摘 要：從標準、關鍵技術、關鍵問題等方面對移動軟交換向m-AGCF的演進進行了分析，並給出了ICS技術的應用場景和演進方案。
關鍵詞：IMS；ICS；移動軟交換；m-AGCF
中圖分類號：TN919.21
文獻標識碼：A
文章編號：1007-3043（2011）03-0006-05
0 前言
目前移動軟交換已得到廣泛商用，中國聯通近年來全面升級網絡，打造2G/3G混合網絡，全面進入移動軟交換時代。但軟交換技術的IP化範圍有限，而且在支持多媒體業務的體系架構、業務管理、業務觸發等方面仍存在一定的問題。3GPP在WCDMA的R5階段開始提出了標準的IMS體系架構，旨在規範移動多媒體業務的網絡結構。IMS經過R5到R9的標準化工作，目前已經有超過100家運營商進行了IMS試驗網、試商用及商用部署，IMS無疑成為軟交換網絡的重要演進方向。因此，有必要將WCDMA電路域如何向IMS演進作為重點問題進行研究。
目前移動軟交換除了MGCF、MMTel AS 2種演進方向外又提出了第三種思路——將電路域作為IMS業務承載接入IMS網絡，即電路域作為媒體承載，業務控制由IMS實現。此時移動軟交換將升級為m-AGCF，其業務功能被逐漸剝離出來，轉入IMS網絡。這種方式能最大限度地利用現網軟交換設備，保護運營商的投資。本文將對移動軟交換如何升級演進為m-AGCF進行研究。
1 標準化情況
移動軟交換升級支持m-AGCF 最重要的標準是ICS，全稱為IMS centralized services，是3GPP R8 IMS最重要的課題之一。經過R8、R9的討論，截至2009年12月，IMS_SCC-ICS、IMS_SCC-ICS_I1 2個研究小組已經完成了TS 24.292 stage3超過80%的標準化工作。通過ICS，用戶所有的服務，不論是從PS域接入的，還是CS域接入的都可以由IMS提供。
2 ICS關鍵技術
2.1 ICS簡介
ICS架構重點研究的是由IMS統一提供業務，CS則演進為一種接入方式，進一步增強了IMS與接入無關的特性。當用戶所駐留的網絡為CS或者PS不能提供語音時，IMS可以利用ICS架構通過CS或者PS來為用戶呼叫進行信令控制，而媒體則建立在CS承載上。可以認為ICS是CS向IMS演進的一種重要方式和階段，ICS的應用也為融合業務提供了良好的基礎，本章簡述ICS架構下網絡結構、網元功能和接口功能。
2.2 ICS架構
ICS架構在現網技術和IMS架構的基礎上引入了增強的MSC伺服器和增強的UE，新增了I1、I2、I3等接口，同時支持升級MSC伺服器和增強用戶終端功能2種實現方案（見圖1）。
2.3 接口參考點
ICS架構支持下列接口。
a） I1：I1是UE和SCC AS之間的接口，UE可以通過該接口傳輸CS接入呼叫控制信令，該接口為新增接口，具體實現方式並不強制，目前推薦為非結構化補充業務數據（USSD）方式，但該方式需要擴展從終端到CS網絡支持USSD的功能，需要網絡升級。I1接口具有的功能為：當用戶通過CS接入時，完成主叫和被叫建立會話過程；在會話建立中利用消息交互額外的IMS參數； 實現CS接入的IMS服務控制。
b） I2：I2接口用來在ICS增強MSC伺服器和歸屬IMS網之間傳遞呼叫控制信令，該接口為新增接口，具體方式為通過SIP協議實現。
c） Mc：Mc接口的定義遵循3GPP TS 23.002，是ICS增強MSC伺服器和CS-MGW之間的接口，該接口完全利舊，沒有增強功能。
d） I3：I3接口為ICS增強MSC伺服器和TAS之間的接口，完成用戶CS信令（基於 TS 24.008系統的 TS 24.010信令）和會話服務設置過程（見24.173）之間的互通，屬於新增接口。
e） Gm：Gm是UE與P-CSCF之間的SIP接口，用來傳遞UE的服務控制信令，完全利舊。
f） ISC：ISC是CSCF與SCC AS之間的SIP接口，完全利舊。
2.4 功能實體
2.4.1 SCC AS
SCC AS是歸屬網絡中的應用伺服器（IMSAS），通過主叫或被叫iFC（Initial Filter Criteria）插入到會話路徑中，同時位於主叫路徑的第一個AS，或被叫路徑的最後一個AS。SCC AS包括以下功能。
a） ICS用戶代理（IUA）：作為SIP UA負責完成CS接入用戶的IMS Session的建立和控制。對於通過I1、Gm接入的用戶，利用PSI DN（Public Service Identities Directory Number）參數使服務控制信令與承載類型相關聯，例如SDP等。
b） CS接入適配（CAA）：處理基於USSD的消息內容，完成支持USSD的UE和其他IMS網元之間的交互。
c） 終結接入域選擇（T-ADS）：選擇終呼的接入方式，協助IMS核心網將終呼呼叫消息發送給ICS UE，或者將呼叫發送到普通CS網絡。
2.4.2 MSC伺服器
增強MSC伺服器包括以下功能。
a） 處理A/Iu和E接口的用戶信令，完成CS信令和SIP信令的交互。
b） 控制CS-MGW，完成CS 接入承載和RTP的交互。
c） 當支持多媒體業務時，執行媒體之間的交互。
d） 可以實現CS信令的會話服務設置轉變功能，如 TS 24.010、TS 24.173中的會話服務設置過程。
MSC伺服器的增強功能在ICS架構中並不是必選的，MSC伺服器的非增強功能沒有變化。
2.4.3 ICS UE
增強UE包括以下功能。
a） 通過業務控制路徑（如USSD）和SCC AS通信。
b） 通過CS域建立承載控制路徑。
c） 在主叫過程中，執行接入域選擇功能ADS。
d） 在被叫過程中，協助SCC AS執行T-ADS功能。
2.4.4 TAS
為用戶提供與IMS AS之間的同步功能，完成補充業務。
3 關鍵問題分析
3.1 終端與業務分析
引入ICS概念後，根據用戶終端功能的不同可以將終端大致分為以下幾類。
a） 傳統UE，包括2G/3G UE等。
b） 傳統IMS UE，包括支持SIP協議的IMS終端，但不支持ICS。
c） ICS UE，支持ICS功能的IMS UE。
業務集中到IMS之後，運營商可以通過各種接入方式為傳統2G/3G用戶、IMS用戶和支持ICS的IMS用戶統一提供服務。
a） 基本語音業務在GSM、WCDMA、LTE等接入方式下都能夠提供。
b） 基本業務及其補充業務統一由MMTEL實現，根據接入網絡和終端能力的不同，盡力為用戶提供服務。
c） 根據接入網絡和用戶終端能力的不同提供數據業務，支持SIP的寬帶用戶可以享受更豐富的數據業務。
由此可見，雖然ICS架構可以將CS網絡納入IMS的控制，由MMTel統一提供多媒體業務，但是其提供的業務只是對原有CS業務的繼承，同時還要兼顧網絡和終端的能力，並不具有提供新業務的能力。
3.2 ICS的會話控制分析
ICS架構下信令與媒體的承載可以分開，主要的會話控制及承載建立流程有以下幾種。
a） 用戶註冊流程（見圖2）。傳統UE可以進行圖2中紅色實線標註的註冊過程，UE的CS位置更新後，由MSC伺服器向IMS進行註冊；只有支持SIP的終端才能進行圖2中藍色虛線標註的註冊過程。該註冊過程是標準的IMS流程。
b） 主叫流程（見圖3）。ICS UE可以使用I1（CS承載）、Gm（PS承載）和傳統CS網絡3種方式發起呼叫，I1和Gm的呼叫建立信息將攜帶被叫號碼，SCC AS上為呼叫產生關聯點，之後的媒體建立消息以關聯點作為被叫並攜帶SDP類型；傳統UE可以通過增強的MSC伺服器轉換SIP Invite消息初始呼叫，也可以通過傳統CS網絡發起呼叫，前者被叫號碼和SDP從MSC伺服器發出，後者需要智能網配合進行路由。
c） 被叫流程（見圖4）。如果用戶未註冊過IMS，則是用傳統CS被叫流程，通過MGCF將呼叫轉出。如果用戶註冊過，但是為傳統UE，則Invite會通過增強了的MSC伺服器轉到被叫，如果用戶註冊過，並且為ICS UE，則SCC AS會首先詢問ICS UE是否通過PS建立會話，UE決定通過CS的話會通過增強的MSC伺服器建立呼叫。
d） 承載建立流程（見圖5）。I1、Gm和傳統CS方式均可以使用MGCF建立語音承載，I1、Gm和增強MSC伺服器方式也可以由MSC伺服器將媒體SDP帶給IMS核心網建立承載，主叫和被叫的承載建立方式相同。
3.3 應用場景與功能分析
使用ICS架構統一接入CS網絡必須基於IMS技術，根據對中國聯通網絡現狀和發展策略分析，筆者提出了以下3種場景，其中2種場景具備引入ICS架構的驅動力。
場景一。IMS建設初期，IMS與CS域為具有互通關係的2張網絡，運營維護獨立，CS網絡提供語音服務，IMS網絡提供基於分組的多媒體業務，2種業務可以並發，實際上目前的RCS終端已經可以做到這一點。此時語音業務仍主要由CS域來提供，還沒有升級ICS的迫切需求。
場景二。當移動網演進到LTE/EPC時代，IMS在LTE上提供VoIP語音服務，LTE建設初期覆蓋有限，CS語音在無LTE覆蓋時是LTE語音業務的有效補充，用戶的語音及補充業務需要同時在IMS和CS網絡中維護。此時由於用戶數據分別存在於IMS和CS網絡中，其同步性、業務擴展性和靈活性都受到了限制。解決方法有2種，一種可以在支撐系統後臺進行同步，一種可以引進ICS架構從網絡層面將CS納入IMS，統一由MMTEL伺服器提供服務控制、用戶數據管理等，但由於2G/3G CS域網絡規模很大，ICS引入的時機需要根據LTE語音的覆蓋情況和用戶業務需求進行評估。
場景三。LTE覆蓋充分，一些不需要高速寬帶覆蓋但還存在CS語音的地區，可以升級ICS架構，將CS用戶轉入IMS網絡，利舊現網軟交換設備，統一用戶業務數據管理，減輕運營維護的壓力。
如果在場景二和場景三的驅動下升級支持ICS，終端、網絡、業務層都可能需要新增功能，但是並不是所有功能都是必選的，可以根據網絡情況進行選擇，選擇的主要依據是用戶類型。中國聯通可以選擇只服務於ICS用戶，或非ICS用戶，也可以同時服務於兩者。在充分考慮終端和ICS架構網元功能後，可採取以下4種可能的網絡升級方案。
a） 支持ICS用戶，支持I1或Gm+MSC升級。
b） 支持ICS用戶，支持I1或Gm+SCP強制路由。
c） 支持傳統用戶，只支持MSC升級。
d） 支持傳統用戶，只支持SCP強制路由。
3.4 網絡架構解決方案
在應用場景分析中列舉了4種升級方案，本節對這些方案進行對比，從而選擇出適合中國聯通的方案。
根據終端以及網絡能力，將解決方案分為兩大類。
a） UE增強方案。UE升級為ICS UE，使用I1接口實現信令控制。或者利用Gm接口不升級CS網絡，實現信令控制，媒體通過CS接入IMS，同時使CS用戶儘可能地使用IMS業務。
b） MSC增強方案。通過升級CS網絡，引入增強的MSC伺服器，完成基本的MSC伺服器功能，同時代替UE作為SIP UA接入IMS，實現SIP呼叫過程和CS呼叫過程的交互，以及傳統CS終端接入IMS的目的，由IMS統一提供電話業務。
2種ICS架構解決方案均可以實現ICS功能，但各有利弊，表1從終端、網絡功能、改造代價等方面分析對比了這2種方案。
從以上分析可以得出，目前市場上的終端都不具備支持I1接口的ICS能力，如果需要採用終端方案則必須進行定製開發。考慮到我國移動終端市場的特點，UE增強的方案並不適合中國聯通。目前對於中國聯通可行的方案為MSC增強方案，可以同時支持非ICS終端和ICS終端接入。
4 研究結論
ICS首先必須基於IMS網絡，其並未提供任何新業務，目的是為了將CS接入納入IMS網絡統一控制，當UE使用CS承載或者不能使用VoIP語音時可以由IMS提供服務。本文提出了具有向ICS演進驅動力的2個場景。
a） 提供IMS語音與CS語音統一的業務數據管理。
b） 在LTE語音覆蓋達到一定規模，且傳統CS域業務量逐漸減少時，可將CS域納入IMS統一控制。
目前ICS存在2種架構，一種基於UE增強，一種基於MSC伺服器增強。考慮到中國聯通網絡和業務的發展趨勢，建議使用MSC伺服器增強方案，滿足傳統終端的接入。但由於ICS架構需要全網MSC伺服器進行升級，其升級成本和風險需進一步評估。
綜上所述，移動語音業務在相當長一段時間內，仍然是中國聯通主要的收入來源，並且仍處於高速增長階段，移動軟交換將會長期存在。隨著今後IMS網絡的商用部署和規模的不斷擴大，IMS將成為固定移動融合的核心網絡架構，並替代現有的固定語音網和移動網電路域。為保證網絡的平滑升級演進，並充分保護現有網絡投資，有必要對移動軟交換的發展演進進行持續深入的分析和研究。
參考文獻：
［1］ 符剛，楊豔松. 電信運營商IMS部署驅動力分析［J］. 郵電設計技術，2010（4）.
［2］ 3GPP TS 23.292 IP Multimedia Subsystem（IMS）centralized services［S/LO］. ［2011-01-11］. http://www.quintillion.co.jp/3GPP/Specs/23292-870.pdf.
［3］ 3GPP TS 24.292 IP Multimedia（IM）Core Network（CN）subsystem Centralized Services（ICS）［S/LO］. ［2011-01-11］. http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/24292.htm.