接入ip多媒體子系統的裝置及方法

2023-07-06 21:02:21

專利名稱：接入ip多媒體子系統的裝置及方法
技術領域：
本發明涉及IP多媒體子系統(IMS),特別涉及在現有IPv4網絡中開展IMS業務的裝置 和方法。
背景技術：
IMS是3GPP (第三代合作夥伴計劃)提出的一種基於IP的會話控制能力的系統，採用初 始會話協議(SIP)作為應用層交互信令。3GPP提出IMS的目的是為了豐富3G業務種類並增 加3G中GPRS (通用分組無線業務)對於用戶的吸引力。IMS可以較好的實現資源共享、業務 共享以及網絡的綜合管理。目前對於IMS的研究正在各個標準化組織進行。3GPP制定的IMS規範對網絡的要求超前於現有的網絡。例如，IMS要求必須使用IPv6， 而現在網絡卻大多是在IPv4上實現的。在完全支持3GPP規範要求的設備出現之前，運營商 可能就需要開展一些IMS業務，因此，3GPP提出了 IMS早期實現的概念，也就是在現有的網 絡中開展IMS業務。目前3GPP提出的IMS系統如圖1所示，用戶設備必須支持SIP協議，並將SIP信令通過 PS (分組交換)域的GGSN (網關GPRS支持節點)接入到IMS域。其中GGSN用於在接入過程 中為用戶設備分配IP位址，並將IP位址傳送給IMS域；在數據處理過程中檢査用戶設備的 IP位址，並在通過檢査後將數據包發送給IMS域進行處理。其中的IMS域中的網絡實體有 P-CSCF (代理呼叫會話控制功能)、S-CSCF (服務呼叫會話控制功能)和HSS (歸屬客戶服務 器)，並且P-CSCF連接PS域的GGSN。但是目前的研究都基於使用IMS業務的用戶設備必須 支持SIP協議，不支持SIP協議的用戶設備就無法使用IMS業務，而為不支持SIP協議的用 戶設備提供IMS業務卻是IMS早期實現應該考慮的問題之一。發明內容為克服上述缺陷，本發明的目的在於提供一種能夠為不支持SIP協議的用戶設備提供IMS 服務的接入IP多媒體子系統的裝置及方法。為達到上述發明目的，本發明接入IP多媒體子系統的裝置包括包括用戶設備和網關通用分組無線業務支持節點，還包括初始會話協議轉換模塊，分別
與用戶設備及網關通用分組無線業務支持節點通信連接，用於將用戶設備發來的數據以初始會話協議信令的格式發送給網關通用分組無線業務支持節點。其中，所述的初始會話協議轉換模塊為一個位於網絡側的信令轉換網關，且初始會話協議轉換模塊與用戶設備之間的通信連接採用第三代合作夥伴計劃提供的安全保護機制。 其中，所述的初始會話協議轉換模塊為一個位於用戶側的外設部件。 其中，所述的初始會話協議轉換模塊與用戶設備之間的通信連接採用藍牙保護機制。 其中，所述的網關通用分組無線業務支持節點與初始會話協議轉換模塊之間的通信連接，採用第三代合作夥伴計劃提供的安全保護機制。其中，所述的初始會話協議信令格式的數據包含用戶設備的IP位址。 配合上述接入IP多媒體子系統的裝置所用的方法包括以下步驟(1) 用戶設備接入分組交換域，並由分組交換域中的網關通用分組無線業務支持節點為 用戶設備分配IP位址，且將該IP位址發送給IP多媒體子系統；(2) 用戶設備通過初始會話協議轉換模塊將接入IP多媒體子系統的請求發送到網關通 用分組無線業務支持節點；(3) 網關通用分組無線業務支持節點將用戶設備的接入IP多媒體子系統的請求轉發到 IP多媒體子系統，IP多媒體子系統依據用戶設備的接入請求信息為用戶設備提供IP多媒體 子系統服務。其中，所述的步驟(2)具體為(21) 用戶設備使用網關通用分組無線業務支持節點分配的IP位址，將接入IP多媒體 子系統的請求發送給初始會話協議轉換模塊；(22) 初始會話協議轉換模塊判斷該接入請求信息是否為初始會話協議信令格式的數據， 如果是初始會話協議信令格式的數據，執行步驟(23);如果不是初始會話協議信令格式的數 據，執行步驟(24);(23) 初始會話協議轉換模塊將收到的接入請求轉換為初始會話協議信令格式，並發送 給網關通用分組無線業務支持節點；(24) 初始會話協議轉換模塊將收到的接入請求直接轉發給網關通用分組無線業務支持節點。其中，所述的發送給網關通用分組無線業務支持節點的接入請求包含用戶設備的IP位址。
由上面所描述的技術方案，本發明IP多媒體子系統添加了一個初始會話協議轉換模塊 (SIP轉換模塊)，該SIP轉換模塊能夠將非SIP信令轉換成SIP信令，使得不支持SIP協議 的用戶可以通過該SIP轉換模塊將信令轉換成SIP信令，達到能夠和IMS系統進行通信的目 的。在實現接入的接入IP多媒體子系統的方法中，用戶的接入請求需要先後經過GGSN和IMS 的兩次檢査，能夠實現多重安全保護。


圖1為現有的IP多媒體子系統的結構圖；圖2為本發明接入IP多媒體子系統的裝置結構圖；圖3為本發明接入IP多媒體子系統的方法流程圖。
具體實施方式
現有的IMS只能為那些能夠支持SIP協議的用戶設備提供服務，而無法為現有的一些不 支持SIP協議的用戶設備提供服務，要想使用IMS提供的服務就必須要更換用戶設備，這使 由現有的網絡系統過渡到IMS的系統平添了不少障礙。本發明就是為了打破這一障礙而發明 的，如圖2所示，本發明中用到的網絡實體如下-1) 用戶設備，是用戶用於接入到IMS網絡以獲得IMS服務的設備，這裡所用的用戶設備 可以支持SIP協議，也可以不支持SIP協議。2) SIP轉換模塊(初始會話協議轉換模塊)，該模塊的主要功能是將用戶設備發來的SIP 信令直接轉發給GGSN (網關GPRS支持節點)，將用戶設備發來的非SIP信令轉換為SIP信令 後再發送給GGSN，這裡的GPRS是指通用分組無線業務，英文全稱為General Packet Radio Service。不管是經過SIP轉換模塊轉換的SIP信令還是直接轉發的SIP信令，GGSN必須可以根據 SIP轉換模塊發來的SIP信令完成對用戶設備的身份檢査。為了能夠實現對用戶設備的身份 檢查，所有發送到GGSN的SIP信令都必須包含用戶設備的身份信息，在現有的網絡中一般採 用用戶設備的IP位址代表用戶的身份，也就是發送給GGSN的SIP信令的數據包的源地址必 須是用戶設備的IP位址。當然也可以通過其他的方式實現對用戶設備的IP位址的檢査，比 如在GGSN中設置一些與用戶設備相對應的列表，通過査表的方式實現對IP位址的檢査。有的時候為了用戶能夠方便自己調整SIP轉換模塊的設置，可以將SIP轉換模塊製造成一個用戶設備的外設部件，通過有線或無線的方式與用戶設備連接，並連接到GGSN。
有的時候為了為用戶提供統一的服務，並降低用戶因購買外設部件帶來的經濟負擔，可 以將SIP轉換模塊作為一個信令轉換網關安裝在網絡側。3) 分組交換(PS)域中的GGSN，該網絡實體主要功能是為用戶設備分配IP位址，將分 配好的IP位址發送給IMS域，由IMS域將用戶設備的身份和IP位址進行綁定，GGSN的另一 個重要功能是對用戶設備發來的數據包的IP進行檢査，以保證用戶設備只能使用GGSN分配 的IP位址，並將通過檢査的數據包發送給IMS域。4) IMS域，IMS域中與IMS早期實現安全機制相關的網絡實體有P-CSCF (代理呼叫會話 控制功能)、S-CSCF (服務呼叫會話控制功能)和HSS (歸屬客戶伺服器)。這些網絡實體都 需要支持IMS早期實現安全機制。本發明克服了現有用戶設備在協議支持上的缺點，提出在IMS早期實現中增加SIP轉換 模塊以使得不支持SIP協議的用戶設備也可以訪問IMS業務。但是上述網絡實體所組成的網 絡並沒有很好的安全保障，為保證IMS早期實現的安全，需要有一個能夠保證安全性的系統 和機制對抗在IMS早期實現中存在的安全威脅。安全結構是安全研究的基礎，安全結構對應 用環境中各個實體之間的安全關係和可能遇到的安全威脅進行了描述。根據這些安全威脅分 析得到安全需求，然後再選取合適的安全機制來滿足這些安全需求。 一個好的安全結構應該 充分考慮到各種應用環境，IMS早期實現的安全結構作為IMS早期實現安全研究的基礎，也 應該將各種運營商在現有環境下開展IMS業務的各種情況考慮在內。對於IMS早期實現的研究主要在3GPP中進行，目前IMS早期實現安全研究尚處於起步階 段，尚未有一個明確的IMS早期實現安全結構提出。僅僅提出了用戶設備、GGSN和IMS域之 間的安全保護方法，以及IMS域內部的各個實體之間的安全保護方法。本發明發明在提出上述網絡實體所組成的網絡的前提下，又提出了一種完備的IMS早期 實現的安全結構，對IMS早期實現涉及的網絡實體之間的安全關係進行了描述。針對現有IMS 早期實現安全研究中沒有考慮到添加SIP轉換模塊後的安全關係，重新描述了各個網絡實體 之間的安全關係。如圖2所示，本發明提出的安全結構網絡實體之間的安全關係詳細描述如下1、用戶設備和SIP轉換模塊之間傳輸的信令(可以是SIP信令也可以不是SIP信令)應該提供安全保護(圖2中的標號1)。為用戶設備和SIP轉換模塊之間提供安全保護的機制有很多，如果SIP轉換模塊以用戶設備的一個外設部件的形式提供，那麼在用戶設備和SIP轉換模塊之間傳輸的消息使用用戶
設備和外設之間的安全機制進行保護。例如，如果一個手機通過藍牙技術連接到其一個SIP 轉換模塊的外設部件上，那麼它們之間的通信安全使用藍牙安全機制保證，藍牙是一種短距離無線通信技術，工作在2.4GHz頻段。如果SIP轉換模塊以信令轉換網關的形式在網絡側提供，那麼用戶設備和SIP轉換模塊 之間的通信會經過3GPP網絡，兩者之間的通信就可以通過3GPP網絡所提供的安全機制進行 保護。2、 SIP轉換模塊和GGSN， SIP轉換模塊與GGSN之間傳輸的是SIP信令。GGSN對用戶設 備經由SIP轉換模塊轉發來的IP數據包進行IP檢査，以保證用戶設備只能使用的是分配的 IP位址發送IP數據包。不管SIP轉換模塊以何種形式提供，SIP轉換模塊與GGSN之間的通 信都要經過3GPP網絡，它們之間的通信採用3GPP網絡所提供的安全機制進行保護(圖2中 的標號2)。3、 用戶設備和GGSN，為了訪問IMS業務，用戶設備必須首先接入PS域中的網絡實體GGSN。 在成功接入PS域的過程中，GGSN為用戶設備分配IP位址，並且將分配給用戶設備的IP地 址發給IMS域。接入PS域成功後，它們之間的通信是通過在用戶設備和網絡之間建立了一個 安全的空中信道來保障安全(圖2中的標號3)，這個安全的空中信道作為承載使用。4、 GGSN與IMS域，GGSN將分配給用戶設備的IP位址發給IMS域，IMS域保存用戶設備 的IP位址和IMS身份之間的綁定關係。此外，GGSN還作為承載完成用戶設備和IMS通信的 功能。GGSN與IMS域之間的通信要經過3GPP網絡，可以使用3GPP網絡所提供的安全機制進 行保護(圖2中的標號4)。5、 SIP轉換模塊與IMS域，用戶設備將其IMS身份和其IP位址，經過SIP轉換模塊和 GGSN轉發給IMS域。IMS域通過檢査用戶設備的頂S身份與其IP位址是否符合存儲在IMS域 內的綁定關係來完成對用戶設備的認證。SIP轉換設備和IMS域之間的連接是一個邏輯連接(圖2中的標號5)，可以由標號2和標號4提供的安全機制實現安全保護，在本發明中就是 都使用3GPP網絡所提供的安全機制進行保護。6、 IMS域內部，由於IMS域內部都是屬於3GPP網絡的，所以使用的是3GPP網絡所提供 的安全機制進行保護(圖2中的標號6)。按照上面所描述的各個網絡實體之間的安全關係，本發明接入IP多媒體子系統的裝置中 的各個網絡實體之間的通信都是通過安全機制進行過保護的，故而整個系統在通信過程中都 處於較好的安全狀態。
結合上述的接入IP多媒體子系統的裝置，本發明還提供為此系統提供服務的安全實現方 法，其核心思想是將用戶發來的數據都經過SIP轉換模塊處理，使得發送到GGSN的數據都是 SIP信令格式的，實現IP多媒體子系統對現有用戶設備的普遍支持，為更廣大的用戶提供IMS 服務，本發明接入IP多媒體子系統的方法主要包括以下步驟-第一步、用戶設備接入PS域，在接入過程中，PS域中的GGSN為用戶設備分配IP位址， 並將分配給用戶設備的IP位址發給IMS域。IMS域保存用戶的IMS域身份和IP位址的綁定 關係。第二步、用戶設備使用分配的IP位址發起接入IMS域的請求。此請求可能是基於SIP協 議的信令，也可能基於其他協議，例如RAS信令、1 255.0呼叫信令。第三步、SIP轉換模塊將用戶設備發來的接入IMS域的請求信令轉換為SIP信令，SIP轉 換模塊必須支持IMS早期實現安全機制(包括與用戶設備通信的安全、與GGSN之間的通信安 全以及與IMS域之間的安全)，轉換後的SIP信令必須使得GGSN可以根據接收的信令對用戶 設備的IP位址進行檢査。具體可以通過如下方法實現對IMS早期實現安全機制的支持(1) 若用戶設備發來的是SIP信令，則SIP轉換模塊不做任何修改直接將SIP信令轉發 給GGSN，經過SIP轉換設備發送的SIP信令的IP源地址為用戶設備的IP源地址， 一般通過 將轉發的SIP信令中的一個send by (發送源)參數的值設置為用戶設備的IP位址。(2) 若用戶設備發來的非SIP信令，而是諸如RAS、 H.255.0之類的信令，SIP轉換模 塊就將用戶身份信息(包括IMS域身份和IP位址)重新封裝在SIP信令中轉發給GGSN;經 過SIP轉換設備發送的SIP信令的IP數據包的源地址為用戶設備的IP位址；也可以通過將 轉發的SIP信令中send by參數的值設置為用戶設備的IP位址。當然，除了上述通過設置源地址的方式來確認用戶設備的身份意外，也可以通過其他方 法使得GGSN可以對SIP轉換設備發來的數據包進行源地址檢査，例如在GGSN中設置一些 與用戶設備相對應的列表，通過査表的方式實現對IP位址的檢査。第四步、GGSN檢査接收到的SIP信令的數據包的IP位址，確認用戶設備使用的是GGSN 分配的IP位址，沒有使用偽造的IP位址發送數據包後，將該SIP信令的數據包轉發給IMS 域進行處理。第五步、IMS域根據接收到的SIP信令的數據包，檢査用戶設備的IMS身份和IP位址是否和符合在第一步中保存的IMS域身份和IP位址的綁定關係。如果符合，則認證成功，用戶設備可以訪問IMS業務。如果不符合，則認證失敗，用戶設備被拒絕訪問IMS業務。
本發明接入IP多媒體子系統的方法中，利用SIP轉換模塊實現了 IMS域為不支持SIP的 用戶設備提供服務，並在介入過程中使用了PS域和IMS域的兩重身份檢查，保證用戶設備擁 有訪問IMS域的權利，並在各個網絡實體之間通信中加入安全機制，實現該IMS服務的通信 安全。下面結合附圖對IMS早期實現的系統進行進一步的詳細闡述圖2中涉及的功能實體包括一個不支持SIP協議的手機(用戶設備的一種)、 一個與手機 通過藍牙技術連接的外設部件完成SIP轉換設備的功能、PS域的GGSN、 IMS域的P-CSCF、 S-CSCF以及HSS。手機和完成SIP轉換功能的外設部件之間的安全採用藍牙的安全機制進行 保護；IMS域內各實體之間的安全保護使用3GPP定義的網絡域的安全機制保護；外設部ft^和 IMS域之間的信息需要通過GGSN轉發，是一個邏輯連接；外設部件和GGSN之間使用3GPP網 絡的安全機制進行保護；GGSN和IMS域之間使用3GPP網絡域安全機制保護。圖3為本發明的一個具體實施的方法，是根據本發明提出的安全結構， 一個不支持SIP 協議的手機通過IMS認證的過程，詳細過程描述如下(1) 手機接入PS域，在該接入過程中，GGSN為手機分配一個IP位址，並將分配給手 機的IP位址傳送給IMS域。IMS域存儲手機的IP位址與手機的IMS域身份之間的綁定關係。(2) 手機接入IMS域，由於此手機不支持SIP協議，因此只能用其他呼叫控制協議發起呼叫。(3) 手機的接入請求被傳給具有SIP轉換功能的外設部件，該外設部件完成如下的轉換 功能將手機發來的非SIP信令中包含的信息，如用戶身份信息和IP位址重新封裝在SIP信 令中轉發給GGSN，但不能不改變接收到的IP數據包的源地址，使得經過SIP轉換設備發送 的SIP信令的IP數據包的源地址仍然是手機的IP位址。以上不改變手機源地址的功能在具 體實施的時候還可以通過以下方式實現將轉發的SIP信令中的send by參數的值設為手機 的IP位址。(4) GGSN檢查接收到數據包的IP位址，確認該手機沒有使用偽造的IP位址發送數據 包後，將數據包轉發給IMS域進行處理。(5) IMS域根據接收到的SIP信令的消息，檢査手機的IMS身份和IP位址是否和符合在第一步中保存的IMS身份和IP位址的綁定關係，如果符合在第一步中保存的IMS身份和地址的綁定關係，則該手機認證成功，IP多媒體子系統為該手機提供IMS服務；如果不符合在第一步中保存的IMS身份和IP位址的綁定關係，則該手機認證失敗，IP多媒體子系統 不為該手機提供IMS服務。在以上具體實施例中的SIP轉換模塊是位於用戶設備側的外設部件，其實還可以是一個 安裝在網絡側的信令轉換網關；而接入過程中用的是手機，在具體實施時，IMS還可以為移 動計算機、掌上電腦、商務通等多種用戶設備提供服務，無論該用戶設備是否能夠支持SIP 協議的信令。
權利要求
1. 一種接入IP多媒體子系統的裝置，包括用戶設備和網關通用分組無線業務支持節點，其特徵在於還包括初始會話協議轉換模塊，分別與用戶設備及網關通用分組無線業務支持節點通信連接，用於將用戶設備發來的數據以初始會話協議信令的格式發送給網關通用分組無線業務支持節點。
2、 按照權利要求1所述的接入IP多媒體子系統的裝置，其特徵在於所述的初始會話 協議轉換模塊為一個位於網絡側的信令轉換網關，且初始會話協議轉換模塊與用戶設備之間 的通信連接採用第三代合作夥伴計劃提供的安全保護機制。
3、 按照權利要求1所述的接入IP多媒體子系統的裝置，其特徵在於所述的初始會話 協議轉換模塊為一個位於用戶側的外設部件。
4、 按照權利要求3所述的接入IP多媒體子系統的裝置，其特徵在於所述的初始會話 協議轉換模塊與用戶設備之間的通信連接採用藍牙保護機制。
5、 按照權利要求1所述的接入IP多媒體子系統的裝置，其特徵在於所述的網關通用 分組無線業務支持節點與初始會話協議轉換模塊之間的通信連接，採用第三代合作夥伴計劃 提供的安全保護機制。
6、 按照權利要求1所述的接入IP多媒體子系統的裝置，其特徵在於所述的初始會話 協議信令格式的數據包含用戶設備的IP位址。
7、 一種接入IP多媒體子系統的方法，其特徵在於包括以下步驟(1) 用戶設備接入分組交換域，並由分組交換域中的網關通用分組無線業務支持節點為 用戶設備分配IP位址，且將該IP位址發送給IP多媒體子系統；(2) 用戶設備通過初始會話協議轉換模塊將接入IP多媒體子系統的請求發送到網關通 用分組無線業務支持節點；(3) 網關通用分組無線業務支持節點將用戶設備的接入IP多媒體子系統的請求轉發到 IP多媒體子系統，IP多媒體子系統依據用戶設備的接入請求信息為用戶設備提供IP多媒體 子系統服務。
8、 按照權利要求7所述的接入IP多媒體子系統的方法，其特徵在於所述的步驟(2) 具體為(21)用戶設備使用網關通用分組無線業務支持節點分配的IP位址，將接入IP多媒體 子系統的請求發送給初始會話協議轉換模塊；(22) 初始會話協議轉換模塊判斷該接入請求信息是否為初始會話協議信令格式的數據， 如果是初始會話協議信令格式的數據，執行步驟(23);如果不是初始會話協議信令格式的數 據，執行步驟(24);(23) 初始會話協議轉換模塊將收到的接入請求轉換為初始會話協議信令格式，並發送 給網關通用分組無線業務支持節點；(24) 初始會話協議轉換模塊將收到的接入請求直接轉發給網關通用分組無線業務支持節點。
9、按照權利要求8所述的接入IP多媒體子系統的方法，其特徵在於所述的發送給網 關通用分組無線業務支持節點的接入請求包含用戶設備的IP位址。
全文摘要
本發明公開了一種接入IP多媒體子系統的裝置及方法，為解決IP多媒體子系統無法為不支持SIP協議的用戶提供服務的問題而發明。該接入IP多媒體子系統的裝置為在IP多媒體子系統中添加了一個SIP轉換模塊，可以將用戶發來的非SIP信令轉換成SIP信令，所有用戶可以通過SIP轉換模塊接入IP多媒體子系統；該IP多媒體子系統早期實現的方法為將用戶發來的非SIP信令轉換成SIP信令後發送給網關通用分組無線業務支持節點，而將用戶發來的SIP信令直接轉發給網關通用分組無線業務支持節點。本發明主要用於從現有網絡過渡到IP多媒體子系統。
文檔編號H04L12/66GK101212427SQ20061017027
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月26日 優先權日2006年12月26日
發明者呂東旭, 李卓明, 蘆東昕, 潔 趙, 趙志飛, 璟 陳 申請人:中興通訊股份有限公司