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摘要 由3GPP提出的IP多媒体子系统提供了一个在全IP移动通信网络中支持多媒体通信的系统结构。文章简要说明了固定网和移动网向下一代网络演进的过程，提出了基于IMS融合的网络架构，指出了固定网和移动网融合需要解决的问题。
关键词 IMS 下一代网络 融合
引言
现阶段，我国各运营商面临着网络演进的问题，即：PSTN演进到固定软交换网络，GSM/CDMA网络演进到移动软交换网。
软交换技术从固定网发展而来，以SIP(Session Initiation Protocol)和H.248/MGCP为核心的通信控制协议，通过软件来实现原来程控交换机的功能。IMS(IP Multimedia Subsystem)是在3GPP的R5中首先提出支持多媒体业务的子系统，在3GPP的R6中。IMS已经被定义为支持所有IP接入网的多媒体业务的核心网。虽然IMS最初是为第三代移动网而制定的标准，但是IMS的体系架构能够很好地支持固定网和移动网在各种层次的融合。
软交换和IMS是NGN发展的不同阶段，软交换网会逐步向IMS过渡并演进为基于IMS的下一代网。
传统固网向固定软交换网络演进
传统的电信网存在着业务单一、更新升级困难、维护成本高和不利于第三方业务提供商进入等缺点。随着IP技术的飞速发展，越来越多的人认识到下一代网络必定是以IP技术为基础，集语音、数层和视频等多种业务融合的网络。软交换技术是下一代网络融合的核心技术，基于软交换的网络系统由上至下可分为业务/应用层、控制层、传输层和媒体/接入层。这种分层结构使得业务与呼叫控制分离，呼叫与承载分离，各实体之间可以通过标准的协议进行连接和通信。
传统的移动网向移动软交换网络演进
GSM网络、2.5代的GPRS网络正平滑地向移动软交换网络演进，最具代表性的移动软交换网络架构版本是3GPP的R4。相对于3GPP的R99，R4最大的变化是一个基于软交换技术的移动网，在电路域将MSC(Mobile-services Switching Centre)网元分为MSC Server和MGW(Media Gateway)这两个网元。R4的架构如图1所示。
GGSN：网关GPRS支持节点 HSS： 归属用户服务器 MSC：移动交换中心
GMSC：网关移动交换中心 MGW：媒体网关 T-SGW：传输信令网关 R-SGW：漫游信令网关
1.R4接入部分
在原有GSM设备上叠加了3G的设备，也就是图1中的BSS和RNS，使得2G和3G的移动终端分别通过不同的基站接入到移动网络中。
2.R4核心网部分
核心网分为电路域和分组域，分组域主要有SGSN和GGSN两个网元，电路域主要有(G)MSC Server、MGW、T-SGW、R-SGW等网元。其作用是：SGSN主要负责移动性管理；GGSN主要完成与其他分组交换网络的连接；(G)MSC Server进行呼叫控制和移动性管理；MGW对媒体格式进行转换处理；T-SGW承担移动软交换网与PSTN的信令互通；R-SGW承担移动软交换网与传统移动信令网的信令互通。
3.软交换网络的优势
移动软交换网络分为应用层、控制层、传输层和接入层。这种分层结构使得移动软交换网相对于现在的GSM网络具有系统容量大、利于增值业务的开展、系统的维护和升级简单、采用以IP为主的分组传输方式节省了传输链路资源、与IMS融合更加容易等特点。GSM网络向移动软交换网络的演进是一种必然的趋势。
软交换网络和IMS的融合
IMS采用SIP协议进行端到端的呼叫控制，由于SIP属于应用层协议，与接入方式无关，这使得IMS对传统电信网、固定软交换网络和移动软交换网络进行融合成为可能，同时IMS在业务层面也支持对语音、视频、数据、即时消息等业务进行融合。
1.IMS功能实体
IMS的功能实体有代理呼叫控制功能(P-CSCF)、查询呼叫控制功能(I-CSCF)、业务呼叫控制功能(S-CSCF)、断点网关控制功能(BGCF)、媒体网关控制功能(MGCF)、媒体资源功能控制(MRFC)和媒体资源功能处理(MRFP)等。
P-CSCF是呼叫用户终端接入IMS的第一个网元，具有地址翻译功能。P-CSCF将SIP消息发送到用户终端归属地的I-CSCF。I-CSCF是用户终端归属地的接入点，在用户登记时通过I-CSCF查询HSS，为用户分配一个S-CSCF，将其它IP网络的SIP请求消息路由给S-CSCF，并具有隐藏本地网络拓扑的功能。S-CSCF具有登记功能，从HSS下载并临时存储用户信息，提供呼叫控制功能，对上层应用提供接口。BGCF选择与PSTN互通的网络，并选择MGCF。MGCF通过SIP协议与S-CSCF互通，通过H.248协议对媒体网关进行控制，通过SIGTRAN协议与信令网关连接，MGCF进行SIP消息和ISUP(ISDN用户部分)信令的转换，完成IP网络和PSTN的信令互通。MRFC的功能是媒体资源控制，通过H.248协议对MRFP进行控制。MRFP对媒体进行处理，例如编解码、混音等。
2.IMS与PSTN的互通
T-SGW将PSTN的NO.7信令消息转变为IP承载的M3UA消息，将MGCF发来的M3UA消息转换为MTP3消息，T-SGW仅仅是对底层承载方式进行适配，这样便完成了信令的互通。
由于媒体流的格式不一样，因此需要MGW进行媒体格式的转换。例如把PSTN侧的基于ATM传送的PCM编码转换为基于IP的RTP流。
3.IMS与固定软交换网络的互通
由于IMS网络和固定软交换网络都是基于软交换技术，基于IP承载并用SIP协议作为呼叫控制协议的，而且它们具有类似的开放业务接口，即由ITU提出的基于Parlay的标准接口和3GPP提出的基于OSA的标准接口，因此它们的互通从架构和协议上看比较容易。但由于IMS和固定软交换网分别从移动网和固网角度提出，仍有很多互通的问题需要解决。
4.基于IMS的网络融合
基于IMS的网络体系架构是下一代网发展的方向，其网络融合架构如图2所示。网络共分为四层，IMS处于会话控制层，通过分组域来传输信令和媒体流，IMS独立于电路域。在IMS域中，各网络单元之间的接口都有标准协议，MGCF和MGW、MRFC和MRFP之间的接口协议是H.248协议，MGCF和T-SGW之间的接口协议是SIGTRAN协议，其余网元之间的接口协议是SIP协议。
从网络的分层结构来看。融合指四个层次的融合。
(1)接入层的融合
在接入层，支持所有固定终端和移动终端的接入。
移动终端接入：移动终端可以通过2G/3G基站、WiMAX接入网或WiFi接入网等接入到IMS网络中。
固定终端接入：SIP终端可以直接接入到IP网络中；模拟终端、ISDN和ADSL等可通过接入网关接入，并被适配至IP网络；H.323终端通过终端适配接口完成H.323协议和SIP协议的转换。并被接入到IMS网络中。
(2)传输层的融合
在基于分组的承载网络上，通过ATM，IP，MPLS等技术，运用InterServ/DiffServ机制，使QoS得到保证、资源得到充分利用。
(3)会话控制层的融合
统一的会话控制是网络融合的核心，这个层次的融合是最复杂的。会话控制层的融合包括IMS、固定软交换网、PSTN、移动软交换网和传统移动信令网等的融合。IMS与PSTN通过T-SGW实现信令互通，通过MGW实现媒体流的互通。IMS与传统移动信令网通过R-SGW实现信令互通。
(4)应用层的融合
应用层包括SIP应用服务器、Parlay/OSA和智能网。Parlay/OSA提供的标准应用编程接口(API)，提供了一个开放的业务平台，有利于第三方的业务提供。具体的业务，如语音、视频、即时消息、数字集群等都可以融合在统一的平台上。
基于IMS融合需要研究的问题
1.IMS与固定软交换网络的互通
●移动网和固网对用户终端的鉴权机制不同。IMS需要扩展以适应固定软交换网的鉴权。
●由于接入方式中对于位置管理的差别，使相应的信令接口和计费接口中的相关信息需要更改。
●两个网络的用户数据库应融合成一个公共的用户数据库，这样有利于对用户的鉴权、认证和计费。
●现有的IMS只支持移动智能网业务。需要扩展IP多媒体子系统交换功能(IM-SSF)以支持固定智能网业务。
●由于固定软交换网络不支持移动性，需要考虑IMS和固网融合时移动性方面的问题。
●因为在移动网络中空中接口资源有限，为了节省空中资源需要在P-CSCF中进行SIP压缩；而对于固网的接入。带宽资源丰富，不需要进行SIP压缩。所以固定终端无需支持相应的压缩算法，从而降低了对终端的要求。
2.应用层会话控制
IMS架构必须扩展，以适应多域核心网支持端到端多媒体会话的控制和管理。
3.端到端QoS控制
在QoS控制方面，3GPP已经定义了信令层面的QoS控制，但端到端的QoS控制涉及到应用层和承载层的QoS控制。只有承载层的带宽资源满足上层的应用需求，才能最终使应用层的QoS得到保证。带宽管理器可能会被引入，用于对资源状态的监视和资源的调度。
4.业务和应用管理
ITU-T还没有提供3GPP定义的各种业务，对一些具体的应用，3GPP也还没有制定相应的标准。
结语
由3GPP提出的IMS在固网和移动网的融合方面还有很多问题有待解决，但这些问题只会促进IMS的完善。软交换和IMS是传统电信网向NGN演进的不同阶段，PSTN、GSM、软交换网和IMS等将以互通方式长期共存，软交换网会逐步向IMS过渡。IMS将可能最终替代软交换网，成为NGN统一的融合平台。
