IP多媒体子系统柜架结构研究

早在上世纪90年代初期，欧洲电信标准协会(ETSI)就开始为3G标准征求技术方案，并将3G技术称为UMTS(通用移动通信系统)。WCDMA(带宽5MHz)建议是多种方案之一。其后，日本的积极参与极大地推动了3G标准的全球化步伐。1998年，日本和欧洲在宽带CDMA建议的关键参数上取得一致，使之正式成为UMTS体系中FDD(频分双工)频段空中接口的入选技术方案，并由此通称为WCDMA。

UMTS是IMT-2000家族最主要的三种技术标准之一。作为一个完整的3G移动通信技术标准，UMTS并不仅限于定义空中接口。它的主体包括CDMA接人网络和分组化的核心网络等一系列技术规范和接口协议。从根本上说，UMTS版本的演进过程也是一个技术和业务需求不断提高的过程。UMTS标准经过多年发展，已渐趋成熟，其标准化工作由3GPP组织完成。到目前为止，主要有5个版本，即3GPP R99、3GPP R4、3GPP R5、3GPPR6和3GPPP R7，前4个版本已经完成并终结，目前正在进行R7版本的制定工作。不同版本间的功能划分并不是绝对和清晰的，而是按时间进度和工作完成情况进行灵活划分，不一定某个功能必须在某个版本中完成，在修改版本时应遵守向后兼容的原则，各版本的演进日寸间如图1所示。

UMTS体系通过引入IMS来提供基于IP的传统语音业务和其他新型移动多媒体业务。IMS定义了规范的网络结构、完备的安全机制、基于策略的QoS保障机制以支持多媒体业务，并定义了符合智能网架构的业务模型以支持多种移动增值业务。IMS的引入必将对下一代移动网络的发展起到至关重要的作用。

1.1 3GPP R99

3GPP R99版本功能于2000年3月确定，标准已相当完善，后续版本将都向3GPP R99版兼容。目前在全球已经安装和试开通的WCDMA网络都是基于这个版本的。3GPP R99版本最大的特征是在网络结构上继承了广泛采用的第二代移动通信系统——GSM／GPRS核心网结构。

R99版本和以R00为起点的未来版本中UMTS体系结构的业务驱动因素如图2所示。R99版本的业务驱动因素主要包括：与GSM的兼容、接入高速数据业务以及可管理的QoS。CS域提供基于节点MSC(一种演进的GSM网络)的面向电路的业务，而PS域提供移动设备和IP网络(一种演进的GPRS网络)之间的IP连接。

1.2 3GPP R00

3GPP R00版本目前划分为R4和R5两种。3GPP R5版本功能于2002年6月确定。R5阶段接入网部分采用全IP，核心网部分主要是引人了IMS域，它是基于PS(分组域)之上的多媒体业务平台，也是UMTS核心网络中提供端到端多媒体业务和集群多媒体业务的中心，主要用于提供各种实时／非实时的多媒体业务。

中期版本(以R4和R5为起点)在R99版本中增加了IP多媒体特征。业务驱动因素包括：与R99版本的兼容、增加了IP多媒体业务和对无线IP话音业务的高效支持，这些业务主要是为多媒体业务提供服务的，但不一定做到与话音业务及其辅助业务完全兼容。其主要特点包括：CS域提供了与R99版本CS域完全兼容的业务，可通过MSC／MSC服务器和分组骨干网的演进来实现CS域业务；PS域也能够保持和提供IP连接，它可通过升级为IP多媒体业务提供QoS支持。增加的IP多媒体子系统能够提供新的IP多媒体业务，这些业务能够对CS域提供的业务进行有益的补充。但在中期版本中，这些业务不一定与CS域相对应。

在UMTS版本5或更高的版本中，新增加了两个全新的具有强大能力的IMS：一是增加类似呼叫状态控制功能(CSCF)的新网络实体来提供基本IP多媒体服务，例如在两个用户间发起的多媒体会话；二是相互兼容已经发展到可以提供一些网络实体能力的阶段，例如开放业务接人(OSA)服务能力，利用基本的IP多媒体服务和网络提供的能力，OSA服务能力的功能能够激励第三方产生新的IP多媒体服务。

1.3 远期体系结构

当R99演变到R00(R4和R5)后，业界的目标是拥有一个完全基于分组交换系统的集成平台。长期UMTS体系结构版本的驱动因素包括：一些用户转向使用IP多媒体业务，且除了UMTS外，IP多媒体子系统得到了广泛接受。

在3GPP R6中，IMS被定义为支持所有IP接入网的多媒体业务核心网，可以支持任何一种移动／固定、有线／无线IP-CAN。近年来，IP多媒体子系统迅猛发展，已经完全可以取代先前的CS域，并提供相关业务，UMTS的远期体系结构将保留PS域，并逐步淘汰CS域，如图3所示。

由于过渡到全IP多媒体业务需要较长时间，因而传统CS移动业务和IP多媒体业务将同时并存。因此，网络必须同时支持传统CS业务和新型PS业务(如包含多种终端设备的多媒体业务)，这些业务引入的目标是提供不断演进的2G网络与优化后的3G网络之间的无缝漫游。这意味着长期UMTS体系结构在独立于传输技术的同时，需要提供支持业务。长期UMTS体系结构平台需要支持的功能包括：混合体系结构；网络演进路径；新能力；基于IP的呼叫控制；具有端到端QoS保证的IP实时(包括话音)业务；GERAN(对GMS／EDGE无线接入网的支持)；使用工具包(如CAMEL、MExE、SAT、VHE／OSA)来提供业务；与R99业务的后向兼容；在QoS、安全性、认证和机密性方面不下降；支持域间漫游和业务连续性。

2 IP多媒体子系统框架结构

IMS的设计独立于无线接入网，它利用核心网设备，可提供新型基于IP的交互式多媒体业务，因而采用该系统的运营商可为用户提供基于Internet应用的多媒体服务。3GPP IMS采用了层次化的体系结构，分为业务应用平台、IP多媒体子系统和接入网络3层，如图4所示。

2.1 接入网络

接入网络支持多种技术，包括3GPP GPRS、WLAN、UTRAN、POTS／ISDN等。其中SGSN可为M S(移动台)接入网络提供移动性管理、寻路等功能。GGSN主要是起网关作用，它可以和多种不同的数据网络连接，如ISDN、UTRAN和LAN等。归属用户服务器(HSS) 是给定用户的主控数据库，它是支持网络实体处理呼叫／会话的包含签约信息的实体。媒体网关(MG)在不同网络间提供媒体流映射或代码转换的功能。

2.2 IP多媒体子系统

IP多媒体子系统基于SIP协议，支持IPv6，负责多媒体业务的会话控制，提供QoS保障和计费管理。IMS的主要实体为呼叫状态控制功能(CSCF)、媒体网关控制功能(MGCF)、媒体资源功能(MRF)和其他一些适应性实体，它可以与PLMN信令网和外部IP网络互连。

2.3 业务应用平台

业务应用平台支持多种业务，包括IN／CAMEL、OSA／Parlay及SIP应用等。IMS在原有UMTS技术基础上，提供根据用户、业务、数据流等的更多收费手段。通过新的在线计费功能，运营商还可以实时控制业务流程。

3 结论

基于IMS的网络融合方案可以使运营商基于统一的核心网络为固定和移动用户提供相同的业务，相对固网和移动网的核心网并存的网络架构，不仅可以减少网络结构的复杂度，而且应该可以降低网络的运维成本，已经成为下一代网络的发展方向。同时，在NGN的框架下，IMS要同时为固定终端和移动终端提供多媒体业务，但固定和移动接人存在许多差异，因而情况变得更加复杂，一些技术方面问题有待于深入研究和探讨。