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IMS会话控制关键技术研究

戚琦  
【摘要】: 随着通信技术的发展和网络的演进,各种现有以及未来新兴的无线接入技术将会共同存在,并形成一种融合的异构网络环境。如何在异构网络环境中达到“用户在任何时间,任何地点,通过任何方式对任何业务的普遍、无缝接入”的目标已成为通信领域的研究热点。3GPP (3rd Generation Partnership Project,第三代合作伙伴项目)结合现有的技术条件,考虑传统电信网和互联网的无缝整合,引入了基于IP的通用核心网体系结构IMS (IP Multimedia Subsystem, IP多媒体子系统)。作为网络融合在控制层面的实现方式,IMS已被业界所公认,也是下一代网络的发展趋势。会话控制是IMS的核心技术和基础功能,但在多业务触发、会话连续性及QoS (Quality of Service,服务质量)控制等方面尚存在诸多问题。针对上述问题,作者以IMS会话建立过程为基础,以提高用户QoS体验和网络运营性能为目标,充分考虑业务多样性和网络异构性,深入研究了支持多业务触发的会话建立机制、满足会话连续性的切换控制技术、移动子网的QoS控制模型以及家庭网络会话控制协议的优化方法。 论文总结了作者在IMS会话控制领域的主要研究工作:1、论文对IMS会话控制进行综述,明确了IMS会话控制需要解决的问题,以此作为后续研究的基础;2、提出了基于分布式SCIM (Service Capability Interaction Manager,业务能力交互管理器)的多业务触发机制,优化会话建立过程;3、提出了跨层IMS会话切换机制,实现用户移动预测、接入网选择、并行软切换以及业务速率控制等功能;4、针对移动子网的群组移动特性,研究改进了IMS QoS控制模型;5、针对IMS家庭网络会话控制协议的处理性能问题,提出了SIP (Session Initiation Protocol,会话初始化协议)按需解析方法。对于上述新机制和算法,均进行了仿真验证和性能分析。 论文对研究过程中的主要工作和创新成果进行了详细阐述,简要归纳如下: (一)提出了一种IMS多业务触发机制DSCIM (Distributed SCIM,分布式SCIM),通过核心SCIM服务器以及部署在AS (Application Server,应用服务器)中的SCIM节点,完成AS到AS的连续业务触发,避免了S-CSCF (Serving-Call Session Control Function,服务CSCF)与AS之间的信令往返转发;并通过Jackson排队网络对业务触发机制进行了理论建模。数学分析和仿真实验结果均表明DSCIM业务触发机制能够有效降低IMS的会话建立时延,并减轻S-CSCF的负载压力。 (二)提出新的IMS会话切换机制EHM (Enhanced cross-layer Handoff Mechanism,增强型跨层会话切换机制),以应用层为主导,通过链路层、网络层以及应用层之间的信息共享与协作,改进现有IMS会话切换控制过程。在信令控制平面,EHM通过用户移动预测算法避免在多个邻域内的无效提前资源预留,通过增加网络驱动的接入网选择策略实现接入网间的负载分担。在承载控制平面,EHM引入并行软切换算法和媒体速率控制策略,利用切换前后的两个承载路径传输不同媒体流,在降低切换过程中的丢包率和实现平滑切换的同时,避免了带宽资源的浪费。理论分析和仿真结果表明EHM可以有效降低会话切换时延、减少提前资源预留的信令代价和会话阻塞率,减少切换过程中的丢包率并节省网络带宽资源。 (三)IETF (Internet Engineering Task Force,互联网工程任务组)提出了NEMO (Network Mobility,移动子网)的概念以支持群组移动性。在此基础上,论文针对异构网络环境和IMS QoS控制模型的特点,提出HBS (Heterogeneous Bandwidth Sharing,异构带宽共享)移动子网QoS控制模型。HBS为移动子网的所有会话建立聚合的IP承载,解决了独立QoS控制机制的信令浪费问题;同时,HBS为每个会话选择最佳接入网,并且利用VBR (Variable Bit Rate,可变比特速率)媒体流的空闲带宽为非实时会话服务,优化了现有移动子网的QoS模型。理论建模和仿真实验结果表明HBS可以更好地满足用户QoS需求,更加有效地利用宝贵的无线带宽资源。 (四)SIP作为IMS的会话控制协议广泛应用于家庭网络,使各种消费电子设备可以通过IMS会话控制实体完成业务流程。然而,如何快速高效地处理基于文本的SIP协议,对仅具备有限硬件资源的家庭网络设备提出了挑战。论文通过全面分析SIP消息的解析过程,揭示出现有全解析方法容易导致SIP节点成为会话控制的性能瓶颈。由此,论文提出了家庭网络设备的SIP消息按需解析方法,并在实验环境中对其进行测试,结果表明这一方法可以有效减少SIP消息的处理时间。


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