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i p 多媒体子系统弼元i t s s 的研究和实现 m s 数据库网元h s s 的关键技术研究与实现策略 摘要 近年来，随着经济的飞速发展，人们对通信的需求不断增加。毫 无疑问，下一代网络融合也就成为通信发展的必然趋势。因此，作为 研究3 g 网络技术的权威国际标准化组织，3 g p p 在r e l e a s e5 版本中 提出的支持i p 多媒体业务的子系统( i m s ) ，i m s 的网络架构支持 固定网络接入需求和未来网络的各种业务需求，有利于实现未来固 定、移动网络在核心业务控制层的共享和融合，并提供对高层多种业 务的支持，已经成为下一代网络的发展方向。 电信网中的用户业务数据库是g s m 网络引入的概念。g s m 网络 第一次将用户业务数据集中存储在h l r 上，由此带来的业务提供能 力的极大提升证明了用户数据库在网络中的重要位置。因此，i m s 也 引入了h s s 功能实体，并将其定位于未来3 g 网络中集中存储用户业 务数据的功能实体。 本文h s s 进行了深入的研究，分析h s s 的功能需求以及网元工 作流程，并根据3 g p p 标准协议对h s s 的需求，提出一个完整的h s s 实现设计方案，这也为企业对i m s 系统的深入研究提供了必要的技 术积累。 关键词i m s 归属用户服务器下一代网络数据库关键技术 北京廖f 【也人学硕】j 学位论文d i s 数据库蹦丸h s s 的关键技术研究上j 实现簸略 t h ek e yt e c h n o l o g ya n dr e a l i z a t i o np o l i c yo ft h ei m s d a t a b a s en e t w o r k - e l e m e n th s s a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，w i t ht h er a p i dd e v e l o p i n go ft h ee c o n o m y , p e o p l e h a v e a n i n c r e a s i n g d e m a n df o r c o m m u n i c a t i o n s u n d o u b t e d l y , c o n v e r g e n c eh a sb e c o m ea ni n e v i t a b l et r e n di n t h en e x tg e n e r a t i o n n e t w o r k t h e r e f o r e a sa ni n t e r n a t i o n a la u t h o r i t a t i v eo r g a n i z a t i o nf o r s t u d y i n g3 gn e t w o r ks t a n d a r d i z a t i o n , 3 g p pp r o p o s e di pm u l t i m e d i a s u b s y s t e m ( i m s ) i nr e l e a s e5 b a s e do n3 g p p sn e t w o r ka r c h i t e c t u r e ， i m sc a nf u l f i l lt h ea c c e s sr e q u i r e m e n to ff i x e dn e t w o r ka n dt h es e r v i c e r e q u i r e m e n to ff u t u r en e t w o r k ，w h i c hp l a y sav i t a l r o l e i nt h ef i x e d m o b i l ec o n v e r g e n c e ( f m c ) a tc o r es e r v i c ec o n t r o ll a y e ra n ds u p p o r t s m u l t i p l es e r v i c e o fh i g l ll a y e r ，s oi m sr e p r e s e n t st h ed e v e l o p m e n t d i r e c t i o no ff u t u r en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k t h ec o n c e p to fu s e rp r o f i l ed a t a b a s ei nt e l e c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k i si n t r o d u c e df r o mg s mn e t w o r k t h ec e n t r a l i z e ds t o r a g eo fu s e rp r o f i l e d a t a b a s ei nt h eh l r g r e a t l ye n h a n c e dt h ea b i l i t yt op r o v i d et h eb u s i n e s s t h i ss h o w st h ei m p o r t a n tr o l eo ft h eu s e rp r o f i l ed a t a b a s ei nt h en e t w o r k t h e r e f o r e ，i m sa l s oi n t r o d u c e dh s s ，w h i c hp l a y st h er o l eo fu s e rp r o f i l e d a t a b a s ei nt h ef u t u r e3 g p pn e t w o r k n i sp a p e rh a sm a d ea ni n - d c p t hs t u d yo fh s s i td e s c r i b e st h e f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t sa n dt h ew o r k f l o w so fh s s m e a n w h i l e ，i ta l s o p u t sf o r w a r dac o m p l e t er e a l i z a t i o no ft h eh s si na c c o r d a n c e 、丽mt h e r e q u i r e m e n t so f3 g p p ，w h i c hw i l la l s op r o v i d et h en e c e s s a r yt e c h n i c a l 北京邮i u 人学硕一i ：学位论文i m s 数据库州元h s s 的关键技术研究畸实现策略 a c c u m u l a t i o nf o re n t e r p r i s e sr e s e a r c h i n gi m s k e yw o r d si m sh s sn g nd a t a b a s e k e yt e c h n o l o g y 一2 一 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位 本人签名 处，本人承担一切相关责任。 日期：2 聿辜型兰：2 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期问论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适鬻权墨车名! j 粤日期：”z 午唔型j 掣 日期：4 为氆牡 i p 多媒体于系统嘲7 cl t s s 的研究和实现 1 1 研究背景 1 1 1i m s 产生的原因 第一章绪论 i m s ( i pm u t i m e d i as u b s y s t e m ) 是3 g p p 在r e l e a s e5 版本提出支持l p 多媒体 业务的子系统，它的核心特点是采用s i p 协议和接入的无关性。i m s 为未来的 多媒体应用提供一个通用的业务平台，它是向a l li pn e t w o r k 业务提供体系演 进的重要一步。在网络融合的发展趋势下，3 g p p 、e t s i 和l t u t 都在研究基于 i m s 的网络融合方案，目的是使1 m s 成为基于s i p 会话的通用平台，同时支持 固定和移动的多种接入方式，实现固网和移动网的融合。之所以会产生i m s ，可 以从以下两个方面来解释： 从用户的角度考虑：随着社会的发展，用户对通信有了更高的期望。用户不 仅要求有稳定的语音通信，而且希望随时随地以任何方式获得更多的通信信息和 娱乐服务，且这种服务必须是易用和经济高效的。而i m s 由于其自身的特点， 可以方便地为用户提供这些业务，让用户享受到更好的用户体验。 从运营商的角度考虑：运营商期望其运营的网络能快捷经济的创建业务，提 升其a r p u 值，提高自身竞争力。而目前的网络结构，在创建新业务时，往往 需要增加新的网络实体，增大了投资的风险。i m s 作为一种开放的标准架构，能 够创建永久在线且与接入无关的网络，帮助运营商快速、便捷地引入用户期待的 新业务，为客户创造价值，从而在竞争中脱颖而出。 1 1 2i m s 的特点和功能 i m s 由所有在m 多媒体会话基础上提供口多媒体应用的核心网网元组成。 i m s 将口技术引入到电信级领域，采用水平分层的架构，实现了承载、控制和 业务的分离。 i m s 的核心特点是： 会话控制基于s i p 协议： 接入无关性和向上提供标准开放的业务控制接口； 第1 页共曲页 i p 多媒体子系统网兀8 s s 的研究和，妾现 基于i m s 这个通用的业务平台，运营商能够快速地部署业务。图1 - 1 为传统 业务架构与基于i m s 的业务提供架构的比较。 图1 1 传统业务架构和i m s 业务架构比较 虽然3 g p p 制定i m s 的最初目的是为了使i p 技术与移动通信相融合，但由 于i m s 的接入无关性，凡是可以提供i p 接入的网络，如x d s l 、w l a n 等都可 以接入到统一的i m s 网络。因此，i m s 也可能成为固定网络、移动网络实现融 合的核心。 1 2 论文期间主要完成的工作 作者在论文期间深入研究了i m s 系统的结构原理、网元功能和基于i m s 平 台的业务开发，为普天研究院的i m s 系统提供解决方案。并实际参与了i m s 系 列技术文档的输出，以及网元开发的所有流程。 负责i m s 基础材料的整理，为系统开发作前期准备。期间阅读大量的 3 g p p 、i e t f 等i m s 相关文档。输出了i m s 关键技术研究文档。 完成s i p 协议栈的测试工作( s 口是负责i m s 系统信令连接的协议) ， 使用c + + 代码测试了整个协议栈4 0 代码。代码量大约5 万行。 参与i m s 系统开发正式设计阶段。参与编写i m se m u l a t o r 系统需求说 明、 i m se m u l a t o r 网元接口高级设计、i m se m u l a t o r 系统参考 架构高级设计等设计文档。 独立完成i m se m u l a t o rh s s 网元高级设计、i m se m u l a t o rh s s 网元详细 设计，并独立完成h s s 网元部分代码实现，并进行单元测试。 1 3 论文的组织结构 第2 页共6 9 页 i p 多媒体子系统嘲元h s s 的研究和实现 本论文是作者在硕士研究生期间，对i m s 系统进行研究和开发工作的总结。 论文共分为五个部分。 第一部分绪论介绍了i m s 产生的原因及其功能特点，从市场需求和运营商 业务开发的角度出发，分析了i m s 给用户和运营商带来的好处，从而引出了i m s 平台在未来通信融合进程中所占的重要地位，阐述i m s 存在的必要性及项目的 重要意义和作用。 第二部分介绍1 m s 系统的架构，i m s 各组成网元的功能，并通过一个基本 的i m s 会话过程简单描述了i m s 的工作原理。 第三部分介绍了h s s 网元的功能，重点描述了h s s 支持的接口和消息流程， 从而给出h s s 的需求分析，为第五部分的实现提供参考。 第四部分介绍了h s s 关键技术。主要描述要实现h s s 时，需要注意的一些 关键技术。 第五部分详细给出了h s s 功能模块的设计与实现，其中包含了h s s 的模块 结构、状态机和各关键功能模块。这些模块包括用户签约数据库、业务逻辑处理 模块、s d p 消息队列及d i a m e t e r 协议栈等。 第六部分详细介绍了h s s 网元实现完成后消息处理过程的说明。 第七章最是对本文的总结和对将来的工作展望。 论文的最后四章分别为结束语、参考文献、附录和致谢。 第3 页共6 9 页 i p 多媒体了= 系统嘲兀f i s s 的研究和实现 第二章i m s 架构和原理 本章主要介绍了i m s 的基本网络结构和原理。 2 1l m se m u l a t o r 系统的网元 根据3 g p p 相关规范的要求，i m s 系统由多个网元构成，如图2 - 1 所示： t d - s c d m a 同络 图2 - 1 i m s 系统网元划分 上图示出i m se m u l a t o r 系统的架构。图中，黄色框标出的网元是i m s 系统 中的核心网元，包括：p c s c f 、i c s c f 、s c s c f 、i m s h s s 、m g c f 和b g c f 。 每个网元需要实现的功能如下： 2 1 1 代理c s c f ( p c s c f ) 在移动终端获得i m s 服务时，p c s c f 是第一个联系节点。用户设备通过一 个“本地c s c f 发现流程”来得到p c s c f 的地址。p c s c f 的作用就像一个代 理服务器，它将收到的请求和服务进行处理或转发。 第4 页共6 9 页 北京邮电大学碗士学位论文b ( s 数据库列丘h s s 的关键技术研究与实现策略 p c s c f 的主要功能如下： 把u e 发来的s i p 注册请求消息前转给i - c s c f ； 把u e 发来的s i p 消息自口转给s - c s c f ，该服务器的名字由p c s c f 在该 u e 发起注册过程时得到： 支持u e 与p - c s c f 问的加密过程： 对s i p 消息进行压缩与解压缩； 承载资源的鉴权和q o s 管理： 生成计费记录。 2 1 2 查询c s c f ( i - c s c f ) 查询c s c f 可以充当网络所有用户的连接点，也可以用作当前网络服务区内 漫游用户的服务接入点。在一个网络中可以有多个i - c s c f 。它的主要功能如下： 注册。为用户指定一个s c s c f 来执行s i p 注册； 处理会话相关与会话不相关的消息流。包括：将另一个网络收到的s i p 请求路由到s - c s c f ，从h s s 获得s - c s c f 的地址，转发s i p 请求或响应 给s c s c f ； 生成计费记录。 2 1 3 服务c s c f ( s c s c f ) 服务c s c f 执行会话控制功能。它可以根据网络运营商的需要，维持会话状 态信息。在同一个运营商的网络中，不同的s - c s c f 可以有不同的功能。但在一 个呼叫过程中，s - c $ c f 要完成的功能如下： 注册。它可以作为一个注册机，接收用户的注册请求并完成注册； 处理会话相关与会话不相关的消息流。包括：为已注册的用户提供服务； 可以作为一个代理服务器。也就是接收请求后，进行内部处理或是把它 转发；可以作为一个用户代理，也就是它可以中断或是独立发起s i p 事 务；与服务平台交互来向用户提供服务； 生成计费记录。 2 1 。4 媒体网关控制功能 i g c f 媒体网关控制功能m g c f ( m e d i ag a t e w a yc o n t r o lf u n c t i o n ) 包括如下功能： 控制i m s m g w 中的媒体信道的连接； 与c s c f 通信； 第5 页共的页 北京邮电人学硕l 学位论文i m s 数据库1 尚9 元h s s 的关键技术研究与实现策略 根据路由号码，为从传统网络来的入局呼叫选择c s c f ； 执行i s u p 、b i c c 协议和i m s 呼叫控制协议间的转换。 2 1 5 出口网关控制功能b g c f 出口网关控制功能b g c f ( b r e a k o u tg a t e w a yc o n t r o lf u n c t i o n ) 用来选择与 p s t n ( 或c s 域) 接口点相连的网络。如果b g c f 发现自己所在的网络与接口 点相连，那么b g c f 就选择一个m g c f ，该m g c f 负责与p s t n ( 或c s 域) 的 交互；如果接口点在另一个网络，那么b g c f 就把会话信令转发给另一个网络的 b g c f 。b g c f 在选择与p s t n 相连的网络的时候，会利用收到的其它协议的信 息和管理信息。b g c f 的主要功能如下： 收到s c s c f 的请求后，为呼叫选择一个适当的( p s t n 、c s ) 接口点； 在与p s t n ( 或c s 域) 相连的网络中，选择一个m g c f ，并把s i p 信令 前转给m g c f ； 生成计费记录。 2 1 6 归属用户服务器h s s h s s 作为用户和服务相关数据的主要存储器，包括r 4 版本中p s 域和c s 域的归属位置寄存器和认证中心( h l 刚a u c ) 的功能，以及i m s 相关功能( 详 细功能见第三章) 。 2 1 7i m s 终端 在i m s 系统中，i m s 终端的功能将会愈来愈强大，基于i m s 终端的应用将 会越来越多，i m s 终端在i m s 实现中，占有很重要的地位，i m s 终端需要完成 的功能如下： 支持各种应用信令协议的协商； 支持各种媒体格式的编解； 具有较好的可扩展性。 2 2i m s 系统工作原理 i m s 系统使用s i p 消息作为其信令控制协议。下面通过一个简单的会话来介 绍i m s 的基本工作过程。会话过程如图2 2 所示。 第6 页共6 9 页 北京邮电人学顾i ：学位论文i g s 数据库州几h s s 的关键技术研究j 实现策略 图2 - 2 i m s 会话建立过程 具体步骤描述如下： 1 ) 用户a 向处于不同访问网络中的用户b 发送会话请求。该请求被发送 到用户a 所接入的p c s c f 。 2 ) p c s c f 将消息转发到用户a 所注册的归属服务网络的s c s c f 。 3 1s c s c f 发送d i a m e t e r 请求到h s s ，询问被叫用户b 的服务器所在的归 属网络( 一般是找到被叫归属网络的i c s c f ) 。 4 ) 由i c s c f 找到当i j i 服务于用户b 的s c s c f 。 5 ) s c s c f 查找h s s ，获取当前用户b 注册所在的p c s c f 。 6 ，s c s c f 将消息转发到用户b 接入的p c s c f 。 7 1p c s c f 将请求路由到用户b 。 之后的过程将是会话控制面建立的具体过程，当会话成功建立之后，贝i j 可以 进行承载的连接，然后用户之间就可以进行通信了。 第7 页共曲页 北京邮电人学硕i 。学位论文i r s 数据库嘲冗i t s s 的关键技术研究1 i 实现策略 第三章h s s 的功能接口及支持的消息流程 3 1h s s 的逻辑功能 h s s 是i m s 中所有与用户和服务相关的数据的主要数据库。存储在h s s 中 的数据包括：用户身份、注册消息、接入参数和服务触发信息等等。 用户身份包含私有的和公共的用户身份。i m s 接入参数用户会话建立提供用 户认证、漫游授权等。服务触发信息使得s i p 服务得以执行。h s s 还提供各个用 户对s c s c f 能力方面的特定要求。 除了上述和i m s 相关的功能之外，h s s 还包含了p s 和c s 域所需要的归属 位置寄存器和认证中心( h l r a u c ) 的功能。h s s 的结构图如图3 1 所示。 图3 - 1h s s 功能结构示意图 咿多媒体功能 h s s h s s 具体执行的功能如下： 移动性管理功能( m o b i l i t ym a n a g c m 啪t ) 这一功能支持用户的移动性( 通过c s 域、p s 域和i mc n 子系统) 呼叫会话建立支持功能( c a l la n d o rs e s s i o ne s t a b l i s h m e n ts u p p o r t ) h s s 支持在c s 域，p s 域以及i mc n 子系统的呼叫会话建立程序。 对于终止侧业务，h s s 提供为当前用户提供服务的主机的地址信息，用 来来建立会话。 用户安全信息产生功能( u s e r s e c u r i t y i n f o r m a t i o n g e n e r a t i o n ) h s s 负责为用户提供安全相关的信息。在h s s 中会保存为某用户鉴 权所需的密钥( 该密钥在i s i m 和h s s 问共享) ，以及相应的安全算法， 通过该算法计算得到a k a 认证参数。h s s 中的鉴权机制采用目前通信 网络中的a k a 鉴权机制。 第8 页共6 9 页 北京邮电人学硕十学位论文 i l l s 数据库网兀h s s 的关键技术研究与实现策略 用户身份识别功能( u s e r i d e n t i f i c a t i o n h a n d l i n g ) h s s 为各自不同的系统( c s 域、p s 域、肼s ) 中的用户身份提供 了适当的关系，如： 一c s 域中的1 m s i 和m s i s d n ； 一p s 域中的i m s i 、m s i s d n 和m 地址： i m s 中的私有用户身份和公共用户身份； 接入鉴权功能( a c c e s sa u t h o r i z a t i o n ) h s s 授权移动接入的用户( 可能通过m s c v l r 、s g s n 或者c s c f 接入到系统) 。这时h s s 检查用户是否允许漫游到该访问网络。 业务鉴权支持功能( s e r v i c ea u t h o r i z a t i o ns u p p o r t ) h s s 为m t 呼叫、会话建立和业务激活提供基本的鉴权。除此之外， h s s 使用用户业务相关的信息更新适当的服务实体( 如m s c v l r , s g s n c s c f ) 。 3 2h s s 支持的接口 在h s s 网元之中，需要支持c x 、s h 、s i 接口，如图3 - 2 所示。 丫瓦蕊习 i 2 = ：= ：i 图3 - 2i m s 中提供服务的功能架构 各接口的功能描述如下： h s s c s c f 之间( c x 接口) 1 ) s - c s c f 分配相关的过程 2 ) 从h s s 到c s c f 获取路由信息的过程 3 ) 授权过程( 例如：检查漫游协定) 第9 页共页 北京邮电人学硕l 学位论文i m s 数据库刚儿h s s 的关键技术研究j ，实现策略 4 ) 鉴权过程：h s s 和c s c f 之间用户安全参数的传输 5 ) 选择过程：h s s 和c s c f 之间用户选择参数的传输 h s s a s ( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 之自j ( s l 1 s i 接口1 a s ( s i p 应用服务器和或o s as c s 和或i m s s f ) 可能与h s s 进行通信。 s h 和s i 接口用于这个目的。 对于s h 接口，有下列应用： 1 ) s h 接口是h s s 和“s i pa p p l i c a t i o ns e r v e r 以及“o s as e r v i c ec a p a b i l i t y s e r v e l 和h s s 之自j 的s i p 接口。h s s 负责管辖应提供给每一个应用服务 器怎样的信息。 2 ) s h 接口传输透明数据，如业务相关数据，用户信息等。 3 ) s h 接口支持传输存储在h s s 的用户相关数据的机制( 如用户业务相关 数据，m s i s d n ，访问网络能力，用户位置( 小区全球i d s a i 或服务网 络单元的地址等) ) 。 4 ) s h 接口支持传输标准化的数据机制，如群列表，这可以由不同的应用服 务器接入。那些共享数据的应用服务器应当能够理解数据格式。这使得 在应用服务器之间共享一般信息成为可能。 h s s 和i m s s f 之间的是s i 接口，它用来传输c a m e l 签约信息，比如采 用基于c a m e l 的应用服务器的触发条件。 3 3h s s 支持的消息流程 3 3 1 注册一未注册用户 对于未注册用户的注册流程如图3 - 3 所示。 步骤3 、4 ： 3 ) i c s c f 发送u a r 请求到h s s 来获取当前的用户注册状态 4 ) h s s 收到u a r 请求后发送u a a 响应告知当前的用户状态 步骤6 、7 ： 6 ) s c s c f 发送m a r 请求到h s s 来获取该用户的认证信息 7 ) h s s 收到m a r 请求后返回m a a 响应，响应里携带用户的认证矢量 步骤1 8 、1 9 ： 1 8 ) 用户成功返回认证响应后，s c s c f 发送s a r 请求到h s s ，设置用户的 第1 0 页共6 9 页 北京邮电人学硕十学位论文i m s 数据库喇儿h s s 的关键技术研究与实现策略 注册状态，并设置用户当前注册的s c s c f 服务器的地址 1 9 ) h s s 返回响应给s c s c f ，其中携带用户的签约档案等信息 v i s i t ln e t w o r k h o m cn c t w o r k j u a l l 1 4 u a a 1 f s - c s c fs e l e c t 0 n 。m a r 匦基 r a n d l l 7 a _ u m t a n a | | x 1t e s t l c k i i i 一女a t n l 1t t h r 、“c p d 蕊诗古；茂f ，鬲r a n d i a u t 霄“ r a n d l j a u t n 1 1r e 口i i t 胛 r e s p o n s e- ，口p 一； r e s p o n s e 1 1it a i k 1 4 u a a i r p d i 一一 ia u t h c t l t i c a t i o n | 7 7 。1 c k i i i k 1 c k i i i k 图3 - 3 注册一未注册用户 3 3 2 注册一已注册用户发起重注册 已注册用户需要发起重注册时，其过程如图3 - 4 所示。 步骤3 、4 ： 3 ) i c s c f 发送u a r 请求到h s s 来获取当前的用户注册状态 4 ) h s s 收到u a r 请求后发送u a - a 响应告知当前的用户状态( 用户当前 已注册) 步骤6 、7 ： 6 ) s c s c f 收到已注册用户的注册请求后，发送s a r 请求到h s s ，设置当 前用户的注册状态，完成重注册过程 7 ) h s s 收到返回s a a 响应给s c s c f 第l l 页共页 北京邮电大学硕上学位论文i u s 数据库刚正i i s s 的关键技术研究实现策略 v i s i t e d n e t w o r kh o ，m n c t w o 吨 l u ep - c s c f l i - c s c fh s s ji s c 7 ! “6 _ - ；竺! 竺， ht3 。u “j i h - _ p ，一i，j | ”一 一 图3 4 注册一已注册用户发起重注册 3 3 3 用户发起的注销过程 对于注册用户的注销流程如图3 - 3 所示。 vhi-酣ndoh椰毗nemofk _ 一一一一】 _ =二 ep - c h 一 图3 - 5 用户发起的注销过程 该过程步骤和重注册过程完全相同。 3 3 4 网络发起的注销一注册超时 在用户注册超时的情况下，网络发起注销流程如图3 - 6 所示。 第1 2 页共6 9 页 北京邮电人学硕l ：学位论文i m s 数据库蹦元h s s 的关键技术研究1 穷e 现策略 厂乏磊一匹! 鼍 - j 一 慝_ 。1 一t i m e r j 2 s a r f j 图3 - 6 网络发起的注销一注册超时 步骤2 、3 2 ) p c s c f 或者s c s c f 内部发生用户注册超时指示时，会触发s c s c f 发 送注销过程。s c s c f 发送s a r ，设置用户的注册状态为未注销以及其 他相应处理 3 ) h s s 返回s a a 响应到s c s c f 中 3 。3 5 霹络发起的注销一行政注销 由于行政的原因，需要由网络发起注销某一个公共用户身份时。其流程如图 3 7 所示。 旺p c s c f s c s c f h 文 1 r t r 。2 d e r e g i s t e r 3 u e i n f o m 4 o k 2 0 0 5 a o k2 5 f 订a 图3 - 网络发起的注销撤注锸 步骤1 、5 1 ) h s s 收到管理命令，需要发起对某用户的注销过程，则发送r t r 请求 到s c s c f ，通知某用户已被注销。s c s c f 收到请求后，执行注销的相 应操作 5 ) 完成后发送r t a 响应给h s s 3 3 6 终止侧u e 的s i p 会话建立 用户已注册时，在发起正常呼叫的过程中，呼叫在路由到终止侧网络时，h s s 相关的流程如图3 8 所示。 第1 3 页共6 9 页 北京邮电人学预i ：学位论文i m s 数据库嘲儿h s s 的关键技术研究j 实现策略 ii - c s c f 。h s s 。1 s - c s c f ! ：竺， r _ p 一! 竺 图3 - 8 终止侧u e 的s i p 会话建立 步骤2 、3 2 ) i c s c f 接收到终止某个用户的s i p 会话请求后， h s s ，来查找当前用户所注册的s c s c f 3 ) h s s 返回当i ； 用户注册的s c s c f 名字给i c s c f ， 3 3 7 用户档案更新 用户的签约档案改变的过程如图3 - 9 所示。 发送l i r 请求消息到 会话继续建立 图3 - 9 用户档案更新 当h s s 内部用户的签约档案发生更新时，h s s 会发送p p r 请求到s c s c f 进 行通知。其中p p r 消息中包含用户签约档案，s c s c f 收到p p r 后会返回p p a 给h s s 。 第1 4 页共6 9 页 一 一 i ；i n 北京部电人学硕士学位论文i m s 数据库刖元h s s 的关键技术研究与实现策略 第四章h s s 的关键技术分析 4 1 网管及系统的高可靠性考虑 h s s 作为用户签约数据库的产品，需要考虑未来产品所必备的高可用性和网 管需求。我们对h s s 的设计应该实现n m s 系统各基本框架，n m s 系统目的是 为网元提供一个通用的、可管理的和高可用的软件平台，n m s 系统主要包括三 个基本的单元：n e t w o r ke l e m e n th a o a mm a n a g m e n ta g e n t ( n m a ) 、l o c a lh a o a mm a n a g m e n ta g c n t ( l m a l 和f o r w a r dn e t w o r ke l e m e n th a o a m m a n a g m e n ta g e n t ( f m a ) 。所有这些单元间通过i p e t h e r n e t 的方式交换信息。 眶訇 回画 t ”b 厂一 画画 l 巨 ；a 竺f 8 i i 一 u p b 图4 - 1i m s 中网元h s s 的总体架构 n m n m a 是网元层次的控制器，一般可以位于机框的主处理板( 或称作系统 板) 上，如果机框的系统板不支持扩展，也可以把n m a 实现在普通的功能 板上。下面的描述中我们假定n m a 总是位于系统板上。在每一个系统板上 都有一个n m a 实例，但是在整个网元中只有一个n m a 实例处于活动状态， 第1 5 页共6 9 页 北京邮电人学硕i ：学位论文i f l s 数据库刚元h s s 的关键技术研究j 实现策略 n m a 知道f p b 的所有信息，能够控制l m a 完成h a 操作。n m a 的功能如 下： 1 )和f m a 交互来管理另外一个机框的资源，包括硬件信息和软件信息。 2 ) 和o m c 交互，以控制f m a 和l m a 完成特定的操作。 3 )监视机框板卡的软件软件状态 4 )和l m a 交互完成管理以及h a 的操作 5 )完成全系统配置数据的存储和管理。 f m a f m a 管理某一个机框，f m a 同样位于机框的系统板上。f m a 负责管理 板卡的插拔，同时，f m a 向n m a 提供接口以使n m a 能够管理本机框的板 卡的硬件和软件。 当f m a 和n m a 位于同一个机框上时，f m a 和n m a 都实现在系统板 上，f m a 可以作为逻辑功能实体出现。 主要功能如下： 1 )监视本机框板卡的软件软件状态，并将这些信息提供给n m a 。 2 )监视本机框机框的硬件状念，并把这些状态信息上报给n m a 。 3 )和l m a 交互完成管理以及h a 的操作。 4 ) 向n m a 提供管理接口。 l m a l m a 是板卡级别的软件管理，l m a 位于功能板上，当板卡的操作系统 启动后，l m a 将作为独立的的进程启动，l m a 负责产生应用进程，并监视 应用的状态。l m a 负责应哟个交互。以完成的管理和h a 操作。l m a 需 要通知应用状态的变化，并向应用提供数据同步的接口，以使得应用的同步 数据能够从。如果需要，可以向应用提供网元的全局信息，例如机框i d 、槽 位号，备份板卡的m 地址等信息。 主要功能描述如下： 1 ) 板级的软件管理。 2 )和应用交互以完成h a 操作，例如状态切换； 3 ) 在a c t i v e 和s t a n d y 应用之间建立数据同步通道； 4 )向n m a 报告应用的状态； 5 )从n m a 接收控制命令，控制应用完成状态切换； 6 ) l m a 接口支持标准的s n m p v 2 c 协议； 7 )和应用之间交换的信息采用x m l 文件的格式。 a p p 第1 6 页共6 9 页 北京邮电大学硬上学位论文i m s 数据库髓元h s s 的关键技术研究j j 实现簧略 a p p 是具体处理各种信令消息的应用，和l m a 一样运行在功能板上， a p p 从l m a 接收控制命令，完成状态切换，软件版本管理等操作；从底层 接口接收消息，完成呼叫处理、计费等操作，之后再通过接口发送出去。 主要功能描述如下： i ) 在l m a 的控制下，完成应用的软件管理，例如软件的加载、升级等； 2 ) 在l i v l a 的控制下，完成状念的切换； 3 ) 完成a c t i v e 和s t a n d y 应用之间的数据同步； 4 )和l m a 之间交换的信息采用x m l 文件的格式。 5 )接收从外部过来的信令消息，完成特定的处理，如呼叫处理、计费 处理。 o m c 通过n m a 管理整个网元，n m a 和o m c 之间遵循标准的s n m pv 2 c 协议。为简化管理，n m a 是系统对外的唯一管理接口，o m c 的控制命令都要通 过n m a 后转发给相应的应用，来自应用的响应消息和t r a p 消息也要通过n m a 发送给o m c 。 系统高可靠性的实现是板卡级的，通过板卡之间的冗余配置，以及在运行时 产生故障情况下的切换来完成，与h a 相关的操作都是在n m a 发起，由l m a 和f m a 共同的完成的。 i m se m u l a t o r 系统的冗余方式，包括如下几种： 1 ) 1 + 1 热备份 2 ) 1 + 1 冷备份 3 ) n + l 冷备份 4 ) n l o a d s h a r i n g 的方式。 对于这几种冗余方式的选择，将根据不同的板卡分配的功能进行选择，以后 将进一步扩充。 4 2 用户签约数据库的解析 根据3 g p p 协议规定，用户签约数据采用x m l 的格式进行解析。举例用户 的签约数据如下： ? x m lv e r s i o n = 1 i f , e n c o d i n g = u t f - 8 ”? ) i m p l i h o m e d o n m i n c o m 第1 7 页共页 北京邮电大学硕l ：学位论文 m s 数据库网元h s s 的关键技术研究，实现策略 1 s i p ：i m p u l h o m e d o m a i n o o m s i p ：i m p u 2 h o m e d o m a i n t o m 0 1 o o i n v i t e s i p ：a s i h o m e d o m a i n ，c o m o 为了能够将用户签约数据正确地读入到数据库中，我们使用x m l 解析软件 完成。例如，在l i n u x 操作系统下，我们可以选择l i b x m l 2 来完成x m l 文件的解 析，并且可以自己使用c + + 编写代码，将解析出来的数据保存到我们的h s s 中 去。 4 3 支持d i a m e t e r 协议栈 在i m s 中，h s s 作为用户签约业务数据库，承担着安全数据和业务数据下 载的功能，所以h s s 需要和i m s 中其他的网元如：i - c s c f 、s - c s c f 进行通信。 在3 g p p 协议中规定，h s s 使用d i a m e t e r 协议进行通信，这里h s s 作为d i a m e t e r 服务器功能存在。下面我们简单介绍一下d i a m e t e r 协议： 4 3 1d i a m e t e r 协议 d i a m e t e r 协议是i e t f 开发的认证、授权和计费( a a a ) 协议。d i a m e t e r 协 第培页共6 9 页 北京由f f 电大学硕l ：学位论文i ；l s 数据库尉尢h s s 的关键技术研究1 j 实现策略 议不是从零开始构架，它基于鼬d i u s ( 远程拨入用户认证服务) 协议。 d i a m e t e r 协议实际上分成了两部分：d i a m e t e r 基础协议和d i a m e t e r 应用。 基本应用的协议被用于传递d i a m e t e r 数据单元、协商能力集、处理错误等；应 用部分定义了特定应用的功能和数据单元。 图4 1 为d i a m e t e r 消息的格式示意图： 命令代码字段指示了d i a m e t e r 消息中包含的命令；应用标识字段用来标识 消息所发往的应用；a v p s 包含认证、授权和计费单元，以及与特定d i a m e t e r 请 求或应答消息相关的路由、安全和配置信息单元。 0l23 01234567 8 9 012 34567890l2 345 678 9 01 义： 版本 000 0 0oo 1 潲患k 度 命令标记 rpexixiz 白秘 府j 玎i d h o p 够l i o p 杯诅符 瑞旬瑙杯饿终 a w 图4 - 2 d i a m e t e r 消息格式 每一个d i a m e t e