WiMAX技術(shù)和IMS技術(shù)及WiMAX接入IMS的關(guān)鍵技術(shù)

介紹了WiMAX技術(shù)和IMS技術(shù)，闡述了WiMAX接入IMS網(wǎng)絡(luò)中的必要性，然后引入了WiMAX接入IMS的典型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最后分析了WiMAX接入IMS的關(guān)鍵技術(shù)。

1、引言

IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）是3GPP在R5版本提出的，支持會話類和非會話類多媒體業(yè)務(wù)，是未來多媒體應(yīng)用通用的業(yè)務(wù)使用平臺。IMS系統(tǒng)用PS域來傳輸呼叫控制信令，并負(fù)責(zé)承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，是獨(dú)立于CS域的，但保持與CS域的互通。IMS建立了對呼叫/會話進(jìn)行控制的軟交換平臺，控制信令在經(jīng)過SGSN和GGSN節(jié)點(diǎn)后，與承載平面的消息分開，信令消息在CSCF間根據(jù)用戶配置進(jìn)行傳送，媒體消息則在信令選擇的路徑上傳送。IMS技術(shù)的核心特點(diǎn)是承載與控制分離、采用SIP協(xié)議以及與接入技術(shù)無關(guān)。

WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）標(biāo)準(zhǔn)，又稱IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)或?qū)拵o線接入（Broadband Wireless Access，BWA）標(biāo)準(zhǔn)，它是一項(xiàng)無線城域網(wǎng)（WMAN）技術(shù)，是針對微波和毫米波頻段提出的一種新的空中接口標(biāo)準(zhǔn)。它用于將802.11a無線接入熱點(diǎn)連接到互聯(lián)網(wǎng)，也可連接公司與家庭等環(huán)境至有線骨干線路。它可作為線纜和DSL的無線擴(kuò)展技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)無線寬帶接入。

由于WiMAX技術(shù)能夠提供較高的空口帶寬，可有效補(bǔ)充目前2G/3G移動網(wǎng)絡(luò)的帶寬限制，部署投資也相對更小，因此受到了越來越多的關(guān)注，運(yùn)營商對WiMAX的興趣也越來越濃厚，目前國內(nèi)外的很多運(yùn)營商已啟動WiMAX的試驗(yàn)和部署。

然而，WiMAX網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的只是IP連接，雖然通過它用戶可以訪問互聯(lián)網(wǎng)，但無法和移動核心網(wǎng)融合，無法和IMS系統(tǒng)共用用戶的鑒權(quán)機(jī)制、計(jì)費(fèi)機(jī)制，也無法接入IMS系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)，更無法在IMS系統(tǒng)和WiMAX之間保持業(yè)務(wù)的連續(xù)性，這些都不利于運(yùn)營商有效融合WiMAX網(wǎng)絡(luò)和IMS移動核心網(wǎng)，也無法統(tǒng)一管理這兩個網(wǎng)絡(luò)的用戶。此外，IMS移動用戶需要額外的WiMAX終端和用戶標(biāo)志，會給用戶使用WiMAX網(wǎng)絡(luò)帶來不便，這些都不利于WiMAX技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。

可見，如果用WiMAX技術(shù)接入IMS網(wǎng)絡(luò)，則能有效補(bǔ)充其他無線接入技術(shù)的帶寬有限的缺陷，運(yùn)營商將能更有效地運(yùn)營WiMAX網(wǎng)絡(luò)，使其對IMS業(yè)務(wù)提供更好的補(bǔ)充。

2、WiMAX接入IMS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

WiMAX接入IMS有多種方式，包括WiMAX直接接入IMS子系統(tǒng)以及WiMAX通過3GPP的PS域接入IMS子系統(tǒng)等。從WiMAX直接接入IMS子系統(tǒng)，WiMAX和IMS網(wǎng)絡(luò)在商業(yè)行為上可以獨(dú)立，也可以為同一運(yùn)營商提供。它們各自完成承載層面和業(yè)務(wù)層面的鑒權(quán)、授權(quán)、計(jì)費(fèi)，并在必要時互相通信交互信息。

WiMAX直接接入IMS子系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示例參見圖1。圖1中，具有SIP能力的雙模終端，支持接入IMS網(wǎng)絡(luò)，同時也支持3G和WiMAX網(wǎng)絡(luò)。由WiMAX網(wǎng)絡(luò)為用戶終端提供接入IMS的IP-CAN。

圖1　WiMAX接入IMS的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示例

ASN指接入服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，ASN為接入到WiMAX的用戶提供一套完整無線接入的網(wǎng)絡(luò)功能。ASN由一個或多個基站，一個或多個ASN網(wǎng)關(guān)組成。一個ASN可以由一個或多個CSN共享。ASN執(zhí)行以下功能：

（1）與WiMAX終端的層2（L2）連接；

（2）傳遞AAA消息（用于用戶會話的認(rèn)證、授權(quán)和會話計(jì)費(fèi)）到WiMAX用戶的H-NSP；

（3）WiMAX用戶最佳NSP的網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)和選擇；

（4）為建立與WiMAX終端的層3（L3）連接提供中繼功能；

（5）無線資源管理；

（6）ASN-CSN隧道。

除了上述功能外，在便攜或移動的場景下，一個ASN將支持ASN Anchored的移動，CSN Anchored的移動，尋呼和位置管理等功能。

CSN指連接服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，CSN是一套網(wǎng)絡(luò)功能的組合，為WiMAX用戶提供IP連接。CSN可以由路由器、AAA代理或服務(wù)器、用戶數(shù)據(jù)庫、互聯(lián)網(wǎng)關(guān)設(shè)備等組成。CSN可以作為全新的WiMAX系統(tǒng)的一個新建網(wǎng)絡(luò)單元，也可以利用部分現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)CSN功能。CSN提供的主要功能有：用戶會話連接，終端IP地址分配，Internet接入，AAA代理或者服務(wù)器，基于用戶系統(tǒng)參數(shù)的策略以及許可控制，ASN和CSN之間的隧道建立和管理，用戶計(jì)費(fèi)以及結(jié)算，CSN間漫游隧道，CSN間的移動性管理和WiMAX業(yè)務(wù)。

3、WiMAX接入IMS的關(guān)鍵技術(shù)

（1）認(rèn)證

WiMAX接入IMS網(wǎng)絡(luò)后有兩種認(rèn)證方式，即WiMAX認(rèn)證和IMS認(rèn)證相互獨(dú)立的方式以及WiMAX認(rèn)證和IMS認(rèn)證在一次認(rèn)證過程中完成的方式。

具有WiMAX能力的終端通過WiMAX接入網(wǎng)絡(luò)第一次接入IMS網(wǎng)絡(luò)時，需要進(jìn)行P-CSCF發(fā)現(xiàn)的過程，如果P-CSCF的地址不是通過預(yù)先配置，而是通過DHCP機(jī)制發(fā)現(xiàn)，那么必須通過相互獨(dú)立的兩次認(rèn)證（IMS認(rèn)證與接入網(wǎng)認(rèn)證）完成WiMAX終端接入IMS的認(rèn)證。在其他情況下，IMS認(rèn)證可與接入網(wǎng)認(rèn)證相互獨(dú)立，也可以一次完成。

在WiMAX接入網(wǎng)認(rèn)證成功（設(shè)備認(rèn)證在WiMAX接入網(wǎng)終結(jié)，用戶鑒權(quán)可以使用EAP-SIM/AKA與3GPP AAA交互，由3GPP AAA完成用戶認(rèn)證），且WiMAX接入成功后，通過DHCP/DNS機(jī)制為MS分配地址，并發(fā)現(xiàn)了P-CSCF后，隨即進(jìn)行IMS的注冊，注冊過程中進(jìn)行IMS-AKA鑒權(quán)，此鑒權(quán)基于SIP協(xié)議，與WiMAX接入網(wǎng)無關(guān)。P-CSCF發(fā)現(xiàn)后，IMS認(rèn)證流程與3GPP TS23.228的標(biāo)準(zhǔn)流程類似。

IP-CAN（IP-Connectivity Access Network）的創(chuàng)建僅僅是WiMAX接入網(wǎng)與終端MS之間的接入認(rèn)證流程，與IMS注冊流程無關(guān)（僅需要AAA獲取存儲在HSS中的WiMAX認(rèn)證參數(shù)）。當(dāng)IP-CAN創(chuàng)建完成之后，MS使用SIP信令根據(jù)3GPP的定義進(jìn)行IMS-AKA注冊流程，完成WiMAX終端MS接入IMS的注冊流程。

（2）業(yè)務(wù)授權(quán)

在IP-CAN建立成功后，WiMAX終端發(fā)起IMS呼叫，與IMS（S-CSCF）之間交互進(jìn)行業(yè)務(wù)授權(quán)。S-CSCF根據(jù)HSS下載的用戶業(yè)務(wù)簽約信息進(jìn)行業(yè)務(wù)檢查和授權(quán)，如果終端沒有簽約該業(yè)務(wù)，S-CSCF拒絕終端的業(yè)務(wù)請求。如果S-CSCF允許終端的業(yè)務(wù)請求，則S-CSCF下發(fā)授權(quán)允許給P-CSCF，P-CSCF將業(yè)務(wù)信息（如業(yè)務(wù)的媒體描述信息和其他業(yè)務(wù)信息）通過Rx接口下發(fā)給WiMAX系統(tǒng)的PCRF，PCRF根據(jù)用戶的簽約信息和本地網(wǎng)絡(luò)策略進(jìn)行業(yè)務(wù)信息檢查和PCC（Policy and Charging Control）規(guī)則的授權(quán)，如果該業(yè)務(wù)信息與本地網(wǎng)絡(luò)策略或用戶的簽約信息不匹配，則PCRF（Policy Control and Charging Rules Function）拒絕業(yè)務(wù)的授權(quán)請求，并響應(yīng)P-CSCF業(yè)務(wù)授權(quán)請求失敗。如果PCRF檢查成功，則PCRF可以根據(jù)業(yè)務(wù)信息（如媒體描述信息和其他業(yè)務(wù)信息）和用戶的簽約信息進(jìn)行策略和計(jì)費(fèi)控制決策，生成PCC規(guī)則。

WiMAX網(wǎng)絡(luò)的接入認(rèn)證完成后，采用相應(yīng)的APN/W-APN，取得GGSN/PDG的地址，建立PDP上下文。

（3）計(jì)費(fèi)

在WiMAX接入IMS時，IMS層面的計(jì)費(fèi)獨(dú)立于WiMAX層面的計(jì)費(fèi)，但WiMAX層面的計(jì)費(fèi)受到IMS層面的影響（通過PCC），IMS和WiMAX之間的計(jì)費(fèi)要進(jìn)行關(guān)聯(lián)。業(yè)務(wù)層面和傳輸層面可以分開計(jì)費(fèi)，也可以混合計(jì)費(fèi)，或以某種計(jì)費(fèi)方式為主。

其中，IMS的計(jì)費(fèi)主要與IMS會話或者IMS事件有關(guān)，承載層面的計(jì)費(fèi)與流量相關(guān)，二者應(yīng)該進(jìn)行關(guān)聯(lián)并在一起計(jì)費(fèi)。

在PCC架構(gòu)下，計(jì)費(fèi)關(guān)聯(lián)機(jī)制應(yīng)實(shí)現(xiàn)計(jì)費(fèi)標(biāo)志符ICID和Acct-Mulri-Session-ID的關(guān)聯(lián)。Acct-Mulri-Session-ID用于在WiMAX網(wǎng)絡(luò)內(nèi)關(guān)聯(lián)與一個特定設(shè)備的一個會話相關(guān)的所有計(jì)費(fèi)記錄。承載層和IMS層發(fā)送計(jì)費(fèi)信息時可以包含Acct-Mulri-Session-ID和ICID，以便在計(jì)費(fèi)系統(tǒng)中進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

另外，還有QoS，移動性管理和切換，緊急業(yè)務(wù)等關(guān)鍵技術(shù)。

4、結(jié)束語

隨著Internet業(yè)務(wù)、多媒體業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，以及移動電話用戶的迅猛增長，我們確信，在未來通信中“寬帶”和“無線”將扮演重要角色，通信市場正在呈現(xiàn)出話音業(yè)務(wù)移動化、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)寬帶化的發(fā)展趨勢。

實(shí)現(xiàn)WiMAX用戶對IMS的訪問，可以讓用戶充分享受到IMS移動通信的便捷和WiMAX寬帶通信的高效。統(tǒng)一的IMS業(yè)務(wù)提供為最終用戶提供統(tǒng)一的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，使用戶通過不同的終端和不同的接入技術(shù)訪問同樣的業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一賬單等功能，并盡可能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)庫管理，業(yè)務(wù)的統(tǒng)一開發(fā)、統(tǒng)一控制。