（控制理论与控制工程专业论文）基于ims的离线计费系统的研究与实现.pdf

摘要 摘要 随着i p 网络技术、移动通信技术和多媒体技术的蓬勃发展，人们对未来的通信网络提出了全新 的要求，i p 多媒体子系统( i pm u t i l m e d i as u b s y s t e m ，简称i m s ) 作为未来通信网络的发展方向，逐渐 成为全球通信领域的研究热点，呼叫会话控制功能实体( c s c f ) 是i m s 中最重要的功能实体，负责 对用户多媒体会话进行处理，其功能包括多媒体会话控制、地址翻译、对业务协商进行服务转换以 及产生计费信息等。新业务的推广必然与其相应的计费方法息息相关。 本文针对会话事件计费模式的特点，设计了c s c f 功能实体的离线计费系统，给出了系统具体 部署方案，重点设计并实现了其中两个主要模块：计费客户端_ t f ( c h a r g i n gt r i g g e rf u n c t i o n ) 和计费服务端d f ( c h a r g i n gd a t af u n c t i o n ) 。 设计开发过程中成功解决了诸多问题：通过系统功能需求分析，分解c t f 和c d f 模块，满足 了系统的松耦合结构要求；结合停止等待和滑动窗口机制，实现了计费数据在模块内部的准确传送； 设计了链路状态机，有效保障了c t f 和c d f 模块之间计费信息的准确传递；采用二级缓存和封装 缓存类机制，实现了计费数据在内存中的快速存储；分类汇总计费信息，构造原始话单，实现了对 会话计费信息的统计；引入定时器，确保了系统的正常运行。论文给出了部分部署图、状态图、协 作图和流程图，详细说明了系统的实现。 测试结果表明：系统达到了设计要求，运行可靠。 关键词：离线计费，计费客户端，计费服务端，c t f ，c d f ，c s c f a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi pn e t w o 叱m o b i l ec o m m u n i c a t i o na n dm u l t i m e d i as e r v i c e s ，c o m p l e t e l yn e w r e q u i r e m e n t s f o rf u t u r ec o m m u n i c a t i o nn e t w o r kh a v eb e e np u tf o r w a r d a st h ef u t u r et r e n do f c o m m u n i c a t i o n , i m s ( i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ) i si n c r e a s i n g l yb e c o m i n gah o ti s s u ei nt h er e s e a r c hf i e l d o fg l o b a lc o m m u n i c a t i o n 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 ) i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tf u n c t i o n e n t i t i e s ，w h i c hi sr e s p o n s i b l ef o rp r o c e s s i n gu s e rm u l t i m e d i as e s s i o n i t sf u n c t i o n si n c l u d em u l t i m e d i a s e s s i o nc o n t r o l ，n e t w o r ka d d r e s st r a n s l a t i o n ，s e r v i c et r a n s f o r m a t i o nf o rt h es e r v i c ec o n s u l t a t i o n , g e n e r a t i o n o fc h a r g i n gi n f o r m a t i o na n ds oo n i ti so b v i o u st h a tt h es e r v i c e sp r o m o t i o ni sc l o s e l yr e l a t e dw i t hi t s c o r r e s p o n d i n gc h a r g i n gm e t h o d c o n s i d e r i n gt h ef e a t u r e so ft h es e s s i o n e v e n tc h a r g i n gs c h e m e ，a l lo f f l i n ec h a r g i n gs y s t e m ，b a s e do n c s c fi sd e s i g n e d s p e c i f i cm e t h o da b o u tt h ed e p l o y m e n to fs y s t e mm o d u l e si s p r o p o s e d t w om a i n m o d u l e sa r ed e s i g n e da n di m p l e m e n t e d ，n a m e l yc h a r g i n gc l i e n t - - - - - - c t f ( c h a r g i n gt r i g g e rf u n c t i o n ) a n d c h a r g i n gs e r v e r - - - - - - c d f ( c h a r g i n gd a t af u n c t i o n ) p r o b l e m sa r es u c c e s s f u l l yr e s o l v e dd u r i n gs y s t e md e s i g n i n ga n dd e v e l o p i n g a c c o r d i n gt os y s t e m r e q u i r e m e n t s ，c t fa n dc d fa r eb r o k e nd o w nt os m a l l e rm o d u l e s ，w h i c hm e e tt h es y s t e mr e q u i r e m e n to f l o o s ec o u p l i n gs t r u c t u r e s t o p a n d w a i tp r o t o c o la n ds l i d i n gw i n d o wm e c h a n i s ma r eu s e dt oe n s u r et h e c o r r e c tt r a n s m i s s i o no fc h a r g i n gd a t ai n s i d et h em o d u l e t h el i n ks t a t em a c h i n ei sd e s i g n e d ，w h i c hm a k e s s u r et h a tt h ec h a r g i n gi n f o r m a t i o nt r a n s m i t sc o r r e c t l yb e t w e e nc t fa n dc d er a p i dc h a r g i n gd a t as t o r a g e i sa c h i e v e du s i n gt w o - l e v e lc a c h ea n dc a c h ec l a s se n c a p s u l a t i o nm e c h a n i s m s t h es t a t i s t i c so fs e s s i o n c h a r g i n gi n f o r m a t i o na l ea c h i e v e dt h r o u g ha g g r e g a t i o no ft h e c l a s s i f i e dc h a r g i n gi n f o r m a t i o na n d f o r m a t i o no fo r i g i n a ld a t al i s t s y s t e mo p e r a t i o ni ss e c u r e dt h r o u g ht i m e rd e s i g n f i n a l l y , s o m ed e p l o y m e n t d i a g r a m s ，s t a t ed i a g r a m s ，c o l l a b o r a t i o nd i a g r a m sa n df l o wc h a r t so ft h es y s t e ma r ep r e s e n t e di nt h i st h e s i s t h ei m p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e mi si n t r o d u c e di nd e t a i l s y s t e mt e s t i n gp r o v e st h a tt h es y s t e mm e e t st h ed e s i g nr e q u i r e m e n t sa n do p e r a t e sw e l l k e y w o r d s ：o f f l i n ec h a r g i n g , c h a r g i n gc l i e n t , c h a r g i n gs e r v e r , c t f , c d f , c s c f i i 缩略词 缩略词 缩略语英文解释中文解释 3 g p p 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e r s h i pp r o j e c t 第三代合作伙伴计划 a c a a c c o u n t i n ga n s w e r 计费应答 a c r a c c o u n t i n gr e q u e s t 计费请求 a s a p p l i c a t i o ns e r v e r 应用服务器 帆 a t t r i b u t ev m u ep a i r s 传递属性值对 b d b i l l i n gd o m a i n 计费中心 b g c fb r e a k o u tg a t e w a yc a l lf u n c t i o n 出口网关控制功能 c d f c h a r g i n gd a t af u n c t i o n 计费数据功能 c d rc a nd e t a 订r e c o r d s 通话详细记录 c g f c h a r g i n gg a t e w a yf u n c t i o n 计费网关 c sc i r c u i ts w i t c h e d电路交换 c s c fc a l ls e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n 呼叫会话控制功能 c t f c h a r g i n gt r i g g e rf u n c t i o n 计费触发功能 d s l d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e 数字用户线 f e f u n c t i o ne n t i t y功能实体 f s mf i n i t es t a t em a c h i n e有限状态机 g g s n g a t e w a yg p r ss u p p o r t i n gn o d e g p r s 网关支持节点 g p r sg e n e r a lp a c k e tr a t i o ns e r v i c e 通用分组无线业务 g s mg l o b a ls y s t e mm o b i l e全球移动通信系统 h s sh o m es u b s c r i b e rs e r v e r归属签约用户服务器 i e t fi n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e 互联网工程任务组 i m si pm u l t i m e d i as u b s y s t e m i p 多媒体系统 i s d n i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a ln e t w o r k 综合业务数字网 i t ui n t e m a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n国际电信联盟 m g c fm e d i ag a t e w a yc o n t r o lf u n c t i o n 媒体网关控制功能 m r f cm 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 多媒体资源功能控制器 m r f pm 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 多媒体资源功能处理器 n g n n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k 下一代网络 p d pp a c k e td a t ap r o t o c 0 1分组数据协议 p sp a c k e ts w i t c h e d 分组交换 p s t np u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k 公共交换电话网 q o sq u a l i t yo fs e r v i c e服务质量 s c t p s t r e a m i n gc o n t r o lt r a n s m i s s i o np r o t o c o l 流控制传输协议 s i ps 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 s g s n s e r v i n gg p r ss u p p o r t i n gn o d e 服务g p r s 支持节点 s m 噼 s i g n a lm a i np r o c e s s o r 信令主要处理器 t l s t r a n s p o r tl a y e rs e c u r i t yp r o t o c o l 安全传输层协议 u e u s e re q u i p m e n 用户设备 u m t su n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m通用移动通信系统 w c d m aw i d e b a n dc o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s 宽带码分多址 v 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个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，也不包含为获得东南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了 谢意。 研究生签名：霭童壶透日期：兰! 堑尹一7 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的复 印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和 纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布 ( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研究生院办理。 研究生签名：霆查盂导师签名：墨幺日期： 第一章绪论 1 1 研究背景 1 1 13 g 移动通信网简介 第一章绪论 第三代移动通信技术( 3 g ) 的概念最初由国际电信联盟( i t u ) 于1 9 8 5 年提出，后来正式命名为 i m t - 2 0 0 0 。经过多年的研究，于1 9 9 7 年进入实质性的技术选择与标准制定阶段。经过一系列的评估 与标准融合后，于1 9 9 9 年1 1 月举行的i t u rt g 8 i 赫尔辛基会议上最终确定了第三代移动通信无 线接口标准，并于2 0 0 0 年5 月举行的i t u r2 0 0 0 年会( r a 2 0 0 0 ) 上最终得到批准，被正式命名为 i m t - 2 0 0 0 无线接口技术规范( m 1 4 5 ) 。3 g 网络分为接入网和核心网两部分。3 g 的无线接口技术主 要包括w c d m a 、t d s c d m a 和c d m a 2 0 0 0 。其中前两者组成u n i t s ( u n i v e r s a lm o b i l e t e l e c o m m u n i c a t i o n ss y s t e m ，通用移动通信系统) 阵营，后者属于c d m a 2 0 0 0 阵营。这三种标准除了 无线接入部分有较大差异外，核心网基本上是一致的j 。 八十年代至今，移动通信发展迅猛、日益普及。从第一代模拟移动系统到目前占主流地位的第 二代数字移动系统，人们对数据传输率的需求也越来越高，以多媒体传输业务为核心的第三代移动 通信系统( 3 g ) 逐渐成为当前通信领域的开发热点。通用移动通信系统是无线技术采用w c d m a 的第 三代移动通信系统，由3 g p p 对3 g 网络中的各项核心技术进行标准化。u m t s 网络发展经过了一个 不断演进的过程，到目前有5 个版本：r 9 9 ( r e l e a s e9 9 ) 、r 4 ( r e l e a s e4 ) 、r 5 ( r e l e a s e5 ) 、r 6 ( r e l e a s e 6 ) ，以及刚刚起步的r 7 ( r e l e a s e7 ) 。 目前，在全球已安装和试开通的w c d m a 网络大多基于r 9 9 版本。该版本的网络结构继承了第 二代移动通信系统一一g s m g p r s 核心网结构，与g s m g p r s 最大的不同在于接入网采用了 w c d m a 无线接入，同时引入了i u 接口。此外还采用了分组传输，更有利于实现高速移动数据业务 的传输。r 9 9 版本在2 0 0 0 年3 月份冻结，目前标准已相当完善。 r 4 版本在核心网电路域部分针对r 9 9 基于t d m 的电路核心网进行了很大改进，提出与承载无 关的电路交换网络b i c s c n ( b e a r e ri n d e p e n d e n tc i r c u i ts w i t c h i n gc o r en e t w o r k ) 的概念，主要体现在： 网络采用分层开放式结构，呼叫控制与承载层相分离，话音、信令分组化。r 4 版本功能于2 0 0 1 年3 月冻结并正式完成。 在u m t s 的r 5 版本中，为适应i p 多媒体应用的发展趋势引入了i m s ，它和分组域一起实现实 时和非实时的多媒体业务，并可以实现与电路域的且操作。i m s 是第三代移动通信核心网络的重要 组成部分，增添了许多新的功能实体，其中最重要的是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 ，呼叫会 话控制功能) ，它控制着整个i m s 会话，负责对用户多媒体会话进行处理，处于i m s 体系的核心地 位。i m s 在现有移动通信网络i p 分组域的基础上，实现了话音、视频、消息和数据等等多媒体业务 的融合，实现了2 g 、3 g 或者无线局域网等等无线接入手段的融合，实现了移动通信与传统固话通 信和原有互联网终端通信的融合。此时，u m t s 核心网络分为三部分：电路交换域( p sd o m a i n ) 、分 组交换域( c sd o m a i n ) 和i p 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 ) 。r 5 版本的功能最终于 2 0 0 2 年6 月冻结f 2 】o r 5 版本主要提出了i m s 的基本功能，端对端的服务质量( q o s ) 框架，但是没有定义i m s 与 p s t n 、s i p 网络之间的互联标准。因此3 g p p 在r 6 和r 7 版本对 m s 做了进一步深入研究，弥补 r 5 中的缺点，并引入了许多新特征。 r 6 网络结构层面主要提出了i m s 与p s t n 、w l a n 的互联标准，包括i m s 与c s 的互通，支持 s i p i s u p 互通和c s 漫游情况；i p 多媒体之间的互通，其中包括i p v 4 i p v 6 互通；对w l a n 接入方 式的支持。业务方面定义了对彩信( m m s ) 、定位业务( l c s ) 、一键通( p o c ) 和多媒体广播业务( m b m s ) 等基于流的业务计费要求。 1 东南大学硕士学位论文 r 7 主要研究以下的技术特征：通过电路交换域承载提供i m s 话音；通过分组域提供紧急服务： 提供基于w l a n 的i m s 话音与g s m 网络的电路域互通功能；支持d s l 或c a b l em o d e m 接入方式 等。 1 1 2 计费系统简介 经过多年的发展，传统的话音( 同定、移动、i p 等) 、互联网接入等业务的计费方式和计费方法 已经基本固定，适合于过程明确、逻辑简单、变化较少的系统，但是缺少灵活性。随着互联网内容 服务、3 g 等新技术新应用的出现和发展，人们对计费方式、批价方式提出了新的要求，呈现出新的 发展趋势p j 。 另外，传统的计费系统在数据完整性、规范性、可用性方面存在很大问题，直接导致计费结果 不准确，收入流失。许多以前建设的计费系统不能再使用，为企业提供端到端的服务运营和支撑带 来很人的困难，无法支撑像3 g 这样业务模式尚不明确的未来业务。随着业务的不断发展，市场竞 争的不断加剧，经营分析系统在企业正常经营过程中的作用越来越重要，而计费系统作为经营分析 数据的重要来源之一，需要提供出实时、准确、全面的分析数据。计费系统的准确性、实时性直接 关系到客户服务质鼍和电信运营商的收入i 4 】。 与2 g 相比，3 g 的最人优势在于它能够提供高速数据接入，这使其除可承载原有的话音业务和 短信业务外，还能够开设许多新的业务，包括多媒体信息、视频电话、高速移动且联网等各种应用， 这将极大丰富移动用户的使用。针对这些新业务的出现，3 g 计费不但针对用户也针对第三方合作伙 伴，这使得3 g 计费不得不考虑支持更多的计费模式。目前，对计费模式可分为以下几类【5 叫： 基于使用量的计费 基于使用量的计费是根据用户使用业务，在网络承载面记录时长、流量、次数等计费要素，进 行批价、计费的过程，是目前基本通信业务普遍采用的一种计费模式。 基于服务内容价值的计费 3 g 业务的价值链中增加了服务提供商、内容提供商。因此网络运营商、服务提供商、内容提供 商三者必须建立合作伙伴关系，并同时保证服务提供商、内容提供商的利益，才可以保证价值链的 完整。然而服务提供商、内容提供商的服务内容价值无法按交易过程中的数据流量米衡量。3 g 计 费框架的一个显著特点是允许服务提供商、内容提供商为提供的服务和内容自主确定价格，并通过 技术手段提供给计费采集单元，计费系统根据外部价格，而不是根据本身的价格进行批价。 基于融合业务的计费 基于融合类业务的计费必须在计费系统中进行完整的客户属性、客户关系、客户状态的维护， 这种计费方式可以充分体现运营商对客户的关怀，是刺激客户消费的有效手段。 基于服务质霄= 和服务水平的计费 服务质量是客户消费的基础。针对不同的客户，服务质量标准也有所不同，冈此相关的计费模 式应具有良好的灵活性。有效的服务质量监控及管理手段，不但可以避免计费模式上的盲目性，而 且可以更好的掌握成本和收益的相互关系。 基于会话事件的计费 3 g 网络发展到r 5 阶段时，引入了i m s 概念，实现了网络承载与控制的分离。新引入的1 m s 域对一次会话的过程进行控制，当计费触发条件满足时，就会配置i m s 网络实体进行检测。检测之 后，实体从信令请求中收集必要的信息，然后通过发送相关信息到计费系统来创建计费话单用于以 后生成计费账单。计费触发器可以是会话发起、会话修改、会话终止请求，也可以是为创建会话而 触发的事件请求，例如订阅请求。i m s 网络的出现是3 g 网络发展的重要阶段，新的网络架构对计 费系统提出了更高的要求，基于会话事件的计费正是适应这一要求而出现的。随着网路的不断发展， 这一新的计费模式也在不断的发展变化，以后将成为i m s 域计费的标准。 3 g 网络电路交换域、分组交换域、i m s 域，根据具体的需求，可采取不同的计费模式。若按照 网络的计费能力分类，可将计费系统分为两大类1 7 - 8 ： 2 第一章绪论 在线计费 计费信息实时影响会话和服务提供的一种计费方式。用户在接入系统之前需从运营商购买充值 一定的信用金额( c r e d i t ) 。系统在允许用户使用请求的网络资源之前，需到在线计费系统查询用户的 信用金额；在服务提供过程中，在线计费系统与用户帐户进行实时交互，并控制或监视与服务使用 相关的费用，实时地从用户的信用金额中扣除，信用金额用完时终止会话。预付费服务就是在线计 费能力的应用。 离线计费 计费信息不会实时影响会话和服务提供的一种计费方式。在资源使用后由网络向计费系统汇报 资源的使用情况。该方式下，用户一般每隔一段时间( 如一个月) 收到一张帐单，该帐单显示用户在 这段时间内的所有计费项目。后付费服务就是离线计费能力的应用。 各人运营商可根据客户不同的需求定制不同的计费策略，但由于计费形式的多样，以及客户需 求的扩大化，离线计费系统显得日益重要。 1 - 2 国内外研究现状 i p 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 ，l m s ) 是在3 g p pr 5 版本中提出的，它叠加在分组交 换网络上，位于3 g 核心网中，利用全i p 网络负责3 g 系统中的多媒体通信。 从标准上看，虽然i t u 、3 g p p 、t i s p a n 都已经确定i m s 作为n g n 的基础框架，但由于很多 网络实体和接口的功能还需要进行增强或修改，冈而对计费的要求也在不断的变更。此外，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、消息及参数还需要具体的规范定 义。这些版本的规范在多人程度上可以满足实际需求，还需要进一步地分析和确认，所以在规范标 准上还需要做大量的工作i 弘1 0 j 。 从产品的开发来看，国内外主流厂商都在提供自己的i m s 解决方案，进行i m s 产品的开发。如， 西门子的i m s v a n t a g e 系统、朗讯提出的“a c c e l e r a t ei p 多媒体子系统”解决方案、摩托罗拉的“i m s i n t e r o p e m b i l i t yp r o g r a m ”、华为i m s 3 0 解决方案、中兴通讯推出的基于i m s 的p 2 p 网络解决方案 以及北电提出“s u c c e s s i o ni n t e r a c t i n gm u l t i m e d i as e r v e r ”解决方案等。但由于标准进程的限制，这 些设备厂商的产品还只是针对1 m s 的某些应用，还不是完整意义的i m s 网络产品，不能满足运营商 大规模建网的需求。 作为全球最大的移动通信市场，中国3 g 的发展无疑将对世界移动通信市场产生深远的影响， 因此中国3 g 的未来发展走向也倍受关注。国内，电信、网通、移动和联通四人电信运营商为了在 竞争中处于更加有利的位置，都投入巨资对计费系统进行建设，以对市场营销、客户服务、经营分析 等方面提供更好的支撑。通过这一轮的建设，建立和健全了计费体制和计费流程，设置了各级的计 费机构和计费人员，开发的各级、各专业的计费系统可以提供基本的计费、帐务、结算等功能，初 步改变了计费工作的被动局面，并能对市场营销提供一定的支撑。 1 3 课题研究内容及意义 1 3 1 课题研究内容 论文以3 g 网络和计费的发展为背景，重点研究i m s 中c s c f 功能实体的离线计费系统，对i m s 会话和事件进行计费。主要研究内容如下： 1 研究离线计费原理 i m s 既支持离线计费系统，也支持在线计费系统，通过分析比较两种计费方法的不同，归纳出 离线计费的特点：计费模式的选择，影响整个计费系统设计，结合i m s 注册与会话流程，研究基于 会话事件的计费模式。 2 设计计费系统的整体框架 研究3 g p pt s3 2 2 4 0 、3 g p pt s3 2 2 6 0 、3 g p pt s3 2 2 9 5 、3 g p pt s3 2 2 9 8 、3 g p pt s3 2 2 9 9 、 3 东南大学硕士学位论文 r f c3 5 8 8 等计费协议，划分各个模块的功能职责，设计离线计费系统整体结构，并结合公司实际需 求，给出具体部署方案。 3 设计并实现计费客户端 参考计费协议，分析计费客户端功能，分解功能模块，编写代码，实现系统正常工作。 4 设计并实现计费服务端。 研究计费服务端原有模块，结合新的系统需求，划分模块，最终能够产生原始计费话单。 1 3 2 课题研究意义 随着3 g 技术和相关业务的成熟，3 g 商用已被国内各大电信运营商提上了日程表。作为电信运 营商的核心竞争力之一，计费系统在某种程度上决定了一个电信运营商的兴衰成败。与现有网络相 比，3 g 核心网i m s 网络能够向用户提供增强型i p 业务( 主要是多媒体业务) ，在带宽、传输速率以 及q o s 方面都有相当显著的优势，为开展宽带多媒体数据应用提供了良好的基础平台。目前，以可 视电话、流媒体及高速数据下载等为主的3 g 业务应用正得到高速发展。传统的基于时长或数据流 量的计费方法已不能解决移动互联网的计费需要。而基于会话事件的计费模式能够实现对i m s 多 媒体会话的有效计费，满足对计费信息采集的不同需求；面向客户的离线计费，为客户提供了先使 用后付费的优质服务，解决了实时计费影响使用的问题。 1 4 课题来源及论文结构 本文作者参加了中兴通讯南京研发中心c s c f 离线计费项目的设计与实现，并以此项目为背景 完成了此论文。作者在深入分析当前计费系统现状的基础上，针对当前计费系统面临的问题和挑战， 参考r 6 阶段的3 g p p 协议，设计了c s c f 功能实体的离线计费系统，具体安排如下： 第一章绪论：首先介绍了3 g 移动通信的发展以及计费系统的现状，对课题的研究背景以及 对象有了一个整体认识，然后提出了课题的研究内容，明确了丁作重点。 第二章i m s 网络体系结构：首先介绍了i m s 网络架构以及功能实体和接口，然后分析了i m s 注册和会话流程，本章是研究i m s 离线计费的基础。 第三章离线计费系统总体设计：介绍了离线计费系统的需求分析、总体目标，在此基础上， 建立系统架构，完成系统部署设计。 第四章计费客户端设计与实现：根据状态机和计费原理，重点介绍计费客户端的设计，分析 了其中的关键技术，并给出了程序的实现流程。 第五章计费服务端设计与实现：介绍了计费服务端的模块化设计，并给出了各模块的软件实 现流程。 第六章系统测试：说明了软件的测试过程和统计结果。 第七章总结与展望：对全文进行了总结并提出了继续研究的方向。 4 第二章i m s 网络体系结构 2 1i m s 网络架构 第二章i m s 网络体系结构 i m s 是独立于接入技术并提供i p 多媒体业务的体系架构，它由所有能提供多媒体服务的功能实 体组成，包括了与信令和承载相关的功能实体的集合。i p 多媒体业务是基于i e t f 定义的会话控制 能力，利用分组域和多媒体承载来实现。 为了实现接入的独立性和支持无线终端与i n 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i e 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i e t f 的s i p 协议 1 l - 1 3 j 。 i p 多媒体予系统的结构，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。 3 g p p 定义了i m s 中的功能实体，以及它们之间的接口。其整体逻辑结构如图2 1 所示。 图2 1i m s 体系与分层结构 3 g 网络采用分层的方法进行体系设计，这意味着传输和承载服务被从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。另外，在传送与接入层，引入了网络边 界功能的概念，主要是为了适应多运营商网络的需求，它们由图中的a b g f ( 接入边界网关功能) 、 t = m g f ( 中继媒体网关功能) 、i - b g f ( 互联出口网关功能) 等功能实体米完成；s p d f ( s e r v i c ep o l i c y d e c i s i o nf u n c t i o n ，业务策略决策功能) 主要是向应用层提供统一的接口，屏蔽底层网络拓扑和具体 的接入类型，提供基于业务的策略控制；i b c f ( i n t e r c o n n e c t i o nb o r d e rc o n t r o lf u n c t i o n ，互联出口控 制功能) 主要是实现与其它l p 网络的互通；1 w f ( i n t e r - w o r k i n gf u n c t i o n ，互通功能) 主要完成无线 数据业务和i p 接入网的互通i i 引。 5 东南大学硕士学位论文 2 2i m s 功能实体及接口 2 2 1i m s 功能实体介绍 m s 网络内部的包括了众多的功能实体，它们协同合作，完成i m s 的各项功能。现将介绍一些 主要的功能实体i l0 | 。 1 呼叫会话控制功能( c s c f ) 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 ，呼l 会话控制功能) 是i m s 中最重要的功能实体，负责对 用户多媒体会话进行处理，其功能包括多媒体会话控制、地址翻译以及对业务协商进行服务转换等。 c s c f 在i m s 中实现了多媒体呼叫中主要的控制功能，它可以看作i e t f 架构中的s i p 服务器，用于 完成呼叫网关功能、呼叫业务触发功能和路由选择功能。 c s c f 按功能层次划分可以分为以下的功能单元：代理c s c f ( p c s c f ) 、查询c s c f ( i - c s c f ) 、 服务c s c f ( s - c s c f ) 。网络可以根据服务多样性、安全性、可靠性、负载分担和网络内部设置对外 隐藏等要求来进行功能单元的配置。 ( 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”米得到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i n v i t e 消息中请求的u r l 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l i 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l i e 提供的域名决定： 把l i e 发来的s i p 消息转给s i p 服务器，该服务器名字由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l i 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 米执行s i p 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 i 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；与服务平台交互米向用户提供服务；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 6 第二章i m s 网络体系结构 中的i - c s c f 。根据运营策略，把s i p 请求或响应前转给i f 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 i 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 请求或响虑前转给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 i p 请求或响应转发给b g c f ； 生成计费记录。 2 归属签约用户服务器( h s s ) h s s ( h o m es u b s c r i b e rs e r v e r ，归属签约用户服务器) 是i m s 中所有与用户和服务相关数据的主 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。除 了上述与i m s 相关的功能以外，h s s 还包含了分组域和电路域所需要的归属位置寄存器和认证中心 功能的子集。 3 媒体网关控制功能( m 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 ，媒体网关控制功能) 是使得i m s 终端设备和c s 域用户 终端之间能够进行通信的网关。所有来自c s 用户的呼叫控制信令都指向m g c f 。m g c f 负责从i s d n 用户部分( i s u p ) 协议或承载无关呼叫控制( b i c c ) 协议到s i p 协议的转换，并将控制信令转发给i m s 核心的呼叫会话控制功能实体。类似地，所有i m s 发起到c s 域用户终端的控制信令也经过m g c f 。 m g c f 能够报告计费信息给计费触发功能模块。 4 出口网关控制功能( b g c f ) b g c f ( b r e a k o u tg a t e w a yc a l lf u n c t i o n ，出口网关控制功能) 负责选择到c s 域出口的位置。所选 择的出口可以与b g c f 处在同一个网络或不同网络。如果出口位置属于相同网络，那么b g c f 选择 相应的m g c f 进行进一步的会话处理；反之，b g c f 将会话转发到不同网络相应的b g c f 。b g c f 能够报告计费信息给计费信息触发功能模块，并且收集统计信息。 5 多媒体资源功能控制器( m r f c ) 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 ，多媒体资源功能控制器) 用于支持与承载相关的 业务，例如会议、