（通信与信息系统专业论文）支持终端融合的网络会话控制及关键业务引擎的研究与设计.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，本人承担一切相关责任。 本人签名：日期：望! 里：生丝 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 在校攻读学位期间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：砾煌本人签名：继冱 导师签名： 日期：尘卫i _ 羔矽 日期：塑! ! ：圭：够 北京邮电大学硕士论文摘要 支持终端融合的网络会话控制及关键业务引擎的研究与设计 摘要 随着网络技术高速发展，未来无线通信呈现网络异构化、业务丰富化、 终端功能与种类多样化的特点。异构网络的互通与融合是未来通信产业面 对的最为困难的问题之一。与此同时，短距离通信技术的飞速进展使得无 线个域网部署更灵活，功能拓展空间更广泛，业务提供模式将会更加丰富。 个域网与广域网融合下的终端融合业务环境，通过个域网联结技术将智能 终端设备连接起来，并协同用户周边各种设备的能力，在广域移动网络与 综合业务平台的支撑下，提供更加丰富的、支持个性化和具有上下文感知 的新业务，使用户尽可能得到最佳的业务体验。 本文在个域网与广域网融合的背景下，针对终端融合业务环境提出了 具有网络智能会话控制的业务架构。主要研究内容如下： 首先，本文在现有个域网及广域网融合方面的“泛在化”发展的背景下， 对个域网的定义进行充分诠释，即所有以用户为中心，面向同一业务的， 通过短距离通信方式将用户周边多种设备聚合而成的网络即可称为用户个 域网；并重点关注广域网现有融合方案中主流的i m s 技术，结合终端融合 业务环境的特点，基于i m s 网络架构提出了具有网络侧与终端侧上下文感 知能力，并由网络侧分流控制的综合业务平台设计。为此，本文引入上下 文感知层，基于传统3 g p pi m s 业务控制架构中的功能实体进行扩展。 一其次，本文设计了上下文感知服务器的数据结构，并将i m s 原有呈现 业务的信息数据格式和信令交互根据上下文服务器数据结构的需求进行扩 展，将二者有机的结合起来。在此基础上基于j a i n s i p 实现了上下文服务 器的基本功能。 再次，本文对于分流决策的具体模块设计和执行流程进行了进一步详 细设计。并针对现在研究较少的分流配比决策方案进行了初步的探讨，并 通过仿真说明其有效性。 本文最后对全文进行总结，并指出了今后的网络融合研究方向及其挑 战。 关键词：个域网终端融合i m s 状态呈现分流 北京邮电大学硕士论文 r e s e a r c ha n dd e s i g no ft h e t e r m i nai i n t i g r a r l 0 no r i g a i n t e dn e t w o r k s e s s i o nc o n t r o la n dk e ys e r v i c ee n g i n e s a b s t r a c t n o w a d a y s ，w i t hr a p i dd e v e l o p m e n t o fn e t w o r kt e c h n o l o g i e s ，w i r e l e s s c o m m u n i c a t i o ns y s t e m si nt h ef u t u r ea r ee x p e c t e dt ob eh e t e r o g e n e o u si nt e r m s o fn e t w o r k s ，a b u n d a n ti nt e r m so fs e r v i c e s ，a n dd i v e r s i f o r mi nt h et e r m so ft h e t e r m i n a lv a r i e t i e sa n df u n c t i o n s o n eh o ts p o to fc o m m u n i c a t i o ni n d u s t r yi st h e i n t e r o p e r a t i o n a n di n t e g r a t i o no fh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s m e a n w h i l e ，f a s t d e v e l o p m e n t o f s h o r t - r a n g e c o m m u n i c a t i o n s t e c h n o l o g y m a k e sw i r e l e s s p e r s o n a l a r e an e t w o r k s ( w p 灿q s ) d e p l o y m e n tm o r ef l e x i b l ea n df u n c t i o n s d e v e l o p m e n tm o r eb r o a d ，a n da l s oe n r i c h e st h es e r v i c ep r o v i d i n gm o d e s t h e t e r m i n a l i n t e g r a t e ds e r v i c ee n v i r o n m e n t ，b a s e do np e r s o n a la r e an e t w o r k ( p a n ) a n dw i d ea r e an e t w o r k ( w a n ) i n t e g r a t i o n ，i st oj o i nt h es m a r tt e r m i n a l sa n d t h e i rc a p a c i t i e st o g e t h e rw i t ht h eh e l po ft h es h o r t r a n g et e c h n o l o g i e st of o r ma p a n ，a n dt oc o m b i n et h ew a nr e s o u r c ea n ds e r v i c ep l a t f o r mt op r o v i d e a b u n d a n t ，p e r s o n a l i z e da n dc o n t e x t a w a r es e r v i c e s ，a l l o w i n gu s e r st og e tt h e b e s ts e r v i c ee x p e r i e n c e i nt h ee n v i r o n m e n to fi n t e g r a t i o no fp a na n dw a n ，t h i st h e s i sm a i n l y r e s e a r c h e sa b o u tn e t w o r k - c o n t r o l l e ds e r v i c ep l a t f o r mo fc o n t e x t - a w a r ef l o w c o n t r 0 1 t os u m u p ，t h ec o n t e n to ft h i st h e s i si sa r r a n g e di nf o l l o w i n ga s p e c t s ： f i r s to fa l l ，t h ed e v e l o p m e n tt r e n do ff u t u r ew i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ni s e n v i s a g e da n dt h ee x i s t i n gr e s e a r c h e so np a nt e c h n o l o g i e sa n dt h ei n t e g r a t i o n o fh e t e r o g e n e o u sn e t w o r k sa r ea l s op r e s e n t e di nt h i st h e s i s b a s e do na b o v e i n v e s t i g a t i o n s ，a ne x p a n d e dd e f i n i t i o no fp a n i si n t r o d u c e d t h i st h e s i sm a i n l y f o c u s e so ni m st e c h n o l o g yf o rf i x e d m o b i l ec o n v e r g e n c en o w a d a y s ，a n da n e t w o r kf l o wc o n t r o ls e r v i c e p l a t f o r m i s d e s i g n e da c c o r d i n g t ot h e c h a r a c t e r i s t i c so ft e r m i n a l i n t e g r a t e ds e r v i c ee n v i r o n m e n t t h ep r e s e n t e d i 北京邮电大学硕上论文 p l a t f o r mi n t r o d u c e sac o n t e x t a w a r el a y e ra n dm o d i f i e df u n c t i o n a le n t i t i e so ft h e o r i g i n a li m sa r c h i t e c t u r e s e c o n d l y , d a t as t r u c t u r eo fc o n t e x t - a w a r es e r v e ri sd e s i g n e d a ni m s s e r v i c e - p r e s e n c ei ss t u d i e dw h o s ed a t af o r m a t sa n ds i g n a l i n go ft h ep r i g i n a l p r e s e n c es e r v i c ei se x t e n d e da c c o r d i n gt ot h en e e d so ft h ec o n t e x to ft h es e r v e r d a t as t r u c t u r e s ，s ot h a tc o n t e x t a w a r es e r v e rc a nb ei m p l e m e n t e da sap r e s e n c e s e r v i c e o nt h i sb a s i s ，t h eb a s i cf u n c t i o n so fc o n t e x ts e r v e ra r ea c h i e v e db a s e d o nj a i n s i p t h e n ，ad e t a i l e dd e s i g no ff l o wd i s t r i b u t i o nd e c i s i o nm o d u l ea sw e l la st h e f l o wo ft h ee x e c u t i o ni sd e l i v e r e d a st h ep r e s e n ts t u d i e ss e l d o md e a lw i t ht h e p r o b l e mo ff l o wd i s t r i b u t i o nd e c i s i o n ，ab r i e fm e c h a n i s mi si n v e s t i g a t e d ，a n dt h e s i m u l a t i o ns h o w si t sv a l i d i t y a s u m m a r yi sg i v e na tt h ee n do ft h i st h e s i s ，w h e r et h ef u t u r er e s e a r c h d i r e c t i o n sa r ea l s op o i n t e do u t k e yw o r d s ：p a n t e r m i n a l - i n t e g r a t i o n i m s p r e s e n c e f l o wd i s t r i b u t i o n h 北京邮电大学硕士论文目录 第一章绪论 目录 l 1 1课题背景1 1 2研究现状。2 1 3关键技术3 1 3 1 1 1 i 1 ：s ：； 1 3 2 s i p 协议6 1 4 论文主要工作9 第二章面向终端融合的网络控制架构设计 2 1应用场景分析1 1 2 2架构总体设计1 2 2 3上下文感知层的设计1 4 2 4分流控制服务器的设计1 6 2 5交互设计1 8 2 5 1 注册1 8 2 5 2会话建立2 0 2 6 d 、结：! ： 第三章基于状态呈现的上下文服务器的实现 3 1状态呈现业务2 4 3 1 1状态呈现业务模型2 5 3 2基于p r e s e n c e 业务的上下文服务器的设计。2 6 3 2 1上下文服务器数据结构设计2 6 3 2 2 p r e s e n c e 信息数据格式扩展2 7 3 2 3 信令流程设计2 9 3 3基于j a i n s i p 的上下文服务器的实现。3 1 3 3 1 j a i n s i pa p i s 概述。3 2 3 3 2 上下文服务器的实现3 5 大学硕上论文 目录 d 、结。3 6 分流控制服务器的分流策略 3 7 分流策略背景3 7 分流决策模块设计3 8 流程设计4 0 可行分流配比方案的探讨4 1 4 4 1基于业务q o s 的分流决策4 1 4 4 2数学模型介绍4 3 4 4 3问题建模“ 4 4 4 仿真及分析4 5 4 5 小结。4 7 第五章总结与展望 参考文献。 附录。 致谢。 攻读学位期间发表的学术论文 4 8 4 9 5 1 5 2 5 3 北京邮电大学硕士研究生论文第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 近十年来，在技术创新和应用需求的双重驱动下，无线网络得到了飞速发展。在无 线网络的发展过程中，为了支持不同的业务应用，构建了很多体制不同、彼此独立的无 线网络平台，虽然在一定程度上满足了某些需求，但客观上形成了多种异构无线接入技 术并存的通信网络格局。传统封闭无线网络对瞬息万变的外部环境、变化无穷的网络承 载业务难以认知，无法智能适变；同时各种异构无线网络之间彼此资源不能充分共享， 造成众多“网络孤岛”，而所谓异构网络融合的研究大多数只停留在网络互联互通的层 面。随着移动通信和宽带无线接入技术的迅猛发展，人们逐渐认识到未来移动通信发展 的趋势不再是某种技术一统天下，而是多种接入技术并存、相互补充，提供多样化的接 入服务，实现任何时间、任何地点的无缝通信，有效地满足个人通信和信息获取的需求 【l j 。因此，异构无线网络融合与资源共享成为无线网络发展的必然趋势，以支撑新的工 作和服务方式。 无线通信技术传感器技术的迅猛发展，普适计算逐渐成为现实。普适计算即无所 不在的网络，无所不在的设备，无所不在的数据访问，无所不在的协同工作，其最终目 标在于使得计算泛在化而用户觉察不到其存在。用户可随时随地的通过这样的泛在环境 方便快捷的访问资源，为构建无线的信息化社会提供了充足的保证。随着各种新业务的 不断涌现，用户新需求的不断提出，在未来移动通信泛在业务发展的过程中，智能化、 个性化的需求不断增加，为用户提供始终最佳业务体验成为未来业务发展的目标。上下 文感知技术，作为一种收集和处理用户业务环境中上下文信息的有效手段和方法，成为 实现给用户提供始终最佳业务体验目标的不二选择。 无线网络发展的另一个重要趋势是设备泛在化，即若干设备分布在用户周边并相互 协作，实现智能化业务提供。其中，个域网以灵活的终端互联及协同技术，突破单个设 备自身能力限制，为用户提供泛在化的业务体验，从而成为演进中的异构网络融合的重 要分支。在上述情况下，除了多种异构广域网将在不同程度上进行融合，异构的个域网 之间、个域网与广域网之间也将进行不同程度的融合。因此，具有业务资源移动性的广 域网与具备周边设备提供能力泛在性的个域网的融合正成为未来异构网络融合中的重 要研究课题，也是实现移动泛在愿景的基本途径。个域网与广域网的融合将实现更广泛 和广义的资源共享：个域网将借助与广域网的融合，获得广域漫游以及丰富业务资源等 北京邮电大学硕士研究生论文第一章绪论 方面的有力支持；而广域网将借助与个域网构建的终端业务环境的融合，实现更智能化 的泛在业务提供，进一步体现对用户的关怀。在此背景下，用户终端从多功能变模演进 到以协同和聚合方式实现多功能、异构融合甚至对用户环境感知等功能，成为泛在终端 系统。终端业务提供的模式将在泛在终端融合的基础上更加丰富，通过个域网、车域网 等联网技术将传统移动无线网络的多种终端、用户周边的电子设备、家电、各种传感器、 泛在小器件等连接起来，通过协同各种设备的能力，并在广域网络支持下，为用户提供 更加丰富的、支持个性化和上下文( 包括位置、环境、用户状态等) 感知的新业务，使 用户得到尽可能最佳的业务体验。因此，泛在终端的融合技术，即如何有效协同周边设 备构成泛在终端，移动无线网络又将如何支持与泛在网络的融合以及协同业务提供，是 个域网与广域网研究的重要切入点。 在上述背景下，各种无线技术间的协同工作成为提高系统性能和用户业务体验的必 须。终端融合的业务环境下，支持智能会话控制的网络架构将克服了现有的业务模型中， 异构网络综合使用率不高、业务呈现能力上的缺陷，符合未来业务的发展趋势。 1 2 研究现状 随着异构网络的融合越来越多的成为业界关注的焦点，近年来关于不同通信系统间 互通的解决方案已被相继提出，提出了不同网络融合的思路与方法：b r a i n 提出了 w l a n 与通用移动通信系统( u m t s ) 融合的开放体系结构；d r i v e 项目研究了蜂窝网 和广播网的融合问题；w n e g l 峪s 则从用户的角度研究了w l a n 与u m t s 的融合。 而欧盟第六框架中设立的“a m b i e n ti n t e l l i g e n c e ”，即周边智能化主题，意图多方位多角 度地探讨和解决信息基础设施在实现泛在环境时可能遇到的种种问题，向着解决多种异 构网络融合的目标又迈近了一步。日本经过近十年的信息社会的发展，于2 0 0 4 年确定 “u b i q u i t o u sj a p a n ”的发展目标来取代之前的“e j a p a n ”的目标，并开展系列研究计划构建 未来泛在的信息社会。这些都为多种异构网络融合的实现提供了更为广阔的研究空间 【2 1 。在网络融合的标准化方面，通信业界一致认为口多媒体子系统( i pm u l t i m e d i a s u b s y s t e m ，i m s ) 将是网络融合的发展方向。主要是因为i m s 兼有两个基本点：一个 是技术融合的汇聚点一一口；一个是业务融合的汇聚点一一多媒体。s i p ( s e s s i o n i n i t i a t i o np r o t o c o l ，会话初始协议) 作为i m s 系统的核心信令，对建立端到端的会话起 到决定应的作用，也为i m s 同时支持固定和移动接入提供了技术基础，使得网络融合 成为可能。随着i m s 作为融合解决方案在3 g p pr 5 中的提出，由于具有丰富的宽带多 2 北京邮电大学硕士研究生论文第一章绪论 媒体业务支持能力，近年来运营商对i m s 的关注迅速升温。在国外已有部署较为成熟 的i m s 网络，在国内i m s 网络也进入到了商用测试阶段。 另一方面随着业界对网络赋予更多泛在化信息系统的涵义，个域网的定义外延也随 之变化，不再简单指代对个别设备的无线调用，而呈现出具有复杂关系的群协同需求， 即个域网是以个人业务提供为目标，协同用户周边无线的泛在终端设备，并基于通信交 互联合提供个性化、泛在化业务的信息网络。在此，本文将过去以距离为限制的个域网 的定义加以扩展，所有以用户为中心，面向业务的，通过短距离通信方式将多种设备聚 合而成的网络成为个域网。此概念与国际上流行的个人网( p e r s o n a ln e t w o r k ) 类似， 例如在欧盟m a g n e t l 引、p n p 2 0 0 8 4 】项目中引入了另一个类似概念个人网络( p n ， p e r s o n a ln e t w o r k ) 。个人网络不再局限于物理位置上的相关性，而是把个人相关的设 备们全部通过广域网络连接在一起，这扩展了个人的终端业务环境的范畴，从全网资源 协同的角度诠释了“以用户为中心”的理念。 广域网融合技术不断成熟，基于短距离的个域网技术也越来越为人们所关注，个域 网与广域网融合框架下支持的终端融合的业务提供模式与广域网的智能网络控制的结 合，将成为未来推动移动业务个性化、智能化、泛在化发展的动力。目前业务分流问题 已经为业界所广泛关注，本文以此为参考，在终端聚合的个域网与广域网融合的新的业 务环境下，对支持智能会话控制的网络流架构进行了相应的研究与设计。 1 3 关键技术 口多媒体子系统( i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ，i m s ) 是未来核心网的关键部分，为移 动通信构建了提供口多媒体业务的统一的体系架构和基础设施，尤其是基于s i p 协议 的业务控制过程，极大的丰富了移动业务的生成能力。i m s 体系架构与s i p 协议是本文 架构设计与信令交互的基础。 1 3 1i m s i m s 作为下一代“融合”的核心，是一个与接入技术无关的基于口的架构，其通信不 依赖于任何接入技术和接入方式，多媒体业务承载与控制功能分离、业务提供与控制分 离，统一的用户数据，基于s i p 的会话控制协议，构成了一个能提供各种业务的，灵活 开放的，可管可控的通信网络，为支持广泛业务提供可能，有效实现移动网与因特网业 务的融合。i m s 在本质上的分布式特征为解决移动对等网络体系结构提供了一个很好的 3 北京邮电大学硕士研究生论文第一章绪论 思路。 1 3 1 1i m s 基本架构 3 g p p 采用分层的方法来对i m s 进行体系架构设计i 剐。i m s 架构如图1 1 所示。 “，黼和一 7 o * ，1 衅o q 一 锈2 蠢争i 瓤篓黑+ 。少：貌+ 。纩 ； 囱 j、 糊；删哪j 把= 三鬻，。o u ： 幽 i 一：” 一删 ，j 。嘲：爹= 三善二一= 一一毽 曼叠已墅l 图1 - 1i m s 架构【5 】 誓7 纠 赫佣瞄_ ? 豢笔 磊t ，m a m 一咐 最底层为用户平面承载：承载层是基于分组交换的，用于提供i m ss i p 会话的介入 和传输。主要的承载层设备有s g s n 、g g s n 以及i m m g w 等。其中s g s n 和g g s n 可以重复利用现有移动网络设备，不需要硬件升级，仅通过相关配置就可以支持i m s 。 i m m g w 是负责媒体流在i m s 域和c s 域互通的功能实体，主要解决语音互通问题。 在中间是控制平面的信令控制层：由网络控制服务器组成，负责呼叫管理及会话设 置、修改和释放，所有p 多媒体业务的信令控制都在这一层完成。主要的功能实体有 c s c f 、h s s 、m g c f 等，这些网元执行不同的角色，如信令控制服务器、数据库、媒 体网关服务器等，协同完成信令层面的处理功能。而且，该层还包括多种支持功能如配 置、计费以及运营维护功能。边界网关负责与其他运营商网络和其他类型的网络之间的 互通，或者它们彼此内部的网络互通。 最上层为应用平面的业务层，由应用服务器组成，负责为用户提供i m s 增值业务， 4 嚣多 一二砭 了圣 一。爿。，罴蚪曰黟 北京邮电大学硕士研究生论文第一章绪论 主要网元是一系列通过c a m e l 、s i p 技术和o s a p a r l e y 提供的多媒体业务的应用平台。 下面介绍i m s 架构的主要功能实体1 6 】1 7 】： ( 1 ) 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 体系的核 心，根据功能不同分为代理c s c f ( p c s c f ，p r o x y c s c f ) 、问询c s c f ( i c s c f ， i n t e r r o g a t i n g c s c f ) 和服务c s c f ( s c s c f ，s e r v i n g c s c f ) 。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。i - c s c f 是一个运营商网络中为所有连 接到这个运营商某一用户的连接提供的联系点。s c s c f 是i m s 的核心所在，位于归 属网络，s c s c f 所实现的详细功能：处理注册请求；通过i m s 认证和密钥协商机制 来认证用户；从h s s 下载用户信息和与服务相关的数据；业务流转发，出口网关控制 功能b g c f ；会话控制，可作为代理服务器a s 和u a 用户代理；与服务台平台交互； 使用d n s 翻译机制将e 1 6 4 号码翻译成统一资源标志符( u r i ) ；监视注册计时器并在 需要时接触用户注册；执行媒体修正，检查s d p 净荷内容；维持会话计时器和计费。 ( 2 ) 归属用户服务器( h s s ，h o m es u b s c r i b e rs e r v e r ) 是i m s 中所有与用户和服务相 关的数据的主要数据存储器。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。 ( 3 ) 签约定位功能( 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 ) 作为一种地址解析机制，当 网络运营商部署了多个独立可寻址的h s s 时，这种机制能使i - c s c f 、s c s c f 和a s 找 到拥有给定用户身份的定购关系数据的h s s 地址。 ( 4 ) 媒体网关控制功1 n 匕( 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 ) 是使i m s 用户 和c s 用户之间可以进行通信的网关。 ( 5 ) i m s 多媒体网关功能( i m s m g w ，i m sm e d i ag a t e w a y ) 提供c s 网络和i m s 之 间的用户平面链路，它只接受m g c f 的控制。p d f 根据a f ( a p p l i c a t i o nf u n c t i o n ) 的策 略建立信息来决定策略。 ( 6 ) 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 yc o n t r o lf u n c t i o n ) 负责选择到c s 域的出口的位置。s g w 信令网关用于不同信令网的互连。s e g 安全网关是为了保护 i m s 域的安全而引入的，控制平面的业务流在进入或者离开安全域之前要先通过安全 网关。i m s 提供统一的会话控制中心和统一的用户数据中心以及完全开放的业务架构 是其保证f m c 的关键。这样的架构能够保证用户的漫游性、接入无关性、统一的业务 触发和一致的业务体验。 1 3 1 2i m s 体系结构的特点及扩展 i m s 为未来的i p 网络和与各种网络的无缝融合提供了可能，其体系架构具有如下 5 北京邮电大学硕上研究生论文第一章绪论 特点： 第一，i m s 采用分层开放结构，进一步发扬了业务与控制分离、控制与承载分离的 思想，网络结构更加清晰合理；层间采用标准化的开放接口，有利于新业务的快速生成 和应用。第二，统一采用s i p 协议进行控制。s i p 简洁高效、可扩展性和适用性好，使 i m s 能够灵活便捷地支持广泛的m 多媒体业务；并且s i p 可与现有固定口数据网平滑 对接，便于实现固定和无线网络的互通( 关于s i p 协议的研究将在下一节中详细介绍) 。 第三，支持移动性。由于i m s 最初是3 g p p 为移动网络定义的，所以比较充分考虑了对 用户终端的漫游支持。第四，充分考虑了运营商实际运营的需求，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。第五，i m s 在业务层采用软 交换网络的开放式业务提供构架，可以完全支持基于应用服务器的第三方业务提供，这 意味着运营商可以在不改变现有的网络结构、不投入任何的设备成本条件下，轻松地开 发新的业务，进行应用的升级。 i m s 的上述特点使得网络融合成为可能。并且目前i m s 无论在标准化方面还是在 运营商的实际部署上面都有很大的发展。本文选择基于i m s 的架构，能够最少的对现 网进行改动，可行性更强。 另一方面，尽管3 g p p 等标准化组织正在积极推进i m s 的标准化工作，但从目前来 看，标准化组织定义的i m s 架构较为复杂，功能实体以及接口类型多。另外，i m s 架 构对支持智能化的信息服务支持也不够，需要在原有i m s 业务提供架构当中加入一定 的功能实体来完成智能化的处理功能。本文的研究题目为泛在网络用户环境感知支撑平 台研究及设计，即在泛在网络环境中，基于i m s 原有架构，扩展原有i m s 业务提供平 台，加入一定的功能实体来完成对环境感知的能力。p r e s e n c e 业务作为提供前摄性环境 信息感知的重要方法，在本文中也做了比较详细的讨论，并且扩展了原有p r e s e n c e 业务 功能，使之更加适合未来的智能网络的业务提供模式。 1 3 2s i p 协议 s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o np r o t o c o l ，会话初始协议) 1 0 l ，是i m s 架构的核心信令协议 也是n g n 中智能多媒体用户终端和呼叫控制服务器之间采用的信令协议，是由i e t f ( i n t e r n e 工程任务组) 提出的口电话信令协议，其设计思想沿袭了i e t f 协议一贯的简 单性、可扩展性和可编程性等优点。s i p 用于发起会话，它能控制多个参与者参加的多 媒体会话的建立和终结，并能动态调整和修改会话属性，如会话带宽要求、传输的媒体 类型( 语音、视频和数据等) 、媒体的编解码格式、对组播和单播的支持等。s i p 的开 6 北京邮电大学硕士研究生论文第一章绪论 发目的是用来帮助提供跨越因特网的高级电话业务。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。 1 3 2 1s i p 体系结构 o u t b o u n d s i p m e d i a ( r t p ) l o c a t i o n s e r v e r l o c a t i o n s e r v i c e i n b o u n d p r o x y u s e ra g e n t u s e ra g e n t 图1 2s i p 系统结构图【1 0 】 s i p 系统的体系结构如图1 2 所示。 s i p 协议只有两类网络实体：用户代理和网络服务器。 用户代理( u a ) 通常包含用户代理客户机( u s e ra g e n tc l i e n t ，u a c ) 和用户代理服 务器( u s e ra g e n ts e r v e r ，u a s ) 。用户代理客户用于发起一个呼叫，用户代理服务器用 于响应一个呼叫。 网络服务器可分为以下四类： 代理服务器( p r o x ys e r v e r ) ：主要用于路由选择。负责将s i p 用户请求和响应 转发到相应的下一个服务器。 重定向服务器( r e d i r e c t i o ns e r v e r ) ：接收到s i p 请求后，不将其转发，而是将 包含相应服务器地址的应答返回给提出请求的呼叫方，呼叫方可以根据得到的 新位置重新呼叫。 注册服务器( r e g j i s t r a t i o n ss e r v e r ) ：接收终端的注册请求，完成用户地址的注册。 定位服务器( 1 0 c a t i o ns e r v e r ) ：定位服务器是使用s i p 的任何体系结构中的重 要部分。定位服务器提供定位服务。它们为用户存储和返回可能的地址。当收 到注册信息，注册服务器上传用户位置信息到定位服务器；代理服务器或重定 7 9 ，p 蹴 p 卜 北京邮电大学硕士研究生论文第一章绪论 向服务器从定位服务器查询用户位置。 1 3 2 2s i p 协议消息格式【1 0 l s i p 是基于文本的协议，s i p 消息包括从客户机向服务器发送的请求或向客户机发 送的应答，即s i p 消息分为两大类：请求消息( r e q u e s t s ) 和应答消息( r e s p o n s e ) 。不 论是请求消息还是应答消息，其消息格式基本相同，都是由一个起始行( s t a r t 1 i n e ) 、 一个或多个消息头( h e a d e r ) 、一个空行以及作为可选项的消息体( m e s s a g eb o d y ) 组 成。起始行和头域根据业务、地址和协议特征定义了呼叫的本质，消息体独立于s i p 协 议，可携带任何基于文本的信息，而请求的方法和响应的状态码决定了消息正文该如何 解释。为描述一个会话，典型的s i p 消息正文是一个会话描述协议( s d p ) 消息。 s i p 定义了下述6 种请求方法： 1 ) 小e ：邀请用户加入呼叫； 2 ) b y e ：终止两个用户之间的呼叫； 3 ) o p t i o n s ：请求关于服务器能力的信息； 4 ) a c k ：确认客户机已经接收到对i n v i t e 的最终响应； 5 ) r e g i s t e r ：提供地址解析的映射，让服务器知道其它用户的位置； 6 ) i n f o ：用于会话中的信令。 s i p 定义了下述6 类响应( 响应码的第一个数字用来给响应消息进行分类) ： 1 ) l x x - - p r o v i s i o n a l ：临时响应，表明u a s 已经收到请求，正在继续进行处理。u a c 收到该响应后，进行相应处理，但不能结束事务； 2 ) 2 x x - - s u c c e s s ：成功响应，请求被成功的收到、理解并接受； 3 ) 3 x x - - r e d i r e c t i o n ：重定向响应，为完成请求，需要进一步的动作，一般携带重 定向地址。u a c 收到后，自动或者手工选择重定向地址，重新发起请求； 4 ) 4 x x - - c l i e n te r r o r ：客户机错误，收到的请求中包含语法错误，或者由于u a c 的原因服务器不能完成该请求； 5 ) 5 x x - - s e r v e re r r o r ：服务器错误，服务器不能完成一个明显有效的请求； 6 ) 6 x x - - g l o b a le r r o r ：全局错误，请求不能在任何服务器上完成。 1 3 2 3s i p 协议的扩展 s i p 协议的特点在于其简洁性及易扩展性。建立了强大的扩充机制，以弥补s i p 能 力的欠缺，增强业务能力、安全性和o o s 能力，并使得s i p 适用于传统电信网络应用模 型。由于s i p 协议基于文本，使得对其扩展十分简便。具体可包括对消息类型的扩展、 8 北京邮电大学硕士研究生论文 第一章绪论 对消息头的扩展和对消息体的扩展。 其中，在r f c 3 2 6 5 中定义了对事件通知的扩展：增加了消息类型s u b s c r i b e 、 n o t i f y ，s i p 消息头a l l o w e v e n t s 、s u b s c r i p t i o ns t a t e ，响应2 0 2 a c c e p t 、4 8 9 等。 s u b s c r i b e 发起订阅，订阅拥有状态( 激活、等待、终止) ；收到2 x x 响应或n o t i f y 消息时创建一个对话( 与i n v i t e 类似的对话) ，后续s u b s c r i b e 与n o t i f y 在对话 中传递；对话有一个有效时间，超时前需要重新订阅；s u b s c r i b e 的超时及取消机制 与r e g i s t e r 类似。 在r f c 3 9 0 3 中定义了对状态发布的扩展：增加了p u b l i s h 消息类型，用于客户端 主动向状态代理发布状态。 在r f c 3 4 5 5 中则定义了专用于3 g p pi m s 的扩展，包括s i p 压缩、安全性、私有包 头的使用、预处理能力、s i p 的头部和消息体类型的扩展、s i p 定时器取值的调整及网 络发起的呼叫释放。 此外，对于消息类型、消息头和消息体的扩展，均可根据需要来增加新的消息头以 支持新的特性，或对原有的内容进行补充。 在本文所述的个域网与广域网融合的业务环境下，对于s i p 协议的扩展主要表现在 对状态发布及事件通知的消息体的扩展上，第三章将对消息的扩展做进一步设计。 1 4 论文主要工作 本文依托国家8 6 3 项目基于认知的无线个域网与广域网融合关键技术与实验系统 开发，在前期深入调研未来移动城市发展需求、业务平台发展趋势，及相关移动业务 应用开发的积累之上，作为u s t + 项目1 9 j 的延续，继承了其在融合终端子系统的设计思 想，扩展了个域网的概念，研究了个域网与广域网融合的相关技术，特别针对该融合框 架下终端融合业务环境，提出了具有网络智能会话控制的业务架构。 本文的创新点和工作主要体现在以下几个方面： 1 调研分析目前个域网与广域网融合关键技术研究的现状及发展，提出该背景下 的终端融合与智能网络控制相结合的业务提供模式的可行性和必要性。 2 在网络融合的研究基础上，针对广域网核心网融合的现有主流i m s 技术及相关 s i p 协议进行研究，作为本文所设计架构和信令交互的基础。 3 以i m s 核心网架构为基础，为支持个域网终端融合，提出基于网络会话控制的 业务架构的设计，尤其是对该架构中关键业务引擎扩展了控制层的功能实体， 9 北京邮电大学硕士研究生