原创 基于IMS的移动数据业务框架研究

    在未来的3G移动通信网络中，基于IMS建立统一的多业务融合网络，提供与接入无关的更为丰富的多媒体业务，已经成为运营商的共识。在全球范围内，越来越多的移动运营商开始构建面向商用的IMS网络，并尝试提供新的服务应用。同时，很多固定网络运营商也越来越看重IMS的应用。IMS已经成为移动增值业务技术发展的重要因素。

    IMS的基础业务不再赘述，本文将重点介绍基于IMS的移动增值业务架构，以说明IMS强大的业务开发能力。

    1、IMS的业务支持架构

    IMS技术最初是由3GPP提出的，是一种利用移动分组域网络如GPRS等作为承载的移动多媒体数据业务解决方案，同时满足了各种多媒体数据业务在安全、计费、移动性以及QoS等方面的需求。IMS系统可看作为多种多样的IMS业务提供的一个基础平台。IMS的基本协议主要基于IETF已有的标准，3GPP根据具体的业务和功能的需求进行了相应的扩展，主要协议包括SIP、Diameter、COPS等。

    IMS标准方面，目前有多个组织致力于IMS标准的制定，目的是使IMS成为基于SIP会话的通用平台，同时支持移动和固定的多种接入方式，实现移动和固定网络的融合。3GPP、3GPP2定义IMS网元与接口等网络基础设施；OMA定义各种IMS业务，如即时消息、PoC等；“Parlay组织”则负责定义标准的API框架；IETF则定义了IMS下的SIP、SDP与其他协议；ETSI把IMS用作TISPAN NGN体系结构的基础，旨在为所有基于NGN的电信业务提供统一的结构。

    为了适应下一代网络业务与控制分离的原则，IMS必须提供开放的接口来接入各种业务服务器，允许各种业务提供商通过标准的接口向网络提供服务。3GPP标准为IMS业务的开发提供了三种机制，即针对IMS业务的Camel功能、开放业务架构（OSA）和会话初始协议（SIP），并在不同的版本中给出了相应的定义。

    IMS的业务框架是IMS系统比较成功的一个方面，通过基于SIP的ISC（Internal Service Control）接口，由S-CSCF与各种应用服务器功能实体组成，如图1所示：由于IMS融合了语音和数据业务，又结合了IP网的灵活性和SIP的可扩展性，使得IMS支持的业务更加丰富。IMS在业务方面除原有的Camel、OSA之外，还支持SIP应用服务器提供业务的方式。

    图1　IMS业务提供框架

    IMS中的业务提供是基于在用户归属域中的业务控制逻辑，所有消息都是通过在归属域中的S-CSCF进行路由的。在其基本业务提供框架中，S-CSCF可根据从HSS下载的触发信息，直接将SIP消息转发给相应的AS，完成将业务逻辑转换成业务配置的应用。

    IMS的业务架构能够适应不同业务的接入要求，与当前普遍采用的开放性业务架构一致，都是自上而下的三层结构：第一层是应用服务器（AS）；第二层是业务能力服务器（SCS）；第三层是S-CSCF。业务可以在分布式架构中开发，如图2所示：

    图2　IMS业务分层结构

    （1）应用服务器层

    在IMS体系结构中，作为会话控制主体的S-CSCF通过IP多媒体业务控制（ISC）接口与应用服务器通信获得各种服务和应用。应用服务器层（Application Server）提供业务逻辑，用来支持用户的各种业务属性。根据所支持业务类型的不同分为以下三种：

    ◆SIP应用服务器：包括业务能力交互作用管理器（SCIM）功能和其他应用服务器。应用服务器也可以访问其他应用服务器，实现应用实体之间的相互调用。当其他应用服务器位于归属网络之外时，应用服务器可作为其他应用服务器的网关功能。由于ISC采用了SIP，故可直接于S-CSCF相连，CSCF能以SIP服务器的方式直接调用这些业务，减少了信令转换。

    ◆OSA应用服务器：完成基于OSA API开发的第三方业务。第三方业务的提供商利用OSA API进行新业务的开发，由OSA提供的安全API来接入UMTS，使用网络的性能，而不再受限于运营商提供的业务。不同的应用提供商就可以通过开放的网络访问接口获得底层网络的承载能力，并进行应用开发。

    ◆Camel SE：即IM-SSF，主要用于接入传统智能网中的SCP，是一种特定类型的应用服务器，目的是保持智能网的特征（如触发检出点、Camel业务交换有限状态机等）并通过INAP/CAP与智能网交互，完成传统的移动智能网业务。

    （2）业务能力服务器层

    由于OSA API和Camel环境并不能直接支持基于SIP和扩展SIP的ISC接口，所以出现了中间层——业务能力服务器层。主要用于不同协议之间的映射。

    ◆OSA SCS：完成OSA API与ISC接口的信令进行映射。通过SIP方式执行一个或多个OSA业务能力特征（OSA SCF）。

    ◆IM-SSF：类似于传统智能网的呼叫控制功能和业务转换功能，使现有的基于Camel业务环境的增值业务能继续提供，并生成新的增值业务。SSF完成CAP与SIP之间的协议转换，是SIP和Camel间互通模块。

    （3）业务控制层S-CSCF

    S-CSCF通过ISC接口与业务平台相连，在S-CSCF看来，SIP AS、OSA SCS和IM-SSF都执行相同的接口行为，ISC使得各种Server都能接入IMS。这里S-CSCF检测是否并如何包含业务逻辑来提供增值业务。同时，S-CSCF使用Cx接口从HSS中提取用户配置信息，再由S-CSCF使用ISC接口与不同业务平台互相通信。

    AS和CSCF之间采用ISC通信，选择采用单一的业务控制接口，避免了增加S-CSCF的复杂性。

    IMS提供的上述三种业务提供方式分别适用于不同类型的业务：

    （1）基于SIP的业务应用；

    （2）基于OSA的业务应用；

    （3）基于Camel的业务应用。

    2、OMA的业务体系架构

    OMA（Open Mobile A1liance）正式成立于2002年6月初，推出开放的移动架构。其前身为：Open Mobile Architecture Initiative Supporters和WAP Forum。后续有一些组织加入了OMA，包括Wireless Village、MGIF（Mobile Gaming Interoperability Forum）、SyncML　Initiative、MWIF（Mobile　Wireless Internet　Forum）、MMS　IOP和LIF（Location Interoperability Forum）。OMA的主要任务是收集市场需求并制定规范，清除互操作性发展的障碍，并加速各种全新的增强型移动信息、通信和娱乐服务及应用的开发和应用。OMA代表了无线通信业的革新趋势，它鼓励价值链上所有成员通过更大程度的参与行业标准的制定，建立更为完整的、端到端的解决方案。

    作为移动通信业界一个重要的标准组织，OMA从成立开始就对移动业务应用框架结构进行了深入的研究，并且很早就开始致力于基于IMS能力的业务应用技术和标准研究。OMA认为，业务应用层应该尽可能充分利用IMS提供的业务能力，特别是SIP会话控制方面的能力，并在此基础上对应用层的业务能力进行标准化研究，例如Presence、即时消息、PoC等。

    2.1　OMA OSE

    OMA Service Environment：OMA的体系架构规范，可以简单的理解为OMA定义的移动业务应用层逻辑体系架构，或者体系架构的抽象模型。

    OSE的目标就是提供一个灵活的、可扩展的结构给应用开发者，业务引擎和业务提供者，包括OMA引擎和相关操作者之间的一个概念环境，业务引擎之间的重用，一个可以供业务引擎加入的框架结构，可以提供给业务开发者和SP的一个完整的具有互操作性的环境，将OMA业务引擎向更好的集成结构的移植。

    OSE 1.0规范已经完成，并开始实施。OSE 1.0的逻辑结构如图3所示：

    图3　OSE逻辑结构

    为了简化业务应用层的架构模型，OMA首先对各种应用接口进行了分类。OMA在OSE中定义了四类接口：

    ◆I0：Enabler的内在功能接口类，由OMA进行定义。若没有Policy部分，该接口直接提供给Application和其他Enabler，便于不同Enabler之间的功能重用。

    ◆I0+P：应用了Policy的I0接口，提供给Application和其他Enabler。其中，P是I0接口上的一个附加参数集，部分P参数的语法和语义在OMA中进行定义，但P也可以不含任何附加参数；

    ◆I1：Enabler资源与服务提供商执行环境之间的接口，例如软件生命周期管理。在OMA中进行规范，作为OSPE的一个部分。

    ◆I2：Enabler实体调用底层资源功能的接口类，例如IMS提供给应用层的开放接口。这一类接口不在OMA中进行规范。

    2.2　3GPP IMS与OMA OSE的关系

    IMS通过会话协商和管理、QoS管理以及移动性管理等关键性技术实现端到端的通信业务。对现有的CS、PS核心网络，IMS是专为实时的、端到端的移动多媒体业务而设计的，如Rich Call、Video Telephony等。采用IMS技术的运营商还可以提供以下业务：非实时性的端到端业务，如Chat、IM等；多方业务，如多媒体会议、聊天室等；服务器到用户的业务，如Dynamic Push Serviecs、Click to Dial等。由此可见，IMS是真正能提升用户体验、提高运营商收益的核心网技术。这也是需要引入IMS的根本原因，即业务驱动IMS的发展。

    在逻辑框架结构方面，目前OMA已经是移动业务应用领域标准研究的最重要的组织，参考IMS在体系框架方面的研究，将来移动业务应用层面的框架结构如图4所示：

    图4　OMA OSE与IMS的关系

    如图4所示，可以把业务应用层面细分为三个子层，即应用层、业务能力（Service Enabler）层和业务控制层。其中应用层包括各种应用服务器，为用户提供各种应用。业务控制层包括基于IMS的底层控制和非IMS的底层。业务引擎层包括三个方面：

    （1）OMA的OSE中的各种业务引擎，例如使用IMS控制的PoC业务引擎、IM业务引擎等，以及不使用IMS控制的MMS、Browser、Location、DM、DLOTA等；

    （2）IMS本身定义的一些业务，例如Messaging、Conference等；

    （3）其他非OMA业务，例如移动分组流媒体业务（PSS）、MBMS等。

    目前已经具备业务能力如Java下载、MMS、WAP等在业务演进的过程中可以保持不变，在总体业务层面的逻辑结构中所处的位置如上文所述，即：

    （1）WAP、MMS、Java下载：处于业务引擎层中的OMA OSE部分；

    （2）LCS、移动流媒体：处于业务引擎层中的其他非OMA的业务能力部分。

    部分业务在IMS的发展过程中有向IMS迁移的可能性，例如消息类的业务将来可以使用IMS进行控制，这种迁移有赖于IMS的技术完善和业务的发展情况。

    相对于应用层来说，IMS提供了一个基于SIP的体系结构，解决会话管理、鉴权认证机制、路由、压缩、计费、移动性管理和QoS控制等方面的需求。OMA研究特定的业务引擎，这些业务引擎应充分利用IMS提供的接口、使用IMS的业务能力，甚至可以通过IMS使用网络基础设施的资源。OMA定义的业务能力充分利用IMS提供的能力和接口，将有效的节省运营商的在业务网络建设和运营维护方面的投资。

    如图5所示，IMS为应用层提供的接口如Ut、Dh、Sh、Mb、ISC、RF、Ro等等，在OMA OSE中都被认为是12类的接口，即业务能力实体调用底层网络资源功能的接口类。业务能力实体（Service Enabler）在架构设计的阶段就应该充分考虑如何利用IMS提供的这些接口使用IMS已经具备的业务能力，并且在必要时可以通过IMS的这些接口使用网络基础设施的资源。

    图5　IMS提供的应用接口

    3、基于IMS的OMA业务能力

    OMA的部分业务体系是构建在IMS平台上的，OMA定义的这些业务能力之间通过IMS实现互通，通过IMS把各种业务能力整合。OMA定义的这些业务能力主要是基于SIP协议的即时通信类业务能力，包括XDM、Presence、IM和PoC等，如图6所示：

    图6　基于IMS的OMA业务能力

    XDM为组和列表管理，是即时通信类业务的基本能力实体。Presence、PoC、IM等都需要接入和操作一些各自所需要的信息。这样的信息不总是单纯的列表，而也可以是定义终端用户个性化属性的列表集合。这些业务能力实体定义了这些文档的条目，包括语法和用途。不同的业务能力实体定义各自需要的不同的文档类型。为保证这样的信息能被相关业务能力实体访问，它们储存在网络中的XDM功能实体中，并且能够被授权PoC、IM等实体访问和操作。

    呈现（Presence）业务，就是使得参与实体（人或者应用）通过网络实时发布和修改自己的个性化信息，比如：位置、心情、连通性（外出就餐、开会）等，同时参与实体可以通过订阅、授权等方式控制存在信息的发布范围。Presence业务可以通过E-mail、SMS、IM等方式通知用户状态信息。

    即时消息（Instant Message，IM）业务，即可在一系列的参与者间实时的交换各种媒体内容信息，并且可以实时知道参与者的呈现（Presence）信息，从而选择适当的方式进行交流。它具有便利、快捷、直接的特点，非常适合朋友之间、组织内部以及企业和客户之间的交流。

    呈现（Presence）和即时消息（Instant Message）存在着两种标准，一种是基于Wireless Village的IMPS，另外一种是基于SIMPLE/SIP的IM与Presence。Wireless Village协议体系定义了用于移动即时消息服务的架构协议，以及测试规范和工具，内容比较完备，相对成熟，但不能支持SIP接入方式，并且对协议开放性方面的考虑相对不足，不利于业务的扩展。而基于SIMPLE/SIP的IM与Presence则是业务发展的主要趋势，能够充分利用IMS提供的会话控制机制，也是目前OMA组织正在研究的两个重要的业务能力标准。

    PoC业务是利用现有移动分组网络承载的高速数据业务功能提供分组语音服务，在业务逻辑上采用类似现有集群通话的半双工模式，支持“一对一”、“一对多”等多种通话方式。PoC业务是在IMS框架中使用PoC应用服务器实现的，群组的建立与管理使用XDM业务能力，通过Presence获知和发布用户的即时状态，而语音通话则通过RTP流载体实现。PoC业务同样也存在不同的方案：基于移动分组网络的PoC和基于IMS网络的PoC。目前标准化组织主要研究的是基于IMS网络的PoC标准。

    IM业务和PoC业务的需求方面有很多重合的部分，主要体现在支持多方通信，IM和PoC业务所要实现的目标几乎一致，此外，在网络结构和协议部分也有很多相似的内容，在标准中也会尽可能共享。

    4、小结

    IMS作为一个网络基础设施，使得移动运营商能够充分利用其提供的开放业务机制实现快速业务开发。OMA的部分业务能力构建在IMS平台上，这些业务能力之间通过IMS实现互通，并且可以通过IMS将各种业务能力进行组合。IMS在未来网络通信网络中强大的生命力就在于它为各种移动业务应用提供了一个公共的基础设施，以及快速的业务组合能力。

    作者：吴伟 来源：泰尔网