专利名称：一种新的无线接入系统中voip架构的制作方法
技术领域：
本发明提出了一种新颖高效的适用于无线接入系统的完整VOIP架构。
背景技术：
VOIP技术显著增强语音网络性能，同时由于语音和数据可以使用同
一个基于IP的分组网络传输，极大地降低了核心网建设的费用。
目前广泛采用的基于H.323协议和SIP协议的VOIP架构很好的解决 了有线网络中的IP电话传输。但是在无线接入网络中使用现有的VOIP 架构会造成对空口资源和无线Backhaul链路的浪费。原因是在已有的无 线数据网络中，VOIP语音包在空口和无线Backhaul都是作为应用层数据 用RTP/UDP/IP包承载的，其中包头较长，而^ 某体数据相对较少，导致传 输效率不高。
另夕卜，现有无线接入系统中实现VOIP时都用IP地址作为用户标识， 在目前不使用移动IP技术的情况下只支持游牧应用场景，不能实现大范 围的自由移动。
发明内容
本架构的网元包括用户终端(UT)、基站(BTS)、业务接入网关 (SAG)、无线归属位置寄存器(SHLR)和固网软交换机(SS)。附图1 为本架构的组网图。
基站负责提供与用户终端之间的空中接口 ，以及与业务接入网关之间 的接口。
业务接入网关在本架构中属于接入网设备，负责用户数据透传以及语 音用户鉴权；进行协议转换，实现接入网与软交换网络的连接；同时负责 移动性管理功能，将用户的移动性屏蔽在接入网内部。
无线归属位置寄存器SHLR也是接入网设备，负责存储用户数据、
4用户业务信息和部分位置信息，与业务接入网关一起实现无线用户的移动
性管理，向核心网屏蔽用户的移动性，简化了核心网实现。SHLR与核心 网的用户数据库独立，两者之间没有接口。
固网软交换机属于核心网设备，负责与网络的互联互通。固网软交换 机将本系统的用户作为普通SIP终端处理，采用标准SIP协议进行控制， 标准RTP协议传输用户数据。同时，互通时的计费、路由等处理都由固 网软交换完成。
本架构的网络模型分为控制和媒体两个平面。
在控制平面，为了保证语音业务的正常实现，本架构自定义了基于 Q.931规定的呼叫状态机和基本呼叫流程，即无线Backhaul接口呼叫控制 协议。呼叫控制的对等实体位于终端和业务接入网关。基站不参与呼叫控 制，不需要实现呼叫状态机，只要完成相关的无线传输资源的建立和维护， 并将呼叫信令直接向终端和业务接入网关双向透传即可。业务接入网关将 无线Backhaul接口协议映射为标准SIP协议，实现与固网软交换机的连 接。
同时，本架构还自定义了用户鉴权和注册、位置更新及切换等移动性 管理流程和消息。上述功能由终端、业务接入网关和无线归属位置寄存器 配合，在接入网内部完成。具体实现时，业务接入网关需要代理用户向核 心网注册，确保核心网用户数据库有足够的信息为用户呼入/呼出以及其 他补充业务提供服务，并需要提供机制保证无线归属位置寄存器和核心网 的用户数据库内容同步。
在媒体平面，本发明采用无线Backhaul数据复用和RTP代理技术来 提高用户数据在网络中的传输效率。
在无线接入网络中，空口资源非常宝贵。本架构与普通VOIP—样， 对外的媒体数据采用RTP协议承载。如果直接在空口传输RTP包，会造 成了对空口资源的极大浪费。本架构提出一种RTP代理技术以提高用户
数据在空中接口传输时的效率。RTP代理技术的基本思想是将RTP打包/ 解包的功能在基站实现，在终端与基站之间传输的数据包为原始的媒体包 而非RTP/UDP/IP数据包。即终端的语音数据作为空中接口帧的负载在无 线链路上传输。由于系统空口帧的传输冗余少(不包含较长的RTP/UDP/IP数据包头)，效率高，就能大大提高空口带宽资源的利用率。
基站与SAG之间的无线Backhaul采用DMUX数据复用技术提高传 输效率。上行链路，基站将每20ms压缩语音包用RTP头封装后多路复用， 打入一个或少量的几个UDP/IP包后传输；下行链路，SAG也将来自网络 侧的多路语音包复用后，再发送给基站。
本架构的一个重要的新颖之处是支持用户在整个网络的通话切换，即 支持用户的自由移动。根据实现的不同，终端的切换类型分为业务接入网 关内部切换和业务接入网关之间切换两类。业务接入网关内部切换由业务 接入网关自己处理，切换过程与普通2G/3G无线接入网络相似。在不改 动现有SS的前提下支持终端在业务接入网关之间的切换是本架构的一个 亮点。实现的前提首先是本架构中的用户标识不采用IP地址，而是采用 用户标识符和临时应用标识符。用户标识符在无线4姿入系统内唯一标识一 个用户，是用户的永久信息。临时应用标识符，在呼叫建立过程中由业务 接入网关分配，在呼叫的过程中标识用户，进行信令转发，呼叫结束后收 回。采用这种方式标识用户即可以回避复杂的移动IP问题，而方便的实 现用户消息和数据的路由。另夕卜，本架构中引入了锚业务接入网关(Anchor SAG)的概念，并设计了业务接入网关之间的接口规范。锚业务接入网关 指用户当前注册的业务接入网关，其中记录了用户的业务数据。为了向
SS屏蔽用户的移动性，在用户的切换过程中，SS始终与锚业务接入网关 联系。当用户发生切换时，首先需要建立服务业务接入网关与锚业务接入 网关之间的RTP通路，所有发往终端或SS的业务数据都经过该通路转发。 发生切换时，呼叫控制的状态在终端和锚业务接入网关之间维护，服务业 务接入网关不保存呼叫控制有关的状态信息。
图1列出了本架构中的重要功能和关键技术，及实现该技术的设备和 目的。
下面结合附图对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明。 图1为本系统架构的重要^能和关键技术的说明框图； 图2为系统组网图；图3为开机注册流程图； 图4为主叫流程图5为锚业务接入网关到非锚业务接入网关切换流程图。
具体实施例方式
参见图2,图中给出一个应用本架构的本地网结构，系统包括固网软 交换机1，业务接入网关2,无线归属位置寄存器3，基站4和用户终端5。
下面结合附图分别描述终端在网络中的注册、主叫和切换流程，以进 一步明确本架构中各网元的工作方式。
参见图3，图中给出了终端在网络中注册的信令流程，其中还包括了 用户的接入网鉴权过程和核心网SIP鉴权过程。
步骤6,空口建链过程。
步骤7，终端5向业务接入网关2发送注册请求消息LoginReq。
步骤8，如果SAG没有终端的鉴权信息或者鉴权组已经用完，则执 行步骤13。 SAG向用户的SHLR发送SMAP send authentication info req(UID，SAGID， apply cause),请求用户安全方面的信息。
步骤9, SHLR检查UID的合法性，如果验证通过，则通过SMAP send authentication info rsp告诉SAG终端的空中接口鉴权信息。
步骤10, SAG向终端发送鉴权命令消息authentication command,请 求终端的鉴权信息。
步骤ll，终端根据生成鉴权响应符，通过authentication Rsp消息发 送给SAG。
步骤12, SAG判断鉴权成功后，向用户归属的SHLR发送SMAP update location req,更新SHLR中终端的位置。
步骤13,如果SHLR发现注册前后的SAG是同一个SAG,则不执 行h—i。 HLR发送SMAP cancel location r叫请求删除旧SAG (终端上一 次注册的SAG)存储的终端信息。
步骤14,旧SAG删除终端信息后，向SHLR发送SMAP cancel location
rsp.
步骤15， SHLR发送SMAP Insert Subscriber data r叫。SAG存储这个终端的业务属性。
步骤16， SAG发送SMAP Insert Subscriber data rsp信息。
步骤17 ， SHLR发送SMAP update location rsp消息。
步骤18， SAG最终向无线终端发送注册成功应答Login Rsp。
步骤19, SAG向SS发送注册请求Register。
步骤20， SS如果返回未鉴权，则执行r-s，如果返回200 OK则不执 行r-s。
步骤21 ， SAG向SHLR发送SMAP sip authentication r叫消息。
步骤22， SHLR返回SMAP sip authentication rsp消息，其中包括用
户的SIP鉴权密钥(用ss提供的加密算法加密后的密文)。
步骤23， SAG根据SHLR给出的鉴权信息，重新向SS发送注册请求。
步骤24, SS判断鉴斥又成功后，回200 0K应答注册成功。 步骤25，空中接口释放过程。
参见图4,图中给出了终端发起主叫的信令流程，鉴权为该过程中的 可选步骤。
步骤30，空口建链过程。
步骤31,基站向SAG发送assign transport resource req。请求分配本 次通话的传输资源。
步骤32， SAG向SHLR发送SMAP send authentication info req,请求 用户安全方面的信息。
(说明对于支持呼叫鉴权的UT,且在SAG上打开了呼叫鉴权功 能，则SAG可以根据需要发起对UT的通话鉴权，如果SAG没有终端的 鉴权信息或者鉴权组已经用完，才执行鉴权过程d-g。否则不执行鉴权过 程d-g。)
步骤33， SAG向基站发送assign transport resource rsp。 分酉己本次通 话的传输资源和用户本次通信的临时应用标识符。
步骤34,终端向SAG发送带setup的UE—SAG message消息。UE —SAG message{setup(L3 addr， setup cause)}消息。
步骤35， SAG向终端发送带setup ack的UE—SAG message消息。步骤36， SAG向SS发送不带鉴权信息的INVITE，请求建立会话。 步骤37, SS如果返回未鉴权，则执行SIP鉴权过程，如果返回100 Trying则不扭^亍。
步骤38, SS向SAG发送100 Trying。 步骤39, SAG收到SS发送的180 Ring。
步骤40, SAG向终端发送带Alerting的UE—SAG message消息。 UE—SAG message {Alerting (L3 addr)}消息。
步骤41 ，对端摘机后，SS收到200 OK，并下发给SAG。
步骤42， SAG向终端发送带connect的UE—SAG message消息。 UE—SAG message(connect(L3 addr))消息。
步骤43,终端向SAG发送带connect ack的UE—SAG message消息。 UE—SAG message {connect ack (L3 addr"消息。
步骤44, SAG向SS发送ACK。双方进入通话。
参见图5，图中给出了终端发生从锚业务接入网关到非锚业务接入网 关切换的信令流程。
步骤50,终端和新的基站的空口建链过程。
步骤51, BTS向SAG发送assign transport resource req。请求分配本
次通话的传输资源。
步骤52, SAG向BTS发送assign transport resource rsp。分配本次通
话的传输资源和用户本次通信的临时标识符。
步骤53 ， UT向SAG发送handover req消息。
步骤54, SAG向SHLR发送的SMAP handoff req。
步骤55， SHLR分析UID,如果是归属地HLR，则判断UID的合法
性和业务属性，通过以后向SAG发送SMAPhandoffrsp。
步骤56,服务SAG根据Anchor SAG ID向Anchor SAG发送Insert
handover UE data req。
步骤58,服务SAG向终端发送handover rsp消息。Anchor SAG向 old BTS发送release transport resource req。要求释方文本次通话的传输资源 和用户本次通信的临时标识符。
9步骤59，终端向SAG发送handover complete消息。BTS向SAG发 送release transport resource rsp。 通知释放冗成。
权利要求
1、一种新的无线接入系统中VOIP架构，包含以下网元用户终端、基站、业务接入网关、无线归属位置寄存器和固网软交换机，其特征在于，该架构包括以下几个设计a.本架构的接入网采用标准的SIP/RTP接口与固网软交换机连接；b.业务接入网关和无线归属位置寄存器作为接入网设备，在接入网内部配合完成本架构的用户终端的移动性管理；c.在控制平面，本架构采用自定义的基于Q.931规定的呼叫状态机和基本呼叫流程，即无线Backhaul接口呼叫控制协议，呼叫控制的对等实体位于用户终端和业务接入网关，基站不参与呼叫控制；d.在媒体平面，本架构通过基站处的RTP代理技术，以及基站和业务接入网关之间的数据复用技术，来提高空口和无线Backhaul带宽资源的利用率。
2、 根据权利要求1所述的VOIP架构，其特征在于设计a,所述接 入网与固网软交换机的接口包括用户注册、呼叫和补充业务流程。
3、 根据权利要求1所述的VOIP架构，其特征在于设计a，所述固 网软交换机将本架构的用户终端作为普通SIP终端处理，采用标准SIP协 议进行控制，标准RTP协议传输用户数据。
4、 根据权利要求1所述的VOIP架构，其特征在于设计a，所述接 入网与固网软交换机互通时的计费、路由等处理都由固网软交换机完成。
5、 根据权利要求1所述的VOIP架构，其特征在于设计b,所述业 务接入网关，负责用户数据透传以及语音用户鉴权；进行协议转换，实现 接入网与软交换网络的连接；同时负责移动性管理功能，将用户的移动性 屏蔽在接入网内部。
6、 根据权利要求1所述的VOIP架构，其特征在于设计b,所述无 线归属位置寄存器，负责存储用户数据、用户业务信息和部分位置信息； 与业务接入网关一起实现无线用户鉴权和移动性管理；无线归属位置寄存器与核心网的用户数据库独立，两者之间没有接口。
7、 根据权利要求1所述的VOIP架构，其特征在于设计b,本架构 还提供机制保证无线归属位置寄存器和核心网的用户数据库内容同步。
8、 根据权利要求i所述的VOIP架构，其特征在于设计b，实现移 动性管理时，业务接入网关需要代理用户向核心网注册，确保核心网的用 户数据库有足够的信息为用户呼入/呼出以及其他补充业务提供服务。
9、 根据权利要求1所述的VOIP架构，其特征在于设计b,在接入 网内部完成移动性管理是通过下面的方法来实现的(1) 将用户当前注册的业务接入网关做为锚业务接入网关，在用户在 业务接入网关之间切换的过程中，固网软交换机始终与锚业务接入网关联 系；当发生切换时，首先建立服务业务接入网关与锚业务接入网关之间的 RTP通路，所有发往用户终端或周网软交换机的业务数据都经过该通路 转发；发生切换时，呼叫控制的状态在用户终端和锚业务接入网关之间维 护，服务业务接入网关不保存呼叫控制有关的状态信息；(2) 采用用户标识符和临时应用标识符而不是IP地址来标识用户， 用户标识符在该架构内唯一标识一个用户；临时应用标识符，在呼叫建立 过程中由业务接入网关分配，在呼叫的过程中标识用户，进行信令转发， 呼叫结束后收回。
10、 根据权利要求1所述的VOIP架构，其特征在于设计c,基站不 参与呼叫控制，不需要实现呼叫状态机，但要负责相关的无线传输资源的 建立和维护，并将呼叫控制信令直接向用户终端和业务接入网关双向透传。
全文摘要
本发明提出了一种新颖高效的适用于无线接入系统的完整VOIP架构。首先，本架构的接入网采用标准的SIP/RTP接口实现与固网软交换机的连接，保证了网间互联互通的简单，具有普通VOIP在核心网方面的优势。通过引入业务接入网关和无线归属位置寄存器，再配合用户标识符，应用本架构的网络的移动性管理在接入网内部完成，可以方便的支持全移动应用场景。在媒体传输方面，本架构通过基站处的RTP代理技术，以及基站和业务接入网关之间的数据复用技术，提高了空口和无线Backhaul带宽资源的利用率，实现了用户数据的高效传输。
文档编号H04L12/66GK101562582SQ200810104159
公开日2009年10月21日 申请日期2008年4月16日 优先权日2008年4月16日
发明者徐广涵, 石昱舒, 许瑞锋 申请人:北京信威通信技术股份有限公司