下一代IP承载移动通信网络关键技术的研究

摘要

下一代网络(NGN)的提出带来了通信网络技术革命，NGN并不具体特指某一网络，而是泛指一种新的网络体系结构。这种体系以IP为中心，可以同时支持语音、数据、多媒体等业务。ITU-T对NGN的定义包含以下内容：能够使用户自由接入不同的业务提供商；能够支持通用移动性，从而向用户提供一致的和无处不在的业务。所以NGN是网络演进的目标，而IMS是下一代网络融合的关键技术。 IMS(IP多媒体子系统)是3GPP在R5版本中提出的支持IP多媒体业务的子系统，它的核心特点是采用了SIP协议和与接入的无关性。IMS为未来的多媒体应用提供一个通用的业务平台，它是向全IP网业务提供体系迈进的重要一步。在网络趋向融合的发展趋势下，3GPP、ETSI和ITU-T都在研究基于：IMS的网络融合方案，目的是使IMS成为基于SIP会话的通用平台，同时支持固定和移动的多种接入方式，实现固网和移动网的融合。IP多媒体核心网系统是由所有能提供多媒体服务的核心网功能实体组成的，包括了与信令和承载相关的功能实体的集合。IP多媒体业务是基于IETF定义的会话控制能力和利用PS域及多媒体承载来实现的。 为了实现接入的独立性和支持无线终端与Internet互操作的平滑性，IP多媒体子系统尽量采用与IETF一致的因特网标准，它定义的接口也跟IETF的因特网标准尽可能地一致，如采用了IETF的SIP协议。 就现阶段而言，IMS系统还还远未成熟，仍在发展之中。所以，在现有的IMS系统中还存在着诸多有待解决的问题。为了完善IMS系统，本文从多个方面对IMS系统进行了分析，并对其中的问题进行了相应的研究。下面做一简要介绍。 本文详细分析了在IMS体系中占有重要地位的会话建立、媒体协商、设备的寻址和路由、防火墙的穿越、信道编码的差错控制等问题，使用数学方法等手段解决了相关问题。本文贡献可归纳为以下几个方面： (1)分析了IMS系统中多实体会话建立的信令流程，并对其中早期媒体协商的过程进行了研究，发现了原SIP规范所提供的媒体协商所使用的提供/应答模式应用在早期媒体中的缺陷：在某些情况下，用于进行媒体协商的提供/应答信令出现不匹配情况。本文还对现有的解决方案进行了研究分析，指出了其中存在的不足之处。提出了一种可以解决原提供/应答模式在早期媒体协商过程中提供、应答不匹配的新方案，此方案从内容和信令完整性方面保证了问题的解决。 (2)分析了IMS系统中端到端服务的性质和特点，对同一用户拥有多设备情况下的设备寻址进行了分析。对现有SIP消息的结构进行扩展，从注册流程、SIP消息头结构等方面提出一套新方案进一步解决了对特定设备寻址的问题，并对其中的保密问题进行了考虑，完善了端到端服务的寻址的过程。 (3)分析研究了IMS系统中SIP消息不能穿越防火墙的几种场景和原因，结合特定设备寻址的方法提出了SIP消息穿越防火墙的方案，解决了处于NAT/FW后面的设备与外部通信的问题。 (4)分析了下一代网络数据通信中信道编码的差错控制和检(纠)错机制，对其中应用广泛的循环码的突发错误捕错法进行了研究，指出了此种检(纠)错机制的检错实质。在此研究基础上并基于为了适应实时通信的要求，提出了一种新的循环码检错机制，改进了原循环码的突发错误捕错算法，提高了循环码突发错误的检(纠)错速度和效率。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2国内外发展动态

1.2.1 NGN的协议体系及支撑技术

1.2.2 IMS体系结构的最新进展

1.2.3 IMS具体应用的几个焦点问题

1.3本文的主要贡献

1.4本文的结构和安排

1.5本章参考文献

第二章相关研究综述

2.1 IMS总体需求

2.1.1引言

2.1.2 IP连接

2.1.3接入独立性

2.1.4 IP多媒体服务质量

2.1.5媒体资源使用的IP策略控制

2.1.6通信安全性

2.1.7漫游

2.1.8与其他网络的互通性

2.2 IMS使用协议概述

2.2.1会话相关协议

2.2.2 AAA协议

2.2.3其他协议

2.3 IMS相关实体

2.3.1代理呼叫会话控制功能(P-CSCF：Proxy-Call Session Control Function)

2.3.2问讯呼叫会话控制功能(I-CSCF：Interrogation-Call Session Control Function

2.3.3服务呼叫会话控制功能(S-CSCF：Serving-Call Session Control Function)

2.3.4归属用户服务器(HSS：Home Subscriber Server)

2.3.5多媒体资源功能控制器(MRFC：Multimedia Resource Function Controller)

2.3.6多媒体资源功能处理器(MRFP：media Resource Function Processor)

2.3.7应用服务器(AS：Applicati on Server)

2.3.8媒体网关控制功能(MGCF：Media Gateway Control Function)

2.3.9信令网关(SGW：Signaling Gateway)

2.3.10安全网关(SEG：Security Gateway)

2.4 IMS参考点

2.4.1 Gm参考点

2.4.2 Mw参考点

2.4.3 Cx参考点

2.4.4 Dx参考点

2.4.5 Sh参考点

2.4.6 Si参考点

2.4.7 Dh参考点

2.4.8 Mm参考点

2.4.9 Mg参考点

2.4.10 Mi参考点

2.4.11 Mj参考点

2.4.12 Mk参考点

2.4.13 Ut参考点

2.4.14 Mr参考点

2.4.15 Mp参考点

2.4.1 6 Go参考点

2.4.1 7 Gq参考点

2.5附录：参考点说明

2.6本章参考文献

第三章IMS中多实体会话建立问题的研究

3.1会话建立概述

3.1.1与会话相关的SIP、SDP协议介绍

3.1.2 IMS会话建立流程和所涉及的网络实体

3.1.3会话发起、更改及结束的SI P信令过程

3.1.4对IMS中涉及媒体协商的一般会话建立过程的信令流程分析

3.2使用SDP协议的提供/应答模式、早期媒体(EARLY MEDIA)及其存在的缺陷

3.2.1提供/应答模式(offer/answer mode)

3.2.2进行媒体协商的SDP消息构成规则

3.2.3提供/应答模式在一般会话中的使用规则

3.2.4早期媒体的两种模式及其缺陷

3.3早期媒体协商中提供/应答不匹配问题分析

3.3.1早期媒体协商中造成提供/应答不匹配因素一

3.3.2早期媒体协商中造成提供/应答不匹配因素二

3.4对现有两种解决方案的分析

3.4.1方案一

3.4.2方案二

3.5提供/应答不匹配问题解决方案

3.5.1新方案一：扩展SIP信令

3.5.2新方案二：提供/应答匹配算法及信令流程方案

3.6本章参考文献

第四章IMS中NAT穿越及终端寻址研究

4.1引言

4.2相关背景

4.2.1 SIP端-端对话体系和消息格式

4.2.2用户的标识

4.3 NAT/FW穿越问题分析

4.3.1 NAT/FW概述

4.3.2 NAT穿越问题描述

4.3.3现有 NAT穿越解决方案分析

4.4 IMS端到端寻址问题分析

4.4.1 IMS端到端寻址问题概述

4.4.2受到影响的服务举例

4.4.3寻址问题具体需求

4.5 IMS中NAT/FW穿越及终端寻址问题的解决方案

4.6本章参考文献

第五章IMS中数据传输编码检错与纠错研究

5.1引言

5.2编码基本知识与分组码

5.2.1编码基本知识

5.2.2分组码

5.3差错控制编码

5.4差错类型

5.4.1单比特差错

5.4.2突发差错

5.5检错

5.6纠错

5.6.1单比特纠错

5.6.2突发差错纠错

5.7纠正循环码突发错误的新方案

5.7.1循环码简介

5.7.2突发捕获算法

5.7.3突发错误数学定义

5.7.4纠正突发错误循环码的突发捕获算法

5.7.5纠正突发错误循环码的剩余伴随式直接纠错算法

5.7.6结论

5.8本章参考文献

第六章结束语

附录

致谢

攻读博士期间发表论文