下一代网络基于IMS的短消息业务研究

admin

1、引言
　　移动通信进入公众民用通信领域经历了20多年的发展，随着底层通信技术的进步和网络架构（如IMS）的成熟，基本电信业务的各种需求已经得到满足，各种增值业务在产业结构中所占据的地位越来越重要。而作为移动的主要业务之一的短消息业务，鉴于其为运营商和开发商所带来的巨大经济利益以及为消费者带来的方便，也成为了下一代网络IP多媒体子系统实现过程中必须支持的一项业务。
2、IMS概述
　　IMS全称是IP Multimedia Subsystem，即基于IP的多媒体子系统。IMS对于不同标准的第三代移动通信技术都是相同的基本网络架构。IMS为基于IP并逐渐向扁平化过渡的移动网络提供了面向分组数据包交换的多媒体服务及平台，它可使运营商和终端用户从多媒体服务的革新中获取更快速、更灵活的应用，并且IMS“接入无关性”的核心特点将使其成为未来固定移动网络融合的关键。IMS作为NGN的重要平台，使用会话启动协议（SIP）作为通信基础，不仅实现了固定网络与移动网络的无缝业务传递，还丰富了下一代网络的语音、数据和多媒体等各种综合业务。
　　IP多媒体子系统为业务开发商提供了开放的可编程环境，为运营商快速、灵活开发下一代新业务提供了一个开放的平台。IP多媒体子系统的优势在于通过SIP与应用增值服务器联系，并提供先进移动多媒体增值业务，将基于Web的新业务和SIP协议的优势结合起来，为运营商现有的客户提供更多更完善的服务。
　　2.1　IMS体系结构
　　图1是IMS的体系结构，IMS核心网是基于信令网和GPRS数据传送网的。IMS中的主要节点及其功能如下：

图1　IMS体系结构

　　HSS（Home Subscription Server，归属位置服务器）在IMS中作为用户信息存储的数据库，主要用于移动性管理和用户业务数据管理。
　　CSCF（Call Session Control Function，呼叫会话控制功能）是IMS的核心网元，主要用于基于分组交换的SIP会话控制，CSCF由三个部分组成，分别是P-CSCF、I-CSCF和S-CSCF，三部分在物理上可以合设也可以独立；P-CSCF用于终端接入到IMS，I-CSCF根据用户信息通过搜索HSS为用户选择正确的S-CSCF，同时向S-CSCF发送呼叫请求，S-CSCF用于对用户的认证鉴权，并触发相应的业务。
　　MGCF（Media Gateway Control Function，媒体网关控制功能）用于IMS与PSTN/PLMN之间的语音、视频网关控制。
　　IMS-MGW（IMS-Multimedia Gateway，IMS多媒体网关）用于语音域互通，完成IP与TDM的语音呼叫。
　　MRF（Multimedia Resource Function，多媒体资源功能）主要完成多方呼叫与多媒体会议功能。MRF由MRFC（Multimedia Resource Function Controller，多媒体资源功能控制器）和MRFP（Multimedia Resource Function Processor，多媒体资源功能处理器）构成。
3、短消息和开放API的逻辑结构
　　3.1　短消息业务
　　短消息是GSM/UMTS中不要求建立端到端业务路径的业务。即使移动台已处于完全电路通信情况下仍可进行短消息传输。通常短消息通信仅限于一个消息，也就是一个消息的传输就构成了一次通信。
　　因此，短消息业务是非对称的，一般认为移动发起短消息传输（SM-MO）与移动终止短消息（SM-MT）传输是两回事。消息的传输总是由处于GSM/UMTS外部的短消息业务中心（SMSC）进行中继。消息有目的地或起源地但只与用户和SMSC有关，而与其他GSM/UMTS基础设施无关，我们更关心的是短消息中心和IMS核心网络之间的接口。
　　3.2　开放API的逻辑结构
　　以IMS为代表的未来业务支撑架构，支持多种增值业务平台。既有传统的智能网，也有更具有开放性和可扩展性的开放API，现在我们着重介绍面向未来业务的开放API结构体系。
　　为了让核心网之外的业务提供商可以利用网络的能力，对业务提供商屏蔽不同核心网技术，新一代移动网络将以一套规范的API来抽象网络的功能。让业务的开发与部署可以与网络的变化和演进相独立，同时提供一个框架机制来适应不同网络的不同能力与网络能力的变化，从而为个性化增值业务的跨网络移动性提供了底层机制上的可行性。
　　如图2所示，网络的具体能力由业务能力服务器通过业务能力特征的方式作为标准的API暴露给业务，而OSA通过框架功能提供了业务能力特征注册机制。从而可以适应网络能力的扩展，对应用提供了业务发现与请求机制，从而使应用可以充分、灵活地利用网络的功能。

图2　OSA的逻辑结构

　　OSA封装了网络的各种能力，当前的Parlay/OSA主要包括：（1）呼叫控制与会话管理能力，含有各种多方多媒体会话的控制，这些呼叫控制是与网络中所使用的具体的呼叫控制协议无关的。从而让使用OSA的业务可以做到与网络底层技术无关。（2）用户信息管理，包括用户的帐户信息、计费、用户的位置与移动性、用户的存在性与活动性、终端能力等。（3）网络状态的控制，包括网络相关策略的存储与控制，网络的连通性等。
4、基于IMS的短消息业务
　　图3是支持IP的SMS消息发送和转发的体系结构。这个体系结构的目的在于通过重新使用已有的UE支持的协议（例如IMS或MMS）来实现业务。它描述的主要目的在于IP短消息网关（IP-SM-GW）和支持短消息业务的已有元素（GMSC/SMS-IWMSC，SMSC和HLR/HSS）之间的交互。

图3　在通用IP CAN（用户接入网）上提供SMS的框架结构

　　IP-SM-GW被认为是包含所有已选短消息协议和已有SMS元素之间交互的所有功能实体。例如在选择IMS的情况下，就需要IP-SM-GW能够连接CSCF和一个与GMSC/SMS-IWMSC交互的IMS应用服务器。
　　IP-SW-GW提供基于IP的UE和SMSC之间收发短消息的协议交互。IP-SW-GW使用在SS7上建立的MAP协议连接GMSC和SMS-IWMSC。使用保留SMS消息格式功能的IMS消息作为传输与UE通信，并获得MSISDN和终端的IP地址之间的关联。对于IMS核心网它就作为一个应用服务器。
　　为了支持通用IP接口上的SMS，HSS支持以下功能：存储IP-SM-GW的地址并把它作为‘发送用于短消息业务的路由信息’流程的一部分；指示用来发送SMS的终端已经通过IP-SM-GW注册。
　　4.1　基于IMS的短消息业务流程　
　　基于IMS的短消息业务流程包括一般的业务注册、业务注销、短消息的MT业务、短消息的MO业务和UE初始化业务等，下边我们就短消息的MO业务介绍一下基于IMS的短消息业务基本流程。如图4。

图4　基本流程

　　UE根据IMS的注册流程注册到S-CSCF（图中并没有绘出I-CSCF和P-CSCF）；UE使用相应的SIP方法提交SMS消息到S-CSCF；S-CSCF根据筛选信息把消息转发到IP-SM-GW；IP-SM-GW确认这条消息；携带信息的消息被IP-SM-GW转发到UE。
　　IP-SM-GW提取SMS消息，使用标准的MAP信令经SMS-IWMSC转发到SMSC。SMSC的地址可以从消息的R-URI或SM内容中提取。SIP消息是否包含一个UE提供的SMS指示或例如IP-SM-GW（AS）是否使用SMS业务传输文本消息；SMS-IWMSC转发SMS消息到SMSC。
　　SMSC发送提交报告到SMS-IWMSC；SMS-IWMSC发送提交报告到IP-SM-GW；IP-SM-GW发送提交报告给S-CSCF；S-CSCF发送提交报告给UE；UE确认提交报告；提交报告的确认信息被S-CSCF转发给IP-SM-GW。
5、基于OSA的IMS短消息业务平台设计
　　OSA API采用API的方式将电信网络的业务提供能力描述，从而提供了IT开发人员进行电信业务开发的能力，图5提出了一种可以通过OSA API开发业务的IMS短消息业务平台。

图5　基于OSA的IMS短消息业务平台

　　其中API-GW是具有开放性和可扩展性的开放API网关，它们能够提供一组标准接口供第三方开发业务。应用服务器（AS）通过API-GW既可与SMSC关联，又可同IMS核心网络的CSCF关联来开发业务。这种结构使业务的开发更具灵活性，可以适应不同网络结构的需要，使下一代网络IMS短消息业务的开发更加快捷，具有很高的实用价值。
6、结束语
　　短消息网络的体系结构取决于移动通信网络结构的发展，随着WCDMA网络从R99、R4、R5到R6、R7以及未来版本不断演变，短消息的体系结构也将随之变化，其中变化最大的将是GMSC/SMS-IWMSC和未来核心网络之间的接口，即文章所讨论的IP短消息网关。本文只是提出了一种基于IMS实现短消息的框架结构，下一步的研究将主要针对IP-SM-GW和IMS核心网之间的接口及相关协议进行。