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i m s 核心_ l 牵制州儿s - c s c f 关键技术发实现策略 i m s 核心控制网元s - c s c f 关键技术及实现策略 摘要 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 ) ) 自3 g p p 提出 之日起就引起了业界的广泛关注。i m s 能够同时满足运营商和用户的 需求，并成为固定网络和移动网络融合的重要引擎。 本文将简单介绍i m s 的网络结构，各网元的功能，以及i m s 一 些典型的通信流程。 s - c s c f ( s e r v i n g 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 中的核心 控制网元。本文将讨论s c s c f 的功能划分。s - c s c f 执行充当注册 中心( r e g i s t r a r ) ，会话控制，业务触发等功能。在此基础上，本文 将分析s c s c f 的关键技术，包括s c s c f 涉及的协议( s i p ， d i a m e t e r ) ，s c s c f 执行的逻辑功能( 例如业务触发，计费等) 。 基于所讨论的关键技术，本文将提出实现s - c s c f 的软硬件需求。 本文重点为提出一套实现s c s c f 的具体方案。包括： 一 整个s c s c f 系统的软件架构，包括模块的划分，以及运行 期状态描述 各模块的设计。这其中包括模块具体的功能，部分模块工作 时的状态机，模块的实现策略等 关键词i p 多媒体子系统( i m s ) s c s c fs i pd i a m e t e r i g s 核心控制尉元s - c s c f 关键技术发实现策略 t h e k e yt e c h n o l o g ya n dr e a l i z a t i o n p o u c y0 ft h e c o r ec o n t r o l n e t w o r k e l e m e n ts c s c fo fi m s a b s t ra c t i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ( i m s ) h a sa t t r a c t e dl o t so fa t t e n t i o ns i n c e i tw a s s p e c i f i e db y3 g p p i tm e e t s b o t ht h er e q u i r e m e n t so ft h eo p e r a t o r s a n dt h eu s e r s ，a n di t sak e ye n a b l e rf o rf i x e d m o b i l ec o n v e r g e n c e t h i sp a p e rw i l ls i m p l yi n t r o d u c et h ea r c h i t e c t u r eo fi m s ，t h e f u n c t i o no fi m sn e t w o r k e l e m e n t s ，a n dt h er e p r e s e n t a t i v ec o m m u n i c a t i o n f l o w so fi m s s - c s c f ( s e r v i n g - - c a l ls e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n ) i st h e c o r ec o n t r o l n e t w o r k d e m e n to fi m s t h i s p a p e rw i l ld i s c u s st h ef u n c t i o nd i v i s i o no f s c s c f i tb e h a v e sa sar e g i s t r a r ，p e r f o r m st h es e s s i o nc o n t r o l ，p e r f o r m s s e r v i c et r i g g e r ，e t c w e 1 1a n a l y s et h ek e yt e c h n o l o g yo fs - c s c f i n c l u d i n gt h ep r o t o c o l 俗i p ，d i a m e t e r ) s - c s c fu s i n g ，t h el o g i cf u n c t i o n s - c s c f p e r f o r m i n g ( f o re x a m p l et h es e r v i c et r i g g e r , t h ec h a r g i n g ) b a s e do nt h ed i s c u s s i o n ，w ew i l ld i s c u s st h eh a r d w a r ea n ds o f t w a r e 北京邮电大学 ! 坚堡：垒塑型型娈! ：! ! 竺苎壁丝查丝塞些篁堕 r e q u i r e m e n t so fs - c s c f t h e f o c u so ft h i sp a p e ri st ob r i n gf o r w a r da s p e c i f i cs c h e m ea b o u th o w t or e a l i z eas c s c fi n c l u d i n g ： t h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r eo fs c s c fi n c l u d i n gt h em o d u l e s d i v i s i o n 。t h el u n t i m ed e s c r i p t i o n t h ed e s i g no ft h em o d u l e si n c l u d i n gt h e f u n c t i o no ft h e m o d u l e s ，t h e s t a t e m a c h i n e so fs o m em o d u l e s ，a n d t h e r e a l i z a t i o np o l i c yo ft h em o d u l 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 m ( i m s ) s - c s c f s i p d i a m e t e r 北京邮电大学 一3 一 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 包含其他入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 本人签名： 处，本人承担一切相关责任。 日期：倒三旦 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：本学位论文不餍t 保密范围，适用本授权书。 本人签名：整 日期：幽兰旦 导师签名：j 喜乒年毒嚣一日期： 丑乒乓犟垃旦二 i 酣s 核心控制网元s - c s c f 关键技术及实现策略 1 1 研究背景 1 1 1i m s 的引入 第一章绪论 随着a t m + i p 技术在传输网络的广泛应用，以及i n t e r n e t 应用的普及，除 去接入网部分，固定通信网络和移动通信网络i p 化的趋势愈发明显。未来a l l - i p 的网络使得通信网络在控制部分实现融合成为可能和需求。 与此同时，对于通信服务，用户消费的主体由单纯的话音通信转向多样的通 信方式和丰富的服务内容，尤其是各类多媒体服务。各电信运营商期待一种网络 架构能够更快，以更低的成本向市场投放更多的新业务以满足用户对各类新业务 日益增长的需求。 针对以上需求和问题，3 g p p 在r e l e a s e5 版本提出了l p 多媒体子系统( i p m u l t i m e d i as u b s y s t e m ( i m s ) ) 的概念。i m s 由所有在i p 多媒体会话基础上提供 i p 多媒体应用的核心网网元组成。i m s 将i p 技术引入到电信级领域，采用水平 分层的架构，实现了承载、控制和业务的分离。 下图为i m s 在通信网络中的位置： 图1 1i m s 在通信网络中的位置 北京邮电大学第1 页 i g s 核心拄制嘲7 es _ c s c f 关键技术及实现策略 1 1 2i m s 的特点和优势 i m s 的主要特点和优势包括： 1 接入无关性 凡是可以提供l p 接入的网络，如x d s l 、w l a n 、g p r s 等都可以 接入到统一的i m s 网络。因此，i m s 也可能成为固定网络和移动网络融 合的重要引擎。 2 i m s 是作为一个可复用的平台，向上提供标准开放的业务控制接口 作为控制层的i m s 主要完成媒体协商，会话控制以及与业务平台的 交互等控制功能，它向业务层面提供丌放的接口。由于控制层和业务层 清晰的分工，使得各种业务建立在一个通用的控制平台之上。 3 对多媒体业务的良好支持 i m s 采用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 ) 作为控制协议，s i p 协议 在对多媒体业务的支持方面有明显的优势，例如s i p 协议支持媒体的协 商，支持动态增删媒体流，支持丰富的媒体格式等。 4 用户数据的集中管理 在i m s 网络中，用户签约和业务相关数据均存储在h s s ( h o m e s u b s c r i b e rs e r v e r ) 中，可实现统一的认证与鉴权，使多业务共享数据成 为可能。另外，由于i m s 具有接入无关性，数据的集中管理也为固定网 络、移动网络业务的融合提供了条件。 另外，i m s 还具备一致的归属业务提供能力，统一的计费系统等特点。这些 特点和优势，为i m s 的广泛研究和部署提供了有力的支撑。 1 1 3i m s 的标准化以及应用现状 1 1 3 ii m s 的标准化现状 i m s 从提出之日起，就引起了电信领域各重要的标准化组织的广泛关注，目 前几乎所有主要的标准化组织例如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 ) 、 n u t ( ut e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o ns e c t o r ) 、e t s i ( e u r o p e a n t e l e c o m m u n i c a t i o n ss t a n d a r d si n s t i t u t e ) 等都在进行i m s 相关的研究，国内的 c c s a ( c h i n ac o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o na s s o c i a t i o n ) 也在进行行标的制定 工作。就具体工作而言： 1 3 g p p 在其r e l e a s e5 版本中最早提出了i m s 的概念，目前在i m s 的研 究方面仍然起着主导的作用 2 e t s it i s p a n ：t i s p a n ( t 1 l et c l e c o m s i n t e r n e tc o n v e r g e ds e r v i c e s & 北京邮电大学第2 页 l g s 核心拧制网7 s c s c f 关键技术及实现策略 p r o t o c o l s f o r a d v a n c e d n e t w o r k s ) 是e t s i 为制定能够实现固定网络和移 动网络融合的n g n 标准而成立的机构。目前，t i s p a n 正在与3 g p p 紧 密合作，研究如何解决固网接入i m s 的问题 3 n u - 1 f g n g n ：f g n g n ( f o c u sg r o u po nn e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k s ) 是u t 为了满足市场对全球通用的n g n 标准的需求而成立的组织。 f g n g n 大量吸收了3 g p p 和t i s p a n 关于i m s 和n g n 的研究成果 1 1 3 2i m s 应用现状 由于基于i m s 的网络架构在业务开展，网络融合方面的巨大优势，从其提 出之闩起就引起电信运营商和电信设备制造商的广泛关注。早在2 0 0 5 年1 0 月， 全球i m s 系统商用和测试合同已超过百份。合同涉及几乎所有重要的运营商和 设备制造商，例如沃达丰，英国电信，爱立信，诺基亚，华为技术等。 1 2 论文期间主要完成的工作及成果 作者论文期间在中国普天信息技术研究院系统研究了i m s 几乎各个环节的 关键技术，并在后续的普天i m se m u l a t o r 系统的开发中承担重要的开发和管理 工作。具体工作内容如下： 对i m s 各关键技术进行深入研究，研究内容几乎涉及i m s 的各个重要方 面。包括【m s 使用的基础协议，i m s 的网络架构，基于i m s 的业务等。 在普天i m se m u l a t o r 系统的开发工作中直接负责了i m s 中的核心控制网 元s c s c f 的设计和实现工作，并承担了i m s 逻辑功能实现小组的部分 管理工作 在课题研究期间，发表论文三篇( 第一作者两篇) ，被核心期刊收录一 篇( 第一作者) 1 3 论文的组织结构 本论文是作者在硕士研究生期阆，对i m s 中的s c s c f 网元研究和开发工 作的总结。论文共分为五个部分。 第一部分绪论介绍了本文的研究背景，包括i m s 引入的缘由，其特点和优 势，标准化和应用现状。另外，绪论部分还简要叙述了作者在论文期间具体从事 的工作。 北京邮电大学第3 页 i h s 核心柠制网兀s - c s c f 关键技术及实现策略 第二部分介绍了i m s 的网络架构，并罗列了i m s 中各网元的功能，最后以 注册和会话流程为例展示了i m s 典型的通信流程。 第三部分分析了s c s c f 涉及的关键技术，包括：s c s c f 需要i m s 信令支 持，s - c s c f 应能够执行用户身份、鉴权数据和服务数据的下载，执行业务触发， 以及计费功能。 第四部分基于第三部分讨论的s c s c f 的关键技术，分析了实现s c s c f 的 软硬件需求。第四部分重点提出了一套实现s c s c f 的具体方案，包括：软件总 体架构，模块划分，各模块设计等。 第五部分为结束语，对论文内容进行了总结，提出了课题研究有待完善之处， 并对相关课题的研究进行了展望。 论文的剩余部分为参考文献，附录，致谢以及本文作者在攻读学位期自j 发表 的论文 北京邮电大学第4 页 i l l s 核心控制网元s - c s 口关键技术及实现镱略 2 1i m s 网络架构 第二章i m s 网络架构及功能 3 g p p 在r d e a s e5 版本中提出了l p 多媒体子系统( i m s ) 的概念。i m s 由 所有在l p 多媒体会话基础上提供l p 多媒体应用的核心网网元组成。i m s 具有会 话管理、承载控制、漫游、计费、安全、o o s 管理等完备的核心网功能。 图2 - 1 为3 g p p 制定的i m s 网络架构图： 参考【3 】 图2 1 i m s 网络架构 i _ m s 具备完整的核心网功能【4 1 ，所有的功能都通过不同的功能实体( 网元) 实现。这些功能实体包括呼叫会话控制功能( c a l ls e s s i o n c o n t r o lf u n c t i o n ( c s c d ) 、媒体网关控制功能( m e d i ag a t e w a yc o n t r o lf u n c t i o n ( m g c f ) ) 、口 多媒体网关功能( i pm u l t i m e d i a m e d i ag a t e w a yf u n c t i o n ( i m - m g w ) ) 、多媒 体资源功能控制器( 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 ( m r f c ) ) 、多媒体资 源功能处理器( m 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 ( m r f p ) ) 、签约定位功 北京邮电大学 第5 页 i m s 核心控制剐元s - c s c f 关键技术及实现策略 能( 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 ( s l f ) ) 、出口网关控制功能( b r e a k o u tg a t e w a y c o n t r o lf u n c t i o n ( b g c f ) ) 、信令网关功能( s i g n a l l i n gg a t e w a y ( s g w ) ) 。 2 2i m s 各功能实体的功能 2 2 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 r o x y c s c f ( p c s c f ) 1 1 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”来得到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 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u e 发来的s i p 注册请求消息盼转给i - c s c f ，该i - c s c f 由u e 提供的 域名决定 把u e 发来的s i p 消息i ； 转给s i p 服务器，该服务器的名字由p c s c f 在 该u e 发起注册过程时得到 生成计费记录 支持u 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 2 2 查询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 ( 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 来执行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 2 2 3 服务c s c f ( s c s c f ) s e r v i n g - 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 北京邮电大学 第6 页 i g s 核心控制网元s - c s c f 关键技术及实现策略 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器 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；与服务平台交互来向用户提供服务；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 p u 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 请求或响应前转给该网络中的s c s c f 。根据运营 策略，把s i p 请求或响应前转给i p 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 l 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 请求或响应前转给 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 域的入 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 2 4 媒体网关控制功能m g c f 媒体网关控制功能m g c f 包括如下功能； 控制i m s m g w 中的媒体信道的连接 与c s c f 通信 根据路由号码，为从传统网络来的入局呼叫选择c s c f 执行i s u p 、b i c c 协议和i m s 呼叫控制协议阅的转换 2 2 5i p 多媒体网关功能i m m g w 一个i m - m g w 可以终结来自电路交换网的承载信道和来自分组网的媒体流 ( 例如：婵网中的r t p 流) 。i m m g w 可以支持媒体转换、承载控制和负荷处理( 例 如：多媒体数字信号编解码器、回声消除器、会议桥) 。它包含如下功能： 北京邮电大学第7 页 i n s 核心控制喇几s - c s c f 关键技术及j 实现策略 与m g c f 交互来进行资源控制 拥有并维护回声消除器等资源 可能需要多媒体数字信号编解码器 i m m g w 要提供必要的资源来支持u m t s g s m 的媒体传输，还需要对 h 2 4 8 协议进行进一步的调整来支持额外的多媒体数字信号编解码器等。 2 2 6 媒体资源功能m r f 多媒体资源功能分成两部分，包括多媒体资源功能控制器m r f c 和多媒体 资源功能处理器m r f p 。 多媒体资源功能控制器m r f c 的主要功能如下： 控制在m r f p 中的媒体流资源 翻译来自a s 和s c s c f 的信息( 例如：会话标识符) ，并相应的对m r f p 进行控制 产生计费记录 多媒体资源功能处理器m r f p 的主要功能如下： 控制m b 接口点的承载 提供m r f c 需要的资源 混合输入的媒体流( 例如：用于多方会议) 发出多媒体流( 例如：用于多媒体广播) 处理多媒体流( 例如：语音编码转换、媒体分析) 2 2 7 签约定位功能s l f 签约定位功能s l f 的主要功能如下：在注册和会话建立期阂，被i - c s c f 查 询，s l f 向1 - c s c f 提供存储用户具体数据的h s s 的名字；通过d x 接口来接入 i m s 。在单一的h s s 环境中，并不需要s l f 。 2 2 8 出口网关控制功能b g c f 出口网关控制功能b g c f 用来选择与p s t n ( 或c s 域) 接口点相连的网络。 如果b g c f 发现自己所在的网络与接口点相连，那么b g c f 就选择一个m g c f ， 该m g c f 负责与p s t n ( 或c s 域) 的交互；如果接口点在另一个网络，那么 b g c f 就把会话信令转发给另一个网络的b g c f 。b g c f 在选择与p s t n 相连的 网络的时候，会利用收到的其它协议的信息和管理信息。b g c f 的主要功能如下： 收到s c s c f 的请求后，为呼叫选择一个适当的p s t n ( 或c s 域) 接口 点 北京邮电大学第8 页 i i & s 核心控制嘲元s c s c f 关键技术及实现策略 选择一个与p s t n ( 或c s 域) 相连的网络。如果本网络没有与p s t n 相 连，那么b g c f 就把s i p 信令转发给与p s t n ( 或c s 域) 相连的网络的 b g c f 在与p s t n ( 或c s 域) 相连的网络中，选择一个m g c f ，并把s i p 信令 前转给m g c f 生成计费记录 2 2 9 信令网关功能s g w 信令网关s g w 完成传输层的信令转换，把基于s s 7 的信令与基于l p 的信 令进行转换( 也就是在s i g t r a ns c t p i p 和s s 7m t p 问进行转换) 。s g w 不对应 用层的消息进行解释，但必须对底层的s c c p 或s c t p 消息进行解释柬保证信令 的j 下确路由。 2 3i m s 典型通信流程 终端通过i m s 进行通信包括众多可能的过程，例如注册过程，1 m s 终端问 会话过程，i m s 终端与p s t n 终端互通过程等。为了方便本文后续章节进行关键 技术和实现策略的描述，这里将以注册过程1 4 1 1 5 】和会话过程( 示意) 为例，描述 i m s 典型的通信流程。 2 3 1 注册流程 下图为用户位于访问网络时，注册流程示意图。 北京邮电大学第9 页 i m s 核心控制网s c s c f 关键技术及实现策略 u ei l 盟jg p r s i d h c p p - c s c f 世s i - c s c fs c s c f 【型 a卜 i p c s c f l ( i c s c f l1 l s c “ 1 ，。g ，p 。r 。s 。黼。激济 p c s c fo i s c o v e r y ny 7 a 吁，r r - 5 “ n 6 、 n b y k 斑b 。：。l ll i 孟ti n 1 7 y f ：f n ，勰嗣k 、 蒿少 图2 2 i m s 注册流程 1 i m s 终端接入到i p c a n ( i p 连接接入网) ，并完成p c s c f 的发现过 程。这里口连接接入网可以是任何提供i p 接入的接入网，例如d s l 等， 对于移动网络来说即使用g p r s 2 i m s 终端发送注册请求 3 基于用户的u r l ，p c s c f 判断u e 正在从一个访问网络注册，并执行 d n s 查询来定位归属网络中的i - c s c f 4 p c s c f 做适当的处理( 例如插入p a t h 头) 后，将请求发送至i - c s c f 5 当i - c s c f 收到一个注册请求，i - c s c f 会向h s s 发起用户注册状态查询 过程。h s s 返回s c s c f 必需的能力或s c s c f 的名字，i - c s c f 基于此 确定一个合适的s c s c f 北京邮电大学第l o 页 i m $ 核心控制网尤s - c s c f 关键技术及实现策略 6 i - c s c f 将注册请求转发给选定的s c s c f 7 当r e g i s t e r 到达s c s c f 后，s c s c f 发现该请求是初始注册，则 s c s c f 向h s s 请求认证信息，h s s 将认证信息返回给s c s c f 8 s c s c f 从h s s 提供的信息中选择一组认证向量 9 s c s c f 产生4 0 1 未授权响应，其中包含了认证挑战 l o i c s c f 转发4 0 1 响应 1 1 p c s c f 转发4 0 1 响应 1 2 i m s 终端执行认证过程，认证过程包括i m s 终端对网络的认证，以及 i m s 终端对于认证挑战的响应 1 3 假设i m s 终端认证网络通过，则i m s 终端将包含对于认证挑战响应的 注册消息发送至p c s c f 1 4 基于用户的u r l ，p - c s c f 判断l i e 正在从一个访问网络注册，并执行 d n s 查询来定位归属网络中的i c s c f 。 1 5 p c s c f 做适当的处理后，将请求发送至i - c s c f 1 6 当i - c s c f 收到一个注册请求，i - c s c f 会向h s s 发起用户注册状态查询 流程。h s s 返回s c s c f 的名字，i - c s c f 基于此确定s c s c f 1 7 i - c s c f 将注册请求转发给选定的s c s c f 1 8 s c s c f 根据对于认证挑战的响应判断i m s 终端是否通过认证 1 9 如果i m s 终端通过认证，则s c s c f 向h s s 请求用户的业务档案。h s s 将用户的业务档案返回至s c s c f 2 0 s c s c f 发送2 0 0 0 k 至i - c s c f 2 li - c s c f 发送2 0 0 0 k 至p c s c f 2 2 p - c s c f 发送2 0 0 0 k 至i m s 终端 2 3 2 会话流程 完整的会话流程比较繁琐，涉及发起侧、终止侧过程，限于篇幅，本节将以 示意图形式描述会话过程。 北京邮电大学第l l 页 i x s 核心控制嘲元s - c s c f 关键技术及实现策略 i 再勰墉l 并种戍用服i 务器 彳p 噩1 3 f r 眦9 一j 9 一i 赫 篇i jp 叶l 0，“盎o“ 卜廿i i ：7 一- c a r n 卜l q ；墙i j i 惦终墙i卜- 1 l 5 m i k o 二 啊一删 ：1 。i 图2 3 1 m s 会话流程 如上图所示，i m s 的作用是控制会话的建立，并在需要的时候将i m s 信令 ( s i p 消息) 路由至业务平台进行处理。会话建立起来后，业务数据( 例如语音 数据) 将在基于i p 的承载网络上传输。 北京邮电大学 第1 2 页 i l l s 核心挣制刈无s - c s c f 关键技术及实现策略 第三章i m s 核心控制网元s c s c f 关键技术分 析 3 1s - c s c f 功能划分 s - c s c f 是i m s 中的核心控制网元，它位于归属网络，下图为s - c s c f 对外 接口示意图。 业务平台 i $ cl 图3 1s - c s c f 对外接口示意图 s - c s c f 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，并且根据运营商对业务支持的需要，与业务平台进行交互。s - c s c f 的功能可详细划分如下； s - c s c f 作为注册中心 通过i m s 认证和密钥协商机制来认证用户 在注册过程中或者在处理一个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 信令路由功能，包括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 ，b g c f ，a s 北京邮电大学第1 3 页 i m s 核心控制嘲厄s - c s c f 关键技术发实现策略 业务触发功能，完成与业务平台的交互。根据业务档案中的初始过滤规 则，决定是否将消息路由到a s 以进行进一步的处理 使用e n u m 机制将e 1 6 4 数字翻译成s i pu r l 。这是必须的，因为i m s 中的s i p 信令的传送只能使用s i pu r l 进行 会话管理功能：包括修改相关消息头，设置定时器，释放会话等 执行媒体检查、修正。s c s c f 能够检查s d p 的内容，检查它是否允许或 拒绝其中的媒体类型和编码方案 公共业务标识( p s i ) ：i m s 网络中支持p s i 功能需要h s s 和i - c s c f 、 s c s c f 等节点共同来完成 发送与计费相的信息给c c f 以进行离线计费，或者发送给在线计费系统 ( o c s ) 进行在线计费( 参见3 2 4 1 ) 3 2s c s c f 关键技术 结合图3 一l 示出的s - c s c f 对外接口，以及3 1 节描述的s - c s c f 的功能， s c s c f 涉及的关键技术包括下述几个方面： s c s c f 与p c s c f i c s c f s c s c f b g c f 等网元之问的m w m i 接口使 用的i m s 信令 通过s - c s c f 与h s s 之间的c x 接口，s c s c f 下载用户身份和服务数据 s c s c f 根据业务档案将相应的请求消息通过1 s c 接口路由至业务平台 s c s c f 涉及的计费功能 3 2 1i m s 信令支持 s - c s c f 与p c s c f i c s c f b g c f 等网元之间的m w m i 等接口使用s i p 协议 作为i m s 信令。 3 2 1 1s i p 协议简介 s i p l l l l ( 会话发起协议) 是一种在口网络中建立、修改和终止多媒体会话的 应用层协议。s i p 协议的基本规范由i e t f 制定，第一个版本为r f c 2 5 4 3 ，后续 升级版本为r f c 3 2 6 1 。 s i p 协议基于超文本传输协议( h ，r r p ) ，具有简单，扩展性强等特点。 s i p 消息由三部分组成，即：首行( s t a r tl i n e ) ，消息头( h e a d e r ) 和消息体 ( b o d y ) 。 北京邮电大学第1 4 页 i m s 核心控制罔无s c s c f 关键技术及实现策略 下面是一则典型的s i p 消息： 巧v n es i p ：b o b b i l o x i c o i ns i p 2 0 v i a ：s i p 2 0 u d pp c 3 3 a t l a n 协c o m ；b r a n c h = z g h g 4 b k 7 7 6 a s d h d s m a x f o r w a r d s ：7 0 t o ：b o b f r o m ：a l i c e ；t a g = 1 9 2 8 3 0 1 7 7 4 c a l b l d ：a 8 4 b 4 c 7 6 e 6 6 7 1 0a p c 3 3 a t l a n t a t o m c s e q ：3 1 4 1 5 9i n v i t e c o n t a c t ： c o n t e n t - t y p e ：a p p l i c a t i o n s c o n t e n t - l e n g t h ：1 4 2 ( b o d yn o ts h o w n ) 3 2 1 2i m s 中使用的s i p 协议 目前已有很多公司可以提供商用版本的s i p 协议栈，由v o v i d a 制定的开源 s i p 协议栈也有广泛的应用。 在l m s 中使用s i p 协议面临一些新的问题。通过一些途径了解到多数商用 s i p 协议栈以及开源协议栈缺乏对i m s 引进的s i p 协议的一些扩展的支持【l o l ，并 且i m s 的标准尚在不断地完善中，不断地对其s i p 协议栈提出了新的需求。要 实现真正意义上的i m s 就需要协议栈进行有效的升级，并能及时根据标准的进 展情况进行维护和更新。 根据目前应用较为广泛的3 g p pr e l e a s e6 ，对于基于r f c 3 2 6 1 的s i p 协议栈， 主要需要引入对于下列s i ph e a d e r 的扩展： 1 用于在i m s 中实现计费功能的p - c h a r g i n g - v e c t o r 、 p c h a r g i n g - f u n c t i o n - a d d r e s s e s 2 用于实现接入i b i s 过程中的安全关联的s e c u r i t y - c l i e n t 、s e c u r i t y - s e r v e r 3 用于在i m s 中携带身份相关信息的p c a u e d - p a r t y - i d 、p - a s s o c i a t e d - u r l 、 p - a s s e r t e d - i d e n t i t y 4 用于在i m s 中控制消息路由的s e r v i c e - r o m e 、p a t h 5 其他h e a d e r s ，例如标识访问网络的p - a c c e s s - n v t w o r k - i n f o 另外，s i p 协议栈还需要引入对下列s i pm e t h o d 的支持： 1 用于实现即时消息业务的m e s s a g e 方法 2 用于实现呈现( p r e s e n c e ) 、p o c 等业务的p u b l i s h 、n o t i f y 、 北京邮电大学 第1 5 页 i g s 核心控制网几s - c s c f 关键技术及实现策略 s u b s c r i b e 以及r e f e r 方法 3 用于改善会话协商过程的u p d a t e 、p r a c k 方法 3 2 2 用户身份、鉴权数据和服务数据的下载 在i m s 中，s - c s c f 承担着充当注册中心以及业务触发的功能( 参见3 1 节) ， s - c s c f 需要与用户和服务相关的数据的存储器h s s 交互获取相关的信息。 s c s c f 与h s s 之间的c x 接口使用d i a m e t e r 协议。 3 2 2 1d i a m e t e r 协议简介 d i a m e t e r l 9 1 协议是i e t f 开发的认证、授权和计费( a a a ) 协议。d i a m e t e r 协议不是从零丌始构架，它基于r a d i u s ( 远程拨入用户认证服务) 协议。 d i a m e t e r 协议实际上分成了两部分：d i a m e t e r 基础协议和d i a m e t e r 应用。 基础协议被用于传递d i a m e t e r 数据单元、协商能力集、处理错误等；应用部分 定义了特定应用的功能和数据单元。 下图为d i a m e t e r 消息的格式示意图： 命令代码字段指示了d i a m e t e r 消息中包含的命令：应用标识字段用来标识 消息所发往的应用：a v p s 包含认证、授权和计费单元，以及与特定d i a m e t e r 请 求或应答消息相关的路由、安全和配置信息单元。 ol23 0l234 5 6 7 8 9 0l2 3 4 5 6 7 8 9 012 3 4 5 6 7 8 9 0l 版本 o 0 o00 o ol 溺怠k 壤 裔专标记 rpexxx xx 命夸码 麻” h o p - b y h o p 杯谬符 磺到端杯坝符 a 、，p 义： 图3 2 d i a m e t e r 消息格式 每一个d i a m e t e r 命令码对应一份a b n f 规范，下面是一则假设的命令码定 e x a m p l e - r e q u e s t ：= u s e r - n a m e ， o r i g i n - h o s t ) 【a v p 】 北京邮电大学第1 6 页 i m s 核心控制网元s - c s c f 关键技术及实现策略 u s e r - n a m e 、o r i g i n - h o s t 等均为携带相关信息的a v p 。 3 2 2 2i m s 中使用的d i a m e t e r 应用 在i m s 中，s - c s c f 与h s