一种IMS系统的注册方法与装置与流程

本发明属于IP多媒体子系统技术领域，特别是涉及一种IMS系统的注册方法与装置。

背景技术：

IMS(IP多媒体子系统)是多种蜂窝网络技术的融合，其可使任何地方的人都能够进行即时通讯、参加视频会议、发送电子邮件。IMS是第三代网络框架的核心元素，其能够提供大多数因特网服务。例如，其可以使一个人用任意终端设备登陆他喜欢的网页，阅读邮件，观看电影或参加视频会议。

随着分组交换技术和电路交换技术的融合成为潮流，IMS的主要目标就是利用这种技术将移动设备接入因特网。它的另一个目标是创建一个能提供多种多媒体服务的平台，并且扩大手机分组交换网络技术的服务范围。IMS中包括了多种多媒体服务协议，如会话控制协议，会话初始协议(SIP)。IMS框架是包含各种功能的标准化接口的集合。

图1A是现有IMS的基本框架结构图。这是3GPP提出的一套目前最流行的标准，这套标准对全球移动通信系统进行了详尽的描述。在图中，IMS移动终端140在诸如GPRS的分组网络136中利用无线基站138进行通信。图中还展示了IMS网络的其他一些关键节点。这些节点中包括一个或多个叫做归属签约用户服务器的用户数据库(HSS)120和签约位置功能服务器SLFS 122。图中还展示了使用用户会话控制协议(CSCFS)的SIP服务器116，118。图中还有多个SIP应用服务器108。126和128是媒体资源功能处理器MRF，MRF 由MRFCs126和MRFPs128构成，分别表示媒体资源控制器和媒体资源处理器。出口网关控制功能器(BGCFs)124本质上是一个根据电话号码进行路由选择的SIP服务器，控制发送给公共交换电话网络或来自公共交换电话网络(PSTN)的呼叫。BGCF主要是实现呼叫路由功能，用来选择与PSTN/CS域切入点相连的网络，接收S-CSCF的请求，为下一次呼叫选择适当的PSTN接口点。图1A中，PSTN网关由信令网关(SGW)130、媒体网关控制器(MGCF)132和媒体网关(MGW)134组成。HSS中包含所有注册用户的业务数据，这些数据包括用户的位置信息、安全信息、用户的授权信息以及IMS对用户的鉴别信息。实现用户会话控制功能的SIP服务器是IMS中比较重要的节点，它用来处理SIP信令。如图1A所示，CSCF按照功能可分为三种类型。P-CSCF106A是IMS访问网络的统一入口点。所有发起于IMS终端和终止于IMS终端的会话消息都要通过P-CSCF。从SIP协议的观点看，P-CSCF106A，106B可以看作一个SIP的代理服务器，这意味着所有发起于IMS终端140，102和终止于IMS终端的会话消息都要通过P-CSCF。P-CSCF转发SIP请求并且将响应转发到合适的用户设备140，102或IMS网络。在用户注册过程中IMS终端只与同一个P-CCSCF通信，因此当一个注册请求发起时，P-CSCF只会分配给一个IMS终端，并且在注册过程中不会变。P-CSCF包含不少功能用来确保安全性，比如说其会建立大量的因特网安全协议(IPsec)与IMS终端进行安全关联，这些IPsec用来确保消息创建之后不会发生改变。一旦P-CSCF对用户完成了授权，P-CSCF就在剩下的网络节点中确认用户身份，这样其它的网络节点就不需要继续确认用户，这样它们就可以继续为用户提供个人服务并且产生用户的账户信息。P-CSCF也用来判断IMS终端发送的SIP请求的正确性，防止IMS终端产生不符合SIP协议规则的请求。每个P-CSCF可以服务于多个IMS终端，当然IMS终端要在一定的个数限制内。

IMS网络还使用了I-CSCF(118)，这是一个SIP的代理服务器，通常位于管理域的边缘。S-CSCF(116)在IMS网络会话控制中处于核心地位，它是信令的中心节点，本质上是一个SIP服务器。S-CSCF也表现出一定的控制功能，因为它也可以当作一个SIP的注册器，维护着用户的IP地址和SIP地址即(公共用户标识PUID)之间的联系。在注册过程中，I-CSCF通过查询HSS，为用户选择一个S-CSCF。在呼叫过程中，通往IMS网络的呼叫首先路由到I-CSCF，由I-CSCF从HSS获取用户所注册的S-CSCF地址，再将消息路由到S-CSCF。S-CSCF接受来自P-CSCF转发来的注册请求，与HSS配合进行用户鉴权，并从HSS处下载签约用户的业务数据。S-CSCF对用户主动呼叫或被呼叫进行路由管理，根据签约用户初始过滤规则(iFC)，进而触发SIP应用服务器，实现丰富的IMS业务功能。

SIP-AS是一个本地应用服务器，用来执行基于SIP协议的IP多媒体服务。OSA-SCS 110是业务能力应用服务器，利用OSA API接口与网络设备连接。OSA-SCS继承了OSA的大部分能力，尤其是从外部网络连接进入IMS网络的能力，它一方面表现为应用服务器，一方面又可以当作OSA与外部应用程序的接口。IM-SSF(118)是一个特殊的应用服务器，它利用一个手机端应用增强IMS中的GSM。

SGW信令网关连接No.7信令网，与IP网的互联互通，它主要完成PSTN/ISDN侧的No.7信令与IP侧信令的转换功能。SGW负责层与层之间的协议转换，比如说将低层的MTP协议转化为SCTP协议。媒体网关控制器MGCF是PSTN网关的中心节点，它利用一个状态转换机进行协议的转换并且利用多种协议与各种媒体网关、终端和网络进行通信，这些协议包括SIP，ISUP和VICC。媒体网关MGW是一个连接不同类型网络的单元，执行全异网络例如PSTN之间的转换。另一方面，MGW可以通过RTP(实时传输协议)在IMS发送或接收视频。当IMS终端不支持SCI码时，MGW也可以用来进行码转换。

下面详细介绍用户接入IMS系统的过程，由于当前的一些IMS注册方式有很大的缺陷，对其进行了相关补充，IMS的注册流程如下：

步骤一，用户设备UE在发送注册请求时必须产生一个IMS实体，这一步叫做代理呼叫控制阶段。

步骤二，在注册过程之前，用户设备UE需要从实体集中取用户实体。一个S-CSCF被分配给用户设备并被授权以及形成相应的安全联系。

步骤三，HSS中下载一个用户文件到S-CSCF中，在这个过程中，SIP协议进行初始化并暗中传输公共用户标识PUID。IMS的注册包含两个阶段，第一个阶段主要包括IMS的网络如何向用户设备发出请求，第二个阶段描述了用户设备如何响应网络的请求并且完成整个注册过程。

步骤四，用户设备140，102发送一个SIP请求到P-CSCF 106A，106B，请求中可能包含一个代表小区名字和用户住址的信息实体。

步骤五，P-CSCF此时开始处理注册请求，并且根据提供的小区名字解析I-CSCF 118的IP地址。I-CSCF相应地与HSS 120取得联系，解析HSS能选择S-CSCF 116的最大容量。

步骤六，当HSS选择了S-CSCF之后，I-CSCF向前转发注册请求到S-CSCF，S-CSCF发现用户没有被授权的话，就从HSS中提取授权信息，并且发送给用户“401”的回应，代表用户并没有取得授权。

步骤七，当用户设备开始解析第一个请求时，P-CSCF此时又收到了第二个请求，接着会继续重复第一步的过程，当S-CSCF接收到了回应之后，如果信息属实，就会从HSS中下载用户信息，并发送一个“200”的消息表示请求成功。

步骤八，一旦用户设备被授权成功，就可以初始化和接受消息。用户设备的职责之一是不断地更新注册信息，如果用户设备没有更新注册信息，那么S-CSCF就会将这次注册当成一次失误并移除它。当用户设备从IMS中注销时，就将注册定时器记为0并发送一个已经注册过的信息。

综上所述，上述基本的IMS接入还存在一些问题。第一，所有的注册和注销必须在固定的用户设备地址中进行，这会带来一些问题，比如用户设备老化产生问题导致注册不能进行或者在交互过程中注册发生中断。授权过程中用户私有id的应用带来了服务可移植性的问题，用户私有id关联着设备和用户，对于一对一的操作这种方法有很好的效果，比如说移动电话等等。但是对于一对多的操作，即只有一个设备但有多个用户的注册过程，比如在一个办公室的固定电话网络中，不同的固定电话需要在不同时刻进行临时通话，现有的IMS接入过程没有这种功能。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种IMS系统的注册方法与装置。

为了达到上述目的，本发明提供的IMS系统的注册方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1、用户设备UE向P-CSCF发送一个SIP注册请求，这个请求中包含一个需要被注册的用户标识符；

步骤2、P-CSCF对这个注册请求进行处理，并将这个请求发送到I-CSCF；

步骤3、I-CSCF在从HSS中查询S-CSCF地址前，会将此次注册请求发到注册管理器；网络设备接收到通知后，用户可以在网页上输入其用户信息进行注册；网络设备作为注册的代理，将注册消息转发给S-CSCF和HSS，会给用户分配一个私有用户标识；

步骤4、之后I-CSCF会向HSS发出Cx接口查询消息，用于查询S-CSCF的地址；

步骤5、HSS选择S-CSCF之后，将S-CSCF的地址通过Cx接口查询响应消息直接发给I-CSCF；

步骤6、确定了S-CSCF的地址之后，I-CSCF会将SIP注册请求转发给S-CSCF，S-CSCF会从HSS中发送Cx接口用户鉴权信息；

步骤7、HSS将鉴权得到的认证信息通过Cx接口鉴权响应信息返回给S-CSCF；

步骤8、S-CSCF发现用户没有被授权的话，就从HSS中提取授权信息，并且发送给用户“401”的回应，代表用户并没有取得授权；

步骤9、当用户设备开始解析第一个请求时，P-CSCF此时又收到了第二个请求，接着会重复前几个步骤的过程；

步骤10、当S-CSCF接收到了回应之后，如果信息属实，就会从HSS中下载用户信息，并发送一个“200”的消息表示请求成功；

步骤11、S-CSCF使用头文件或IMS消息中的公共用户标识PUID选择用户配置文件中的一个服务框架产生最初的服务；一旦用户设备被授权成功，其就可以初始化和接受消息；

步骤12，当用户设备从IMS中注销时，就将注册定时器记为0并发送一个已经注册过的信息；

步骤13、本次注册成功后，用户设备会收到一个来自S-CSCF的消息“200OK”，表示完成了整个注册过程；当一个用户之前没有注册过，那么其公共用户标识PUID当前不存在，S-CSCF就会通过HSS处理这次注册并给用户分配一个公共用户标识PUID，如果用户之前已经注册过，只要从S-CSCF中选择一个公共用户标识PUID与当前的用户关联即可。

本发明提供的采用上述方法的IMS系统注册装置包括：用户设备UE、发送单元、接收单元、鉴权单元和注册单元；其中，

用户设备UE：主要用来作为接入IMS系统的终端设备，采用无线设备或硬件接入设备；

发送单元：用于根据S-CSCF地址，将该注册消息直接发送给S-CSCF；此时的注册消息中会包含公共用户标识PUID，当鉴权成功后，会继续发送“200”的回应；当鉴权单元鉴权成功时，向HSS发送Cx接口进栈或Cx接口出栈消息；

接收单元：用于接收每个业务接入点分配给所述用户设备UE的公共用户标识PUID，并接收每个业务对应的接入点反馈的P-CSCF发现列表；接收单元还用来接收鉴权单元成功时，向HSS发送Cx接口鉴权信息时返回的Cx接口响应；

注册管理单元：此单元即为注册管理器，能够作为公共用户标识PUID从服务器中注册和注销的代理；一个从使能器发出的注册通知代表着整个注册的开始，用户能够在网页上输入其用户信息进行注册；注册管理器作为注册的代理，将注册消息转发给S-CSCF和HSS，他们会给用户分配一个私有用户标识并对其授权；

鉴权单元：用于对用户设备UE进行鉴权，判断是否赋予此用户注册权限；

注册单元：当鉴权成功后，即用户设备UE接收到“200”的响应时，IMS系统在此单元进行初始的注册过程。

本发明提供的IMS系统的注册方法与装置跟原来的IMS注册方法有所区别，在本发明中，注册事件发生时，网络设备对每个用户都需要一个准入证书，这样可以减轻服务器的压力。这些证书通过网络设备或图中没有展现出来的一个接口产生。当满足一个自定义的条件时，网络设备便发出一个通知给使能器，使能器再通知给用户。因为与P-CSCF，S-CSCF还有HSS相连，我们发明的网络设备看上去更像一个用户。网络设备通过接口Gm与P-CSCF相连，利用这个接口中的SIP协议可以在用户设备还有会话控制功能服务器之间传递信息。

附图说明

图1A为已有技术的IMS系统基本框架结构图。

图1B为本发明提供的IMS系统基本框架结构图。

图2为已有技术的P-CSCF侧的IMS系统接入方法流程图；

图3为已有技术的S-CSCF侧的IMS系统接入方法流程图；

图4为本发明提供的IMS系统的注册方法流程图；

图5为本发明提供的IMS系统的注册装置结构示意图；

具体实施方式

下面我们从细节上讨论本发明的各种实施方式，图1B为本发明提供的IMS系统基本框架结构图。一般的IMS架构包含三个层次：转移层、网络层、应用层。本发明提出的注册管理器就处于其中的应用层，总体框架包含使用P-CSCF(150A 150B)注册的两个终端152和153。P-CSCF表示代理呼叫控制阶段的功能，它可以被一个当作SIP服务器或者代理，用来产生IMS系统中的信号。所以150A和150B两个SIP代理是IMS系统与用户终端的第一个通讯节点。P-CSCF作为代理服务器可以部署在公共网络，或者当公共网络不能访问时，也可以部署在家庭网络。用户终端通过动态主机分配协议(DHCP)或者通用分组无线业务(GPRS)与P-CSCF连接。P-CSCF还可以与S-CSCF(158)之间进行注册通信。S-CSCF是一个处在应用层的控制节点，它也是一个SIP服务器，不过它的主要功能是会话控制。它部署于家庭网络之中并且通过Cx接口或Dx接口与归属用户服务器HSS 160相连，用来下载或上传用户文件。S-CSCF还具有其他的一些功能，比如处理SIP注册，绑定用户的地址和其本身的SIP地址，检查每一个消息并决定将SIP消息转发给哪个应用服务器(162 164 166)。图中的170代表注册接口管理(IRM)，它给P-CSCF以及S-CSCF提供注册信息。

如图1B所示，有一些其他接口与IRM相连。首先，用户网络设备174(既可以是有线也可以是无线)或其他的通信端口通过网络接口172与IRM相连。图中的176代表一个使能器，它其实是一个软件，通过相应的接口可以接入多种应用，每个应用都可以从使能器中获取信息。例如，用户可以通过使能器从网络设备中获取到通知信息，任何一个用户可以用到的消息都可以通过使能器获取。如图中所示，应用服务器162通过接口163也可以改变注册行为。

跟原来的IMS注册有所区别，在本发明中，注册事件发生时，网络设备对每个用户都需要一个准入证书，这样可以减轻服务器的压力。这些证书通过网络设备或图中没有展现出来的一个接口产生。当满足一个自定义的条件时，网络设备便发出一个通知给使能器，使能器再通知给用户。因为与P-CSCF，S-CSCF还有HSS相连，本发明的网络设备看上去更像一个用户。网络设备通过接口Gm与P-CSCF相连，利用这个接口中的SIP协议可以在用户设备还有会话控制功能服务器之间传递信息。图中的178代表服务网关SGW。图中的180是一个使能器和用户设备之间的接口，这个接口的通过IMS系统协议或相关的通信机制运作。

本发明实施例提出的技术方案，虽然会在一定程度上增加注册时间，但它在牺牲了注册时间的基础上使用户获得了更大的决定权，用户可以通过注册管理器自由地选择注销时间，当在注册管理器中输入“move”指令时，还可以在一个地点注册，在不同的地点注销，由此可以使IMS的注册过程更加便利。

下面结合附图对本发明实施例提供的技术方案进行说明。

参见图2，本发明实施例提供的一种IP多媒体子系统IMS注册方法，在P-CSCF接收到用户设备UE发送的包含未授权应答的注册消息后，该方法包括：

201，P-CSCF确定I-CSCF地址；

202，确定完I-CSCF地址之后，将注册消息转发给注册管理器，用户通过对注册管理器的设置，对注册信息进行包装之后，再将注册信息转发给I-CSCF；

203，I-CSCF利用HSS查询S-CSCF的地址。

相应的，在S-CSCF侧，参见图3，本发明实施例提供的一种IP多媒体子系统IMS注册方法包括：

301，S-CSCF根据注册请求中包含的用户设备的公共用户标识，向HSS请求下载用户鉴权向量；

302，HSS根据所述用户设备的公共用户标识，生成所述用户鉴权向量，并反馈至所述S-CSCF；

303，S-CSCF在接收到所述用户鉴权向量后，通过所述I-CSCF和所述P-CSCF向所述用户设备返回鉴权挑战。

如图4所示，本发明提供的IMS系统的注册方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1、用户设备UE向P-CSCF发送一个SIP注册请求，这个请求中包含一个需要被注册的用户标识符；

步骤2、P-CSCF对这个注册请求进行处理，并将这个请求发送到I-CSCF；

步骤3、I-CSCF在从HSS中查询S-CSCF地址前，会将此次注册请求发到注册管理器；注册管理器是一个网络接口，其作用是作为所有注册和注销的代理。网络设备可以当作公共用户标识PUID从服务器中注册和注销的代理。一个从使能器发出的注册通知代表着整个注册的开始，网络设备接收到通知后，用户可以在网页上输入其用户信息进行注册。网络设备作为注册的代理，将注册消息转发给S-CSCF和HSS，会给用户分配一个私有用户标识；

步骤4、之后I-CSCF会向HSS发出Cx接口查询消息，用于查询S-CSCF的地址；

步骤5、HSS选择S-CSCF之后，将S-CSCF的地址通过Cx接口查询响应消息直接发给I-CSCF，此步骤不需要再经过注册管理器；

步骤6、确定了S-CSCF的地址之后，I-CSCF会将SIP注册请求转发给S-CSCF，S-CSCF会从HSS中发送Cx接口用户鉴权信息；

步骤7、HSS将鉴权得到的认证信息通过Cx接口鉴权响应信息返回给S-CSCF；

步骤8、S-CSCF发现用户没有被授权的话，就从HSS中提取授权信息，并且发送给用户“401”的回应，代表用户并没有取得授权；

步骤9、当用户设备开始解析第一个请求时，P-CSCF此时又收到了第二个请求，接着会重复前几个步骤的过程；

步骤10、当S-CSCF接收到了回应之后，如果信息属实，就会从HSS中下载用户信息，并发送一个“200”的消息表示请求成功；

步骤11、S-CSCF使用头文件或IMS消息中的公共用户标识PUID选择用户配置文件中的一个服务框架产生最初的服务；一旦用户设备被授权成功，其就可以初始化和接受消息；用户设备的职责之一是不断地更新注册信息，如果用户设备没有更新注册信息，那么S-CSCF就会将这次注册当成一次失误并移除它；

步骤12，当用户设备从IMS中注销时，就将注册定时器记为0并发送一个已经注册过的信息。

步骤13、本次注册成功后，用户设备会收到一个来自S-CSCF的消息“200OK”，表示完成了整个注册过程；当一个用户之前没有注册过，那么其公共用户标识PUID当前不存在，S-CSCF就会通过HSS处理这次注册并给用户分配一个公共用户标识PUID，如果用户之前已经注册过，只要从S-CSCF中选择一个公共用户标识PUID与当前的用户关联即可。

如图5所示，在P-CSCF侧，本发明提供的IMS系统注册装置包括：用户设备UE、发送单元、接收单元、鉴权单元和注册单元；其中，

用户设备UE：主要用来作为接入IMS系统的终端设备，采用无线设备如手机，或采用硬件接入设备，如手提电脑、台式机等。

发送单元：用于根据S-CSCF地址，将该注册消息直接发送给S-CSCF。此时的注册消息中会包含公共用户标识PUID，当鉴权成功后，会继续发送“200”的回应。当鉴权单元鉴权成功时，向HSS发送Cx接口进栈或Cx接口出栈消息；

接收单元：用于接收每个业务接入点分配给所述用户设备UE的公共用户标识PUID，并接收每个业务对应的接入点反馈的P-CSCF发现列表；接收单元还用来接收鉴权单元成功时，向HSS发送Cx接口鉴权信息时返回的Cx接口响应。

注册管理单元：此单元即为注册管理器，能够作为公共用户标识PUID从服务器中注册和注销的代理；一个从使能器发出的注册通知代表着整个注册的开始，用户能够在网页上输入其用户信息进行注册；注册管理器作为注册的代理，将注册消息转发给S-CSCF和HSS，他们会给用户分配一个私有用户标识并对其授权；

鉴权单元：用于对用户设备UE进行鉴权，判断是否赋予此用户注册权限；

注册单元：当鉴权成功后，即用户设备UE接收到“200”的响应时，IMS系统在此单元进行初始的注册过程。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。