SIP在3G网络中的应用
2007/04/24
摘要第三代移动通信系统是能提供多种类型IP数据业务的通信系统。会话起始协议SIP是3G的IP多媒体子系统中提供多媒体业务的核心技术。文章首先介绍了SIP的基本工作原理,然后对3GPPUMTSR5定义的IMS进行了简要描述,最后详细阐述了SIP在IMS提供服务的过程及对漫游用户的处理。图1 SIP的网络体系结构
图1描述了SIP的基本网络体系结构。用户接入网络后首先要向注册服务器注册,注册信息写入定位服务器中(定向服务器不属于SIP网元,只是一个数据库)。当用户代理客户UAC要发起呼叫时,它一般将呼叫请求消息发送给本域的出向代理服务器。媒体描述信息以SDP(SessionDescriptionProtocol)的形式在SIP消息体中被封装并发送出去。代理服务器检查被叫地址,将请求转发(可能经过多个中间代理服务器的转发),直至到达被叫域的代理服务器。被叫域的代理服务器通过查询定位服务器确定被叫的确切位置,然后将请求转发给被叫用户代理服务器UAS。被叫UAS收到请求后,生成响应消息。响应消息将按照请求消息经过的路径,原路返回到主叫UAC。主叫UAC根据响应消息的内容选择是建立呼叫、重新发起呼叫或取消该呼叫。如果被叫没有在归属地,主叫将通过重定位服务器重新定位被叫的位置,然后发起请求。
SIP有两种类型的消息:
(1)请求:从客户机发到服务器的消息。SIP核心规范定义了6种SIP请求:
INVITE—邀请用户加入呼叫。
BYE—终止两个用户之间的呼叫。
OPTIONS—请求关于服务器能力的信息。
ACK—确认客户机已经收到对INVITE的最终响应。
REGISTER—提供地址解析的映射,让服务器知道其他用户的位置。
INFO—用于会话中信令。
(2)应答:从服务器发到客户机的消息,当服务器收到请求时,它就发出一个或多个应答。每个应答都有一个代表事务状态的状态码(100-699的整数)。下面是常用的几种应答及它们的状态码:
trying(100)—正在尝试
ringing(180)—正在振铃
sessionprogress(183)—会话进行
OK(200)—好
二、3GPPR5中IMS的基本结构
根据3GPP的定义,3G网络被划分为3个域:电路交换域、分组交换域、IP多媒体域(如图2)。
图2 3GPP R5基本结构
电路交换域与现有的2G网络类似,采用电路交换技术提供话音业务。分组交换域是2.5G网络中引入的,主要网元设备有SGSN(ServiceGPRSSwitchNode)和GGSN(Gateway
GPRS Switch Node)。它们负责向终端提供IP连接,用户通过该域进入因特网,用户可以由此发送邮件,浏览网页。它并没有在IP之上定义任何特殊的体系结构,它主要是一种接入技术。IP多媒体域(即IMS,IP
Multimedia Subsystem)是3GPP制定的UMTS R5版本中引入的,采用SIP作为主要的信令协议,使得移动运营商可以为用户提供端到端的全IP的多媒体业务。
IMS由呼叫状态控制功能CSCF(CallSessionControlFunction)、媒体网关控制功能MGCF(Media Gateway
Control Function)、媒体网关MGW(Media Gateway)、归属地用户服务器HSS(Home Subscriber
Server)等功能实体组成。CSCF的种类包括P-CSCF(Proxy-CACF,代理CSCF)、I-CSCF(Interrogating
CSCF,查询CSCF)和S-CSCF(Serving CSCF,服务CSCF),本质上它们都是SIP服务器,处理SIP信令。
图3 用户注册的信令流
四、在漫游用户间的会话
一旦UE注册到一个S-CSCF,语音和多媒体呼叫就可以建立了。两用户之间建立链路的过程实际上就是穿越各个CSCF的过程。总的来说是按照“主叫用户◇主叫所在地P-CSCF◇主叫归属地S-CSCF◇被叫归属地S-CSCF
◇被叫所在地P-CSCF ◇被叫用户”的路线。
用户访问地的SIPCSCF服务器是不会处理用户业务的,它只起到了接入网络、转发信息的作用,给用户提供业务服务以及用户接入其他网络(例如PSTN)都要依靠归属地的S-CSCF。用户进入网络时首先到访问地的P-CSCF登记,告诉P-CSCF自己的归属地在哪里,就犹如外地人口到来先到访问地公安局登记领取暂住证,并登记自己是谁,户口所在地等信息。接着通过访问地P-CSCF告诉归属地的S-CSCF自己的位置并更新HSS中的位置信息。当用户发出会话请求时,访问地P-CSCF将请求发往用户归属地交由S-CSCF处理,同样的,当有发往用户的会话请求时,请求先到达归属地,归属地找到用户的位置后再通过用户访问地P-CSCF与用户取得联系,建立链路。
如图4所示是最普通的两个漫游用户的会话建立过程。一个完整的IMS呼叫分为会话邀请、资源预留、会话提供、会话连接、会话终止五个阶段。
图4 两个漫游用户会话的SIP信令交换
呼叫的过程如下:
(1)会话邀请
A向P-CSCF发送一个INVITE请求消息。该消息中有B和A的SIPURI。P-CSCF注意到A不属于本地用户并向A的归属地转发该INVITE消息并返回100trying临时应答A(表示已经发送A的请求,正在尝试建立链路,A需要等待)。A的本地域I-CSCF向HSS查询,并向A注册时分配的S-CSCF转发INVITE并返回100trying给外地P-CSCF。S-CSCF收到请求后将INVITE转发给被叫B的本地域并返回100trying给I-CSCF。同样,B归属地的I-CSCF接到请求后向HSS查询并将请求转发到B的归属地S-CSCF,该S-CSCF发现B正处在外地网络中,于是将INVITE转发到B目前所在地的P-CSCF,接着P-CSCF将请求最后传给B。
(2)资源预留
B接受了这个会话请求,但此时他不回铃通知A,他返回183sessionprocess应答表示他接受该会话,同时要求A对此表示确定,这个应答通过各个CSCF传给A。同时B激活一个GPRSPDP上下文,它被用来通过IMS的IP接入点来建立语音通道。
A收到183应答后,同样激活一个PDP上下文并通过CSCF建立的通道发送一个COMET消息给B,该消息含有A的语音通道的地址细节,并起确认作用。
(3)会话提供和会话连接
当接到COMET,B知道传送语音的IP通道和服务质量参数已经被双方预留,并且知道了语音通道的地址,因此B返回200OK确认消息。该消息包含了B的语音通道的地址细节。
A接到确认后,给B一个180振铃信息,B听到振铃即给A一个200OK消息,最后A给B发送ACK确认信息,到此通信链路建立完成,接下来A和B可以进行通话了。
(4)会话终止
为了终止会话,A发送一个BYE消息给B。同时A撤销他的PDP上下文。
B接到BYE消息后,它会撤消自己的PDP上下文,并返回一个200OK应答给A是房改呼叫使用的所有CSCF。
五、结束语
SIP协议是一个简单、灵活的协议,具有很强的包容性,在保持其核心协议简捷的基础上建立了强大的扩充机制,所以利用SIP技术可以很容易的实现大量应用。我们可以毫无疑问,基于SIP的3GIMS将会给广大用户带来更快捷、更丰富、更灵活的通信体验。
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