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i m s 系统中基于策略的接入控制机制 i m s 系统中基于策略的接入控制机制 摘要 i p 多媒体子系统( i m s ) 是第三代移动通信伙伴组织( 3 g p p ) 在r e l e a s e5 版本标准的基础之上提出的支持i p 多媒体业务的子系 统。i m s 将i p 技术与移动通信深度融合，具备通信与接入方式无关、 控制功能与承载分离等诸多显著特点。但是作为下一代网络中最有前 途的核心网方案，现有的标准对i m s 支持多种不同接入方式的解决 方案缺乏全面的考虑以及深入的研究，这对i m s 来说这无疑是一种 缺憾。因此，本论文所完成的关于i m s 中基于策略的接入控制机制 的理论研究和设计工作，对于i m s 网络及相关技术的理解与推广有 着很强的现实意义。 论文目的是要解决如何利用i m s 体系中的关键模块策略控 制实体，实现基于策略的接入控制机制，以支持i m s 的接入无关性。 本文首先介绍了i m s 的背景知识，以及i m s 基于策略的q o s 管理。 其次研究并阐释了3 g p pr 5 定义的移动( g p r s ) 接入i m s 的策略控 制机制和3 g p pr 6 定义的w l a n 接入i m s 的策略控制机制。然后， 通过借鉴以上两种机制，本文创新性地提出了通过固定方式( x d s l ) 接入i m s 核心网络的策略控制机制，并以q o s 敏感的v o l p 业务为例， 给出了上述技术的具体应用方法，实现了该接入控制方案。接着，在 结合3 g p p 和t i s p a n 标准成果的基础上，设计了i m s 融合多种接入 方式的控制架构，并将分级式策略控制的思想引入到多域接入控制机 制中，提出一种新的通用性接入承载控制的解决方案，应用于一个融 合i m s 网络架构中进行策略控制的案例，实现了不同接入域之间的 q o s 协商。最后总结全文，指出课题中有待进一步深入研究的问题。 关键词i p 多媒体子系统( i m s ) 接入无关性策略控制网络融合 i m s 系统中基于策略的接入控制机制北京邮电大学硕士学位论文 p o l i c y = b a s e da c c e ss c o n t r o lm e c h a n l s m0 fi m s a bs t r a c t i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ( i m s ) i s p r o p o s e db y3 r dg e n e r a t i o n p a r t n e r s h i pp r o j e c tb a s e do nr e l e a s e5f o rs u p p o r t i n gt h ei pm u l t i m e d i a s e r v i c e s i m sp r o v i d e st h ec o n v e r g e n c eo fl pa n dm o b i l ec o m m u n i c a t i o n i ts u p p o r t sa c c e s si n d e p e n d e n c ea n ds e p a r a t i o no fc o n t r o lf u n c t i o na n d b e a r e re t c h o w e v e r , a st h em o s tp r o m i s i n gc o r en e t w o r ks c h e m eo ft h e n e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k ，i ti sap i t yt h a tt h ep r e s e n ti m ss t a n d a r di ss h o r t o ft h r o u g ht h o u g h ta n dd e e pr e s e a r c hi n t ot h es o l u t i o n st om u t i a c c e s s m o d e ，s ot h et h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n dd e s i g no fp o l i c y b a s e da c c e s s c o n t r o lm e c h a n i s mi nt h i st h e s i sh a sg r e a tm e a n i n gf o rt h eu n d e r s t a n d i n g a n dg e n e r a l i z a t i o no fl m sn e t w o r k t h et h e s i sa i m st o i m p l e m e n tt h ep o l i c y - b a s e da c c e s s c o n t r o l m e c h a n i s mw i t ht h ek e ym o d u l ec a l l e dp o l i c yc o n t r o le n t i t yi no r d e rt o s u p p o r tt h ea c c e s si n d e p e n d e n c ei ni m s f i r s t l yt h i st h e s i si n t r o d u c e st h e i m sb a c k g r o u n d ，a n de x p l a i n sp o l i c y - b a s e dq o sm a n a g e r m e n to fi m s s e c o n d l yi tr e s e a r c h e sa n dd e s c r i b e st h ei m p l e m e n t a t i o no fp o l i c yc o n t r o l m e c h a n i s mo fi m sf r o mg p r sa c c e s sd e f i n e di n3 g p pr 5a n df r o m w l a na c c e s sd e f i n e di n3 g p pr 6 t h i r d l y , b yr e f e r r i n gt h et w oa b o v e d i m s 系统中基于策略的接入控制机制 北京邮电大学硕士学位论文 m e c h a n i s m s ，t h et h e s i sp r o p o s e san e wp o l i c y - b a s e da c c e s s c o n t r o l m e c h a n i s mo fi m sf r o mf i x e d ( x d s l ) a c c e s s t h e nt h ed e t a i l e d a p p l i c a t i o no ft h et e c h n o l o g yi s o f f e r e db yt a k i n gt h ev o l ps t r e a m i n g s e r v i c ef o re x a m p l e f o r t h l y , t h et h e s i sd e s i g n st h ec o n s t r u c t i o no fp o l i c y c o n t r o lw h i c hs u p p o r t sm u t i a c c e s sm o d et h r o u g ht h es t a n d a r dr e s u l t s i n t e g r a t i o no f3 g p pa n dt i s p a n i na d d i t i o n ，t h et h e s i si n t r o d u c e st h e t h i n k i n g o fh i e r a r c h i c a l p o l i c y c o n t r o lt ot h em u t i - a c c e s sc o n t r o l m e c h a n i s m ac o m m o ns o l u t i o na c c e s sb e a r e rc o n t r o lb a s e do np o l i c yi s i n n o v a t i v e l yp u tf o r w a r d a n dt h i ss o l u t i o ni sa p p l i e dt oa c a s ei nt h en e w c o n v e r g e n c ec o n s t r u c t i o n ，i no r d e rt oi m p l e m e n tt h eq o sn e g o t i a t i o n b e t w e e nd i f f e r e n ta c c e s sd o m a i n s a tl a s t ，t h ea r e a ss t u d i e da r eb r i e f l y r e v i e w e d ，a l o n gw i t hs o m ei s s u e st h a tn e e df u r t h e rs t u d i e s k e yw o r d si pm u l t i m e d i as u b s y s t e ma c c e s si n d e p e n d e n c ep o l i c y c o n t r o ln e t w o r kc o n v e r g e n c e i m s 系统中基于策略的接入控制机制北京邮电大学硕士学位论文 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： 连纽2日期：乙盈：g ：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：亟玺芝日期：2 翌墨：墨：堕 刷磁名喇锄廿一日期：j 邀丑 1 m s 系统中基于策略的接入控制机制北京邮电大学硕士学位论文 1 1 研究背景 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通信的通信系统。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。通信运 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 5 版本提出的支持i p 多媒体业务的子系统【l 】，它的核心 特点是采用s i p 协议和与接入的无关性。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 i 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【2 | ，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，因此标准化工作也相应地成为了目前研究的重点。 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 i m s 系统中基于策略的接入控制机制 北京邮电大学硕士学位论文 标准进程的限制，目前的产品只是针对i m s 的某些应用，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 p 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、口和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。 1 2 论文主要创新点和章节安排 1 2 1 创新点 概括起来，本文的创新点主要体现在以下5 个方面： 作者认为己经标准化的p d f 及其功能存在局限性，并对其进行了扩展。 讨论了w l a nu e 漫游时访问i m s 业务的两种方式。 借鉴了大量参考文献，创新的提出了通过x d s l 接入i m s 核心网络的 策略控制的处理方法。并以q o s 敏感的v o i p 业务为例，描述了对v o m 业务实 施接纳控制机制的消息流程，从而给出了上述技术的具体应用方法，实现了该 接入控制方案。 融合3 g p p 和t i s p a n 标准的理念，设计了i m s 支持多种接入方式的控 制架构，细化了各个接入控制实体功能和接口，阐释了其工作原理及其之间交 互机制。 将分级式策略控制的思想引入到多域接入控制机制中，提出一种新的通 用性接入承载控制的解决方案。给出一个新的融合i m s 网络架构中进行策略控 制的应用案例，实现了不同接入域之间的q o s 协商。 2 i m s 系统中基于策略的接入控制机制北京邮电大学硕士学位论文 1 2 2 本文结构 本文共7 章，具体安排内容如下： 第一章简略地介绍了i m s 相关的背景知识和本文的主要内容。 第二章介绍了i m s 起源，各项国际标准，i m s 系统架构中各个网元及接口 的功能作用，和3 g p p 定义的i m s 采用的基于策略的q o s 管理。 第三章阐释了3 g p pr 5 定义的策略控制下g p r s 接入的i m s 的承载控制架 构和相应实体及其接口功能。系统总结了各种相关标准规范，研究并阐释了 3 g p pr 5 定义的g p r s 接入i m s 的策略控制机制实现方案，即“基于服务的本 地策略( s b l p ) 控制机制。最后作者创新的对p d f 功能进行了扩展。 第四章首先阐释了3 g p pr 6 定义的策略控制下w l a n 接入的i m s 承载控 制架构和各个实体及接口功能。重点研究了3 g p pr 6 中定义的w l a n 接入i m s 的策略控制机制的实现方案，通过w l a n 访问i m s 业务需解决的几个关键问 题，包括接纳控制、认证授权、隧道机制等。然后概括了通过w l a n 访问i m s 业务的信令流程。最后讨论了w l a nu e 漫游时访问i m s 业务的两种方式等。 第五章阐释了t i s p a n 定义的策略控制下固定接入i m s 的承载控制架构和 各个控制实体( 如n a s s 和r a c s ) 的功能，以及接口功能。基于固定接入的 t i s p a ni m s 标准还不成熟。作者在借鉴了本文第三章的g p r s 接入和第四章 的w l a n 接入i m s 的策略控制机制的基础上，创新地提出了通过x d s l 接入 i m s 核心网络的策略控制的处理方法，并以q o s 敏感的v o i p 业务为例，描述 了对v o l p 业务实施接纳控制机制的消息流程，从而给出了上述技术的具体应用 方法，实现了该接入控制方案。 第六章融合了3 g p p 和t i s p a n 标准的理念，结合本文第三、四、五章的 内容，创新的设计i m s 支持多种接入方式的控制架构，细化了各个接入控制实 体功能和接口，阐释了其工作原理及其之间交互机制。并设计采用分级式的p d p 以解决策略控制的域内扩展性和域间协作性问题。创新的提出了融合架构下接 入承载控制的通用性解决方案。最后给出一个新的融合i m s 网络架构中进行策 略控制的应用案例，实现了不同接入域之间的q o s 协商。 第七章结束语。总结全文并提出论文中可以改进的地方。 最后为参考文献和致谢部分。 i m s 系统中基于策略的接入控制机制 北京邮电大学硕士学位论文 2 1i m s 的起源 第二章i m s 系统介绍 从简单的电报电话通信发展到包括语音、数据和多媒体在内的多元化通信， 目前的通信环境发生了巨大的变化。而电信运营商针对一个业务建立一个网络 的传统解决方案，造成了多业务网络共存的局面。用户要想在单一终端使用多 种通信业务，就必须要与多业务网络建立连接，甚至多业务网络之间要建立连 接，这样通信网络的融合无疑对各个网络的网络质量，网络能力，通信协议， 以及计费、认证等方面都有了新的要求。但实现用户享受多种通信服务的“统 一体验 ，是通信事业发展的方向，因此目前业界非常关注电信网与互联网的融 合、移动网与固定网的融合。 在此背景下，3 g p p 在r 5 版本中提出了i p 多媒体子系统( 蹦s ) ，它是独 立于接入技术提供i p 多媒体业务的体系架构，为基于i p 的移动和固定通信融 合提供了基础，被业界认为是通信网络演进的一个重要阶段。i m s 系统的主要 特点在于：基于s i p 的会话控制，接入方式的无关性，水平体系的架构，业务 与控制的分离，丰富的组合业务的提供等。 1 基于s i p 的会话控制 i m s 的核心功能实体是呼叫会话控制功能( c s c f ) 单元，它向上层的服务 平台提供标准的接口，使业务独立于呼叫控制。为了实现接入的独立性及与 i n t e m e t 互操作的平滑性，i m s 采用基于i e t f 定义的会话初始协议( s i p ) ，并 进行了移动特性方面的扩展。i m s 网络的终端与网络都支持s i p ，s i p 成为i m s 域唯一的会话控制协议。这一特点实现了端到端的s i p 信令互通，同时也体现 了终端智能化的网络发展趋势，使网络的业务提供更灵活。 2 接入无关性 i m s 网络的通信端点( 终端) 与网络是通过i p 互通的，即通过i p c a n ( c o n n e c t i v i t y a c c e s sn e t w o r k ) 来保证。例如，u m t s 的无线接入网络( r a n ) 以及分组域( p sd o m a i n ) 网络构成了移动的i p c a n ，用户通过p s 域的g g s n 接入到外部i p 网络。而为了支持w l a n 、w i m a x ，、x d s l 等不同的接入技术， 会产生不同的i p c a n 类型。正是这种端到端的p 连通性，使得i m s 真正与接 入无关，不再承担媒体控制器的角色，不需要控制综合接入设备( 认d ) 、接入 4 i m s 系统中基于策略的接入控制机制北京邮电大学硕士学位论文 网关( a g ) 等实现对不同类型终端的接入适配和媒体控制。在i m s 网络中，i m s 与i p c a n 的关系主要体现在q o s 和计费方面，但并不关心底层接入技术的差 异性。 3 水平体系架构 i m s 通过水平体系结构进一步推动了分层体系结构概念的发展。在水平体 系结构中，业务使能( e n a b l e r ) 和公共功能都可以重新用于其他多种应用。i m s 水平体系结构还特别对互操作性和漫游做了规定，并提供q o s 控制、计费和安 全管理等功能。 4 业务与控制分离 软交换的技术特点的核心是实现了承载与控制分离，这种分离使得承载网 络i p 化和承载网融合成为可能。但软交换并没有实现控制与业务的严格分离， 它与传统交换机一样，仍然承担了基本电信业务、补充业务、承载业务等的提 供，只是对智能业务和通过p a r l y 的增值业务的提供更加灵活。 i m s 则定义了标准的基于s i p 的i s c ( i pm u l t i m e d i as e r v i c ec o n t r 0 1 ) 接 口，实现了业务与控制的完全分离。i m s 通过基于s i p 的i s c 接口，支持3 种 业务提供方式，即独立的s i p 应用服务器方式、o s as c s 方式和i m s s f 方 式( 接入传统智能网，体现业务继承性) 。而i m s 的核心控制网元不再需要处 理业务逻辑，只要通过分析用户签约数据的初始过滤规则( i f c ) 触发到规则指 定的应用服务器，就可由应用服务器完成业务逻辑处理。 5 提供丰富而动态的组合业务 i m s 在个人业务实现方面采用比传统网络更加面向用户的方法。i m s 给用 户带来的一个直接的好处就是实现了端到端的i p 多媒体通信。与传统的多媒体 业务是人到内容或人到服务器的通信方式不同，i m s 是直接的人到人的多媒体 通信方式。同时，i m s 具有在多媒体会话和呼叫过程中增加、修改和删除会话 和业务的能力，并且还具有对不同的业务进行区分和计费的能力。因此对用户 而言，i m s 业务以高度个性化和可管理的方式支持个人与个人以及个人与信息 内容之间的多媒体通信，包括语音、文本、图片和视频或这些媒体的组合。 基于以上的技术特点，i m s 目前在业界备受关注，被认为是网络演进的一 个重要阶段，是未来网络融合的聚焦点。 2 2i m s 的标准 i m s 在3 g p p 、3 g p p 2 、e t s i 、i t u t 等标准组中都占有一席之地。总体来 说，3 g p p 和t i s p a n 对于i m s 的研究比较深入和具体，并且二者的合作比较 紧密，但是在一些问题上还没有明确的结论，规范的制定方面还很不完善。从 i m s 系统中基于策略的接入控制机制北京邮电大学硕士学位论文 会议的文稿情况看，f g n g n 对于i m s 的研究刚刚开始，还处于功能需求研究 阶段。 2 2 13 g p p 3 g p p 在r 5 版本中最先提出了i m s 系统，在r 6 r 7 版本中继续完善。r 5 版本在2 0 0 2 年9 月冻结，r 6 版本在2 0 0 5 年3 月冻结，r 7 版本目前还没有冻 结。最初r 5 提供的是一个基本的框架和功能，是i m s 的第一个版本。r 6 版本 更好地解决了i m s 与外部网络的互通和i m s 支持各种业务的能力，从而使得 i m s 网络成为真正可以运营、可以使用的系统。正在制定的r 7 版本，支持 x d s l c a b l e 接入和c s i 等功能，很多内容是在吸收t i s p a n 研究成果的基础上 形成的。主要涉及的内容有支持通过c s 域承载i m s 话音、通过p s 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、提供x d s l 和 c a b l em o d e m 等固定接入方式。 2 2 23 g p p 2 3 g p p 2 在i m s 标准化方面的主要任务是将i m s 作为多媒体域解决方案的 一部分加以定义，进一步包含了分组数据子系统。多媒体域和c d m a 2 0 0 0 接入 网一起构成了3 g p p 2 的第三代全i p 核心网。3 g p p 2 吸收了3 g p p 的i m s 核心 规范作为基础，重点解决底层分组和无线技术的差异，如： ( 1 ) 3g p p 2 中不支持i m s 与分组数据子系统的i p 策略控制； ( 2 ) 3g p p 2i m s 要求也支持i p v 4 ； ( 3 ) 支持计费解决方案； ( 4 ) 不支持c a m e l 有关功能。 2 2 3e t s i e t s it i s p a n 研究的焦点是如何在短期内实现n g n 。总体上，t i s p a n n g n 的核心网包含的范围很广，它涵盖了多种子系统，其中包括基于s i p 的核 心网。在这样的框架下，n g n 可以实现基于s i p 的业务、基于s i p i 协议的传 统业务以及基于r t s p 的业务等。t i s p a nn g n 核心网中基于s i p 的核心网将 采用3 g p p 定义的i m s 平台，并尽可能重用3 g p pr 6 版本的相关规范，但要求 支持更多的接入方式，包括x d s l 、w l a n 、l a n 、m a n 等。t i s p a nn g nr e l e a s e l 总体需求包括： 6 i m s 系统中基于策略的接入控制机制北京邮电大学硕士学位论文 ( 1 )固定终端可以获得3 g p pi m s 核心网提供的所有业务； ( 2 ) 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 的联合工作下，目前t i s p a n n g n i m s 也取得了不少的进展。t i s p a n 在第九次全会上确定i m s 基于3 g p p r 7 最新草案，并针对固定接入的特殊需求，对相关功能实体的功能又进行了增 强。除了从固定角度对i m s 核心控制部分进行研究之外，t i s p a n 主要定义了 n a s s ( 网络附着子系统) 和r a c s ( 资源接纳控制子系统) 两个子系统，并相 应地增加了i m s 和这些子系统之间的接口。 t i s p a nn g nr e l e a s e 2 目前还主要处于需求分析阶段，比较受关注的项目 有r a c s r 2 版本的研究、网络电视( i p t v ) 、固定移动融合( f m c ) 、家庭网络、 p e s 架构的完善。目前这些项目的进展不大，迫于各种压力，在t i s p a n l 0 t e r 会议上，t i s p a n 明确架构的研究工作可以不受需求分析方面进展情况的约束 和限制，可在开展工作的同时逐步完善。 2 2 4i t u t 2 0 0 4 年6 月刚刚成立的i t u tg ff g n g n ( n g n 专题组) 也已经开始对 i m s 进行研究，涉及i m s 的业务和网络框架方面。i t u tf g n g n 将研究n g n 业务需求，3 g p pi m sr 6 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 tf g n g n 还将研究有关i m s 的网络融合技术： ( 1 ) 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； ( 2 ) 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。 2 3i m s 系统架构 2 3 1i m s 的结构及网元功能 3 g p p 定义的i m s 网络如图2 1 所示。i m s 的核心处理部件是c s c f ( c a l l s e s s i o n c o n t r o lf u n a i o n ) ，按功能可分为p c s c f 、i - c s c f 、s - c s c f 3 个逻辑 实体，各逻辑实体的功能介绍如下。 7 i m s 系统中基于策略的接入控制机制 北京邮电大学硕士学位论文 图2 13 g p pi m s 网络结构示意图【4 】 ( 1 ) 代理c s c f ( p c s c f ) p c s c f 是i m s 中用户的第一个接触点。通过“p c s c f 的发现的规则 的 机制，u e 可以获得p c s c f 的地址。所有的s i p 信令，无论是来自u e ，还是 发给u e 的，都必须经过p c s c f 。p c s c f 的作用类似于p r o x y 。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。同时，p c s c f 还可以作为一个用户代理，在异常情况下，它可以终结或者独立产生s i p 事务。 p c s c f 的具体功能如下： 基于请求中u e 提供的归属域名转发r e g i s t e r 请求给b c s c f ； 把从u e 发来的s i p 请求和响应转发给s - c s c f ； 将s i p 请求和响应转发给u e ； 把计费相关的信息发给计费采集功能模块( c c f ，c h a r g i n gc o l l e c t i o n f u n c t i o n ) ； 执行s i p 消息的压缩和解压缩； 和p d f 交互，授权承载资源并进行q o s 管理。 ( 2 ) 问询c s c f ( i c s c f ) 在一个运营商网络中，用户与运营商的联系点是i - c s c f 。所以在一个运营 商网络中可以有多个i - c s c f 。 i - c s c f 的功能如下： 为一个发起s i p 注册请求的用户分配一个s - c s c f ； i m s 系统中基于策略的接入控制机制北京邮电大学硕士学位论文 将从其它网络发来的s i p 请求路由到s - c s c f ； 查询h s s ，获取为某个用户提供服务的s - c s c f 的地址； 根据从h s s 获取的s c s c f 地址将s i p 请求和响应转发到s c s c f ； 发送计费相关的信息给c c f ； 提供t h i g ( t o p o l o g yh i d i n gi n t e r - n e t w o r kg a t e w a y ) 功能，可以对外隐 藏配置、容量和网络拓扑。 ( 3 ) 服务c s c f ( s 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。在同一个运营商的网络中，可以有多个s - c s c f 。 s c s c f 的功能如下： 可以充当注册服务器处理注册请求； 通过i m s 认证和密钥协商a k a 机制来认证用户； 在注册过程中，从h s s 下载用户信息与服务相关的数据，执行对应的 注册处理或未注册用户的签约业务； 提供注册用户的会话的控制； 可以执行p r o x y 功能，即接收请求， 务或者在进行可能的转换后转发请求； 可以执行u a ( 用户代理) 的功能， 务；为了支持业务，与业务平台交互等； 并在s - c s c f 内部为该请求提供服 即它可以终结或者独立发起s i p 事 对主叫端转发s i p 请求和响应到i - c s c f 或b g c f ：对被叫被叫端根据用 户所在域和归属网络转发s i p 请求和响应到p c s c f 、i - c s c f 或b g c f ； ： 发送计费相关的信息给c c f 和o c s 。 ( 4 ) 归属用户服务器( h s s ) h s s 是i m s 中所有与用户和服务器相关的数据的主要存储服务器。存储在 h s s 的i m s 相关数据主要包括：i m s 用户标识、注册信息、安全信息、位置信 息和签约业务信息等。 h s s 逻辑功能如图2 2 所示，包括： 移动性管理( m o b i l i t ym a n a g e m e n t ) ，支持用户在3 个域( c s 域、p s 域和i m s 域) 间的移动性； 支持呼叫和会话建立( c a l l s e s s i o ne s t a b l i s h m e n ts u p p o r t ) ，h s s 支持3 个域的呼n q 会话建立； 支持用户安全( u s e rs e c u r i t ys u p p o r t ) ，支持3 个域的鉴权过程； 支持业务定制( s e r v i c ep r o v i s i o n i n gs u p p o r t ) ，提供3 个域使用的业务 签约数据； 9 i m s 系统中基于策略的接入控制机制北京邮电大学硕士学位论文 用户标识处理( i d e n t i f i c a t i o nh a n d l i n g ) ，处理用户在3 个域的所有标识 之间恰当的关联关系； 。 接入授权( a c c e s sa u t h o r i z a t i o n ) ，在m s c n l r ，s g s n 或c s c f 请求 的用户移动接入时，h s s 通过检查用户是否允许漫游到此拜访网络，进行移动 接入授权； 支持业务授权( s e r v i c ea u t h o r i z a t i o ns u p p o r t ) ，h s s 为被叫的会话建立 提供基本的授权，同时提供业务触发； 支持应用业务( a p p l i c a t i o ns e r v i c e s ) 和c a m e l 业务( c a m e l s e r v i c e s ) 。 图2 2 h s s 的逻辑功能图 ( 5 ) 出口网关控制功能( b g c f ) b g c f 负责选择到c s 域的出口位置。所选择的出口既可以与b g c f 处于 同一网络，也可以处于不同的网络。如果这个出口处于同一网络，则选择m g c f 进行下一步的会话处理；如果处于不同的网络，则将会话转发到相应网络的 b g c f ，并且当网络运营需要隐藏网络拓扑则b g c f 会将消息首先发给本网的 i - c s c f 进行s i p 路由拓扑隐藏处理，然后由i - c s c f 转发到另一个互通网络的 b g c f ；b g c f 支持计费功能，将生成的计费信息送给c c f 。 ( 6 ) 订购关系定位功能( s l f ) s l f 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，这种机制可以使i - c s c f 、s - c s c f 和a s 找到存储用户订购关系数据的h s s 。 ( 7 ) 媒体网关控制功能( m g c f ) 1 0 i m s 系统中基于策略的接入控制机制北京邮电大学硕士学位论文 m g c f 是使1 m s 用户和c s 用户之间进行通信的网关。它实现了i m s 与 c s 的控制面交互，支持i m s 的s i p 协议与c s 域i s u p b i c c 的交互及会话互 通；通过控制i m m g w 完成c s 域承载与i m s 域用户面r t p 的实时转换，以 及必要的编解码转换；对来自p s t n c s 网络指向i m s 用户的呼叫进行号码分 析，选择合适的c s c f ；生成计费相关的信息并送往c c f 。 ( 8 ) i m s 多媒体网关功能( i m s m g w ) i m s m g w 主要用于i m s 用户面i p 承载与p s t n c s 域承载之间的转换， 根据来自m g c f 的资源控制命令，完成互通两侧的承载连接的建立释放和映射 处理和控制用户面的特殊资源处理，包括音频c o d e c 转换、回声抑止控制等。 ( 9 ) 策略决策模块( p d f ) 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 ，如p c s c f ) 的策略建立信息来决定 策略。它支持来自a f 的授权建立处理及向g g s n 下发s b l p 策略信息；支持 来自a f 或者g g s n 的授权修改、撤销及策略信息的删除，并向g g s n 更新策 略信息；可以为a f 和g g s n 进行计费信息交换，支持i c i d 交换和g c i d 交换； 支持策略门控功能，控制用户的媒体流是否可以经过g g s n ，以便为计费和呼 叫保持恢复补充业务进行支撑；支持分叉功能，识别带分叉指示的授权请求处 理以及呼叫应答时授权信息的更新。 ( 1 0 ) 多媒体资源功能控制器( m i u c ) m r f c 位于i m s 控制面，用于支持与承载相关的服务。它接收来自a s 或 s - c s c f 的s i p 控制命令并控制m r f p 上的媒体资源，支持增强的媒体控制( 高 级会议、n r 等) ；控制m r f p 中的媒体资源，包括输入媒体流的混合( 包括多 媒体会议) 、媒体流发送源处理( 如多媒体公告) 、媒体流接收的处理( 如音频 的编解码转换、媒体分析) 等；生成m r f p 资源使用的相关计费信息，并传送 到c c f 。 ( 1 1 ) 多媒体资源功能处理器( m r f p ) m r f p 位于i m s 承载面，它提供被m r f c 所请求和指示的用户平面资源。 它在m r f c 的控制下进行媒体流及特殊资源的控制；对外部提供r t p i p 的媒 体流连接和相关资源；支持多方媒体流的混合的功能( 如音频视频多方会议) 和媒体流发送源处理的功能( 如多媒体公告) ，以及媒体流的处理的功能( 如音 频的编解码转换、媒体分析) 。 2 3 2i m s 的接口功能 ( 1 ) g m 接口 g i n 接口用于u e 和i m s 之间的通信，采用s i p 协议。该接口的主要功能 i m s 系统中基于策略的接入控制机制 北京邮电大学硕士学位论文 有i m s 用户注册、鉴权和会话控制。 ( 2 ) m w 接口 m w 接口用于连接不同c s c f ，采用s i p 协议。该接口主要功能是在各类 c s c f 之间转发注册、会话控制及其他s i p 消息。 ( 3 ) c x 接口 c x 接口用于c s c f 和h s s 之间的通信，采用d i a m e t e r 协议。该接口主要 功能包括：为注册用户指派s c s c f ；并让c s c f 通过h s s 查询路由信息；授 权处理，检查用户是否可以漫游；鉴权处理，在c s c f 和h s s 之间传递用户的 安全参数；控制过滤规则，从h s s 下载用户的过滤参数到s - c s c f 上。 ( 4 ) d x 接口 d x 接口用于c s c f 和s l f 之间的通信，采用d i a m e t e r 协议。通过该接口 可确定用户签约数据所在的h s s 的地址。 ( 5 ) m g 接口 m g 接口用于s - c s c f 与m g c f 之间，采用s i p 协议。该接口主要功能是 实现m g c f 到主被叫用户s - c s c f 的路由。 ( 6 ) m n 接口 m n 接口用于m g c f 和i m m g w 之间，采用h 2 4 8 协议。该接口主要功能 有：灵活的处理连接，支持不同的呼叫和不同的媒体处理；在i m s m g w 物理 结点上动态地共享资源。 ( 7 ) m i 接口 m i 接口用于c s c f 与b g c f 之间，采