在三大全業務運營商對固定和移動業務的融合、與互聯網" title="互聯網">互聯網業務的融合、拓展新業務等多重需求下,IMS" title="IMS">IMS從2009年開始重新成為業界關注的焦點。不同的運營商對于IMS現階段的規劃與期冀不全一樣,但基于IMS的固定和移動網絡" title="網絡">網絡融合的架構以實現真正的全業務運營,利用網絡和業務能力開放實現與互聯網業務的融合,均是運營商的長遠目標。為綜述國內電信運營商的IMS發展現狀,研究IMS網絡演進過程中需要解決的關鍵技術問題及實現方案,探討運營商如何在現有網絡中引入IMS、如何實現跨IMS域和電路域的多業務協同、如何實現互聯網與通信業務的混搭等問題,《移動通信》于本期特別推出“IMS與網絡融合”專題,以期能明晰IMS尚待解決的技術問題,并著眼于解決之道,為IMS在中國理性務實發展進行有益的探討。
1 引言
作為下一代網絡控制技術的核心,IMS技術已經逐步走向成熟,能夠滿足消費者對業務質量、可靠性及可用性的要求,可以促進實現固定和移動業務的融合,甚至可確保LTE語音及短信業務的國際漫游與互操作性,從而確保業務的連續性。全球TOP10的運營商均已進入全業務運營領域,來自Heavy Reading對全球179家運營商的調查顯示,大部分主流運營商認識到部署IMS的重要性并選擇IMS做全業務運營網絡。目前全球已部署100多個IMS試驗網、試商用及商用網絡,IMS已被業界接受為全業務網絡解決方案。
2 IMS網絡演進問題
從傳統TDM交換、軟交換到IMS的演進在業內已經成為不爭的事實。從技術標準角度來看,無論是ITU-T、TISPAN還是3GPP,都將IMS作為固定電話網和移動核心網演進的唯一目標。
對于移動核心網,從技術標準和國際運營商的傾向來看,演進的唯一目標是EPS/IMS架構,但隨著網絡的發展,仍需要考慮CS用戶接入IMS、語音業務連續性問題、LTE語音解決方案等問題。從標準的角度分析,對于CS用戶接入IMS網絡,可以采用ICS解決方案,實現IMS網絡對業務的統一控制,實現業務一致性要求;對于語音業務連續性問題,可以采用SR-VCC保持語音業務的連續性;對于LTE語音解決方案,國際運營商已傾向采用3GPP IMS為LTE提供語音業務,“One Voice”標準研究計劃也已經于2009年11月啟動,目的就是為LTE語音及短信業務制定應用層技術規范,解決LTE傳遞語音服務的問題,達到加速LTE網絡建設目標。
下面將重點分析IMS網絡演進過程中ICS、SR-VCC、One Voice等關鍵技術。
3 關鍵技術
3.1 ICS
ICS(IMS Centralized Services,IMS集中業務)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統一提供業務,該方案將業務剝離到IMS,而CS則演進為一種接入方式,因此可以認為ICS是軟交換網絡向IMS演進的一種重要方式和必經階段。
(1)ICS參考架構
ICS架構在現有的CS和IMS網絡中增加了以下內容:
◆SCC AS
SCC AS是歸宿網絡中的IMS應用服務器,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ICS用戶代理的功能。如果在使用I1(USSD)接口時,SCC AS負責處理USSD完成和其他IMS網元之間的交互,實現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還需要協助將呼叫發送給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;當支持多媒體業務時,還要求MSC Server能夠執行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增強功能。
◆ICS UE
ICS UE增加了ICS能力,ICS UE可以通過業務控制路徑和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應能執行接入域選擇功能,在被叫過程中,ICS UE需協助SCC AS執行終呼接入域選擇功能T-ADS。
(2)ICS解決方案
目前,根據終端能力和對網絡的影響,將ICS的解決方案分為ICS UE方案和增強的MSC Server兩種,ICS的參考架構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,通過現有的CS網絡,或通過采用MSC-centric增強的CS網絡接入IMS,實現ICS業務。增強的MSC Server方案,通過升級CS網絡,將non-ICS UE,即傳統終端接入到IMS網絡,實現ICS業務。
◆ICS UE方案:業務控制信令路徑從Gm接口發起
如圖2所示,該方案的主要工作流程為:業務控制信令路徑用來在ICS UE和SCC AS之間傳送IMS業務控制信息。發起會話時,ICS UE首先使用Gm接口,通過PS域建立業務控制信令路徑(Service Control Signalling Path),ICS UE還需要使用標準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將業務控制信令路徑和CS承載控制信令路徑進行綁定,形成接入分支(Access Leg),而在遠端分支(Remote Leg),由SCC AS代表UE建立IMS會話。
◆ICS UE方案:業務控制信令路徑從I1接口發起
如圖3所示,該方案的主要工作流程為:發起會話時,ICS UE采用I1接口,通過CS網絡,和SCC AS交互IMS業務所需要的信息,建立業務控制信令路徑。同時ICS UE還需要使用標準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將業務控制信令路徑和CS承載控制信令路徑進行綁定,形成接入分支,而在遠端分支,由SCC AS代表UE建立IMS會話。
◆增強的MSC Server方案
該方案通過升級CS網絡,引入增強的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SIP呼叫過程和CS呼叫過程的交互,從而實現傳統CS終端接入IMS的目的,由IMS統一提供電話業務。其會話建立示意圖如圖4所示:
會話建立過程中,UE和SCC AS之間增強的MSC Server,代替UE執行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,我們發現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ICS業務。而對于終端市場相對開放的運營商,重點關注傳統終端的問題,則可以采用增強的Msc Server方案,通過網絡升級,將傳統終端接入IMS網絡,從而解決傳統通過CS域接入IMS網絡的問題。
3.2 SR-VCC
SR-VCC架構利用IMS核心網絡提供LTE VoIP語音業務的路由、控制和業務觸發,并提供LTE向GERAN/UTRAN切換時的語音連續性保證。不同于CSFB架構,SR-VCC架構中移動語音業務真正能夠基于LTE分組網絡實施。
SR-VCC架構,需要部署IMS SCC AS、增強MSC網元,結合MME的切換控制保證LTE語音能夠平滑地向GERAN/UTRAN CS網絡切換。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發出向GERAN/UTRAN切換請求后,通知增強MSC網元,MSC網元則基于3GPP CS網絡成熟的切換控制協議向控制RNC/BSC的MSC發起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關注呼叫會話的連續性,因此本質上是個切換流程,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切換和業務層的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根據測量報告,決定發起SR-VCC過程;eNode B發起切換請求并指示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網絡或掛起;如果GERAN不支持DTM,那么只能掛起,接下來準備切換,增強的MSC Server向SCC AS發起建立CS分支,SCC AS將會話切換至CS分支,并更新遠端同時釋放IMS分支;最后將語音切換到CS域并完成PS域業務的切換。至此,整個SR-VCC過程結束。
SR-VCC不要求LTE網絡的全覆蓋,在部署LTE的地區不需要采用CS網絡處理語音;前提是部署IMS網絡。當UE駐扎在LTE或HSPA網絡時,采用通常的IMS呼叫流程建立語音呼叫。
SR-VCC解決方案反映了網絡發展方向,可以隨著SAE/LTE的廣泛部署平滑地向全IP網絡過渡,是大多數運營商比較認可一種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側切換時間可能比較長,會導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網絡是一個與接入無關的、基于標準的IP連接和業務控制的架構,使用通用的Internet協議執行各種多媒體業務。在固網,已經或正在部署VoIP,然而,在移動側,將展開部署采用CS語音的組合應用,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分組域的增長需求。接入和核心網向基于分組的遷移,必然引起從目前CS語音到使用IMS的LTE語音的演進。
盡管3GPP在IMS方面的工作已經進行了將近十年,目前有上千頁的文檔,多種不同標準,涵蓋了IMS相關功能。此外3GPP提供了多種方式完成同一功能(例如鑒權、會話建立、補充業務、承載建立等)這些都增加了IMS的復雜性。在剛開始部署基于IMS的VoIP網絡時,并不需要所有的功能都滿足,為了幫助業界獲得通用的標準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的內容主要基于3GPP R8版本,初步解決方案的應用層規范(V1.0.0)已最終定稿,包含的內容有:IMS通用要求,如注冊、鑒權、尋址等;業務要求,如呼叫建立過程的考慮因素、補充業務、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和網絡需要執行的最小集合,以保證在LTE無線接入上部署基于IMS的電話業務,包含IMS基本能力和語音補充業務、實時媒體協商、傳輸和編碼、LTE無線和EPC能力、跨協議棧和子系統相關的功能。
由于One Voice解決方案是基于3GPP IMS相關標準提煉而成的,因此,在One Voice的規范中基本沒有開發新技術,目的就是為了盡快部署基于IMS的VoIP網絡。
目前,已經有多家網絡運營商和設備商加入One Voice,包括AT&T、Orange、Telefonica、Verizon、沃達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、索尼愛立信等設備商。
4 總結與展望
隨著移動通信網絡的不斷發展,PS網絡將最終替代CS網絡,而CS域語音業務也將逐步演進到PS域,IMS成為網絡演進的有力保障。為了保證業務一致性,采用增強的MSC Server的ICS技術,將CS終端接入IMS網絡,由IMS網絡統一提供業務。在VoLTE沒有全覆蓋的階段,如果用戶通話過程中從LTE網絡漫游到CS網絡,將采用SR-VCC技術完成PS域到CS域語音的無縫切換。初期,如果LTE不支持語音業務,當用戶發起語音業務時,則可以采用CS FallBack技術,使用戶回落到CS網絡,建立語音業務。未來,全網部署LTE,那么One Voice將成為LTE語音的最佳解決方案。