前言

台湾WiMAX执照竞标作业已经结束。比价结果北区执照由出价高达12.89％的大众电信取得，意谓着未来获利的100元中，有12.89元须上缴国库成为特许费。一般认为合理的特许比例应不超过10％，不过这也代表市场看好未来WiMAX执照可获利的效益。相对而言，3G经营营收现况并不如市场预期，主因在于缺乏一个健全的服务供应架构，因此相关数据服务并未成熟，仍是以语音服务为主。

电信业者希望能在一个共通的平台上，架构可跨越有线网络、固网、行动等电信通讯，同时能提供多维声音与影像服务的技术，IP多媒体子系统（IP Multimedia subsystem；IMS）便是朝向开发跨平台、易使用、安全的服务派送、同时结合网络、媒体、电信等多样功能，可作为WiMAX电信营运商开发服务平台的优先考虑项目。

IP多媒体子系统架构简介

IP多媒体子系统（IMS）是一种能够在封包层次上提供服务的架构。从行动通信业的角度来看，无论无线电讯的型态是CDMA、UMTS还是GSM，只要能在其中建构IP层，便可以建立IMS架构。从网络通信的角度看来，手机、电话、个人计算机、或其他各种行动上网的装置，都可以是IMS的终端节点，并且透过IMS服务器的链接，得以供应多媒体的应用服务。

《图一 预估IP多媒体子系统（IMS）的网络成长趋势》

《图二 IP 多媒体子系统的使用角度示意图》

IMS架构与泛论的VoIP区别在于，首先VoIP是单一应用的服务系统，而IMS是供应服务的架构。再者，VoIP可以是在IMS上所执行的众多应用系统之一。而每一个VoIP应用系统，都有各别建立的网络堆栈，IMS则可以在同一个网络堆栈上，执行许多的应用服务系统。

从IMS架构的角度来看，其实IMS是可独自运作于IP之上、具备完整结构的服务供应环境。IMS的底层属性可涵盖UMTS、GPRS、固网或者是WiMAX，能满足用户在使用上越来越强调多样的收纳特性，因为在实际应用中，通讯底层环境在一天当中，可能同时或轮替地交互使用，因此不论电话、电子讯息传递、游戏、 ?时通讯等应用，若能以整合上述条件的IMS特区平台来使用，方便性将不可言喻，相关应用架构如(图三)所示。

《图三各类存取网路连接IMS架构示意图》

既然IMS是一项提供服务的架构平台，那么便不等同于影音串流或是实时通讯服务（instant messaging and presence services；IMPS）等，它以同一个IMS网络堆栈为基础，可同时使用多个相同或不同的应用，架构简单、更能利用计算资源。

IMS架构应具备的特性

IP服务从H.323到软件交换四类（class）、五类的路由型态，为了配合IP以及传统PSTN的架构，传统固网业者付出了相当多的规格制定费。随着IMS技术的推出，行动和固网业者能够提升整合?时多媒体通讯的工作效能。

《图四 固网的长期演进示意图》

今日固网和行动通讯营运商，为了迎接整合通讯的应用环境，提出了应具备以下技术条件的愿景：

由(图五)可知，IMS能够以较为简化的作业提供一致性的服务，迅速地挂载应用服务系统，并且具备共通性与弹性十足的计费系统。IMS是运作在一种标准的接口，各种应用和服务在符合SIP的控制机制上，能够快速地部署，语音、数据和多媒体等三合一服务（Triple Play）均可整合成单一的IP应用。开发这种应用和服务的相关软件供货商，可以集中资源开发应用层面，而毋需考虑底层存取的研发课题。

《图五 IMS架构层次一览图》

IMS的架构层则包括以下：

应用层

应用系统服务器扮演着提供用户取用应用服务以及增强控制方面的角色，这样的架构加上SIP协议的讯号，具备充足的弹性去应付电信及非电信方面的应用服务器。

议程层

这个层次包含了许多软件组件以及相关的通信协议，是用来维系应用系统和用?之间的链接，议程层执行通话讯令的核心工作。

互连和媒体层

SIP通信协议的讯号，是用来初始和终结议程（Session）、并提供语音的转换功能。例如模拟／数字的型式、IP的封包有赖于?时传输协议（RTP）的传递等，此类工作均由这一层面负责完成。

IMS软件组件介绍

《图六 IMS软件组件架构》

由(图六)从下往上来看，移动电话、计算机、机顶盒等IMS用?设备端，只要透过存取端网络取得IP地址，便可以进入IP世界，这并不会限定以用何种方式取得IP。IMS架构的软件组件有以下数种：

P-CSCF

P-CSCF是进入IMS时第一个会碰到的组件，所有SIP的讯号从用?端透过P-CSCF后送到IMS核心网络处理。其实P-CSCF正扮演着代理（proxy）的角色，在IMS的环境中，所有的讯号都是使用SIP，P-CSCF正是SIP的代理者。通常客户端设备要连接上IMS时都要提出注册的要求，P-CSCF基于安全性的考虑， 都将注册请求后送到I-CSCF处理。因此，交易的发生至结束过程，都会在P-CSCF产生相关计费信息。此外为了维护SIP讯号的安全性，P-CSCF使用Internet Protocol Security（IPsec） Encapsulating Security Payload（ESP）作为保护机制，P-CSCF也必须做出媒体判断（media policing），在此检查SDP的封包内容，判定传送中的媒体型态、编码是否对应用?的请求。

I-CSCF

I-CSCF是进入电信营运商核心网络的入口，基于安全性的考虑，外界的交易请求进入I-CSCF之后，就转换成核心网络的IP以及路由，它保护核心网络不被外界窥探。I-CSCF主要工作是向HSS数据库查询哪一个S-CSCF适合客户端需求，由数据库IMS便可知道哪些S-CSCF正在忙碌中，改由较不忙碌且带宽条件较佳的S-CSCF提供相关服务。

S-CSCF

S-CSCF的角色，简言之就是IMS的大脑。IMS不只一颗大脑，随着架构日益弹性扩充，S-CSCF也可依量扩充，当客户端提起一项议程时，S-CSCF随时在维护议程的状态，与服务端的平台交互作用。S-CSCF处理的工作包括：

HSS（Home Subscriber Server）

HSS就是数据库储存IMS用?相关的数据、以及用户使用应用服务的一切数据，包括用?账号、注册信息、存取参数、其他服务特有的信息等等。

用?账号分成私有与公用两种，私有用户账号是用于家庭网络相关的认证与授权，而公用账号则是用来在因特网上能够透过公用账号来与他人互动的识别。

IMS的存取参数则是用在建立议程、提供用户认证、漫游授权以及指定S-CSCF的名称等功能上。服务专属（Service-triggering）则是用来引发SIP服务，HSS也提供用户特有请求下的相关S-CSCF数据，它可以提供I-CSCF 选择对用?最适合的S-CSCF。

HSS在电信营运商的IMS网络中不必然是单一的，随着用?数量的增加和网络拓朴复杂化之后，HSS可以弹性增加。

MRFC（Multimedia Resource Function Controller）

在会议（conferencing）系统中，MRFC是用来支持用户使用发言优先级、资源共享以及各种转码（transcoding）时的功能。

MRFP（Multimedia Resource Function Processor）

MRFP是辅助MRFC用来帮助资源分配的功能，例如在会议系统中，在多方通话时可能使用不同的编码，但必须让所有参与者能够听到的环境，亦即交互读取媒体串流的应用。

应用系统服务器（Application Server）

应用系统基本上不直接属于IMS部份，虽然它最主要的功能，是提供多媒体应用相关的服务。通常由应用系统服务器负责处理SIP送入的的议程，或者由它发出SIP的请求。每当交易发生时，应用系统服务器都必须能产生正确的帐务数据。

PoC（Push-to-Talk over Cellular）

这是一种行动装置端的服务，它提供一种?时通讯于事先约定好的终端设备，当按键按下之后，声音以群播方式呈现在其他的行动装置。这种应用是半双工（half-duplex）的运作模式。说话的一方按下键后，其他人只能听不能说，当说话一方完毕后，可由其他行动装置依按键快慢取得发言机会。由于是以行动网络传递，因此这项功能不受国界和地理环境的限制。

其他

此外IMS软件组件还包括实时通（Instant Message）、游戏、影音会议室（Videoconferencing）、UMS（Unified Messaging System）等等。UMS可支持各种媒体的型态，例如语音、传真、电子邮件等，只要使用同一个账号，用?得以使用不同的设备，利用个人计算机、有线无线电话、PDA等终端装置，从网页读取所有相关数据。

IMS安全机制

IMS在运作的考虑下区分为两类，第一是Network Domain Security，其提供于所有IP层的安全考虑，GPRS通讯方式几乎采用这个安全机制；另外Access Domain Security是运作在IP层之上的安全机制，与SIP、HSS、P-CSCF、I-CSCF,以及S-CSCF关系十分密切。

IMS也要求终端设备必须能够接受UICC（Universal Intergraded Circuit Card），亦即ISIM（IMS Subscriber Identity Module），可用来提供交易的凭证安全。ISIM上有用?的账号、使用领域、安全密码等相关数据。

S-CSCF用来作用?的登入进行认证，从用?端到S-CSCF之间，是采用IP-SEC进行数据加密。用?端认证的加密解密方式则是采用UMTS AKA（Authentication and Key Agreement）。

《图七 IMS的安全机制示意图》

网状网络（mesh network）如果建置正确，应能大幅增加今日IEEE 802.11网络的涵盖面和容错能力。然而，无线网状网络标准，例如IEEE802.11s和IEEE 802.16f，数年后才会出现。在此同时，虽然有数种专属性方案可供采纳，不过这些方案设定过于复杂而且可能没有解决QoS问题。于是，在目前网状网络技术仍为专属性情况下，除了在校园或企业内部等封死循环境以外的领域，成长将极为有限。

IMS的安全机制示意图

IMS是一个拥有多项存取方式和技术的通讯网络架构，使用完全开放且标准的接口，其单一服务可以涵盖整个网络。

正因为是单一的服务供应架构，IMS可降低电信营运商的营运成本，也可减少各项环节的转换成本，并简化相关操作，并且提供无缝的服务。