WiMAX技術和IMS技術及WiMAX接入IMS的關鍵技術

介紹了WiMAX技術和IMS技術，闡述了WiMAX接入IMS網絡中的必要性，然后引入了WiMAX接入IMS的典型網絡結構，最后分析了WiMAX接入IMS的關鍵技術。

1、引言

IP多媒體子系統（IMS）是3GPP在R5版本提出的，支持會話類和非會話類多媒體業務，是未來多媒體應用通用的業務使用平臺。IMS系統用PS域來傳輸呼叫控制信令，并負責承載數據業務，是獨立于CS域的，但保持與CS域的互通。IMS建立了對呼叫/會話進行控制的軟交換平臺，控制信令在經過SGSN和GGSN節點后，與承載平面的消息分開，信令消息在CSCF間根據用戶配置進行傳送，媒體消息則在信令選擇的路徑上傳送。IMS技術的核心特點是承載與控制分離、采用SIP協議以及與接入技術無關。

WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access）標準，又稱IEEE802.16標準或寬帶無線接入（Broadband Wireless Access，BWA）標準，它是一項無線城域網（WMAN）技術，是針對微波和毫米波頻段提出的一種新的空中接口標準。它用于將802.11a無線接入熱點連接到互聯網，也可連接公司與家庭等環境至有線骨干線路。它可作為線纜和DSL的無線擴展技術，從而實現無線寬帶接入。

由于WiMAX技術能夠提供較高的空口帶寬，可有效補充目前2G/3G移動網絡的帶寬限制，部署投資也相對更小，因此受到了越來越多的關注，運營商對WiMAX的興趣也越來越濃厚，目前國內外的很多運營商已啟動WiMAX的試驗和部署。

然而，WiMAX網絡向用戶提供的只是IP連接，雖然通過它用戶可以訪問互聯網，但無法和移動核心網融合，無法和IMS系統共用用戶的鑒權機制、計費機制，也無法接入IMS系統提供的業務，更無法在IMS系統和WiMAX之間保持業務的連續性，這些都不利于運營商有效融合WiMAX網絡和IMS移動核心網，也無法統一管理這兩個網絡的用戶。此外，IMS移動用戶需要額外的WiMAX終端和用戶標志，會給用戶使用WiMAX網絡帶來不便，這些都不利于WiMAX技術的大規模應用。

可見，如果用WiMAX技術接入IMS網絡，則能有效補充其他無線接入技術的帶寬有限的缺陷，運營商將能更有效地運營WiMAX網絡，使其對IMS業務提供更好的補充。

2、WiMAX接入IMS的網絡結構

WiMAX接入IMS有多種方式，包括WiMAX直接接入IMS子系統以及WiMAX通過3GPP的PS域接入IMS子系統等。從WiMAX直接接入IMS子系統，WiMAX和IMS網絡在商業行為上可以獨立，也可以為同一運營商提供。它們各自完成承載層面和業務層面的鑒權、授權、計費，并在必要時互相通信交互信息。

WiMAX直接接入IMS子系統的網絡結構示例參見圖1。圖1中，具有SIP能力的雙模終端，支持接入IMS網絡，同時也支持3G和WiMAX網絡。由WiMAX網絡為用戶終端提供接入IMS的IP-CAN。

圖1　WiMAX接入IMS的網絡結構示例

ASN指接入服務網絡，ASN為接入到WiMAX的用戶提供一套完整無線接入的網絡功能。ASN由一個或多個基站，一個或多個ASN網關組成。一個ASN可以由一個或多個CSN共享。ASN執行以下功能：

（1）與WiMAX終端的層2（L2）連接；

（2）傳遞AAA消息（用于用戶會話的認證、授權和會話計費）到WiMAX用戶的H-NSP；

（3）WiMAX用戶最佳NSP的網絡發現和選擇；

（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指連接服務網絡，CSN是一套網絡功能的組合，為WiMAX用戶提供IP連接。CSN可以由路由器、AAA代理或服務器、用戶數據庫、互聯網關設備等組成。CSN可以作為全新的WiMAX系統的一個新建網絡單元，也可以利用部分現有的網絡設備實現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代理或者服務器，基于用戶系統參數的策略以及許可控制，ASN和CSN之間的隧道建立和管理，用戶計費以及結算，CSN間漫游隧道，CSN間的移動性管理和WiMAX業務。

3、WiMAX接入IMS的關鍵技術

（1）認證

WiMAX接入IMS網絡后有兩種認證方式，即WiMAX認證和IMS認證相互獨立的方式以及WiMAX認證和IMS認證在一次認證過程中完成的方式。

具有WiMAX能力的終端通過WiMAX接入網絡第一次接入IMS網絡時，需要進行P-CSCF發現的過程，如果P-CSCF的地址不是通過預先配置，而是通過DHCP機制發現，那么必須通過相互獨立的兩次認證（IMS認證與接入網認證）完成WiMAX終端接入IMS的認證。在其他情況下，IMS認證可與接入網認證相互獨立，也可以一次完成。

在WiMAX接入網認證成功（設備認證在WiMAX接入網終結，用戶鑒權可以使用EAP-SIM/AKA與3GPP AAA交互，由3GPP AAA完成用戶認證），且WiMAX接入成功后，通過DHCP/DNS機制為MS分配地址，并發現了P-CSCF后，隨即進行IMS的注冊，注冊過程中進行IMS-AKA鑒權，此鑒權基于SIP協議，與WiMAX接入網無關。P-CSCF發現后，IMS認證流程與3GPP TS23.228的標準流程類似。

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

（2）業務授權

在IP-CAN建立成功后，WiMAX終端發起IMS呼叫，與IMS（S-CSCF）之間交互進行業務授權。S-CSCF根據HSS下載的用戶業務簽約信息進行業務檢查和授權，如果終端沒有簽約該業務，S-CSCF拒絕終端的業務請求。如果S-CSCF允許終端的業務請求，則S-CSCF下發授權允許給P-CSCF，P-CSCF將業務信息（如業務的媒體描述信息和其他業務信息）通過Rx接口下發給WiMAX系統的PCRF，PCRF根據用戶的簽約信息和本地網絡策略進行業務信息檢查和PCC（Policy and Charging Control）規則的授權，如果該業務信息與本地網絡策略或用戶的簽約信息不匹配，則PCRF（Policy Control and Charging Rules Function）拒絕業務的授權請求，并響應P-CSCF業務授權請求失敗。如果PCRF檢查成功，則PCRF可以根據業務信息（如媒體描述信息和其他業務信息）和用戶的簽約信息進行策略和計費控制決策，生成PCC規則。

WiMAX網絡的接入認證完成后，采用相應的APN/W-APN，取得GGSN/PDG的地址，建立PDP上下文。

（3）計費

在WiMAX接入IMS時，IMS層面的計費獨立于WiMAX層面的計費，但WiMAX層面的計費受到IMS層面的影響（通過PCC），IMS和WiMAX之間的計費要進行關聯。業務層面和傳輸層面可以分開計費，也可以混合計費，或以某種計費方式為主。

其中，IMS的計費主要與IMS會話或者IMS事件有關，承載層面的計費與流量相關，二者應該進行關聯并在一起計費。

在PCC架構下，計費關聯機制應實現計費標志符ICID和Acct-Mulri-Session-ID的關聯。Acct-Mulri-Session-ID用于在WiMAX網絡內關聯與一個特定設備的一個會話相關的所有計費記錄。承載層和IMS層發送計費信息時可以包含Acct-Mulri-Session-ID和ICID，以便在計費系統中進行關聯。

另外，還有QoS，移動性管理和切換，緊急業務等關鍵技術。

4、結束語

隨著Internet業務、多媒體業務的迅速發展，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，通信市場正在呈現出話音業務移動化、數據業務寬帶化的發展趨勢。

實現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。統一的IMS業務提供為最終用戶提供統一的業務體驗，使用戶通過不同的終端和不同的接入技術訪問同樣的業務，實現統一賬單等功能，并盡可能實現統一用戶數據庫管理，業務的統一開發、統一控制。