（计算机科学与技术专业论文）ip多媒体子系统（ims）中parlay+x网关的设计与实现.pdf

北京邮电大学碳士学位论义 声叫 声明 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 本人签名 砗艇一 本人承担一切相关责任。 日期：塑乏王! 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 导师签名 日期丝! ! ：王 日期：z 盘芝笸：羔左 北京邮电大学碳 “学位论文 摘要 i p 多媒体子系统( i m s ) 中p a r l a yx 网关的设计 与实现 摘要 随着i p 网络技术、移动通信技术和多媒体技卷的蓬勃发展，随 着通信领域全新的市场需求和商业模式的出现，人们对未来的通信网 络提出了全新的要求，i p 多媒体予系统( 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，成为全球通信领域的研究 热点。而业务提供作为其中的一个重要的组成部分，也越来越引起大 家的关注。 w e b 服务作为一种采用x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 技 术、s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 和w s d l ( w e bs e r v i c e s d e s c r i p t i o nl a n g a a g e ) 等开放标准协议的分布式计彝系统，比c o r b a 等分布式对象系统具有更加开放的跨平台、跨语言、跨应用的互操作 能力。由p a r l a y 和3 g p p 两个组织联合制定的基于w e b 服务技术的 p a r l a yx 接口的目的在于作为网络和业务、业务与业务之间的统一 接口，解决日益增多的参与业务提供的实体之间互操作困难问题；它 也是一种面向服务的体系架构。基于w e b 服务的电信业务开发可 以获得比面向对象更高层次的复用，从而加快业务的开发。 本文研究了在i m s 网络中的p a r l a yx 接口，以及i m s 中p a r l a y x 网关的设计与实现，本文具体内容可归纳如下： 北京邮电人学硕士学位论安=摘要 论文的第一部分阐述了i m s 的产生和发展的技术背景，对第三 代移动通讯技术( 3 g ) 和下一代网络进行了介绍。并详细介绍了i m s 的体系结构及其对通信网发展的意义。这一部分是全文研究内容的基 础。 论文第二部分对通信网开放业务接口技术进行了研究，首先介 绍了主流的开放业务接口技术，探讨了基于w e b 服务的p a r l a yx 接 口的特点。接着探讨了在i m s 网络中实现p a r l a yx 接口的必要性和 一些技术难点。最后对其中涉及到的安全问题进行的研究。 论文第三部分研究了i m s 网络中p a r l a yx 网关具体的设计与实 现。首先分析了网关所处的环境、应用场景、主要功能以及网关与其 他功能实体之间的接口。然后介绍了状态机的设计和典型应用的消息 流程。最后介绍了网关内部结构和各个模块实现方法。 论文的最后一部分讨论了p a r l a yx 网关的测试，包括测试方法、 测试工具、测试中采用的策略及测试的结果说明。指出了本文对 p a r l a yx 网关的设计和实现方案的可用性。并对在此基础上下一步 的工作提出了展望。 口 关键词：i p 多媒体子系统下一代网络p a r l yx 开放业务接 北京邮电火学硕l 学位论文 a b s t r a c t t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f p a r i 。a yxg a t e 、1 悛yi ni p m u l t i m e d l s u b s y s t e m 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 n t e m e t ，w i r e l e s sn e t 、】l ，o r ka n dm u l t i m e d i a s e i c e s ，a sw e l la st h ee m e r g e n c eo fn e wr e q u 打e m e n t sa n db u s i n e s s m o d ei nc o m m u n i c a t i o nf i e l d ，m o r ei m p r o v e m e n tm u s tb ed o n et ot h e c u r r e n tn e t w o r k a st h ef u t u r et r e n do fc o m m u n i c a t i o n i pm u l t i m e d i a s u b s y s t e m ( i m s ) i sb o t hp o p u l a ri nt e l e c o m m u n i c a t i o na n di t w e bs e r v i c ei s i n d e p e n d e n t w i t h p l a t f o r m s ，l a n g u a g e sa n d a p p l i c a t i o n s ，u s i n gd i s t r i b u t i o nt e c h n o l o g i e ss u c ha sx m l ，s o a pa n d w s dl i th a sm o r es c a l a b l ec a p a b i l i t i e sa n dm o r eo p e nf e a t u r e st h a n c o r b a p a r l a yx ，b a s e do nw e bs e r v i c e ，i ss p e c i f i e db v3 g p pa n d p a r l a yi np u r p o s eo fr e a 】i z i n gu n i f i e di n t e r f a c eb e t w e e nn e t w o r k sa n d a p p l i c a t i o n s ，a n dr e i n f b r c i n gl h ei n t e r o p e r a b i l i t yo ff u n c t i o n a le n t i t i e s t h i sc o n t r i b u t i o nc o v e r e dt h er e a l i z a t i o no fp a r l a yxi n t e r f a c ei n i 】sn e t w o r k t h ec o n t e n t so ft h i sc o n t r i b u t i o na r eo u t l i n e dh e r e t h ef i r s t p a r i o ft h i sc o n t r i b u t i o ni n t r o d u c e dt h e c r e a t i o na n d b a c k g r o u n do fi m s ，a sw e 儿a so v e r v i e w e d3 ga n dn g n t h es e c o n d p a r t f b c u s e do nt h e o p e n a p i t e c h n i q u e s o f c o m m u n i c a t i o nn e t w o r kw i t ht h eb e g i n n i n go ft h ep r o p e r t i e so f p a r l a yx t h e n ，t h ed i f f i c u l t i e sa n dn e c e s s a r yo fr e a l i z i n gt h ep a r l a yxi n t e r f a c ei n i l sa r ec o v e r e d ，a n ds oa r et h es e c u r i t yi s s u e sa b o u ti t 4 ! ! 塞唑皇查兰竺土兰堡堡苎 ! ! ! ! ! ! 兰! t h el a s t p a r to ft h i sc o n t r i b u t i o ni s ab r i e fi n t r o d u c t i o no ft h e i m p l e m e n t a t i o na n dt e s tr e s u l ta n a l y s i so ft h i s s y s t e m ，i n c l u d i n gt h e d e s i g na n dt o o l so ft h et e s t ，a n da j s ot h et e s tr e s u l t s k e yw o r d s ：i m s ，n g n ，p a r l a yx ，0 p e ns e r v i c ei n t e r f a c e 5 北京邮电大学倾f 。学位论文 第1 章序论 1 1 研究背景 第1 章绪论 目前，电信网络技术正在飞速发展的阶段。移动通信网经历了第一代模拟移 动通信系统和第二代数字通信系统，已向着以i p 为基础的第三代( 3 “g e n e r a t i o n 3 g ) 移动通信系统发展。作为下一代电信网的组成部分，第三代移动通信系统的 设计思想也受到下一代网络的影响，采用了业务、控制、承载相分离的分层体系 结构，提供开放的业务接口，基于i p 的承载方式。i p 多媒体子系统( i m s ) 是 第三代移动通信核心网络的重要组成部分。3 gi 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i p 网络终端通信的融合。 另一方面，现在的通信网的开放业务面l 临很多问题，接口形式复杂，需要不 同的网络服务器支持；没有统一的安全机制及控制机制，不利于运营商统一管理 访问业务；业务开发集成过程复杂，开发门槛高、成本高；组合业务开发困难， 组合业务计费复杂；跨网络业务开发、移植困难等。 所以在以i m s 为代表的新的网络体系结构中应充分体现出新的业务优势。电 信增值数据服务应成为电信业发展新的动力源泉；电信业通过各种数据增值服务 的应用来满足用户的需求，最大限度地发挥现有电信网络的能力；电信运营商、 服务提供商以及最终用户之问的交互，使更多的新服务友好、安全、性能出众， 能吸引更多新用户数量增加，需要创建更多服务用户和服务数量日益增加，这就 要求基础结构合乎标准、易于使用、具有伸缩性、更加健壮、灵活而且易于管理。 而以上的这些实现主要依赖于在i m s 网络中实现统一的业务平台，为广大应 用开发商提供统一的简单实用的业务开放接口。由p a r l a y 组织和3 g p p 组织在多 年的研究和实践基础上，联合制定的p a r l a y o s a f 是为了满足这一要求。 随着i p 网络技术的发展，作为未来i p 网络服务的主要构造模型的w e b 服务 技术越来越受到重视，如何在以i m s 为代表的下一代电信网络中实现基于w e b 服 务的p a r l a yx 接口以实现与i p 网络服务的融合成为一个重要的技术热点。 1 。2 硕士期间研究工作 本文作者在硕士研究生期间，主要从事“下一代网络中开放业务接口技术” 的研究开发工作，其主要涉及到两个项目： 北京邮电大学硕： 学位论文第1 章序论 1 、国家电子信息产业发展基金2 0 0 5 年项目“3 g 核心网i p 多媒体子系统” 完成了项目启动的前期调研工作，对i m s 的设计思想、演进策略、整体 的系统构架、信令流程、用户管理、服务提供都有一定的了解。熟悉s i p 信令及 3 g p p 对于s i p 的扩展； 负责了此项目一期的分析设计工作； 构建了项目一期中p a r l a yx 网关部分的软件体系结构，实现了一期网关 部分的主体框架和第三方呼叫、呼叫控制部分代码。 2 、国家8 6 3 项目“支持多媒体业务和移动业务的软交换系统”，项目编号： 2 0 0 2 a a l 2 1 0 1 2 。 参与服务代理模块( 主要功能：p a r l a ya p i 向我们的统一的呼叫控制模 型控制调用的映射) 的设计和完善： 完成服务代理模块编码工作； 设计并实现了对m c u ( r a d v i s i o n 公司产品) 的控制( x m l 接口) 以实现会 议服务接口； 参与了服务适配组部分的功能测试和整个系统的集成测试。 1 3 论文主要内容 本文主要对在l m s 网络中提供基于w e bsc _ f v i c e 的p 缸l a v x 接口的实现方案 进行研究。本文正文部分共分为七章，除本章与结束语以外，其余各章内容如下： 第二章主要论述3 g 核心网i m s 体系结构和其中的各个开放业务接口技术， 着重论述基于w e bs 盯v i c e 的p a t l a yx 技术。 第三章主要论述电信网络，特别是i m s 中的业务开放接口技术涉及到的安全 问题。 第四章详细介绍p a r l a yx 网关的设计，着重与状态转移和典型的业务的消息 流程。 第五章详细介绍了p a r l a yx 网关内部结构和各个模块的实现。 第六章论述了p a r l a yx 网关的测试方法和测试结果。 第七章作为结束语，对论文工作进行了总结，并对下一步的工作做了展望。 北京邮电人学硕0 ：学位论文 第2 常3 g 核心罔与i m s 第2 章下一代网络与i m s i m s 是第三代移动通信( 3 g ) 核心网络的重要组成部分。3 gi 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、传统固定电话通信和原有i p 网络终端通信的融合。同时随着这一技术的 发展，它也越来越被认为是下一代网络的核心技术。 本章是i m s 开放业务接口研究的技术背景，首先介绍了下一代网络和3 g 核 心网的基本概念，然后阐述了3 g p p 组织在标准中规定的i m s 的体系结构。最后 探讨i m s 的发展及在未来通信网络中的位置。 2 1 下一代网络 2 0 世纪未，随着各种通信和网络技术日益成熟，i p 网络使用量剧增，人们 工作和生活中对新型多媒体业务的需求、对移动性的需求逐渐在上升。封闭复杂 的电信网络继续提供传统的电信业务，开放的i p 网络上新型的通信应用已经层 出不穷。技术的多样化虽然使用户有了更多的选择，但是也造成了一定的混乱， 用户无法简单地得到系统而整合的全方位通信服务，各种通信方式没有融合起 来，带来了许多不便。同时，全球电信市场管制逐渐放开，运营商间竞争加剧， 但为了提供各种通信服务，运营商不得不维护着各种不同的网络，如固定网，移 动网，数据网等，由于历史的原因，这些不同的网络在接入、交换控制和业务提 供上各自为政，大大增加了网络运营的成本。更重要的是，运营商在传统的网络 接入业务上的利润十分有限，必须在增值业务、个性化业务乃至行业应用上寻找 新的突破，但传统的电信网业务提供能力远远不足以支持新业务的开发管理和部 署。 人们需要对信息交流的形式和手段进行重新认识，更需要寻找全新的通信网 络体系结构。于是，1 9 9 7 年左右，学术界与工业界提出了下一代网络的概念。 下一代网络作为未来的信息网络，不是现有电信网和i p 网的简单延伸和叠加， 也不是单项节点技术和网络技术，而是整个网络框架的变革，是一种整体解决方 案。另外，下一代网的出现与发展不是革命，而是演进，即要在继承现有网络优 势，利用现有网络资源的基础上实现平滑过渡。 下一代网络是出业务平面、控制平面、传送平面和接入平面等多个平面组成， 其中控制平面主要完成各种呼叫控制，并负责相应业务处理信息的传送。软交换 是下一代网络的核心设备之一，提供呼叫控制和连接控制功能，因此它在下一代 分组网络分层结构中位于控制层面中的位置。基于软交换的网络系统结构如图 2 1 所示。 1 1 北京邮l 电大学硕士学位论文第2 章3 g 核心网与i m s q 、雹嚣 ；二。j ，。二i 控制层 i 软，立换 j 软变换 图2 1 基于软交换的下一代网络的体系结构 ( 1 ) 接入层 包括信令网关、媒体网关和各类接入网关。它负责接入核心分组网以接受软 交换的控制。通过各种接入手段将各类用户连接至网络，并将信息格式转换为能 够在网络中传递的信息格式。主要设备有：信令网关( s g ) 、中继网关( t g ) 、 接入网关( a g ) 、综合接入设备( i a d ) 、无线接入网关( w a g ) 、媒体资源服务 器、h 3 2 3 网关( h 3 2 3g w ) 。 传统的s s 7 控制信令需要信令网关来适配使之能够在分组网中传送。媒体流 则需要媒体网关来适配使之适合在分组网中传送。而对应于各类特殊用户终端也 可以通过不同的接入网关来接入分组网络。 ( 2 ) 传输层 采用分组技术，提供一个高可靠性的、具有q o s 保证、大容量的综合传送平 台，并将信息媒体流选路至目的地。目前主要有i p 和a t m 两种网络。 ( 3 ) 控制层 软交换就位于这一层面。是n g n 体系的呼叫控制核心，利用软交换机 s o f t s w i t c h ，以软件的形式控制接入设备完成呼叫接续。由图中可以看出，软交 换不仅需要提供多种控制多种网络协议的接入( 包括信令和媒体) ，还需要能够 给业务提供控制网络的平台。如果要形象的比喻软交换的作用，可以说它为业务 和网络之间架起了一座桥梁，而分组网络正是这座桥梁上的高速车道。 ( 4 ) 业务应用层 下一代业务及应用支撑环境主要包括应用服务器、业务能力服务器、业务生 成环境工具和业务管理服务器。应用服务器向用户提供增值业务、业务能力服务 器向应用服务器提供网络基本能力、业务生成环境工具用于业务的自动生成以及 业务的防真和测试、业务管理服务器对业务和用户数据进行集中式管理。在网络 1 2 北京邮电大学碗j 学位论且： 第2 章3 g 核心| 嘲1 j 1 m s 从电路交换向分组交换的演进中，对终端用户而言，业务应当具有完全的继承性。 因此软交换必须能够实现p s t n i s d n 交换机提供的全部业务，包括基本业务和补 充业务，以及与现有智能网配台提供智能网业务。此外，新业务作为n g n 网络不 可或缺的组成部分，软交换要提供可编程的、开放的a p i 接口，实现与外部应用 平台的互通，从而易于新业务的引入和开发。软交换的引入使得网络能够迅速有 效地提供新的服务。 2 23 g 核心网 3 g 即第三代移动通信技术，它的的概念最初由国际电信联盟( i t u ) 于1 9 8 5 年提出，后正式命名为i m t 一2 0 0 0 。经多年的研究，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 1 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 年全会( r a 一2 0 0 0 ) 上最终得到批准，被正式命 名为i m t 一2 0 0 0 无线接口技术规范( m 1 4 5 ) 。3 g 网络分为核心网和接入网两部 分。3 g 的无线接口技术主要包括w c d m a 、c d m a 2 0 0 0 和t o c o m a 。 制定3 g 标准的指导思想是网元可分别独立演进，网络可实现平滑过渡。基 于这种思想，3 g 核心网的设计是独立于接入技术的。 以u m t s ( u n i v e r s a lm o b i l et e l e c o m u n i c a t i o n ss y s t e m ) 为例，其核 心网主要包括电路交换域( 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 m s ，i pm u l t i m e d j as u b s y s t e m ) ”1 。如图2 2 所示。 北京邮电犬学顺 一学位论文 第2 章3 g 核心删与i m s 图2 2u m t s 网络各个域及之间关系 电路交换域主要处理电路交换业务，其功能类似于g s m 系统的网络子系统， 实现电路交换型业务的交换与传输、移动性管理、安全性管理、计费与网络管理 等。电路交换域通过i u c s 接口与3 g 接入网的r n c 相连，通过a 接口与g s m 系 统的基站子系统相连，从而实现对无线系统的接入；通过g m s c 功能实体与固定 交换网或其它移动网络接口，采用s s 7 信令，实现跨网的通信。 数据交换域主要由g p r s 支持节点、网关支持节点、边界网关和计费网关等 主要设备组成，它们使用分组模式以高效方式传送高速、低速数据信息和信令消 息，将无线接入网与分组交换网有机地连接起来。 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互操作。 2 3i m s 的体系结构 本节重点对i m s 进行一个比较系统的介绍。同时探讨i m s 的意义。 2 3 13 gi m s 综述 3 gi m s 是第三代移动通信核心网络的重要组成部分。3 gi 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i p 网络终端通信的融合。 2 3 23 gi m s 网络层次结构 如图2 3 所示，3 g p p 对i m s 网络的是设计采取了分层架构。传输和承载服务 从i m s 的信令网络和会话管理服务中分离出来，然后在后者的上层构建更高一级 的业务功能。分层的架构设计体现了“业务与控制分离”和“控制与接入或承载 分离”的思想，使得不同的用户终端能够通过不同的无线或者有线接入技术接入 i m s 网络，享受统一的呼叫控制服务及其相应的增值业务。这种“层次化”的网 络架构设计为不同网络的互联互通和业务的融合奠定了基础。” m s 中的主要功能实体之间的信令交互都采用了s i p 协议。s i p 基于c s 模式， 是一种用于多媒体会话的控制信令，它可以完成双方或多方多媒体会话的创建、 修改和终止等工作，从而为提供i p 电话和基于i p 的多媒体会话业务提供基础。 j ! 塞型鱼叁兰堡主兰篁笙兰兰坚! l 翌羔坚生芝! ! 堕 2 3 33 gi m s 网络组成 图2 3i m s 网络架构层次 i m s 网络内部的功能实体，按照图2 的层次和实体的功能定义可以简单地分 为以下几个类别。 1 会话管理和路由类 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 ，呼叫会话控制功能) 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，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，根据各自不同的功能分为以下三种： 口 代理c s c f ( p c s c f ) 此功能实体是终端设备接入i m s 网络的最先接入点，位于访问域中。从终端 设备的角度看，p c s c f 是作为s i p 信令出入i m s 网络的代理服务器。p c s c f 从 接入网中收到终端设备发来的s i p 注册和会话建立消息，转发到归属域中的 i c s c f ，再发至相应的s c s c f ，反之亦然。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，仅将收到的请求消息进行转发。其内部的策略判决功能 北京邮电大学硕士学位论文 第2 章3 g 核心网与i m s ( p d f ) 模块对多媒体业务的q o s 要求进行策略判决。 口查询c s c f ( i c s c f ) 此功能实体位于归属域中，是访问域到归属域的接入点，也是i m s 与其他i m s 网络的主要连接点，具备屏蔽用户信息和网络拓扑功能。通过查询h s s ( h 0 m e s u b s c r i b e rs e r v e r ) 中的用户属性，来确定是由哪个( 些) s c s c f 来为该用户 服务，使得i m s 能够灵活地选择合适的s c s c f ；在此基础上，按照一定的分配 算法，在多个s c s c f 之间实现负荷分担。 口 服务c s c f ( s c s c f ) 此功能实体与i c s c f 一起位于归属域中，是整令i m s 的控制核心和i m s 会 话管理的执行节点，控制呼叫和业务的相关状态，与应用服务器互通。它接受用 户注册请求，进行u r l 分析和重定向路由、触发应用服务器以及呼叫的控制和接 续；维持用户位罱和用户s i p 地址的绑定，s c s c f 包含网络运营昕需的状态信 息，以协助进行i m s 网络的注册、会话控制和业务支持。 2 数据库类 归属签约用户服务器 h s s ( h o m es u b s c r i b e rs e r v e r ，归属签约用户服务器) 是【m s 中所有与用 户和服务相关的数据的主要的数据存储器。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 网间互联类 媒体网关控制功能 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 。 出口网关控制功能 8 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 域出口的位嚣。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 。 i p 多媒体媒体网关控制器 i m m g w ( i pm u l t i m e d i a m g w ，i p 多媒体媒体网关控制器) 提供c s 网络( p s t n 、 g s m 等) 和i m s 网络之间的用户平面链路。i m m g w 终结来自c s 域承载信道和p s 北京邮电大学坝t j 学位论文第2 章3 g 核心| j 6 4 与i m s 域承载信道的媒体流，实现媒体编码转换和帧协议转换功能。 信令网关 信令网关( s i g n a l l i n gg a t e w a y ) 用于不同信令网的互联，例如基于s c t p i p 的信令网和s s 7 信令网。s g w 在基于n o 7 信令系统的信令传输和基于i p 的信令 传输之间进行传输层的双向信令转换。 4 服务类 多媒体资源功能控制器 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 。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、用户公告或者承载编解码的转换。 m r f c 解释从s c s c f 收到的s i p 信令，并且使用媒体网关控制器协议指令来控制 多媒体资源功能处理器( m r f p ) 。 多媒体资源功能处理器 m r f p ( 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 ，多媒体资源功能处理器) 提供被m r f c 所请求和指示的用户平面资源。m r f p 完成了输入媒体流混合( 用于 多方通话等) 、媒体流信源( 用于媒体公告) 、媒体流处理( 音频编码转换、媒 体分析等) 等重要功能。 业务能力服务器 o s a s c s ( o p e ns e r v i c ea r c h i t e e t u r e s e r v i c ec a p a b i l i t ys e r v e r ，又成 为应用网关) 是i m s 服务控制接口( i s c ) 向具体的开放业务接口转换的网关。 应用服务器 a s ( a p p l i c a t i o ns e r v e r ，应用服务器) 提供业务逻辑，用来支持用户的各 种业务属性。根据所支持业务类型的不同分为以下三种： 口s i p 应用服务器 完成i n t e r n e t 业务，由于i s c 采用了s i p ，故可直接于s c s c f 相连，c s c f 能以s i p 服务器的方式直接调用这些业务，减少了信令转换。 口 p a r l a y 接口应用服务器 完成基于p a r l a ya p i 开发的第三方业务。3 g p p 和p a r l a y 组织一起定义了 p a r l a y 接口来允许第三方业务提供商进行新业务的开发，由p a r l a y 提供的安全 a p i 来接入u m t s ，使用网络的性能，而不再受限于运营商提供的业务。不同的应 用提供商就可以通过开放的网络访问接口获得底层网络的能力，并进行应用开 发。 北京邮电大学颁士学位论文 第2 章3 g 核心删与i m s 2 3 4i m s 融合3 g 核心网与n g n 基于i m s 的网络体系架构是下一代网发展的方向，其网络融合架构如下图 2 4 所示。网络共分为四层，i m s 处于会话控制层，通过分组域来传输信令和媒 体流，i m s 独立于电路域。在i m s 域中，各网络单元之间的接口都有标准协 议，m g c f 和m g w 、m r f c 和m r f p 之间的接口协议是h 2 4 8 ”3 协议，m g c f 和s g w 之间 的接口协议是s i g t r a n 协议，其余网元之间的接口协议是s i 眇1 从网络的分层结 构来看，融合指四个层次的融合。”1 ( 1 ) 接入层的融合 图2 4 基于i m s 的网络融合架构 在接入层，支持所有固定终端和移动终端的接入。移动终端接入：移动终端 可以通过2 g 3 g 基站、w i m a x 接入网或w i f i 接入网等接入到i m s 网络中。固定 北京邮电大学硕i 。学位论文 第2 章3 g 核心网与i m s 终端接入：s i p 终端可以直接接入到i p 网络中：模拟终端、i s d n 和a d s l 等可通 过接入网关接入，并被适配至i p 网络：h 3 2 3 终端通过终端适配接口完成h 3 2 3 协议和s i p 协议的转换，并被接入到i m s 网络中。 ( 2 ) 传输层的融合 在基于分组的承载网络上，通过a t m ，i p ，m p l s 等技术，运用i n t e r s e r v d i f f s e r v 机制，使q o s 得到保证、资源得到充分利用。 ( 3 ) 会话控制层的融合 统一的会话控制是网络融合的核心，这个层次的融合是最复杂的。会话控制 层的融合包括i m s 、固定软交换网、p s t n 、移动软交换网和传统移动信令网等的 融合。i m s 与p s t n 通过t s g w 实现信令互通，通过m g w 实现媒体流的互通。i m s 与传统移动信令网通过r s g w 实现信令互通。 ( 4 ) 应用层的融合 应用层包括s i p 应用服务器、p a r l a y o s a 和智能网。p a r l a y 0 s a 提供的标 准应用编程接口( a p i ) ，提供了一个开放的业务平台，有利于第三方的业务提 供。具体的业务，如语音、视频、即时消息、数字集群等都可以融合在统一的平 台上互通。 2 3 5i m s 的发展意义 作为通信领域广受关注的网络新技术，3 gi m s 已经成为运营商竞相追逐的新 对象。i m s 的出现，为运营商提供了创新和突破的机遇，为电信业特别是移动通 信业带来新的发展高潮，它即将改变电信业战略格局。 电信市场竞争的日益激烈迫使运营商寻求新的市场机遇，i m s 无疑为运营商 们提供了一个绝好的机会。经过2 0 世纪9 0 年代中期以来的高速发展，电信市场 正在由卖方市场向买方市场转变。尽管用户的通信总量急剧上升，但是激烈的市 场竞争导致运营商的收入增长低于用户电信使用量的增长，a r p u 值下降已经是 一个不争的事实。因此，寻求新的电信增量市场是电信运营商的必然选择。i m s 为运营商提供了一个更开放、更灵活的业务组合和业务提供方式，从而丰富了电 信运营商的竞争手段，进而增加了电信业务收入。据专家预测，采用i m s 通信网 络之后，电信运营商的利润率将提高3 0 一5 0 。i m s 将使运营商实现与电子商 务、教育、医疗、娱乐的结合，为人们提供全新的工作、生活方式，并催生出新 的i c p 、i s p 、电信虚拟服务运营商等增值服务商。电信网络和i p 网络络将最终 走向融合，全新的电信业格局将形成。 电信运营商采用i m s 也是适应市场需求的结果。近年来，移动通信与i p 网 络络的高速发展已经催生了许多新兴的应用。数据、视频和多媒体通信方式变得 越来越普遍，单纯的话音业务已经无法满足通信市场发展的需要。而i m s 是一个 1 9 北京邮电大学硕士学位论文 第2 章3 g 核心网与i m s 基于i p 的全新通信网络，是i p 网络与电信网络的融合，它能够提供数据、视频 等多媒体通信方式，并具有高带宽的优势，因而能够很好地满足用户不断增长的 通信需求。同时，i m s 融合i p 网络与通信网，使i p 网络服务质量获得电信级提 升，从而大大提高通信的稳定性、安全性和可管理性。 i m s 提升了原有移动网络中i p 分组域的服务能力和服务质量。i m s 之前的诸 如g p r s 网络的分组域已经能够提供i p 承载服务，基于i p 的应用可以在两个终 端之间建立i p 连接。但是，这些i p 连接由于缺乏全网甚至跨运营商的统一管理， 很难在这些独立逻辑连接的基础上提供增值业务。也很难通过q o s 管理机制对服 务进行差异化，从而为视频、音频等实时性高的对媒体服务提供有效的带宽支持。 i m s 网络的出现消除了这些困境；网络内部的会话管理功能为呼叫会话提供了有 效的管理和控制；相关实体的媒体协商和资源预留功能为终端设备甚至全网范围 内的资源有效利用带来了可能。以上这些新特性都为i m s 提供丰富多彩的高质量 服务带来了契机。 i m s 技术还能够降低运营商设备投资和维护成本，增强电信网络管理的可操 作性和灵活性。 i m s 技术，其设计非常符合电信网络未来的发展趋势，由于基于i p 协议，i m s 将使电信运营商的电信网络和i p 网络以及广电网络有效融合，从而让不同网络 上的业务通过i p 协议实现互通。i m s 将使电信网络及运营模式发生结构性变化， 统一网络架构将逐步向核心网和接入网相对分离、业务与网络相对分离的方向演 变。专家普遍认为，基于i p 协议的i m s 是电信网络技术发展的方向。 i m s 为运营商提供了个新的发展机遇。对老牌运营商来说，i m s 是一个“二 次创业”的良机，对新兴运营商来说，i m s 则是一个走向壮大的契机。以中国电 信、中国网通为代表的老牌运营商将通过埘s 实现从固话运营商向信息服务提供 商的转变。而诸如铁通、卫通这样的新兴运营商无疑也能通过i m s 增加参与市场 竞争的手段，加快走向壮大的进程。i 骈s 为运营商完成从单业务经营向全业务经 营转变创造了最好机会，这也是运营商提高竞争力的有效途径。 2 4 本章小结 本章首先从电信网的发展趋势入手，分析了i m s 所处的时代发展背景，强调 了i m s 是融合移动电信网、固定电信网和i p 网络的重要技术，接着完整论述了 i m s 的体系结构。最后强调了i m s 对未来电信网络的意义。本章是本文研究内容 的基础。 2 0 第3 章开放业务接口技术及其在i m s 中的应用 在传统的业务开放模式中，业务开发是一种“垂直型”模式。业务与底层 网络紧耦合，不同的网络要发布不同的业务版本，不同的网络之间业务交互困难， 业务融合难度大、业务实现复杂、开发周期长、投资收益低、不利于第三方开发。 而以i m s 为代表的新型业务开放模式中，业务开发呈“水平型”结构，业务 与底层网络松耦合，基于标准接口开发的业务可发布于任何网络，具有快速、易 用、灵活、动态的业务开发环境，业务间具有良好的集成关系，开发难度减小、 开发周期缩短、投资收益高、第三方开发者不用深入了解电信网络知识。 抟烧墼擐的! l ：努绻鞫 凝 i | 璐雌 戥、 茜 端 鞋 - 嚣 j j 薯 黼 麟 。，i 羲jj 誓 丞 蹩菇。； _ 誓懑意氅跫瓷妒一 | 燃剖 l 酾s 业铸烙钩 目f mnm n 一 一 + 斑麟艇 一+ 。豳羽般静器。 + ”姑i o 稿目盘：，一 控铡霎 潮竣藩 ，函铺西。：。 蛳幽一”；，? 套j 吕喇 确。拦 “4 2 鼍一，-。i ：船二一二“ 惠营懑 黪 图卜1 传统业务结构与i m s 业务结构 在这种新的模式中，运营商根据用户需求制定详细的业务规范和技术方案， 设备商提供成熟的网关设备以及符合标准的开发接口，而第三方业务开发商则根 据标准接口以及业务规范进行代码的实现；运营商通过将因特网丌发模式引入到 电信领域，吸引数目庞大的a s p i s v 来快速扩展新业务。提高商业收入；而业 务架构的易用性使业务开发周期大大缩短，成本也大大降低；此外，业务架构 具有屏蔽底层网络的能力，可提供完善的访问和鉴权机制，保护核心网络。”， 同时，需要指出的是在新的模式中，用户的多媒体综合业务需求大部分的内 容服务不是由电信运营商直接提供而是由具体的内容提供商提供，所以电信服务 内容服务商将成为电信产业新的经济增长点。 i m s 的架构正是体现了这种新业务开放技术。i m s 网络由接入层、传送层、 控制层以及业务层构成。控制层可向业务层提供屏蔽了各种下层网络细节的标准 化协议甚至可编程应用编程接口( a p i ) ，如著名的p a r l a ya p i 。开放式a p i 将下 北京邮电大学硕卜学位论文 第3 章开放业务接口技术及其在i m s 中的成用 层网络的能力封装成多种屏蔽了下层网络细节的业务控制功能( s c f ) ，如呼q 控 制、用户交互、移动性管理等能力特征，向业务层提供，从而以a p i 的方式开放 了网络的能力。 本章是i m s 开放业务接口研究的理论基础。首先对几种主流的开放业务接口 技术进行了介绍。然后重点详细论述i m s 结构中的提供p a r l a yx 网关的必要性 及其优势。最后探讨了实现这一技术中涉及到的安全问题和解决机制 3 1 开放业务接口技术 本节主要介绍一下电信网络中主要的几种开放业务接口技术及p a r l a yx 产 生的背景。 3 1 1 p a r l a y o s a 技术 为了促进电信业的竞争，英国电信部在2 a 世纪9 0 年代宣布英国电信( b t ) 必 须允许第三方的业务提供商访问其交换机，这意味着必须开放交换机的控制接 口，将对运营商网络的安全和完整性带来巨大的挑战。自然，b t 不愿意公开这 些控制接口而让第3 方直接进人其网络。为此；b t 联合微软、北电和西门子等制 造厂商发起成立了p a r l a y 组织，研究开发安全的开放式交换机接口，该接口屏敲 了交换机的原有控制接口，但是业务提供者却可以利用该接口向交换机发出控制 指令。实际上就是开放原来封闭的智能网业务控制接口，形成一个更