（通信与信息系统专业论文）gsmr核心网络演进方案的研究.pdf

北京交通大学硕士学位论文摘要 中文摘要 摘要：随着全球高速铁路建设热潮的到来，g s m r 网络用户数目不断增多， 业务需求的不断增长，网络的可靠性和业务的多样性面临着更高的要求。同时考 虑到未来综合交通系统的发展，建立一个统一的、支持多种接入网的核心网显得 尤为必要。蹦s 系统作为下一代通信网络解决方案中的重要组成部分，其在铁路 通信领域中的应用将成为g s m r 核心网络演进的重要一步。m s 系统的部署将 使铁路移动通信系统能够更好的适应高速铁路和客运专线建设和发展的需要，对 铁路运输的发展具有深远的意义。 本文所做的工作主要分以下三个方面： 第一，研究了i m s 的背景知识，包括m s 的基本架构、功能实体、蹦s 的 关键协议、部署蹦s 面临的困难以及蹦s 特有的呈现业务及其特点。 第二，分析了未来铁路移动通信系统的需求，包括对新业务的引入、可能的 网络融合以及q o s 的保证。在此基础之上，提出了核心网的演进方案，包括m s 域的引入及电路域m s cp 0 0 l 的演进思路。在现有技术条件下对d s 域所承担的 功能进行了定位，提出了建设原则。对电路域m s cp 0 0 l 的建设方案进行了分析 并提出了具体的演进思路。 第三，在引入m s 域的基础上，提出了一种基于呈现技术的增强型语音组 呼方案，使组呼成员可以方便的查看组呼参与者的身份与状态，并设计了信令流 程。 综上，本文在对口多媒体子系统( i m s ) 部署方案研究的基础上，结合g s m r 铁路通信的特点，讨论了未来铁路通信系统的需求及蹦s 部署的原则，并在此 基础上提出了一种基于m s 呈现业务的增强型语音组呼解决方案。同时从网络 结构和承载两方面讨论了在电路域引入m s cp o o l 技术的可行性并提出了解决方 案，为今后g s m r 系统的演进提供了理论依据和工程借鉴。 关键词：g s m r ；订s ；呈现；m s cp 0 0 1 分类号：t n 9 2 9 5 北京交通大学硕士学位论文 a b s t r a c t a b s 陬a c t a b s t r a c t ：w 曲t l 硷a d v e n to fh i 班- s p e e dr a i l w a yc 0 1 1 s 虮删o nb o o m ，坞 m m l b e ro fg l t m rn c t w o r ku s e 璐g r o w sf 如ta n dm e 玳炯耐kn e e d st oi n ：l p r 0 v ei t s c a p a b i l i t i c st op r o v i d en e w b u s i l l e s s e s i i ln l i sc a s e ，n l er e l i a b i l i t ) ro fm en e t 、) i ，o 伙锄d i t sa p p l i c a t i o nv a d e t i e sa r cb c c o m i i 坞m o r ei 加p o r t 雅t a sa ni m p o r t a n tt e c ：h n o l o g yo f 廿l es o l u t i o no fn e x tg e l l 训o nc 0 删c a t i o nn 酶0 止m ea p p l i c 撕o no fi m si i lm e r a i l 、张yc 0 舢u 1 1 i c a t i o nf i c l d 谢l lb eas i 鲥f i c a l l te v 0 1 砸o n 内rm ec o r en e 咖r ko f g s m - r d 印l o 姐n gi m si n t o c o r en e t w o r kc 0 i 蛐r l l c t i o nt 0s a t i s 鸟m en e e do f l l i 曲- s p e c dr a i l w a y 龃dp 嬲s e i l g e rd e d i c a t e dl m e s h 嬲as i 班f i c 趾tm 谢n g 1 1 l i sm e s i sc 0 i l s i s t so f l r p a n s 1 1 l c 觚tp a ng i v 璐ab r i e f 锄d u 以0 nt 0n 嵋 b a c k 鲫瑚d 虹o w l e d g c ，妣n gm e 删妣h 玳a b o u t 蹦s ，m s 训t i e s ，m e p r o t o c 0 l sr e l c v 觚tw i mi m s ，t 1 1 ed i 伍砌t yo f d 印1 0 ym ss y s t 锄肌d 1 ef e a h 鹏o f p 瑚e n c es e 而c e 1 1 1 es e c o n dp a r t 锄a l y z 韶n l e 觚u r er e q u i 砌n e n tf 0 i r a i l w a ym o b i l e c o m m 硼i c a t i o ns y s t 锄，i n c l u d i n gn e ws e i c 岱，n 咖o r ki n t e g r a ：t i o n 锄dq o s o nm i s b 嬲i s ，m e l 懿i sp r c s 锄t s 趾e v o l u t i o n a ls o h l _ t i o no fc o r cn 咖。出，i l l d u d i n gm ew a y t 0 d 印l o y 蹦sa n dm s c p 0 0 1 h 1n l i sp a r t ，w ed e t e n 】咖em ea 仃a l l g 锄饥to f t l l ef i l i l c t i o n o fn l a ti m sd o m a i nt a l 【e ，a n dp r e s e n tt h ep i i n d p l eo fc o n s 佃j c t i o n f u m l 锄o r 岛w e 孤a l y z em ec o n s 舡u 蕊o ns c h 锄eo f 恤m s cp o o li nc sd o m a i l l 锄dp r e s 吼tm c s p 枥丘ci l l l p l 锄e n tm e 嬲m e h lt i l ek 塔tp a 心a na 1 1 l a n c e dv o i 孕0 u pc a l ls o l 谢。璐 b 勰e d0 ni m sh 嬲b e p r e s 锄t c dt om a k et l l em c i i l b e ri i l 地v o i c eg r o u pi d e 而锣 p a n i c i p 锄t si ni t s 掣o u pe 嬲i l y t i k i n gi i i t 0a c c o u n tn l ed e v e l o p m e n to f 如t l l r c 心锄s p ) ns y s t 锨，i ti sp 枷叫a d y 髂s 础a lt oe s t a ：b l i s hac 0 他n e 咖r km a tc 锄鲫p p c 眦m u l t i p l ea c c 鹤sn e t 、) l ，o r k t 1 1 i s 也e s i si sb 弱c d0 n 廿l er 懿e a r c h 口m u l t i i n e d i as u b s y s t e l i l ( i m s ) d 印l o y m e n t s c h e m e 锄dm ef c a t u l e so fr a i l w a yc 0 伽m 1 i l i c a t i o n ，a n dd i s c l l s s 鼯圮f i l t l l 坞 r e q u 妇n e n t so f r a i l w a yc o m m u 血c a 矗o ns y s t e ma n dt i 地p r i n d p l e so fi m sd e p l o 舯e n t f u “h c i l n o r e ，t b i st l l e s i sa l s od e s i 粤墙锄a i l l a n c e dv o i c e 霉o u pc a l ls o l u t i o n sb 硒c do n i m s a b o u tc sd o m a i l ：l n l i 8t l l e s i sd i s c l l s s 懿廿1 en 咖o r ka r c h i t e c t u o fm s cp o o l a n dm a l 【e sd 韶i 印o fg s m rc 0 舱珊咖r ku p g r a d cm e 1 0 d h ls h o n 廿l i sn l e s i s a n a l y s i 8a b o u tn l eu p 黟a d e m o n o 侬咖g f i e 彻雠t 0g s m rd e 、，e 1 0 p m e n ti n h i 曲s p e c d 钮、，i i 0 n m e n t 北京交通大学硕士学位论文a b s t r a ( 了r y w o i m s ：g s m - r ；蹦s ；p r e s c e ；m s cp 0 0 l c l a s s n o ：t n 9 2 9 5 v 致谢 本论文的工作是在我的导师钟章队教授的悉心指导下完成的，钟章队教授严 谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢钟老师 两年多时间对我的关心和指导。 钟章队教授悉心指导我完成了实验室的科研工作，在学习上和生活上都给予 了我很大的关心和帮助，并对我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在 此向钟老师表示衷心的谢意。 无线通信实验室的朱刚、张小津、金晓军、杨焱、蒋文怡、丁建文等老师对 于我的科研工作和论文都提出了许多的宝贵意见，在此表示衷心的感谢。 做实验室项目及撰写论文期间，蒋文怡老师、丁建文老师以及赵留俊、武夏 冰、杨帆等实验室的兄弟姐妹们对我论文的研究工作给予了热情帮助，在此向他 们表达我的最诚挚的感激之情。 另外也感谢我的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学 _ 匕。 北京交通大学硕士学位论文引言 l 引言 1 1 综述 1 1 1g s m r 系统概述 g s m - r 系统的设计初衷是建立一个使高速列车运行时语音数据可靠地进行传 输的通用平台，并且在跨国运行时能够保证自动列车防护( a r p ) 的互操作性。考 虑到铁路运行需要极高的可靠性，因此国际铁路联盟提出了基于成熟的g s mp h 嬲e 2 + 的铁路综合调度移动通信系统g s m r ( g s m 矗 r a i l w a v ) 来进行铁路通信【1 1 。 由于g s m r 系统脱胎于公网的g s m 技术，大体结构与g s m 系统相同，因 此从一开始g s m r 系统就是一个成熟可靠的系统，同时由于二者都工作在 9 0 0 m h z 频段附近，因此网规网优方面的经验也可以相互借鉴，这样就可以方便快 捷地为用户提供网络设计和安装并提供稳定可靠的服务。 图1 1g s m r 网络系统组成 f i g i 】l lg s m - rs y 8 t 锄c o m p o n e n t 北京交通大学硕士学位论文 引言 g s m r 在g s m 的基础上增加了调度通信功能和适用于高速环境下应用的要 素以满足国际铁路联盟提出的铁路专用调度通信的要求【2 】。主要增加的功能有：语 音组呼业务( v g c s ) 、语音广播业务( s ) 、增强多优先级与强拆业务( e m l p p ) 以及为灵活地提供专网中所需的语音调度服务而引入得高级语音呼叫业务特性 ( a s c i ) 。目前已有超过3 0 个铁路公司已在其铁路网中使用了该技术。在我国， 铁道部于2 0 0 0 年决定将g s m r 作为我国铁路无线通信未来的发展方向，用以取 代传统的模拟通信方式。在相关专家和科研机构的研究和攻关下，g s m r 在中国 已经制定了比较完善的技术体制，目前正式运营的3 5 0 虹沛高速客运专线如武广 线、郑西线等通信系统均采用的g s m r 制式，可以肯定的是，在未来很长一段时 间，g s m r 系统将作为中国铁路列车控制系统和通信系统的基础平台发挥重要的 作用【3 】o 但是，随着高速铁路规模的不断扩大，人民生活水平的不断提高，铁路业务 的不断增加，各种新的通信需求也不断的产生。传统的基于g s m 技术的铁路无线 通信将逐渐不能满足新形势下高质量的通信要求。仅以我国为例，截止到2 0 2 0 年， 我国计划建成并使用“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统， 京、沪、广、杭等城市均有覆盖，总里程约1 2 万公里。为了迎接新的挑战，g s m - r 系统有必要随着时代的发展而进步，引入新的技术以更好的服务于轨道交通事业。 1 1 2i m s 系统特性 1 1 2 1 蹦s 系统的背景简介 随着电信技术与业务的高速发展，传统的以语音为主的通信已经不能满足用 户的需求。电信业务的需求已逐渐从基本通话转向以增值业务为代表的信息服务 需求，为了应对这种挑战，电信运营商需要从传统的、基于语音业务的基础设施 运营商转向提供各种信息业务的内容提供商。目前，各大移动通信和固定通信运 营商都在争先推出各种信息业务以抢占竞争的先机，然而在传统的网络构架下， 不同的服务建立在不同协议上这一特性的使得大量部署新业务会使网络复杂性的 不断提升，造成运营成本居高不下。 口多媒体子系统( s ，口m u l 衄l o d i as u b s y s t e m ) 就是为解决此问题而提出 的，它是对核心网p s 域的一个扩展。其在3 g p pr 5 版本中引入，并在r 6 版本中 独立于p s 核心网，它使用s p 协议建立、保持和终止话音及多媒体进程。 讧s 最初是由一个工业论坛3 gp 在1 9 9 9 年设计的。3 g p p 吸收了3 g 口提 出了订s 的最初版本，并将其作为他们的第三代移动通信标准i m f l r s ( 瑚i v 印斌 2 北京交通大学硕士学位论文引言 m o b i l et c l 印h o n ys y s t e m 咖r l ! 【s ) 的一部分。订s 灵巧的系统结构使其能够适应 其他的接入网，包括g s m 和c d m a 蜂窝网、电视电缆网，w i f i 、w i 、企 业和居民网络，这就使得m s 可以将这些单独的网络互连并对最终用户提供一个 统一的、无缝的服务【4 1 。 1 1 2 2m s 系统的特点 n 讧s 是一种独立于接入技术，提供i p 多媒体业务的体系架构。其具有以下技 术特点：基于s 口的会话控制，与接入网无关，灵活的计费方式，q o s 保证以及 丰富的业务组合嘲。 基川= 划j 二竺_ j 基l 翻霸翻嘲霸曩霸髓嘲囊翰霹霸暖一l 磊_ 曩喇嘲豳圈_ _ _ 啊嘲曩啊啊掇j l = 划l 鲨脚 服 资源控制 量 媒体网关控制 糜 釜 l i _ 嘲翻墨霸曩啊嘲鞠羞l _ _ 喇_ 盈 5 鞠l j 媒体和分组网关 l | l l _ 圈_ _ 啊暖嘲嘲_ _ 黛 j ，1 1 1 一，一一 图1 2 蹦s 的业务架构 f i g u 聆1 2 也es e n ，i c e 删t a 嘶珊o f m s 1 ) 基于s i p 的会话控制 i m s 的会话控制协议采用基于i e t f 定义的会话初始协议s 口，由于s 口最初 仅是为h l t 锄c t 上的m 设计的，因此又对其进行了移动特性方面的扩展，并使 其成为n 订s 域唯一的会话控制协议。订s 网络的终端与网络实体都使用s p 协议 进行通信，这一特点保证了端到端的s p 信令互通，使网络的业务提供和发布具 有更大的灵活性。 2 ) 接入无关性 订s 可以在一个统一的平台上实现语音，视频和数据传输。通过采用基于p 的蹦s 系统，不同接入网下的用户可以享受到无差别的通信服务。在目前的网络 3 北京交通大学硕士学位论文 引言 架构下，不同接入网的用户之间的通信服务是有限的，比如我们无法使用一个固 定网的设备向一个移动设备发送文本信息，或者在两个不同的网络之间进行视频 通话。通过m s 的应用，我们可以忽略接入网的差异而提供统一的服务。 3 ) 丰富的业务组合 m s 在业务实现方面采用了面向用户的方法。较之传统网络面向移动终端的 方式，聊s 给用户带来的一个直接的好处就是端到端的i p 多媒体通信。与传统的 人到内容或人到服务器的通信方式不同，i m s 可以做到直接的人到人的多媒体通 信方式。同时蹦s 还具有在多媒体会话和呼叫过程中增加、修改和删除会话和业 务的能力。从用户的角度来看，i m s 可以以高度个性化和可管理的方式支持个人 与个人以及个人与信息内容之间的多媒体通信。 1 2g s m r 网络演进的必要性 随着全球高速铁路建设的不断升温，g s m r 也迎来了一个蓬勃发展的时期， 但是由于其基础的g s m 技术有其固有的局限性，在信息爆炸，各种技术突飞猛进 的今天受到了很大的挑战。主要有以下几点： 大规模的部署g s m r 系统将极大的提高整体系统的复杂度，进而推高运 维成本。为了使g s m r 更加快速的发展，有必要更进一步的控制运维成 本。 传统的交换网络中，增加新业务需要制定标准后对交换机进行改造，造成 开发周期过长，并且增加新的设备会造成系统复杂度的上升，推升运维成 本。 目前采用的m s c 双机备份虽然较为可靠，但大规模部署时会造成一次性 支出c a p e x 过高，影响g s m r 的快速推广。 将承载与控制分开可使资源的利用和分配更加灵活，在定程度上解决 g s m r 系统资源紧缺的问题。 应当考虑到在g s m 本身已是一个非常成熟的系统，这使得g m s r 系统从 一开始就处于其生命周期的中部。而在中期，通信系统需要对现存的各移 动无线子系统进行升级以适应“新的业务、“新的需求、“新的技术 和 “新的网络融合问题。从长期来看，3 g p p 及设备商将不会为现有的基于 “g s mp h 勰e2 + 力轨道移动无线通信系统提供支持和维护，至少不会在协 议方面提供有效的支持。因此，g s m r 系统应当紧跟公共移动无线通信 技术的进程的步伐以满足复杂的市场需要。 为解决以上问题，有必要引入新的技术和方案，降低网络整体的运营维护费 4 北京交通大学硕士学位论文 引言 用，同时适应公共移动网络的升级步伐。同时，为了保护现有投资，应逐步的改 造现有网络，在不影响正常生产秩序的前提下，使g s m r 网络平滑演进至下一阶 段。核心网的演进主要应考虑以下问题： 应充分考虑未来轨道交通网络的构架。未来轨道交通可能会建立高铁、城 铁、地铁的无缝连接，有可能会产生将地铁采用的泰勒系统、高铁采用的 g s m r 技术接入一张核心网的需求，因此核心网应具备支持不同接入网 的能力。 g s m r 系统作为铁路通信系统，节点设置必须考虑到与提供有线调度业务 的固定用户接入系统( f a s ) 、铁路电话网、铁路d m i s 厂r m i s 等系统进行 互联互通，共同提供业务或共享信息。 由于g s m r 的特殊性，网络升级应合理考虑，不能追求一步到位，否则 对现有业务可能会产生不必要的消极影响。 必须保证铁路通信的安全性和实时性要求，选择合适的安全策略和服务保 证策略确保数据安全和q o s 指标。 1 3 课题背景和选题意义 高速铁路建设高潮的到来已毋庸置疑，g s m r 在高速发展的同时也面临着一 系列更高的要求和挑战。在接入网频谱受限，接入手段暂时不宜升级的条件下， 核心网的建设应被放在主要位置。 众所周知，高速铁路对可靠性的要求很高，作为保障列车安全运行的基础设 施，g s m r 系统对安全性，可靠性的要求十分严格。目前，网络可靠性研究主要 在无线接入部分，如a ，b 网双层覆盖、高速下的越区切换等问题，对核心网部分 的研究工作偏少。通过引入m s cp 0 0 l 体制，可以在核心网负荷分担，降低网络负 载的基础上实现交换机服务器的网络级备份，在另一层面为网络安全提供保障。 随着公共移动网络业务的发展，用户的需求也不断增多。这使得g s m - r 系统 需要提供的服务业越来越多。然而随着部署业务的增多，网络的复杂度也在不断 升高，使得系统可靠性降低，同时也增加的部署新业务的困难。通过使用基于蹦s 系统的统一业务部署平台来实现铁路业务的实现，对降低系统复杂度，提高系统 可维护性有着重要的意义。 g s m r 之所以能够得以快速的发展和应用，在很大程度上也是由于它拥有成 熟的技术优势和明确的演进路线。m s 作为3 g p p 推荐的演进路线，是网络发展的 必然趋势。本文选择针对g s m r 的d 订s 升级方案作为研究的方向，从网络架构 和承载方式的选择、网络容灾方式的选择以及网络协议扩展等方面进行研究，提 5 北京交通大学硕士学位论文 引言 出针对g s m r 的网络升级方案，为g s m r 的在高速铁路环境下继续发展和向前 演进提供了理论依据和工程借鉴。 1 4 本论文的主要工作与贡献 本文对g s m r 无线通信网络核心网部分的演进方案进行了研究，以基于m s 的网络演进方案为基础，结合铁路通信的特点，从网络结构、信令以及业务扩展 等几方面讨论，并给出最终的解决方案。 文章首先对g s m r 的演进需求进行了研究，对未来铁路新业务的发展、可能 进行的网络融合等方面进行了分析，并结合i m s 系统的特点提出了演进思路和工 程建设原则。对于电路域则通过引入m s cp 0 0 1 提升其网络性能并获得更佳的可靠 性。通过对汀s 域和电路域的分析研究，最终提出针对铁路无线通信系统的核心 网演进方案。 在得到核心网的演进方案后，针对部署蹦s 所获得的新特性设计了一种新的 组呼方式，以使组呼成员可以方便的查看组呼参与者的身份与状态，并在最后一 节设计了该业务的信令流程。 通过以上问题的讨论分析，本文紧密结合铁路无线通信的特点，主要在以下 三个方面做出贡献： 分析了未来铁路通信系统的需求，提出了符合铁路通信特性的m s 系统部署 方式和建设原则。 分析了基于m s cp 0 0 l 的电路域网络架构，并结合铁路业务提出合适的网络部 署方式。 基于m s 网络的呈现业务，提出了一种增强型语音组呼业务，为v g c s 呼叫、 接听者的身份识别提供了一种解决方案。 6 北京交通大学硕士学位论文 m s 系统概述 2 蹦s 系统概述 2 1i m s 系统的提出 从电报电话通信发展到包括语音、数据和多媒体在内的多元通信，目前的通 信市场已然发生了巨大的变化，新需求的不断涌现迫使运营商不断提供新的业务 以使其在激烈的市场竞争中占据优势。但是，长久以来电信运营商一个业务建立 一个网络的传统解决方案造成了多种业务网络共存的局面，使得运维成本不断推 高。在m s 的概念提出之前，运营商们面临的形势已十分严峻。其中有两方面的 原因：第一，传统基于话音的市场已经基本饱和、竞争激烈，仅仅依靠话音业务 的收入很难维持公司的可持续发展；第二，被一度认为为新的盈利增长点的信息 服务业务仍处于起步阶段，运营商们无法从中获得足够的收益。 因此，运营商希望能够采用别的方式以更低的部署成本、更高效的运营方式 来提供更加具有竞争优势的信息业务，从而能在信息提供业务这一蓝海中获得更 多的用户，即基于分组网络的新业务对用户而言必须具备低廉的价格、高速的发 展以及丰富的选择，从而获得用户们的青睐。 为了融合蜂窝移动通信网络和因特网到目前为止最成功和最有发展潜力 的两大网络。蹦s 应运而生了，它是未来移动通信系统中的关键组成部分，它可 以使用户利用蜂窝移动系统的接入就可以使用因特网提供的所有业务【6 】，从而以低 廉的成本提供原本基于因特网的信息服务。 2 2i m s 的基本架构 蹦s 网络基于分层的结构，体现了“业务与控制分离 和“控制与接入或承 载分离，的思想。具体来说，s 的传输和承载服务从d 订s 的信令网络和会话管 理服务中分离了出来，然后在两者之上构建了业务功能。通过采用分层的结构设 计，不同的用户终端可以通过采用不同接入技术的接入网络连接至同一张蹦s 网 络中，并获取统一的呼叫控制服务及其相应的信息增值业务。这种分层的网络架 构为不同网络的互联互通以及业务的融合奠定了基础。 7 北京交通大学硕士学位论文 蹦s 系统概述 图2 1m s 网络构架 f i 胖眈- l 也ea r c h i t c c t 嘴o f 蹦s 蹦s 的网络是分层的网络结构，分为传输层( m c d i a t r a n s p o r tl a y e r ) 、控制层 ( c o n 仃0 ll a y 贸) 以及应用层( a p p l i c a t i o nl a y 盯) 。i m s 一个极为重要的优势就是 可以通过通用的应用与服务处在通用的传输层和控制层上为多种不同的接入网的 用户提供各种服务。而且运营商可以利用已有的设备来以很低的成本为不同的接 入网用户开发并部署新的服务，最大可能地保护现有投封7 ，引。 传输层 这一层负责网络的接入。它可以允许不同的i m s 设备和用户终端接入蹦s 核 心网。这里的蹦s 设备可能是使用不同的接入方式的网络设备，如固定网络接入 ( d s l 、e n l e m e t ) ，移动网络接入( w c d m a ，t d s c d m a ) ，无线互联网接入( w i - f i 、 w i 煳) 。只要用户终端已经分配了一个口并且支持s p 协议，它就可以使用基 于讧s 的服务而不必考虑具体的接入方式。 控制层 这一层有c s c f 、h s s 、m g c f 、m r f 等汀s 网元实体。会话控制层完成用 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 层一起为所有用户提供一致的业务环境。 应用层 在前两层提供的标准化的平台上，本层向用户提供业务逻辑：m s 通过蹦一s s f ( 订s e r 、，i s 、) l ，i t c hf 啪砸o n ，口多媒体业务切换功能) 和传统智能业务互通，来 继承c s 和p s 域已有的智能业务。 图 北京交通大学硕士学位论文肼s 系统概述 2 3i m s 的主要功能实体 呼叫会话控制功能 呼叫会话控制功能( c s c f ，c a l ls e s s i o nc 0 n 怕lf u n 嘶o n ) 能) 是i m s 中的核 心功能实体，用于对用户多媒体会话进行处理。c s c f 提供了包括多媒体会话控制、 地址转换以及对业务协商进行服务转换等多种功能【9 】，承担了多媒体呼叫中主要的 控制功能，其作用类似于匝t f 架构中的s m 服务器，用于完成呼叫网关功能、呼 叫业务触发功能和路由选择功能。c s c f 根据各自的分工不同分为以下三种： 1 ) 代理呼叫会话控制功能( p c s c i f ) p c s c f 位于访问网络中，是u e 联系蹦s 的第一步。所有的s p 信令，无论 来时u e 还是发给u e 的，都必须经过p c s c f 。其首要功能是执行访问网络中的 q o s 策略，其次是执行对紧急呼叫的本地控制和处理，同时在s c s c f 的指令下提 供本地编号计划目录服务。 2 ) 问询呼叫会话控制功能( i c s c f ) i c s c f 的功能主要是提供到归属网络的入口，将归属网络的拓扑图对其他网 络隐藏起来，并支持灵活地选择s c s c f 。在i m s 中，i c s c f 是可选网元，p c s c f 也可以通过配置直接访问s c s c f 。在一个运营商网络中可以有多个i c s c f 。 3 ) 服务呼叫会话控制功能( s c s c f ) s c s c f 完成u e 的会话控制功能，其中包括将始发的会话路由到外部网络， 将终结的会话路由到访问网络。其为m s 的核心所在，当u e 处于会话中时， s c s c f 维持会话状态，并且根据网络运营商对服务支持的需要，与服务平台和计 费功能进行交互。在一个运营商的网络中，可以有多个s c s c f ，并且这些s - c s c f 可以具有不同的功能。 归属用户服务器( h s s ) h s s 是由归属位置寄存器( h l c ) 和鉴权中心( a u c ) 演进而来的，是一个 给定用户的主数据库。它是一个包含登记信息的实体，用于支持网络实体处理呼 叫会话。它也支持用户认证和授权功能( a a a ) ，通过认证、授权、名称地址解 析等服务，h s s 帮助呼叫控制服务器完成选路漫游功能 出口网关控制功能( b g c f ) b g c f 决定是否需要把呼叫路由到内部c s 或外部c s 域：如果是内部c s 域， b g c f 在自己所在的网络选择一个m g 虻f ；如果是外部c s 域，b g c f 转发会话到 选中网络的b g c f 。 媒体网关控制功能( m g c f ，m e d i ag a t i e w a yc o i l 仃o lf u n c 矗0 n ) 对一个特定的网络而言，m g c f 是p s n 怕u 删网络的终结点。是使i m s 用 9 北京交通大学硕士学位论文 蹦s 系统概述 户的c s 用户之间进行通信的网关。m g c f 接收所有来自c s 域的用户呼叫控制信 令，并将接收到的i s d n 用户部分或承载无关呼叫控制( b i c c ) 与s 口协议之间 进行协议转换，并将转换完的会话发送给m s 域。同样的，所有蹦s 发起的到 c s 用户的会话也会也经过m g c f 转换和转发。 p 多媒体媒体网关控制器( 刀m g w ，pm u l t i m e d i a - m g w ) i m m g w 位于c s 域和m s 域之间，用来提供用户平面的链路，其为来自c s 域承载信道和p s 域承载信道的终点，用于实现媒体编码转换和帧协议的转换。 信令网关( s g 阿，s i 罂l a l i n gg a t 蹦a y ) s g w 用于互联不同的信令网，例如基于s c t p m 的信令网和s s 7 信令网。s g w 对基于n o 7 信令系统的信令和基于口的信令在双向进行传输层的信令转换。 多媒体资源控制服务器( m r f c ，m e d i ar e s o u c ef l l n c t i o nc o i l t r o l l c r ) m r f c 用于支持与承载相关的服务，例如会议、对用户公告，或者进行承载 代码转换。m i 江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 ( m e g a c o ) 指令来控制多媒体资源功能处理器。 多媒体资源功能处理器( m r f p ，m u l t i i i l e d i ar e s o u r c cf u n c t i o np c e s s o r ) m r f p 用于提供被m i 心c 所请求和指示的用户平面资源，提供了输入媒体流 混合( 用于多方通话等) 、媒体流信源( 用于媒体公告) 、媒体流处理( 音频编码转换、 媒体分析等) 等重要功能。 应用服务器( a s ，a p p l i c a t i o ns e r v e r ) a s 是一个主持和执行服务的s m 实体，它提供业务逻辑，用来支持用户的各 种业务属性。根据其提供的服务，a s 可以在s 口代理( p r o x y ) 模式、s 口用户代理 a ，u s 以g e n t ) 模式、s p 背靠背用户代理( b 2 b u a ，b a c k t 0 - b a c ku s 髓a g e n t ) 模 式和重定向服务器模式下使用。a s 与s c s c f 的接口i s c 采用s 口协议。 2 4i m s 的业务提供方式 玎订s 的业务提供构架主要由h s s 、s c s c f 和业务平台构成。业务平台共有三 种，分别为：s p 应用服务器、开放式业务体系业务能力服务器( o s a s c s ，m0 p 饥 s e n ，i c c a c c 髓s s e 州c ec 印a b i l i t ys e r v i c e ) 和多媒体服务交换功能服务器( 讧- s s f ， 蹦s e r v i s 、) i ，i t d l i n gh 妣) 。业务平台通常位于用户的归属网络或第三方位置。 基于这三种业务平台可提供除v 0 口和i n t 锄僦以外的多媒体业务【1 0 1 。 s i p 应用服务器 s m a s 是指使用s p 协议提供主持和执行p 多媒体服务的应用服务器，一般 用于提供在线状态、消息和会议服务和一些专为m s 系统开发的新业务。其为纯 l o 北京交通大学硕士学位论文蹦s 系统概述 粹的应用服务器，s 口服务器可以充当与h s s 之间的接口。 开放式业务体系业务能力服务器 o s a s c s 在d 订s 中提供执行o s a 服务的网关功能，其对外向n v i s 系统，对 内向o s a 构架应用服务器提供接口功能，同时还基于s 口向s c s c f 提供i s c 接 口。 多媒体服务交换功能服务器 i m s s f 用于连接s m 和c m 讧e l ( c ：l l s t o i i l i z e da p p l i c 撕。璐f o rm 0 b i l en e t 、7 l ，o r l c s e i l l l a n c c dl 0 西c ) 两个业务执行环境。通过使用订s s f ，订s 可以使用基于c a m e l 业务环境中开发的传统智能网业务。m s s f 设置于归属网络之中，采用基于s m 协议的i s c 接口与s c s c f 相连。 2 5 部署i m s 所面临的问题 蹦s 的成熟度仍需提高。由于基于蹦s 的网络融合的研究发展时间不长，技 术上还不够成熟稳定。虽然n u t 、3 g p p 、t i s p a n 在标准上已经将i m s 确定为 n g n 的框架，但是很多网元和接口的功能还需要修改和增强，实现这些功能的流 程、消息及参数还需要具体的规范和定义i l 。 大规模的部署受到产品开发的限制。虽然目前国内外主流设备商都在大力推 进m s 产品的开发，但受到标准进程的限制，目前的产品只能支持蹦s 的某些应 用，还不是完整意义的蹦s 网络产品。因此，运营商目前无法大规模的部署蹦s 网络。 q o s 无法保证商用的需求。q o s 决定了网络是否可以满足应用需求，是任何 通信网络都需重点关注的问题。网络的q o s 指的是终端到终端的服务质量，由用 户终端、接入网络和核心网络共同保证。由于蹦s 系统核心网络的信令和数据都 基于口承载，而口网络的q o s 问题一直未完全解决，因此m s 网络的发展有赖 于口网络q o s 解决方案的进步。具体到g s m r 系统，订s 网络不宜承载传统语 音业务，应用于开通对实时性要求较低的业务如呈现业务等。 网络融合带来的复杂度的提升。虽然蹦s 为网络融合提供了基础平台，但是 由于移动接入方式和固定接入方式在终端、接入网络及资源调度方式上存在着一 定的差异，这将使得i m s 域各个功能实体的功能需要做作相应的扩展，接口及所 采用的协议也需要进行相应的修改。同时，考虑到未来新的接入方式必然会提出 新的要求，引入蹦s 域可能会使得核心网络的功能更加复杂。 安全机制有待完善。在安全方面，订s 已经定义了一定的安全机制如v i s 鉴 权和s 口消息保护等，通过m 队机制和s p 消息的逐段加密及一致性来确保讧s 北京交通大学硕士学位论文砌s 系统概述 系统的安全。但是这些方式主要应用于移动终端的接入，对于固定终端，接入网 络没有足够的防范，需要进一步的完善。 2 6i m s 关键协议概述 2 6 1s i p 协议 会话发起协议( s 伊，s 部s i o nh l i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 是一个基于文本的用于多方多 媒体通信的应用层控制协议。它独立于底层传输协议，是一种用于建立、修改和 终止p 网上的双方或多方多媒体会话，实现实时通信应用的一种信令协议【1 2 1 。 s 口用以支持建立和终结通信的5 个功能如下： 用户定位：确定通信终端系统，保证无论被呼叫方在哪里都使呼叫到达被 叫方； 用户可用性：被叫方可以选择是否参与通信； 用户能力：确定使用的媒体和媒体参数； 会话建立：主叫方和被叫方会话参数的建立； 会话管理：包括转移和终结会话，同时用户应该能够改变呼叫过程中的呼 叫特征。 2 6 1 1s 口协议的特征 s 口协议全称为会话控制协议( s e s s i o n “t i a l i z 抓p r o t 0 c 0 1 ) ，由m t fl 疆c 3 2 6 l 所定义为m s 的核心协议。该协议原本用于h l t 黜t 中注入m 应用中的呼 叫控制，3 g p p 对其进行了一定的扩展以适应移动网络及蹦s 网络的特点。s m 协 议主要用于蹦s 终端与i m s 网络中的各种c s c f ，已经网络中各c s c f 之间的会 话控制和信息交互的过程【1 3 1 。 s p 使被称为用户代理( u a ，u s e r a g 锄t ，如i m s 网络中的u e ) 的会话端点 能够发现另一个端点并建立连接。为了能够提供会话参与者定位及其他一些功能， s 口使用代理服务器( 在订s 中即c s c f 设备) 这种架构。u a 可以发送注册、会 话邀请和其他请求到代理服务器【1 5 1 。 s p 独立于底层的传输协议以及正在建立的会话类型的应用层控制协议，具有 创建、修改和终止多媒体会话的能力。除此之外，s p 还能够邀请参与者加入已经 存在的会话。它能够非常好的支持个人移动性，不论用户的网络位置在那里，对 某个用户的标识是唯一的。 1 2 北京交通大学硕士学位论文蹦s 系统概述 s 口是一个分层结构的协议，但并没有指定每层的具体实现方式。不是每个实 体都包含所有的s 口层，不同的s 口实体可能包含某层或某几层。注意，这里的包 含是指实体遵循该层的行为规则而不是其他1 1 4 1 。 s m 网络由4 种类型的逻辑s p 实体组成，分别为用户代理、代理服务器、重 定向服务器和注册服务器。每个实体作为客户机( 初始请求) 或服务器( 响应请 求) 或两者的结合在s i p 通信中扮演角色。一个“物理设备 可以具有多余一个 逻辑s 口实体的功能性。 s m 最底层的语法和编码使用增强的b a c k i l s - n a y r 形式语法( b n f ) 。第二层是 传输层，定义了网络上客户机发送请求的流程以及接受响应服务器发送请求和接 收响应的流程。传输层存在在每一个s p 实体中。第三层为事务层。事务由客户 机发送给服务器的请求以及对应该请求的从服务器发送回客户机的所有响应组 成，为s 口协议的基本元素。事务层处理应用层重传，匹配响应到请求以及应用 层超时。用户代理包含事务层，有状态代理也包含事务层，无状态代理则不包含 事务层。事务具有客户机组成部分( 也成为客户机事务) 和服务器组成部分( 也 成为服务器事务) ，每个事务代表有限的状态机，处理特定的请求。 s p 通过类似e m a i l 形式的地址来标明用户地址。每一用户通过等级化的u r l 来标识。由于s 口l 珏也与e n l a i l 地址很相似，因此其易于与用户的e - m a i l 地址相 关联【1 5 1 。 2 6 1 2s 口系统基本组成 s 口协议为应用层协议，可以运行在各种传输层协议之上。s m 系统的组成为： 用户代理、代理服务器、重定向服务器以及注册服务器。 用户代理u a ( u s 盯a g 铋t ) ：用户代理分两种：用户代理客户机u a c ( u s 盯a g e n t c 1 i e n t ) ，负责发起呼叫请求；用户代理服务器u a s ( u s 盯a 蹦l t s e r v 哪，负责接收响 应呼叫请求。 代理服务器p s ( p r o x ys e r v 神：共有三种，负责接收用户代理发来的请求，根 据网络策略将请求发给相应的服务器，并根据收到的应答对用户做出响应。具体 如下： 对话状态感知代理( d i a l o g s t a l e 触1p x y ) 。对话状态感知代理服务器在从起始 请求( i n t er e q u 销t ) 到终止请求( b y er 。q u 韶t ) 期间一直保持各个对话的状态； 事务状态感知代理( t r 趾s a c t i o n s t a t e f l l np r o x y ) 。在处理请求的过程中维护客户 端和服务器的事务状态机； 无状态代理( s t a t i e l 髓sp r o x 劝。将收到的每个请求向下游转发，将收到的每个响 1 3 北京交通大学硕士学位论文 蹦s 系统概述 应向上游转发。 重定向服务器r s ( r e d 拍c ts e r y 砷：重定向服务器在获得了下一跳的地址后， 将这个地址转发给前面的用户，让该用户直接向下一跳地址发出请求而自己退出 对这个呼叫的控制。即对请求进行重定向，但并不参与事务的处理。用于需要将 用户新的位置信息返回给呼叫方的情况。 注