IMS与传统PSTN网络的互通问题研究

陈由甲， 蔡坚勇

（福建师范大学 物理与光电信息科技学院，福建 福州 350004）

0 引言

近年来，NGN的核心技术正从传统软交换向IMS转变。几年前，以语音业务为主体，以软交换替代传统的电路交换设备的技术革新，实现了PSTN向IP网络的演进。而现在，网络服务更多关注交互式多媒体业务，与此同时，实现固定移动网络融合的愿景，使得IMS技术越来越被重视，而许多运营商也正在进行IMS网络的试验与试商用。

1 IMS系统及其特点

1.1 IMS的系统构架

IMS作为下一代网络融合的解决方案，得到了国际上众多权威标准化组织的认可。3GPP、3GPP2、TISPAN、ITU-T从不同角度，对IMS进行了系统的研究[1]。3GPP R8对“统一IMS”总体网络架构做出了定义[2]，如图1所示。“统一IMS”的核心包括：呼叫会话控制功能(CSCF)、出口网关控制功能（BGCF）、媒体网关控制功能（MGCF）、媒体资源服务器（MRFC）等功能实体，用以实现基本的会话和呼叫控制、媒体资源分配控制等。

图1 IMS网络架构

1.2 IMS系统的特点

从IMS的系统构架中可以看出，它和传统软交换有着根本的区别。软交换的提出和引入，是为了在当时已有分组网络上实现控制与承载的分离，以VOIP的方式实现语音的接入[2]。而IMS则是一个完全不同于现有网络的全新构架。它具有以下几个特点：

①采用分层结构，将接入、控制和应用分开，为有线和无线网络相融合提供了良好的支撑；

②应用层与会话控制层之间有3GPP提供的各种规范化接口，方便引入第三方服务；

③接入独立于核心网络。这样就可以接纳各种不同的接入方式以及接入终端，如传统PSTN/ISDN接入、2G/3G接入、LAN/WLAN接入、WiMAX接入等[1]。允许用户通过任何终端联入网络，享受网络所提供的多媒体服务；

④核心网实现会话与呼叫控制，且为全IP承载，并统一采用SIP协议，提供终端到终端，终端到服务器的直接通信。

2 IMS与传统PSTN的互通

2.1 互通的必要性

一个全新的网络架构，在其发展过程中必然会遇到各种问题。各运营商不可能完全放弃现有的传统网络，及其已经拥有的大量用户。因此，如何在目前的传统电信移动网络上去实现向IMS网络的过渡，实现二者之间的互通，成为网络演变过程中，必需且急待解决的关键问题。

从IMS网络构架来看，传统的PSTN不再是一个独立的网络体系，而是一种接入方式，和Wimax、802.11等其他方式一样的接入网络[3-4]。但与那些同是IP承载的接入方式不同的是，PSTN网的承载和IMS核心网络的全IP承载不同，所以二者之间需要用媒体网关进行互联。

2.2 IMS与传统PSTN的互通呼叫流程实例

下面通过分析一个呼叫实例，来跟踪了解在网络互通过程中，IMS各功能实体的作用，以及在此过程中，现有网络实体功能上的变化。这个呼叫是由IMS网络终端（UE）发起的，而被叫端是同一运营商的PSTN终端。其呼叫流程可以大致分解为以下几个步骤[2]（如图2所示）：

①SIP UE先要通过网络的授权检测，之后呼叫消息(INIVTE)将通过路由到达IMS控制层的代理呼叫会话控制功能（P-CSCF）；

②P-CSCF通过方法，找到此终端所注册的服务呼叫会话控制功能（S-CSCF1），并将消息转发给它；

③如果缓存中没有用户资资，S-CSCF1将到归属位置寄存器（HSS）中获取用户相关信息；

④在检查用户相关信息，确定可以为其提供此项服务以后，S-CSCF1发起呼叫；

⑤位于应用层的相应的服务提供者，将负责为这个呼叫提供通话服务；

⑥由于被叫端属于不同的S-CSCF，询问呼叫会话控制功能（I-CSCF）将负责寻找被叫端。I-CSCF通过查询HSS，来获得为被叫端提供服务的S-CSCF2的地址；

⑦被叫端的S-CSCF2也会在检测被叫端信息后，通过上层的服务提供者，为被叫端提供所需的服务；

⑧由于被叫端是PSTN终端，所以呼叫消息会先转到BGCF上，来请求路由到PSTN网中；

⑨BGCF负责选择出局的网络，及此网络所对应的MGCF；

图2 IMS终端到PSTN终端的呼叫流程

2.3 网络互通过程中的协议转换

传统PSTN网络中使用的协议是七号信令（SS7），而IMS网络中则使用统一的SIP协议。为了保证这两种使用不同协议的网络实现互通，BGCF和MGCF都扮演了极其重要的角色。MGCF则实现了SIP协议与SS7/PRI协议的转化，以及对媒体网关的控制[4]。当然，媒体网关是负责RTP/IP协议承载与PCM/TDM承载之间的互联[3]。

对于MGCF如何实现SIP和ISUP协议之间的转化,IETF和ITU-T这两个标准化组织给出了不同的标准,分别为SIP-T与SIP-I协议。下面以SIP-T协议为基础,从一个呼叫的建立与撤销,来分析一下这两种协议之间的基本消息映射关系[5-6],如图3所示。

图3 典型通话中SIP与ISUP协议的映射

从图3中可看出，SIP中用来发起呼叫的INVITE消息，和ISUP的IAM消息相对应，意在发起呼叫。ISUP端以返回ACM消息，来表示被叫终端状态正常；映射成SIP中的临时应答消息，以通知主叫方呼叫的进展情况。其中包含了ACM消息中关于“被叫端状态”等参数。ISUP协议中对于承载的要求，会在其所转换成的SIP消息的SDP部分得以体现，用来协商建立一个满足要求的承载。当被叫端接通电话，ISUP的ANM应答映射成SIP的200OK消息，以提示呼叫端连接建立完成。当此通话结束，需要被撤销的时候，SIP协议中的BYE消息，与ISUP协议中的Release消息则会用于释放链路。

3 结语

IMS网络正在逐步走向试商用，这个全新的网络架构在带来巨大便利性的同时，必将会伴随着现有网络极大的变革，因此也必须面对各种问题和挑战。与传统网络的互通互联，就是这些问题中首当其冲的一个。在介绍IMS网络各功能实体的基础上，着重关注了它与PSTN网络互通的具体实现方式，并以具体的通信实例详细介绍了其中的过程；并且以SIP-T协议为基础，研究了这个过程中的协议转换这个核心问题，无疑具有显著的理论和应用价值。

[1] 刘清亮，林朝辉.MS技术发展及标准化的进展情况[J].邮电设计技术,2009(02)：10-14.

[2] 3GPP TS 23．228(V8.11.0).IP Multimedia Subsystem (IMS) (Stage2)[S]．France： 3GPP Organizational Partners,2007.

[3] 舒志华，代素娟，李泽宇，等.SIP和 DSS1协议互通的研究与实现[J].小型微型计算机系统,2009(07)：1351-1356.

[4] 陈金权.IMS与 CS/PSTN互通的可行性分析[J].通信技术,2008,41(10)：157-159.

[5] PETERSON V J. IETF. RFC3372, Session Initiation Protocol for Telephones (SIP-T) [S]. USA：[s.n.],2007.

[6] CAMARILLO G, ROACH A B, PETERSON J,et al.IETF. RFC3398,Integrated Services Digital Network (ISDN) User Part (ISUP)to Session Initiation Protocol (SIP) Mapping[S].USA：[s.n.],2007.