IMS網(wǎng)絡(luò)中的位置管理技術(shù)研究.pdf

1、第三代移動通信系統(tǒng)(3G)的顯著特點是提供數(shù)據(jù)、語音、圖像和視頻等豐富的移動多媒體業(yè)務(wù)，旨在融合移動通信網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)這兩個目前最為成功和最具有發(fā)展?jié)摿Φ木W(wǎng)絡(luò)。3GPP UMTS(Universal Mobile TelecommunicationsSystem)體系標(biāo)準(zhǔn)的R5版本引入的IP多媒體子系統(tǒng)IMS(IP MultimediaSubsystem)即是為這一目的而設(shè)計，已經(jīng)是下一代網(wǎng)絡(luò)NGN(Next GenerationNetw

2、ork)的發(fā)展趨勢和方向，成為研究的熱點和焦點。SIP(Session InitiationProtocol)協(xié)議是支持應(yīng)用層移動性管理技術(shù)的主要協(xié)議之一，也是實現(xiàn)IMS網(wǎng)絡(luò)位置管理功能的協(xié)議。IMS位置管理包括位置注冊和位置查詢。IMS網(wǎng)絡(luò)通過位置注冊過程記錄用戶的位置信息，在會話建立過程中通過位置查詢確定用戶的位置。與蜂窩移動通信系統(tǒng)和移動IP網(wǎng)絡(luò)的位置管理不同，IMS網(wǎng)絡(luò)中基于文本格式的SIP消息需要占用更多的資源，解析SIP消息

3、將影響位置管理中信令處理的效率。本文對IMS會話建立過程中的位置查詢過程、位置注冊和更新過程以及其中SIP消息的解析效率進行研究，主要涉及如下幾個方面：1、會話建立過程，主要對會話建立過程中收端網(wǎng)絡(luò)地址的查詢過程進行研究和改進；2、位置管理方面，主要研究如何改進IMS位置管理策略和用戶的位置更新過程，從而降低位置管理的網(wǎng)絡(luò)代價；3、SIP消息解析機制，主要研究如何提高會話過程和注冊過程中SIP消息的解析效率。 本文的結(jié)構(gòu)安排如下

4、：首先分析IMS網(wǎng)絡(luò)中位置管理相關(guān)內(nèi)容的研究現(xiàn)狀和存在的問題，并對IMS系統(tǒng)進行介紹，以此作為后續(xù)研究的基礎(chǔ)(第一章)。其后對會話建立過程進行研究，考慮呼叫業(yè)務(wù)的本地化特性，應(yīng)用本地緩存機制優(yōu)化了IMS會話建立過程中的位置查詢方式，提出串行和并行兩種會話建立機制(第二章)。然后，進一步改進IMS位置管理策略，提出了一種基于訪問用戶數(shù)據(jù)庫(VSS)的分布式位置管理方式，以提高會話建立效率并減少網(wǎng)絡(luò)代價(第三章)。接下來，基于分層管理的概念

5、提出了IMS二級位置管理機制(第四章)和動態(tài)位置更新機制(第五章)，本文對新機制的代價進行了理論分析，并通過理論計算和仿真實驗對研究結(jié)果進行了驗證。最后，提出了一種基于SIP的選擇性解析機制，來提高會話過程和注冊過程中SIP消息的解析效率(第六章)。 論文的主要工作和創(chuàng)新可以歸納如下： (1)在UMTS IMS R7規(guī)范的基礎(chǔ)上，考慮呼叫業(yè)務(wù)的本地化特性(即本地移動用戶呼叫本地移動用戶的比例占總呼叫數(shù)的比例大)，通過在發(fā)

6、端S-CSCF(Serving-Call Session Control Function)中設(shè)置緩存的方法，提出了串行會話建立機制。建立分析模型得到新機制的總代價和總時延函數(shù)，并同基本會話建立機制進行對比分析，結(jié)果表明可以降低會話建立時延和減少網(wǎng)絡(luò)代價。 (2)在串行會話建立的基礎(chǔ)上，為減少會話建立過程的時延，提出了并行會話建立機制：在緩存存在的情況下，發(fā)端S-CSCF發(fā)起兩路并行會話請求。建立分析模型得到總代價和總時延函數(shù)，

7、并同基本會話建立機制和串行會話建立機制進行了對比分析。結(jié)果表明并行會話建立機制可以有效降低會話建立時延，但會引入一定的傳輸代價?？紤]呼叫業(yè)務(wù)的本地化特性和增加緩存策略，對比分析了串行和并行會話建立機制的代價和時延。提出并討論了“查詢準(zhǔn)確度”的概念。 (3)針對未來靈活的服務(wù)控制方式，改進了IMS的歸屬服務(wù)模型和位置管理策略，將用戶的位置信息存儲在拜訪網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，以加快用戶位置信息的獲得和會話的建立過程，并減少位置注冊帶來的注冊信令流

8、量。理論分析和仿真結(jié)果表明分布式位置管理策略可以減少會話建立時延并降低注冊過程的代價。 (4)把IMS中的歸屬網(wǎng)絡(luò)(包括HSS(Home Subscriber Server))/S-CSCF)和拜訪網(wǎng)絡(luò)(P-CSCF(Proxy-Call Session Call Function))從功能上劃分為兩層移動數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，提出了二級位置管理機制：拜訪網(wǎng)絡(luò)注冊過程和歸屬網(wǎng)絡(luò)注冊過程，其中拜訪網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)其接入網(wǎng)內(nèi)的注冊用戶位置更新過程，當(dāng)

9、用戶因漫游導(dǎo)致用戶設(shè)備UE(User Equipment)IP地址變更時則進行歸屬網(wǎng)絡(luò)的位置更新。重點分析該機制下位置更新的代價模型，通過理論分析和仿真實驗表明新機制能夠降低注冊過程的處理代價。 (5)在IMS網(wǎng)絡(luò)中，周期性重注冊PRR(Periodic Re-Registration)和UE能力變化引起的重注冊CCRR(Change Capabilities Re-Registration)被用來刷新注冊定時器和檢測UE的狀態(tài)

10、與位置。將用戶的會話行為引入位置更新過程，提出了動態(tài)位置更新機制DLU(Dynamic Location Update)，并對其進行了性能建模，分析得到了DLU機制和PCR(PRR+CCRR)機制下的代價函數(shù)。通過理論分析和計算機仿真，表明DLU可以有效降低網(wǎng)絡(luò)的注冊代價，提高系統(tǒng)的處理負(fù)荷和話務(wù)量。 (6)與蜂窩移動通信系統(tǒng)和移動IP網(wǎng)絡(luò)中位置管理所不同的是，基于文本格式的SIP消息對系統(tǒng)處理和信令傳輸帶來更高的要求，并會占用