NGN中固定和移動網(wǎng)絡融合
2008/10/08
1、固定和移動網(wǎng)絡融合的驅(qū)動力
能通過統(tǒng)一的網(wǎng)絡提供綜合業(yè)務一直是全球通信業(yè)追求的目標。早期提出的ISDN以及B-ISDN都體現(xiàn)了這種思想。融合已成為網(wǎng)絡發(fā)展的趨勢,下一代網(wǎng)絡也充分體現(xiàn)了“融合”的思想,網(wǎng)絡融合無疑是NGN最具特色的亮點之一。
固定與移動融合是下一代網(wǎng)絡發(fā)展的必然要求。ITU-T給出了NGN的定義,即NGN是基于分組技術的網(wǎng)絡;能夠提供包括電信業(yè)務在內(nèi)的多種業(yè)務;能夠利用多種寬帶和具有QoS支持能力的傳送技術;業(yè)務相關功能與底層傳送相關技術相互獨立;能夠使用戶自由接入不同的業(yè)務提供商;能夠支持通用移動性,從而向用戶提供一致的和無處不在的業(yè)務。在NGN中,固定與移動只是不同的接入手段。
固定和移動融合能夠為全業(yè)務運營商節(jié)省投資,減少運營成本。傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡提供的許多業(yè)務基本一致,但是移動和固定網(wǎng)絡是獨立的兩張業(yè)務網(wǎng),使得運行維護費用高;而且當開發(fā)新業(yè)務時,對同類的業(yè)務也必須分別升級兩張網(wǎng)絡,使得新業(yè)務提供成本高。而固定和移動網(wǎng)絡融合之后,將形成整體的一張網(wǎng)絡,運維成本相對較低,業(yè)務的開發(fā)不必要分別升級固定和移動網(wǎng)絡,只需要對統(tǒng)一的業(yè)務平臺進行一次升級就能夠同時為各種用戶提供業(yè)務。固定與移動的融合將為業(yè)務創(chuàng)新帶來新的機遇,可以擴大業(yè)務范圍,豐富業(yè)務種類,提供更多新穎的個性化業(yè)務,滿足用戶隨時隨地溝通的業(yè)務需求,同時也增強運營商的差異化競爭能力。
2、固定NGN和移動3G對比分析
早在90年代初期,歐洲電信標準協(xié)會(ETSI)提出把3G技術統(tǒng)稱之為UMTS(通用移動通信系統(tǒng))。它采用了WCDMA作為FDD頻段的空中接口技術。其標準化主要由3GPP完成,目前已有熟知的4個版本,即:R99、R4、R5、R6。
R99版本主要特點是在無線部分采用WCDMA技術,核心網(wǎng)部分保留了基于GSM的電路域部分,增加了分組域部分,用于支持基于分組交換的數(shù)據(jù)業(yè)務。
R4版本與R99版本比較,在無線接入網(wǎng)方面沒有網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的變化,在核心網(wǎng)方面,最大的變化是在電路域引入了軟交換的概念,將控制和承載分開,原來的MSC演變?yōu)镸SCServer和媒體網(wǎng)關MGW,話音通過MGW由分組域來傳送。
R5核心網(wǎng)增加了IMS-IP多媒體子系統(tǒng),實現(xiàn)了會話控制實體CSCF和承載控制實體MGCF在物理上的分離,提出了分組域NGN解決方案。它以分組域作為承載傳輸,更好地實施了對多媒體業(yè)務的控制。
R6與R5采用相同的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),在R6中進行IMS第二階段的研究工作,主要是完善網(wǎng)絡互通、安全性等方面的內(nèi)容,同時制定IMS消息類業(yè)務相關的規(guī)范。
從UMTS的網(wǎng)絡演進可以看出,同固定電話網(wǎng)軟交換體系結(jié)構(gòu)一樣,在網(wǎng)絡技術方面,移動通信正從基于電路交換向分組交換演進,3G與固定NGN在許多方面是相似的:
(1)固定NGN和3G都提出了分層的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu),即將網(wǎng)絡分成4個層次,包括業(yè)務層、控制層、承載層和接入層。UMTS和固定NGN業(yè)務層與控制層采用開放的接口,由各種應用服務器和認證服務器來完成業(yè)務生成、業(yè)務認證、業(yè)務運行和業(yè)務計費等,使業(yè)務和控制相分離。同時UMTS和固定NGN能夠提供相同的應用編程接口。UMTS和固定NGN承載層采用分組技術,即IP承載或ATM承載,信令、話音以及數(shù)據(jù)都以IP包或ATM信元的形式在網(wǎng)絡中傳輸。UMTS中電路域媒體網(wǎng)關和多媒體子系統(tǒng)的媒體網(wǎng)關都位于接入層面,固定NGN中的各種網(wǎng)關設備如信令網(wǎng)關和接入網(wǎng)關也屬于這個層面。
(2)固定NGN與UMTS所采用的協(xié)議許多都是一致的,主要包括以下協(xié)議:H.248/MEGACO、SIP、SIGTRAN協(xié)議。UMTS與固定NGN這些協(xié)議基本一致,只不過UMTS中增加了移動方面的擴展。SIP協(xié)議是由IETF提出的IP網(wǎng)絡中多媒體通信的應用層協(xié)議,在UMTS網(wǎng)絡中,SIP協(xié)議是IMS的主要協(xié)議,用于控制移動多媒體業(yè)務的建立修改和結(jié)束過程。隨著網(wǎng)絡演進,IP多媒體子系統(tǒng)的作用越來越重要,它將來可以實現(xiàn)目前電路域和分組域提供的所有業(yè)務,成為全IP網(wǎng)絡的主體部分,當然這有賴于SIP協(xié)議的不斷完善和發(fā)展。
(3)在業(yè)務方面,UMTS和固定NGN提供的業(yè)務種類是相似的,因此可以預見,業(yè)務層可以通過開放的接口使固定和移動網(wǎng)絡共享,運營商只需要一次投資。而且UMTS與固定NGN業(yè)務層的發(fā)展趨勢相同,都支持開放的業(yè)務接口PARLAYAPI/OSA,提供給應用服務器或者第三方內(nèi)容開發(fā)商,有利于新業(yè)務的開發(fā)和部署。
UMTS與固定NGN在很多方面的相似性為固定和移動網(wǎng)絡融合奠定了基礎。但UMTS和固定NGN也存在許多不同之處,將UMTS的R4標準同固定NGN相比較,主要不同點有:
- 用戶標識碼:NGN用戶使用E.164號碼,而R4使用MSISDN(MobileStationInternational
ISDN Number);
- 移動網(wǎng)絡具有移動用戶獨有的移動性管理;
- 信令方面:固定軟交換間使用SIP協(xié)議,而3GPP指定為BICC協(xié)議;固定軟交換網(wǎng)絡呼叫服務器和媒體網(wǎng)關之間的協(xié)議包括H.248、MGCP、H.323,而R4呼叫服務器和媒體網(wǎng)關之間的協(xié)議為H.248及其擴展;
- 移動與固定的中繼媒體網(wǎng)關都承擔著與傳統(tǒng)電路交換網(wǎng)之間的語音編解碼模式轉(zhuǎn)換控制功能,但移動采用AMR/EFR,而固網(wǎng)采用的是G.723/G.729編解碼算法;
- 移動網(wǎng)絡需要支持多于固定的傳輸承載,3GR4必須支持IP、ATM/AAL2、TDM。[NextPage]
3、固定和移動網(wǎng)絡融合的4個層面
不管是固定接入還是移動接入都是NGN體系結(jié)構(gòu)中多種接入方式的一個子集,移動網(wǎng)絡和固定網(wǎng)絡的最大區(qū)別在于接入方式的不同。移動和固定網(wǎng)絡融合體現(xiàn)在業(yè)務層、控制層、傳送層和終端等多個層面。
(1)業(yè)務層的融合
采用開放的、標準的應用編程接口PARLAYAPI能夠?qū)崿F(xiàn)將NGN核心網(wǎng)絡和業(yè)務提供相分離,形成獨立于網(wǎng)絡提供商的業(yè)務提供商,形成一個由多方構(gòu)成的開放價值鏈,各方共同提供和使用業(yè)務,共同獲益。
實現(xiàn)移動和固定業(yè)務的融合是移動網(wǎng)絡和固定網(wǎng)絡融合的最終目的,是未來的全業(yè)務運營商盈利的主要模式。
(2)控制層的融合
實現(xiàn)控制和承載相互分離,控制層面由統(tǒng)一的設備實現(xiàn)對語音和多媒體呼叫的控制。業(yè)界目前非常重視對IMS的研究,IMS擔任了融合固定NGN和移動NGN的重任。控制層面的融合是移動和固定網(wǎng)絡融合的核心內(nèi)容,只有實現(xiàn)了控制層面的融合,移動和固定網(wǎng)絡才稱得上真正的融合。
(3)核心傳送層的融合
對于核心傳送網(wǎng),固定和移動NGN的需求完全一致,都要求采用IP/ATM網(wǎng)絡,固定與移動NGN可以共用一個核心傳送網(wǎng)絡,所以核心傳送層可以順理成章地實現(xiàn)融合。
(4)終端的融合
首先可在固網(wǎng)中引入藍牙網(wǎng)關和藍牙終端設備以及WLAN的AP、WiFi手機等,使固網(wǎng)用戶在一定的范圍獲得移動性。進一步可將3G終端、藍牙終端/WiFi終端合成為雙模或多模終端,采用多模終端后,用戶可隨意接入固定和移動網(wǎng)絡,獲得融合的業(yè)務;并且網(wǎng)絡也能智能地為用戶做出最佳選擇(接入固定或移動網(wǎng)絡)。
如果能在控制層實現(xiàn)融合當然是最理想的,這樣統(tǒng)一的控制層設備能夠同時控制移動和固定用戶的各種業(yè)務,并且利用同一媒體網(wǎng)關提供各種接口,可同時支持移動、固定用戶的接入。但目前移動和固定網(wǎng)絡設備相互獨立,還很難實現(xiàn)控制層面的融合。現(xiàn)階段可將融合的重心放在業(yè)務層的融合與終端的融合,業(yè)務運營的融合可以先于網(wǎng)絡層面的融合。
4、IMS簡介
IMS是3GPP在R5版本中提出的,3GPP中所定義的IMS是由提供IP多媒體業(yè)務(如話音、視頻、文本、聊天等)的所有構(gòu)架在分組傳送網(wǎng)上的核心網(wǎng)元構(gòu)成。
(1)呼叫會話控制功能
呼叫會話控制功能CSCF主要由P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF3個功能實體組成。
P-CSCF:用戶設備(UE)和IMS子系統(tǒng)的第一個連接點,主要實現(xiàn)代理服務器的功能,同時也可以實現(xiàn)用戶代理(UA)的功能。P-CSCF根據(jù)主叫/被叫SIPURI查詢相應的歸屬域,完成用戶的注冊和呼叫連接。可以采用多個P-CSCF的方式來共同完成負載分擔。
I-CSCF:IMS域的互通關口局,其功能主要有:
- 管理S-CSCF并可以為用戶分配相應的S-CSCF來處理用戶的登記請求;
- 隱藏網(wǎng)絡的拓撲/容量/配置;
- 產(chǎn)生相關計費數(shù)據(jù)。
S-CSCF:具有SIP登記員和SIP代理服務器的功能,是整個IMS系統(tǒng)的控制核心。其主要功能有:用戶管理、業(yè)務交換與業(yè)務控制、SIP消息處理、計費等。
(2)媒體網(wǎng)關控制功能
媒體網(wǎng)關控制功能(MGCF):其控制媒體網(wǎng)關(MGW)中媒體通道的建立、釋放以及呼叫的狀態(tài)。它還提供根據(jù)被叫號碼和來話情況選擇CSCF,并完成ISUP與IMS之間的呼叫控制協(xié)議轉(zhuǎn)換。
媒體網(wǎng)關(MGW)將一種網(wǎng)絡中的媒體格式轉(zhuǎn)換成另外一種網(wǎng)絡的媒體格式。MGW的功能在MGCF控制下完成音頻流、視頻流和數(shù)據(jù)流以及這些組合流的轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)不同網(wǎng)絡之間的媒體的互通功能。
(3)出口網(wǎng)關控制功能
出口網(wǎng)關控制功能(BGCF)完成網(wǎng)絡的選擇和MGCF的選擇功能。當收到S-CSCF的請求時,BGCF根據(jù)號碼和來話情況判定呼叫最終去向,從而決定要前轉(zhuǎn)的網(wǎng)元實體。[NextPage]
(4)媒體資源功能
媒體資源功能(MRF)分媒體資源控制部分(MRFC)和媒體資源處理部分(MRFP)。
媒體資源功能控制部分控制MRFP中的媒體流資源,轉(zhuǎn)化來源于應用服務器和S-CSCF的信令,并根據(jù)接收的信令消息控制相應的MRFP。它還產(chǎn)生計費數(shù)據(jù)格式。
MRFP(多媒體資源功能處理器):它可以混合媒體流并提供多媒體放音資源,還可以提供音頻代碼轉(zhuǎn)換。
上述IMS網(wǎng)絡架構(gòu)的核心特點就是采用SIP協(xié)議作為呼叫控制信令協(xié)議,其與接入無關并能較好地支持多媒體業(yè)務,主要優(yōu)勢有:
普遍移動性:IMS架構(gòu)首次為SIP用戶提供了獨立于接入網(wǎng)技術體制、強大的自動全網(wǎng)全程漫游能力和VHE虛擬歸屬業(yè)務環(huán)境能力。IMS終端無論在何時何地接入,均可獲得拜訪地SIP代理地址,并通過拜訪地代理轉(zhuǎn)接到歸屬地業(yè)務環(huán)境進行IMS業(yè)務處理和觸發(fā),從而享受到相同的業(yè)務。
統(tǒng)一認證:針對同一用戶的不同可尋址號碼(對應不同的接入方式),以及同一用戶的所有增值業(yè)務(對應不同的AS),IMS架構(gòu)提供了一個統(tǒng)一的業(yè)務接入授權認證入口,使得不同業(yè)務應用、不同號碼可以共用相同的安全上下文、避免了在開放式IP環(huán)境中用戶鑒權機制的重復建設。
集中數(shù)據(jù)庫管理:IMS架構(gòu)第一次真正實現(xiàn)了將相同個人用戶的不同應用簽約數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡層次的集中化統(tǒng)一管理,大大降低了由用戶數(shù)據(jù)分散冗余所帶來的建設及運維開銷。
有利于固定、移動的融合:公共共享組件架構(gòu)使得網(wǎng)絡業(yè)務控制層與具體業(yè)務的底層網(wǎng)絡無關,提供了一個公共共享的業(yè)務控制層,使得網(wǎng)絡融合和業(yè)務融合成為可能;同時IMS架構(gòu)提供了一個抽象的、無冗余的、安全的、開放的、可擴展能力強的業(yè)務平臺,確保新增值業(yè)務的開發(fā)定制快速化、新增業(yè)務所帶來的網(wǎng)絡重復建設的代價最小化。
業(yè)務提供方便:其提供三類標準的業(yè)務開放接口:CAP/INAP、OSA/Parlay以及SIP接口。利用CAP/INAP接口可繼承已有智能網(wǎng)提供的業(yè)務,利用OSA/Parlay可方便第三方業(yè)務開發(fā),SIP接口可用于和應用服務器相互通信以提供多媒體增值業(yè)務。利用這些標準接口可方便、快速提供新業(yè)務。
QoS和安全:IMS架構(gòu)在網(wǎng)絡安全和QoS方面均有較全面和完善的規(guī)范定義和指導,允許在不同運營商間進行IMS網(wǎng)絡路由的拓撲隱藏,支持完善的IPQoS控制機制和網(wǎng)絡安全機制。
5、基于IMS的固定與移動網(wǎng)絡融合
正是由于IMS有上述優(yōu)勢,業(yè)界對其非常看好,3GPP、ETSI和ITU-T都在研究基于IMS的固定與移動融合解決方案。其中ETSITISPAN提出的基于IMS的NGN架構(gòu)是較為理想的網(wǎng)絡融合方案,其思想已被其他許多組織所采納。
5.1 PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)
PSTN/ISDN仿真是為連接到IP網(wǎng)(經(jīng)過網(wǎng)關)的傳統(tǒng)電話終端仿真PSTN/ISDN網(wǎng),所有PSTN/ISDN業(yè)務將繼續(xù)保持可用,這樣端用戶并不會意識到?jīng)]有連接到基于TDM的PSTN/ISDN。
5.2 IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)
IP多媒體子系統(tǒng)的主要功能在上一節(jié)已經(jīng)做了簡單介紹。
5.3 流媒體子系統(tǒng)
隨著寬帶接入技術的成熟,網(wǎng)絡傳輸?shù)钠款i正在被打破,實時的高質(zhì)量流媒體傳輸已成為可能,這為流媒體的發(fā)展奠定了良好的基礎。同時,音頻和視頻編解碼技術的進步和網(wǎng)絡流媒體協(xié)議的標準化也對流媒體的廣泛應用起到重要的促進作用,使得基于流媒體傳輸?shù)膽玫玫搅嗽絹碓蕉嗟闹匾暋?br />
5.4 NASS(網(wǎng)絡接入附著子系統(tǒng))
NASS提供下列功能:
- IP地址分配(例如,使用DHCP);
- 發(fā)生在IP層的鑒權,可能是在地址分配程序期間或之前;
- 根據(jù)用戶業(yè)務清單(profile)的網(wǎng)絡接入授權;
- 根據(jù)用戶業(yè)務清單(profile)的接入網(wǎng)配置;
- 發(fā)生在IP層的位置管理。
5.5RACS(資源和接納控制子系統(tǒng))
RACS應該提供接納控制和關口控制功能(包含NAPT控制)。接納控制涉及到根據(jù)運營者的具體策略規(guī)則和資源,檢查網(wǎng)絡接入附著子系統(tǒng)保存的簽約數(shù)據(jù)的授權。檢查資源可用性意味著接納控制功能校對被請求的帶寬是否與預定的帶寬和用戶使用的帶寬一致。
ETSI的TISPAN組織更加關注NGN功能實體,而不太關注物理實體上的實現(xiàn)。TISPAN組織提出的基于IMS的NGN架構(gòu)存在很多需要解決的問題,如:PSTN/ISDN網(wǎng)絡/業(yè)務繼承問題、各種業(yè)務引擎在固網(wǎng)中的應用問題、IMSEnabler的重用問題、用戶標識問題、企業(yè)用戶接入問題、統(tǒng)一鑒權認證的問題、安全問題、計費問題、編碼問題等。另外,ITU-TFGNGN也在研究有關基于IMS的網(wǎng)絡融合技術,其借鑒了TISPAN定義的基于IMS的NGN體系框架。
NGN是固定網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡的共同趨勢,但是任何技術從興起到成熟以至于完善都要經(jīng)歷相當長的發(fā)展時期。PSTN向固定軟交換網(wǎng)絡的演進是一個長期的漸進的過程;同樣,3G網(wǎng)絡是沿著R99/R4/R5道路向NGN演進,移動NGN的實現(xiàn)也不會一蹴而就。目前固定NGN和移動NGN的發(fā)展是獨立的,各自有自己的演進方式,要實現(xiàn)兩個網(wǎng)絡的融合還有很長的路要走。可以考慮如下的融合策略:
(1)業(yè)務層融合是固定和移動網(wǎng)絡融合的重點。業(yè)務層的融合可以先于核心網(wǎng)絡的融合。無論3G采用哪個版本,都可以實現(xiàn)業(yè)務層的融合,如可以利用綜合智能網(wǎng)實現(xiàn)固定和移動增值業(yè)務的融合。移動和固定融合的業(yè)務將是未來通信業(yè)務的亮點。
(2)3G網(wǎng)絡如果選擇R99或R4版本,在網(wǎng)絡的控制層不會涉及融合問題;只有采用R5版本后,核心網(wǎng)絡基于IMS,承載網(wǎng)絡基于IP,固定和移動才有可能在核心控制層實現(xiàn)融合。
(3)在網(wǎng)絡融合實現(xiàn)之前,還可以利用多模通信終端,使用戶可以根據(jù)需要自由地接入固定和移動網(wǎng)絡,獲得融合的業(yè)務。
通信產(chǎn)業(yè)網(wǎng)
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