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i m s 中策略与计费控制的研究与设计 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。策略控制与计费控制一直是 i m s 中研究的重要部分。3 g p pr 5 版本中p d f 位于p c s c f 中用于 i m s 中的策略控制，r 6 版本中p d f 独立出来，r 7 版本中与f b c 相 融合形成p c c 架构。自从r 7 版本的p c c 架构提出以来，p c c 架构 也被广泛的接受，被认为是一种可行的策略与计费控制架构。由于 3 g p p 标准的前沿性，目前对r 7 版本的p c c 架构的实现方案缺乏全 面的考虑以及深入的研究，这对于i m s 的发展来说是一种遗憾。因 此，本论文所完成的关于i m s 中策略与计费控制的理论研究和设计 工作，对于i m s 网络、固定与移动融合及承载控制技术的理解与应 用有着很强的实际意义，同时也具有很强的可操作性。 论文的主要目的是利用i m s 体系中的关键模块策略与计费 控制实体，实现策略与计费控制机制，以支持i m s 的策略与计费控 制的融合。本文首先介绍了i m s 的背景知识，以及i m s 中采用的s i p 、 d i a m e t e r 协议、i m s 的架构、其功能模型及接口。其次研究并阐释了 i m s 中计费的演进和融合，介绍了i m s 中策略控制的发展和与f b c 的融合。此外，在本文第四章详细地研究和阐述了3 g p pr 7 版本的 p c c 架构、p c c 架构的功能以及其接口、p c c 架构下的q o s 参数映 射、漫游情况下p c c 架构的策略与计费控制。通过对i m s 中p c c 架 构的研究，本文设计了p c r f 的功能模型、p c r f 中功能模块的类图、 生成p c cr u l e 的流程等，p c cr u l e 的流程包括q o s 映射流程、带宽 信息获得流程以及带宽与q o s 交互流程。在结合3 g p pr 7 的策略与 计费控制架构和本文中设计的p c r f 功能模型以及p c cr u l e 生成流 程的基础上，举出采用该模型和流程的实例，用于验证本文中策略与 计费控制模型合理性。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( i m s ) 策略与计费控制策略控制q o s 控制 r e s e a r c ha n dd e s i g no f p o l i c ya n dc h a r g i n gc o n t r o li ni 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 sp 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 i t si m p o r t a n tf o rt h ep o l i c ya n dc h a r g i n gc o n t r o li nt h ep a r to f r e s e a r c hi ni m s t h ep d fi sl o c a t e da tp c s c fu s i n gf o rp o l i c yc o n t r o l i n3 g p pr e l e a s e5 s u b s e q u e n t l y , t h ep d fi ss e p a r a t e df r o mt h ep - c s c f i nt h er e l e a s e6 ，a n dc o n v e r g e sw i t ht h ef b ct of o r mt h ep c ca r c h i t e c t u r e i nt h er e l e a s e7 s i n c et h ep c ca r c h i t e c t u r eo f3 g p pr e l e a s e7p u b l i s h e d ， p c ca r c h i t e c t u r eh a sb e e nw i d e l ya c c e p t e d ，a n dc o n s i d e r e dt ob ea f e a s i b l ep o l i c ya n dc h a r g i n gc o n t r o la r c h i t e c t u r e d u et ot h ef o r e f r o n to f 3 g p ps t a n d a r d s ，i t sl a c ko fa l l s i d e dc o n s i d e r a t i o na n da ni n d e p t h r e s e a r c hf o rt h er e l e a s e7p c ca r c h i t e c t u r ei m p l e m e n tm e a s u r ea tp r e s e n t ， w h i c hi sar e g r e tf o rt h ed e v e l o p m e n to fi m s t h e r e f o r e ，t h i st h e s i s c o m p l e t e do ni m si np o l i c ya n dc h a r g i n gc o n t r o lt h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n d d e s i g nw o r k ，h a sas t r o n gu n d e r s t a n d i n ga n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c eo f i m sa p p l i c a t i o n ，a n dh a sas t r o n go p e r a b i l i t yf o ri m sn e t w o r k s ，f i x e da n d m o b i l ec o n v e r g e n c ea n db e a r e rc o n t r o lt e c h n o l o g i e s t h et h e s i sa i m st oi m p l e m e n tt h e p o l i c ya n dc h a r g i n g c o n t r o l m e c h a n i s mt os u p p o r tt h ep o l i c ya n dc h a r g i n gc o n t r o lc o n v e r g e n c eu s i n g t h ep c r fm o d u l 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 ei m s b a c k g r o u n d ，a n de x p l a i n sa r c h i t e c t u r ea n dp r o t o c o lo fi m s s e c o n d l yi t r e s e a r c h e sa n dd e s c r i b e st h ee v o l v e m e n ta n dc o n v e r g e n c eo fc h a r g i n gi n i m s ，e x p l a i n st h ed e v e l o p m e n to fp o l i c yc o n t r o la n dc o n v e r g e n c ew i t h t h ef b c i na d d i t i o n ，a tt h ef o r t hc h a p t e r , t h et h e s i si n t r o d u c e st h ep c c a r c h i t e c t u r e ，r e f e r e n c ep o i n t ，q o sp a r a m e t e rm a p p i n ga n dp o l i c ya n d c h a r g i n gc o n t r o la tr o a m i n g i n3 g p pr e l e a s e7 r e s e a r c h i n gw i t ht h ep c c f r a m e w o r k , t h i sp a p e rd e s i g n e dt h ep c r ff u n c t i o nm o d e l s ，t h ec l a s s d i a g r a mo fp c r ff u n c t i o nm o d u l e s ，g e n e r a t e dp c cr u l ef l o w , w h i c h i n c l u d e dq o sm a p p i n gp r o c e d u r e s ，b a n d w i d t ha c c e s si n f o r m a t i o nf l o w s ， a n dt h eb a n d w i d t hi n t e r a c t e dw i t hq o sf l o w s b yr e f e r r i n gt h ep o l i c ya n d c h a r g i n gc o n t r o lf r a m e w o r ki n3 g p p r e l e a s e7a n db a s e do nt h ed e s i g no f p c r ff u n c t i o nm o d u l ea n dt h ep c cr u l eg e n e r a t e df l o w si nt h i sp a p e r , t h et h e s i sd e m o n s t r a t e st h ei n s t a n c e su s i n gt h em o d u l ea n df l o wt o v a l i d a t et h ep o l i c ya n dc h a r g i n gc o n t r o lm o d e lr e a s o n a b l e k e yw o r d si pm u l t i m e d i as u b s y s t e mp o l i c yc o n t r o lq o sc o n t r o l p o l i c ya n dc h a r g i n gc o n t r 0 1 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 1 1 ) j n 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：踅邋 日期： 盟：2 1 ：! 苎 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 北京邮电人学学位论文绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 随着3 g 时代的到来，用户对移动通信有了更高的期望，用户不仅要求有稳 定的语音通信，而且还要求能够以数据和多媒体等多种方式进行通信。针对这些 需求，3 g p p 在r 5 版本中提出了i m s 标准。而随着网络技术的发展，各种标准 组织也开始了i m s 版本演进方面的研究。 i p 多媒体子系统( i m s ，i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ) 最初是由3 g p p 在r e l e a s e 5 版本中提出的基于s i p 会话控制的网络体系架构，目的是满足用户对移动多媒 体业务的需求，从而丰富移动网的业务种类，加快业务提供过程。i m s 的出现不 仅能带来丰富的移动多媒体业务，而且将使移动通信网络结构和应用模式发生前 所未有的改变。i m s 具有分布式、与接入无关、有标准开放的业务控制接口等 特点，被业界公认为未来融合的控制平台，成为下一代网络( n g n ) 的核心技 术。目前，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， 相关标准的制定和完善工作正在紧张进行中，世界各大设备提供商纷纷推出i m s 的商用或试验产品，部分运营商也开始进行i m s 业务的试商用或试验。 3 g p p 在r 5 版本中首次提出i m s ，并在r 6 和r 7 版本中对其进一步完善， 目前也推出了最新的r 8 版本。r 5 版本提出和定义了i m s 的基本框架及3 g 接入 的能力，r 5 阶段侧重于基本架构、3 g 接入能力、功能实体、信令流程的规定， 并对鉴权、计费、安全、q o s 等进行了基本定义。r 6 版本对i m s 接口和功能更 加细化，定义了w l a n 接入的能力、i m s 和外部网络之间的互通、i m s 支持各 种业务的能力等方面。r 6 版本在2 0 0 5 年3 月冻结，是第一个完善的i m s 标准 版本。相对r 5 ，r 6 主要完善、增强了策略决策功能：定义了s b l p ( s e r v i c eb a s e d l o c a lp o l i c y ) 的q o s 框架、端到端的q o s 概念和框架结构，将p d f 从p c s c f 中分离出来，并定义了相关g o g q 接口。 r 7 版本在2 0 0 7 年冻结，其主要增强功能为：f b i ( s y s t e me n h a n c e m e n t sf o r f i x e db r o a d b a n da c c e s st oi m s ) ：增加对固定接入的支持，如n a t 穿越、i m s 汇 接网络、i b c f ( i m sb o r d e rc o n t r o lf u n a i o n ) 边界控制等。紧急呼叫( e m e r g e n c y c a l l ) 。v c c ( v o i c ec a l lc o n t i n u i t y ) ：实现双模手机在i m s 域和c s 域进行语音 呼叫切换，采用i m s 控制方案，切换控制由应用层实现。c s i ( c o m b i n i n gc s & i m s s e r v i c e s ) ：其实质是不同业务分别由两个网络提供，实时类业务由c s 域提供， 非实时业务由i m s 域提供。在第1 阶段，c s i 由终端实现。多媒体电话( 补充) 业务。p c c ( p o l i c yc o n t r o la n dc h a r g i n g ) ：把q o s 的策略控制和流计费合并， 北京邮电大学学位论文绪论 生成一个新的网元p c r f ，使用基于d i a m e t e r 的r x 、g x 接口传递相应的策 略控制和计费控制信息。这一功能框架的改变是对r 6s b l p 框架的重大更新和 改进。 由于3 g p pr 7 版本中提出了p c c 架构，把策略控制与流计费合并，形成策 略与计费控制架构。策略与计费控制架构的提出，对于r 6 版本中的p d f 和f b c 都有融合和改进的，是i m s 发展中的一个大的变化，p c c 架构适合于基于q o s 以及带宽的策略控制和基于流的计费。在p c c 架构下，可以方便的实现策略控 制以及基于流的计费控制，同时也为在异构网络下实现策略与计费控制的实现提 供了可能，为基于i m s 架构的f m c 提供了实现方案。p c c 架构完全可以和n g n 网络中的r a c s 之间进行策略与计费信息的沟通和协商，而这种协商奠定了f m c 的技术基础，也为运营商提供全业务运营提供了可能。p c c 架构在i m s 网络中 有重要的应用意义，本文主要研究了i m s 网络中的p c c 架构，并且设计了p c c 架构中的p c r f 功能模型，p c cr u e l s 生成流程以及应用实例等。 在3 g p pr 8 版本中p c c 架构中，总体架构还是延续了r 7 版本的p c c 架构， 所不同的是增加了b b e r f 网元，b b e r f 有一些功能和p c e f 类似，主要完成有 关移动终端的策略控制和承载绑定以及相关计费控制等功能。由于r 8 版本的 p c c 架构还处于发展和完善中，并且r 8 版本也没有最终冻结，本论文主要是基 于r 7 版本的p c c 架构来研究i m s 中的策略与计费控制的。 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： 作者详细地研究了i m s 网络中的计费问题，并且结合p c c 架构和运营 商实际的计费需求，提出了i m s 中计费向网络侧迁移的思想，并且在p c c 架构 的基础上提出了计费向网络侧迁移的具体实现方案。 作者分析了r 5 、r 6 版本中的p d f 以及f b c ，并且在r 7 版本的p c c 架 构下，详细地分析了i m s 的p c c 架构的功能以及p c c 架构中各个功能实体，分 析了在p c c 架构中的a f 、p c r f 、p c e f 、s p r 以及o c s 、o f c s 之间如何进行 交互，完成p c cr u l e s 的生成以及p c cr u l e s 的执行。 在详细地研究了p c c 架构的基础上，通过对p c r f 功能的研究，对于其 策略控制和计费控制有深入的研究，作者提出了p c r f 功能模型，用于完成p c c 架构中有关的策略控制和计费控制，以及与其他功能实体进行交互，与其他网络 中的策略控制模块( 如p c r f 或者r a c s ) 进行交互完成q o s 协商。将p c r f 2 北京邮电人学学位论文绪论 分成如下功能模型：d i a m e t e r 适配器( d a ，d i a m e t e ra d a p t e r ) 、接入授权管理模 块( a a m ，a c c e s sa u t h e n t i c a t i o nm a n a g e m e n t ) 、p c cr u l e 生成模块( p r g m ，p c c r u l eg e n e r a t i o nm o d u l e ) 、承载控制模块( b c m ，b e a r e rc o n t r o lm o d u l e ) 、资源 协商模块( r n m ，r e s o u r c en e g o t i a t i o nm o d u l e ) 、资源监控模块( r m m ，r e s o u r c e m o n i t o r m o d u l e ) 、s p r 与p c r f 适配器( 接口采用的协议目前还没有定义，所以 该接口我们认为未定义) 。由p c r f 内部的每个功能模块负责完成p c r f 相应的 各项功能。 在对r x 、g x 参考点以及a f 、p c r f 、p c e f 、s p r 和p c cr u l e 详细研 究的基础上，提出了p c r f 模型中生成p c cr u l e s 的流程模型。主要包括：从 a f 来的s d f 映射成q c i 的流程模型，带宽与q o s 交互的流程模型等等。 最后，在已经设计好的p c c 架构中p c r f 功能模型和p c cr u l e s 生成流 程基础上，通过一个实例做出了详细地说明了p c r f 的功能模型以及p c cr u l e s 的生成流程和带宽与q o s 交互流程。 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 起源和发展，i m s 系统架构中各个网元及相关接口的功 能作用，i m s 中采用的s i p 协议和d i a m e t e r 协议。 第三章阐释了3 g p pi m s 的计费体系的演进：r 5 版本在计费方面的局限性、 r 6 版本的发展、r 7 版本的发展与演进。阐述了i m s 中的计费体系架构、离线 计费、在线计费、计费关联核减以及r o 瓜f 参考点的行为和消息格式。结合运营 商对于计费的具体需求以及i m s 中p c c 架构，提出计费向网络侧迁移的需求、 论述了i m s 中计费向网络侧迁移的必要性、计费向网络侧迁移的模型、计费向 网络侧迁移的模式。章节最后，介绍了一种在p c c 架构下计费向网络侧迁移的 实施方案。 第四章首先论述了3 g p p 中策略与计费控制的发展，详细地阐述了p d f 的 发展概况和不足、f b c 的发展概括以及p d f 与f b c 的融合问题。详细地阐述了 3 g p pr 7 版本的p c c 架构、p c c 架构的功能、p c c 架构中各个功能实体、p c c 架构中的参考点。同时对p c cm l e s 和p c c 架构下有关q o s 参数映射都做了详 细地论述。最后，阐述了在漫游情况下p c c 的逻辑架构、功能实体和漫游流程。 第五章设计了p c c 架构下的p c r f 功能模型，将p c r f 分成以下功能模块： d i a m e t e r 适配器、接入授权管理模块、p c cr u l e 生成模块、承载控制模块、资 源协商模块、资源监控模块、s p r 与p c r f 适配器。在p c r f 功能模型的基础上， 北京邮电人学学位论文 绪论 详细地设计了p c cr o l e 的生成流程模型，该流程模型主要包括：q o s 映射流程、 带宽信息的生成流程以及带宽与q o s 交互流程。 第六章通过i m s 中p c c 架构下会话的建立、会话的终止、g w 发起的会话 建立和会话终止的流程实例，详细地描述本论文中第四章设计的p c r f 功能模型 和第五章设计的生成p c cr u l e 的流程，验证了p c c 架构下p c r f 功能模型以及 流程设计的合理性 第七章结束语。总结全文并提出论文中可以改进的地方。 附录。列出了r x g x 参考点使用到的各种d i a m e t e r a v p 。 最后为参考文献和致谢部分。 4 北京邮电人学学位论文i m s 系统介绍 2 ii m s 技术概念 第二章i m s 系统介绍 i m s ( r em u l t i m e d i as u b s y s t e m ) 是i p 多媒体业务子系统，是一种全新的多媒 体业务形式，它能够满足现在的终端客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求。 目前，i m s 被认为是下一代网络的核心技术，也是解决移动与固网融合，引入语 音、数据、。视频三重融合等差异化业务的重要方式和实现模式。但是，目前全球 i m s 网络多数处于试商用阶段，还没有运营商开始大规模的布置i m s 网络，基 于i m s 的业务的提供以及运营模式也处于业界探讨当中。 2 2i m s 标准的发展与应用 2 2 1i m s 标准的发展 研究i m s 并将i m s 标准化的国际标准组织主要有3 g p p 和t i s p a n 。3 g p p 侧重于从移动的角度对i m s 进行研究，而t i s p a n 则侧重于从固定的角度对i m s 提出需求，并统一由3 g p p 来完善。 3 g p p 对i m s 的标准化是按照r 5 版本、r 6 版本、r 7 版这个过程来发 布的，i m s 首次提出是在r 5 版本中，然后在r 6 、r 7 版本中进一步完善。r 5 版 本主要侧重于对i m s 基本结构、功能实体及实体间的流程方面的研究；而r 6 版 本主要是侧重于i m s 和外部网络的互通能力以及i m s 对各种业务的支持能力等。 相比于r 5 版本，r 6 版本的网络结构并没有发生改变，只是在业务能力上有所增 加。在r 5 的基础上增加了部分业务特性，网络互通规范以及无线局域网接入特 性等，其主要目的是促使i m s 成为一个真正的可运营的网络技术。r 7 阶段更多 的考虑了固定方面的特性要求，加强了对固定、移动融合的标准化制订。r 5 版 本和r 6 版本分别在2 0 0 2 年和2 0 0 5 年被冻结，而r 7 版本也即将冻结。r 7 版本 中提出了策略与计费控制模型，将r 6 版本的p d f ( p o l i c yd e c i s i o nf u n c t i o n ) 与基 于流的计费合并，组成p c r f ( p o l i c ya n dc h a r g i n gr u l e sf u n c t i o n ) 功能模块以 及p c e f ( p o l i c ya n dc h a r g i n ge n f o r c e m e n tf u n c t i o n ) 功能模块，由p c r f 完成有关 的策略与计费规则信息的生成并且下发给p c e f ，最终由p c e f 完成策略与计费 规则信息的执行。在g p r s 网络中，p c e f 是g g s n ；在w l a n 网络中p c e f 是 p d g 。r 8 版本中增加了b b e r f 功能实体，用于对移动终端提供策略控制和承载 绑定，其他功能实体和r 7 版本中基本一致。 北京邮电大学学位论文i m s 系统介绍 在t i s p a n 定义的n g n 体系架构中，i m s 是业务部件之一。t i s p a ni m s 是在3 g p pr 6i m s 核心规范的基础上对功能实体和协议进行扩展的，支持固定 接入方式。t i s p a n 的工作方式和3 g p p 相似，都是分阶段发布不同版本。目前， t i s p a n 已经发布了r l 版本相关规范，从固定的角度向3 g p p 提出对i m s 的修 改建议；t i s p a n 在许多文档中都直接应用了3 g p p 的相关文档内容，而3 g p p r 7 版本中的很多内容又都是在吸收了t i s p a n 的研究成果的基础上形成的，所 以一方对文档内容的修改都将直接影响另一方。此外，部分先进的运营商( 如德 国电信、英国电信和法国电信) 已经明确了未来网络和业务融合的战略目标，并 开始特别关注基于i m s 的网络融合研究。各大设备厂商也加大了对i m s 在固网 领域应用的研究，正积极参与并大力推进基于i m s 的n g n 的标准化工作。 2 2 2i m s 的主要应用 随着i m s 技术和产品的逐渐成熟，已经有一些运营商开始了叫s 的商用， 还有一些运营商在进行相关的测试。从目前的商用和测试情况看，移动运营商已 经开始商用，而固网运营商还主要处于试验阶段。综合考虑，i m s 的应用主要集 中在以下几个方面。 首先是在移动网络的应用，这类应用是移动运营商为了丰富移动网络的业 务而开展的，主要是在移动网络的基础上用i m s 来提供p o c 、即时消息、视频 共享、i p t v 等多媒体增值业务。应用重点集中在给企业客户提供i pc e n t r e x 和公众客户的v o l p 等业务。 其次是固定运营商出于网络演进和业务的需要，通过i m s 为企业用户提供 融合的企业的应用( i pc e n t r e x 业务) ，以及向固定宽带用户( 例如a d s l 用户) 提供v o l p 应用。 第三种典型的应用是融合的应用，主要体现在w l a n 和3 g 的融合，以实 现语音业务的连续性。在这种方式下，用户拥有一个w l a n w c d m a 的双模终 端，在w l a n 的覆盖区内，一般优先使用w l a n 接入，因为这种方式用户使用 业务的资费更低，数据业务的带宽更充足。当离开w l a n 的覆盖区后，终端自 动切换到w c d m a 网络，从而实现语音在w l a n 和w c d m a 之间的连续性。 目前，这种方案的产品以及在欧洲和美国有商用，我们称为v c c 语音呼叫连续 性应用服务器。 此外，i m s 中全部采用s i p 协议，虽然s i p 也可以实现最基本的v o l p ，但 是这种协议在多媒体应用中所展现出来的优势表明，它天生就是为多媒体业务而 生的。由于s i p 协议非常灵活，所以i m s 还存在许多潜在的业务。这些潜在的 新业务也等待着研究人员的发现和挖掘。 6 北京邮电大学学位论文| m s 系统介绍 2 2 3 基于i m s 的网络融合问题 随着通信网络的发展与演进，融合是不可避免的主题，固定和移动的融合 ( f m c ) 更是迫切要解决的问题。e t s i 给f m c 下的定义是：“固定移动融合是 一种能提供与接入技术无关的网络能力。但这并不意味着一定是物理上的网络融 合，而只关心一个融合的网络体系结构和相应的标准规范。这些标准可以用来支 持固定业务、移动业务以及固定移动混合的业务。固定移动融合的一个重要特征 是，用户的业务签约和享用的业务，将从不同的接入点和终端上分离开来，以允 许用户从任何固定或移动的终端上，通过任何兼容的接入点访问完全相同的业 务，包括在漫游时也能获得相同的业务。”e t s i 在给f m c 下定义的同时也对固 定移动网络的融合提出了相应的要求。 i m s 进一步发扬了软交换结构中业务与控制分离、控制与承载分离的思想， 比软交换进行了更充分的网络解聚，网络结构更加清晰合理。网络各个层次的不 断解聚是电信网络发展的总体趋势。网络的解聚使得垂直业务模式被打破，有利 于业务的发展；另外，不同类型网络的解聚也为网络在不同层次上的重新聚合创 造了条件。这种重新聚合，就是网络融合的过程。利用i m s 实现对固定接入和 移动接入的统一核心控制，主要是i m s 具有以下特点。 ( 1 ) 与接入无关性。虽然3 g p pi m s 是为移动网络设计的，t i s p a nn g n 是为固定x d s l 宽带接入设计的，但它们采用的i m s 网络技术却可以做到与接 入无关，因而能确保对f m c 的支持。从理论上可以实现不论用户使用什么设备、 在何地接入i m s 网络，都可以使用归属地的业务。 ( 2 ) 统一的业务触发机制。i m s 核心控制部分不实现具体业务，所有的业 务包括传统概念上的补充业务都由业务应用平台来实现，i m s 核心控制只根据初 始过滤规则进行业务触发，这样消除了核心控制相关功能实体和业务之间的绑定 关系，无论固定接入还是移动接入都可以使用i m s 中定义的业务触发机制实现 统一触发。 ( 3 ) 统一的路由机制。i m s 中仅保留了传统移动网中h l r 的概念，而摒 弃了v l r 的概念，和用户相关的数据信息只保存在用户的归属地，这样不仅用 户的认证需要到归属地认证，所有和用户相关的业务也必须经过用户的归属地。 ( 4 ) 统一用户数据库。h s s ( 归属业务服务器) 是一个统一的用户数据库 系统，既可以存储移动i m s 用户的数据，也可以存储固定i m s 用户的数据，数 据库本身不再区分固定用户和移动用户。特别是业务触发机制中使用的初始过滤 规则，对i m s 中所定义的数据库来讲完全是透明数据的概念，屏蔽了固定和移 动用户在业务属性上的差异。 7 北京邮电人学学位论文 i m s 系统介绍 ( 5 ) 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。 i m s 所具有的这些特征可以同时为移动用户和固定用户所共用，这就为同 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。 2 3i m s 系统架构 2 3 1i m s 的系统架构及网元功能模块 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 nc o n t r o lf u n c t i o n ) ，按功能可分为p - c s c f 、i - c s c f 、s - c s c f3 个逻辑 实体；同时也包括与外部网络进行连结与通讯的b g c f 以及m r f c 、m r f p 等逻 辑实体；存储用户签约信息的h s s 实体。i m s 网络结构如图2 1 所示： 图2 13 g p pi m s 网络结构示意图 ( 1 ) 代理c s c f ( p c s c f ) p c s c f 是i m s 中用户的入口。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，无论是从u e 过来的，还是发往u e 的，都必须经过p c s c f 。p - c s c f 的作用类似于代理。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。 北京邮电大学学位论文 i m s 系统介绍 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i - 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系统中的c c f ； 执行s i p 消息的压缩和解压缩； 和p c r f 交互，授权承载资源并进行q o s 管理、以及业务类型管理；同 时报告有关的资源使用事件，用于分配不同的计费键值或者是直接将有关计费信 息提供给计费系统。 ( 2 ) 查询c s c f ( i c s c f ) 在运营商网络中，用户与运营商的连接点是i - c s c f 。所以在运营商网络中 可以有多个i - c s c f 。 i - c s c f 的功能如下： 为发起s i p 注册请求的用户分配s c s c f ； 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 ； 发送与计费相关的信息给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、容量和网络拓扑结构。 ( 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 9 北京邮电大学学位论文 i m s 系统介绍 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 包含的基本功能如下： 移动性管理，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，h s s 支持3 个域的呼n 会话建立； 支持用户安全，支持3 个域的鉴权过程； 支持业务定制，提供3 个域使用的业务签约数据； 用户标识处理，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，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，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： 支持应用业务和c a m e l 业务。 ( 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 ) m g c f 是使i 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 ) 1 0 北京邮电大学学位论文i m s 系统介绍 i m s m g w 主要用于i m s 用户面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 ) 策略与计费控制规则功能( p c r f ) p c r 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 ) 的策略与计费控制建立 信息来决定策略与计费控制规则信息。它支持来自a f 的授权建立处理及向p c e f 下发的策略与计费控制规则信息；支持来自a f 或者p c e f 的授权修改、撤销及 策略与计费控制规则信息的删除，并向p c e f 更新p c cr u l 髓；可以为a f 和p c e f 之间继续策略与计费控制信息交互，完成p c cr u l e s 的生成：支持门控功能，控 制用户的媒体流是否可以经过p c e f ，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 ) 策略与计费控制执行功能( p c e