融合网络环境下IMS用户游牧和漫游实现研究
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【摘要】文章主要研究了基于IMS的固定移动融合环境下用户的游牧和漫游实现,阐述了游牧、漫游用户如何通过P-CSCF/BAC发现和寻找到最适合的IMS业务接入点,如何接入IMS,并通过正确的路由实现获得IMS服务,还对移动用户漫游时的业务连续性进行了分析,最后对游牧、漫游的管控和计费进行了讨论。
【关键词】融合网络 IMS 游牧 漫游
1 引言
众所周知,融合已经成为了下一代网络的发展趋势。用户迫切地希望能在任何时间、任何地点,通过多样化的终端接入到统一的服务网络以获得一致性的业务体验。而对运营商(特别是全业务运营商)来说,融合也是自身发展的内在需求,固网和移动网络融合能为运营商节省投资、降低运营成本、增强其差异化竞争能力,更方便为用户提供全业务服务。IMS被认为是当前实现融合的最理想的网络架构。目前3GPP、3GPP2、TISPAN和ITU-T都已经确定将IMS作为NGN基于SIP会话子系统的基本框架,固移融合网络将是基于IMS的架构构造的全IP化网络。原来独立的固定和移动两张网络在基于IMS实现融合后将形成一张整体的网络,固网移动综合运营商不仅可以通过统一的IMS核心网接入固定和移动用户,还可以基于统一的核心控制层对业务实现控制,基于统一的业务平台提供业务。
2 游牧、漫游的定义
由于IMS网络基于开放的IP网络构建,IMS用户具有充分的移动性,可以通过任意一种接入方式,从IP网络的任一点,接入到IMS网络获得服务。实际应用中,用户移动到拜访地网络可分两种情况:
(1)游牧
用户利用相同或不同的终端,在不同的接入网和接入点(可能属于不同的接入网运营商)获得服务,终端可以通过xDSL、WLAN等多种方式接入网络。在TISPAN NASS R1系统中,主要对游牧进行了定义。
(2)漫游
根据ITU-T Q.1706/Y.2801的定义,漫游指的是当用户移动到归属网络之外,通过拜访地的网络接入服务的情形。
3 IMS网络的游牧、漫游实现
对IMS用户来说,游牧/漫游的实现由两个步骤组成,第一步是发现IMS业务的接入节点P-CSCF/BAC,第二步是由P-CSCF根据用户归属域域名进行正确路由,将用户的请求路由到归属域,由归属域提供业务。
3.1 P-CSCF/BAC的发现
当在用户接入侧部署了BAC设备时,IMS用户需要发现的将不是P-CSCF,而是BAC设备。P-CSCF/BAC发现可以采用在网络附着时分配的方式,或智能DNS解析的方式。
(1)在网络附着时获得IMS接入点地址
TISPAN NASS主要对固定接入的用户定义了IMS接入点地址的下发,包括DHCP和PPPOE两种方式。X.P0013则规定了CDMA2000用户的P-CSCF发现。
PPPOE接入方式
基于PPP的网络附着流程如图1所示:
1. UE/CNG发起PPP请求,请求IP地址;
2. AMF将PPP请求转换为接入请求,发送给UAAF;
3. AMF将配置请求发送给NACF要求获得IP地址和其它服务的IP地址,如P-CSCF/BAC地址;
4. NACF将IP地址、Line ID和IP edge ID的捆绑信息发送给CLF,CLF将捆绑信息推送给RACS;
5. AMF将IMS接入的IP地址在PPP IPCP配置扩展项中发送给UE/CNG。
DHCP方式
基于DHCP的网络附着如图2所示。
1. UE/CNG发起基于802.1x/PANA的认证请求,或者采用基于线路的默许接入的鉴权方式;
2. AMF向UAAF发起鉴权请求;.
3. 鉴权成功,UAAF通知CLF UE/CNG已经鉴权完成;
4. UE发送DHCP请求,申请IP地址并通过DHCP option120请求NGN业务/应用子系统的地址(e.g. P-CSCF)。该请求由AMF传递给NACF,NACF表现为DHCP服务器;
5. NACF通知CLF已为UE/CNG分配IP地址;
6. CLF将IP地址、Line ID和IP edge ID的捆绑信息通过e4接口发送RACS。
CDMA2000用户通过DHCP发现P-CSCF/BAC地址
3GPP2 X.P0013-004-B中规定CDMA2000用户在完成IP网的接入附着后,可以通过DHCP来发现P-CSCF/BAC地址。此时CDMA2000用户仅仅向DHCP服务器请求配置信息。
采用IPv4时,CDMA2000的UE发送DHCPINFORM 给DHCP服务器,DHCP服务器在DHCPACK中返回SIP Server DHCP Option参数,该参数包含IPv4的P-CSCF列表或者P-CSCF的DNS域名。采用IPv6时,CDEMA2000 UE发送Information Request message给DHCPv6服务器,请求SIP服务器域名列表或SIP服务器IPv6地址,DHCP服务器在响应中返回用户请求的信息。
(2)从智能的DNS查询系统获得就近接入的IMS接入点地址
该方式适合移动、固定各种接入方式的终端,通过在IMS终端上配置IMS接入点的域名实现。如图3所示,用户在接入IMS业务前,向DNS服务器发起查询,请求获得该域名对应的IP地址。DNS系统根据用户的源IP地址,向用户返回就近的IMS接入点P-CSCF/BAC的IP地址。
图3基于DNS的IMS接入点发现
3.2 游牧、漫游用户的IMS接入和路由
对于固定接入的游牧用户,需要从拜访地的接入点接入并发现就近的P-CSCF/BAC,进而获得IMS服务。通常采用NASS中的第三种游牧实现方式,即用户的网络层的接入完全由拜访地的NASS控制,归属地的NASS系统不参与。在接入业务控制子系统时,拜访地的部分业务控制子系统的功能实体和归属地的业务控制子系统一起提供服务。也就是说,用户通过拜访地的P-CSCF接入IMS系统,拜访地P-CSCF和归属地的I-CSCF、S-CSCF等功能实体一起来实现业务控制。
以CDMA2000为例,对CDMA2000 PS域接入IMS,有以下两种情况:
(1)CDMA2000网络采用简单IP技术时,漫游用户通过漫游地的PDSN接入IMS核心网
如图4所示,CDMA2000用户在通过PS域接入IMS业务时,基于就近接入IMS网络的原则,发现的是漫游地的P-CSCF/BAC,由漫游地的P-CSCF/BAC接入IMS网络。
(2)CDMA2000网络采用移动IP技术时,漫游用户通过归属地的HA接入IMS核心网
如图5所示,当CDMA2000网络采用移动IP技术,用户始终保持一个IP地址,其所有业务将在归属地HA和漫游地PDSN(FA)之间由隧道传送。因此,无论用户漫游到何地,都由归属地的HA接入IMS核心网,相应地该用户发现的是归属地的P-CSCF/BAC。
在IMS的层面看来,方式(1)中漫游用户是从漫游地的P-CSCF/BAC接入IMS,而方式(2)中漫游用户是从归属地的P-CSCF/BAC接入IMS。
用户游牧或漫游时,P-CSCF根据用户的注册消息中的Request URI中的注册服务器域名来进行路由,首先向内部的DNS服务器请求解析该域名,DNS服务器将该域名解析为用户的归属域的I-CSCF的IP地址。P-CSCF将Register消息路由到用户归属域的I-CSCF,I-CSCF通过与HSS的交互获得S-CSCF的地址,将Register消息路由到所分配的S-CSCF,由该S-CSCF执行用户的鉴权并提供后续的服务。
3.3 游牧、漫游与业务的连续性
(1)游牧用户
对于固定接入的用户来说,发生游牧,业务一定会中断,不存在业务连续性。
(2)漫游用户
同样以CDMA2000为例,因用户具有移动的特性,不仅要考虑如何在业务层面接入IMS,还要考虑用户移动的过程中怎样获得IMS服务,当底层接入网络进行PDSN切换时,IMS业务是否能保持不中断。
在漫游时是否能保持上层的业务,如IMS会话不中断,取决于CDMA2000网络采用的技术。如果采用移动IP技术,或者在简单IP技术中PDSN之间支持P-P接口的快速切换功能,就可以实现漫游用户在PDSN之间切换时保持IMS业务不中断。
3.4游牧、漫游的管控
IMS在架构中采用了P-CSCF作为S-CSCF的设备,P-CSCF接受用户的注册和呼叫等请求,并向S-CSCF转发。P-CSCF在信令消息中插入P-Visited-ID标示用户接入的P-CSCF,归属S-CSCF查看该标示,与HSS中的漫游许可的用户数据比对,如不允许从该游牧/漫游区接入,则拒绝用户的注册请求。
3.5 游牧、漫游计费
在IMS架构下,将用户游牧、漫游时的计费纳入了考虑的范围。用户游牧、漫游时通过IMS本地接入点找到拜访地的P-CSCF,通过拜访地的P-CSCF向归属地注册并获得相关服务。当游牧/漫游的用户发起呼叫时,呼叫经过拜访地的P-CSCF和归属地的S-CSCF接续,拜访地的P-CSCF和归属地的S-CSCF都可对该呼叫产生话单,并发向计费服务器。双方可根据话单进行话务结算。IMS中对P-CSCF有支持计费的要求。
4 结束语
基于统一的IP核心架构的IMS网络,使用户能方便地实现在各接入点和移动环境下的业务接入。通过本文的研究表明,基于ims的固定移动融合环境下的用户游牧和漫游均可实现。对于移动用户来说,底层网络采用合适的技术,还可以在接入网内部发生切换时,实现一定的业务连续性。
总之,无论是通过固定还是移动的接入方式,IMS用户都可以实现IMS业务的便利接入。
参考文献
[1]X.S0013-002-B v1.0. All-IP Core Network Multimedia Domain IP Multimedia Subsystem- Stage 2[S].
[2]ETSI ES 282 004. NGN Functional Architecture;Network Attachment Subsystem(Release1)[S].
[3]ITU-T Q.1706/Y.2801. Next Generation Networks -Generalized mobility[S].
【作者简介】
娄颖:毕业于华南理工大学,现就职于中国电信广州研究院,主要从事下一代网络新技术研究、标准跟踪制定等工作。