IMS网络部署、运营与未来演进
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1.5 IMS的标准化

1.5.1 IMS相关标准化组织的关系

国际电信联盟(International Telecommunication Union,ITU)国际移动电信2000 (International Mobile Telecommunication-2000,IMT-2000)是3G网络的全球标准。IMT-2000是不同标准组织相互协作的结果,它的目标是通过使用无线链路来访问电信业务,这里所述的无线链路包括卫星网络和地面网络。

首先介绍IMT-2000中所涉及的两个标准组织:第三代伙伴计划(The 3rd GenerationPartnershipProject,3GPP)和第三代伙伴计划2(The 3rd GenerationPartnershipProject 2,3GPP2)。但是制定IMT-2000时还涉及其他组织,例如,国际电信联盟无线通信部(International Telecommunication Unit-Radio communication sector,ITU-R)。

3GPP和3GPP2分别对各自的IMS进行了标准化。3GPP IMS和3GPP2 IMS非常类似,但是二者仍有一些区别,这些区别主要来自3GPP和3GPP2所规范的移动网络上的区别。

3GPP IMS和3GPP2 IMS的重要类似之处就是二者都使用IP协议,该协议是由因特网工程任务组(Internet Engineering Task Force,IETF)进行规范的。因此,3GPP和3GPP2在开发满足要求的协议时都需要与IETF进行协作。后面各节中将分别对IETF,3GPP,3GPP2以及IETF与3GPP/3GPP2的协作历史进行介绍。

除了上面提到的两个标准化组织外,在IMS业务的开发中,开放移动联盟(Open Mobile Alliance,OMA)起着非常重要的作用。3GPP和3GPP2均对较少的IMS业务进行了标准化,如基本视频呼叫或者视频会议,而OMA主要关注IMS之上的业务引擎(Service Enabler)的标准化(当然,除了OMA外,还有其他的标准化组织和第三方也致力于IMS业务和业务引擎的开发)。

最近,随着IMS在固定网络接入领域的发展,例如,在下一代网络(Next Generation Network,NGN)中的应用,还出现了一些其他标准化组织。

通过对基于IMS的用于固定网络接入的下一代网络规范发展情况的若干年研究,ITU-T在2004创建了下一代网络焦点研究组(NGN Focus Group,NGN-FG)。2004年,欧洲电信标准协会(European Telecommunication Standards Institute,ETSI)创建了电信与互联网融合业务及高级网络协议(Telecommunication and Internet converged Serviced andProtocols for Advanced Networks,TISPAN)技术委员会,其目标是基于IMS对用于固定网络接入的下一代网络进行标准化。ETSI TISPAN向3GPP提交了IMS规范集。2007年底,ETSI TISPAN的IMS公共部分被转交给3GPP,并且仅在3GPP中对这些公共IMS部分进行了标准化。

在北美,NGN焦点研究组为了研究NGN和IMS对北美固定接入网的应用,于2004年创立了电信业解决方案联盟(Alliance for Telecommunications Industry Solutions,ATIS)。这些标准化组织与NGN的定义和IMS对固定接入网的应用保持同步。另外,它们还为3GPP和3GPP2带来了新需求以支持对IMS的固定宽带接入。

但是这并不是全部,在北美,电缆业界是由CableLabs领导的PacketCable发起的,其2.0版本规范了为IMS提供多媒体业务的电缆网络,PacketCable也为3GPP提供了一套IMS规范。

1.5.2 因特网工程任务组(IETF)

因特网工程任务组(Internet Engineering Task Force,IETF)是一个比较松散的,由网络设计者、运营商、制造商和研究机构构成的自组织小组,它致力于公共因特网的架构开发、协议制定以及相关操作。IETF是一个对任何感兴趣的个体都开放的组织,它不是一个公司,因此,没有经理董事会,没有员工也没有薪水。

IETF是一个与因特网相关的标准化组织,目前因特网所使用的很多协议都是IETF开发的。IETF没有对网络、不同协议组合架构、节点的内部行为或者API进行标准化,IETF是与IP相关协议的协议工厂。

1.IETF的组织架构

IETF的工作是以工作组的形式进行组织的,每个工作组都负责执行特定的任务,都有1~3个主席,由他们来保证按时完成该组所负责的任务。工作组的生命周期是暂时的,所以一旦它们提交了文档后,该工作组要么接受新的任务,要么就解散了。在IETF中,共有100多个有效的工作组。

工作组用首字母缩写来标识所负责的任务,例如,SIPPING就是会话初始协议研究(Session Initiation Protocol Investigation,SIPPING)的缩写,而SIMPLE则是用于即时消息和支持呈现扩展的SIP协议(SIP for Instant Message and Presence Leveraging Extensions,SIMPLE)的缩写,AAA是鉴权、认证和计费(Authentication Authorization and Accounting,AAA)的缩写。

工作组的集合构成了一个领域理事会。通常,对IMS感兴趣的工作组属于传输领域的一部分,但是一些工作组包含在应用领域或者其他领域。2006年3月,IETF创建了一个新领域,即新实时应用和架构(Real-time Application and Infrastructure,RAI)领域,其主要目的是对所有围绕实时通信研究的工作组进行合并,包含所有与SIP相关的工作组。

目前,IETF共有8个不同的领域,每个领域有1~2个领域经理,他们与IETF主席一起构成了因特网工程指导组(Internet Engineering Steering Group,IESG)。IESG是IETF的技术管理团队,他们决定IETF应该研究哪些领域,并对所有产生的规范进行审议。

以下网页分别包含所有领域的全部工作组列表,以及SIPPING工作组所涉及的工作:

http://www.ietf.org/html.charters/wg-dir.html

http://www.ietf.org/html.charters/sipping-charter.html

因特网架构理事会(IAB,Internet Architecture Board)是一个提供技术领导的组织,它处理各种请求。

2.工作组的运作

IETF中的技术工作由工作组完成,工作组没有任何形式的员工,它们只是由一些志愿者组成,即他们在为IETF工作时并不代表其所属的公司。

工作组内的多数技术讨论都通过邮件列表来操作,即使是进行面对面的确定(一年3次),也必须通过邮件列表来确认。

在工作组中使用的技术文档被称为因特网草案,这种草案有两种类型:个人提交的草案和工作组项目。个人提交的草案是指由个人提交的技术建议。如果工作组认为个人提交的内容是很好的研究点,那么该建议将变成工作组项目。

个人提交的草案和工作组项目可以通过存储的文件名来进行区别。个人提交的文件以草案作者的名字开头(draft-作者名字),而工作组项目则以工作组名字开头(draft-ietf-工作组名字)。

所有因特网草案列表可以在以下网页获取:

http://www.ietf.org/internet-drafts/

当工作组认为工作组项目可以作为请求意见(Request for Comments,RFC)发布时,工作组主席将把草案发送给IESG。IESG可能会向工作组反馈意见,例如,可能会要求工作组修改草案中的部分内容,IESG最终会决定是否将该草案作为新的RFC来进行发布。

尽管多数因特网草案都是IESG从工作组中获得的,但是个人也可以直接向IESG提交因特网草案。

需要注意的是,对于因特网草案,即使是工作组项目,也只代表工作的成果,只能作为参考。因特网草案是临时性文献,发布后6个月自动到期并被取消。它们可以随时进行修改而无须考虑与现存技术的后向兼容性问题。只有当该特定的因特网草案变成了RFC后,才可以认为它是一个稳定的规范。

3.RFC的类型

IETF产生的技术文献被称为RFC。根据其内容,可以将RFC分为以下3类:

● 标准RFC;

● 非标准RFC;

● 最优当前实现RFC。

标准RFC通常来定义协议或者协议的扩展。根据协议的成熟度,有3类标准RFC:建议标准、草案标准和因特网标准。标准规范从建议到草案,并最终到因特网标准。该过程中的一个重要需求就是一个特定的规范由多人实现,以证明通过规范进行的独立实现可以成功地进行互操作。

但是,在实践中,只有很少的RFC满足标准等级并成为因特网标准。目前,在因特网上频繁使用的许多协议规范都是建议标准。

对于非标准RFC,也有3种不同类型:实验的、信息的和历史的。实验RFC给出的规范在使用时有一些限制,而信息RFC则为因特网团体提供一些研究点信息,例如,需求文献或者进展。当一个标准RFC过时后,它将变为历史RFC。

当一个文献被作为RFC发布后,则会对其分配一个RFC序列号,该序列号与RFC的类别独立。除了RFC序列号外,文献还应该有在BCP(Best Current Practice)或者STD (Standards)系列中的附加号,这取决于RFC的类别,例如,RFC规范的IP协议就是STD 5。

BCP RFC记录团体执行特定任务的当前最优实践,它可以是协议问题,也可以是管理性问题。

1.5.3 第三代伙伴计划(3GPP)

第三代伙伴计划(3GPP,The 3rd Generation Partnership Project)于1998年成立,它是很多地区电信标准组织相关协作的结果,被称为有组织的伙伴。当前3GPP组织的伙伴有:

● 日本的无线工业和商务协会(Association of Radio Industries and Business,ARIB),http://www.arib.or.jp/english/

● 中国的中国通信标准化协会(China Communication Standard Association,CCSA),http://www.ccsa.org.cn/english/

● 欧洲电信标准协会(European Telecommunications Standards Institute,ETSI),http://www.etsi.org/

● 美国电信业解决方案联盟(Alliance for Telecommunications Industry Solutions,ATIS),http://www.atis.org/

● 韩国电信技术协会(Telecommunications Technology Association,TIA),http://www.tta.or.kr/English/

● 日本电信技术委员会(Telecommunications Technology Committee,TTC),http://www.ttc.or.jp/e/

3GPP起初是在GSM基础上,负责为第三代移动系统研究开发全球可应用的技术规范和技术报告,现在的研究范围已进行了扩大,包括GSM规范的维护和发展,涉及支持的和演进的无线网络技术和分组接入技术。

除了合作伙伴外,市场代表伙伴为3GPP带来了市场方面的需求。市场代表伙伴包括IMS论坛、UMTS论坛、3G美国、GSM协会、全球移动供应商协会、TD-SCDMA论坛和IPv6论坛,等等。

3GPP的最新网址为:http://www.3gpp.org/

1.3GPP的组织架构

3GPP以项目协作组(Project Co-ordination Group,PCG)和技术规范组(Technical Specification Group,TSG)的形式来进行组织,如图1-25所示。PCG主要负责3GPP的整体管理,包括时间计划和工作分配等,而TSG主要负责技术研究工作。当前总共有4个TSG,分别负责核心网及终端(Core Network and Terminals,CT)、系统和业务方面(System and Service Aspects,SA)、GSM EDGE无线接入网(GSM EDGE Radio Access Network,GERAN)和无线接入网(Radio Access Network,RAN)。每个TSG可以继续划分成一些工作组(Working Group,WG),每个工作组执行特定的任务。例如,CT WG1负责IMS中SIP和SDP的详细设计,CT WG3负责互操作方面的任务,而CT WG4则主要负责Diameter的详细设计。SA WG1负责需求,SA WG2负责架构,SA WG3负责安全,SA WG4负责编译码,而SA WG5则主要负责网络的操作维护,包括计费。

图1-25 3GPP组织架构

2.3GPP的交付文档

3GPP工作组并不产生标准,相反,他们仅提交由TSG所认可的技术规范(Technical Specification,TS)和技术报告(Technical Report,TR)。一旦得到认可,这些文档将被提交给各个合作伙伴并进入它们各自的处理流程。该过程的最后部分就是如果各个合作伙伴支持该标准,那么他们将进行举手表决。这样,一组全球标准便可以在特定的区域中得到应用。

3GPP TS和TR有一组4~5位数字来进行编号,格式为“xx.yyy”。前两位数字“xx”用来表示系列,最后2位或3位数字“yy”或者“yyy”用于表示系列中的特定规范。例如,3GPP TS 23.228描述了IMS架构方面的相关内容。

3GPP以Release的方式来发布其规范。3GPP Release 5包含了IMS的第一个版本。3GPP Release 6和Release 7则包含了IMS的一些增强与附加功能。读者必须清楚IMS仅仅是3GPP在特定Release中发布的一部分内容,其他的非IMS规范也包含在3GPP Release中。3GPP TS和TR所采用的版本号必须遵循格式“x.y.z”,其中“x”表示该规范是在3GPP的哪个Release中发布的,“y”表示版本号,而“z”则表示子版本号。所以3GPP TS 23.228版本5.8.0就表示TS 23.228的Release 5中的8.0版本。

3GPP TS和TR可以通过3GPP网页免费获取,其链接为:

http://www.3gpp.org/specs/specs.htm

http://www.3gpp.org/ftp/Specs/archive/

1.5.4 第三代伙伴计划2(3GPP2)

如果说3GPP是为了将GSM规范演进到第三代移动通信系统,那么,第三代伙伴计划2(The 3rd GenerationPartnershipProject,3GPP2)的创建是为了将北美基于ANSI/TIA/EIA-41标准演进到第三代移动通信系统。3GPP2与3GPP类似,也是一个合作伙伴计划,其成员也被称为有组织的伙伴。其当前的伙伴列表包括ARIB(日本)、CCSA (中国)、TIA(北美)、TTA(韩国)和TTC(日本)。细心的读者已经发现,这些组织大部分也是3GPP的合作伙伴。

与3GPP类似,3GPP2也从市场代表伙伴那里获取市场需求。目前,该列表中包括IPv6论坛、CDMA开发组和国际450协会。

1.3GPP2的组织架构

3GPP2的架构与3GPP非常类似,如图1-26所示。指导委员会(Steering Committee,SC)负责整个标准化过程和规划,其技术工作由技术规范组(Technical Specification Group,TSG)来完成。TSG-A负责cdma2000技术的接入网接口,TSG-S负责业务和系统方面工作,而TSG-X是原来TSG-N(负责核心网)和TSG-P(负责分组数据)的合并,它致力于核心网的研究。

图1-26 3GPP2的组织架构

2.3GPP2的交付文档

与3GPP类似,3GPP2并不产生标准,相反它只提供技术规范和技术报告。这些文献由TSG产生,并由SC来进行审核认可,随后这些报告和规范将提交给各个伙伴进入他们各自的标准化过程。

3GPP2 TS和TR以下列机制进行编号:“A.Bcccc[-ddd]-X”,版本“y.z”,其中,“A”是代表提交文档的TSG的名字;“B”可以是“P”、“R”或“S”,分别表示计划、报告或者规范;“cccc”是分配给文献的序列号;可选的“ddd”用于多部分文档;“X”表示其版本,其中“0”表示初始Release,“A”代表第一次修订,等等。紧随的版本号用于说明大的和小的版本。例如,规范X.S0013-002-A v1.0表示IMS阶段2,第一次修订,版本1.0。

3GPP2 TS和TR在3GPP2的网站上可以免费获取:

http://www.3gpp2.org/Public_html/specs/

1.5.5 IETF与3GPP/3GPP2的协作

前面已提到,IMS的目标就是要使用IP协议。但是,在IMS中所使用的这些协议可能并不能完全满足IMS环境,甚至在有些情况下,IETF也无法解决IMS所面临的一些问题。

通常情况下是希望将已有的IETF协议拿来进行修改后以满足IMS需求。但是,3GPP和3GPP2的目标很清楚,它们想要IMS使用因特网技术,这样它们便可能充分利用因特网所产生任何未来业务。对因特网协议的修改并不是他们自己的想法,相反他们会与IETF进行合作以确认开发的协议可以满足他们的需求。

这种合作在文献RFC3113[292](3GPP-IETF)和RFC3131[91](3GPP2-IETF)中有详细的说明。3GPP和3GPP2都指定了与IETF的关系,同时IETF也指定了与3GPP/3GPP2的关系。在所有情况下,这些协作都是工作组级别的,并不涉及行政上的联系:例如,工程师讨论邮件列表中的问题、IETF面对面的会议和特殊工作组。3G工程师在无线经验方面提供协作,运营商提供相关需求,而IETF工程师则提供一些协议知识。最终目标就是找到IMS需求的解决方案,在某些情况下,这样的合作对于其他一些环境是足够了。

到目前为止,通过这种合作方式已经以RFC和因特网草案方式发布了多个协议规范和协议扩展,这些协议的多数都不需要提及IMS,因为这些规范的协议具有一般应用,并不是IMS所特定的。

下面将简单介绍IETF协助开发的在IMS中所使用的相关协议的历史。

1.因特网领域

在IETF因特网领域进行协作的领域经理是Thomas Narten,其主要协作的领域是IPv6和域名系统(Domain Name System,DNS)。

IPv6工作组给出了如何在蜂窝网络中实现IPv6的规范(RFC3316)。当该主机检测到使用GPRS接入时,它将遵循规范的内容来进行。另一方面,如果主机使用不同的接入方式,如WLAN,那么它就是一个常规的因特网主机。所以,根据接入方式不同,终端会有不同的行为。

在DNS领域,他们探讨了在IMS中如何执行DNS服务器发现。他们决定不使用动态主机配置协议(Dynamic Host Configuration Protocol,DHCP),而是使用GPRS特定机制。在该点上没有工作组赞成IMS使用无状态DNS服务器发现过程。

2.操作管理领域

在IETF操作和管理领域,3GPP与IETF协作的主要协议是公共开放策略业务(Common OpenPolicy Service,COPS)和Diameter。

在COPS领域,IMS决定在Go接口使用COPS-PR,所以3GPP需要标准化Go策略信息基(Policy Information Base,PIB)。但是IETF并不清楚3GPP使用COPS-PR是一个好主意,在经过了多次讨论后,最终决定使用Go PIB。

在Diameter领域,IMS需要定义了3个Diameter应用来支持Cx、Sh和Ro接口。但是,尽管新的Diameter编码只能在RFC中进行定义,但是,由于没有足够的时间来产生一个描述这些Diameter应用和所需编码的RFC,所以IETF最终同意在3GPP Release 5中向3GPP提供大量命令编码,但是有一个前提条件:3GPP需要与IETF协作来改善这些Diameter应用,直到它们成为一般应用。这就有了3GPP在Diameter SIP应用和Diameter信用控制应用上对IETF的贡献。

3.传输领域

传输领域的合作主要由3GPP来驱动。在该领域的合作中,两个人物起到了非常重要的作用:Stephen Hayes,即3GPP的CN主席,他是与IETF的联系人;另一位是Allison Mankin,他是IETF传输领域的经理。他们保证与信令相关的所有问题都能在这两个组织得到关注。

当3GPP决定在IMS中启用任务初始化协议时,此时的SIP还是不成熟的协议,且并不满足3GPP提出的多数需求。那时SIP是在RFC2543中进行了定义,但是,因特网草案,即2543bis修改了RFC2543中的一些问题,并被提议为协议规范的下一个版本。但是,2543bis只有两个主要编辑,而且3GPP的期限又很急。如果需要成立SIP工作组,则需要一个非常大的团队。为此,IETF重新招募了一些志愿者对SIP进行修订,并发布了RFC3261。

经过了众多邮件、会议和面对面的沟通后,团队的主要结果在RFC3261中发布。但是,很快就发现3GPP的需求不能通过这一个协议得到满足。3GPP对SIP在RFC4083中进行了记录,借助一些新的扩展来满足这些需求。实际上,需要进行更多的需求和扩展。

IETF决定建立一个新的工作组协助SIP来决定如何最佳使用其资源。新的工作组被称为SIPPING,其主要功能是收集SIP需求,对它们按照优先级来划分并发送给SIP工作组。这个新过程在文献RFC3427中进行了定义。

目前,3GPP所需要的与会话建立相关的协议扩展都已实现。因此,3GPP将关注点转移到SIMPLE工作组上,该组负责呈现和即时消息的SIP扩展。3GPP成员主动参与呈现和即时消息规范的开发,这些规范被3GPP、3GPP2、OMA和其他组织所采纳。

1.5.6 开放移动联盟

2002年6月,开放移动联盟(Open Mobile Alliance,OMA)创立了,其目标是提供可互操作的移动数据业务。大量现存的论坛,例如,WAP论坛和无线乡村都加入了OMA。目前OMA的成员代表了业内的大部分公司,包括制造商、业务供应商和内容供应商,其网址为:

http://www.openmobilealliance.org/

OMA主要是为了制定可以实现业务互操作的业务引擎并关注其可用性,也就是说业务引擎应该易于使用。在OMA中,花费大量时间来思考用户如何与特定业务进行交互是惯例。

图1-27给出了OMA的组织架构。技术大会主要负责对OMA规范的支持和维护,它包括大量的技术工作组。

图1-27 OMA组织架构

操作和处理委员会定义并支持技术会议的操作过程,Release规划和管理委员会负责规划和管理OMA的Release,它是由技术规范组开发的规范。

1.OMA规范和Release

OMA给出Release包,每个包包括一套OMA规范,它是由OMA技术工作组提出的。

例如,PoC版本1.0的引擎Release包就包含一个引擎Release定义文档,该文档对PoC业务进行了定义,还包括规范列表。另外,引擎Release包还包括以下规范:

● 架构;

● 需求;

● 控制面规范;

● 用户面规范;

● XML文档管理(XML Document Management,XDM)规范和XML配置接入协议(XML Configuration Access Protocol,MCAP)。

OMA为这些Release定义了成熟度。成熟度在OMA术语中也称为阶段(Phase)。每个OMA Release包可以处于以下阶段。

● Phase1:候选引擎Release,是Release的初始状态;

● Phase2:认可的引擎Release,该Release成功通过了互操作测试;

● Phase3:OMA互操作Release,该Release已成功通过了与其他OMA业务引擎的互操作。

由于清楚地定义了各种Release阶段,互操作测试在OMA中起着非常重要的作用。OMA互操作测试由互操作(Interopeability,IOP)技术工作组负责组织。

2.OMA与3GPP/3GPP2的关系

很多OMA技术工作组都会在一定程度上使用IMS,这样,我们就需要看一下就IMS而言,OMA及其技术工作组与3GPP和3GPP2的关系。

一些OMA工作使用IMS作为基础。因此会出现这样的情况:为了实现新业务,OMA技术工作组会针对IMS提出新需求。

通常,3GPP,3GPP2和OMA之间的关系是:OMA提出针对IMS的需求,3GPP和3GPP2扩展IMS以满足该需求。这样的关系可以防止出现IMS的不同版本:即3GPP IMS和有OMA扩展的IMS。有一个组织来管理和维护IMS规范可以保证IMS不同制造商之间业务的互操作性。

当然,当前对IMS和其上的业务还没有非常清晰的区分,两个参与者之间的多媒体会话在一定程度上可以看做一种业务,但是它是IMS的一部分。这一点我们还将在后面的章节进行详细的介绍。会议也被认为是一种业务,但是3GPP也将其作为IMS规范的一部分。呈现业务是一个非常令人感兴趣的领域,因此3GPP和OMA都在开展与呈现相关的研究工作。

但是,尽管3GPP和OMA工作有很多类似之处,如呈现业务,但是它们都是为了使相关规范能够互相兼容。例如,OMA由呈现和有效技术工作组来进行规范,它们关注与3GPP呈现相关规范的不同方面,但是所有这些规范必须是相互兼容的。

OMA和3GPP共同关心的另一个领域就是消息。3GPP是利用IETF SIMPLE工作组的基础来对即时消息业务进行规范,而OMA主要关注基于SIMPLE和基于Wireless Village的即时消息的互操作性,以及关注多媒体消息业务(Multimedia Message Service,MMS)的演进。

为了保证使用IMS的每种OMA业务都具有一致的互操作方式,OMA提出了IMSinOMA引擎Release包,该包涉及引擎Release定义文献、需求文献和架构文献。该Release包还描述了非基于IMS的OMA业务如何与基于IMS的OMA业务之间的互操作。

3.OMA与IETF的关系

与3GPP和3GPP2 IMS规范参考IETF协议和扩展类似,OMA规范也参考了IETF文献。OMA和IETF标准化上的协作主要包括工作组级的沟通。有一些工程师同时协助OMA和IETF,他们将OMA需求提交给相关的IETF工作组,这些IETF工作组对其进行分析并给出适当的解决方案。

但是,有时候工作组层面的沟通效率不是很高,为此,OMA和IETF互相指定了联系人。

OMA还维护了一个网页,通过该网页,两个组织都可以随时跟踪OMA技术工作组所需的IETF因特网草案的状态,网址如下;

http://www.openmobilealliance.org/Technical/IETF.aspx