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增强服务交付：IP多媒体子系统与AdvancedTCA

时间：2005年11月08日15:12 来源：搜狐数码天下

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　　要点综述

　　服务提供商均希望以新的增强服务来增加每用户平均收入（ARPU）。由于很难预测一种服务的成功与否，因此服务提供商就需要一种动态的架构，以协助他们迅速推出有市场前景的新服务，增加资源满足成功服务的增长需要，并轻松减少或取消不成功的服务。

这样的架构就是IP多媒体子系统（IMS），它使用互联网协议（IP）和会话初始化协议（SIP），是一种基于模块化和标准的服务平台。在对IMS的技术要求极其旺盛的情况下，AdvancedTCA*正有可能成为部署IMS基础设施的理想平台。　　

　　新网络需求旺盛 2

　　IMS的由来 4

　　IMS：独辟蹊径 4

　　IMS的优势 5

　　移动管理 5

　　服务质量 5

　　服务控制 6

　　标准接口 6

　　IMS网络组件 6

　　归属用户服务 7

　　呼叫会话控制功能 7

　　安全网关 9

　　IP媒体服务器 9

　　应用服务器 10

　　选择正确的IMS平台 10

　　满足IMS的技术要求 11

　　英特尔的作用 12

　　面向未来 13

　　术语缩写 14

　　了解更多信息 15

　　新网络需求旺盛

　　为渴求更多的收入，网络运营商们纷纷加入到服务提供商的行列，以求通过新的增强服务吸引并留住大量的客户。他们清楚，客户对于新服务的接受是难以预测的，在某一市场上获得巨大成功的服务未必能在另一市场上同样地大放异彩，所以服务提供商无不费尽心思，以求能找到其独具特色的“必有”服务。这样的新服务可能包括：

　　• 手机多媒体视频――在《芝加哥论坛报》最近刊登的文章《手机电影已近眼前》中，Eric Gwinn报道了两场“专为手机制作的电影”的新电影节――称这样的手机影片短小、幽默、而且充满了精彩的特写镜头。每天会有数百万计电影观众使用手机来兴致勃勃地欣赏如此短小的电影吗？

　　• 网络游戏应用――游戏玩家是否愿意将手机作为互动网络游戏（如Quake*或Halo 2*）的“首选平台”？

　　• 三重服务――过去，住宅电话（语音）、娱乐（视频）和互联网（数据）等服务的提供商总是互不相干，而且其基础设施也各不相同。网络运营商能否通过恰当的价格和上述三种服务的恰当组合，留住老客户并吸引新客户？

　　由于没有任何服务开发团体（无论能力如何）能够绝对肯定地回答这些问题，所以一个具备这些能力的动态环境就显得至关重要：

　　• 迅速开发和部署有市场前景的新服务

　　• 增加资源以满足成功服务的增长需要

　　• 减少或全部取消不成功服务的资源

　　IP多媒体子系统（IMS）之所以再度引起网络运营商的浓厚兴趣，是因为它能够提供模块化、灵活的服务，并能够快速地实现上市。跨无线、有线和电缆网络设计的IMS是一个基于IP和SIP等开放标准的框架。IMS有望能以较低的成本和最低限度的网络混乱，帮助网络运营商实现向服务提供商的转变。

　　IMS的由来

　　IMS是在多个电信标准组织联合推动下，通过第三代合作伙伴计划（3GPP*）开发，旨在提供增强型IP服务的一个全方位框架。IMS的初衷是以目前的全球移动系统通信（GSM）核心网络为基础，重点开发面向第三代移动系统的通信规范，及支持该系统的无线电接入技术。后来经过修改，其任务又涉及GSM规范及其相关无线电接入技术的维护与开发工作。

　　到目前为止，IMS已成功发布两个“阶段”成果，即众所周知的Release 5和Release 6，并且该规范已详细勾勒出一个跨无线、有线和电缆网络的IP/SIP网络服务架构框架。

　　IMS：独辟蹊径

　　与其它在IP上简单提供的电路服务不同，采用IMS框架的运营商可以在IP上建立一个开放的服务基础设施，进而简单地部署丰富的媒体通信服务。

　　IMS可以满足网络和用户的如下要求：

　　• 提供人与人的实时IP多媒体通信，如语音或视频电话；以及人机通信，如游戏、视频点播和网上冲浪等。

　　• 全面集成各种实时通信，如即时流传输和即时聊天，及其它非实时多媒体。

　　• 支持多种服务和应用的互动，例如，视频会议和游戏或者实时视频和即时通讯。

　　• 轻松地提高通信会话体验，例如，通过“单击”将即时通讯会话转变为语音会话。

　　当前IMS的重要性正与日俱增，这是因为网络运营商需要将传统的服务，如语音呼叫和短信服务（SMS）和数据服务，如电子邮件、上网和即时通讯（IM）进行融合。正如电缆提供商正在探索着同时推出视频服务和电信服务一样，网络运营商也在尝试着提供视频服务，以保持竞争力。此外，客户也期待着服务的融合，而IMS正好为网络运营商提供了一个难得的机遇。

　　IMS的优势

　　IMS具有诸多优势，尤为明显的有四点：移动管理、服务质量、服务控制和开发商界接口。

　　移动管理

　　IMS可以在IP基础设施范围内的任何地理位置，搜索用户并建立会话。它有一个组件负责保存用户数据，及用户（或服务器）之间的搜索与通信。它还有另外一个组件负责协助建立和管理会话，并转发IMS网络之间的讯息。这两个组件共同实现了高效的移动管理。

　　服务质量

　　服务质量（QoS）是IP电信系统的一个常见问题。由带宽不足和其它原因引发的有损质量的因素，如延迟、波动、数据包丢失和回声等，会使传输质量难以接受。

　　IP语音（VoIP）之所以能够迅速普及，是因为开发面世的QoS机制能够控制这些不利因素，以保持一定的质量水平。IMS融入了控制实时移动IP通信质量的特殊机制，可通过控制此处数据包网络和与其互动来确保质量的可接受性。

　　服务控制

　　移动服务提供商网络非常复杂，因为提供商必须提供各种不同的服务，以高效地满足广大客户的要求。因此提供商必须能够一目了然地对这些服务进行管理、控制和计费。

　　在优化服务交付方面，IMS侧重的是提供服务的效率。当客户访问移动提供商的IMS网络时，网络会提供一份个人资料以供下载。一旦系统拥有了这份资料，就会知道客户有权使用的服务范围，就可以决定这些服务的执行顺序，如果有必要，还可以获得网络上提供这些服务的应用服务器资料。借助这一相对简单的系统，移动运营商就可以控制和管理极大型网络中极其复杂的服务交付工作。

　　标准接口

　　由于IMS采用的是标准化架构来支持部署增强的IP服务，因此第三方可以独立为任何IMS部署开发各种服务。这有利于实现更大范围的服务集成、互操作性和漫游，也有利于创新者形成强大的网络以解决服务提供商的各种要求。

　　IMS网络组件

　　为获得上述优势，IMS主要使用了如下组件：归属用户服务、呼叫会话控制功能、安全网关、IP媒体服务器、及应用服务器。图1是这些组件及其它IMS网络组件的图解。

　　归属用户服务

　　归属用户服务（HSS）主要存储用户和服务相关的数据，如用户身份、注册信息、接入参数和服务触发（service-triggering）信息等。HSS还具备：

　　• 用户定位功能――定位分组和公共陆地移动网络（PLMN）的用户地址，并存储客户所使用的电话类型，及使用服务时所在位置等信息。

　　• 身份验证功能――存储移动用户的密钥并可为每名用户生成动态密码。

　　HSS通常存储了高达每名用户10 KB的内容。所以一个支持100万名用户的HSS可能就需要64位线性寻址能力，以便能够快速地存取内存高速缓存中的信息。

　　呼叫会话控制功能

　　呼叫会话控制功能由几个“子组件”组成，它们负责处理所有与建立和结束呼叫相关的信令，以及基本的SIP讯息交换。CSCF还可以处理控制IP媒体本身的信令，以及会话初始化管理等。这些子组件包括代理CSCF（P-CSCF）、询问CSCF（I-CSCF）和服务CSCF（S-CSCF）。

　　图1. IMS网络组件

　　信令

　　数据应用服务器

　　接入网络安全网关 P-CSCF S-SCSF 归属用户服务出口网关其它IMS

　　其它IMS 安全网关 I-CSCF 媒体资源媒体与信令网关 PSTN

　　会话边界控制器 CSCF = 呼叫会话控制功能

　　I = 询问、P = 代理、S = 服务

　　代理CSCF

　　代理CSCF是用户设备的唯一连结点。用户发出的所有讯息均须经由P-CSCF进入IMS，P-CSCF执行如下功能：

　　• 通过查询HSS来实现初步的安全保护

　　• 验证SIP讯息

　　• 执行IPSec完整性保护，以创建可信的讯息

　　• 压缩讯息以减少延迟

　　• 创建计费信息

　　目前，P-CSCF一般位于归属网络中，未来也许会被移植到被访问网络。

　　询问CSCF

　　询问CSCF是归属网络内的第一连结点，I-CSCF负责联系HSS以便为具体用户确定服务-CSCF的位置。I-CSCF可能会提供一个拓扑隐藏网际网关（THIG），它可以通过加密SIP讯息中的一些内部IP地址和其它网络信息，帮助保护IMS网络拓扑。

　　I-CSCF通常位于归属网络。如果使用THIG，则I-CSCF一般位于被访问网络。

　　服务CSCF

　　服务CSCF负责处理终端之间的所有SIP信令，并执行如下功能：

　　• 提供SIP路由，具体是将公共用户身份（目前是电话号码，将来也许会改变）转换为终端IP地址，并向应用服务器发送讯息

　　• 保持会话的畅通，将用户地址（例如，用户设备的IP地址）与SIP记录地址（公共用户身份）紧密相连

　　• 控制会话

　　• 阻止未授权用户使用服务

　　S-CSCF总是位于归属网络。

　　安全网关

　　安全网关是电信网络之间，以及企业与电信网络之间的通信通道。它主要控制讯息在NAT服务器和防火墙的出入，也可能会承担一些其它的安全功能，如数据包过滤等。此外，安全网关还具备以下功能：

　　• 强化IMS域之间的安全政策

　　• 保护出入IMS域的控制平面讯息

　　• 设置并维护IPSec安全关联（SA）

　　IP媒体服务器

　　IP媒体服务器具备所有的流媒体功能，可提供丰富的多媒体讯息：如视频、语音和文本。它负责管理相关的编码器（编码/解码）和流媒体的代码转换工作，以及回声消除、声音侦测和声音生成等工作。

　　IP媒体服务器还能够提供流倍增和流广播，以满足会议应用的需要，它还可以连结至电路交换网络。

　　应用服务器

　　应用服务器为IMS网络提供多媒体服务，它主要提供所有其它IMS组件如SIP Servlet的访问权限。应用服务器也可用来部署新服务，由于IMS采用模块化架构，因此只需更换或升级应用服务器即可完成新服务部署。这样的战略完全不同于之前的垂直模式，在垂直模式中，服务总是作为单点解决方案来部署，每项服务都使用自己的一套专有设备。

　　应用服务器可以位于归属网络，也可以位于第三方网络，如果位于第三方网络，它们就不能与HSS接合。因为应用服务器属于OSA应用服务器，所以它们可以安全地从外部网络接入IMS并连接到GSM CAMEL服务器。

　　选择正确的IMS平台

　　过去，模块化基础设施一直普遍存在于分组数据网络中，其标准化和灵活性所带来的价值已得到充分的证明。但是，通信网络所采用的标准不同，所以业界过去几年一直都在努力创建一个可用性高、可靠性可达“5个9”（即99.999％）以及性能出众的基础设施，以满足电信设备的需要。

　　鉴于模块化基础设施在数据网络中的成功经验，100多家通信业领先厂商已纷纷与标准化组织PICMG*联手，以求合作创建出一个模块化平台架构，即高级电信计算架构（AdvancedTCA*或ATCA*），以专门满足通信业向模块化过渡的需要。

　　模块化平台架构可以为TEM（电信设备制造商）提供以下明显的优势：

　　• 降低开发成本并缩短产品上市时间――TEM可以全力以赴地打造差异化平台，这样不仅将大为缩短开发时间，而且还将大幅增加解决方案的价值。

　　• 广泛的厂商生态系统形成极其灵活的供应链――该供应链可以提供针对各个集成层面的多种软硬件产品。

　　• 坚定的平台战略――采用工业标准组件进行构建，您将获得出色的灵活性和可扩充性。

　　模块化平台架构可以为服务提供商带来下列优势：

　　• 通过创新服务缩短收入回报周期――当TEM在基于工业标准的模块化基础设施上进行构建时，他们可以迅速为服务提供商提供大量特性丰富的解决方案。

　　• 提高网络的灵活性和可扩充性――基于工业标准构建的模块化平台可以快速响应不断变化的客户要求。

　　• 从容应对网络变革――要移植到融合的、全IP网络，具有强大灵活性、基于工业标准和模块化的网络组件必不可少。

　　AdvancedTCA是理想的IMS架构，真正满足了TEM和服务提供商等的各种需求。

　　满足IMS的技术要求

　　AdvancedTCA能够满足IMS组件的特殊要求。

　　• 高可用性――AdvancedTCA拥有一个先进的标准化高可用性框架，该框架支持冗余、机架管理和其它技术，可以最大限度地提高系统的正常工作时间，以满足严格的“5个9”可用性要求。这样的可用性在有些组件中尤其重要，如执行所有呼叫路由的CSCF组件，保存关于用户服务访问权限数据的HSS，以及支持用户获得服务访问权限的安全网关。

　　• SIP性能――AdvancedTCA提供了每插槽200瓦的强大动力，可有效应用高性能处理器并进行适当的冷却。这样可实现较高的计算密度，对于SIP环境（如IMS）最大限度缩短呼叫建立时间至关重要。

　　• 丰富的媒体内容和代码转换――AdvancedTCA有能力提供较高的计算密度，以支持主机媒体处理（HMP）处理语音和视频等媒体。

　　• 视频编码和RTP加速――高级夹层卡（AdvancedMC或AMC）技术可提供额外的处理能力，以全面满足媒体密集型环境的需要。

　　• 信令――AdvancedTCA处理板经过AMC子板定制，可以在需要SS7或其它PSTN信令时，提供连接至传统网络的能力。

　　• 存储――CSCF和HSS组件可能需要刀片式存储设备，以便用户能够快速地获取数据。AdvancedTCA支持跨基本或扩展交换接口的刀片式存储架构。

　　• 内存数据库――由于HSS通常需要在内存中保存10 GB以上的用户信息以便迅速的存取，因此它需要现有的高性能处理器能够提供更大的内存池。AdvancedTCA通过线性64位寻址能力提供了这一能力。

　　• 控制与用户数据分离――IMS可能需要多达四个独立网络，AdvancedTCA可以借助其灵活的GbE交换接口架构来满足这个要求。GbE交换架构可以物理性地分区控制和使用数据，是提高安全性和实现高性能的一个关键因素。

　　• 保密与安全――TLS，SSL――要在高性能系统中实现各种安全特性通常需要应用网络处理器。AdvancedTCA系统可以轻松集成网络处理器刀片，而且允许网络处理器刀片以两种方式存在：AMC子板，或者可以向灵活的分组背板中集成的独立板卡。

　　英特尔的作用

　　英特尔长期以领导者的身份全力支持着工业标准的制订工作，以便那些英明之士能够籍此标准做出前瞻性的决策，以成功高效地部署其下一代网络。这些标准帮助定义了与英特尔之模块化通信平台框架相一致的那些最新产品。该框架，即模块化通信平台框架涉及的内容包括AdvancedTCA控制以及数据平面刀片和机箱，能够持续优化以实现最出色的IP网络性能，以及英特尔® 架构处理器和英特尔网络处理器。

　　除推动标准与产品的开发之外，英特还组建了一个由150多家软硬件开发商、集成商和解决方案提供商组成的全球性团体，以同力开发模块化、标准化的构建模块、平台和解决方案。该团体就是英特尔® 通信联盟，它主要通过一个值得信赖的、基于英特尔技术、处理器、产品和服务的生态供应链，帮助广大设备制造商选择适合其解决方案需要的正确组件。联盟各成员长期与英特尔保持密切的合作，共同开发基于标准的产品与服务，以便TEM能够在各个集成层面上拥有多种选择，以加快产品的上市速度。

　　面向未来

　　在各电信服务提供商不断向真正的融合网络走近的同时，对于这个竞争异常激烈的行业，我们建议应考虑一些这样的主要战略：

　　• 通过独具特色的新服务增加ARPU。

　　• 迅速推出极具吸引力的新服务，以满足更加多元化、工作步伐更快、且移动性更高的客户群的要求。

　　• 拓展网络服务并创造更多的客户服务价值。

　　• 构建灵活稳定的基础设施，以便利用市场的新机遇，动态地提供诸如三重语音、视频和数据服务等新服务。

　　• 在当今瞬息万变的市场中，保持竞争力并减少客户流失。

　　IMS正在快速向前发展，并将成为解决这些挑战的最佳选择。结合采用英特尔构建模块的工业标准模块化通信平台的上市优势，IMS将能够让电信行业动态提供可带来持续收益的增强服务。

　　术语缩写

　　3GPP 第三代合作伙伴计划

　　ARPU 每用户平均收入

　　ATCA 高级电信计算架构（AdvancedTCA）