NGN中的移动多媒体业务平台

   随着宽带IP技术的发展和IP业务量的飞速增长，网络技术正成为信息产业发展的焦点和多媒体业务发展的主要推动力量；随着波分复用(WDM)和密集波分复用(DWDM)技术的成熟和实用，超大容量的光纤传输使得宽带网络成为现实，通信主干网已经具备了强大的应用支撑能力；随着多媒体业务的迅速兴起，特别是互联网应用的飞速发展，新一代网络从体系结构、管理理念、服务质量、商业模式等方面对传统电信网发起了冲击；移动电话的快速普及加速提升了人们对更广泛业务的移动性要求。因此，无论新兴运营商还是传统运营商都要寻找新的市场机遇和商业模式，创造新的业务增长点来吸引更多的用户。具有良好的可扩展性和开放的体系架构、支持各种综合业务、基于软交换技术的下一代网络能提供新一代多媒体业务的解决方案，将创造出新的业务增长点。

1 下一代网络
    下一代网络(NGN)是一个以全新IP技术为基础的综合开放的网络体系结构。NGN融合电信网、有线电视网和Internet为一体，提供数据、交互式语音、视频以及多媒体等各种业务。NGN将真正实现网络设施不受时间、空间和带宽的限制，充分实现网络无缝隙宽带接入。NGN具有4个主要特征：

(1)NGN是一个基于统一协议的分组网络，能方便地实现各种异构网的互通。

(2)NGN基于开放的网络体系结构，为开展新业务提供了开放的编程环境。NGN提供开放的应用编程接口(API)，使得业务和应用的提供有较大的灵活性，从而满足用户不断发展的通信需求，也使得网络具有可持续发展的能力和竞争力。

(3)NGN采用业务与呼叫控制分离以及呼叫控制与承载分离来实现相对独立的业务体系，允许业务和网络独立发展。

(4)NGN与各个服务提供商配合，融合通信、信息、电子商务、娱乐等业务，把Internet上大量孤立的应用和NGN网络的其他服务组成密不可分的运营业务整体，实现新型语音、数据、视频和多媒体业务。
    软交换技术[1]是一种控制功能实体，特点是采用开放式分层体系结构实现分布式和集中式相结合的通信和管理方式，具有良好的结构扩展性。软交换技术为NGN提供具有实时性要求的业务呼叫控制和连接功能控制，是NGN的呼叫和控制的核心。NGN从功能上划分可分为4个层次：接入层、传输层、控制层和业务层。

(1)接入层
    接入层支持用户综合业务的接入，并负责用户信息格式的转化，实现不同网络模式的融合和促进。主要包括与现有网络相关的各种网关或终端设备。

(2)传输层
    传输层采用分组交换技术的包交换网络，主要由IP路由器及ATM交换机构成，为下一代网络提供一个高可靠性、具有服务质量保证、高带宽的统一综合传送平台。

(3)控制层
    控制层采用以软交换技术为基础的控制核心。控制层决定用户收到的业务，并能控制低层网络元素对业务流的处理，主要完成呼叫和业务的控制、连接、路由、计费、认证和业务提供等功能，并具备开放接口的能力。

(4)业务层
    业务层为开放、综合的业务接入平台。在电信网络环境中，业务层智能地接入各种业务，提供各种增值服务。在多媒体网络环境中，需要相应的业务生成和维护环境。

2 移动IP网络
    移动IP网络[2]是移动通信网和Internet网的融合。移动IP网络不是两个网络简单地叠加在一起，而是两个网络深层次的融合。
    移动IP网络通过对IP协议进行扩展，支持拥有固定IP地址的终端的移动性。终端不论移动到什么地区或者通过什么方式连接到Internet，在不改变现有网络的IP地址、不中断正在进行的网络通信以及不中断正在执行的网络应用的情况下，可实现对网络的不间断访问。
    显然，无论是UMTS的无线接入网(UTRAN)还是固定网，移动性都是实现NGN目标的关键，移动IP提供的机制可保证IP层的宏观移动性。
    移动IP体系由3个主要构件组成：
(1)移动终端功能
    移动终端可以通过外部代理(FA)向归属代理(HA)进行注册，也可以直接向归属代理进行注册。

(2)归属代理功能
    归属代理负责更新信息，存储移动终端的位置信息，将发给移动终端的起始归属位置的数据发给移动终端当前所在位置。

(3)外部代理功能
    外部代理负责注册来访移动终端，提供将数据路由至来访移动终端的功能。

    总之，通过移动IP，实现了IP网络的移动性，真正实现移动终端在IP网际漫游。

3 IP多媒体子系统
    IP多媒体子系统(IMS)[3]作为NGN的重要平台，使用会话启动协议(SIP)作为通信基础，不仅实现了固定网络与移动网络的无缝业务传递，还丰富了下一代网络的语音、数据和多媒体等各种综合业务。
    IP多媒体子系统为业务开发商提供了开放的可编程环境，为运营商快速、灵活开发下一代新业务提供了一个开放的平台。
    IP多媒体子系统的优势在于通过SIP与应用增值服务器联系提供先进移动多媒体增值业务，将基于Web的新业务和SIP协议的优势结合起来，为运营商现有的客户提供更多更完善的服务，从而吸引大量的企业和集团用户。基于SIP的互操作性方便了运营商大规模部署网络；极好的性能价格比为运营商大大节省了建设成本；电信级的操作维护管理配置、运营支撑系统的整合，极大地方便了运营商的业务管理和维护。

3.1 IMS的主要特征
    IMS具有如下主要特征：
(1)控制功能/承载能力、呼叫/会晤、应用/服务分离，将话音、视频、数据和多媒体业务通过分组交换网进行传输。

(2)实现了移动网、电信网和互联网的业务融合，可无缝地集成于无线网络和固定网络之中，最大限度地实现全球统一的无缝漫游。

(3)业务与网络分离，并提供一个开放的可编程环境，方便运营商和业务开发商根据市场需求快速开发业务。

(4)基于SIP协议的分组网络体系结构能方便地实现各种异构网的互通。

(5)具有通用移动性，即终端移动性、用户移动性和业务移动性。终端移动性表示终端位置移动时用户仍然能使用业务，用户移动性表示用户可以用任一终端使用移动业务，业务移动性表示用户可在任意地点用任意终端使用移动业务。

3.2 IMS主要网络功能实体
    按照NGN网络功能分层模型，IMS从功能上也分为4个层面，即接入层、传输层、控制层和业务层。IMS各个网络功能实体的功能如下：

(1)呼叫会话控制功能
    呼叫状态控制功能(CSCF)主要由P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF 3个功能实体组成。
P-CSCF是用户设备(UE)和IMS子系统的第一个连接点，主要实现代理服务器的功能，同时也可以实现用户代理(UA)的功能。P-CSCF根据主叫/被叫SIP的通用资源标识符(URI)查询相应的归属域，完成用户的注册和呼叫连接。可以采用多个P-CSCF的方式来共同完成负载分担，在进行网络规划时，可以根据该域内活动用户数目(包括本地用户和漫游用户)来配置P-CSCF的数量。
I    -CSCF是P-CSCF和归属域的连接点，根据用户属性在归属用户服务器(HSS)中查询相应的S-CSCF来为该用户服务。
    S-CSCF具有SIP登记员和SIP代理服务器的功能，是整个IMS系统的控制核心。SIP登记员接受用户的注册请求并记录用户的SIP地址和IP地址，SIP代理服务器提供路由功能并负责将SIP用户请求和响应前转到相应的下一跳。同时S-CSCF还具有UA的功能。

(2)媒体网关控制功能
    媒体网关控制功能(MGCF)根据被叫号码和来话情况选择CSCF，并完成综合业务用户部分(ISUP)与IMS之间的呼叫控制协议转换，控制媒体网关(MGW)媒体通道的建立、释放以及呼叫的状态。

(3)媒体网关
    MGW将一种网络中的媒体格式转换成另外一种网络的媒体格式。MGW的功能在MGCF控制下完成音频流、视频流和数据流以及这些组合流的转换，实现不同网络之间媒体的互通功能。

(4)信令网关
    信令网关(SG)负责信令的转换，作用是完成信令网和IMS之间信令的相互转换，对信令消息进行中继、翻译或终结。信令网关只是针对两个网络之间信令的底层转换，并不改变应用层的消息结构，从应用层的角度来说信令网关是透明的。

(5)出口网关控制功能
    出口网关控制功能(BGCF)完成网络的选择和MGCF的选择功能。BGCF根据被叫号码和来话情况判定终呼去向，从而决定要前转的网元实体(如MGCF、BGCF或CSCF)。

(6)媒体资源功能
    媒体资源功能(MRF)分媒体资源控制部分(MRFC)和媒体资源处理部分(MRFP)。
媒体资源功能控制部分控制MRFP中的媒体流资源，转化来源于应用服务器和S-CSCF的信令，并根据接收的信令消息控制相应的MRFP。
    媒体资源功能处理部分控制Mb接口上的承载，提供可以被MRFC控制的多媒体资源，实现多方会议，提供多媒体放音资源，并进行编码转换和媒体分析等多媒体处理。

(7)应用服务器
    应用服务器(AS)包括SIP应用服务器、OSA应用服务器等，为运营商或者第3方提供增值多媒体业务服务。

3.3 IMS网络体系结构
    多媒体子系统(IMS)是在分组域的基础上为移动终端提供多媒体业务。IMS主要是由两个逻辑区域：归属网络域(HN)和拜访网络域(VN)组成。归属网络域和拜访网络域的划分使得用户可以从其他运营商的网络上发起业务请求，而运营商可以通过控制漫游为用户提供归属网络域所拥有的业务。
    移动终端通过分组域(PS)同P-CSCF建立分组数据协议(PDP)上下文。IMS参考模型还以接口方式描述了IMS与其他系统如多媒体IP网、PSTN/ISDN网和应用服务器(AS)之间的接口，其中归属用户服务器是3G核心网内所有签约用户的主要数据库系统，存放用户的认证信息、业务信息、漫游信息等。

4 结束语
    作为下一代网络的重要平台，IP多媒体子系统既适用于基于IP的移动多媒体业务，也适用于传统语音、数据和视频业务，将引导未来的移动多媒体业务的发展方向。

5 参考文献
[1] 糜正琨, 王文鼐. 软交换技术与协议 [M]. 北京: 人民邮电出版社, 2002,7.
[2] James D Solomon. Mobile IP: the Internet Unplugged [EB/OL]. http://portal.acm.org/citation.cfm?id=265302&dl=ACM&coll=portal.
[3] 3GPP TS 23.228. IP Multimedia Subsystem: Stage 2 [S].

收稿日期：2004-01-03

[摘要] IP多媒体子系统作为下一代网络的重要平台实现了固定网络与移动网络的无缝业务传递，丰富了移动多媒体的各种增值业务。IP多媒体子系统具有控制功能与承载能力分离、呼叫与会晤分离、应用与服务分离、业务与网络分离、移动网与互联网业务融合的主要特征，既适用于基于IP的移动多媒体业务，也适用于传统语音、数据和视频业务，是未来移动多媒体业务的发展方向。

[关键词] 下一代网络；IP多媒体子系统；呼叫会话控制功能；媒体网关控制功能；出口网关控制功能

[Abstract] As an important platform of NGN, the IP multimedia subsystem (IMS) supports seamless service delivery between the wired network and mobile network and enriches the value-added services of NGN mobile multimedia technology. With the characteristics of separation of control function from carrying capacity, separation of call from session, separation of application from service, separation of service provision from network operation, and convergence of mobile networks and the Internet, it can be used for IP-based mobile multimedia services as well as traditional voice, data and video services. IMS will be well developed for future multimedia services.

[Keywords] NGN; IMS; CSCF; MGCF; BGCF