基于IP多媒體子系統(tǒng)應用于下一代網(wǎng)絡的服務發(fā)現(xiàn)架構的研究.pdf

1、IP多媒體子系統(tǒng)(IP multimedia subsystem，IMS)用于實現(xiàn)端到端的IP多媒體通信。IMS不僅將3G網(wǎng)絡的應用從單純的語音和數(shù)據(jù)業(yè)務擴展到了多媒體領域，而且還具備開發(fā)新業(yè)務、重用第三方基于Internet業(yè)務的能力。由于IMS具有接入無關性、對各種接入技術廣適性的特點，3GPP、3GPP2、ETSI TISPAN和ITU-T等標準化組織都對3GPP定義的IMS進行了深入的研究，通過對IMS功能的擴展實現(xiàn)網(wǎng)絡對基于多

2、種接入技術的固定和移動用戶的統(tǒng)一支持，也即，通過發(fā)揮IMS通用平臺的作用，構建固定和移動網(wǎng)絡相融合的公共核心網(wǎng)，同時為固定和移動用戶提供多媒體業(yè)務?；贗MS的核心網(wǎng)絡體系架構已經(jīng)被公認為是固定和移動網(wǎng)絡融合的統(tǒng)一目標架構，該架構的研究也逐漸成為當今通信界廣泛關注的熱點之一。 從目前國際和國內(nèi)標準研究的進展看，雖然基本確定應用所有業(yè)務的統(tǒng)一的NGN核心網(wǎng)絡架構是IMS，但由于基于所有接入方式(包括各種有線和無線接入)的NGN標準

3、還不成熟，基于IMS核心網(wǎng)絡架構的NGN相關研究還需要持續(xù)比較長的一段時間。其中，最為重要和亟待解決的問題之一就是：IMS實現(xiàn)固定和移動網(wǎng)絡融合、為基于不同接入技術的網(wǎng)絡提供多樣化多媒體服務、實現(xiàn)統(tǒng)一業(yè)務和應用平臺以后，隨著服務數(shù)量的增加、服務類型的多樣化以及服務本身復雜程度的提高，如何基于IMS提供高效的、全網(wǎng)的服務發(fā)現(xiàn)功能。 基于上述分析，本論文確定將基于IMS應用于下一代網(wǎng)絡的服務發(fā)現(xiàn)架構作為研究的重點，展開討論。論文的主

4、要工作和結構安排包括以下幾個方面： (1)深入分析基于IMS的服務發(fā)現(xiàn)領域的研究現(xiàn)狀。分析表明：迄今為止，3GPP等相關標準化組織還沒有確定基于IMS網(wǎng)絡實現(xiàn)服務發(fā)現(xiàn)功能的解決方案。目前，對于應用了IMS的異構網(wǎng)絡，通常采用的都是映射或者中間件的方法，先將基于不同網(wǎng)絡技術的服務轉換為統(tǒng)一的IMS網(wǎng)絡服務，進而實現(xiàn)服務發(fā)現(xiàn)的功能。無論采用映射還是中間件的方法，要完成服務發(fā)現(xiàn)和服務提供功能，都需要引入額外的新功能實體甚至應用平臺，代

5、價較大。有一篇文章曾提出應用IMS架構本身直接實現(xiàn)服務發(fā)現(xiàn)功能的思路，但只是指出一些可供參考的選擇和建議，并沒有對具體的方法進行詳細的描述和論證，也沒有針對基于IMS的服務發(fā)現(xiàn)架構進行可行性研究。 (2)廣泛調(diào)研目前服務發(fā)現(xiàn)的主要研究領域和最新進展。調(diào)研結果表明：近些年來，服務發(fā)現(xiàn)方面的研究主要集中在某一特定的單一網(wǎng)絡或系統(tǒng)，如移動自組織網(wǎng)絡、萬維網(wǎng)和網(wǎng)格系統(tǒng)、點對點網(wǎng)絡等。由于系統(tǒng)相對單一，相應的設計方法具有一定的局限性。而且

6、服務發(fā)現(xiàn)方面的研究也都偏向于架構本身的設計和實現(xiàn)，很少有文章針對提出的服務發(fā)現(xiàn)的性能作相應的合理性分析和優(yōu)化考慮。 (3)基于(1)和(2)的分析，本論文提出一種全新的應用于下一代網(wǎng)絡的服務發(fā)現(xiàn)架構，并對該架構服務發(fā)現(xiàn)功能的具體實現(xiàn)進行了詳細的描述。其主要思想是：依據(jù)IMS網(wǎng)元的自身特性，利用現(xiàn)有IMS功能實體構建全新的服務發(fā)現(xiàn)架構，從而實現(xiàn)快速有效的服務發(fā)現(xiàn)功能。由于服務發(fā)現(xiàn)功能的實現(xiàn)不需要額外新網(wǎng)絡實體的參與，相應開支較小，

7、而且可以實現(xiàn)和IMS網(wǎng)絡很好的整合。該服務發(fā)現(xiàn)功能的實現(xiàn)只作用在IP多媒體核心網(wǎng)絡的子系統(tǒng)中，因此可以和任何一種現(xiàn)有的應用于某一特定接入網(wǎng)絡的服務發(fā)現(xiàn)機制并存。此外，該服務發(fā)現(xiàn)架構是獨立于任何一種特定接入技術的，可以說是一種可以為全球用戶提供服務發(fā)現(xiàn)功能的方法，是一種通用的服務發(fā)現(xiàn)解決方案。 (4)針對(3)提出的基于IMS的全新的服務發(fā)現(xiàn)架構，分析新功能的引入對原有IMS網(wǎng)絡的影響。通過數(shù)學建模、理論分析和數(shù)據(jù)仿真的方法，對該

8、服務發(fā)現(xiàn)架構的性能進行全面評估，包括HSS用于存儲服務信息所增加的服務信息緩存區(qū)的代價，服務發(fā)現(xiàn)的成功率以及服務發(fā)現(xiàn)過程產(chǎn)生的網(wǎng)絡負載等。所有性能分析都是基于對服務通告(service announcement，SA)平均更新時間間隔，相鄰兩個服務發(fā)現(xiàn)請求(service request，SrvRqt)之間的平均時間間隔以及網(wǎng)絡狀況等方面的考慮。評估結果表明，該服務發(fā)現(xiàn)架構需要增加的服務信息緩存區(qū)的代價較小，服務發(fā)現(xiàn)過程產(chǎn)生的額外網(wǎng)絡負

9、載也不大，對原有IMS網(wǎng)絡的影響較小，但卻可以實現(xiàn)較高的服務發(fā)現(xiàn)成功率。 (5)結合(4)的分析，運用數(shù)學推理和算法仿真相結合的方法，對提出的服務發(fā)現(xiàn)架構的性能進行優(yōu)化。值得指出的是，我們得到了SA的平均更新時間間隔(ISA)的最優(yōu)值。該值可以使服務發(fā)現(xiàn)架構的各項性能達到最優(yōu)的折中和平衡。而且，對于給定IMS網(wǎng)絡，ISA最優(yōu)值的選取只與SA的平均生命周期TL有關，而TL和ISA相對固定，都可以由應用服務器設定，即，ISA的大小可