IMS网络应用SIP协议的时延改进策略探析

1、IMS网络应用SIP协议的时延改进策略探析         11-01-03 11:51:00     作者：姚玉坤 王智    编辑：studa090420论文关键词：3G；IP多媒体子系统；会话初始协议；时延；OPNET 论文摘要：介绍了IMS网络系统与SIP协议在IMS网络中的应用，在设定的网络仿真环境前提下，设计并且建立了IMS网络会话的仿真模型以及会话流程。通过采用OPNET网络仿真软件仿真指出IMS网络应用SIP协议呼叫时延

2、的产生原因，通过设计引入“前提”的概念来改进时延，并且利用OPNET网络仿真工具通过仿真比较验证了该方案的有效性和正确性。 0引言     IP多媒体子系统IMS(IP multimedia subsystem)是3GPP制定的3G网络核心技术标准，在RS版本中首次提出并在R6和R7版本中进一步完善。IMS是一个在基于IP的网络上提供多媒体业务的通用网络架构，即实现多媒体业务的建立、维护及管理等功能的核心网络体系架构。其核心特点是采用会话初始协议SIP(session initial protocol)和与接入的无

3、关性，并实现了会话控制实体CSCF(call session control function)和承载控制实体MGCF(media gateway control function)功能上的分离。但由于基于IMS的网络融合技术还不成熟，IMS网络中应用SIP协议产生的最主要问题就是呼叫建立的时延问题。本文首先通过仿真论证了:IMS网络中用户在会话建立之前的前提准备:用户注册、鉴权，安全联盟，路由等是占用链路时间较多的步骤，也是IMS中业务流程和SIP会话时延过长的主要原因;其次提出了IMS网络应用SIP协议产生时延的改进策略，仿真论证

4、了此策略是有效可行的。 1 IMS系统介绍     图1所示是3GPP R7中定义的IMS网络结构图，所有的功能在各个逻辑节点中完成。如果在同一物理设备中实现两个逻辑节点，相关的接口就成为该设备的内部接口。图1中实线表示支持用户业务流的接口，虚线表示仅支持信令的接口，图中最重要的实体就是呼叫会话控制功能CSCF和归属用户服务器HSS, HSS用于存储各种用户有关数据，CSCF在IP多媒体子系统中，分为如下3个功能实体:     (1) Proxy CSCF:

5、0;P CSCF是IMS CN中的第一个接触点。P-CSCF起类似一个代理的作用，接受请求并在其内部为这些请求服务或者继续将他们前转。     (2)Interrogation CSCF:I CSCF是运营商网络内的接触点，所有都连接到该网络运营商的签约用户，或者当前位于该网络运营商的业务区域内的漫游用户。     图2中各个组件都是IMS网络会话和环境的重要组件，其功能在第一节中已有介绍，不再赘述。在前述仿真前提设定的基础上，为实现用户A与用户B之间的会话，设计了与图2网络

6、架构相对应的仿真会话流程，整个设计的仿真会话流程十分复杂(总有95个步骤)，由于篇幅限制，现简化流程如图3所示。     图3所示的IMS网络流程如下:(1)UE A向附着设备发送请求。(2)附着设备响应，UE A获得IMS网络入口地址的地址。(3)UE A向IMS网络发送注册请求。(4)-(5)IMS网络入口找到为UE A服务的呼叫控制组件。(6) IMS网络入口将UE A的请求转发给为UE A服务的呼叫控制组件。(7)服务组件进行身份认证。(8)一(9)发起邀请:UE A

7、发送INVITE向UE B发起会话邀请。(10)资源协商与预留:UE A发送PRACK进行媒体协商确认;UE B用200 OK响应;UE A收到ACK后发UPDATE进行资源预留协商;UE B以180消息响应:UE A用PRACK响应;UE B以200 OK消息响应，摘机，示意可进行会话。(11)一(12)会话:UE A收到200后进行会话。(13)(14)会话注销:UE A发起BYE进行注销请求;UEB用ACK结束会话。      11-01-

8、03 11:51:00     作者：姚玉坤 王智    编辑：studa0904203.3仿真结果分析     在OPNET仿真工具中，首先进行网络仿真模型的建立和描述，其次进行仿真节点模型的设计和建立，然后进行仿真进程模型的设计和建立，最后模拟用户A和用户B之间的三次会话过程，从仿真数据中提取以时延为参数的数据，得到试验仿真的时延示意图如图4所示。     在图4中，横轴15s之前是会话建立的时间，因此可以看出在会话建立的过程中网络

9、端到端时延不断增大，在15s处曲线到达最高峰，会话建立起来后曲线迅速下降，网络端到端时延迅速减小。因此从整体曲线来看得到结论:IMS网络中用户在会话建立之前的前提准备，包括注册、鉴权、安全联盟、路由等是占用链路时间较多的流程步骤，也是在IMS中业务流程和SIP协议会话时延过长的主要原因。 4 IMS网络应用SIP协议时延改进方案 4.1时延改进方案     从3GPP RS中可知，不能为会话预留网络资源是会话建立的严重缺陷。为了使会话启动后失败的可能性最小，有必要在被叫方得到通知前进行资源预留。IMS业务为了进行资源预留，网络需要知道

10、被叫方的IP地址、端口及会话参数。为实现这点，没有提供/应答的交换是不行的。但是会话是在提供/应答交换之后建立，而且一般用户只有在会话建立起来后才被振铃。为了解决这个问题，引入“前提”这个概念，会话过程中有两种前提:     第一种“前提”:会话双方必须在已经完成资源预留之后，才进行振铃提示会话可以正常开始。其优势就是可以在任何情况下，只要会话开始就可以得到资源和会话质量的保证。     第二种“前提”:会话可以在会话双方没有完成资源预留的情况下，即会话开始和资源预留同时进行，只要资源预留能逐步满足会话的要求即可。

11、这种“前提”在网络性能较好和用户较少时可节省时间，减少会话时延，但如果考虑全IP网络的基础上，这种情况的性能不会使用户满意，因为会话质量在某些情况下得不到保证，从而无法符合IMS网络的要求。     从对两种前提的描述可知，前提的变化会影响会话中各个步骤占用的时延。因此，如果可以综合两种“前提”来完成整个会话效果应更好。例如，在IMS网络入口处设置网络性能的预判，或在IMS网络注册过程中对描述网络性能的某些数据进行记录和分析，在用户发起会话之前，可根据这些数据来选择两种“前提”中的一种，从而调整会话流程的顺序和进度，减少时延。下面将通过仿真对上述解决思路

12、进行具体实现，并验证其可行性和有效性。 4.2时延改进方案仿真结果分析     改进后以组件间的时延为参数，重新在各个网络仿真组件中的进程模块中进行编程和相关设置，根据时延参数来选择采用第一或者第二种“前提”进行仿真，仿真环境与上面改进前的一致，从仿真数据中提取以时延为参数的数据，得到试验仿真时延示意图如图5所示。     从图5可以看出，时延峰值有所降低，并且注意图4和图5中，纵轴1.50,1.75,2.00等处的图形点，就不难发现改进后的效果:时延有所下降。因此可以得出结论:在IMS网络入口处，通过编程设置和记录组件间的时延参数，并按照其变化调整“前提”选择的解决方案可以有效减少I