IMS網(wǎng)絡(luò)中的位置管理技術(shù)研究.pdf_第1頁
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1、第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)的顯著特點(diǎn)是提供數(shù)據(jù)、語音、圖像和視頻等豐富的移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù),旨在融合移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和因特網(wǎng)這兩個(gè)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(jì),已經(jīng)是下一代網(wǎng)絡(luò)NGN(Next GenerationNetw

2、ork)的發(fā)展趨勢(shì)和方向,成為研究的熱點(diǎn)和焦點(diǎn)。SIP(Session InitiationProtocol)協(xié)議是支持應(yīng)用層移動(dòng)性管理技術(shù)的主要協(xié)議之一,也是實(shí)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(cè)和位置查詢。IMS網(wǎng)絡(luò)通過位置注冊(cè)過程記錄用戶的位置信息,在會(huì)話建立過程中通過位置查詢確定用戶的位置。與蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)和移動(dòng)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(duì)IMS會(huì)話建立過程中的位置查詢過程、位置注冊(cè)和更新過程以及其中SIP消息的解析效率進(jìn)行研究,主要涉及如下幾個(gè)方面:1、會(huì)話建立過程,主要對(duì)會(huì)話建立過程中收端網(wǎng)絡(luò)地址的查詢過程進(jìn)行研究和改進(jìn);2、位置管理方面,主要研究如何改進(jìn)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(jià);3、SIP消息解析機(jī)制,主要研究如何提高會(huì)話過程和注冊(cè)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(duì)IMS系統(tǒng)進(jìn)行介紹,以此作為后續(xù)研究的基礎(chǔ)(第一章)。其后對(duì)會(huì)話建立過程進(jìn)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(jī)制優(yōu)化了IMS會(huì)話建立過程中的位置查詢方式,提出串行和并行兩種會(huì)話建立機(jī)制(第二章)。然后,進(jìn)一步改進(jìn)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(huì)話建立效率并減少網(wǎng)絡(luò)代價(jià)(第三章)。接下來,基于分層管理的概念

5、提出了IMS二級(jí)位置管理機(jī)制(第四章)和動(dòng)態(tài)位置更新機(jī)制(第五章),本文對(duì)新機(jī)制的代價(jià)進(jìn)行了理論分析,并通過理論計(jì)算和仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。最后,提出了一種基于SIP的選擇性解析機(jī)制,來提高會(huì)話過程和注冊(cè)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(dòng)用戶呼叫本地移動(dòng)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(huì)話建立機(jī)制。建立分析模型得到新機(jī)制的總代價(jià)和總時(shí)延函數(shù),并同基本會(huì)話建立機(jī)制進(jìn)行對(duì)比分析,結(jié)果表明可以降低會(huì)話建立時(shí)延和減少網(wǎng)絡(luò)代價(jià)。 (2)在串行會(huì)話建立的基礎(chǔ)上,為減少會(huì)話建立過程的時(shí)延,提出了并行會(huì)話建立機(jī)制:在緩存存在的情況下,發(fā)端S-CSCF發(fā)起兩路并行會(huì)話請(qǐng)求。建立分析模型得到總代價(jià)和總時(shí)延函數(shù),

7、并同基本會(huì)話建立機(jī)制和串行會(huì)話建立機(jī)制進(jìn)行了對(duì)比分析。結(jié)果表明并行會(huì)話建立機(jī)制可以有效降低會(huì)話建立時(shí)延,但會(huì)引入一定的傳輸代價(jià)??紤]呼叫業(yè)務(wù)的本地化特性和增加緩存策略,對(duì)比分析了串行和并行會(huì)話建立機(jī)制的代價(jià)和時(shí)延。提出并討論了“查詢準(zhǔn)確度”的概念。 (3)針對(duì)未來靈活的服務(wù)控制方式,改進(jìn)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(chǔ)在拜訪網(wǎng)絡(luò)內(nèi),以加快用戶位置信息的獲得和會(huì)話的建立過程,并減少位置注冊(cè)帶來的注冊(cè)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(huì)話建立時(shí)延并降低注冊(cè)過程的代價(jià)。 (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(dòng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu),提出了二級(jí)位置管理機(jī)制:拜訪網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)過程和歸屬網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)過程,其中拜訪網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)其接入網(wǎng)內(nèi)的注冊(cè)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(shí)則進(jìn)行歸屬網(wǎng)絡(luò)的位置更新。重點(diǎn)分析該機(jī)制下位置更新的代價(jià)模型,通過理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)表明新機(jī)制能夠降低注冊(cè)過程的處理代價(jià)。 (5)在IMS網(wǎng)絡(luò)中,周期性重注冊(cè)PRR(Periodic Re-Registration)和UE能力變化引起的重注冊(cè)CCRR(Change Capabilities Re-Registration)被用來刷新注冊(cè)定時(shí)器和檢測(cè)UE的狀態(tài)

10、與位置。將用戶的會(huì)話行為引入位置更新過程,提出了動(dòng)態(tài)位置更新機(jī)制DLU(Dynamic Location Update),并對(duì)其進(jìn)行了性能建模,分析得到了DLU機(jī)制和PCR(PRR+CCRR)機(jī)制下的代價(jià)函數(shù)。通過理論分析和計(jì)算機(jī)仿真,表明DLU可以有效降低網(wǎng)絡(luò)的注冊(cè)代價(jià),提高系統(tǒng)的處理負(fù)荷和話務(wù)量。 (6)與蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)和移動(dòng)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(duì)系統(tǒng)處理和信令傳輸帶來更高的要求,并會(huì)占用

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