（计算机软件与理论专业论文）一种基于ims系统的sip协议栈用户代理模块的设计.pdf

摘要 摘要 第三代移动通信系统的主要特点是提供数据、语音、图像和视频等丰富的移 动多媒体业务。3 g p pu t m s 体系标准的r 5 版本中引入的i p 多媒体子系统( i p m u i t i m e d i as u b s y s t e m ) 即是为支持移动多媒体业务而设计的。继r 4 实现了3 g 核心网的全i p 承载实现后，i m s 的提出为移动网络中i p 多媒体业务的实现提供了 一套完整的解决方案。i m s 位于3 g 核心网中，构架于分组域( p s ) 之上。它基于 s i p 的体系，s i p 是按客户端服务器方式工作的基于文本的信令协议，i 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的多媒体业务。各种类型的客户端 通过i m s 都可以建立起端到端的i p 通信，并可获得所需要的服务质量。除会晤管 理外，i m s 体系还涉及完成服务提供所必须的功能( 例如注册、安全、计费、承载 控制、漫游) 。可以说i m s 提供了业务融合的基础，基于i p 技术它同时支持话音， 数据和多媒体业务以及新的应用。i m s 为基于i p 的固定和移动通信融合提供了基 础，是向n g n 演进的一个重要阶段。 本文首先介绍了u t s t a r c o ms i ps t a c k ( 以下简称u s i p ) 面向3 g p pi m s 系统 所做的整体设计，并且详细的说明了基于u s i p 协议栈的用户代理模块的设计与实 现。由于s i p 协议凭借其简单、易于扩展、便于实现等诸多优点越来越得到业界 的青睐，并且已经成为3 gi m s 和n g n ( 下一代网络) 中的核心协议，并且市场上 出现越来越多的支持s i p 的客户端软件和智能多媒体终端，以及用s i p 协议实现 的服务器和软交换设备，s i p 的功能和应用越来越广泛，其相应的规范和扩展也 就越来越多，这就要求我们在s i p 协议栈的实现上，必须有一个易扩展的结构框 架。而u s i p 协议栈的框架已经能够适合当前s i p 协议的发展要求，能够在较高 的性能基础上，满足各种产品的需求。文中描述了i m s 网络框架和对s i p 协议的 需求；在此基础上，提出了u s i p 相应的架构设计，及u s i p 实现的特色功能。同 时文中列举了u s i p 的性能数据，并展望了u s i p 未来发展的方向。文中u s i p 的 设计架构对基于i p 的协议设计具有很好的借鉴作用；另外文中对u s i p 协议栈的 用户代理模块的详细介绍对理解s i p 协议的运作、理解i m s 系统的特点具有一定 的帮助。最后，总结全文，指出了u s i p 协议栈及其用户代理模块的不足，并展望 了u s i p 的后续研究。 摘要 关键词：i p 多媒体子系统( i m s ) ，s i p ，c s c f ，网络融合 a b s t r a c t a b s t r a c t t h em a i nc h a r a c t e r i s t i c so ft h em i r dg e n e r a t i o nm o b i l es y s t e mp 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 n gd a t a , v o i c e , i m a g ea n dv i d e oe t c t h e 疋 m u l t i m e d i as 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 ni s d e s i g n e dt os u p p o r tt h em o b i l em u l t i m e d i as e r v i c e i nr e l e a s e5 ，i m sp r o v i d e das e r i e s o fs o l u t i o no fm o b i l en e t w o r k s i pm u l t i m e d i as e r v i c e m si 8l o c a t e di nt h e3 gc o r e n e t w o r k ，w h i c hb u i l to nt h ep a c k e td o m a i n s e s s i o ni n i t i a t ep r o t o c o l ( s i p ) i sa c c e p t e di n i m s 勰t h es e s s i o nc o n t r o ls i g n a l i n gp r o t o c 0 1 i m sc o r eb a s e do nt h es i pp r o t o c o l a r c h i t e c t u r ea n dl 昭es i pm e s s a g et oc o n t r o lt h es e s s i o n ，t oc r e a t e ，m a n a g ea n dt e r m i n a t e a l lk i n d so fm u l t i m e d i as e r v i c e a l lk i n d so ft e r m i n a l sc a ne s t a b l i s hap e e r - t o - p e e ri p c o m m u n i c a t i o na n dg e tt h es e r v i c e st h e yr e q u i r e d i m sa l s op r o v i d et h ek e yf u n c t i o n s o fm u l t i m e d i as e r v i c e s ，s u c ha sr e g i s t e r , a c c o u u t ，s e s s i o nc o n t r o l ，c a r r i e rc o n t r o l ，m e d i a n e g o t i a t i o na n ds a f e t y , e t c i ti st h eb a s eo fc o n v e r g ef o rm u l t i s e r v i c e s ，c a ns u p p o r t v o i c e , d a t aa n dm u l t i m e d i aa p p l i c a t i o n s w i t ht h ed e v e l o p m e n to ff i x e dm o b i l e c o n v e r g e n c e ( f m c ) ，i m si st h em o s ti m p o r t a n tp h a s ei nn g n ( t h en e x tg e n e r a t i o n n e t w o r k ) f i r s t l y , t h ep a p e ri n t r o d u c e s u t s t a r c o ms i ps t a c k ( u s i p ) d e s i g m n e n ta n d i m p l e m e n ti n3 g p pi m s ，a n dd e s c r i b e st h ed e s i g n m e n ta n di m p l e m e n to fu s e r a g e u t ( u a ) m o d u l ew h i c hb a s e do nt h eu s i p i nt h i sp a p e r , w h i c hi n t r o d u c e st h ei m s f r a m ea n dt h ed e m a n do fs e s s i o ni n i t i a t ep r o t o c 0 1 o nt h eb a s i so ft h e s e , w ed e s i g n e d t h eu s i pf r a m ea n dr e l a t i v ef u n c t i o n s 1 1 l ep a p e rp a r t i c u l a r i z e su s i pp e r f o r m a n c e d a t a , a n de x p e c t st h ef u t u r er e s e a r c ho fu s i p u s i pu s e ra g e n td e s i g n m e n ti sag o o d r e f e r e n c ef o rp r o t o c o l so fb a s e do nt h ei p ，w h i c hi sh e l pf o ru n d e r s t a n dt h ei m s s y s t e m a tl a s t , s u m m a r i z et h ep a p e r , p o i n to u ta l lt h es h o r t a g ei nu s i pa n di t su s e r a g e n tm o d u l e ，a n dr a i s et h er e s p e c t sf o ru s i pr e s e a r c h k e y w o r d s ：i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m , s i p ，c s c f ，f i x e dm o b i l ec o n v e r g e n c e 独创性声明 本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，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 为获得电子科技大学或其它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 确的说明并表示谢意。 签名：日期：砷年中月誓日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，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，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 日期：醉簪月彳百 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 移动通信网在经历了两代发展之后，目前3 g 标准已经成熟，并在一些国家商 用。3 g 的目标是为用户提供质量更佳的移动话音、宽带移动数据和移动多媒体业 务，提供更大的系统容量和更高的频谱利用率，满足人们对通信个性化的需求。 作为主要3 g 网络技术之一，w c d m a 是对g s m g p r s 网的演进和升级，w c d m a 的 标准由3 g p p 制定，目前已有r 9 9 、r 4 、r 5 、r 6 版本完成定稿。r 9 9 在无线接口引 入了新的频率、新的无线技术，但在核心网络方面则保持了2 5 g 的g p r s 引入后 的网络架构，仅需升级支持3 g 的功能和2 g 、3 g 协同工作。w c d l 雌, r 4 版本与r 9 9 相 比，在分组域方面基本没有变化，主要在电路域实现了承载和控制分离，以及支 持承载多元化：1 ) 控制和承载相分离：原来的r 9 9 m s c 拆分为m s c s e r v e r 和m g w ， 控制面m s c s e r v e r 可以大容量、集中设置，承载面m g w 则适于分散设置、靠近用 户，这种架构具有很好的可扩展性。2 ) 承载多元化：支持多种灵活的组网方式 ( i p t d m a t m ) ，特别是m g w 的媒体流支持i p 承载可实现全网m g w 扁平化。另外通 过t r f o ( 免编解码协商) 等技术的应用，大大节省了对传输资源的需求。随着r 4 网 络和技术、设备的逐渐成熟，r 4 网络在很多国家已成功商用。3 g 牌照发放之后， 我国的w c d m a 3 g 技术应用将基于r 4 版本。从全球移动业务需求发展来看，移动业 务的需求除在语音通信外，更加倾向于数据类业务，可预见未来移动数据业务仍 有着巨大的发展空间，数据业务需求的满足是未来移动核心网演进发展的动力所 在。 与固定宽带网络相比，现有移动核心网在业务实现方面主要有以下差别：1 ) 接入带宽：2 5 g 的g p r s 网络实际接入速率不到l o o k b p s ，与目前普遍应用的固网 宽带接入方式a d s l 、至少5 1 2 k b p s 的接入带宽相差甚远，接入带宽限制了媒体流 下载、视频交互等一些宽带型数据业务在移动网中的发展。2 ) 业务提供模式：现 有宽带网络不仅可以提供端到服务器的数据业务( 如网络浏览、资源下载等) ，近 年来一些端到端类的业务( q q 、m s n 、网络互动游戏等) 也得到快速发展，现有移动 网络数据业务提供基本上是端到服务器的方式。 电子科技大学硕士学位论文 根据以上分析，接入带宽的提高和业务实现模式的改进将是未来移动网络的 演进目标。随着无线侧一些新技术( 如h s d p a ) 的应用，w c d m a 网络的接入带宽瓶颈 问题将会得到解决。而i m s 在核心网的引入，会增强运营商对数据业务的控制能 力、为用户端到端业务类型提供完整的q o s 保障，对现有移动网络的业务提供模 式来说将是一次巨大的变革。 i m s 最初由国际移动标准化研究组织3 g p p 在r 5 规范中提出( 如图卜1 所示) ， 继r 4 实现了3 g 核心网的全i p 承载实现后，i m s 的提出为移动网络中i p 多媒体业 务的实现提供了一套完整的解决方案。它基于s i p 的体系，s i p 是按客户端服务 器方式工作的基于文本的信令协议，i m s 使用s i p 呼叫控制机制来创建、管理和终 结各种类型的多媒体业务。各种类型的客户端通过i m s 都可以建立起端到端的i p 通信，并可获得所需要的服务质量。除会晤管理外，i 惦体系还涉及完成服务提供 所必须的功能( 例如注册、安全、计费、承载控制、漫游) 。可以说i m s 提供了业 务融合的基础，基于i p 技术它同时支持话音，数据和多媒体业务以及新的应用。 图i - i ：3 g p pr 5 网络架构 除了以s i p 为核心外，对各种接入技术的广泛适应性是i m s 的另一个重要特 点。目前3 g p p 提出的i m s 能够支持2 g 和3 g 的移动接入方式，由于i m s 与接入技 术的无关性，3 g p p 和i t u t 等标准化组织都在研究扩展i m s 的能力，以适应固定 终端在呼叫流程和鉴权能力方面相对移动终端的不同，增强在接入安全和q o s 方 面的功能，支持包括固定网在内的多种接入技术，发挥i m s 基于s i p 会晤的通用 平台的作用，构造固定网和移动网融合的公共核心网。可以说i m s 体系符合n g n 的概念，因而在网络演进中被业界寄予很高的期望。 2 第一章绪论 1 2 目前研究现状及其进展 现有的3 g p pr e l e a s e 5 版本标准虽然还需进一步完善但已经确定了i m s 的框架， 特别是在移动通信领域的i p 多媒体业务标准方面已有深入的研究。i m s 是一个独 立于接入技术的基于i p 的标准体系，它与现存的语音和数据网络都可以互通，不 论是固定网络客户( 例如p s t n 、i s d n 、i n t e r n e t ) 还是移动用户( 例如g s m 、c d m a ) 。 i m s 的体系使得通过各种类型的客户端都可以建立起对等的i p 通信，并可以获得 所需要的服务质量。除会话管理之外，i m s 体系还涉及完成服务提供所必须的功能 ( 例如注册、安全、计费、承载控制、漫游) 。总之，i m s 形成了i p 核心网的心脏。 目前，研究基于i m s 网络融合的标准组织主要包括3 g p p 、t i s p a n 和i t u t f g n g n 。 1 3 g p p 的研究进展 3 g p p 定义的i m s 的框架结构如图1 - 2 所示。 图卜2 ；3 g p p 定义的i m s 的框架结构 电子科技大学硕士学位论文 3 g p p 己在网络框架、q o s 、安全、计费以及和其他网络的互通方面都制定了相 关规范，但在s i p 协议和b i c c i u s p 协议的映射方面还没有定义，拟采用i t u t 的q 9 1 2 与i e t f s i p 系统的互通，目前的版本为r 6 版本，己于2 0 0 4 年9 月冻结。 目前，3 g p p 对于i m s 的研究主要集中在以下三个方面：如何利用i p v 4 的解 决方案尽早实现i m s ；同时支持各种固定接入方式和移动接入方式的问题；电 路域承载问题。 2 e t s i t i s p a n 的研究进展 目前，e t s i t i s p a n 正在制订n g n 相关规范，命名为t i s p a n n g nr e l e a s e l ， 预计在2 0 0 5 年中期完成整个r e l e a s el ，并在将来的r e l e a s e 中进行完善。 t i s p a n n g nr e l e a s e1 总体需求包括：固定终端可以获得3 g p pi m s 核心网提供的 所有业务；能够全部或部分替代现有核心网提供的p s t n i s d n 业务；关于i m s 的 研究，t i s p a n 和3 g p p 的合作比较紧密，并成立了联合工作组研究n g n i m s 相关问 题。在3 g p p 与t i s p a n 的共同努力下，目前t i s p a nn g ni m s 也取得了不少的进展。 t i s p a nn g n 重用了i m s 的体系结构，对核心实体c s c f 和终端的功能提出不少新的 要求。同时还扩展了3 g p pi m s 的网络结构，新增s g f 、b g f 等实体以支持固定网 络的业务。此外t i s p a n 的相关工作组也在研究i m s 的安全、计费、q o s 等其他问 题。 下一阶段，t i s p a n 计划的主要工作包括制定n g n r e l e a s e l 系列规范，i m s r 6 版本规范将包含其中；另一方面要继续和3 g p p 的各个t s g 沟通，使各个w g 和t s g 相对应地工作，以便保持一致性。 3 i t u t f g n g n 的研究进展 2 0 0 4 年6 月刚刚成立的i t u t f g n g n ( n g n 专题组) 也已经开始对i 惦进行研究， 涉及i m s 的业务和网络框架方面。i t u t f g n g n 将研究n g n 业务需求，i m s r 中定义 的业务将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。i t u - t f g n g n 还将研究有关i m s 的网络融合技术：n g n i m s 的框架结构应该是一个与接入 技术无关的网络，应尽可能多地支持各种接入技术，包括有线的和无线的各种技 术；对于基于s i p 会话的业务，将以i m s 为基础开展工作，并参考3 g p p 的一系列 相关规范。 由于基于s i p 的应用可以实现跨网络的使用，所以3 g p p 2 完全采用了i m s 作 为c d m a 2 0 0 0 系统实现i p 多媒体业务的网络框架。对于t d - s c d m a 技术来说，因为 采用了与w c d m a 相同的核心网，所以也同样采用了i m s 技术提供i p 多媒体业务， 这样3 g 的三种主流技术在核心网络的i m s 层面得到了统一。同样，由于i m s 的接 4 第一章绪论 入无关性，研究n g n 技术的e t s i t i s p a n 和i t u - t f g n g n 也都决定采用i m s 作为n g n 时基于s i p 会话的网络架构，并最大限度地重用了3 g p p 已经定义的系列规范，这 就从标准的角度为网络融合提供了保证。目前，各个标准组织正在研究x d s l 接入 i m s 的方案，将来还会逐渐考虑其他固定接入方式。 目前3 g p p 对于i m s 的研究有几个很热的方面，首先是如何尽早实现m s 的问 题。在i m s 规范制定初期，考虑到i p v 4 的地址资源非常紧张，因此要求i m s 内使 用i p v 6 。但是由于i p v 6 技术和商用情况的限制，很多国家提出使用i p v 4 尽早实 现i m s 的要求，但使用i p v 4 可能存在安全问题，3 g p p 目前正在研究使用i p v 4 的 解决方案，以便尽早实现i m s 。 第二个研究热点是对固网n g n 的支持，即要求i m s 同时支持各种固定接入方 式和移动接入方式。虽然i m s 的呼叫控制采用i e t f 的s i p 协议，但针对移动接入 的特点进行了相应的增强和舍弃，主要体现在登记、鉴权和会话策略等方面。具 体消息流程和i e t f 的规定有一些差别，这是i m s 不支持固定接入的一个主要原因。 目前3 g p p 已经在研究针对n g n 的i m s 增强和对i m s 产生的影响。 第三个研究热点是电路域承载问题，在目前的i m s 框架中，i b i s 业务都承载在 分组域上，与电路域只是互通关系。但是考虑到实际运营需求，i p 承载存在q o s 问题，因此有些公司建议将i m s 中实时性要求较高的会话级业务承载在电路域上， 在最近两次3 g p p 全会上，对这个问题的讨论很多。针对这方面的提案目前大都属 于功能需求方面，包括研究的前提、终端间互通的需求、所支持的会话方案、对 演进方案的设想和建议以及基本的实现架构等等。目前还没有具体的实施方案和 相关的规范。 1 3 主要研究内容和章节安排 本文介绍了u t s t a r c o ms i ps t a c k ( 以下简称u s i p ) 面向3 g p pi m s 系统所做 的整体设计，并且详细的说明了基于u s i p 协议栈的用户代理模块的设计与实现。 文中描述了i m s 网络框架和对s i p 协议的需求；在此基础上，提出了u s i p 相应 的架构设计，及u s i p 实现的特色功能。同时文中列举了u s i p 的性能数据，并展 望了u s i p 未来发展的方向。文中u s i p 的设计架构对基于i p 的协议设计具有很 好的借鉴作用；另外文中对u s i p 协议栈的用户代理模块的详细介绍对理解s i p 协 议的运作、理解i m s 系统的特点具有一定的帮助。 电子科技大学硕士学位论文 论文的章节安排如下： 第一章为绪论，讲述论文的研究背景和意义，详细介绍了论文的主要研究内 容和相关技术的研究现状。 第二章对i p 多媒体子系统( i m s ) 进行了比较详细的介绍和描述，从i m s 的 体系架构、i m s 中定义的相关实体及其功能、i m s 的参考点和i m s 中使用的相关协 议等几个方面做了详细的描述。 第三章主要介绍了s i p 协议及其s i p 协议在i m s 系统中的应用。 第四章讲述了u s i p 协议栈的整体设计，并且详细的介绍了基于u s i p 协议栈 的用户代理模块的设计与实现。 第五章对整个论文进行了总结，并且对u s i p 协议栈的后续开发提出了需要继 续研究和改进的地方。 6 第二章d v i s 的相关概念与体系架构 第二章 im s 的相关概念与体系架构 2 1i p 多媒体子系统的体系架构 2 1 1im s 的体系结构 i p 多媒体核心网系统“”2 1 是由所有能提供多媒体服务的核心网功能实体组成 的，包括了与信令和承载相关的功能实体的集合。i p 多媒体业务是基于i e t f 定义 的会话控制能力之上和利用p s 域及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 n t e r n 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 一致的因特网标准，它定义的接口也跟i e t f 的因特网 标准尽可能地一致，如采用了i e 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因特网的应 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，并把因特网的发展和无线通信的发展结合起来。 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组成的。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 ) 、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 ) 。 所有的功能实体均在不同的逻辑节点中实现。如果在同一个物理设备中实现两 个逻辑节点的功能，那么这两个逻辑节点的接口就成为该设备的内部接口。 3 g p p 使用分层的方法进行体系设计，把传输和承载服务从i m s 信令网和会话 管理服务中分离出去，更高层的服务都运行在i m s 信令网之上。整个i m s 网络可 以分为三个层次：接入层，会话控制层和应用服务层。控制层基于s i p ，与下面的 传送层和上面的业务层之间具有开放的接口，允许运营商采用单一的核心网，横 跨固定网与移动网提供v o l p ，多媒体消息等基于s i p 的业务。i m s 符合n g n 把呼 7 电子科技大学硕士学位论文 叫控制与传送分离的要求，是软交换的延伸，在软交换的基础上对控制功能作进 一步分离。图卜2 为3 g p p 定义的i m s 框架结构。在有些情况下，对功能进行上层 和下层的区分是不可能的。分层的方法是为了最小化各层之间的依赖性。这样做 的一个好处是。以后新的接入网加入到i m s 系统将变得更加容易在版本6 中，i m s 的无线局域网( w l a n ) 接入将检验这种分层化有多少优点。 2 1 2i m s 中的实体定义与功能概述 i p 多媒体子系统中的实体可大致分为六种主要类别：会话管理和路由类 ( c s c f ) 、数据库( h s s ，s l f ) 、网间配合元素( b g c f ，m g c f ，i m - m g w ，s g w ) 、服 务( 应用服务器，m r f c ，m r f p ) ，支撑实体( t h i g ，s e g ，p d f ) 和计费。需要理解 的重要一点是，在i m s 标准的建立过程中，网络实体的内部功能并不进行详细定 义。例如，归属用户服务器( h s s ) 包含了三个内部功能：i m s 功能、c s 域的必要 功能和p s 域的必要功能。3 g p p 标准并不定义i m s 功能如何与专为分组交换( p s ) 设计的功能之间进行交互；相反地，它们定义了实体之间的参考点和在参考点上 所支持的功能( 例如，c s c f 如何从h s s 获得用户数据) 。 2 1 2 1 代理呼叫会话控制功能( p g s o f ) 代理呼叫会话控制功能( p - c s c f ) 是i m s 系统中用户的第一个接触点。所有 s i p 信令流，无论来自u e 或者发给u e ，都必须通过p - c s c f 。正如这个实体的名字 所指出的，p - c s c f 的行为很像一个代理， r f c 3 2 6 1 协议对此进行了定义。这就意 味着p - c s c f 负责验证请求，将它转发给指定的目标，并且处理和转发响应。另外， 根据 r f c 3 2 6 1 协议，p - c s c f 还可以作为一个用户代理( u a ) 。在异常条件下( 例 如，根据基于服务的本地策略检测到一个承载丢失时) 释放会话时，u a 的角色是 必须的；此外u a 的角色对于生成独立的s i p 事务也是必须的，该过程用于注册处 理。在同一个运营商的网络中可以有一个或者多个p - c s c f 。p - c s c f 执行的功能包 括以下几个部分： ( 1 ) 基于请求中u e 提供的归属域名来转发s i pr e g i s t e r ( 注册) 请求给问询c s c f ( i c s c f ) ； ( 2 ) 将u e 接受到的s i p 请求和响应转发给服务器c s c f ( s c s c f ) ； ( 3 ) 将s i p 请求和响应转发给u e ； s 第二章i m s 的相关概念与体系架构 ( 4 ) 检测紧急会话建立请求。在版本5 中，p - c s c f 返回s i p 报错消息( 即3 8 0 ) ， 指示u e 应转而尝试c s c n 。这方面的工作在版本6 将继续进行，p - c s c f 的行为将 定义为选择一个s - c s c f 来处理紧急会话。这个选择是必需的，因为在i m s 漫游情 况下，所分配的s - c s c f 位于归属网络中，而归属s - c s c f 无法传送请求给正确的 紧急呼叫中心； ( 5 ) 发送计费( a c c o u n t i n g ) 有关的信息给计费采集功能( c c v ) ； ( 6 ) 提供s i p 信令完整性保护，并且维持u e 和p - c s c f 之间的安全联盟。完整性 保护是通过i n t e r n e t 协议安全( i p s e c ) 的封装安全净荷( e s p ) 提供的。版本6 还能提供机密性保护； ( 7 ) 对来自u e 的s i p 消息进行解压缩和压缩； ( 8 ) 在用户登记处( s - c s c f ) 订阅一个注册事件包。这是为了下载隐性注册的公 共用户身份和获取网络发起的注册解除事件的通知，这一订阅是必需的； ( 9 ) 执行媒体修正( p o l i c i n g ) 。p - c s c f 能够检查会话描述协议( s d p ) 净荷的内 容，并且检查它是否包含不允许提供给该用户的媒体类型和编码方案。当被提议 的s d p 不符合运营商的策略时，p c s c f 拒绝该请求并且发送s i p 报错消息4 8 8 给 u e 。由于带宽受限，运营商可能希望对漫游用户使用这个功能； ( 1 0 ) 维持会话计时器。版本5 没有为状态感知的代理提供了解会话状态的方法。 版本6 通过引入会话计时器弥补了这个不足。它允许p - c s c f 检测和释放被挂起的 会话所消耗的资源； ( 1 1 ) 与策略决策功能( p d f ) 交互。p d f 负责实现基于服务的本地策略( s b l p ) 。 在版本5 中，p d f 是p - c s c f 的一个逻辑实体；而在版本6 中，p d f 是一个独立的 功能。 2 1 2 2 策略决策功能 策略决策功能( p d f ) 负责根据从p - c s c f 处获得的会话和媒体相关信息来制 定策略。它作为s b l p 控制的一个策略决策点，其s b l p 策略决策点的功能列举如 下： ( 1 ) 存储会话和媒体相关信息( i p 地址、端口号、带宽等等) ； ( 2 ) 生成授权令牌用于标识p d f 会话； ( 3 ) 在收到一个来自g g s n 的承载授权请求时，根据所存储的会话和媒体相关信 息来提供一个授权决策； 9 电子科技大学硕士学位论文 ( 4 ) 在会话变更过程修改了会话和媒体相关信息时，更新相应的授权决策； ( 5 ) 在任何时刻废除授权决策的能力； ( 6 ) 启用已授权的承载( 例如：分组数据协议上下文，或称p d f 上下文) 的能力； ( 7 ) 禁用已授权的承载( 例如：p d f 上下文) ； ( 8 ) 当承载( 例如：p d f 上下文) 丢失或者更改的时候通知p - c s c f 。只有当承载 从o k b i t s 升级或者下降到o k b i t s 时才会给出更改指示， ( 9 ) 传送一个i m s 计费标识符给g g s n ，并且传送一个g p r s 计费标识符给p - c s c f 。 2 1 2 3 问询c s c f ( i c s c f ) 问询c s c f ( i c s c f ) 是在一个运营商网络中为所有连接到这个运营商的某一 用户的连接提供的联系点。在一个运营商的网络中可以有多个i - c s c f 。i - c s c f 执 行的功能如下： ( 1 ) 联系h s s 以获得正在为某个用户提供服务的s - c s c f 的名字； ( 2 ) 基于从h s s 处收到的能力集来指定一个s - c s c f , 如果没有分配任何s - c s c f ， 就会指定一个s - c s c f ； ( 3 ) 转发s i p 请求或响应给s - c s c f ； ( 4 ) 发送计费相关的信息给c c f ： ( 5 ) 提供隐藏功能。i - c s c f 可能包含被称为网间拓扑隐藏网关的功能。网间拓扑 隐藏网关用于对外部隐藏运营商网络的配置、容量和网络拓扑结构。 2 i 2 4 服务c s c f ( s c s c f ) 服务c s c f ( s c s c f ) 是i m s 的核心所在，它位于归属网络，为u e 进行会话控制 和注册服务。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。s - c s c f 所实现的详细 功能如下： ( i ) 按照 r f c 3 2 6 1 的定义，充当登记员( r e g i s t r a r ) 处理注册请求。s - c s c f 了 解u e 的i p 地址以及哪个p - c s c f 正在被u e 用作i m s 入口； ( 2 ) 通过i m s 认证和密钥协商( a u t h e n t i c a t i o na n dk e ya g r e e m e n t ，a i 认) 机 制来认证用户。i m s 的a k a 实现了u e 和归属网络间的相互认证； 1 0 第二章i m s 的相关概念与体系架构 ( 3 ) 在注册过程中或者在处理去往一个未注册用户的请求时，从h s s 下载用户信 息和与服务相关的数据； ( 4 ) 将去往移动用户的业务流转发给p - c s c f ，并且转发移动用户发起的业务流给 i c s c f 、出口网关控制功能( b g c f ) 或者应用服务器( a s ) ； ( 5 ) 进行会话控制。根据 r f c 3 2 6 1 的定义，s - c s c f 可以作为代理服务器和u a ： ( 6 ) 与服务器平台交互。交互意味着决定何时需要将请求或者响应转发到特定的 a s 去进行进一步处理的能力； ( 7 ) 使用域名( d n s ) 翻译机制将e 1 6 4 数字翻译成s i p 统一资源标识( u r i ) ， 相关格式在 d r a f t i e t f e n u m - r f c 2 9 1 6 b i s 中进行了定义。这种翻译是必需的， 因为i m s 中s i p 信令的传送只能使用s i pu r i 进行； ( 8 ) 监视注册计时器并能在需要的时候解除用户注册； ( 9 ) 当运营商支持i m s 紧急呼叫时，用于选择紧急呼叫中心，这是版本6 的特色； ( 1 0 ) 执行媒体修正。s - c s c f 能够检查会话描述协议( s d p ) 净荷的内容，并且检 查它是否包含不允许提供给用户的媒体类型和编码方案。当被提议的s d p 不符合 运营商的策略时，s - c s c f 拒绝该请求并且发送s i p 报错消息4 8 8 给用户； ( 1 1 ) 维持会话计时器。版本5 没有为状态感知的代理提供了解会话状态的方法。 版本6 通过引入会话计时器改正了这个不足。它允许p - c s c f 检测和释放被挂起的 会话所消耗的资源； ( 1 2 ) 发送与计费相关的信息给c c f 以进行离线计费，或者发给在线计费系统( o c s ) 进行在线计费。 2 1 2 5 归属用户服务器 归属用户服务器( h s s ) 是i m s 中所有与用户和服务相关的数据的主要的数据 存储器。存储在h s s 中的数据主要包括用户身份、注册信息、接入参数和服务触 发信息。 用户身份包括两种类型：私有的和公有的用户身份。私有用户身份是由归属 网络运营商分配的用户身份，用于注册和授权等用途。而公共用户身份用于其他 用户向该用户发起通信请求。i m s 接入参数用于会话建立，它包括诸如用户认证、 漫游授权和分配s - c s c f 的名字等。服务触发信息是s i p 服务得以执行。h s s 也提 供各个用户对s - c s c f 能力方面的特定要求，这个信息被i - c s c f 用来为用户挑选 最合适的s c s c f 。 电子科技大学硕士学位论文 除了上述于i m s 相关的功能之外，h s s 还包含了p s 域和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 ) 功能的子集。h s s 的结构如图2 一l 所示。h s s 不 同功能之间的通信并没有标准化。 图2 - 1 归属用户服务器( h s s ) 结构 h l r 功能用于给p s 域实体提供支持，例如g g s n 和s g s n 。这就使用户能够接 入p s 域服务。类似地，h l r 功能也用于给c s 域实体提供支持，例如m s c 和m s c 服 务器。这就使用户能够接入c s 域服务，并且支持用户向g s m u m t s 的c s 域网络漫 游。 a u c 为每个移动用户存储密钥，密钥用于为每个用户生成动态的安全数据。这 些数据用于国际移动用户身份( i m s i ) 和网络之间的互相认证。安全数据也用于 在u e 与网络之间的无线链路上提供通信的完整性保护和加密。 在一个归属网络中可以有不止一个h s s ，这依赖于移动用户的数目，设备容量 和网络的架构。在h s s 与其他网络实体之间存在多个参考点。 2 1 2 6 多媒体资源功能控制器 多媒体资源功能控制器( 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。躲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( m e g a c o ) 指令来控制多媒体资源功能处理器( m r f p ) 。m r f c 还 能够发送计费信息给c c f 和o c s 。 2 1 2 7 多媒体资源功能处理器 多媒体资源功能处理器( m r f p ) 提供被m r f c 所请求和指示的用户平面资源。 m r f p 完成下列功能： ( 1 ) 输入流媒体的混合( 例如为多个通话方) ； ( 2 ) 媒体流信源( 为多媒体公告) ； 1 2 第二章i m s 的相关概念与体系架构 ( 3 ) 媒体流的处理( 例如，音频代码转换、媒体分析) 。 2 1 2 8 应用服务器( a s ) 根据前面提到的分层设计思想，应用服务器( a s ) 并不是纯粹的i m s 实体， 它们更应该说是i m s 之上的功能。不过，在这里把a s 描述成i m s 功能的以部分， 因为a s 是在i m s 中提供增值多媒体服务的实体。 a s 位于用户的归属网络中或者在第三方的位置。这里的第三方指一个网络或 者一个独立的a s 。a s 主要功能有： ( 1 ) 处理和影响从i m s 发来的s i p 会话的能力； ( 2 ) 发起s i p 请求的能力； ( 3 ) 发送计费信息给c c f 和o c s 的能力。 a s 所提供的服务并不局限于基于s i p 的服务，因为运营商能够为其i m s 用户 提供如下的服务的接入：基于移动网络增强定制服务逻辑( c a m e l ) 服务环境( c s e ) 的服务和基于开放服务体系( o s a ) 的服务。因此，a s 是这样一个术语：它用于概 述s i pa s 、o s a 服务能力服务器( s c s ) 和c a m e li p 多媒体服务交换功能( i m - s s f ) 的行为。 通过使用o s a ，运营商能够利用诸如呼叫控制、用户交互、用户状态、数据会 话控制、终端能力、帐户管理、计费和策略管理等服务能力特征来进行服务的开 发。o s a 框架的另一个好处就是，它可以用作为i m s 提供第三方a s 时的一种安全 标准化机制，因为o s a 自身就包含了初始接入、认证、授权、注册和发现等特征 ( s - c s c f 并不为第三方直接、安全地接入到i m s 提供认证和安全功能) 。由于是否 支持o