电信规划研究院:IMS领衔UMTS核心网演进

2006-07-26 10:30:02来源: 中国电子报

  UMTS标准历经R99、R4、R5、R6版本,目前R7版本正在研究制定当中。对于运营商来说,建设UMTS网络时如何选择核心网版本,现有的网络如何向3G演进,以及3G网络的发展是一个需要统筹考虑、长远规划的问题。

  3GPP标准进展情况

  3GPP系列标准核心网方面的发展情况如下:

  3GPP R99:是3GPP提出的第一个3G标准,引入了AMR语音编解码。在核心网方面,并没有实质性的变化,CS域与GSM基本相同,PS域与GPRS基本相同。该版本于1999年10月冻结。

  3GPP R4:CS域引入了软交换架构,实现控制与承载相分离,话音分组化,由包方式承载;PS域与GPRS基本相同。引入TFO、TrFO技术,CAMEL和OSA得到增强。该版本于2001年3月冻结。

  3GPP R5:提出了一个新的子系统——IP多媒体子系统IMS。IMS是在承载网络的基础上附加的网络,用户通过无线接入网和3G核心网的PS域接入IMS。IMS主要采用SIP协议,可以向用户提供综合的话音、数据和多媒体业务,IMS子系统与电路域相对独立。R5主要定义了IMS架构、网元功能、接口和流程、SIP协议要求、编址、QoS、安全、计费、CAMEL4等方面的内容。该版本于2002年6月冻结。

  3GPP R6:R6在R5的基础上进一步完善。定义了IMS与CS网络互通,IMS与IP网络互通,WLAN接入,基于IPv4的IMS,IMS组管理,IMS业务支持,基于流量计费,Gq接口,QoS增强等方面的内容。该版本于2004年12月冻结。

  3GPP R7:加强了对固定、移动融合的标准化制定,增加IMS对xDSL、Cable等固定接入方式的支持,还定义了FBI(Fixed Broadband Access to IMS)、CSI(Combin-ing CS bearer with IMS)、VCC(Voice call Continuity)、PCC(Policy and Charging Control)、端到端QoS、IMS紧急业务等内容。目前该版本尚在制定中。

  当前建网选用标准

  从标准的成熟度来说,3GPP R6已经成熟,可以满足IMS在移动网的商用。从商用情况看,R4在国外已经有多个商用网,也有少数基于R5的IMS网络,基于R6的IMS尚无商用产品,大部分厂家计划在2006年提供基于R6的IMS商用设备。

  R5和R6版本核心网包含了CS、PS、IMS三部分以及公共设备HSS。CS域包括MSC、GMSC、VLR,为用户提供实时语音、短信以及视频电话业务。PS域包括SGSN、GGSN,为用户提供更丰富的数据业务,数据速率得到大大提高。IMS包含CSCF、MGCF、MRF等网元,通过PS域接入和传送综合的话音、数据和多媒体业务。

  虽然IMS与CS域共用一些网元,但IMS是独立于CS域的。IMS使用IP-CAN(IP-Connectivity Access Network)传送信令和媒体流,PS域是IP-CAN的一种方式,IP-CAN能够维持终端移动情况下业务的不中断,向IMS屏蔽终端的移动性。因此IMS是独立于CS域及PS域的子系统,可以看做是叠加在R4网络上的。

  考虑到以下因素:IMS是独立于CS域及PS域的子系统,引入IMS对R4网络的影响较小;R5版本对移动网IMS的定义不够完善;R6从标准角度已经可以满足移动网的商用,但目前尚缺乏商用产品;CS的话音业务在很长一段时间内将和IMS域的话音共存;固定网和移动网最终将实现基于IMS的融合。

  如果2006年底启动3G网络建设,适宜采用R4标准建网,待基于R6的IMS有成熟商用产品后再引入IMS,提供满足用户需求的更多增值业务。

  GSM/GPRS向3G核心网演进

  对于拥有GSM/GPRS网络的运营商,GSM/GPRS核心网向UMTS的平滑演进是UMTS网络建设中需要考虑的一个重要问题。GSM/GPRS核心网演进的方向是:GSM核心网演进为3G CS域,GPRS核心网演进为3G PS域。在演进的过程中,既要考虑充分利用现网资源,实现网络平滑演进,又不能影响业务运行和业务质量。现有GSM/GPRS向3G的演进应遵循下述步骤:

  首先,UMTS建设前,2G网络的建设应充分考虑到今后的演进:电路域采用易于向R4演进的设备,分组域采用可以同时支持2G/3G的双接入设备。

  伴随着UMTS R4的建设,GSM/GPRS向3G的演进可以分为三个阶段:

  第一阶段:3G建设初期,新建3G网络,即电路域新建MSC Server、MGW,分组域新建SGSN,此外共用2G的GMSC、GGSN和其他分组域设备。这个阶段,一方面2G用户仍在增长;另一方面3G无线网络覆盖不完善,2G需要承载部分3G用户的业务量,因此2G网络容量不足。为了保证业务的安全,此时应新建3G核心网满足3G用户的需求,扩容GSM/GPRS网络满足2G用户的需求。

  第二阶段:3G发展中期,2G、3G共用核心网,即升级部分2G MSC为MSC Ser-ver,GPRS SGSN为3G SGSN,支持3G用户的接入;同时可以将部分2G BSS通过3G设备的A接口和Gb接口接入3G核心网。这个阶段,随着3G用户的增加,2G网络会出现余量,可以对具备升级条件的2G设备升级支持3G;同时2G、3G共用核心网也可以减少由于覆盖问题带来的网间切换或者电路域基于负荷的切换,降低资源消耗,提高网络效率。

  第三阶段:3G发展后期,无法升级的2G MSC、SGSN逐步退网,形成统一的3G核心网。这个阶段,3G无线覆盖趋于完善,2G用户逐步萎缩,核心网不需要提供对2G无线接入网的支持,可以逐步将无法升级的设备退网,双接入设备也无须再支持2G无线网的接入。

  UMTS核心网发展方向

  UMTS网络采用R4版本建网,并且逐步引入了IMS。3GPP IMS采用层次化的体系结构,分为业务网络、IP多媒体核心网络和接入网络三层。接入网络支持多种技术,包括3GPP PS、WLAN等,提供接入、移动性管理。IP多媒体核心网络基于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。业务网络通过开放的业务接口和简单的控制协议SIP提供多种业务。

  IMS具有如下特点:

  1.基于IP承载。IMS实体之间全部采用IP进行承载。

  2.与接入网络之间的独立性。IMS的设计思想与具体的接入方式无关,用户不论从任何IP网络均可以接入IMS。

  3.用户数据集中管理。IMS将用户的电路域、分组域和IMS数据统一管理,降低用户数据分散冗余带来的建设和运维开销。

  4.支持分组域业务漫游。引入IMS之前分组域虽然支持漫游,但是上层业务无法感知用户所在的位置。IMS中引入了P-CSCF功能实体,终端无论是漫游到外地还是其他运营商的网络都必须通过拜访地或拜访网络的P-CSCF接入到IMS中,从而建立用户终端与其归属HSS及S-CSCF的信令通路。

  5.由归属网络控制。R5中支持拜访网络控制和归属网络控制两种模式,R6只对紧急呼叫支持拜访网络控制。由归属网络控制能够强化网络运营商对于网络的控制,尤其是计费和服务质量的管理。

  6.支持多种计费方式。

  IMS在原有UMTS技术基础上,提供根据时间、流量、内容和业务等多种方式进行计费,支持分组域的在线计费功能。

  7.较完整的安全机制。安全功能包括鉴权认证、信令一致性保护以及加密。IMS核心网采用IPSec技术;接入网安全的方案可能根据不同的接入网络而有所不同。

  由于IMS为未来的多媒体应用提供了一个通用的业务平台,业界普遍认为未来固定、移动的融合将基于IMS架构。

  除3G标准组织外,ETSI和ITU-T也在研究基于IMS的网络融合方案。ETSI TISPAN和ITU-T FGNGN主要从固网的角度出发研究NGN的相关标准。IMS是TISPAN定义的NGN体系架构中的子系统之一,TISPAN IMS以3GPP R6 IMS核心规范为基础对其功能实体和协议进行扩展,支持固定接入方式,TISPAN NGN R1引入了NASS

  (网络附着子系统)以及对固网ADSL接入方式的支持。但是,IMS接入窄带用户提供PSTN仿真业务的能力还处于研究阶段,TISPAN计划在NGNR2版本加强研究基于IMS的PSTN/ISDNEmulation体系架构。FGNGN主要从TISPAN继承了IMS的定义和研究,并加以扩充。

  基于IMS的网络融合得到了设备厂商和运营商的广泛支持。各个国际主流设备厂商都在积极致力于IMS产品的研发。一些运营商也根据自身网络的状况提出了网络演进的方向,把IMS作为网络演进的目标。

  但是,目前IMS应用于固网的标准还不成熟,特别是接入固网窄带用户提供PSTN仿真业务的能力还处于研究阶段。

  然而基于IMS的固定和移动网络的融合有助于运营商在满足用户多业务需求的同时,提高服务质量,降低建网和运维成本。因此随着IMS标准的成熟和完善,移动核心网会逐步演进到基于IMS的融合NGN阶段。

关键字:路域  演进  子系统

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