（计算机应用技术专业论文）基于sip协议的ims设计与实现.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 m s ( mm u l t i m e d i as u b s y s t e m ) 是3 g p p 提出的支持d 多媒体业务的子系统。它的显 著特点是采用了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 ) 体系，通信与接入方式无关，可以具备多 种媒体业务控制功能和承载功能分离、呼叫与会话分离、应用与服务分离、业务与网络 分离、以及移动网与因特网业务融合等多种能力。 s i p 是i e t f 提出的应用层信令控制协议，它可以用来建立，修改，终止诸如口电 话的不同种类的会话。它具有请求响应协议，简单性和可扩展性，支持移动通信，可协 商性等特性。已经被定为3 g 通信的标准协议之一。 对于出席服务，是一个典型的“观察者模式”。传统的实现方式是使用r m i ，c o r b a 进行远程调用，或是需要在浏览器端安装插件，基于套借口传送信息。这些方法都加重 了客户端的负担，影响了客户体验。另外，在传统的网络会议系统中，一个参与者的音 频流是被其他所有参与者分享，但随着网络会议系统在商务界的应用，这种音频流的共 享越来越需要权限上的控制。 本文研究了i m s 的系统架构和s i p 协议的网络结构及特点，探索了在i n t e m e t 上实 现基于s i p 协议的i m s 的架构和技术。提出了一种基于s i p 协议的i m s 的架构设计， 并实现了该架构中应用服务器端的功能，其中包括即时消息，好友列表，出席服务，点 对点口电话，网络会议等功能。本文在将现有的网络服务与通信服务集成方面做了一 定的尝试。用户可以使用本系统实现与好友的在线交流。其中特别需要指出的是，对于 出席服务功能，为了降低客户端的负担，改善客户体验，本文提出了一种实现基于h t t p 长轮询的服务器推技术的架构，并使用该架构实现了系统中的出席服务功能。对于网络 会议功能，为了可以让会议参与者可以根据自己的需要设定媒体分享权限，本文研究了 窄带广播技术后，针对网络会议中常见的分享权限控制需求提出了使用权限谓词来描述 分享权限控制策略，并提出了一种使用策略矩阵来描述、分析和传输分享权限谓词的方 法。通过建立策略矩阵，计算矩阵，得到最终混音方式，并生成相应的请求，然后发给 负责音频混合的媒体服务器。从而实现了在网络会议中不同的参与者之间音频分享权限 的控制，使得每个参与者可以根据自己的需求指定分享音频的分享权限。 关键词：i m s ；s i p 协议；出席服务；会议系统 大连理工大学硕士学位论文 t h e d e s i g na n di m p l e m e n to fs i p b a s e di m s a b s t r a c t m s f i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ) i sas u b s y s t e mw h i c hs u p p o r t st oi pm u l t i m e d i a o p e r a t i o nt h a t i s b r o u g h tf o r w a r db v3 g p p i t sm a r k e dc h a r a c t e r i s t i c i st h a ti t a d o p t 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 ) s y s t e m ，c o r r e s p o n d e n c ei sn o tr e l a t e dt oc o n n e c t i n gm o d e ，i t h a sm u l t i m e d i ao p e r a t i o nc o n t r o l l i n gf u n c t i o ni ss e p a r a t e df r o mc a r r y i n gc a p a c i t y ，c a l l i n gi s s e p a r a t e df r o mc o n v e r s a t i o n ，a p p l i c a t i o n li ss e p a r a t e df r o ms e r v i c e ，o p e r a t i o ni ss e p a r a t e d f r o mn e t w o r k ，m o b i l en e t w o r ki ss y n c h r o n i z e dw i t hi n t e r n e t ，e t c s di sp r o p o s e db yi e t fa si pp h o n ec a l lo r d e rp r o t o c o lw h i c hi st o t a l l yat e x tm o d a l i t y m a tt ob eu s e dt oe s t a b l i s h m o d i f ya n dt e r m i n a t em u l t i m e d i ac a l l sa n dc o n v e r s a t i o n i th a s m a n yc h a r a c t e r s ，f o re x a m p l e ：r e q u e s ta n dr e s p o n s ep r o t o c o l ，s i m p l ea n de x t e n s i b l e ， d e s i g nf o rm o b i l i t y , c a p a b i l i t yn e g o t i a t i o n ，e t c i th a sb e e nd e f i n e da so n eo ft h es t a n d a r d p r o t o c o l so v e rt h e 3g t e l e c o m m u n i c a t i o n f o rt h ep r e s e n c es e r v i c e i t sat y p i c a ls e r v i c eo ft h e “o b s e r v e rp a r t e m ”t h et r a d i t i o n a l m e t h o dt oi m p l e m e n ti ti st ou s er m io rc o r b a o ri 1 1 s t a l ls o m ep l u g st os e n da n dr e c e i v e i n f o r m a t i o nu s i n gs o c k e t h o w e v e r t h em e t h o d sa b o v ea d dt h e1 0 a dt ot h ec l i e n t ，a n dm a k e t h ee x p e r i e r l c eo fc o s t o m e rs o m ek i n do fb a d b e s i d e s i nat r a d i t i o n a lw e bc o n f e r e n c e s y s t e m t h ea u d i oa n dv i d e oo fap a r t i c i p a n ta r es h a r e db yd e f a u l tw i t ha 1 1 t h eo t h e r p a r t i c i p a n t s b u ta st h ed e v e l o p m e n to ft h ew e bc o n f e r e n c ei nt h eb u s i n e s sf i e l d ，t h i sk i n do f s h a r i n gs h o u l db ec o n t r o l l e d t 1 1 i sp a p e l r e s e a r c h e dt h es y s ：t e r na r c h i t e c m r ea n df e a t u r e so fi m sa n dt h es t r u c t u r eo f s i p ，a n da l s or e s e a r c h e dt h ea r c h i t e c t u r ea n dt e c h n o l o g yo fs i p - b a s e di m s m sp 即e r b r o u g h tf o r w a r da r c h i t e c t u r eo fs i p - b a s e di m sa n di m p l e m e n t e dt h ef u n c t i o n so nt h e a p p l i c a t i o ns e r v e re n do ft h ea r c h i t e c u r e ，w h i c hi n c l u d e di i l s t a n tm e s s a g e ，b u d d yl i s t ， p r e s e n c es e r v i c e ，p 2 pv o i p ，w e bc o n f e r e n c e ，e r e t h i sp a p e rd i ds o m ea t t e m p tt oc o m b i n e t h ee x i s t e dw e bs e r v i c ew i t ht h et e l e c o m r n u n i c a t i o ns e r v i c e t h eu s e r sc a nc o m m u n i c a t e w i 也f r i e n d so nl i n eu s i n gt h i ss y s t e m f o rt h ep r e s e n c es e r v i c e ，i no r d e rt or e d u c et h el o a do f c l i e n t , a n di m p r o v et h ee x p e r i e n c eo fc o s t o m e r ，t h i sp a p e rb r o u g h tf o r w a r dt h ea r c h i t e c t u r eo f i m p l e m e n t i n gs e r v e rp u s ht e c h n o l o g yw h i c hi s h t t pl o n g - p o l l i n gb a s e dt oi m p l e m e n tt h e p r e s e n c es e r v i c e f o rt h ew e bc o n f e r e n c e ，i no r d e rt ol e tt h eu s e r sc o n t r o lt h es h a r i n go f a u d i o ，t h i sp a p e rr e s e a r c h e dt h en a r r o w b a n db r o a d c a s t ，a n db r o u g h tf o r w a r dp o w e r p r e d i c a t i o nt od e s c r i b et h ec o n t r o lp o l i c yo f t h es h a r i n go ft h ea u d i o t 1 1 i sp a p e ra l s ob r o u g h t f o r w a r dp o l i c ym a t r i xt oe x p r e s s ，a n a l y s ea n dt r a n s f e rt h ec o n t r o lp o l i c yo fs h a r i n go fa u d i o i i i 基于s i p 协议的i m s 设计与实现 b yt h ec r e a t i n ga n dc a l c u l a t et h ep o l i c ym a t r i x ，w ec a ng e tt h ef i n a lp o l i c yo fm i x i n gt h e a u d i o ，c r e a t et h em i x i n gr e q u e s t , a n ds e n di tt ot h em e d i as e r v e rw h i c hi si nc h a r g eo fm i x i n g o fa u d i o s ot h ep a r t i c i a n t so ft h ec o n f e r e n c ec a l lc o n t r o lt h es h a r i n go fa u d i oa m o n gt h eo t h e r p a r t i c i p a n t sa c c o r d i n g t ot h ew i s ho f h i m k e yw o r d s ：i m s ；s i p ；p r e s e n c es e r v i c e ；w e bc o n f e r e n c es y s t e m i v 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他己申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：谴于乏互里协讴乡j 三塑三发谴量翱 作者签名：诅日期：塑年卫月笪日 大连理工大学硕士学位论文 1绪论 1 1研究的背景和意义 目前，以i n s ( n , m u l t i m e d i as u b s y s t e m ) 为核心的下代网络( n g n ，n e x tg e n e r a t i o n n e t w o r k ) 研究已成为通信产业的焦点，开发下一代的可持续发展的网络来支持变得日益 重要的数据和多媒体业务已经成为众多通信运营商的战略目标【l 】。i m s 为基于i p 的移动 和固定网络融合【2 4 】提供了基础，被业界认为是网络演进的一个重要阶段。 i m s 采用s i p 完成多媒体会议控制和管理，通过s i p ，i m s 可以向移动多媒体终端提供 基本语音、点到点视频、点到多点视频 5 1 、会议业务 6 】、呈现业务【7 】、p o c 业务和即时 消息等丰富的多媒体业务，而且随着多媒体业务需求的增加，对s i p 要求也进一步提高， i e t fs i p 相关工作组正在积极进行s i p 扩展【8 。0 1 ，使s i p 可以满足日益增长的多媒体业 务需求。 在i m s 中无论用户采用有线或无线的某种接入方式接入网络，i m s 并不负责用户 终端到网络的数据通道的建立，该工作由接入网络完成，i m s 只负责在用户的数据通道 建立后通过s i p 协议完成主被叫双方底层数据通道的接续，从而实现各种媒体形式的呼 叫通信及相关的多种多媒体业务，最大限度提供给用户移动性和利用m s 的业务能力 n - 1 3 】。i m s 不仅适合用于w c d m au t r a n 无线接入技术，而且同样适用于c d m a2 0 0 0 无线接入、w l a n 无线接入以及i p 有线接入等【l4 1 。而且通过扩展 s i p p a c c e s s - n e t w o r k i n f o 头部字段，i m s 系统可以获知接入网络的信息，识别接入网络 类型。在传统软交换网络中由于媒体网关控制功能没有分离出来以及媒体网关控制协议 的多样性导致了并没有实现对多种接入方式的兼容，由于接入的无关性，这也给固定网 络和移动网络的融合提供了发展思路。 i m s 采用i ps e c 技术，提供了完整的安全机制，i m s 可以通过h s s 、i s i m ( i p 多媒 体s i n ) 和a k a 机制提供双向鉴权；提供u e 和p c s c f 之间的c a n 接口安全，包括信 令的完整性、加密等：提供网络域的c x 接口安全；提供不同网络间s i p 节点之间的安 全；提供同一网络中s i p 节点之间的安全。 i m s 还支持广义的漫游，u e 的归属网络控制和本地控制功能主要由h s s 和p c s c f 协同完成。h s s 存储移动终端业务相关数据信息，p c s c f 向h s s 查询归属移动用户业 务特征数据信息，并根据该移动用户所约定的s l a ( 业务级别) 将该信息存储在c s c f 中 用于查询。漫游情况的网络架构基于一个原则，即漫游用户在归属环境签约的业务，需 要在归属网络进行业务控制，例如s - c s c f 要位于归属网络中。 基于s i p 协议的i m s 设计与实现 i m s 还提供了很好的q o s 机制 1 5 17 1 ，q o s 就是网络单元能够在一定级别上确保它 的业务流和服务要求得到满足。i m s 利用资源预留协议( r s v e ) 等来提供网络与多媒体会 话q o s 保障，u e 和c s c f 之间资源预留请求是通过在s i pi n v i t e 请求中会话描述部 分( s d p ) 携带资源预留请求。3 g p p 已经定义了端到端的q o s 概念和框架结构，具体到 i m s 的q o s 问题主要集中在g q 接口和g o 接口，q o s 策略基于s i p 会话中请求的参数， 端到端的q o s 要求则分段映射到网络的各个层面。 总之，i m s 的提出顺应了通信网络发展的趋势，在未来的全口网络中，i m s 将会 是最为重要的部分。 研究并发展i m s 是3 g 发展的必然需要，无论是对于从运营商角度还是客户角度都 具有重要的意义。 ( 1 ) 运营商角度 总的来说运营商总是希望能够降低成本提高业务运营效率并且能快速灵活地对新 的业务市场做出反应，以提高业务吸引力。当用户地消费从原来的话音业务逐步扩大到 多媒体业务的时候，运营商也应该能够提供统一的、连续的服务，无论用户是以什么方 式接入或是哪里接入。i m s 以其自身的技术和特点，使得运营商能够很好的实现自己的 愿望，部署i m s 网络对于运营商而言有以下几点意义： 首先，运营商需要扩大对提供业务和范围和能力，并且增加自己的营业收入。扩展 业务的一个途径就是建立能够支持快速生成并部署新的点对点多媒体业务的分组交换 网络，同时要最大限度的运营当前业务模式并能够代来新的利润。许多运营商都通过第 三方开发商来向他们提供一系列的服务应用，来满足用户的需求并增强自身竞争力。通 过引进借m i s 网络方案，使运营商可以及时、有效的根据市场需求来提供用户所需求的 新的业务、新的方案，可以很快得到回报。另外，因为是公用的平台，可以减少很多网 络投资，也可以减少很多运营方面的投入，可以降低成本，降低设备的投入。d 多媒体 子系统i m s 技术因其帮助服务提供商可以实现更快推出融合业务面向市场，从而有效进 行业务市场定位，受到运营商与服务提供商的欢迎。此外，对于只拥有固定电信网络的 运营商而言，i m s 技术可以帮助他们获取移动业务的收入，格外受到重视。 其次，每个运营商都面临一个永恒的问题：用户数量的波动。最直接的增加用户的方 法就是提供廉价自由的i n t e m e t 上的电话业务。运营商需要增强内容与服务的关系，建 立客户关系管理机制，来控制与终端用户之间的联系。 第三，运营商开拓并扩展多元化的市场需要基于标准化的解决方案，来完成多方面 的交互运营，。终端到终端的交互操作对于建立方便的用户服务是极为关键的。同时，为 了使用户能够自由地漫游于各个网络之间，运营商之间的共同运营也是尤为必要。i m s 大连理工大学硕士学位论文 的呼叫控制与接入无关的特点是以上需求成为可能。 第四，据行业分析和预测，未来的业务将会是多媒体业务占主导地位，运营商应该 提供语音业务、数据业务以及多媒体业务相融合的网络。但是，目前的u m t s 中分组域 的s g s n 和g g s n 并不能很好的完成对内容丰富实时性强的多媒体业务的控制与管理。 因此i m s 网络的提出就便为以上问题提供了解决的方案。 最后，引进i m s 使运营商的价值链有所提高。现在的网络中，无线服务主要还是覆 盖在无线接触当中，提供市场上的服务，很多是由第三方a s p 提供的，他们之间的计 费、利润都在第三方得到。很多运营商本身也兼s i p 角色。引进i m s 能够把控制过程， 引入到传统的里面，运营商可以把价值链很轻松的扩展到这个里面来。 i m s 引进电信网络中后还有一个非常重要的特点。基于s i p 这个终端，可以支持所 有不同的应用。在今天的用户中，有一些特殊的服务需要一些特殊的终端，引进s i p 协 议之后，再重新开发的新的业务应用，就可以在s i p 终端上直接应用，而不再需要专门 去开发不同的终端里来适应不同的业务。 ( 2 ) 用户角度 对于用户而言，总是希望通过多种渠道获得信息、娱乐以及其他内容丰富的业务， 包括传统电话语音业户和丰富多彩的多媒体业务。同时，用户还希望多种多样的业务能 够满足自己个性化需求，而且价格便宜。因此运营商有很大的机会来整合并扩展多媒体 业务，提供用户到用户、用户到内容以及到组的服务。 目前用户己经可以通过移动电话或固定电话来呼叫世界上任何地方的人。同样，用 户也希望新的电信业务能够无缝隙的服务，无论是何种接入方式和任何地点一一无线或 有线，宽带或窄带，个人或企业。在多种接入设备之间向用户提供统一的服务。因此， 不同终端设备和运营商之间的交互操作就成了关键。另外，电信服务应该是可靠地并且 不受干扰、病毒和垃圾信息的攻击。因此基于口的多媒体通讯必须保证用户使用的安 全性一一避免故障和恶意攻击，保证个人信息不被泄漏。 i m s 业务系统不是单一的业务运用平台，而是运营商未来业务综合支撑和推广的网 络单元。所以在i m s 系统中，能够提供大量丰富的多种业务和应用。i m s 业务应用可 以分为下列几种：消息类业务、多媒体呼叫、增强型呼叫管理、群组业务、信息共享、 在线游戏和娱乐类等。由此，i m s 对于用户而言也具有很大的现实意义。 1 2 国内外研究发展现状 3 g p p 于2 0 0 0 年9 月在r 5 版本中首次提出i m s 的概念，并在后续的标准系列r 6 、 r 7 中进一步完善【1 8 1 9 。3 g p p 主要有两个技术规范组负责i m s 标准制定工作，即核心网 基于s i p 协议的i m s 设计与实现 络技术规范组( t s g c n ) 和业务系统方面的技术规范组( s a ) 。 核心网络组i ( c n1 ) 进行s i p 协议及其具体信息流方面的规范制定工作；c n2 进行 i m s s f 的s i p c a p 方面的规范制定工作；c n3 进行承载与服务质量协议外包及g o 接 口方面的规范制定工作；c n4 进行c x 、s h 和d x 接口方面的规范制定工作；c n5 进行 口多媒体的开放式服务访问应用程序接口方面的规范制定工作。t s g 。c n 在2 0 0 5 年3 月和终端技术工作坌f t ( t s g t ) 进行了合并，成立了t s g c t 联合工作组，随后各个核心 网络组的工作转到相应的t s g c t 子工作组中继续进行。 业务系统方面组i ( s a l ) 进行业务方面的规范制定工作，特别是d 多媒体业务的需 求、虚拟归属环境及开放式服务访问等问题；s a 2 进行i p 多媒体和服务质量专用体系 结构方面的规范制定工作；s a 3 进行i p 多媒体会话和合法截取的安全方面的规范制定 工作；s a 4 进行理多媒体编解码器方面的规范制定工作；s a 5 进行计费及操作、管理、 维护与配置( o a m & p ) 方面的规范制定工作。 3 g p pi m sr 5 在i m s 第一阶段定义了i m s 的高层总体需求及支持的服务能力需求 和用户会话处理能力需求，在第二阶段和第三阶段详细定义了i m s 网络的体系结构及功 能实体、接口、基本的会话处理信令流程和服务质量保证等，r 5 在2 0 0 2 年3 月功能性 冻结，但冻结之后相关工作仍在继续。 3 g p pi m sr 6 从2 0 0 2 年7 月开始制定，增加了一些新的功能并对已有功能进行增 强：在服务质量方面，将p d f 从p c s c f 中分离出来，二者之间的接口定义为g q ，并 且p d f 不再仅为i m s 提供基于策略的q o s 服务，而是为整个3 g 网络提供基于i p 的应 用提供策略管理；在支持的服务方面，定义了i m sc o n f e r e n c i n g 、i m sm e s s a g i n g 、i m s g r o u pm a n a g e m e n t 、p r e s e n c es e r v i c e 等多媒体业务；对s i p 协议进行了扩展，例如事件 通知框架( s u b s c r i b e 和n o t i f y 方法) 、状态的发布( p u b l i s h 方法) 、即时消息 ( m 匝s s a g e 方法) 、临时响应的可靠性( p r a c k 方法) 、能力重新协商( u p d a t e 方法) 以 及f o r k i n g 等能力；支持i m s 与c s 网络的互遁，支持s i p i s u p 互通和c s 漫游情况； 支持i m s 与非i m ss i p 的d 网络的互通，支持和i p 端点的互通，包括i p v 4 i p v 6 互通 以及编解码方式，r 6 在2 0 0 4 年1 2 月功能性冻结，2 0 0 5 年3 月几乎所有的工作都已完 成。 3 g p pi m sr 7 主要是要增加固定接入的支持、紧急呼叫的支持、端到端的q o s 以 及电路域承载i m s 实时业务的研究，r 7 相关工作目前仍在进行。 3 g p p 2 将i m s 作为3 g p p 2 多媒体域的一部分进行定义，后者还包括分组数据子系 统。多媒体域和c d m a2 0 0 0 接入网一起构成3 g p p 2 的第三代全口网络。 3 g p p 2 定义的i m s 以3 g p p 的i m s 核心规范作为基础，但由于底层分组和无线技 大连理工大学硕士学位论文 术的不同，3 g p p 2 在一些方面对3 g p p 的i m s 进行了增删，如：不支持i m s 与分组数 据子系统间的口策略控制；3 g p p 2 中p - c s c f 可以位于分组数据子系统以外的其他网 络中，而在3 g p p 中提供用户i m s 接入服务的p 。c s c f 和p s 域中的g g s n 总是位于同 一个网络；3 g p p 2 的i m s 可以支持口v 4 ，而在3 g p p 中强制要求支持i p v 6 ；不支持通 用集成电路卡，该卡可以包含一个口多媒体服务身份模块，用于存储i m s 接入参数； 不包含s l f 功能实体及相应接口等。 t i s p a n 直接采用3 g p pi m s 作为下一代网络的控制系统，为n g n 接入网和终端提 供基于s i p 的业务及其他多媒体业务，包括多媒体会话业务、视频、聊天等。流媒体应 用部分支持视频点播、远程教学、交互游戏、1 1 1 t c m c tt v 等业务的广泛开展，目前流媒 体已经在口网中得到了一定的应用。n g n 网络的边缘部分主要包括网络附着子系统 ( n a s s ) 及资源和接纳控制子系统( r a c s ) 。n a s s 提供i p 地址分配( 如利用动态主机配置 协议d h c p ) 、i p 层认证、基于用户清单的网络接入鉴权、基于用户清单的接入网络配 置、d 层位置管理等功能。r a c s 提供接纳控制和网关控制功能。接纳控制即依据用户 清单、运营商策略和资源可用性进行接纳控制决定，网关控制包括网络地址和端口转换、 d s c p 标记等。 t i s p a n 已经在2 0 0 5 年发布了n g n 第一个版本【2 0 】，主要完成了n g n 的业务需求 和业务能力定义、业务描述和定义以及整体体系架构和子系统架构。在3 g p p 与t i s p a n 的联合工作下，目前t i s p a nn g ni m s 取得了不少的进展。t i s p a nn g n 重用了3 g p p 的i m s 核心体系结构，但是为了增加对固定接入方式的支持，需要对i m s 中的一些功 能实体如p c s c f 、s - c s c f 、h s s 和终端提出不少新的要求。如p c s c f ( 包括p d f 以 及g q 接口) 需要进行扩展，包括支持网络侧发起的资源预留，支持地址和端口的翻译以 及各种策略控制等。s c s c f 需要增加对固定业务的逻辑控制，h s s 也应该是一个支持 固定业务和移动业务统一的公共用户数据库，其用户的签约信息和位置信息为各种用户 所共享。另外，还要增加对各种终端类型以及不同的终端和用户标识的支持等方面。 同时t i s p a nn g n 还扩展了3 g p p m s 的网络结构，新增s g f 、i w f 、i - b c f 、i - b g f 等实体以支持固定网络的业务。3 g p p 和t i s p a n 已经达成的一致意见是共同制定一份 i m s 核心规范，t i s p a n 主要负责根据n g n 的网络结构对m s 规范提出需求建议，由 3 g p p 负责对m s 的规范进行管理和维护。 i t u tf g n g n 是i t u t 于2 0 0 4 年5 月6 日在日内瓦会议上成立的n g n 专题研究 组【2 ，负责研究与n g n 相关的紧急标准，主要工作定位在现存的固定移动网络融合的 体系架构( 如3 g p p 3 g p p 2 的i m s ) 基础上。f g n g n 有7 个工作组分别开展不同的研究 工作。 基于s i p 协议的i m s 设计与实现 我国在i m s 和n g n 研究方面的工作已经开展了很长时间，但目前标准化工作刚刚 起步。c c s a t c 5 中的第九工作组是i m s 标准主要的起草组织，第三工作组主要负责i m s 安全相关的研究。第七工作组主要负责和i m s 未来业务相关的研究。从目前的进展来看， c t 5 的第九组会尽快完成i m s 总体的预研报告，并随后开始对i m s 的设备和接口的标 准化工作；第三组已经完成了i m s 安全的规范，第七组也已经出台了一系列的业务标准。 目前国内外不少设备制造商都已经推出了i m s 的初步解决方案，其中，爱立信和诺 基亚均己签署了多个商用和测试合同，遍及美洲、欧洲和亚洲，涵盖了g s m g p r s 、 w c d m a 、c d m a2 0 0 0 以及有线网络，并涉及一系列丰富的应用，如一键通、组合服 务、口语音电话和i pc e n t r e x 。国内的几个主要电信设备制造商如华为、中兴、上海贝 尔等公司也都推出了基于i m s 的下一代网络概念系统 2 2 瑙】。 对于i m s 来说，r 5 是一个基础，r 6 在功能上更加完善，同时在网络上，在互通和 兼容性上进一步增强，因此，基于r 5 和r 6 这样的一些特性的产品基本上能够满足市 场上移动网络对 m s 的要求【2 6 1 。总体上来说，现在部分公司已有的i m s 解决方案和部 分商用，只能算i m s 早期产品，或者说不是完全符合i m s 的所有要求和部署，i m s 成 熟的整体解决方案的出台还有待于i m s 所有相关协议的进展情况。 1 3 本文的工作和论文结构 本文研究了i m s 的系统架构和s i p 协议的网络结构及特点，探索了在i n t e r n e t 上实 现基于s i p 协议的i m s 的架构和技术。实现了应用服务器端的功能，其中包括即时消息， 好友列表，出席服务，点对点口电话，网络会议等功能。本文在将现有的网络服务与 通信服务集成方面做了一定的尝试。用户可以使用本系统实现与好友的在线交流。其中 特别需要指出的是，对于出席服务功能，为了降低客户端的负担，改善客户体验，本文 提出了一种基于h t l 曙长轮询的“服务器推”的架构并使用其实现了出席服务功能。对 于网络会议功能，为了可以让会议参与者可以根据自己的需要设定媒体分享权限，本文 研究了窄带广播谓词，并使用提出了一种使用策略矩阵方法。而且在本系统中使用了单 独的配置策略服务器来实现建立策略矩阵，并生成相应的请求，然后发给负责音频视频 混合的媒体服务器。从而实现了在网络会议中不同的参与者之间音频视频分享权限的控 制。 本文主要包括五部分。 第一部分为绪论，主要介绍研究的背景和意义，国内外研究发展现状，以及本文的 工作和论文的结构。 第二部分详细地介绍了i m s 和s i p 的相关知识和体系结构。讨论了实现基于s i p 协 大连理工大学硕士学位论文 议的i m s 的重要性和难度所在。 第三部分，对于本系统从性能上、功能上进行了需求分析，并指出了本系统与传统 i m s 的区别，陈述了本系统的优点。在此基础上进行了概要设计，分析了系统整体架构 和重要组成部分。 第四部分，对本系统的各个功能模块进行了详细设计，其中包括功能流程图设计， 类u m l 图设计，数据库表设计，配置文件设计等。并且单独讨论了本文提出的两个重 要的技术。针对于出席服务，提出了一种实现基于h t t p 长轮询的“服务器推”技术的 架构。针对于网络会议，提出了使用权限谓词来描述常见的音品分享权限控制需求，并 使用策略矩阵来描述、分析和传输音频权限谓词的方法。 第五部分，总结了本文的成果，并提出了今后需要进一步改进的地方。本系统经过 测试后证明，已完成了预期的效果。 基于s i p 协议的i m s 设计与实现 2 s lp 和im s 的相关知识和体系结构 2 1sip 相关技术研究 2 1 1 会话初始协议 ( 1 ) 概述 s i p 协议( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c 0 1 ) 是由i e t f 的m m u s i c ( m u l t i p a r t ym u l t i m e d i a s e s s i o nc o n t r o l ，多方媒体会话控制) 工作组于1 9 9 7 年7 月提出的，是应用层控制协议， 用于建立、调整和终止多媒体的呼叫或者会话，目的是为了在d 网络上建立完整的通 信服务体系【2 7 】。 s i p 可以采用不同的传送层协议，它定义的只是呼叫( 会话) 建立、终止和修改的信 息，并不涉及媒体控制。媒体类型、编码格式等信息由s d p 传送，并作为s i p 消息的消 息体和其头部一起传送。 s i p 是通过“邀请 的方法来建立会话的，s i p 呼叫由一个全局唯一的呼叫标识予 以标识。点到点d 电话会话是一种最简单的会话，它映射为单一的s i p 呼叫。 s i p 主要支持以下5 个方面的多媒体功能： 用户定位( u s e rl o c a t i o n ) ，确定通信终端系统的位置； 用户能力判断( u s e rc a p a b i l i t y ) ，确定通信所使用的媒体类型及媒体参数； 用户可用性判断( u s e ra v a i l a b i l i t y ) ，确定被叫方是否愿意加入通信； 呼叫建立( c m ls e t u p ) ，在主、被叫之间建立约定的、支持特定媒体流传输的连接； 呼叫处理( c a l lh a n d i n g ) ，包括呼叫修改和呼叫终止等处理。 经过几年的讨论和实际应用，1 9 9 9 年成为正式标准即i 疆c 2 5 4 3 。 s i p 协议的出发点是借鉴w e b 成功的经验，以现有的i n t e r n e t 为基础来构架p 电话 业务网，因此s i p 有着和h 3 2 3 完全不同的设计思想：它是一个分散式的协议，它将网 络设备的复杂性推向网络的边缘，使核心网络仍是一个“b e s te f f o r t ”的传送通道。s i p 协议是一种基于客户i n 务器方式的文本协议，用于建立、改变和拆除两方甚至多方呼叫， 但涉及的呼叫都在i n t e r a c t 中。s i p 的语法在很大程度上借鉴了简单邮件传输协议和超 文本传输协议，不同的是s i p 协议可以运行在t c p 或者u d p 上。 ( 2 ) s i p 体系结构 一个基于s i p 协议的i p 电话网络由两部分组成：u a ( u s e ra g e n t s ，用户代理) 和网 络服务器。如图2 1 所示。 用户代理包括：u a c ( u s e ta g e n tc l i e n t ，用户代理客户端) 和u a s ( u s e ra g e n t 大连理工大学硕士学位论文 s e r v e r ，用户代理服务器) 。 图2 1s i p 的体系结构 f i g 2 1 s t r u c t u r eo fs i p 用户代理包括：u a c ( u s e ra g e n tc l i e n t ，用户代理客户端) 和u a s ( u s e ra g e n ts e r v e r ， 用户代理服务器) 。 其中用户代理客户端用于发起呼叫请求，并与被叫建立连接；而用户代理服务器用于 响应呼叫请求，决定是接受、重定向或者拒绝呼叫请求。用户代理客户端和用户代理服 务器是用户端必备的应用程序，由这两个应用程序完成呼叫的发起和连接的建立与释 放。 网络服务器包括代理服务器( p r o x ys e r v e r ) 、重定向服务器( r e d i r e c ts e r v e r ) 和注册服 务器( r e g i s t r a r ) ： 代理服务器具有解析名字的能力，能够代理前面的用户向下一跳服务器发出呼叫请 求，然后服务器决定下一跳地址，下一跳可能是另一个代理服务器，也可能是最终的用 户代理服务器。 重定向服务器接收s i p 请求，把请求中的原地址映射成零个或者多个新地址，返回 给客户。 定位服务器是i n t e r n e t 中的公共服务器，其查询可以采用多种协议，如f i n g e r 等。 基于s 口协议的m s 设计与实现 注册服务器接收客户的注册请求，并完成其地址的登记。 这三类服务器构成网络服务，共同支持s i p 建立会话。 2 1 2sip 协议和h 3 2 3 协议的比较 h 3 2 3 协议和s i p 协议分别是通信领域与因特网两大阵营推出的建议。两者的设计 风格截然不同。h 3 2 3 采用传统的实现电话信令的模式，而s i p 借鉴其他互联网协议， 如h t t p 等的设计思想，采用基于文本的协议。h 3 2 3 企图把d 电话当作是众所周知的 传统电话，只是传输方式发生了改变，由电路交换变成了分组交换。而s i p 协议侧重于 将口电话作为因特网上的一个应用，较其它应用( 如f t p ，e m a i l 等) 增加了信令和q o s 的要求，它们支持的业务基本相同，也都利用r t p 作为媒体传输的协议。 ( 1 ) 复杂性 h 3 2 3 采用基于a s n 1 和压缩编码规则的二进制方法表示其消息。a s n 1 通常需要 特殊的代码生成器来进行词法和语法分析。而s i p 的基于文本的协议，类似于h t t p 。 基于文本的编码意味着头域的含义是一目了然的，如f r o m 、t o 、s u b j e c t 等域名。这种 分布式、几乎不需要复杂的文档说明的标准规范式风格，其优越性已在过去的实践中得 到了充分的证明，现在广为流行的邮件协议s m t p 就是这样的一个例子。 ( 2 ) 电话会议 在支持会议电话方面，h 3 2 3 由于由多点控制单元( m c u ) 集中执行会议控制功能， 所有参加会议终端都向m c u 发送控制消息，m c u 可能会成为瓶颈，特别是对于具有 附加特性的大型会议。并且h 3 2 3 不支持信令的组播功能，其单功能限制了可扩展性， 降低了可靠性。而s i p 设计上就为分布式的呼叫模型，具有分布式的组播功能，其组播 功能不仅便于会议控制，而且简化了用户定位、群组邀请等，并且能节约宽带。但是 h 3 2 3 集中式控制便于计费，对带宽的管理也比较简单、有效。 ( 3 ) 扩展性 h 3 2 3 中定义了专门的协议用于补充业务，如h 4 5 0 1 、h 4 5 0 2 和h 4 5 0 3 等。s i p 并未专门定义协议用于此目的，但它很方便地支持补充业务或智能业务。只要充分利用 s i p 己定义的头域，并对s i p 进行简单的扩展，就可以实现这些业务。例如对于呼叫转 移，只要在b y e 请求消息中添加c o n t a c t 头域，加入意欲转至的第三方地址就可以实现 此业务。对于通过扩展头域较难实现的一些智能业务，可在体系结构中增加业务代理， 提供一些补充服务或与智能网设备的接口。 ( 4 ) 独立性 h 3 2 3 中，呼叫建立过程涉及到第三条