NGN中固定和移動網(wǎng)絡(luò)融合
2008/10/08
1、固定和移動網(wǎng)絡(luò)融合的驅(qū)動力
能通過統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)提供綜合業(yè)務(wù)一直是全球通信業(yè)追求的目標(biāo)。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(luò)發(fā)展的趨勢，下一代網(wǎng)絡(luò)也充分體現(xiàn)了“融合”的思想，網(wǎng)絡(luò)融合無疑是NGN最具特色的亮點(diǎn)之一。
固定與移動融合是下一代網(wǎng)絡(luò)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(shù)的網(wǎng)絡(luò);能夠提供包括電信業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù);能夠利用多種寬帶和具有QoS支持能力的傳送技術(shù);業(yè)務(wù)相關(guān)功能與底層傳送相關(guān)技術(shù)相互獨(dú)立;能夠使用戶自由接入不同的業(yè)務(wù)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(wù)。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?yàn)槿珮I(yè)務(wù)運(yùn)營商節(jié)省投資，減少運(yùn)營成本。傳統(tǒng)的固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)提供的許多業(yè)務(wù)基本一致，但是移動和固定網(wǎng)絡(luò)是獨(dú)立的兩張業(yè)務(wù)網(wǎng)，使得運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高;而且當(dāng)開發(fā)新業(yè)務(wù)時，對同類的業(yè)務(wù)也必須分別升級兩張網(wǎng)絡(luò)，使得新業(yè)務(wù)提供成本高。而固定和移動網(wǎng)絡(luò)融合之后，將形成整體的一張網(wǎng)絡(luò)，運(yùn)維成本相對較低，業(yè)務(wù)的開發(fā)不必要分別升級固定和移動網(wǎng)絡(luò)，只需要對統(tǒng)一的業(yè)務(wù)平臺進(jìn)行一次升級就能夠同時為各種用戶提供業(yè)務(wù)。固定與移動的融合將為業(yè)務(wù)創(chuàng)新帶來新的機(jī)遇，可以擴(kuò)大業(yè)務(wù)范圍，豐富業(yè)務(wù)種類，提供更多新穎的個性化業(yè)務(wù)，滿足用戶隨時隨地溝通的業(yè)務(wù)需求，同時也增強(qiáng)運(yùn)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(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)提出把3G技術(shù)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(shù)。其標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)是在無線部分采用WCDMA技術(shù)，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(wù)。
R4版本與R99版本比較，在無線接入網(wǎng)方面沒有網(wǎng)絡(luò)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(guān)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(shí)現(xiàn)了會話控制實(shí)體CSCF和承載控制實(shí)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(shí)施了對多媒體業(yè)務(wù)的控制。
R6與R5采用相同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在R6中進(jìn)行IMS第二階段的研究工作，主要是完善網(wǎng)絡(luò)互通、安全性等方面的內(nèi)容，同時制定IMS消息類業(yè)務(wù)相關(guān)的規(guī)范。
從UMTS的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)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(luò)技術(shù)方面，移動通信正從基于電路交換向分組交換演進(jìn)，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(luò)結(jié)構(gòu)，即將網(wǎng)絡(luò)分成4個層次，包括業(yè)務(wù)層、控制層、承載層和接入層。UMTS和固定NGN業(yè)務(wù)層與控制層采用開放的接口，由各種應(yīng)用服務(wù)器和認(rèn)證服務(wù)器來完成業(yè)務(wù)生成、業(yè)務(wù)認(rèn)證、業(yè)務(wù)運(yùn)行和業(yè)務(wù)計費(fèi)等，使業(yè)務(wù)和控制相分離。同時UMTS和固定NGN能夠提供相同的應(yīng)用編程接口。UMTS和固定NGN承載層采用分組技術(shù)，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(luò)中傳輸。UMTS中電路域媒體網(wǎng)關(guān)和多媒體子系統(tǒng)的媒體網(wǎng)關(guān)都位于接入層面，固定NGN中的各種網(wǎng)關(guān)設(shè)備如信令網(wǎng)關(guān)和接入網(wǎng)關(guān)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(kuò)展。SIP協(xié)議是由IETF提出的IP網(wǎng)絡(luò)中多媒體通信的應(yīng)用層協(xié)議，在UMTS網(wǎng)絡(luò)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(wù)的建立修改和結(jié)束過程。隨著網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，IP多媒體子系統(tǒng)的作用越來越重要，它將來可以實(shí)現(xiàn)目前電路域和分組域提供的所有業(yè)務(wù)，成為全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)的主體部分，當(dāng)然這有賴于SIP協(xié)議的不斷完善和發(fā)展。
(3)在業(yè)務(wù)方面，UMTS和固定NGN提供的業(yè)務(wù)種類是相似的，因此可以預(yù)見，業(yè)務(wù)層可以通過開放的接口使固定和移動網(wǎng)絡(luò)共享，運(yùn)營商只需要一次投資。而且UMTS與固定NGN業(yè)務(wù)層的發(fā)展趨勢相同，都支持開放的業(yè)務(wù)接口PARLAYAPI/OSA，提供給應(yīng)用服務(wù)器或者第三方內(nèi)容開發(fā)商，有利于新業(yè)務(wù)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(luò)融合奠定了基礎(chǔ)。但UMTS和固定NGN也存在許多不同之處，將UMTS的R4標(biāo)準(zhǔn)同固定NGN相比較，主要不同點(diǎn)有：
- 用戶標(biāo)識碼：NGN用戶使用E.164號碼，而R4使用MSISDN(MobileStationInternational
ISDN Number);
- 移動網(wǎng)絡(luò)具有移動用戶獨(dú)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(luò)呼叫服務(wù)器和媒體網(wǎng)關(guān)之間的協(xié)議包括H.248、MGCP、H.323，而R4呼叫服務(wù)器和媒體網(wǎng)關(guān)之間的協(xié)議為H.248及其擴(kuò)展;
- 移動與固定的中繼媒體網(wǎng)關(guān)都承擔(dān)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(luò)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(luò)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(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)的最大區(qū)別在于接入方式的不同。移動和固定網(wǎng)絡(luò)融合體現(xiàn)在業(yè)務(wù)層、控制層、傳送層和終端等多個層面。
(1)業(yè)務(wù)層的融合
采用開放的、標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用編程接口PARLAYAPI能夠?qū)崿F(xiàn)將NGN核心網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)提供相分離，形成獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)提供商的業(yè)務(wù)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(wù)，共同獲益。
實(shí)現(xiàn)移動和固定業(yè)務(wù)的融合是移動網(wǎng)絡(luò)和固定網(wǎng)絡(luò)融合的最終目的，是未來的全業(yè)務(wù)運(yùn)營商盈利的主要模式。
(2)控制層的融合
實(shí)現(xiàn)控制和承載相互分離，控制層面由統(tǒng)一的設(shè)備實(shí)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(dān)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(luò)融合的核心內(nèi)容，只有實(shí)現(xiàn)了控制層面的融合，移動和固定網(wǎng)絡(luò)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(luò)，固定與移動NGN可以共用一個核心傳送網(wǎng)絡(luò)，所以核心傳送層可以順理成章地實(shí)現(xiàn)融合。
(4)終端的融合
首先可在固網(wǎng)中引入藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)和藍(lán)牙終端設(shè)備以及WLAN的AP、WiFi手機(jī)等，使固網(wǎng)用戶在一定的范圍獲得移動性。進(jìn)一步可將3G終端、藍(lán)牙終端/WiFi終端合成為雙�；蚨嗄＝K端，采用多模終端后，用戶可隨意接入固定和移動網(wǎng)絡(luò)，獲得融合的業(yè)務(wù);并且網(wǎng)絡(luò)也能智能地為用戶做出最佳選擇(接入固定或移動網(wǎng)絡(luò))。
如果能在控制層實(shí)現(xiàn)融合當(dāng)然是最理想的，這樣統(tǒng)一的控制層設(shè)備能夠同時控制移動和固定用戶的各種業(yè)務(wù)，并且利用同一媒體網(wǎng)關(guān)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(luò)設(shè)備相互獨(dú)立，還很難實(shí)現(xiàn)控制層面的融合�，F(xiàn)階段可將融合的重心放在業(yè)務(wù)層的融合與終端的融合，業(yè)務(wù)運(yùn)營的融合可以先于網(wǎng)絡(luò)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(wù)(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(shí)體組成。
P-CSCF：用戶設(shè)備(UE)和IMS子系統(tǒng)的第一個連接點(diǎn)，主要實(shí)現(xiàn)代理服務(wù)器的功能，同時也可以實(shí)現(xiàn)用戶代理(UA)的功能。P-CSCF根據(jù)主叫/被叫SIPURI查詢相應(yīng)的歸屬域，完成用戶的注冊和呼叫連接�？梢圆捎枚鄠�P-CSCF的方式來共同完成負(fù)載分擔(dān)。
I-CSCF：IMS域的互通關(guān)口局，其功能主要有：
- 管理S-CSCF并可以為用戶分配相應(yīng)的S-CSCF來處理用戶的登記請求;
- 隱藏網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?容量/配置;
- 產(chǎn)生相關(guān)計費(fèi)數(shù)據(jù)。
S-CSCF：具有SIP登記員和SIP代理服務(wù)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(wù)交換與業(yè)務(wù)控制、SIP消息處理、計費(fèi)等。
(2)媒體網(wǎng)關(guān)控制功能
媒體網(wǎng)關(guān)控制功能(MGCF)：其控制媒體網(wǎng)關(guān)(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(guān)(MGW)將一種網(wǎng)絡(luò)中的媒體格式轉(zhuǎn)換成另外一種網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的媒體的互通功能。
(3)出口網(wǎng)關(guān)控制功能
出口網(wǎng)關(guān)控制功能(BGCF)完成網(wǎng)絡(luò)的選擇和MGCF的選擇功能。當(dāng)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(shí)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(yīng)用服務(wù)器和S-CSCF的信令，并根據(jù)接收的信令消息控制相應(yīng)的MRFP。它還產(chǎn)生計費(fèi)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(luò)架構(gòu)的核心特點(diǎn)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(guān)并能較好地支持多媒體業(yè)務(wù)，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(dú)立于接入網(wǎng)技術(shù)體制、強(qiáng)大的自動全網(wǎng)全程漫游能力和VHE虛擬歸屬業(yè)務(wù)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(wù)環(huán)境進(jìn)行IMS業(yè)務(wù)處理和觸發(fā)，從而享受到相同的業(yè)務(wù)。
統(tǒng)一認(rèn)證：針對同一用戶的不同可尋址號碼(對應(yīng)不同的接入方式)，以及同一用戶的所有增值業(yè)務(wù)(對應(yīng)不同的AS)，IMS架構(gòu)提供了一個統(tǒng)一的業(yè)務(wù)接入授權(quán)認(rèn)證入口，使得不同業(yè)務(wù)應(yīng)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(quán)機(jī)制的重復(fù)建設(shè)。
集中數(shù)據(jù)庫管理：IMS架構(gòu)第一次真正實(shí)現(xiàn)了將相同個人用戶的不同應(yīng)用簽約數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)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(shè)及運(yùn)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(luò)業(yè)務(wù)控制層與具體業(yè)務(wù)的底層網(wǎng)絡(luò)無關(guān)，提供了一個公共共享的業(yè)務(wù)控制層，使得網(wǎng)絡(luò)融合和業(yè)務(wù)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(kuò)展能力強(qiáng)的業(yè)務(wù)平臺，確保新增值業(yè)務(wù)的開發(fā)定制快速化、新增業(yè)務(wù)所帶來的網(wǎng)絡(luò)重復(fù)建設(shè)的代價最小化。
業(yè)務(wù)提供方便：其提供三類標(biāo)準(zhǔn)的業(yè)務(wù)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(wù)，利用OSA/Parlay可方便第三方業(yè)務(wù)開發(fā)，SIP接口可用于和應(yīng)用服務(wù)器相互通信以提供多媒體增值業(yè)務(wù)。利用這些標(biāo)準(zhǔn)接口可方便、快速提供新業(yè)務(wù)。
QoS和安全：IMS架構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)安全和QoS方面均有較全面和完善的規(guī)范定義和指導(dǎo)，允許在不同運(yùn)營商間進(jìn)行IMS網(wǎng)絡(luò)路由的拓?fù)潆[藏，支持完善的IPQoS控制機(jī)制和網(wǎng)絡(luò)安全機(jī)制。
5、基于IMS的固定與移動網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(guān))的傳統(tǒng)電話終端仿真PSTN/ISDN網(wǎng)，所有PSTN/ISDN業(yè)務(wù)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(shù)的成熟，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠款i正在被打破，實(shí)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(chǔ)。同時，音頻和視頻編解碼技術(shù)的進(jìn)步和網(wǎng)絡(luò)流媒體協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化也對流媒體的廣泛應(yīng)用起到重要的促進(jìn)作用，使得基于流媒體傳輸?shù)膽?yīng)用得到了越來越多的重視。
5.4 NASS(網(wǎng)絡(luò)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(quán)，可能是在地址分配程序期間或之前;
- 根據(jù)用戶業(yè)務(wù)清單(profile)的網(wǎng)絡(luò)接入授權(quán);
- 根據(jù)用戶業(yè)務(wù)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(yīng)該提供接納控制和關(guān)口控制功能(包含NAPT控制)。接納控制涉及到根據(jù)運(yùn)營者的具體策略規(guī)則和資源，檢查網(wǎng)絡(luò)接入附著子系統(tǒng)保存的簽約數(shù)據(jù)的授權(quán)。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(yù)定的帶寬和用戶使用的帶寬一致。
ETSI的TISPAN組織更加關(guān)注NGN功能實(shí)體，而不太關(guān)注物理實(shí)體上的實(shí)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(luò)/業(yè)務(wù)繼承問題、各種業(yè)務(wù)引擎在固網(wǎng)中的應(yīng)用問題、IMSEnabler的重用問題、用戶標(biāo)識問題、企業(yè)用戶接入問題、統(tǒng)一鑒權(quán)認(rèn)證的問題、安全問題、計費(fèi)問題、編碼問題等。另外，ITU-TFGNGN也在研究有關(guān)基于IMS的網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)，其借鑒了TISPAN定義的基于IMS的NGN體系框架。
NGN是固定網(wǎng)絡(luò)和移動網(wǎng)絡(luò)的共同趨勢，但是任何技術(shù)從興起到成熟以至于完善都要經(jīng)歷相當(dāng)長的發(fā)展時期。PSTN向固定軟交換網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)是一個長期的漸進(jìn)的過程;同樣，3G網(wǎng)絡(luò)是沿著R99/R4/R5道路向NGN演進(jìn)，移動NGN的實(shí)現(xiàn)也不會一蹴而就。目前固定NGN和移動NGN的發(fā)展是獨(dú)立的，各自有自己的演進(jìn)方式，要實(shí)現(xiàn)兩個網(wǎng)絡(luò)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(wù)層融合是固定和移動網(wǎng)絡(luò)融合的重點(diǎn)。業(yè)務(wù)層的融合可以先于核心網(wǎng)絡(luò)的融合。無論3G采用哪個版本，都可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層的融合，如可以利用綜合智能網(wǎng)實(shí)現(xiàn)固定和移動增值業(yè)務(wù)的融合。移動和固定融合的業(yè)務(wù)將是未來通信業(yè)務(wù)的亮點(diǎn)。
(2)3G網(wǎng)絡(luò)如果選擇R99或R4版本，在網(wǎng)絡(luò)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(luò)基于IMS，承載網(wǎng)絡(luò)基于IP，固定和移動才有可能在核心控制層實(shí)現(xiàn)融合。
(3)在網(wǎng)絡(luò)融合實(shí)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(luò)，獲得融合的業(yè)務(wù)。
通信產(chǎn)業(yè)網(wǎng)
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