2007年年初完成平台的部署,配合其光速计划,将在其有线和无线网络上为用户提供统一的三重业务(triple—play).
虽然向NGN的过渡正在开始加速,但是要使IMS满足固定
网与移动网融合的要求和适应NGN标准的宽泛架构还有不少标准工作要做.
一
.-MS与NGN
从运营商的角度看,推动运营商向NGN和V olP过渡的动
力有两部分.一部分跟降低运营成本(OPEX)以及重建现有PSTN有关;另一部分是为了让运营商能够以非常成本有效的方式开拓新的收入来源.尤其是传统运营商,面对日趋下降的电话
收入,它们试图通过向NGN的过渡,充分利用目前已建的宽带网以及使用新的低成本NGN设备来替换旧的PSTN设备,以降低运营成本.当然,在向NGN过渡期间还须保证原来业务的透明性,把向NGN过渡的风险减至最小.此外,运营商还试图利用NGN来降低增加新业务的增量成本,通过固定网与移动网的融合来获得新的收入来源.
目前,不少运营商把IMS看做达到上述目标的关键使能器.
其中,低成本引入新业务和使固定网与移动网融合是最主要的. 只有这样,运营商才能通过IMS向用户提供更多的价值,降低运行成本,改善对用户的服务,减少用户"跳槽"的可能.
同样从运营商的角度看,NGN将通过三个阶段进行演变,
.
■蕾盔
先是降低基本业务成本,再是利用V oIP和多媒体进
行业务创新,最后是向运营商提供能够利用IMS在
新的市场上成功竞争的手段.
-
.IMS的特点与好处
IMS最初是由3GPP制定的,在2002年发布了
IMSRelease5.IMS被设计用于处理基于IP的业务
或应用,尤其是基于会晤的实时应用.所以3GPP把
IMS建立在已经广泛用于V oIP的SIP协议标准的
基础上.但是,3GPP在移动领域为一些在向IP过渡
时仍想保留的重要概念增加了各种扩充,包括QoS,
有效处理移动无线电传送的能力以及认证和用户轮
廓管理.IMS的主要目的是为用户创造和控制高价
值的实时IP应用(如电话,会议,传信和多玩家游戏
等)构建一个强有力的机制.
IMS建立在一个分层的体系结构上,符合NGN
把uteri控制与传送分离的要求,这是它的关键所在. 如图1所示,IMS有三个层面:传送层,控制层和业
务层.控制层是IMS的核心.IMS通过控制层把IP 网从用户设备延伸到服务方或被叫方,同时保持与接入网类型和服务类型无关.由于与接入无关,故IMS不仅限于3G网络使用,它还可以用于传统网络和新的接入网.
在IMS的控制层中有三个控制功能:会晤控制
功能(CSCF),切入网关控制功能(BGCF)和媒体网
关控制功能(MGCF).其中,CSCF是新创造的核心
部件,它起到中央选路引擎,策略管理器和策略强化点的作用,目的是便于通过lP网来提供多个实时应用.这一功能是应用感知的,使用动态的会晤信息来管理网络资源(包括特色服务器,媒体网关和边缘设备)以及根据每一应用和用户的情况来提前分配这些资源.BGCF和MGCF未示于图1,前者位于IMS 域与外部网络的分界点,在PSTN将要切人时为会晤选择网络;后者提供与PSTN互通或与3GPP电路交换侧互通的信令.
图1中的归属用户服务器(HSS)也是一个新的
关键部件.它对每一用户的业务相关数据提供开放接人,支持多种业务之间的数据(如目前状态等)共享,有利于创新并可以解决一系列业务逻辑交互问题.早先的业务体系结构,如高级智能网(AIN)等,
图1IMS分层体系结构
是无法做到这些的.HSS非常灵活,支持各种前端(如Web,电话,SMS和机顶盒等)对用户数据的开
放读/写接入.HSS使网络通过IMS开发和部署新
业务的能力有了很大的提高,也使网络首次有了能让不同应用服务器共享用户数据的开放接口.这些数据包括用户定购的是什么业务,它们处在什么激活状态以及为了控制它们用户设置了什么参数. 在业务层,3GPP定义了各种应用服务器,包括
基于SIP的应用服务器和传统应用服务器.IMS的应用体系结构是相当复杂的,但关键是它允许存在很多的灵活性,有了这些灵活性,就可以用不同的应用服务器来生成业务.另外,IMS还可以综合传统的业务.例如,消息传送环境可以与传统话音服务特点,如回叫或呼叫等待等综合在一起.这样就可以把传统的环境和服务经验与新的应用结合在一起,真正实现未来的V olP战略.
归纳起来,IMS会给运营商带来以下好处:
引入了把传送,控制与应用分开的分层结构;
与接人无关,允许运营商把固定网与移动网
融合起来;
可提供具有QoS,安全性,计费以及其他电信
公司所需重要功能的实时IP应用;.
可提供把不同应用的特点结合在一起的各种
新应用,如网络游戏等;
可更快,更低成本地提供更多的应用,而且同
时保留对QoS,计费和收入的控制;
可以逐步部署,不必采取昂贵的重叠方式,传
黔耍牙≯g0—0一囊j¨.叠00搿i■碧_一誊ll_季孽辑澎臻一,覃了再算霉零瓣碧黪≯1'_曩嚣岱—----—_??—?-——————_u
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组织网络类型名称状态
会晤初始协议(SIP),SIP于1999年初获得批准;IETF与3GPP在IMS方面IETF任何IP网
Diameter紧密合作
最先在3GPPRelease5中定义;在Release6中细化;3GPPUMTS移动网
;将延伸至其他接入网IP多媒体子系统(IMS)现正在制订Release7
3GPP2cdma2000移动网;将延伸至其他接入网多媒体域(MMD)对照3GPP而制定;可与3GPPIMS互操作
CableLabs电缆IP网PacketCable2.0预期IMS将形成基于SIP的控制层核心ETSI下一代固定网TISPANReleaseI于2005年12月批准.主要基于IMS
ATIS北美固定网NGN主要基于TISPAN
ITU下一代固定网ITUSG13NGN很大程度上基于TISPAN的工作
OMA所有移动网OMAPOC聚焦于业务的标准定义
来源:HeavyReading.2005
统网络中的接入资源,应用和用户可被继续利用.
三JMS标灌支持
IMS吸引了各标准组织的广泛关注,尤其是关
于它在向NGN过渡中的角色.表1列出了一些主要
的标准组织,其中有专门围绕IMS工作的组织,也
有工作内容与IMS相关的组织.
历史上,3GPP与IETF关系紧密,二者一起为
IMS的基本框架进行标准化工作.它们的工作成果
后来为3GPP2所用,用于cdma2000多媒体域.Ca—bleLabs将在它基于SIP的控制层核心中使用IMS. ETSI把IMS用作TISPANNGN体系结构的基础,旨在为所有基于NGN的电信业务提供统一的结构.由于ITU和美国的A TIS也把它们自己的NGN体系结构建立在TISPAN工作成果的基础上,故TISPAN的工作成果有可能成为未来NGN的业务体系结构.所以,了解TIASPAN及其与IMS的关系是十分重要的. 四JMS与TISPAN
TISPAN是Telecommunicati0nsandInternetSer—vicesandProtocolsforAdvancedNetworking的缩写.
为了避免重复工作,TISPAN基本上把IMS用于
ETS1所定义的"会话"业务,尤其是任何SIP型的呼
叫会晤.为了更好地满足目前正运行PSTN和宽带DSL的传统运营商向NGN过渡的需要,TISPAN在IMS中加入了一系列子系统.IMS显然是ETsI希望实现的NGN的核心.
TISPAN将会发布若干版本,版本1已于2005
年12月获准发布.TISPAN的参考体系结构相当复杂,与NGN广泛相关,不仅仅是增加IMS功能而
已,如图2所示.
类似1MS,TISPAN也是一个分层结构,但划分得
要更细—些.在图2中,最终用户位于左边,固定无线接入网与公共IP核心传送网(传送层面)位于底部.
右边是网间接口和网关(只示出了PSTN).上面是业务控制层面,其中针对不同的业务类型有不同的控制层.例如,对软交换有PSTN仿真子系统,对IMS业务有IMS子系统.中间是资源和准用控制功能,用于控
制提供给各种不同业务的容量.另外还有网络属性子系统,用于用户认证和应急呼叫位置数据以及其他. 把IMS延伸到固定网的TISPAN可以被看做
IMS版本不断发展的一部分.IMS版本5包括移动接入,版本6增加了无线LAN接入,目前的版本7 (相当于TISPAN版本1)又增加了固定网.
版本7只增加了两个对固定网很重要的功能:
网络屙I生,它基本上意味着"你是谁?",这对固
定线路是必需的,因为它没有能识别用户的SIM卡;
资源准用,为了支持会晤而在固定网中预留
资源.
由于IMs从移动网延伸到固定网,利用了IMS
整个标准化工作的95%,因此可以确保它形成的是适合于未来固定与移动走向融合的一个环境.
五.PSTN仿真PSTN横瓤
从话音业务的角度讲,PSTN向NGN的过渡即
意味着向V oIP的过渡.为此,ETSI定义了两个重要的业务子系统,即PSTN仿真子系统和PSTN模拟子系统.它们的定义分别是:
利用在IP接口和基础设施的会晤控制来提
供类似PSTN/ISDN的业务能力;
利用对IP基础设施的适配来提供PSTN/IS—
DN的业务能力和接口.
PSTN仿真的概念是在NGN内生成与PSTN效
果相同的业务,具有相同的业务特点,这意味着就最
终用户而言什么也没变.相反,PSTN模拟所提供的
业务看起来像PSTN或ISDN业务,但并不是在所有方面都像.例如,它可以使用各种新的终端类型提供新的增值特点,但它也许不能提供某些老的特点.模
拟比完全复制旧环境更有利于向NGN环境演进.
重要的是,仿真与模拟之间的差别为运营商的
NGN过渡策略提供了一种选择.在做出选择时,关
键因素是运营商所处的竞争状况.这里并非强调有两个系统,也非强调有两种结构,关键在于何时引入何种V oIP能力最有利.模拟和仿真都是IMS的一部分, 运营商何时引入何种V oIP显然与运营商的竞争地位和市场相关,也与现有PSTN的状态与行为相关.当运营商面临激烈竞争和在其宽带业务捆绑中包括V oIP 的需求压力很大时,PSTN模拟是较好的选择,因为可以对这种强势需求做出迅速响应,在新的演进中的多媒体市场中确立地位.相反,当竞争压力不大,运营商的主要兴趣是用低成本NGN来提供话音业务时,那么PSTN仿真更合适.1MS是对电话基础设施进行现代化改造所需的体系结构.通常,网络的过渡应比端点从POTS向IP的过渡快许多.所以,作为内在的一个功能,IMS支持PSTN仿真十分重要.
PSTN仿真与PSTN模拟的实现并非易事.对
PSTN仿真而言,PSTN的业务逻辑必须分布在PSTN 接入适配功能与PSTN仿真服务器之间.由于PSTN 有100多个业务特点,因此需要复杂的SIP呼叫流程.对于简单的呼叫建立,把PSTN信令映射到SIP
中去还比较容易,但想用SIP信令来仿真全部的标
准PSTN业务则很困难.主要问题之一是PSTN与SIP在体系结构上不匹配.PSTN采用激发/响应协
议,终端是完全傻的,所有智能都在网络之中.相反, SIP是对等会晤控制协议,终端将是高度智能的,能够完成呼叫处理,而网络也许相对笨一些.所以,事实上,目前广泛使用的PSTN业务基本上依靠集中的智能,而无法利用终端里的智能来实现.
IMs没有为最基本的呼叫业务定义SIP呼叫流程.但IETF则在这方面开展了较多的活动,有许多文件都是讨论基本呼叫业务的SIP呼叫流程,只不过目前还没有形成标准.困难在于不同的SIP端点
(包括IAD,模拟电话适配器,SIP电话以及最近的
宽带环路载波)支持业务特点的方法有很大的差异, 故不得不靠应用服务器来处理.例如,拍叉簧信号处理是PSTN信令的一个重要方面,呼叫转移和三方通话等业务都需要这种功能.如果SIP端点不进行拍叉簧信号处理和会晤操作,那么这些端点只是送出一个SIP消息,表示拍叉簧已发生,并让应用服务器去处理.IETF目前正在试图开发在SIP端点上对拍叉簧信号进行处理的功能,但这一功能的开发是有相当难度的.要获得成功,就需要在接人设备供应商和软交换设备供应商之间开展紧密合作.现在这一
问题正在通过合作予以解决,相信PSTN仿真一
定会得到IMS核心网的支持.
PSTN模拟并不包括全部的PSTN业务特点,同
时还具备生成新业务和新业务特点的灵活性,但目前也面临端点与网络交互作用方面的呼叫控制问题.我们知道,企业用户是目前典型的用户.虽然SIP企业电话具有许多本机的业务智能,但仍需要
与网络中的许多智能结合起来.有许多企业业务特点,如寻线组等,都不能单独在电话机内实现.对于
许多其他业务特点,对于在什么地方,如何实施业务逻辑也有许多不同观点.这可能导致在实施这些特点的细节上有很大的不同.例如,请勿打扰特点可以用拒绝呼叫和呼叫转移两种方法来实现,这对于大的企业用户来说是不能接受的,他们希望获得一致的,可预见的业务特性.因此,为了对业务进行规格
化以及保证用户获得一致的,可预见的业务体验,的确需要把话机智能与网络智能相结合.
在网络演进过程中,可以把PSTN仿真与PSTN
模拟一起放在网络里.仿真用于把用户的主要PSTN业务逐渐演进为低成本NGN,模拟则用来向日益增加的多媒体用户提供与宽带捆绑的次要话音业务.在这两种情况中,IMS都将扮演重要的角色. 但如何在运营商的网络中实现IMS,目前在运
营商与设备商之间仍存在着争议.争议之一是,是否要具有完全仿真的业务,把所有传统的业务特点都带人提供仿真业务的IMS,提供百分之百相同的业务.另一问题是,如何保证IMS电话不仅对SIP是相同的,而且对移动也是相同的.
ETSI和3GPP都在制订使用PSTN模拟的标准
化电话方式,力图让运营商尽可能多地利用其现有的接人基础设施,能够按照灵活替换和有序的策略去尽可能多地保护已有投资,使运营商具有在它们的接人环境中引人必要网关功能与中继网关功能的灵活性,以便把传统世界与新的IMS世界结合在一起,更好地适应各种情况.
穴.曩安全有关的两大问■
虽然IMS取得了不少进展,但当应用到实际网络
时在标准方面仍有明显的不足.两个最主要的问题是跟会晤边界控制(SBC)和应急业务相关的安全陛.SBC 对固定网而言,是—仁常重要的功能.为了保护网络
不被滥用,以及处理用户网络中NA T防火墙的穿越和支持呼叫合法截获的要求,都需要这一功能.
至今在IMS标准中尚未充分认识到这种安全
性风险,在3GPP的IMS规范中甚至没有提及SBC. 目前规范中的Proxy—CSCF最接近等效于SBC,但Proxy—CSCF为了针对信令过载对网络进行保护,不受IMS规范的控制.对这种安全性的忽视也许是因
为当初认为想注人恶意信令的PC机难以接人3G
移动网,或者认为IMS不需要解决SBC要处理的其他各种问题,如处理NA T防火墙穿越问题.
用于V olP的应急呼叫也是运营商非常关注的
一
个安全性问题,目前也没有规范好.对于应急呼
叫,必须提供关于呼叫来自何处的地理位置信息.
在PSTN中,这很容易做到,因为位置由电话号码定义.但在V olP中,这涉及网络属性功能(NAF)子系
统进入的地方以及检索位置信息和注册IP地址的
地方.第二个关键要求是回叫能力.在PSTN中,这
很简单,因为主叫线路标识可以给出回叫固定号码.
但V olP如何实现回叫还没有标准化.
不过,TISPAN并没有忘记跟管制相关的一系列
安全l生与法律要求.例如,Ell2应急呼叫,恶意电话
识别和匿名电话拒绝;提供确认的位置信息;支持固
定线路的识别以及3GPPIMS型用户识别;允许
NA T和防火墙存在于接入网用户驻地;满足管理和
运行需求(包括计费和结算)等.TISPAN现正在引导这方面的标准制订工作.向
收稿日期:2005—12—29。