（信号与信息处理专业论文）基于开源软件的ims+pcrf的研究及实现.pdf

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， 本人签名： 细! 丕缝 本人承担一切相关责任。 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮咆大学仃关保留和使用学位论文的舰定，即： 研究t l i 在校攻读学位期i 日j 论文工作的知识，髓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： 翻) 堑圭 导师签名： 毒q r r 期：边丝：“! 日期：毒幺址! 生一一 l 独的实体。r 7 将r 6 中的策略决策功能p d f 和计费规则功能c r f 合 并为策略和计费规则功能p c r f ，成为p c c 架构的一部分。r 8 版本 的p c r f 主要在q o s 和接口方面增加一些功能。但是从现有资料来 看，对p c r f 的研究和实现方案缺少深入而细致的研究。所以本论文 所完成的i m sp c r f 的研究与实现有重要意义。 论文的目的卡要是对i m s 中p c r f 进行研究，并在开源软件平 台上实现。首先介绍i m s 的背景知识、i m s 的备功能丈体和参考点， 然后着重研究关于策略与计费控制的p c c 架构，内容包括p c c 架构 的演进、功能实体及p c c 规则等。第四章介绍p c r f 的实现基础即 开源软件平台o s i m s 和u c tp c f ，然后着重研究p c r f 的设计与实 现，包括p c r f 内部模块设计、状态机、q o s 映射算法以及i p c a n 会话流程。第六章对所设计的p c r f 程序进行测试和验证。第七章对 全文进行概括总结，并指出将来可以继续进行研究的方向。 关键词：i p 多媒体子系统( i m s ) 策略与计费规则功能( p c r f ) 策 略与计费控制( p c c ) q o s 1 r e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f l m sp c r fb a s e d o n o p e ns o u r c es o f t w a r e a b s t r a ct t h i r d g e n e r a t i o n p a r t n e r s h i pp r o j e c t ( 3 g p p ) 。p r o p o s e d i p m u l t i m e d i as u b s y s t e m ( i m s li nr e l e a s e5 i m sc a ns u p p o r ts i pc a l l s e s s i o na n da c c e s si n d e p e n d e n c e p o l i c ya n dc h a r g i n gc o n t r o lf u n c t i o ni s a ni m p o r t a n tp a r to fi m s p d fi sd e f i n e df o rp o l i c yc o n t r o la n dl o c a t e di n p c s c fi n3 g p pr 5 p d fi si n d e p e n d e n tw i t hp c s c fi n3 g p pr 6a n d c o n v e r g e sw i t hf b c t of o r mp c r fo fp c ca r c h i t e c t u r ei n3 g p pr 7 i ti s s t r e n g t h e n e di no o sa n dr e f e r e n c ef u n c t i o nf o rp c r fi n3 g p pr 8 i ti s s t i l l l a c ko fg o o dc o n s i d e r a t i o nf o rr e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no fp c r f a tp r e s e n t s oi th a sg r e a tm e a n i n gf o rr e s e a r c ha n di m p l e m e n t a t i o no f p c r fi nt h i sp a p e r t h i sp a p e ra i m st ot h er e s e a r c ho fp c i 江a n dh o wt om a k ep r o g r a m o nt h eo p e ns o u r c es o f t w a r ep l a t f o r m a tf i r s t ，t h i st h e s i se x p l a i n s b a c k g r o u n d f u n c t i o n a lp a r t sa n dp r o t o c o lo fi m s t h e ni tf o c u so np c c a r c h i t e c t u r e ，i n c l u d i n ge v o l v e m e n t ，f u n c t i o n a lp a r t sa n dp c c r u l e s t h e o p e n s o u r c es o f t w a r e ，o si m sa n du c tp c f ，i sa n a l y z e df o r t h e i m p l e m e n t a t i o no fi m sp c r f t h e nt h i sp a p e rf o c u so nt h ed e s i g na n d i m p l e m e n t a t i o n i n c l u d i n gt h ed e s i g no fi n t e m a lm o d e li np c r f , s t a t e m a c h i n e ，a l g o r i t h mo fq o sm a p p i n ga n ds e s s i o np r o c e d u r eo fi p c a n t h ed e s i g no fp c r fi si n v e s t i g a t e da n dv e r i f i e di nt h es i x t hc h a p t e r a t l a s t ，t h ep a p e ri sr e v i e w e da n dp o i n t so u ts o m ei s s u e st h a tc a nb ef u r t h e r r e s e a r c h e di nt h ef u t u r e k e yw o r d si pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ( i m s ) p o li c ya n dc h a r g i n g r u l ef u n c t i o n ( p c r f ) p o l i c ya n dc h a r g i n gc o n t r o l ( p c c ) q o s i v - l 第一章绪论。 1 1 研究背景 1 2 主要研究内容 1 3 论文结构 第二章i m s 系统介绍。 2 1i m s 的产生背景4 2 2i m s 标准的演进及标准化组织5 2 2 1i m s 的标准演进5 2 2 2i m s 的标准化组织6 2 3i m s 系统介 f 8 2 3 1 i m s 的实体介乡f j 9 2 3 2i m s 的接口介2 7 1 l 2 4i m s 的协议体系一1 3 2 4 1s 口l ：； 2 4 2d i a m e t e r 1 4 2 4 3c o p s 16 第三章i m s 策略与计费控制( p c c ) 架构的研究 3 1p c c 架构演进17 3 1 1 策略决策功能p d f 1 7 3 1 2 基于流的计费f b c 1 8 3 1 3 策略决策与基于流计费的发展分析2 0 3 2p c c 架构的功能实体与接口2 1 3 2 1p c c 架构总体功能描述2 l 3 2 2p c c 架构的功能实体2 4 3 2 3p c c 架构的接口2 7 3 3p c c 规则介绍2 9 3 4q o s 规则的介绍3l 第四章开源软件o s i m s 与u c tp c f 的研究与分析3 3 4 1o s i m s 的研究与分析3 3 v 4 1 1o s i m sp c s c f 的研究j 分析3 3 4 1 2o s i m si - c s c f 的研乡与分析3 5 4 1 3o s i m ss - c s c f 的研究与分析3 5 4 1 4o s i m sf h o s s 的研究与分析3 7 4 2u c tp c f 的研究与分析3 7 4 2 1u c tp c f 总体结构分析3 7 4 2 2u c tp c f 所用类的研究3 8 第五章i m sp c r f 的研究与实现4 3 5 1p c r f 模块设计4 3 5 2p c r f 状态机的研究与实现4 4 5 2 1 状态机的概念4 4 5 2 2p c r f 状态机的研究与设计4 5 5 3p c r f q o s 映射算法的研究与实现4 7 5 3 1p c c 架构中q o s 映射框架分析4 7 5 3 2p c r fq o s 映射的设计1j 实现4 8 5 4p c r f 汁赞的研究与实现5 2 5 5p c r f 的会话流程设计5 3 5 5 1i p c a n 会话的创建5 3 5 5 2i p c a n 会话的修改一5 4 5 5 3i p c a n 会话的终结5 6 5 6p c r f 编程实现5 7 第六章i m sp c r f 的测试与验证6 l 6 1 测试环境搭建6 l 6 2p c r f 测试与验证6 1 第七章总结与展望。6 5 参考文献6 6 附录6 7 致谢。6 8 作者攻读学位期间发表的学术论文6 9 ，i l i i | j i | j l u ，、! ；! 。“口! i 。州j ， 卜毕q | ，论文 1 1 研究背景 第一章绪论 随着经济的的高速发展，电信技术也在不断进步，人们对通信业务的要求也 越来越高。新技术和业务的出现，不断推动电信网络和电信产业向前发展。目前， 通信技术和计算机技术、语音业务和数据业务日趋融合，无线互联网、移动多媒 体逐步应用于同常生活，中国的移动电话数和i n t e r a c t 用户数也在飞速增长。随 着3 g 牌照的发放，用户对移动通信有了更高的期望。相对于2 g 时代以语音业 务为主，3 g 时代需要为用户提供更为丰富的多媒体业务和数据业务。为了支撑 这些新业务的发展，3 g p p 在r 5 版本中提出了i p 多媒体子系统即i m s 标准。 i m s 系统的特点是承载与控制分离，业务与管理分副1 1 。从标准方面看， 基丁：s i p 的3 g p pi m s 是目前比较完善的体系结构，e t s i 、i t u t 等标准组织已 经在固定领域应用i m s 架构，末来固定n g n 的多媒体域网络架构，将町能在坫 于3 g p pi m s 架构基础上发展。从制造商而言，不少电信设备商已经加大i m s 的研究力度，积极参与3 g p p 、t i s p a n 等标准组织的活动，并且推出了各自的 i m s 商用解决方案。从用户方面来说，可以灵活定制i m s 业务，并且管理方便， 个性化强，支持多种业务，比如语音、数据、音频和视频等。从运营商而言，全 球主流运营商，如英国电信和法国电信等均已明确提出在固定p 多媒体域及传 统p s t n 网络中应用i m s 架构的思路。很多运营商希望基于i m s 的网络架构成 为n g n 的统一业务控制平台，支持多种接入技术和多种业务。i m s 通过水平体 系结构进一步推动了分层体系结构概念的发展。i m s 中的水平体系结构还对互操 作性和漫游做出规定，并提供q o s 控制、p c c 规则、计费和安全管理等功能。 i m s 系统融合了语音网络和数据网络、有线业务和无线业务，实现了服务的 差异，方便了在各种网络中漫游的用户。i m s 系统基于现有标准进行扩展，能有 效进行会话控制、带宽管理和安全保障，避免带宽被盗用。这一方面满足了用户 的需求，另一方面也保护了投资者的利益。i m s 系统为电信网络赋予了更多的业 务能力和业务组合，这些业务和业务提供方式极大地丰富了运营商的业务提供能 力，从而增强了运营商持续赢利能力。 1 2 主要研究内容 策略和计费控制功能是i m s 网络重要的组成部分。3 g p p 在i m sr 5 版本为 实现策略控制功能，定义了p d f ( p o l i c y d e c i s i o nf u n c t i o n ) 。p d f 可以是单独的 i l j ；i ：i u i 学埘il jj f i j j 允q ：牛、1 1 , 沦支垠j 二7 f 泺j j ：f t 的i m sp c r f 的f j j 7 ，7 t 奠j 咀 例络实体，也可以是p c s c f 的。个逻聋肆模块l 引。p d f 采刚标准的i p 机制，。史 现存承绒层巾的丛j 二业务的本地策略控制s b l p ( s e r v i c cb a s e dl o c a lp o l i c y ) ， 即对i p 承载的资源分配请求进行决策。r 6 主要是在r 5 基础上对i m s 进行补充 完善，定义了基于流的计费f b c ( f l o wb a s e dc h a r g i n g ) ，f b c 将基于不同业务 数据流s d f ( s e r v i c ed a t af l o w ) 进行计费控制。r 6 的策略控制网元p d f 和基于流 的计费网元c r f ( c h a r g i n gr u l e sf u n c t i o n ) 属于不同架构，两者定义的接i s l 以 及接口信息的传递存在相似性，所以r 7 版本将策略和计费控制两大机制融为一 个架构进行研究，称为p c c 架构。r 7 把r 6 中的p d f 与c r f 网元合并为策略 与计费规则功能p c r f ( p o l i c ya n dc h a r g i n gr u l e sf u n c t i o n ) 网元。在p c c 架构 下，能够进行策略制订和基于流的计费，并且可以为不同网络如t i s p a n 、3 g p p 和3 g p p 2 提供策略与计费控制，为基于i m s 的固定与移动网络融合提供了实现 的基础。 r 8 版本由于3 g p p 研究s a e 架构，考虑到1 e3 g p p 接入等，对p c c 架构的 实现功能进行了进一步扩展和增强，在网元方面增加了承载绑定和市件报告功能 b b e r f ( b e a r e rb i n d i n ga n de v e n tr e p o r t i n gf u n c t i o n ) ，并儿j 卿j j 【j 了g x x 接l l ， f 1 前r 8 版本的p c c 架构仍处于研究阶段。 本人攻读硕士研究生期间，在实验室参加了中兴公司支持的两个基金项目： i m s 策略控制与计费的研究以及3 g p p 2s b b c 的研究。本论义的内容主要来源 于这两个项目。 在项目中，本人主要承担p c r f 模块的研究与设计，所做工作如下： 详细分析i m sp c c 架构中各模块的功能，总结各模块问的接口功能和 接口上传递的消息，从总体上把握策略控制和计费所包括的内容。 重点研究和设计p c r y 模块。在对3 g p p 标准解读的基础上，分析p c r f 模块所涉及的接口：s p 、r x 、g x 、g x x 和s 9 ，设计接fj 管理模块。通 过研究p c r f 与a f 、p c e f 、s p r 、b b e r f 等模块的交互，设计策略生 成模块和计费处理模块，两者之问山中央处理模块联结，收集策略规则 和计费信息，生成p c c 规则，发给接 j 管理模块。 1 3 论 论 第 e 京自e f uj j 薯j 埘 i f 。， 生# 业沦，之毕j ：行源软f l - 1 ji m sp c r f 的f ! j i ，i 技。炙趣 第二章首先介绍i m s 的产牛背景、标准演进和标准化组织，然后苻霞介绍 i m s 的符实体和参考点，最后4 i f f ii m s 所采j j 的伪、 义。 第三章研究i m s 策略控制和计费架构。首先简要介绍p c c 架构的演进，然 后介绍p c c 架构的功能实体和接口，最后再分析介绍p c c 规则和q o s 规则。 第四章丰要研究和分析i m s 开源软件平台o s i m s 和u c tp c f 。 第五章是论文的主要部分。首先从总体上设计p c r f 模块，然后给出实现 p c r f 模块所需要的具体方法：状态机和映射算法以及i p c a n 会话流程，并给 出p c r f 编程实现方法。 第六章主要是测试和验证所设计p c r f 模块的效果。 第七章是总结与展望。总结全文，指出论文的不足之处及下一步研究向。 l 五i i i l l ；i u 人；j f 膨! i ：f l jr 。) i7 l i f 、| l ：i 2 上 2 1i m s 的产生背景 第二章i m s 系统介绍 随着互联网和相关技术的普及，i p 技术有逐渐成为现代通信网和瓦联网基 础的趋势，这将涌现出更多基于i p 技术的多媒体增值业务。在高度全球化、完 全开放和高度竞争的时代，一方面要降低运营成本，另一方面要不断开发新、业务， 满足用户日益增长的需求，以便开拓业务收入来源。这迫使电信运营商一直在追 求和寻找下一代网络，用于满足这两方而的需求。 p s t n 固定电话网络发展已经比较完善，简单通话、l 匕务已经没法满足客户需 求，而且不支持i p 技术，所以只能用垂直方式开展业务，不同业务应用的互操 作性低，而日需要较多的、i k 务网管接入移动通信网络。这种开展业务的方式带来 很多弊端，比如要分别为不同业务搭建网络、接入、控；t i l j q k 务和丌发、l i ，务等，甚 至于要重新建立计费等运营系统。p s t n 网络1 i 能支持产业的持续发展，所以阎 定网络技术必须要有突破，才能推动下一代网络n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) 的发展。在第二代移动通信系统( 2 g ) 向第三代移动通信系统( 3 g ) 发展的过 程中，是以n g n 为基础进行演进。在g s m 向u m t s 演进的过程中，3 g p p 分 别提出了r 9 9 、r 4 和r 5 三个版本，为g s m 向u m t s 发展提出了较为持续的演 进路线。3 g p pr 4 版本采用移动软交换技术，主要特点是控制与承载分离。r 5 版本提出i m s ，是基于全i p 的体系架构，与n g n 发展目标一致，。 i m s 能实现对固定接入和移动接入的统一核心控制，具有如下技术特点【3 】： ( 1 ) 基于s i p 的会话控制。为了达到独立接入的目的以及与互联网进行平 滑的互操作，i m s 在会话方面利用i e t f 所定义的会话初始协议s i p ，在移动特 性上延伸。s i p 协议简单、可扩展性好，是被看好的未来多媒体呼叫控制协议。 ( 2 ) 接入无关性。i m s 网络的通信终端与网络都足基于i p 的。在3 g p p 规 范中，这是通过i p 连通接入网络i p c a n ( i p c o n n e c t i v i t y a c c e s s n e t w o r k ) 来保 证的。接入网呵以是任何i p 网，如w c d m a 、w l a n 、w i m a x 或者x d s l 。 i m s 提供的核心控制层与接入无关实现真正的固定网络与移动网络融合。 ( 3 ) 业务与控制分离。i m s 定义了标准的基于s i p 的i s c ( i n t e r n a ls e r v i c e c o n t r 0 1 ) 接口，呼叫会话控制功能c s c f ( c a l ls e s s i o n c o n t r o lf u n c t i o n ) 不用再 处理业务逻辑，而是通过基于规则的业务触发机制，根据用户签约数据的初始过 滤规则，由c s c f 分析业务，并触发规则，然后发送到相应的应用服务器，由服 务器完成业务逻辑处理。在这种情况下，i m s 成为一个真正意义上的控制层设备， 4 与业务的耦合降f t 乇n 最小。由于i s c 接i1 皋于s i p 队议，这样吏有利于、i k 务丌放， 1 了约业务丌放成小。 ( 4 ) q o s 保证。i m s 制定了端到端的q o s 控制机制，用户在使用i m s 业 务前要激活分组域连接( p d pc o n t e x t ) ，此时用户使用与互联网上网不同的接入 点名称( a p n ) ，互联网a p n 使用g i 口与互联网连接，i m sa p n 使用g o 口与 i m s 域连接。用户在订购业务时，运营商需要根据业务类型制定不同的q o s 。 ( 5 ) 集中的用户数据管理。i m s 实现了移动网和固定网、电路域和分组域 用户数据的统一管理。归属业务服务器h s s 是一个统一的用户数据库系统，不 但能够存储移动i m s 用户的数据，而且能够存储固定i m s 用户的数据，数据库 不再区分移动业务用户与固定业务用户。通过集中用户数据管理，用户在接到接 入网后，可以做到接入网、i m s 控制网和业务的鉴权一次完成，提高用户的感知 度。 2 2i m s 标准的演进及标准化组织 2 2 1i m s 的标准演进 i m s 作为3 g p p 在r 5 版本中提出的i p 多媒体架构，迄今为止已有r 5 、r 6 、 r 7 和r 8 共4 个版本4 1 。 2 2 1 1r 5 r 5 版本首次提出基于全i p 的网络架构，它使用s i p 协议控制会话，支持多 媒体会话信令与移动性管理、载体业务传输，实现端到端的i p 业务。在i m s 体 系中，各种类型的终端之间能够建立起对等的i p 通信，而且可以取得订阅的服 务质量。除了会话管理外，i m s 体系还包含支持这些服务所需要的功能，例如注 册、安全、计费、漫游和承载控制等。r 5 版本的功能最终于2 0 0 2 年3 月冻结。 2 2 1 2r 6 3 g p p 发展到r 6 阶段，在网络架构上没有突破性变化，主要是添加增加了 一些新的功能，并且对现有部分功能进一步拓展。在新业务方面，r 6 版本进一 步提出许多新需求，例如i m s 消息业务、p u s h 业务、数字版权管理等。相对于 r 5 版本，r 6 版本还增强了网络和空中接口特性、优化无线资源的能力等，包括 基站分类，多输入多输出( m i m o ) 技术等。在核心网方面也提供了一些新的特 性，包括i m s 本地业务、i m s 与c s 互通、p d f 与p c s c f 之问的g q 接1 3 策略 控制和基于i p v 4 与i p v 6 的i m s 互通和演进等。r 6 版本在2 0 0 5 年3 月冻结，是 第一个比较完善的i m s 标准版本。 r 7 版本阶段，主要增强的功能包括网络架构、支持固定接入、计费和q o s 的结合、合法监h 7 7 , 手n 话音连续性v c c 功能等。在r 6 中用于策略管理的系统结 构和用于流的汁费控制结构类似，但是使用的是独立的功能实体，p d f 负责系统 资源和q o s 的决策管理，c r f 负责业务流的计费管理。r 7 版本将两者结合，由 p c r f 实体统一提供p d f 和c r f 的功能，使用基td i a m e t e r 协议的r x 、g x 接 口传递相应的策略控制和计费控制信息。r 7 版本第3 阶段已经于2 0 0 7 年底冻结 【5 1 。 2 2 1 4r 8 r 8 版本的指定工作丌始，t - 2 0 0 7 年，r 8 完成了对t i s p a n 和3 g p p 现有的 i m sc o r e 的研究成果的合并，重点f ( , j t o i ：究课题也括c o m m o ni m s 、p b x 接入i m s 、 i m s 集中控制i c s ( i m sc e n t r a l i z e ds e r v i c ec o n t r 0 1 ) 、c a b l e 接入和m m s c ( m u l t i m e d i as e s s i o nc o n t i n u i t y ) 等6 1 。对一j 二p c c 架构，增加b b e r f 网，亡和 g x x 接口，同时定义了漫游场景下的策略控制和计费架构。 2 2 2i m s 的标准化组织 国际上的标准组织通常分为三大类，即全球性的、区域性的和非政府性质的。 其中，i t u t 是唯一的全球化标准组织，它研究的领域和目标成果比较全面，但 是进度相对慢一些。随着i m s 框架的确立和广泛认可，i m s 在3 g p p 、3 g p p 2 、 e t s i 、i t u t 、i e t f 等标准组织中都占有一席之地。下面介绍与i m s 相关的标 准化组织的情况。 2 2 2 13 g p p 3 g p p 是领先的3 g 技术规范标准化组织之一，成立于1 9 9 8 年1 2 月，旨在 研究并推广基于g s m 核心网的3 g 标准，即w c d m a 、t d s c d m a 等。3 g p p 包括项目合作组( p c g ) 和技术规范组( t s g ) 。p c g 是3 g p p 的最高管理机构， 负责全面协调工作，包括3 g p p 总的管理、时| 、日j 计划和工作的分配等。t s g 负责 技术规范指定工作，受p c g 的管理。现在3 g p p 包含5 个t s g ，分别负责核心 网( c n ) 、系统和业务方面( s a ) 、g s me d g e 无线接入网( g e r a n ) 、无线接 入网( r a n ) 和终端( t ) 。其中，t s gc n 和t s gt 在2 0 0 5 年3 月后合并为t s g 6 北京邮i 也人学硕i ：歹生牛业i 仑支 c t 。 i m s 最初在3 g p pr 5 版本中提出，住r 6 、r 7 垒r 8 版本t - 继续充薄。3 g p p 中进行i m s 研究的相关工作组包括：s a 组的所有子组，c n 组的c n l 、c n 3 、 c n 4 、c n 5 子组，t e r m i n a l 组的t l 、t 3 子组。 2 2 2 23 g p p 2 3 g p p 2 是为美国国家标准化组织a n s i 阵营开放第三代移动通信系统，在 1 9 9 8 年底成立的合作项目，成员主要包括同本的a r i b 和t t c 、中国的c c s a 、 韩国的1 v r a 、美国的t i a 以及市场代表成员( c d m a 丌发组和i p v 6 论坛0 3 g p p 2 的主要任务是，把i m s 定义为多媒体域的解决方案之。多媒体域和c d m a 2 0 0 0 接入网一起构成了3 g p p 2 的第三代全i p 核心网。3 g p p 2 基于3 g p p 的i m s 定义 了它的c d m a 2 0 0 0 多媒体域，成为m m d 。 2 2 2 3e t s i 欧洲电信标准协会e t s i ( e u r o p e a nt e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i t u t e ) 是欧洲地区性的标准化组织，创建于1 9 8 8 年。专门研究和制定n g n 方面的技 术和规范。为加速对n g n 的研究，成立了t i s p a n ( t e l e c o m m u n i c a t i o n sa n d i n t e g r a t e dc o n v e r g e ds e r v i c e sa n dp r o t o c o l sa n da d v a n c e dn e t w o r k i n g ) 。关于i m s 的研究，t i s p a n 和3 g p p 紧密合作，成立了联合工作组研究n g n i m s 相关问 题。通过t i s p a n 与3 g p p 的努力工作，目前t i s p a n 已经取得许多成果。 尽管e t s i 属于一个区域性( 欧共体) 的标准化组织，但是它也吸收了欧共 体以外的成员参与，加强全球化的合作，因此t i s p a n 的研究成果，基本上反映 了世界上大多数国家的需求和技术水平。 2 2 2 4i t u t 在国际电信联盟电信标准化部门i t u t 内部，采取研究组方式进行技术标 准的研究和制定工作。2 0 0 4 年6 月成立的i t u tf g n g n ( n g n 专题组) 也已 经开始对i m s 进行研究，涉及i m s 的业务和网络框架。i t u tf g n g 将研究n g n 业务需求，把i m sr 6 中定义的业务作为业务研究的起点，但同时强调业务应具 有灵活的生成能力。 2 2 2 5i e t f 互联网工程任务组i e t f 是由网络设计者、运营商、设备厂商和研究机构的 研究丌放人员组成的一个比较松散的组钐c 。它足一个i 要负责i n t e m c t 及其系统 结构j i ：发、保障t 3 l zi n t c r n e t 顺利运 j ：o , j b j , i f i i f t 幽体，1 | 酣- h r 必，迎的个人都l l j 以j j i i 入。 i e t f 产生两种文件：一种叫做i n t e r n e td r a f t ，即互联例草案；另一种叫做r f c ( r e q u e s tf o rc o m m e n t ) 。r f c 更为正式，一旦被批准出台以后，内容不做改变。 i m s 把i p 分组数据网作为其承载网，所以，i m s 所使用的许多协议j 氲接来 源于i e t f 定义的r f c ，或者在r f c 基础上进行了扩展。对于i m s ，i e t f 为其 制定或者扩展的协议主要包括s i p 、d i a m e t e r 等【lj 。 2 3i m s 系统介绍 3 g p pr 8 定义的i m s 网络系统结构如图2 1 所示，所有功能都在各个逻辑实 体中完成。如果同一物理设备中实现两个逻辑实体的功能，那么相关的接口就成 为物理设备的内部接口。 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 ) 是i m s 的核心设备， 根掘c s c f 在网络【 i 所处的刁i 同位骨和所承担的不h 作用，按照具体功能r f l j 。以分 成3 个逻辑实体：p c s c f ，s c s c f 和i - c s c f 。另外，i m s 还包括数据库( h s s ( h o m es u b s c r i b e rs e r v e r ) 、s l f ( s u b s c r i p t i o nl o c a t o rf u n c t i o n ) 、网间互联实体 ( b g c f 、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 m g w ) 、应用服务器 ( m r f c 、m r f p ) 、p c c 实体( p c r f 、p c e f ) 和计费实体等。 图2 1i m s 网络系统结构图 7 1 2 - 3 1i m s 的实体介绍 ( 1 ) 代理c s c f ( p c s c f ) 在移动终端u e 获得i m s 服务时，代理呼叫会话控制功能p c s c f ( p r o x y - c a l l s e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n ) 是u e 接入i m s 的首个网元。通过“查找本地c s c f 的流程”，u e 能够得到p c s c f 的地址。来自u e 或者发给u e 的所有s i p 信令 流，都必须通过p c s c f 。p c s c f 相当于代理服务器，能够处理或者转发收到 的请求和服务。p c s c f 不会对s i p 的i n v i t e 消息中请求的u r i 进行修改。在 异常情况下，p c s c f 可以终止或者独立产生s i p 的事务。 代理呼h l 会话控制功能p c s c f 的主要功能如下： 把u e 发来的s i pr e g i s t e r 注册请求消息转发给i - c s c f ，该i - c s c f 由u e 提供归属域名决定。 在u e 和s c s c f 之间转发s i p 请求和响应。 生成计费记录，并把它转发至c c f ( c h a r g i n gc o l l e c t i o nf u n c t i o n ) 。 能够将瓜缩和解压来自u e 的s i p 内铎。 能够和p c r f 互通消息，执行q o s 规则。 ( 2 ) 问询c s c f ( i - c s c f ) 在运营商网络中，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 n g c a l ls e s s i o n c o n t r o lf u n c t i o n ) 能够作为网络中一切本地用户的连接点，也能够让漫游用户从 当前网络接入。一个网络服务区能够拥有不同数量的i - c s c f 。 询呼叫会话控制功能i - c s c f 的作用如下： 通过查询h s s 数据库，能够查到并为用户分配所对应的s c s c f 。 将另一个网络收到s i p 请求或响应路由给s c s c f 。 发送计费相关信息给c c f 。 能够对外屏蔽运营商内部网络的结构情况。 ( 3 ) 服务c s c f ( s c s c f ) 服务呼叫会话控制功能s c s c f ( s e r v i n g c a l ls e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n ) 是 i m s 的核心，具有会话控制作用和注册作用。s - c s c f 能够按照网络运营商之需 求，保持会话状态的情况，可以按照需求跟计费网元进行交流信息。每个运营商 的网络能够包含数个s - c s c f 。 服务呼叫会话控制功能s c s c f 的主要作用如下： 能够作为注册服务器，对用户发来的请求进行处理。 利用i m s 认证与密钥协商a k a ，对用户的接入进行鉴定。 在i - c s c f 、p c s c f 、b g c f 与a f 之间转发业务流。 对于需要i m s 紧急呼叫业务的运营商，可用来分配紧急呼叫中心。 9 ，i l j j i i tr 1 ：i uj i ：i t l j i1 5 i ) i 。j 。c ! # 、l l ，论文 发送在线或者离线汁费信息给计费功能。 ( 4 ) 归属，h t 户服务器h s s ( h o n l es u b s c r i b e rs e r v e r ) h s s 保存着i m s 中签约用户的注册和服务信息。h s s 包含的内容主要为用 户身份、注册信息、接入参数和服务网触发信息。 h s s 的主要作用如下： 支持管理用户的移动。支持用户在c s 域、p s 域和i m s 域进行移动。 支持建立呼叫，也支持建立会话。 支持接入认证。h s s 负责对拜访网络用户进行接入认证。 支持用户安全。 支持业务定制。h s s 为3 个域提供签约数据。 用户标识管理。维护不同域的用户标识和对应关系。 与业务平台s i p a s 、o s a s c s 、s c f 接口。 ( 5 ) 签约定位器功能s l f 签约定位器功能主要作用如下： 在注册和会【五建立期f 日j ，被i - c s c f 食询，s l f 向i - c s c f 提供存储用 i 具体数据的h s s 的名字。 通过d x 接u 接入i m s 。 在只有单个h s s 的i m s 系统中，不需要s l f 。 ( 6 ) i m m g w i m m g w 作用是能够转换i m s 用户的i p 承载和c s 域承载。它的主要作用 包含：根据来自m g c f 的资源控制命令，完成互通两侧的承载连接的建立、释 放和映射处理。根据来自m g c f 的资源控制命令，控制用户面的特殊资源处理， 包括音频的编解码转换、回声抑制等。 ( 7 ) 媒体网关控制功能m g c f m g c f 的主要功能如下： 实现i m s 与c s 域的控制平面交互。 通过控制i m m g w 完成c s 域承载与i m s 域用户平面r t p 的试试转换。 分析c s 域指向i m s 用户的呼叫，并且为呼叫分配相应的c s c f 。 生成计费信息转发至c c f 。 ( 8 ) 出口网关控制功能b