看好高彈性/低成本特性　電信營運商加緊布局IMS

近年電信業的發展隨著第三代行動通訊(3G)在2000年發照與陸續開台後更顯蓬勃。儘管街上人手一機，電話講個不停，但以目前電信業的營運收入，數據服務只占營收的一小部分，業者營收大部分來自語音收入。這種情況下就產生數據服務無法供應給廣大的手機族群，當然除費率的因素外，值得研究的是手機族群是否沒有這部分的需求。目前有一個熱門的議題即IP多媒體子系統(IP Multimedia Subsystem, IMS)為電信業正熱烈討論與研究的重要技術與服務(圖1)。

圖1　IP多媒體子系統功能示意

IMS成為近期重要技術原因包括幾點，第一，IMS可隨時派送應用系統於所有IP架構上。因其提供良好的架構與富於彈性的做法，可很容易的接受應用系統並提供良好安全的認證與多維的帳務系統。IMS的架構已將認證、授權及帳務系統定義於底層環境，應用系統不須考慮在何種作業系統平台，就可將服務推向廣大的IP領域。  

第二，大部分的電信運營商已經開始著手布局IMS。未來IMS將會在所有IP的架構上提供重要的服務，雖然推動用戶端的IMS並不列為最優先的項目，但固網業者正在進行一項IMS的大型專案，即將原有的電路交換網路更換為次世代網路(Next-generation Network, NGN)。  

對行動電信服務業而言，IMS首要任務在於整體封包無線電服務(GPRS)上建立IP多媒體網路應用環境。提供GPRS訊號指令與資料的傳輸，並提供IP服務的控制，包括高服務品質(QoS)、安全機制、帳務管理及推動IMS以及著重在人際間互動服務的項目，如網路語音通訊協定(VoIP)、即時訊息、即時呈現與一按即說(Push to Talk)，用戶在使用網路電話的同時，不僅可同時開啟影像檔案分享或再邀請第三或第四者參與會話等。  

第三，推動IMS前應先了解應用系統如何被使用。傳統上打電話之前並不知道對方是否已開機，但是經由IMS的應用系統即時呈現，可得知對方已經上線，但此刻對方正在看電影，預計一小時後結束。  

當對方看完電影後，發話方可能拿著手機回到辦公室，經由網路的切換及節費的動態選擇，雖然對方回撥手機號碼，但是這通電話是接到企業網路的個人電腦，交談中發現有必要邀請其他人加入會談，藉由一按即說再找其他人加入，在會談中發現有必要共讀一個影像檔案，經由分享功能，在會談中分別在手機、電視螢幕、筆記型電腦、個人電腦上一起分享該影像，掛上電話後，發現傳來運動比賽精彩鏡頭的錄影。  

圖2所示為IMS應用服務預估，可發現手機上網持續成長，新IMS平台將促成更高品質與更豐富多媒體應用，且ABI研究預估2011年來自IMS-enabled應用的服務營收將達四百九十六億美元。

圖2　IMS應用服務用戶預估

IMS具備三層架構  

IMS為一種多維議程和服務控制架構，以IP技術和IETF網路協定如SDP、Diameter為基礎的封包型態網路，如GPRS、UMTS、WLAN、DSL並區分為三層，包括IMS核心、IMS應用層與IMS用戶端，其中IMS核心包含S-CSCF(Serving Call Session Control Function)為IMS的核心功能，處理用戶資料、決定QoS、控制資料伺服器及帳務的收集管理等；I-CSCF(Interrogating Call Session Control Function)為隱藏網路的拓撲；P-CSCF(Proxy Call Session Control Function)為IMS的入口提供認證的協助；MS(Media Server)決定議程上的流量；MGF(Media Gateway)為資料格式的交換；PDF(Policy Decision Function)決定QoS的策略。IMS應用層包括HSS(Home Subscriber System)為IMS的資料庫儲存用戶資料及交易的紀錄、ASF(Application Server Function)為供應應用程式及IMS驅動力量(Enablers)。IMS用戶端即處理用戶端的部分。  

IMS可解決用戶登錄認證問題  

IMS是一項標準的解決方案，用來控制IP的應用系統，定義控制元件幫助應用系統能方便的移植到IP的平台上，並且一併解決用戶登錄認證、授權的使用及提供完備帳務官理服務。在所有的交易中對於安全機密的考慮，從用戶端在認證時必須使用MD5-akav1或MD5-akav2、議程(Session)封裝於IP-SEC等種種考慮都顧及用戶在安全的機制下存取該服務。這項解決方案共同由第三代夥伴計畫(3GPP)、固網、有線業者提出並加以修訂。  

IMS架構在IP上的網路通訊協定有SIP(Session Initiation Protocol)/ SDP(Session Discription Protocol)，其為一種的網際網路多媒體通訊協定，用於建立會話或訊號指令控制，極富彈性的架構與簡單的通訊協定；DIAMETER for AAA(Authentication、Authorization 、Accounting)；RTP(Real-time Transport Protocol)是一種網際網路多媒體傳輸的通訊協定，聲音影像和文字可以包裝在RTP內於整個議程中相互交換，其中多媒體包含文字、語音、視訊；IPSEC是一種提供安全性傳輸之IP通訊協定；QoS即IMS對於業者而言屬於企業網路(Intranet)而非網際網路(Internet)相對上能提供QoS的保證。  

IMS客戶端模組包含項目眾多  

圖3為資策會IMS用戶端系統架構圖，在IMS已確定為全球各大營運商採用的趨勢下，資策會將發展符合JSR-281 IMS服務應用程式介面(Service API)的參考實作，並開發相對應的IMS旗鑑應用(Pilot Application)，建立IMS核心網路(Core Network)模擬驗證環境及開發驗證IMS應用者端(Client)的測試相容性套件(TCK)。計畫中最大的工作項目，即是實作符合JSR-281 IMS Core API與服務API規範的中介軟體碼(Middleware Code)。

圖3　資策會用戶端系統架構

JSR281提供一個共通於不同設備端的軟體應用程式介面，使開發IMS的應用系統更為容易，而且方便整合。透過高階的應用程式介面提供IMS的功能，提供抽象的介面只專注在服務的功能而不須了解底層複雜的技術細節。應用程式介面至少提供三種功能包核心之應用程式介面、服務之應用程式介面及資料之應用程式介面。  

核心API是基於3GPP Rel-6規格制定，主要讓開發者可使用Java開發非標準(Non-standard)以IMS為基礎的服務，涵蓋IMS經營管理(Management)、服務、議程管理(Sessions Control)、多媒體、資料運算(Media Rendering)、事件架構(Events Framework)、QoS及其他功能等幾個主要的套裝軟體(Package)。服務API則是用來讓開發者可使用Java開發標準IMS基礎服務，包括可擴展標示語言(XML)Document Management API、蜂巢式一按即說API及IMS Presence API(圖4)。

圖4　IMS的應用系統

IMS架構在SIP上能提供同一個議程，同時建立多個多媒體應用統相互交換資料的一項系統架構。透過數位媒體軟體標準(XDM)一個用戶登錄立即會更新或產生一個XML檔案儲存在資料庫或檔案系統，其他群組系統可使用這項資料提供URI。而IMS也考慮了漫遊的需求，因此該項漫遊可以在不同的業者國家存取不同的網路服務或者連回原網域使用服務。  

從技術上來看，IMS並不是定義服務或研究如何發展服務系統。其僅提供一個應用系統植入平台，使應用系統能抽離傳輸層以下的牽絆，只著重在與用戶互動型成一種抽象層次，所以，MS確實是由一些軟體元件所組成，而形成的一個發展平台著重在議程的控制，毋須費心於何種的底層網路諸如UTMS/GPRS、纜線(Cable)、ADSL。  

因此，IMS只著重於用戶管理功能、安全機制、服務產生與植入機制，且由所有應用程式共有共享，所以必須提供大量API，使應用系統得以藉由此介面互換資料。  

服務能量  

IMS的重要功能是所謂服務能量(Service Enabler)架構，這是一個在同一個議程可同時或連續啟動應用系統的機制。其帶來的好處是服務容易產生，因在同一個議程可允許多個應用使用、整體使用能量增大、提高使用效益、成本因而降低，使用者滿意度提升等，以下列出一些共通服務能量的項目：

‧	即時呈現
	提供用戶即時之資訊，如是否在線上、喜怒哀樂等情緒及當時使用網路狀況，如使用行動電話、在家中ADSL上線或使用無線上網。這些資訊可被其他應用系統使用，如線上電話簿、及時訊息、一按即說或是多方遊戲等。

‧	群組管理
	用戶的上線與離線都可被記錄為一項資料，透過XDM的管理，經由整理後可被歸類為群組，如在線上電話簿是家人、朋友；在線上遊戲的群組歸類為戰士；在虛擬城市是一名算命師。

‧	位置與會談
	用戶透過即時使用的用戶端設備顯示當時實際地理位置，在群組之間亦可進行多方會談如語音、影像、文字多媒體的溝通。

‧	認證與授權
	用戶上線之前當然必須認證，但使用應用系統之前也必須再次認證，如用戶未成年不能使用成人頻道；用戶沒有儲值不能使用付費影音電話；用戶已設定不使用某類應用系統，啟用之前就知道無法獲得授權。

‧	IMS QoS支援
	在IMS從網路層到應用層均擔負QoS的工作。這項工作由PDF(Policy Decision Function)處理控制的機制，主要功能為授權每個網路資源的使用，根據PDP控制誤用情形，並提供支援GPRS數據節點(SGSN)和GPRS閘道支援節點(GGSN)之間使用流量的資訊。

用戶端以模組化為發展方向  

在用戶端如手持式設備的部分，發展朝模組化的方向發展，以IMS來說，因架構在SIP上，因此就有JSR180的模組、IMS模組，JSR 281則架構其上。也由於其模組化的作用得以相互分享彼此資訊，如一按即說的群組是取自即時呈現的群組資料作為其線上電話簿，當然取用這些模組的資料與使用他們的功能有賴於應用程式介面，不僅可用來發展IMS應用程式，也減低在不同設備端因不同硬體配備而產生的問題，這對於目前因不同設備而有不同的應用程式比較下，已顯著的改善。JSR 281的確對目前琳瑯滿目的手持式設備提供一項開發應用程式的標準，但該標準對於IMS與非IMS軟體並不容易整合。  

對於電信運營商來說，明顯有兩個發展趨勢，從行動業者來看，IMS主要在人際間的互動軟體，最普遍的是一按即說和影像分享。這個趨勢有極大的發展空間，如結合地理位置與個人交友資料等，可大大提供人際互動的應用軟體發展，現在業者看不到這個機會，或許中間軟體開發商有發展的機會。  

對固網業者來說，其可使用IMS當作VoIP軟體部署與配送到企業端的IP相關服務軟體。因IMS對業者而言，要取代現有的在交換電路的VoIP，不如直接在次世代網路中以IMS提供功能更強，服務又可堆疊的VoIP，也因為IMS對於服務的控制和帳務的管理很方便派送服務軟體給企業使用。  

IMS帶給營運商眾多優勢  

對運營商而言，推動IMS服務有四種好處，其一為提供行動與固網的整合，因IMS是跨平台、跨手持式設備端與網路層服務的軟體；其二為產生新的收入，可在短期間將數據的收入藉由多媒體應用的導入提高；其三為減低營運成本，因IMS發展平台減少應用系統引入的成本，加上服務增加，增加的速度夠快，成本相對降低；最後為提供整合的標準，因IMS是IP架構上的發展平台，IP對IP之間的整合相對容易。  

運營商面對IMS的發展與推動的工作包括對於不同網路層及不同的設備端所提供的行動支援，QoS的保證正是業者網路有別於企業網路的地方，業者在企業網路可保證QoS，但網際網路則無法做到，業者亦可提供設備端的地理位置，以即時呈現提供群組的管理與資訊的分享，並可提供用戶認證、授權、帳務的管理機制與完善的安全機制的管理，並可鼓勵加值商對IMS軟體的供應。  

(本文作者任職於資策會網多所)