四川师范大学成都学院本科毕业设计
基于IMS的交换网络融合分析研究
前言
随着IP应用的普及，在20世纪90年代中期，通信界提出了计算机、广电、电信三网融合的设想，但是由于技术限制和管理体系等方面的原因，三网合一一直未能有突破性的进展。21世纪初，电信界在基于IP电话的网关功能分解的思想上提出了以软交换为核心的下一代网络体系架构，即早期的下一代网络(NGN)。NGN的贡献在于运用了控制、承载、业务与接入分离的分层体系架构，采用水平业务提供模式，而非传统的垂直业务提供模式，可以支持会话、数据、摄像、图片等多媒体业务。早期以软交换为核心的NGN网络架构比较适合传统的固网(如PSTN)向下一代网络的演进。基于固网软交换的思想，第三代合作伙伴计划(3GPP)在其R4版本中引入了移动软交换的概念，并在R5版本中提出了以IP多媒体子系统(IMS)为核心的第三代移动通信(3G)网络架构。目前业界普遍认为，IMS将取代软交换，成为NGN业务层的核心控制技术，基于IMS的下一代网络代表了未来固定和移动网络融合(FMC)的趋势。
IMS（IP Multimedia Subsystem）是3GPP在Release 5版本提出的支持IP多媒体业务的子系统，主要采用SIP协议进行会话控制。通过IMS，3G网络可以为用户提供PoC（Push To Talk over cellular）、Presence、即时消息、多媒体会议等多媒体业务。从网络架构上看，IMS是叠加在原有电路域和分组域网络之上网络，通过分组域实现信令和用户数据的承载，并可以实现和原有电路域的互通。3GPP引入IMS的初衷是为了丰富移动网络的业务，并没有考虑到网络融合的各种需求。但是由于IMS采用SIP协议，而SIP协议本身是端到端的应用协议，和接入方式无关，这就为IMS同时支持固定和移动接入提供了技术基础，也使得网络融合成为可能。未来融合网络的发展趋势将是在核心控制层采用IP多媒体子系统(IMS)，在核心承载层采用因特网协议/多协议标记交换(IP/MPLS)技术，在业务层采用统一开放的业务提供架构，在接入层支持固定、移动、窄带、宽带等多种接入技术，终端则呈现多模化和智能化的趋势，最终实现一个用户、一个号码、一个终端、一个账单、一个核心网络、随时随地享受安全业务模式。
邢燕霞和赵慧玲在《通信技术与标准》一书中提出了网络融合解决方案面临的主要问题，并分析了IMS技术和产品方面的现状，提出了用户和运营商所关
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注的问题。宋燕辉、朱江军和陈霖在《基于IMS的固定业务和移动业务融合研究》一文中提出了基于IMS的固定与移动网络的融合就是不同层面网络的融合，并提出了实现融合的若干关键问题。国际上有很多研究组织正在开展NGN相关的研究工作，如ITU-T，ETSI，3GPP/3GPP2，ATIS，IETF，OSA，OMA等，尽管目前各个研究组织的观点尚未完全统一，所研究的内容也远未成熟或实用化，但也形成了一些重要共识。
IMS已经成为未来核心网络的发展方向，也是公认的多媒体、业务控制和网络融合平台，故研究网络的融合技术成了现代通信的重大课题。于是本文提出了基于在Parlay/OSA平台的IMS业务网络融合方案。第一章写现有的移动交换网络，并对其架构进行了详细分析，第二章对IMS的定义、架构以及优点进行了阐释，第三章着重写了基于IMS的固网与移动网络的融合，并分析了其可行性。
1 移动交换网络架构
现有的移动通信交换网络架构主要由移动台子系统（MS）、基站子系统（BSS）、网络子系统（NSS）等几大部分组成。其中基站子系统（BSS）提供和管理移动台子系统（MS）和网络子系统（NSS）之间的传输通路，NSS必须管理通信业务承担建立MS与相关的公用通信网或与其他MS之间的通信业务。MSS、BSS和NSS组成移动通信系统的实体部分。如图1-1。
网络子系统 基站子系统
图1-1 移动通信网络架构
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TE VLR PSTN ISDN PDN MS BTS MS AUC EIR BSC MSC HLR BTS BSC OMC 四川师范大学成都学院本科毕业设计
1.1 移动台子系统（MS）
移动台子系统（MS）是在移动系统中提供用户设备，通过无线接口接入到GSM系统的，所以在GSM系统中，用户能够直接接触唯一设备是移动台。它由两部分组成：移动终端（MT）和用户识别卡（SIM）。
1.1.1 移动终端(MT)
移动终端(MT)包括手机、笔记本电脑、平板电脑和掌上上网设备等。现代的移动终端已经拥有强大的处理能力、内存以及像电脑一样的操作系统。不仅可以通话、拍照等，还可以进行身份证扫描、酒精含量测试、移动执法、移动办公、移动商务等。移动终端已经深深地融入了我们的经济和社会生活中，提高了人民的生活水平、执法效率、生产的管理效率，减少了资源消耗和环境污染。
1.1.2 用户识别卡（SIM）
用户识别卡（SIM）是一种智能卡片，符合ISO标准，是用户入网登记的凭证，具有防窃、鉴权和加密的功能，用户的大部分资料几都存储在用户识别卡内，为GSM系统提供用户身份鉴别依据，同时，用户也通过它来完成与系统的连接和信息保存与交换。SIM卡存储的数据分为四类：用户身份认证的信息；安全保密信息；网络和用户的管理数据；用户的个人信息。 1.2 基站子系统（BSS）
基站子系统（BSS）提供公用陆地移动网PLMN网络的有线核心网和无线接入网之间的中继，它分为两个部分：通过无线接口与移动台通信的基站收发台（BTS）及与移动交换中心相连的基站控制器（BSC）。
1.2.1 基站收发台（BTS，Base Transceiver Station）
基站收发台（BTS）可以看作是一个无线调制解调器，负责无线传输、接收和发送处理移动信号，在某个区域内，多个子基站和收发台组成一个蜂窝状的网络，通过控制收发台与收发台之间的信号相互传送和接收，来达到移动通信信号的传送。
1.2.2 基站控制器（BSC，Base Station Controller）
基站控制器（BSC）是BTS和MSC之间的连接点，也为基站收发台和操作维修中心之间交换信息提供接口，一个基站控制器通常控制几个基站收发台，它的主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控制
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区内移动台的过区切换进行控制等。 1.3 网络子系统（NSS）
网络子系统（NSS）具有系统交换功能和数据库功能，数据库中存有用户数据及移动性、安全性管理所需的数据，在系统中起着管理作用。NSS内各功能实体之间和NSS与BSS之间通过No.7信令协议和GSM的7号信令网络互相通信。NSS由移动交换中心（MSC）、拜访地位置寄存器（VLR）、归属地位置寄存器（HLR）、鉴权中心（AUC）和设备识别寄存器（EIR）构成。
1.3.1移动交换中心（MSC）
移动交换中心（MSC）是网络的核心，支持位置登记、越区切换、自动漫游等移动特征性能和其它网络功能。它提供交换功能及面向系统其它功能实体：基站子系统、归宿位置寄存器、鉴权中心、移动设备识别寄存器、操作维护中心和面向固定网的接口功能，把移动用户与移动用户、移动用户与固定用户互相连接起来。移动交换中心可以归属位置寄存器、拜访位置寄存器、和鉴权中心三种数据库获取处理用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据。MSC可为移动用户提供一系列业务，如：语音业务、短消息业务、承载业务、增值业务等。
1.3.2拜访位置寄存器（VLR）
拜访地位置寄存器（VLR）是服务于其控制区域内移动用户的，存储着进入其控制区域内登记的移动用户相关信息，为已登记的移动用户提供建立呼叫连接的必要条件，VLR从该移动用户的归属位置寄存处获取并存储必要的数据。VLR具有存储数据、检索数据、登记用户信息、移动台去话、鉴权、提供TLDN、VLR的恢复等功能。
1.3.3归属地位置寄存器（HLR）
归属地位置寄存器（HLR）是CDMA系统的中央数据库，存储着改HLR控制的所有存在的移动用户的相关数据。一个HLR能够控制若干个移动交换区域以及整个移动通信网，所有移动用户重要的静态数据存储在HLR中，包括移动用户识别号码、访问能力、用户类别和补充业务等数据。HLR具有存储数据、检索数据、提供TLDN、鉴权、登记用户信息、移动台去话、HLR的恢复等功能。
1.3.4鉴权中心（AUC）
CDMA系统采用了特别的安全措施，例如用户鉴权、对无线接口上的话音、
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数据和信号信息进行保密等。鉴权中心存储着鉴权信息和加密密钥，用来防止无权用户接入系统和保证通过无线接口的移动用户通信的安全。AUC具有存储数据、产生传送鉴权参数、对鉴权参数的安全性要求等功能，也可使用人机命令设置SSD共享或不共享。
1.3.5设备识别寄存器（EIR）
设备识别寄存器（EIR）存储着移动设备的电子序列号（ESN），通过检查白色清单、黑色清单或灰色清单这三种表格，在表格中分别列出了准许使用的、出现故障需监视的、失窃不准使用的移动设备的ESN，使得运营部门对于不管是失窃还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运行的MS设备，都能采取及时的防范措施，以确保网络内使用的移动设备的唯一性和安全性。
2 IMS
2.1 IMS的定义
IMS（IP Multimedia Subsystem）是IP多媒体子系统，首先由3GPP标准组织在Release 5中提出。IMS是一种基于SIP协议的开放式系统架构，是提升网络多媒体控制能力的重要手段，也是核心网向统一融合的网络演进的关键技术。IMS借鉴了互联网的开放模式，具备了开放、融合的特性。IMS作为下一代网络的核心技术，其在软交换网络实现运营商网络控制与承载分离的基础上进一步实现了网络控制与业务的分离。IMS是一种全新的多媒体业务形式，它能够满足现在的中断客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求。目前，IMS被认为是下一代网络的核心技术，也是解决移动与固网融合，引入语音、数据、数据、视频三重融合等差异化业务的重要方式。 2.2 IMS的网络架构
IMS利用了软交换技术，实现了业务与控制相分离、呼叫控制与媒体传输相分离，IMS仅作为信令处理子系统。可以在基于IP连接的任何网络上提供业务，具有接入独立性，IMS定义了三层结构，即应用层、会话控制层和接入层，如图2.2-1所示，
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