（通信与信息系统专业论文）ims中无缝移动关键性问题的解决方案.pdf

i m s 中无缝移动关键性问题的解决方案 摘要 m 多媒体子系统i m s ( i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ) 是一种全新的 提供多媒体业务的网络架构，它能够满足用户更新颖、更多样化的 多媒体业务需求。3 g p pr 5 版本已经选择s i p 作为l m s 的信令协议， 来实现基于口的移动话音和多媒体通信，但在移动性管理方面仍有 许多问题需要移动婵的配合才能解决，而且目前i m s 仅能提供对用 户游牧移动性的支持，不能支持用户的无缝移动性。因此，我们必 须针对i m s 网络架构的特点，设计出一种适合i m s 的无缝移动解决 方案，使得该方案不但可以满足用户对i m s 中大量实时多媒体业务 质量的要求，而且能够对用户可能出现的各种移动性进行管理。 移动i p ( m o b i l ei p ) 和会话初始协议s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o n p r o t o c 0 1 ) 是当今使用最普遍的两个移动性管理协议。移动i p 是一 种基于网络层的移动技术，通过保持移动节点i p 地址的不变，维持 移动过程中传输层以及更高层的通信连接。s i p 是一个应用层控制协 议，可以用来创建、修改以及终止基于i p 网络的用户间的多媒体会 话，并且可以通过扩展为用户的多种移动性提供支持。然而移动i p 和s i p 在移动性管理上有着各自的优缺点，只有将移动i p 与s i p 结 合起来，才能更好地为i m s 中的用户提供移动性管理。 本文针对i m s 网络架构的特点，结合现有的移动解决方案，即 移动i p 和s i p ，提出了一种新的双层移动性管理方案。在该方案中， 通过在家乡代理和s c s c f 之间引入跨层接口模块，使网络层的移 动口和应用层的s i p 之间实现相互通信，利用移动i p 的绑定更新触 发i m s 中的注册过程，降低了切换时延，并简化了移动节点在切换 过程中需要进行的信令交互，从而可以更有效地利用信令和网络资 源。此外在该方案中，移动m 和s i p 都可以单独执行移动性管理， 对不支持双层移动性管理的移动节点可以由移动m 或s i p 来单独管 理，并且还能够支持用户可能出现的各种移动性。最后，本文进行 了理论推导和仿真验证，利用仿真结果证明了双层移动性管理方案 与其它移动解决方案相比，具有较低的切换时延，并且不会在网络 中引入大量的信令负载，所以双层移动性管理方案不但可以满足用 户对i m s 中大量实时多媒体业务质量的要求，而且对整个网络的扩 展性也提供了很好的支持。 关键词i m s 移动i p 移动节点家乡代理会话初始协议 呼叫会话控制功能 s e a m 眦e s sm o b i l i t ym a n a g e m e n ti ni m s a b s t r a c t i m sc a m u l t i m e d i as u b s y s t e m ) i san e wn e t w o r ka r c h i t e c t u r ef o r p r o v i d i n gm u l t i m e d i as e r v i c ei nt h en e x tg e n e r a t i o nw i r e l e s sn e t w o r k s 3 g p ph a sc h o s e ns i pt ob et h es i g n a l i n gp r o t o c o li ni m s a l t h o u g h s i pc a nr e a l i z ev o i pa n dm u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o ns u c c e s s f u l l y , i th a s p r o b l e m si nd e a l i n gw i t hm o b i l i t y a tp r e s e n t , i m sc a no n l ys u p p o r t n o m a d i cm o b i l i t yb u tn o ts e a m l e s sm o b i l i t y s o ，w es h o u l dw o r ko u ta n e ws o l u t i o nt os u p p o r ts e a m l e s sm o b i l i t yi ni m s ，w h i c hc a ni m p r o v e c u s t o m e r s e x p e r i e n c eo fr e a l - t i m es e r v i c ei ni m sa n dp r o v i d es u p p o r t f o rv a r i o u sk i n d so f m o b i l i t y c u r r e n t l y , m o b i l ei pa n ds i pa r et h ep r e v a l e n tp r o t o c o l su s e dt o p r o v i d em o b i l i t ym a n a g e m e n t m o b i l ei pw o r k so nn e t w o r kl a y e r i t c a l lm a i n t a i nt h ec o n n e c t i o no nt r a n s p o r tl a y e ra n dh i g h e rl a y e rb y a s s i g n i n go n ec o n s t a n ti pa d d r e s s f o rm o b i l en o d e s i pi sa n a p p l i c a t i o nl a y e rp r o t o c o l ，w h i c hc a nc r e a t e ，m o d i f ya n dt e r m i n a t et h e m u l t i m e d i as e s s i o nb e t w e e ni pu s e r s s i pc a na l s op r o v i d em o b i l i t y m a n a g e m e n tf o rk i n d so fm o b i l i t y h o w e v e r ，b o t hm o b i l ei pa n ds i p h a v ep r o b l e m sd e a l i n gw i t hm o b i l i t y , w es h o u l di n t e g r a t em o b i l ei pa n d s i pt op r o v i d eb e t t e rm o b i l i t ym a n a g e m e n ti ni m s i nt h i sp a p e r , w ep r o p o s e dan e wc r o s s l a y e rm o b i l i t ym a n a g e m e n t s o l u t i o nb a s e do nm o b i l ei pa n ds i ei nt h ep r o p o s e ds o l u t i o n ，w e i n t r o d u c eac r o s s - l a y e rm o d u l eb e t w e e nh o m ea g e n ta n ds - c s c f , w h i c h c a nr e a l i z ei n f o r m a t i o ne x c h a n g eb e t w e e nn e t w o r kl a y e ra n da p p l i c a t i o n l a y e r t h r o u g ht h ec r o s s - l a y e rm o d u l e , t h eb i n d i n gu p d a t em e s s a g e r e c e i v e db yh o m ea g e n tc a nb et r a n s l a t e da n df o r w a r d e dt os - c s c ft o t r i g g e rt h er e g i s t r a t i o np r o c e d u r ei ni m s s ot h es i g n a l i n gb e t w e e n m o b i l en o d ea n dh o m en e t w o r kc a nb er e d u c e dd r a m a t i c a l l y i n a d d i t i o n , m o b i l ei pa n ds i pc a na l s op r o v i d em o b i l i t ym a n a g e m e n to n i t so w n , s ot h em o b i l en o d ew h i c hd o s en o ts u p p o r tc r o s s l a y e rm o b i l i t y m a n a g e m e n tc a nb ep r o c e s s e db ye i t h e ro ft h et w op r o t o c o l s i nt h e e n d ，w ea n a l y z e dt h r e em o b i l i t ym a n a g e m e n ts o l u t i o n sp r o p o s e di nt h i s p a p e rt h e o r e t i c a l l ya n dm a d es i m u l a t i o nb a s e d0 1 1o u ra n a l y s i s t h e s i m u l a t i o n r e s u l t s d e m o n s t r a t e dt h a tt h e c r o s s l a y e rm o b i l i t y m a n a g e m e n ts o l u t i o nh a ss m a l l e rh a n d o f fd e l a ya n di n t r o d u c e sl o w e r s i g n a l i n go v e r h e a dt ot h en e t w o r kc o m p a r e dw i t ht h eo t h e rt w o s o l u t i o n s s ow ec a nc o n c l u d et h a to u r p r o p o s e dc r o s s l a y e rm o b i l i t ym a n a g e m e n t s o l u t i o nc a np r o v i d eb e t t e rm o b i l i t ym a n a g e m e n tf o rr e a l - t i m es e r v i c ei n i m sa n dh a sg o o ds c a l a b i l i t y k e yw o r d s ：i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ，m o b i l ei p ，m o b i l en o d e ， h o m ea g e n t , s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l ，c a l ls e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 上 本人签名：釜! 固些 日期：2 1 旦2 兰笪 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间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：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书 本人签名： 导师签名： 望!日期：兰! ! ! ：! ： 日期：垄整2 ：笪：呈 i m s 中无缝移动关键性问题的解决方案 1 1 课题背景 第一章绪论 伴随着移动网络在过去几十年中的广泛普及，全球的移动用户已经超过了 1 8 亿。同时，个人通信的迅猛发展极大地促使了个人通信设备的微型化和多样 化，结合多媒体消息、在线游戏、视频点播、音乐下载和移动电视等数据业务 的能力，大大满足了个人通信和娱乐的需求。为了满足人们目益多样化的业务 需求，未来网络的发展方向将会是移动化、宽带化和i p 化。首先是v o l p 的快 速增长，使得语音业务趋向于移动化和i p 化，并且互联网用户迅猛发展，业务 走向宽带化，最后是一切i p 化，无论是移动还是宽带将离不开i p 化技术。同 时，用户对通信业务有了更高的期望，用户不仅要求有稳定的语音通信，而且 还要求能够进行数据和多媒体的多种方式通信。 i p 多媒体子系统i m s ( i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ) 是第i 代移动通信伙伴组 织3 g p p ( t h e3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t ) 在r 5 版本标准中提出的，是 一种全新的多媒体业务形式，它能够满足终端客户更新颖、更多样化的多媒体 业务需求。目前，1 m s 被认为是下一代网络的核心技术，通过i m s 可以提供实 时的l p 多媒体业务以及v o l p 业务，它的核心特点是采用基于s i p 协议控制上 层业务会话和与接入网的无关性。 然而i m s 并不是完善的，其中还存在着一些问题。i m s 中的大量实时多媒 体业务对移动性支持提出了更高的要求，语音和视频数据通常是使用实时传输 协议r t p 在用户数据协议u d p 上进行传输，要求传输时延低、无缝切换以及 更高的带宽利用率。而且这些实时多媒体业务，如多媒体呼叫，包括v o l p 话音， 视频通话、多方视频会议、流媒体应用等，在用户移动时的业务质量表现将直 接影响用户对i m s 的业务体验和满意度，因此提供完善的移动性管理对于i m s 至关重要。 移动性支持一般分为两个等级：游牧移动性和无缝移动性。游牧移动性支 持不同接入网间的漫游，移动用户在移动时能够改变其网络接入点，但正在进 行的业务会话会完全停止，需要重新建立，因此对于实时或丢包敏感的应用是 无法接受的。无缝移动性首先支持会话连续性，即用户移动时。能改变其网络 接入点而不中断正在进行的业务会话，并且要求用户移动到新网络时的切换既 快速又平滑，使由于切换时延导致的业务暂时q 断最小化，从而提供无缝的业 务会话。目前i m s 仅能提供对用户游牧移动性的支持，不能支持无缝移动性。 此外，尽管人们已经对现有的两大支持移动性管理的协议移动i p 和s i p 进 行了大量的研究工作，但是迄今为止还没有对它们在i m s 网络中的应用做详尽 的分析。因此，我们有必要针对i m s 网络架构的特点，结合现有的移动解决方 案移动l p 和s i p ，寻求一种适合i m s 的无缝移动解决方案，使得该方案不但可 以满足用户对1 m s 中大量实时多媒体业务质量的要求，而且能够对移动用户可 能出现的各种移动性进行管理。 i m s 中无缝移动关键性问题的懈决方案 1 2 论文结构 文章的结构如下： 第2 章介绍i m s 的网络架构及其工作机制。 第3 章给出了i m s 中基于移动i p 的移动解决方案。 第4 章给出了i m s 中基于s i p 的移动解决方案。 第5 章提出了将移动i p 和s i p 相结合，并通过双层移动性管理体系解决l m s 中的无缝移动问题。 第6 章通过理论分析和仿真验证，对本文给出的三种移动解决方案进行了 对比和分析。 第7 章对本篇论文的内容进行总结。 i m s 中无缝移动关键性问题的解决方案 第二章i m s 概述 i m s 是3 g p p 在r 5 版本标准中提出的，r 6 阶段进一步完善，成为多媒 体业务的控制平台。分布式处理，接入无关，和开放标准的业务控制接口，使 得i m s 倍受各个标准组织重视，因而成为下一代网络的核心层面。通过i m s ， 各种类型的客户端都可以建立起端到端的i p 通信，并可获得所需的服务质量。 除会话管理外，i m s 体系中还有完成各种多媒体服务所必须的注册、安全、计 费、承载控制和漫游等功能。 i m s 中的信令基于会话发起协议s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 2 1 ，s i p 是一种基于文本，按照客户服务器方式工作的信令协议，| m s 使用s i p 呼叫控 制机制来创建、管理和终结各种类型多媒体业务。 2 1i m s 简介 图2 - ii m s 的基本网络构架 i m s 的网络架构如图2 i 所示，具有以下的技术特点p j ： 1 与接入方式无关性：3 g p p 在制定i m s 标准时，设计思想是与具体的接 入方式无关，即用户不论从任何i p 网络都可以接入i m s 。i m s 可以被看作是一 种不受接入网约束的技术，可以同时用于g p r s 、u m t s 等移动接入，也可以 用于w l a n 及其他多种接入。i m s 为不同的接入用户提供统一的认证、数据存 储等机制，同时也提供各类灵活的计赞策略等。 2 支持分组域业务漫游：r 9 9 定义的3 g 网络支持分组域漫游，即用户数 据包从拜访地的服务g p r s 支持节点s g s n 漫游回归届地的嘲关g p r s 支持节 点g g s n ，再接入i n t e r n e t 。采用这种漫游方式，运营商可以对流量漫游计费， 但足上层业务无法感知用户所处的位置，因此无法对业务漫游进行计费。i m s i m s 中无缝移动关键性问题的解决方案 可以感知用户的接入网位置，在会话中携带业务、归属地和拜访地标识，计费 系统可以根据这些内容对业务漫游计费。 3 差异化服务：i m s 引入了策略控制功能，运营商可以制定本地的媒体和 资源分配策略，通过授权控制i p 接入网的资源。策略决策点p d p 能确保按照 s i p 信令中的协商参数为媒体流激活网络资源，为业务保证其资源的q o s ：根 据用户的定购信息和与运营商签署的服务协议提供q o s ，为不同合作等级的用 户提供差异化的服务。 4 统一认证：i m s 架构提供了统一的业务接入授权认证入口，使得不同业 务应用、不同u 码可以共用相同的安全承载，避免了在开放式i p 环境中用户鉴 权机制的重复使用。 5 集中用户数据管理：i m s 架构实现了将移动网和固定网、电路域和分组 域的用户数据统一管理，与控制网和业务层有标准接u ，降低了由用户数据分 散冗余所带来的建设及运维开销。 6 安全：i m s 架构在网络安全方面进行了规范定义，提供了与电路域和 g p r s 类似的安全性，并且提供史多的安全选择。 2 2i m s 中的功能实体 i m s 的基本网络架构分为应用层、会话控制层和接入互联层，如图2 - 2 所 示。这种分层结构中，业务的提供方式有了很大的改变，从网络实体中分离出 来，由各种应用服务器和认证服务器来完成业务生成、业务认证、业务运行和 业务计费等。 图2 - 2 1 m s 的分层架构 应用层向用户提供业务逻辑。i m s 通过应用服务器a s ( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 提供业务属性，与会话共同控制通信流程，处理被触发的业务逻辑。i m s 通过 i p 多媒体业务切换功能i m s s f ( i m s e r v i c es w i t c hf u n c t i o n ) 和传统智能业务 互通，来继承c s 域和p s 域已有的智能业务。 i m s 在接入层中支持各种接入方式，包括固定和移动接入方式，例如普通 电话接入、x d s l 接入、w l a n 接入、g p r s 、3 g 接入等多种方式，也就足说 用户在不硎的时问和场合可以炙活选择不同的接入方式来获取、i k 务。 在会话控制层有c s c f 、h s s 、m g c f 、m r f 等i m s 功能实体，会话控制 i m s 中无缝移动关键性问题的解决方案 层完成用户注册、会话路由控制、维护管理用户数据、管理业务q o s 策略等功 能，和应用层。起为所有用户提供一一致的业务环境。i m s 的功能实体主要有： 1 家乡签约服务器h s s ( h o m es u b s c r i p t i o ns e r v e r ) h s s 在i m s 中作为用户信息存储的数据库，主要存放用户认证信息、签约 用户的特定信息、签约用户的动态信息、网络策略规则和设备标识寄存器信息， 用于移动性管理和用户业务数据管理。它是一个逻辑实体，物理上可以由多个 物理数据库组成。 2 呼叫会话控制功能c s c f ( c a l ls e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n ) c s c f 是i m s 的核心部分，主要用于基于分组交换的s i p 会话控制。在i m s 中，c s c f 负责对用户多媒体会话进行处理，可以看作i e t f 架构中的s i p 服务 器。根据各自不同的主要功能分为代理呼叫会话控制功能p c s c f ( p r o x y c s c f ) 、问询呼叫会话控制功能i - c s c f ( i n t e r r o g a t i o nc s c f ) 和服务呼叫会话 控制功能s c s c f ( s e r v i n gc s c f ) 。三个功能在物理上可以分开，也可以独立。 p c s c f 位丁二访问域中，是接入网到i m s 的第一个接入点，负责验证请求， 会话路由，承载鉴权，s i p 压缩和解压缩等，并且可以作为用户代理u a ( u s e r a g e n t ) ，在异常条件下释放会话和生成独立的s i p 事务。策略决策功能p d f ( p o l i c yd e c i s i o nf u n c t i o n ) 存在于p c s c f 中，应用从p d f 获得策略信息，在 策略执行点p e p ( p o l i c ye x e c u t i o np o i n t ) 执行。在同一个运营商的网络中可以 有一个或多个p c s c f 。 i - c s c f 位于家乡网络中，是从外地网络到家乡网络的入口点，也是i m s 与其它p l m n 的主要连接点，能屏蔽用户信息，隐藏网络拓扑。在一个运营商 的网络中可以有多个1 - c s c f 。 s c s c f 是i m s 的核心，它位于家乡网络，是整个i m s 的控制核心，负责 控制呼叫和业务的相关状态，与应用服务器进行通信。s c s c f 在注册过程中或 者在处理一个注册_ j 户的请求时，从h s s 下载用户信息及与服务相关的数据， 进行会话控制，并且町以作为代理服务器及用户代理u a 。一个运营商的网络 中町以有多个s c s c f 。 3 多媒体资源功能m r f ( m u l t i m e d i ar e s o u r c ef u n c t i o n ) m r f 主要完成多方呼叫与多媒体会议功能。m r f 由多媒体资源功能控制 器m r f c ( m u l t i m e d i ar e s o u r c ef u n c t i o nc o n t r o l l e r ) 和多媒体资源功能处理器 m r f p ( m u l t i m e d i ar e s o u r c ef u n c t i o np r o c e s s o r ) 构成，分别完成媒体流的控制 和承载功能。m r f c 解释从s - c s c f 收到的s i p 信令，并且使用媒体网关控制 协议指令来控制m k f p 完成相应的媒体流编解码、转换、混合和播放功能。 4 嘲关功能 嘲关功能主要包括：出e 1 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 l f u n c t i o n ) 、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 ) 、i m s 媒体网关i m s m g w ( i m sm e d i ag m e w a y ) 和信令网关s g w ( s i g n a l i n g g a t e w a y ) 。 b g c f 主要实现呼叫路由功能，负责p s t n 网络与i m s 网络之间的转换。 m g c f 用于i m s 与p s t n p l m n 之问的语音视频网关控制，执行s i p 协议和 i s u p 协议之自j 的转换，维护呼叫状态，控制个或多个i m m g w 中媒体信道 的连接。i m s m g w 用于语音域巨通，完成i p 与t d m 的语音呼叫( v o l p 、 v o l m s ) 。s g w 用于不同信令的互联，在基于s s 7 的信令传输与肇于i p 的信令 传输之间进行传输层的双向信令转换，它不对应用层的消息进行解释处理。 i m s 中无缝移动关键性问题的解决方案 2 3i m s 的工作机制 i m s 中的各个功能实体之间通过特定的协议进行通信，相互协作完成i m s 中的各项功能，具体的关系如图2 3 所示。 图2 3 i m s 实体问的关系 2 3 1 i m s 中的注册过程 i m s 规定用户首先要向家乡网络的s c s c f 进行注册，注册成功后才能发 起或接收会话，如图2 - 4 所示。 一 ：迄鸯 零萧m e m o b i l e5 t a t i o n 一， 图2 - 4i m s 的注册过程 i m s 中无缝移动关键性问题的解决方案 1 移动节点通过发送r e g i s t e r 消息到p c s c f 来发起注册过程，该消息 中包含移动节点韵i p 地址，公共私有用户标识和家乡网络的域名。 2 p - c s c f 将r e g i s t e r 消息中的用户信息保存，并根据家乡网络的域名 信息找到其归属网络的入口点：i - c s c f ，p ，c s c f 将自己的信息添加到 r e g i s t e r 消息中之后转发到该i - s c s f 。 3 - 4 i - c s c f 一旦接收到r e g i s t e r 消息，它就用c x - q u e r y 查询h s s 以 决定移动节点的s c s c f 地址。 5 一旦h s s 将移动节点可用的s c s c f 在响应中返回后，i - c s c f 就将自 己的信息添加剑r e g i s t e r 消息中之后转发该消息到s c s c f 。 6 s c s c f 接收到r e g i s t e r 消息后存储消息中的用户信息，然后将自己 的信息添加到r e g i s t e r 消息中通过c x - p u t 后转发给h s s 。 7 h s s 保存s c s c f 的信息，并将移动节点用户所属的业务信息和用户资 料通过响应返回给s c s c f ，s c s c f 保存用户信息。 最终s - c s c f 会发送一个2 0 0o k 的消息给i - c s c f ，并通过原来的路径返 回给p c s c f ，并由p - c s c f 转发给移动节点，从而完成整个的注册过程。 2 3 2i m s 中的会话建立过程 i m s 定义了一种基于s i p 协议，面向各种业务的i p 多媒体核心网络体系架 构。s i p 是基于i p 的一个应用层控制协议，可以管理不同接入网络上的会话， 可用于建立与任何类型的接入网络之问的会话，如图2 - 5 所示。 p 一一， 霹。笋 | 1 - c $ o ：，- 一 ” 掣 。矗 o 矗。j ii - c s c fj j 一+ l 一 o | b l 6 葫 鬻奄广 l 图2 - 5i m s 中的会话建立过程 1 用户a 通过发送i n v i t e 消息到p - c s c f 米发起呼叫，该消息中包含被 用户a 的s i pu r l 。i n v i t e 消息的会话描述部分包含用户a 终端设备的i p 地 址以及组可选用的会话编码。 2 p - c s c f 将自己的信息添加到i n v i t e 消息，卜后转发该消息到i - s c s f 。 3 ，i - c s c f 根据注册时保存的信息将i n v i t e 消息转发到用户a 家乡网络 ! 坚! 墨堡鳖垫羞壁丝塑里盟竖堡杰塞一 的s 簧髻卢a 的s c s c f 激活用户a 所需的业务，然后从用户b 的s i p u r l 由凄嚣景舅盒嚣姹点冀i - 活用c s c 曼f 撕s - c s 需c 雠f 蓄篙溅淼刍黼器 中决定其家乡网络的入口点： 。糈目已阳佰恳玲h 王u 儿”“。侗 g q = l r d , 黻i - c s 6 - - 7i - c s c i n f 焉瓣i n 洲v i t e 躲黜c x l 器捌h s s 以决翩户接收到 消息后，就用 。q u e r y 宜坷 以伏疋用， b 的8 s - 霉地h s 址s 藉用户b 的s - c s c f 在响应中返回后，i - c s c f 就将自己的信 一旦将用户 的 在响应中退凹后， ，豇椅习口h j 佰 息添袈篇罟翟然支墓嚣墨麓篇v os i t e - c s 后c f 激活用户b 所需的业务，然后 烙白；淼眢篡意雾i n 孓v i t 口e 黯裂裟i 后激- c s c 活f 篱骗i n 碧v 篙翥童蓄罱 将自己的信息添加到 消息中后，通过 转反像 i i e 凋。昂王u 川 户b 1 的1p - p s f c s s c fo f 接收蛰l 附v i t e 消息后将其转发给用户b 的终端设备。 未需蒜嚣豁熙薹蓊鬈鬻翁嚣言，b 霁磊要赫用户b 糯钤需需鋈萋篆磊昌害a b 嚣篙霎誊蓦攀爨梨篓裂鋈军各茗耋妻盏砉嚣翼篡喜 振铃，而是需要和用户 协商会话的多媒体参数，聚个会诂建业趣j 1 茔刚只件佰 。，jn l 一。一一 型山睦型也叫l u lu 悭叫i v i e i 。 1 f w m 。w m ll lf _ h n +蛰 l 咋椰埘ii “翟：；拳篓哥：pi 一曲砌 * c 佣f 一 ir “-h 忡t hi r d m m 啪c 邮【 r d _ v 岬c 甜 ；唑：2 黜嬲j r 口n c m f1 - j 靴一 啪r i “g l a l l 1 r 1 t 一 ：i _ i r 。t t r 一 盟e _缝业 i “拓m f l o , o i l 型剖。 图2 - 6i m s 会话建立过程的信令流程 端都鬈署车盒盏只嚣b 憨辫钟糊j , 信q j 碧誓嚣篙麓尝薯雹善嚣 端都得剑了保证，此时用户 的设备才 尸b 振铃，i 口j 嗣i 三：猫有佰等阳任 i m s 中无缝移动关键性问题的解决方案 向用户a 的终端设备发送振铃消息以通知其振铃行为，用户a 的设备会通过振 铃音将该消息告知用户a 。 如果用户b 应答呼叫，用户b 的终端设备就会发送2 0 0o k 消息沿着信令 路径到达用户a 的终端设备。而用户a 通过向用户b 发送a c k 消息来确认呼 叫的建立，它沿信令路径返回用户b 的设备上。现在两终端设备可互相发送数 据包了。如果需要结束会话，用户a 的终端设备沿信令路径向用户b 的终端设 备发送b y e 消息来释放呼叫。用户b 的终端设备接收到b y e 消息后就解除它 这一侧的会话，并且用2 0 0o k 来确认b y e 消息。2 0 0o k 沿着信令路径返回 到用户a 的终端设备，在此过程中它释放了信令路径上的每个c s c f 。至此整 个呼叫控制过程结束。 2 4i m s 中的移动性管理 为用户提供移动性管理以保证不同网络间的漫游和服务的无缝移动性是 i m s 最紧迫的需求之一。从用户的观点来看，用户应该可以被标识为移动用户 或固定用户；应该能从任何网络接入点接入网络，包括使用任何接入技术进行 嘲间漫游，并且可以保证移动用户的有效性和可靠性。为了能够在i m s 中支持 移动性管理，要求在i m s 网络架构中提供相应的功能来支持移动性管理，这些 功能应该包括用户鉴别、授权、位置更新、用户信息的下载等。 2 4 1 移动性管理的种类 随着通信技术的飞速发展和移动终端数日的不断增多，移动用户不再满足 于网络仪仪提供底层的移动性。术来网络的主要特点是移动用户可以通过各种 设备接入异构网络，并且可以平滑地切换。冈此，未来的移动性管理方案必须 能够支持各种移动性，如终端移动性，个人移动性，会话移动性，业务移动性 和模式移动性等，如图2 7 所示。 图2 7 各种类型的移动性 1 终端移动性：终端移动性指终端可以在不同地点和在移动中接入网络， 而且网络可以识别和定位该终端，正在进行的通话也不会中断。 i m s 中无缝移动关键性问题的解决方案 2 个人移动性：个人移动性指的是用户通过个人标识可以使用任何终端访 问同一一业务，用户访问业务与终端无关，网络具有标识和定位用户的能力，个 人移动性不管用户采用什么接入方式，利用什么终端，都可以通过用户的个人 标识从任何经过注册认证的终端上发起或接受会话，通过用户的个人标识找到 他，而无需知道他的当前位置。例如用户可能在办公室通过他的个人计算机通 信，也町能在室外通过他的移动电话通信。 3 会话移动性：会话移动性指会话在不同终端上的移动，即在会话过程中 用户可以在不同终端之间悬挂恢复业务会话，例如用户从室外移动剑具有无线 接入网的室内环境，他可能请求将正在进行的会话从移动电话转移到电脑上。 4 业务移动性：用户期望在移动或改变终端的同时仍然可以接入到个人化 的业务，并保持移动的服务质量，这就是业务移动性。 5 模式移动性：用户接入的子网可能采用a dh o c 自组织的组网方式，子 网中的用户通过骨干网或以a d h o c 方式连接在一起。用户在移动的时候，他的 接入方式可能在骨干网模式和a dh o c 模式之间切换。 2 4 2 移动性管理方案 月前存在两种移动性管理方案：移动i p l 4 剐和s i p 。 移动i p 是网络层协议，可以透明地支持终端移动性，移动l p 可以保证终 端从一个子网移动到另一子网时所有正在进行的通信的连续性。使用移动i p ， 每个移动节点被分配一个固定的家乡地址，其他节点要找到一。个移动节点都使 用它的家乡地址。如果移动节点离开了家乡网络，就会有个转交地址与之关 联，转交地址提供移动节点的当前位置信息。移动节点向它的家乡代理注册转 交地址，然后，家乡代理截取发往移动节点家乡地址的数据包，并通过隧道技 术传送到注册过的转交地址。 s i p 是面向用户的应用层信令协议，它可以处理高层移动性。通过s i p 协 议，会话移动性的发起者可以从现有的终端将通信对端节点的地址信息通知给 要切换过去的目标终端，同时将他要使用的新的终端地址信息通知通信对端节 点，这样就可以完成会话的切换。而且会话的属性如多媒体的编码类型和格式、 会话占用带宽等也将做调整和修改，保证会话的平滑过渡。尽管扩展s i p 也可 以通过发送重邀请( r e i n v i t e ) 消息支持终端移动性，但是s i p 需要利用底层 协议来实现终端移动性检测。 目前，已经有人提出了一些移动i p 与s i p 结合的方案【6 ，7 ，”。例如可以利用 网络关 】路由器业务分为实时性和非实时性两种移动i p 用来处理非实时性业 务的移动性，s i p 处理实时性业务的移动性。这种方案的缺点是如果一个节点 即包括实时性业务，又包括非实时件业务，移动i p 和s i p 都被用来处理这个节 点的移动性，其中一些功能是审复的，这就会导致信令和网络资源的浪费。由 此町见，移动i p 和s i ph i 能简单的结合在一起，它们之间需要相互通信、相互 协作，以便有效地利用信令和资源。还丌丁以在嗍络中增加了一个新的功能模块： 家乡移动性服务器外地移动性服务器，该服务器即可以作为移动i p 中的家乡 代理和外地代理，也n ，作为s i p 中的代理、注册、重定向服务器，t 日是该方案 需要在路由器商配置新的功能模块，不能利刖现有的移动l p 和s i p 网络。 i m s 中无缝移动关键性问题的解决方案 2 4 3i m s 中的移动性管理 3 g p p 在制定r 5 阶段i m s 规范时，为了彻底摒弃i p v 4 和网络地址转换对 移动互联网应用的种种限制，从而更好地提供端到端的多媒体业务，明确规定 i m s 只支持i p v 6 。3 g p p 定义的i m s 标准中并没有涉及移动性管理，默认的是 利用现有的移动性管理机制来支持用户的移动性，即终端移动性由接入网络进 行管理。所以目前i m s 可以很好地提供对用户游牧移动性的支持，不能支持无 缝移动性，并且还能够支持用户漫游和业务移动性，如图2 - 8 所示。 图2 - 8i m s 中的移动性管理 i m s 中的业务移动性足指用户移动到外地网络后也可以使用在家乡网络的 签约i m s 业务，并且保持个性化的设定，例如快速拨号设定、喜好设定等。在 2 g 网络中，业务的提供点与用户的接入点相绑定，都在移动交换中心，即用户 始终在拜访地获取自己的服务，凶此会受限于拜访网络的能力。而在i m s 体系 中，业务的提供点s c s c f 与用户的接入点g g s n p c s c f 分离，i m s 会话控 制和q p 务逻辑触发都南家乡网络提供，即不管g g s n p c s c f 位于家乡网络还 是外地网络，s c s c f 始终位于家乡网络，这样网络业务提供就可以不受限于外 地网络的能力，保证了个性化服务的提供。用户移动到外地网络后使用i m s 业 务有两种方式：g p r s 漫游方式和i m s 漫游方式p j 。 i g p r s 漫游方式 g p r s 漫游方式是指在由拜访网络提供无线接入网r a n 和g p r s 服务节点 s g s n ，而家乡网络提供g p r s 网关节点g g s n 和用户接入i m s 的方式，由家 乡网络的g g s n 给用户分配i p 地址。这种方式下，i m s 终端移动性的支持完 全依赖于传统g p r s 移动性管理机制，十分简单，并且由于i m s 的全部功能都 位于家乡网络，即使用户移动剑一个没有i m s 但是可以提供i p 接入的网络中， 也可以使用i m s 业务。对于给定的会话，g g s n 固定位于家乡网络，用户在漫 游过程中i p 地址始终不变，因此可以保持业务会话的连续性。其缺点是当用户 i m s 中无缝移动关键性问题的解决方案 漫游到拜访网络后，所有的用户数据仍要经过家乡网络迂回，路由效率很低， 网络负载加重，且会增大数据包传输时延。因此用户在拜访网络时，实时i m s 业务的性能可能很差。 2 i m s 漫游方式 i m s 漫游方式是指由拜访网络提供r a n 、s g s n 、g g s n 和i m s 接入点 p o c s c f ，而家乡网络提供i m s 功能的其他部分。这种情况下由拜访网络的 g g s n 给用户分配i p 地址。用户漫游到拜访网络时，其数据不再需要从家乡网 络迂l 旦| ，路由效率较高，时延较小，不会影响实时多媒体业务的性能。不足之 处是不支持业务会话的连续性。由于用户漫游到拜访网络后会改变i p 地址，正 在进行的i m s 业务会话将中断。 可以看 “g p r s 漫游方式利用无线通信网络的移动解决方案，虽然可以保 证移动用户在切换中会话的连续性，但不能保证移动用户在外地网络时使用实 时业务的质鼍。而i m s 漫游方式则是通过i m s 网络中相关的功能实体提供简单 的移动性管理，虽然可以保证移动用户在外地网络时使用实时业务的质量，但 却无法保证移动用户在切换中会话的连续性。 一方面，i m s 中的大量实时多媒体业务对移动性支持提出了更高的要求， 语音和视频数据通常是使用