（电磁场与微波技术专业论文）ims系统sip信令qos保证机制的研究.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 本人签名：壹】丝! 处，本人承担一切相关责任。 日期： 。2 删6 d ； 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：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：盘i 缝 日期： 。2 业：竺：i 导师签名：鱼缮手垂矢一 日期：土虫) 上专；l 一 摘要 第三代移动通信系统的一个显著特点是提供数据、语音、图像和 视频等丰富的移动多媒体业务。3 g p pu m t s 体系标准的r 5 版本中 引入的i p 多媒体子系统( i pm u l t i m e d i as u b s v s t e m ，简称i m s ) 即是 为支持移动多媒体业务而设计。i m s 采用会话初始协议( s e s s i o n i n i t i a t ep r o t o c 0 1 ，简称s i p ) 作为会话控制信令协议。信令消息控制 整个会话过程，涉及会话建立、会话管理、会话终止的各个环节，是 会话顺利进行的关键，其服务质量必须得到保证( q u a l i t vo fs e i c e ， 简称q o s ) 。而相对于媒体消息来说，信令消息传输质量问题受关注 程度较小。本论文的研究重点即是i m s 系统中s i p 信令消息的q o s 保证机制，目的是在充分研究s i p 协议的相关内容基础上，结合i m s 体系的应用环境，参考i pq o s 的一些已有的研究成果，提出适合于 3 g 移动通信系统中s i p 信令消息传输的q o s 保证机制的改进方案。 论文首先对研究方向的相关背景知识做了详细地归纳总结，包括 i m s 的功能特点、网络结构、网元构成、业务流程以及s i p 协议标准 的基础概念。并重点阐述了s i p 消息在i m s 中的扩展和在i m s 中利 用s i p 进行q o s 信令交互的机制。接下来引入了基于s i p 信令传输 q o s 要求的虚拟s i p 连接概念，进而针对这一方案中流量控制和接入 控制算法的不足，提出了可变速率漏桶算法作为改进的算法选择。论 文还分析了所提算法的性能，给出了评价分组丢失率、分组等待时间 等重要q o s 指标的数学表达式，证明相对于普通漏桶算法，可变速 率漏桶算法能够提高q o s 保证的效果。此外论文还给出了基于s i p 消息传输特点的信令流q o s 参数计算的数学模型。 关键词服务质量q o s 会话初始协议s i pi p 多媒体子系统i m s 虚拟s i p 连接v s l 漏桶算法 北京邮电大学硕 二论文 a b s t r a c t l ti so n eo ft h eo b v i o u st r e n d sf o rt l l e3 r dg e n e r a t i o nm o b i l es y s t e mt op r o v i d ea b u n d a n t m o b i l em u l t i m e d i as e r v i c e ，i n c l u d i l l gd a t a ，v o i c e ，i m a g ea i l dv i d e oe t c t h ei pm u l t i m e d i a s u b s y s t e m ( i m s ) w h i c hi si n t r o d u c e di n3 g p pu m t ss p e c i f i c a t i o n si sd e s i g n e dt os u p p o nt h e m o b i l em u l t i m e d i as e i c e s e s s i o nl n i t i a t ep r o t o c o l ( s l p ) i sa c c e p t e di nl m sa st h es e s s i o n c o n t r o ls i g n a l i n gp r o t o c 0 1 t h es i g n a l i n gm e s s a g ec o n t r o l st h ew h o l ep m c e s s e so ft h es e s s i o n ， i n c l u d i n gt h es e s s i o ne s t a b l i s h m e n t ，s e s s i o nm a n a g e m e n t ，s e s s i o ne n d 1 t sak e yf a c t o ro fa s u c c e s s f i l ls e s s i o nf o rw h i c ht h eq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) m u s tb eg u a r a n t e e d h o w e v e r ，i nf a c t ， c o m p a r e dw i t ht l l em e d i am e s s a g e ，t l l eq u e s t i o no fs i g n a l i n gm e s s a g et r a n s m i s s i o nq u a l i t yi sp a i d l e s sa t t e n t i o nt o t l l l i sp a p e re m p h a s i z e so nt h eq o sq u e s t i o no fs 碑s i g i l a l i n gm e s s a g ei ni m s t l l l em a i nt a s ki st os t u d yt h er e l a t e ds p e c i f i c a t i o no fs i ps t a n d a r da n dt h ea p p l i c a t i o ne n v i r o n m e n t o ft h el m sa r c h i t e c t u r e ，p r o p o s et h ei m p r o v e dq o sm e c h a n i s mo ft h es i ps i g n a l i n gw h i c hi s s u i t a b l et o3 ga c c o r d i n gt ot l l ek n 0 、nr e s e a r c hr e s u l t sa n dt h el a c ki i lc u n e n tm e c h a n i s m f i r s t l y ，t h i sp a p e ri i l t r o d u c e st h eb a c k 铲o u n di m o w l e d g er e l a t e dt ot h er e s e a r c hf i e l di nd e t a i l ， i n c l u d i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c ，t h en e t 、o r ka r c h i t e c t u r e ，t h ef i l n c t i o ne l e m e n t ，t h e r v i c ep r o c e s so f t h el m sa n dt h eb a s i cc o n c e p to ft h es l p ，e s p e c i a l l ye x p l a i nt h ee x t e n s i o no ft h es i pi nl m sa n d t h eq o ss i g n a l i i l gi n t e r a c t i o nb ys i p t h e n ，w ed i s c u s st h ev i n u a ls l pl i n k ( v s l ) c o n c e p tb a s e d o nt h eq o sr e q u i r e m e n to fs i ps i g n a l i n gt r a n s m i s s i o na n dp r o p o s et h ev a r i a b l er a t el e a k yb u c k e t a l g o r i t h ma st h et r a f f i cc o n t r o la n da c c e s sc o n t r o la l g o r i t h mc h o i c e t h e r e a f t e r ，w ea n a l y z ea n d c o m p a r et h ep e r f o m a n c e0 ft h ea l g o r i t h mb yc a l c u l a t i n gs e v e r a li m p o n a n tq o sp a r 锄e t e r s ，s u c h a st h ep a c k e tl o s sp r o b a b i l i t ya n dt h ep a c k e td e l a yt i m ee t c i ti sp r o v e dt l l a t ，i nc o m p a r i s o nw i t h t h eo r d i n a r yl e a k yb u c k e ta l g o r i t h m ，t h ev a r i a b l er a t el e a k yb u c k e ta l g o f i t h mm a k ep r o 伊e s si l lt h e e f f e c to fq o sg u a r a n t e e f u n h e 册o f e ，w eg i v eac a l c u l a t i n gm o d e lo ft h eq o sp a r 珊e t e r sb a s e d o nt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h es i ps i g n a l i n gt r a n s m i s s i o np i d c e s s k e yw o r d s q o ss i pi m sv s li e a k yb u c k e ta l g o r i t h m 2 1 1 研究背景 北京邮电大学硕士论文 第一章绪论 现代的移动通信发展至今，主要走过了两代，目前第三代移动无线系统的研 究己经取得了很大的成果。在国际电信联盟中，第三代移动网络被称为国际移动 通信2 0 0 0 ( i m t2 0 0 0 ) ，在欧洲称其为个人移动通信系统( u m t s ) 。第三代移动通信 系统是一种能提供多种类型、高质量的多媒体业务，能实现全球无缝覆盖，具有 全球漫游能力，与固定网络相兼容，并以小型便携式终端在任何时候、任何地点 进行任何种类的通信系统。3 g 将以其能实现全球漫游、提供多种业务、适应多 种环境、足够的系统容量，强大的多种用户管理能力，高保密性能和高质量的服 务等特点给移动通信技术带来巨大的改变，而3 g 对普通用户的最大吸引力之一 就是业务类型的扩展，即从简单语音通信扩展到包括语音、可变速率数据和活动 视频会话等多媒体通信在内的多元化通信。通讯运营商普遍的解决方案是一个业 务对应一个业务网络，因此形成了多个业务网络并存的局面。网络融合的目的是 为了在一个统一的网络上进行各种信息的通信，有利于实现用户在享受多种通信 服务时的“统一体验”。目前业界比较关注的融合包括电信网与互联网的融合、 移动网与固定网的融合等。其中，3 g p pr 5 版本提出的i m s 技术为基于i p 的移动 和固定通信融合提供了基础，并被业界认为是网络演进的一个重要阶段。 i m s 是3 g p p 在r e l e a s e 5 版本提出的支持i p 多媒体业务的子系统，它的核心特 点是采用s i p 协议和与接入的无关性，目前i m s 支持2 g 和3 g 的移动接入方式，还 不能支持固定接入方式。在网络融合的发展趋势下，3 g p p ，e t s i 和i t u t 都在研 究基于i m s 的网络融合方案，目的是使i 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，实现固定网和移动网的融合。目前，以欧洲e t s l 为代表的t i s p a n 提出了基于i m s 的体系架构是n g n 的主体架构，认为i m s 代表 了n g n 网络发展的方向。i m s 系统采用s i p 协议进行端到端的呼叫控制，为i m s 同时支持固定和移动接入提供了技术基础，也使网络融合成为可能。从目前各个 国际标准组织对于i m s 的研究来看，基于i m s 的网络融合是网络发展的方向。但 是由于基于i m s 的网络融合的研究开始不久，技术还不够成熟，其标准化工作也 相应地成为了目前研究的重点。在n g n 的框架中，终端和接入网络是各种各样 北京邮电大学硕士论文 的，而基于s i p 会话的核心网络只有一个i m s 网络，它同时为固定和移动终端提 供服务。从标准上看，虽然i t u t f g n g n 、3 g p p 、t i s p a n 都已经确定了i m s 作 为n g n 的框架，但是如前所述，很多功能实体和接口的功能需要增强或修改。 目前标准组织的活动还处于功能需求的研究阶段，实现这些功能的流程、消息及 参数还没有明确的规范定义。重点解决i m s 支持固定接入问题的3 g p pr e l e a s e 7 版本规范，还正在制定之中；支持部分固定接入方式的i t u fg n g nr e l e a s e1 也 尚未正式发布。这些版本的规范在多大程度上可以满足实际需求，还需要进一步 的分析和确认，所以在规范上还有很多工作要做。从产品的开发看，虽然国内外 主流厂商都在进行i m s 产品的开发，但受到标准进程的限制，目前的产品还只是 针对i m s 的某些应用，还不是完整意义的i m s 网络产品，还不能满足运营商大规 模建网的需求。 i m s 概念的提出原因之一，也是i m s 系统的一大优势就是可以提供多媒体业 务的q o s 保证。在分组交换域上提供实时多媒体业务，存在的主要问题是没有q o s 保证，服务质量只能做到“尽力而为”，也就是说，网络不能为用户的每一次连 接所需要的带宽和可以容忍的延迟提供保证。例如，v o 口会话业务对时延和抖 动的要求很高，过大的延迟和抖动会让用户无法理解对端传来的话音。因此，建 立i m s 的一个主要目的是给予实时多媒体业务的q o s 保证。i m s 在会话建立之 初就进行q o s 预定的过程，以保证用户能获得预期的服务。对于i m s 中q o s 问题， 3 g p p 标准做出了相应的规定。i m s 的q o s 主要包括i p 多媒体核心网子系统会话的 q o s 要求和i p 多媒体子系统信令的q o s 要求两个方面，信令q o s 方面的内容涉及 q o s 信令和会话控制之间的独立性、端到端q o s 信令和资源分配的必要性、i p 和 u m t s 承载业务层的q o s 信令协商和资源分配、i p 和u m t s 承载业务层资源获得 的限制、会话控制和q o s 信令资源分配之间的调整、q o s 信令和资源分配的效率 等方面。 由于3 g p p 已经定义使用s i p 协议作为i m s 系统的信令控制协议，既然s l p 协议 是与i p 网络上其它服务共享资源的，所以信令消息的丢失或延迟给网络带来的影 响比一般媒体消息都要大的多。但相对于已经取得很多成果的媒体q o s 保证的研 究来说，信令q o s 的研究还是一个比较薄弱的环节，没有获得足够的关注。本论 文关注的重点即在s i p 信令q o s 问题中的流量控制和接入控制算法。 1 2 论文内容和章节安排 本论文针对i m s 中s l p 信令q o s 保证做出研究，主要的内容是提出了基于虚拟 s l p 连接的流量控制和接入控制算法的改进。虚拟s l p 连接是近几年提出的概念， 北京邮电大学帧：t 论文 其思想是将s i p 消息所经过的若干个s i p 服务器视为一个整体链路，在边缘使用传 统的漏桶算法实现流量控制和接入控制，更有效地达到目的并节省资源。但固定 速率漏桶算法处理突发情况的方式较为简单，容纳程度有限，而s i p 消息作为信 令控制消息，发生短暂时间的消息量突然增加的情况比较多。所以对s i p 消息的 这一特点，论文中在漏桶算法中引入了令牌概念，提出了可变速率漏桶算法，即 根据链路中消息排队的长短采用不同的令牌产生速率，相当于调整漏桶漏出速率 通过对几个关键q o s 参数的数学讨论，可以看出，相对于固定速率漏桶算法，可 变速率漏桶算法优化了消息传输的性能。另外，本文还对s 口消息传输过程中与 其它消息不同的特点，如消息长度改变等，给出了q o s 参数计算的数学模型。论 文的具体内容安排如下： 第一章简单介绍了研究方向的相关背景知识，包括i m s 及其q o s 的问题； 第二章对i m s 系统做了详尽的描述，包括i m s 的功能特点、网络结构、网元 构成、业务流程等内容； 第三章结合i m s 系统的要求具体介绍了s i p 协议标准，对s i p 消息在i m s 中的 扩展和在i m s 中利用s i p 进行q o s 信令交互的机制做了特别的阐述；另外还在这一 章中也给出了针对s i p 消息特点进行q o s 参数计算的数学模型； 第四章是本论文的重点，在说明虚拟s i p 连接概念的基础上分析了该方案应 用于i m s 中s i p 消息q o s 保证的不足，尤其是在流量控制和接入控制算法方面，仍 有需要探讨的地方，进而提出了改进的算法。 第五章是对全文的总结。 2 1i m s 结构 2 1 1 瑚s 产生的背景 北京邮电大学硕士论文 第二章im s 体系 早在几年以前，网络提供商和移动运营商就认识到仅仅靠增加带宽，还不能 够使众多的3 g 新业务满足最终用户和运营商的期望，于是l m s 应运而生，弥 补这个期望差距。 i m s 是特别地设计为支持实时的用户端到端的移动业务，如增强的语音业 务和视频电话。i m s 通过一系列的关键机制如会话谈判和管理，业务质量( q o s ) 和移动管理等实现用户端到端的通信业务。 不仅如此，i m s 除了可以提供实时的端到端业务，移动运营商还可以通过i m s 提供非实时的用户端到端业务，如聊天和即时消息；多用户业务，如多媒体会议 和聊天室；用户端到服务器业务，如动态p u s h 业务和“一键拨”业务( c l i c kt o d i a l ) 。 2 1 2i m s 的概念 i p 多媒体核心网系统【1j 【2 j 是由所有能提供多媒体服务的核心网功能实体组 成，包括了与信令和承载相关的功能实体的集合。l p 多媒体业务是基于正t f 定 义的会话控制能力，利用p s 域和多媒体承载来实现的。 为了实现接入的独立性和支持无线终端与i l l t e m e t 互操作的平滑性，i p 多媒 体子系统尽量采用与i e t f 一致的i n t e m e t 标准。因此，定义的接口跟正t f 的 i n t e m e t 标准也是尽可能的一致，例如，采用了正t f 的s i p 协议。 i p 多媒体核心网子系统使p l m n 的运营商能给他们的用户提供基于i l l t e m e t 的应用、服务和协议的多媒体业务。这里并不是要把这些业务变成i p 多媒体子 系统的标准，而是为了让p l m n 的运营商和第三方的业务提供者来发展这些业 务。i p 多媒体核心网子系统能集中语音、图像、消息、数据和基于w e b 的技术 来为无线用户服务，并把i n t e m e t 的发展和无线通信的发展结合起来。 北京邮电大学硕士论文 支持i p 多媒体应用的全套解决方案是由终端、g e r a n 或u t r a n 无线接入 网、g p r s 核心网和i p 多媒体核心网子系统的一些特殊的功能单元。这些功能 单元包括呼叫会话控制功能( c s c f ) 、媒体网关控制功能( m g c p ) 、i p 多媒 体网关功能( i m m g w ) 、多媒体资源功能控制器( m r f c ) 、多媒体资源功能 处理器( m r f p ) 、归属地用户服务器( h s s ) 、签约定位功能( s l f ) 、出口 网关控制功能( b g c f ) 、应用服务器( a s ) 、信令网关功能( s g w ) 。 i p 多媒体子系统的结构，所有的功能实体被认为在不同的逻辑结点中实现， 如果在同一个物理设备中实现两个逻辑结点的功能，那么这两个逻辑结点的接口 就成为该设备的内部接口。 2 1 3n i s 对现存移动网络的影响 i m s 在网络中的位置如图2 1 所示 图2 - l i m s 在移动网络中的位置 从图中可以看出，i m s 可以视为架构于p s 域之上的为i p 多媒体应用提供统 支撑的服务应用平台，i m s 同时可以用于g p r s ，u m t s 等移动接入，也可以 用于w u 州及其他多种接入中。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费策略等。如果要实现i m s 系统，对现存 的移动网络会带来一些影响。对p s 域来说，可能要做出以下改变： 9 1 ) 2 ) 3 ) 4 ) 5 ) 6 ) 1 ) 2 ) 3 ) 北京邮电大学硕士论文 a p n 的设置。终端和网络都需要分配一个新的用做i m s 业务的a p n ； h u 之。原有p s 域的h u 之与h s s 保持独立；可先不做互通和融合； p d pc o n t e x t 。i m s 的注册及会话建立采用原有的p d pc o n t e x t i m s 信令信息 ( 如s i pr e 酉s t r a t i o n 、i n v i t e 等) 需要使用p r i m a r yp d pc o n t e x t 传送，采用 s e c o n d a r yp d pc o n t e x t 传送承载数据包( 如语音b u r s t 等r 皿ii d p 包) ； d h c ps e e r 。可沿用g g s n 的d h c p 功能分配口地址，i m s 终端与3 g 终 端口地址一致； d n ss e e r 。d n ss e r v e r 需添加映射关联( i m sa p n g g s n 地址1 ) ；根据 漫游策略，d n s 策略也相应做调整；g i 接口之后仍需其他的d n ss e e r 用于 c s c f 地址解析； g g s n 的设置。如果需要端到端q o s 要求，需要添加g o 接口模块；如果g o 暂不要求，那么g g s n 通过g i 接口和p c s c f 相连，g g s n 的硬件软件都 无需做升级；但需要进行参数配置( 配置i m sa p n ，r a d i u sa 气a 参数，在 g g s n 与h s s 侧配置r a d i u ss e c r e tk e y 等) ； 漫游策略。如果不采用i m s 漫游策略，原有p s 漫游完全可以沿用。 i m s 终端i p 地址还会涉及网络以下方面的修改： 对现网p sd h c p 服务器分配地址段做统一规划，保证各地分配的i p 地址不重 复，能互通。这种方案会影响到整个p s 域的地址划分，网络管理协调的工 作较多，但技术难度不大； 保持原有的p sd h c p 服务器及分配的口地址段不变，再添加一个d h c p 服 务器，g g s n 根据i m sa p n 寻找到该指定d h c p 服务器，分配新的i p 地 址，此方案需考虑终端支持至少两个p r i m a r vp d pc o n t e x t ； 采用n a r 网关进行s i p r t p 瓜t c p 私有地址转换。 2 1 4i m s 的功能 i m s 提供一些关键功能以满足新的移动i p 业务能够运行在移动网络中的需 要，这些功能有以下四个方面： 2 1 4 1 多媒体会话协商和管理一通信业务的关键因素 一个会话本质上就是两个通信终端的连接( 如移动电话、p d a 、计算机等) 。 一个终端通常向另一个终端请求一个连接，然后两个终端开始会话，详细协商以 何种方式通信( 如使用指定的方式编码、会话中将包括何种媒介等) 。一旦协商 结束，就开始一个交互式的会话，然后两方就开始交换命令和数据。 北京邮电大学坝士论文 在3 g p p 中，多媒体会话协商和管理通过使用s i p 协议来完成。i m s 本质上 是一个移动的s i p 网络来支持这些功能( i m s 提供路由、网络位置管理和寻址 等功能) 。 与c s 和p s 域相反，i m s 可以建立任何类型的媒体会话( 如语音、视频、 文本等) ，并且会话可以动态地随时修改( 如在现有的语音会话中加入一个视频 成分) 。这个功能开发了一系列的全新的用户到用户，多用户业务，如增强的语 音业务、视频电话、聊天、一键通( p o c ) 和多媒体会议，所有这些都基于多媒 体会话概念。 2 1 4 2 服务质量( q o s ) 一实现实时业务的关键因素 由于带宽不稳定严重影响到分组数据包传输，实时移动i p 通信实现起来是 比较困难的。对于普通的口网络，i p 传输的特点是“尽力而为”，就是说，网 络将尽最大的努力达到需要的带宽，但决不是保证。这样的结果就是实时移动i p 业务质量可能很差，或者根本就受制于带宽的有效性和网络拥塞( 如语音质量差 或模糊，视频“抖动”等) 。 q o s 的概念就是用于克服这些困难，并且提供一些可以保证的不同级别的 传输来代替“尽最大努力”方式。q o s 是可以确保i p 传输的关键因素，如传 输速率、网关延迟和误码率等可以事先测量、改进并加以保证，通过这些方法运 营商可以根据业务类型和用户的情况来决定业务质量等级。 处理移动i p 网络q o s 的智能模块是i m s 中的策略决策模块( p d f ) 。p d f 用于处理下层分组数据网络的交互和控制( 通过g o 接口连接到g g s n ) 。这样 i m s 就为移动运营商处理实时业务提供了标准有效的解决方案，不必因为在“尽 力而为”原则的传输上而引起用户的不满。 2 1 4 3 移动性管理一漫游的关键 i m s 网络机制可以使移动i p 通信业务有能力发现其它网络的用户并建立会 话。这个关键的移动性管理实体叫做c s c f ( 呼叫会话控制功能) 和h s s ( 本地 用户数据库) 。h s s 保存所有用户的数据并能寻找到用户需要的应用服务器，然 后建立通信。c s c f 本质上是一个代理，用于会话建立和管理并在i m s 网络间 转发消息。这样i m s 不仅可以在移动运营商的本地网络中进行移动性管理，在 不同的网络提供商间漫游时也可以进行业务移动管理。 北京邮电大学硕士论文 2 1 4 4 业务执行，控制和交互一强大的业务平台的基础 当运营商在一个复杂的移动业务网络中部署了大量的业务时，至关紧要的关 键因素是运营者必须能够控制业务的启用和不同业务组成部分之间的交互。在 c s 和p s 域中，业务执行是应用控制的，这将使业务交互更加复杂并降低业务 透明度和控制性。i m s 适合这个挑战，因为它提供了强大有效的透明的业务执 行、控制和交互的网络架构。 当一个用户注册到移动运营商的i m s 网络，c s c f 从h s s 中获取该用户的 用户业务档案( s s p ) 。s s p 包含了这个用户大量的业务属性，使c s c f 能够： 根据s s p 中的过滤准则( f i l t e rc r i t e r i a ) ，确定哪个业务需要执行； 决定多个业务执行的顺序； 确定应该执行请求的最终用户业务的应用服务器的地址； 如果多个业务需要在同一个应用服务器上执行的话，通知应用服务器的业 务执行的顺序。 这个业务控制和交互能力使移动运营商能够有效控制和管理业务过滤、业务 触发和交互，使得i m s 成为可重用的业务构造平台。 2 2i m s 实现 2 2 1 口多媒体核心网子系统实体 i p 多媒体子系统像c s 域、p s 域子系统一样，可以完成呼叫的发起、保持、 释放等功能。另外，它还要对多媒体流进行转换控制以支持多媒体业务，所以包 含更多的功能实体，它们分别完成不同的功能【3 1 。 2 2 1 1 呼叫会话控制功能c s c f 根据c s c f ( c a l ls e i c ec 0 n t r o lf u n c t i o n ) 在网络中所处的位置不同，它所 承担的作用也不一样，它可以分为如下三种类型： 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，它把收到的请求和服务进行处理或转发。p c s c f 不会对s i p 的 北京邮电大掌帧1 二论文 i n v i t e 消息中请求的u r i 进行修改。p c s c f 也可以看作是一个用户代理，在 异常情况下，它可以中止或独立产生s i p 的事务。 p c s c f 的主要功能有： 把u e 发来的s i p 注册请求消息前转给i c s c f ，该i c s c f 由u e 提供的 域名决定； 把u e 发来的s i p 消息前转给s i p 服务器，该服务器的名字由p c s c f 在 该u e 发起注册规程时得到； 生成计费记录； 支持u e 与p c s c f 间的加密过程； 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。 2 、查询c s c f ( i c s c f ) i 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 。它的主要功能是： 注册。为用户指定一个s c s c f 来执行s 口注册； 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 l p 请求或响应 给s c s c f ； 生成计费记录。 3 )服务c s c f ( s c s c f ) s 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 s c f 要完成的功能有： 注册。它可以作为一个注册机，也就是接收注册请求后通过位置服务器 来使该请求的信息生效； 处理会话相关与会话不相关的消息流。包括：为已经注册的会话终端进 行会话控制；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；提供终端相关的 服务信息； 当代表主叫的终端时，根据被叫的名字( 如电话号码或s i pu r l ) 从数 据库中获得为该被叫用户提供服务的网络的i c s c f 的地址。如果被叫在 另一个网络，就把s i p 请求或响应前转给该网络中的i c s c f ：如果被叫 与主叫在同一个网络，就把s i p 请求或响应前转给本网络中的i c s c f 。 北京邮电大学坝士论文 根据运营策略，把s i p 请求或响应前转给m 多媒体核心网子系统外的i s p 的s i p 服务器。当呼叫要路由到p s t n 或是c s 域时，就把s i p 请求或响 应转发给b g c f ； 当代表被叫的终端时，如果用户在归属网络中，就把s p 请求或响应前 转给p c s c f ；如果用户在拜访网络中，就把s i p 请求或响应前转给 i c s c f 。根据h s s 和业务控制功能的交互作用，把要路由到c s 域的入 局呼叫的s i p 请求进行修改，当呼叫要路由到p s t n 或是c s 域时，就把 s 口请求或响应转发给b g c f ； 生成计费记录。 2 2 1 2 媒体网关控制功能m g c f 媒体网关控制功能m g c p ( m e d i ag a t e w a y c 0 n t r o lf u n c t i o n ) 包括如下功能： 1 ) 控制i m s m g w 中的媒体信道的连接； 2 ) 与c s c f 通信； 3 ) 根据路由号码，为从传统网络来的入局呼叫选择c s c f ； 4 ) 执行i s u p 协议和i m s 呼叫控制协议间的转换。 2 2 1 3 口多媒体网关功能卫m m g w 一个i m m g w ( i pm u l t i m e d i a m e d i ag a t e w a v ) 可以终止来自电路交换网的 承载信道和来自分组网的媒体流( 例如：i p 网中的r t p 流) 。i m m g w 可以支持 媒体转换、承载控制和负载处理( 例如：多媒体数字信号编解码器、回声消除器、 会议桥) 。它包含如下功能： 1 ) 与m g c f 交互来进行资源控制； 2 1 拥有并维护回声消除器等资源； 3 ) 可能需要多媒体数字信号编解码器。 l m s m g w 要提供必要的资源来支持u m t s g s m 的媒体传输，还需要对 h 2 4 8 协议进行进一步的调整来支持额外的多媒体数字信号编解码器等。 2 2 1 4 多媒体资源功能m r f 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 ) 分成两部分，包括多 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 ) 。 北京邮电大学硕士论文 多媒体资源功能控制器m r f c 的主要功能如下：控制在m r f p 中的媒体流 资源；翻译来自a s 和s c s c f 的信息( 例如：会话标识符) ，并相应的对m r f p 进行控制；产生计费记录。 多媒体资源功能处理器m r f p 的主要功能如下：控制m b 接口点的承载；提 供m r f c 需要的资源；混合输入的媒体流( 例如：用于多方会议) ；发出多媒 体流( 例如：用于多媒体广播) ；处理多媒体流( 例如：语音编码转换、媒体分 析) 。 2 2 1 5 归属地用户服务器h s s h s s ( h o m es u b s c 曲e rs e e r ) 是i m s 系统的主要用户数据库。它包含支持 网络实体处理呼叫会话的用户相关信息。一个归属网络可能包含一个或者几个 h s s ：h s s 的数量取决于移动用户的数量、设备的容量和网络组织规划。h s s 负 责处理以下用户相关的信息： 1 1 用户标识、名字、地址的信息； 2 ) 用户安全信息：鉴权和授权所需的网络接入控制信息； 3 ) 系统内部的用户位置信息：h s s 支持用户注册、存储系统内部的位置信息； 4 1 用户设置信息。 h s s 也为相互的鉴权、通信完整性检查和计算生成用户安全信息。基于这些 信息，h s s 还负责支持不同运营商的网络区域和子系统的会话控制和会话管理事 务。h s s 还可以整理组合不同种类的信息，通过这样增强核心网提供给应用和业 务区域的特性并同时隐藏这些不同点。h s s 包括以下功能模块： 1 1 为i m s 控制功能( 如c s c f ) 提供支持的i p 多媒体功能模块； 2 ) 为p s 域提供h u t a u c 子系列的功能模块； 3 ) 为c s 域提供h u 之a u c 子系列的功能模块，如果要求用户可以接入c s 域或 者支持漫游到其它g s m m t sc s 域。 2 2 1 6 用户本地功能s l f 用户本地功能s l f ( s u b s c r i p t i o nl 0 c a t o rf u n c t i o n ) 的主要功能如下：在注册 和会话建立期间，被i c s c f 查询，s l f 向i c s c f 提供存储用户具体数据的h s s 的名字；通过d x 接口来接入i m s 。在单一的h s s 环境中，并不需要s l f 。 2 2 1 7 出口网关控制功能b g c f 北京邮电大学硕士论文 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 vc 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： 1 ) 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 ( 或c s 域) 接口点； 2 ) 选择一个与p s t n ( 或c s 域) 相连的网络。如果本网络没有与p s t n 相连， 那么b g c f 就把s i p 信令转发给与p s t n ( 或c s 域) 相连的网络的b g c f ； 3 ) 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 ； 4 ) 生成计费记录。 2 2 1 8 信令网关功能s g w 信令网关s g w ( s i 印a l i n gg a t e w a y ) 完成传输层的信令转换，把基于s s 7 的 信令与基于口的信令进行转换( 也就是在s i g t r 锄s a 四i p 和s s 7m 口间进行转 换) 。s g w 不对应用层的消息进行解释，但必须对底层的s c c p 或s a 叩消息 进行解释来保证信令的正确路由。 2 3i m s 业务流程 2 3 1 业务注册流程 i m s 系统业务注册流程【4 】【5 】如图2 2 所示。该流程是在用户漫游到访问网络 的情况下发起的，注册过程中u e 首先将请求发送到访问网络的p c s c f ，这是 因为u e 此时不知道其它服务器的地址。p c s c f 的目的是将注册请求转发到u e 归属网络的s c s c f ，完成注册。 北京邮电大学硕士论文 v i s i f e dn c th o m en e f 二二二二二二二二二 二二二二二二二二二二二= 二二二 图2 2l m s 系统业务注册流程 1 ) 注册请求由u e 向访问网络的p c s c f 发起，访问网络的p c s c f 将请求首 先转发到归属网络的i c s c f ； 2 ) c x ( c s c f 和h s s 之间的接口) 查询，即用户注册状态查询。i c s c f 发起 请求要求获得用户注册状态的信息，c ；查询请求发送到h s s ，其中携带用户 私有标识、用户公共标识、访问网络名等信息。h s s 返回需求的s c s c f 能 力，i c s c f 用这些信息选择一个合适的s c s c f ； 3 1i c s c f 将注册请求转发到选定的归属网络s c s c f ； 4 ) c 。鉴权过程。鉴权过程比较复杂，包括鉴权向量的请求、选择、计算、反馈 等步骤，涉及各个功能模块之间若干次的信令交互，如果鉴权通过，则使用 用户公共标识在s c s c f 上注册； 5 1s c s c f 将用户已注册的消息通知h s s 并向h s s 请求用户信息，h s s 将用户 的信息设定发送到s c s c f 作为响应； 6 1 上述业务控制过程完成后，注册成功，发送2 0 0o k 到u e 。 2 3 2 承载建立流程 i m s 系统承载建立流程如图2 3 所示。图2 3 中仅对承载建立的大致步骤做 了说明，由于整个过程中信