Ims Performance Enhancement Using Hybrid Techniques.pdf

1、近年來(lái)，通訊服務(wù)市場(chǎng)發(fā)展迅速，用戶(hù)人數(shù)以及服務(wù)種類(lèi)呈幾何增長(zhǎng)?，F(xiàn)代通訊手段已不再局限于聲音、圖像以及數(shù)據(jù)，有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的界線(xiàn)也日益模糊。改善“客戶(hù)體驗(yàn)(QoE)”，使客戶(hù)能在一次體驗(yàn)活動(dòng)中體驗(yàn)到不同的內(nèi)容和服務(wù)，則變得日益重要。“體驗(yàn)質(zhì)量”指的是客戶(hù)對(duì)服務(wù)質(zhì)量的總體評(píng)價(jià)，它的提出在客戶(hù)的服務(wù)需求和網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)提供的服務(wù)之間搭起一座橋梁。這個(gè)概念基于這樣一個(gè)假設(shè):即網(wǎng)絡(luò)能夠提供讓人滿(mǎn)意的“服務(wù)質(zhì)量”(QoS)。
　　 對(duì)包交換

2、網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，“服務(wù)質(zhì)量”指的是網(wǎng)絡(luò)連接能夠滿(mǎn)足特定的服務(wù)需求，主要包括兩種服務(wù):一種是時(shí)間敏感型服務(wù)，這類(lèi)服務(wù)對(duì)延遲敏感，但能容忍一定程度上的數(shù)據(jù)包丟失，如聲音和流媒體。另一類(lèi)是內(nèi)容敏感型服務(wù)，這類(lèi)服務(wù)對(duì)時(shí)間敏感度較低，但對(duì)數(shù)據(jù)流安全性和完整性要求很高，如文件傳遞，交互型業(yè)務(wù)等。對(duì)這兩種類(lèi)型的服務(wù)來(lái)說(shuō)，會(huì)話(huà)管理的及時(shí)性以及資料傳遞過(guò)程中的內(nèi)容的安全性至關(guān)重要，而數(shù)據(jù)包丟失以及網(wǎng)絡(luò)延遲則可能導(dǎo)致這些問(wèn)題，且在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中尤為常見(jiàn)。
　　

3、 為了滿(mǎn)足現(xiàn)代和未來(lái)需求，以“下一代網(wǎng)絡(luò)”(Next Generation Network)為框架的電信網(wǎng)絡(luò)正處于建設(shè)中。該框架由“國(guó)際電信聯(lián)盟”(ITU)提出。該網(wǎng)絡(luò)以IP地址為基礎(chǔ)，旨在提供端對(duì)端服務(wù)，同時(shí)滿(mǎn)足終端客戶(hù)的流動(dòng)性需求。該框架建立一種基于電信與互聯(lián)網(wǎng)機(jī)制的復(fù)合環(huán)境，將電信可控、可靠、高質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)的靈活性，易操作性，創(chuàng)造性，用戶(hù)參與性結(jié)合起來(lái)，為網(wǎng)絡(luò)提供快捷的服務(wù)創(chuàng)建與發(fā)展前景。（無(wú)論是固定網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)，如DSL，還

4、是有線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)，如UMTS，WMAX，WiFI，或是在全球范圍內(nèi)流動(dòng)的終端用戶(hù)）電路交換網(wǎng)的控制基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)正逐步被IMS取代，該系統(tǒng)由3GPP開(kāi)發(fā)，旨在將承載網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)項(xiàng)目區(qū)分開(kāi)來(lái)。該系統(tǒng)令平面主要處理會(huì)話(huà)控制，認(rèn)證及服務(wù)質(zhì)量保障，而媒平面則負(fù)責(zé)媒體編碼與傳遞。IMS使基于IP的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成為可能，如NGN的建設(shè)。
　　 IMS為實(shí)時(shí)IP移動(dòng)通信提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，它將傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)絡(luò)與包交換網(wǎng)絡(luò)整合到一起，形成一個(gè)

5、能夠提供多種服務(wù)的單一網(wǎng)絡(luò)。它能夠引導(dǎo)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)，但同時(shí)面臨信令流量問(wèn)題。SIP由于具有較強(qiáng)的靈活性與可擴(kuò)展性，一直為多媒體會(huì)話(huà)控制所采用。無(wú)論在3GPP還是3GPP2的IMS中，SIP都作為信令協(xié)定應(yīng)用于會(huì)話(huà)控制與維護(hù)中。但是，基于文本的SIP協(xié)議本身是為具有較高帶寬的寬帶與有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計(jì)的，因此數(shù)據(jù)大小沒(méi)有經(jīng)過(guò)優(yōu)化，導(dǎo)致信令消耗過(guò)大。隨著IMS和整個(gè)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，與傳統(tǒng)的電話(huà)服務(wù)相比，信息量的增大在所難免，對(duì)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)尤其

6、如此，因此解決信息的大小問(wèn)題尤為重要。
　　 在IMS中，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中SIP的安裝時(shí)間長(zhǎng)短主要取決于信息容量大小，通道借口的位速率，循環(huán)時(shí)間以及終端和SIP服務(wù)器的處理性能。在會(huì)話(huà)建立的過(guò)程中，CSCF之間交換大量信息并頻繁查詢(xún)DNS和HSS。這加大了信令負(fù)荷，使得會(huì)話(huà)路徑長(zhǎng)于媒體路徑，進(jìn)一步延長(zhǎng)會(huì)話(huà)建立時(shí)間。對(duì)于像3G UTRAN這樣的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)說(shuō)，這將導(dǎo)致極大的帶寬浪費(fèi)與傳輸延遲，如一次會(huì)話(huà)的建立時(shí)間就要將近10秒。而

7、將SIP用于像2.5G和3G這樣的無(wú)線(xiàn)蜂窩網(wǎng)絡(luò)中時(shí)，如此龐大的數(shù)據(jù)量將帶來(lái)嚴(yán)重問(wèn)題。由于IP連接率低，龐大的數(shù)據(jù)量導(dǎo)致更久的傳輸延遲。結(jié)果由于信息重傳與龐大的數(shù)據(jù)量，所有的會(huì)話(huà)建立與特征調(diào)用都要經(jīng)過(guò)一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的延遲時(shí)間。這導(dǎo)致控制臺(tái)的超負(fù)荷工作。于此同時(shí)，客戶(hù)卻不斷提出更高層次的服務(wù)要求。
　　 從此角度出發(fā)，學(xué)者們提出了一系列方法控制會(huì)話(huà)建立時(shí)間，優(yōu)化了無(wú)線(xiàn)接入與窄帶系統(tǒng)中信息的長(zhǎng)度與數(shù)量。另一種方法是通過(guò)探尋如何更高效地管理

8、和查詢(xún)用戶(hù)本地信息，從而優(yōu)化SIP下的信息傳輸與信號(hào)流動(dòng)，也就是完善網(wǎng)絡(luò)位置管理政策與協(xié)議，更快地為核心網(wǎng)絡(luò)中的被呼叫者提供入口。該方法認(rèn)為在現(xiàn)行IMS中的會(huì)話(huà)建立機(jī)制下，過(guò)多的信號(hào)使得從發(fā)起人發(fā)起對(duì)話(huà)到被呼叫者做出回應(yīng)之間的時(shí)間間隔太長(zhǎng)，不利于便捷的交流。
　　 為了控制建立時(shí)間，減少不必要的帶寬耗用，本文將本地路由策略，緩存，并行會(huì)話(huà)建立機(jī)制以及信令壓縮結(jié)合起來(lái)，提出一種新的綜合策略。這種策略為降低會(huì)話(huà)建立延遲提供了一種有效

9、手段，提高了IMS的服務(wù)質(zhì)量與體驗(yàn)質(zhì)量。在本研究過(guò)程中使用了OpenIMS平臺(tái)，唯一的針對(duì)IMS的開(kāi)源項(xiàng)目，并提供了其開(kāi)源實(shí)現(xiàn)方式。呼叫會(huì)話(huà)控制功能控制整個(gè)會(huì)話(huà)過(guò)程，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的核心，由代理CSCF，查詢(xún)CSCF以及服務(wù)CSCF組成。在最基本的會(huì)話(huà)建立過(guò)程中，UE先發(fā)送INVITE請(qǐng)求給代理CSCF，代理CSCF再發(fā)給合適的服務(wù)CSCF，在查詢(xún)域名之后，服務(wù)CSCF再將INVITE請(qǐng)求發(fā)送到終端查詢(xún)CSCF，然后IMS系統(tǒng)中的位置與會(huì)話(huà)

10、管理系統(tǒng)將盡可能定位INVITE的本地網(wǎng)絡(luò)。這使得會(huì)話(huà)建立過(guò)程中信息在呼叫者本地網(wǎng)絡(luò)與被叫者本地網(wǎng)絡(luò)之間重復(fù)傳遞。在最初的方案中，用戶(hù)必須先到其本地網(wǎng)絡(luò)歸屬的服務(wù)CSCF注冊(cè)，才能通過(guò)注冊(cè)的服務(wù)終端被別的用戶(hù)查詢(xún)到。但無(wú)論被呼叫雙方所處的位置如何，SIP信令都必須先到達(dá)雙方注冊(cè)的服務(wù)器，這導(dǎo)致會(huì)話(huà)路徑長(zhǎng)于媒體路徑，從而延長(zhǎng)了會(huì)話(huà)建立時(shí)間。
　　 本文提出的方法優(yōu)化了無(wú)線(xiàn)接口的信息長(zhǎng)度，通過(guò)改善SIP系統(tǒng)信令流動(dòng)的管理方法以及更好

11、地利用用戶(hù)本地信息，旨在更快捷地為核心網(wǎng)絡(luò)中的被呼叫者提供入口，減少不必要的加載項(xiàng)目與通過(guò)路徑。
　　 如果呼叫者與被呼叫者處于同一本地網(wǎng)絡(luò)，本地網(wǎng)絡(luò)則能夠直接建立對(duì)話(huà)，從而減輕詢(xún)問(wèn)CSCF（詢(xún)問(wèn)-呼叫會(huì)話(huà)控制功能）的工作壓力，也減少會(huì)話(huà)建立中需要傳遞的信息。緩存將域名系統(tǒng)服務(wù)器中的信息傳遞到并行傳輸單元中的終端（詢(xún)問(wèn)CSCF和緩存CSCF），從而更好地利用緩存中的信息。并行傳輸單元作為呼叫方的S-CSCF，負(fù)責(zé)儲(chǔ)存呼叫方的地址

12、信息，發(fā)送“INVITE”到被叫方的S-CSCF，建立初始對(duì)話(huà)，同時(shí)通過(guò)域名系統(tǒng)查詢(xún)，取得查詢(xún)CSCF的地址，并通過(guò)查詢(xún)系統(tǒng)將“INVITE”邀請(qǐng)發(fā)送到被叫方的服務(wù)CSCF，使會(huì)話(huà)建立。
　　 由于被叫方的地址仍留在其服務(wù)CSCF緩存里（服務(wù)-呼叫會(huì)話(huà)控制功能），會(huì)話(huà)可在不經(jīng)過(guò)域名系統(tǒng)的情況下成功建立。另一方面，如果在因?qū)Ψ绞锹螤顟B(tài)而不斷重新注冊(cè)，導(dǎo)致終端本地網(wǎng)絡(luò)不斷變化，從而緩存CSCF無(wú)法使用的情況下（緩存終端-呼叫會(huì)話(huà)控

13、制功能），并行傳輸單元將代替其建立連接。由于移動(dòng)用戶(hù)的位置經(jīng)常改變，這種方法通過(guò)減少建立基礎(chǔ)會(huì)話(huà)所需的時(shí)間，從而降低了延遲。
　　 ROHC定義了一個(gè)新層，即信令壓縮層。信令壓縮為應(yīng)用層與傳輸層提供了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的信息壓縮與解壓縮機(jī)制，以便更好的利用基礎(chǔ)應(yīng)用協(xié)議，如SIP協(xié)議，實(shí)時(shí)流協(xié)議。這在窄帶中的應(yīng)用尤其廣泛。重復(fù)傳遞以及龐大的數(shù)據(jù)使得會(huì)話(huà)建立與功能調(diào)用過(guò)程延遲變長(zhǎng)。信令壓縮通過(guò)對(duì)應(yīng)用信息進(jìn)行充分安全的壓縮，減輕了工作量。由于信

14、息容量減少，無(wú)線(xiàn)傳遞過(guò)程中的延遲減少，也節(jié)約了帶寬。
　　 通過(guò)這種方案，信息在用戶(hù)之間以及用戶(hù)與代理CSCF的傳播是以壓縮的方式進(jìn)行的。為進(jìn)一步處理信息，代理CSCF將信息解壓并傳送到服務(wù)CSCF，如果被呼叫者用的是同一服務(wù)CSCF，服務(wù)CSCF則利用本地信息，如果不是，則查詢(xún)其在緩存中的信息。如果找到信息，則將它們分別傳給緩存CSCF和詢(xún)問(wèn)CSCF。如果沒(méi)找到，則進(jìn)行一般的信息傳遞。
　　 這種方法行之有效，能為用戶(hù)

15、提供更好的體驗(yàn)質(zhì)量與服務(wù)質(zhì)量。IMS已經(jīng)開(kāi)始發(fā)展QoS機(jī)制已提供高水平的傳輸服務(wù)。本研究旨在降低會(huì)話(huà)建立過(guò)程中的延遲，節(jié)約帶寬，對(duì)用戶(hù)尤其是移動(dòng)用戶(hù)具有重大意義。由于本研究方法無(wú)需對(duì)現(xiàn)有硬件系統(tǒng)作出重大調(diào)整，實(shí)施成本非常低，同時(shí)由于帶寬優(yōu)勢(shì)，能夠改善體驗(yàn)質(zhì)量和服務(wù)質(zhì)量，提高用戶(hù)滿(mǎn)意度，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者來(lái)說(shuō)是一種低成本高回報(bào)的選擇。此外，通過(guò)其在OpenIMS平臺(tái)上的實(shí)現(xiàn)，將有助于今后在本領(lǐng)域開(kāi)展的研究。
　　 本文所采取的綜合策略