基于IMS技術(shù)的緊急通信

摘要　研究了IMS架構(gòu)下的緊急通信技術(shù)，介紹了IMS緊急通信體系框架和功能實(shí)體，并對(duì)IMS緊急通信業(yè)務(wù)流程、IMS緊急會(huì)話的建立和基于IMS技術(shù)的用戶定位進(jìn)行了深入研究。

1、引言

當(dāng)前，電信技術(shù)不斷發(fā)展，民眾對(duì)通信基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)能力要求也越來越高，突發(fā)事件中的緊急通信成為國家和民眾共同關(guān)注的問題。IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）作為下一代網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)，為未來的多媒體應(yīng)用提供了一個(gè)通用的業(yè)務(wù)平臺(tái)，IMS將在緊急通信系統(tǒng)中發(fā)揮重要的作用，基于IMS的緊急通信技術(shù)成為研究人員的一個(gè)關(guān)注熱點(diǎn)。

本文依據(jù)TISPAN和3GPP技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)基于IMS技術(shù)的緊急通信技術(shù)進(jìn)行研究，重點(diǎn)介紹了IMS緊急通信業(yè)務(wù)流程、IMS緊急會(huì)話的建立和基于IMS技術(shù)的用戶定位。

2、IMS緊急通信體系架構(gòu)和功能實(shí)體

IMS支持緊急通信的體系架構(gòu)由TISPAN和3GPP提出（見圖1），為了支持緊急通信，IMS緊急通信架構(gòu)中引入了緊急呼叫會(huì)話控制功能，Emergency CSCF（E-CSCF）。

圖1　IMS緊急通信體系架構(gòu)

在IMS緊急通信體系架構(gòu)中的P-CSCF和E-CSCF應(yīng)位于相同的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)UE處于漫游狀態(tài)時(shí)，該網(wǎng)絡(luò)為UE所訪問的網(wǎng)絡(luò)。部分地區(qū)（如北美）可能支持位置重獲功能實(shí)體（LRF），LRF可包含路由判斷功能（RDF）組件和位置服務(wù)器（如GMLC）組件。

IMS緊急通信體系架構(gòu)中，涉及到UE，Proxy-CSCF，Emergency-CSCF，LRF等功能實(shí)體。

2.1　UE

除UE正常的能力外（參考3GPP TS 22.101），緊急通信中UE還應(yīng)具備以下能力：

（1）UE可識(shí)別緊急會(huì)話建立請(qǐng)求；進(jìn)行緊急會(huì)話注冊(cè)時(shí)，UE可以在緊急注冊(cè)請(qǐng)求中加入緊急公共用戶標(biāo)識(shí)符（Emergency Public User Identifier）；UE有能力在會(huì)話請(qǐng)求中加入緊急業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)（Emergency Service Indication）；“匿名用戶”情況下在緊急會(huì)話建立請(qǐng)求中攜帶設(shè)備標(biāo)識(shí)符。

（2）UE在已完成IMS注冊(cè)但沒有進(jìn)行緊急會(huì)話注冊(cè)的情況下，如果UE處于歸屬網(wǎng)絡(luò)可直接進(jìn)行IMS緊急會(huì)話建立，如不是處于歸屬網(wǎng)絡(luò)，UE需先進(jìn)行IMS緊急注冊(cè)才能建立緊急會(huì)話。

（3）如果網(wǎng)絡(luò)條件允許，首先嘗試在CS域進(jìn)行緊急呼叫；UE可處理帶有“Emergency”類型的380應(yīng)答消息（可選業(yè)務(wù)）；UE可處理帶有“IMS Emergency Registration Required”標(biāo)識(shí)的響應(yīng)消息。

在UE發(fā)起緊急會(huì)話請(qǐng)求過程中，會(huì)話請(qǐng)求中可附帶以下字段：緊急會(huì)話指示（Emergency Session Indication）、緊急公共用戶標(biāo)識(shí)符或任意一個(gè)注冊(cè)的公共用戶標(biāo)識(shí)符、緊急業(yè)務(wù)類型（可選），在有能力的情況下提供UE的位置信息和與緊急公共用戶標(biāo)識(shí)符相關(guān)聯(lián)的Tel URI。

2.2　Proxy-CSCF

除P-CSCF的正常功能外，在緊急通信中P-CSCF還能夠?qū)崿F(xiàn)如下操作：處理帶有“緊急公共用戶標(biāo)識(shí)符”的注冊(cè)請(qǐng)求，并在用戶歸屬網(wǎng)絡(luò)將該請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到IBCF或I-CSCF中；檢測(cè)緊急會(huì)話建立請(qǐng)求，決定允許或拒絕緊急會(huì)話請(qǐng)求；判斷“匿名”緊急會(huì)話請(qǐng)求是否接受；防止在非緊急會(huì)話中帶有“緊急公共用戶標(biāo)識(shí)符”；查詢IP-CAN，獲得位置標(biāo)識(shí)符；在網(wǎng)絡(luò)中選擇合適的E-CSCF處理緊急會(huì)話請(qǐng)求；如果UE提供了呼叫方的TelURI，則P-CSCF檢查TelURI的有效性，同時(shí)，如果知道TelURI與緊急公共用戶標(biāo)識(shí)符相關(guān)聯(lián)，則P-CSCF在會(huì)話建立請(qǐng)求過程中提供TelURI；UE進(jìn)行緊急會(huì)話建立嘗試時(shí)，P-CSCF可利用帶有“IMS Emergency Registration Required”標(biāo)識(shí)的消息進(jìn)行響應(yīng)。

2.3　Emergency-CSCF

E-CSCF主要功能如下：從P-CSCF接收緊急會(huì)話建立請(qǐng)求；如果在緊急會(huì)話請(qǐng)求中沒有包含位置信息或需要附加的位置信息，可利用基于IMS的用戶定位技術(shù)獲取位置信息；如果UE設(shè)備提供了位置信息，在需要的情況下，E-CSCF可請(qǐng)求LRF對(duì)位置信息進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)，可以確定或查詢LRF，保證正確的路由信息或PSAP目標(biāo)地址；將緊急會(huì)話建立請(qǐng)求路由至正確的目的地；在國家需要的情況下，E-CSCF可將P-asserted ID或UE ID內(nèi)容發(fā)送至LRF；基于本地策略，E-CSCF可將緊急IMS呼叫路由至ECS進(jìn)行進(jìn)一步呼叫處理。

2.4　LRF

位置獲取功能實(shí)體（LRF-Location Retrieval Function）可獲得發(fā)起IMS緊急呼叫的UE位置信息，LRF可包括路由判斷功能組件（RDF-Routing Determination Function）和位置服務(wù)器組件（如GMLC等）。RDF為E-CSCF提供緊急呼叫路由信息，RDF與位置功能實(shí)體（如GMLC）相互作用處理ESQK（Emergency Service Query Key）的分配和管理。PSAP利用ESQK對(duì)LRF進(jìn)行查詢，獲取定位信息和回叫號(hào)碼。

為了給E-CSCF提供正確的PSAP地址，LRF可能需要UE的位置變化信息。LRF發(fā)給E-CSCF的消息中（如ESQK）應(yīng)包含識(shí)別LRF和LRF緊急會(huì)話記錄的相關(guān)信息，該信息在會(huì)話建立階段通過SIP INVITE或MGCF發(fā)出的SS7 ISUP信令消息發(fā)送給PSAP，PSAP可用這個(gè)消息向LRF請(qǐng)求UE的初始估計(jì)位置或?qū)ξ恢眯畔⑦M(jìn)行更新。

3、IMS緊急通信業(yè)務(wù)流程

3.1　終端設(shè)備檢測(cè)緊急呼叫業(yè)務(wù)流程

（1）UE能夠檢測(cè)緊急會(huì)話的情況

在UE能夠檢測(cè)緊急會(huì)話請(qǐng)求的情況下，緊急通信業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

圖2　終端設(shè)備檢測(cè)緊急呼叫業(yè)務(wù)流程

●UE檢測(cè)緊急會(huì)話請(qǐng)求。

●UE性能和資源確認(rèn)。如果其它正在進(jìn)行的會(huì)話占用了資源導(dǎo)致UE無法建立緊急呼叫，則UE將中止正在進(jìn)行的普通會(huì)話，釋放相應(yīng)的承載資源。

●承載注冊(cè)。如果需要UE進(jìn)行承載注冊(cè)，則UE向IP-CAN進(jìn)行注冊(cè)；如果UE已完成注冊(cè)，則不必再次注冊(cè)。根據(jù)IP-CAN的功能，UE可能會(huì)在該階段被分配一個(gè)IP地址。

●承載資源請(qǐng)求。如果需要，IP-CAN應(yīng)該為相關(guān)的IMS信令傳輸保留承載資源，UE應(yīng)標(biāo)識(shí)緊急會(huì)話業(yè)務(wù)“指示”。如果IP-CAN在第3步?jīng)]有給UE分配IP地址，則IP-CAN在承載資源請(qǐng)求過程中為UE分配IP地址。

●UE在歸屬網(wǎng)絡(luò)中查詢適合該緊急會(huì)話的P-CSCF。

●IMS緊急會(huì)話注冊(cè)。

UE利用IP-CAN分配的IP地址向P-CSCF發(fā)起IMS緊急會(huì)話注冊(cè)。IMS緊急注冊(cè)請(qǐng)求中包含緊急公共用戶標(biāo)識(shí)符，該標(biāo)識(shí)符中包含相關(guān)聯(lián)的Tel URI可以實(shí)現(xiàn)PSTN對(duì)用戶的反向呼叫。緊急注冊(cè)請(qǐng)求過程中用戶歸屬網(wǎng)絡(luò)將取消漫游限制。

●建立緊急會(huì)話。如果進(jìn)行了IMS緊急會(huì)話注冊(cè)，則按照帶有緊急會(huì)話“指示”及緊急公共用戶標(biāo)識(shí)符的會(huì)話建立流程，由UE發(fā)起IMS緊急會(huì)話。

（2）UE不能識(shí)別緊急會(huì)話的情況

如果UE不能識(shí)別緊急會(huì)話，則緊急會(huì)話請(qǐng)求通過普通會(huì)話建立流程發(fā)送到當(dāng)前訪問網(wǎng)絡(luò)的P-CSCF。在發(fā)送會(huì)話建立請(qǐng)求前，UE必須已經(jīng)完成IMS注冊(cè)。

P-CSCF檢測(cè)到該緊急會(huì)話建立請(qǐng)求后，可以根據(jù)本地策略來確定處理方法，處理方式分兩種情況，一種是P-CSCF拒絕該呼叫請(qǐng)求并在應(yīng)答消息中標(biāo)識(shí)出該請(qǐng)求為緊急呼叫，UE收到該應(yīng)答消息后將嘗試發(fā)起CS域緊急呼叫或重新發(fā)起正式的緊急會(huì)話請(qǐng)求；另外，如果UE處于非漫游狀態(tài)，P-CSCF也可接受該緊急會(huì)話請(qǐng)求并在會(huì)話請(qǐng)求中插入緊急“標(biāo)識(shí)”發(fā)送至E-CSCF。

3.2　利用LRF/RDF建立緊急會(huì)話流程

除利用終端設(shè)備檢查緊急會(huì)話外，還可以利用LRF/RDF建立緊急會(huì)話，圖3描述了利用LRF/RDF獲取位置和路由信息建立緊急會(huì)話的流程。

圖3　利用LRF/DRF建立緊急會(huì)話流程

（1）UE發(fā)送一個(gè)包含緊急URI信息的SIP INVITE消息，發(fā)起緊急會(huì)話請(qǐng)求。

（2）如果需要，IMS網(wǎng)絡(luò)可以訪問LRF查找UE位置信息。

（3）如需要，LRF可調(diào)用RDF來確定合適的目標(biāo)PSAP，LRF向IMS網(wǎng)絡(luò)返回必要的位置或路由信息。

（4）IMS網(wǎng)絡(luò)利用LRF返回的路由信息，將緊急會(huì)話請(qǐng)求路由至適當(dāng)?shù)腜SAP。

4、IMS緊急會(huì)話建立方式

在第3.1部分介紹的緊急通信業(yè)務(wù)流程中，IMS緊急會(huì)話建立是其中的關(guān)鍵步驟，下面對(duì)IMS緊急會(huì)話建立進(jìn)行詳細(xì)介紹，其中包括正常服務(wù)情況和未注冊(cè)情況下的IMS緊急會(huì)話建立。

（1）正常服務(wù)情況下的IMS緊急會(huì)話建立

緊急會(huì)話既可以由CS域發(fā)起，也可以由PS域發(fā)起，具體規(guī)則如下：當(dāng)UE與網(wǎng)絡(luò)的連接處于CS域時(shí)發(fā)起CS域緊急呼叫；當(dāng)UE只連接在PS域并且支持IMS緊急業(yè)務(wù)時(shí)，則發(fā)起PS域緊急呼叫；如果UE與CS域和PS域同時(shí)連接，則按照網(wǎng)絡(luò)默認(rèn)規(guī)定發(fā)起緊急呼叫，無明確規(guī)定情況下以CS域?yàn)閮?yōu)先選擇域。

如果UE能夠識(shí)別用戶發(fā)起的是緊急會(huì)話請(qǐng)求，則將在緊急會(huì)話建立請(qǐng)求中加入緊急業(yè)務(wù)“指示”。如果UE沒有權(quán)限鑒別IMS網(wǎng)絡(luò)，則UE不發(fā)起IMS注冊(cè)并直接與P-CSCF建立緊急會(huì)話，P-CSCF的處理方式參考本節(jié)（2）介紹的“未注冊(cè)情況下的IMS緊急會(huì)話建立”。

P-CSCF接收到緊急會(huì)話請(qǐng)求后，結(jié)合緊急會(huì)話的特點(diǎn)按以下規(guī)則操作：

●由IMS網(wǎng)絡(luò)實(shí)體P-CSCF檢測(cè)緊急會(huì)話。

●P-CSCF收到會(huì)話請(qǐng)求后，如果鑒別該會(huì)話為緊急會(huì)話，則檢查UE是否提供用于身份識(shí)別的Tel URI，如提供則核實(shí)Tel URI的有效性；如果不提供并且P-CSCF可獲知Tel URI與“緊急公共用戶標(biāo)識(shí)符”是相關(guān)聯(lián)的，則將緊急會(huì)話建立請(qǐng)求中的Tel URI提供給E-CSCF。

●當(dāng)緊急會(huì)話和非緊急會(huì)話同時(shí)存在時(shí)，P-CSCF優(yōu)先處理緊急會(huì)話。

●E-CSCF接收到P-CSCF發(fā)出的緊急會(huì)話請(qǐng)求后，可按以下規(guī)則操作：

——E-CSCF獲取需要的UE位置信息。

——根據(jù)緊急業(yè)務(wù)類型和UE的位置信息，可利用LRF確定相應(yīng)的路由方式。如果UE位置信息不可知，由E-CSCF確定默認(rèn)的PSAP路由目的地。

如果PSAP/應(yīng)急中心與IMS網(wǎng)絡(luò)有連接點(diǎn)，E-CSCF將緊急會(huì)話請(qǐng)求直接轉(zhuǎn)發(fā)至PSAP/應(yīng)急中心；如果PSAP/應(yīng)急中心在PSTN/ISDN或者CS域有連接點(diǎn)，E-CSCF利用Tel-URI將會(huì)話請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至出口網(wǎng)關(guān)控制功能（BGCF）或媒體網(wǎng)關(guān)控制功能（MGCF），從而實(shí)現(xiàn)在普通交換電話網(wǎng)（GSTN）的路由。

（2）未注冊(cè)情況下的IMS緊急會(huì)話建立

IMS未注冊(cè)情況下UE向P-CSCF發(fā)起緊急會(huì)話請(qǐng)求時(shí)，該請(qǐng)求中將包括“匿名用戶”和“緊急業(yè)務(wù)指示”。根據(jù)本地策略，P-CSCF可以拒絕該“匿名用戶”的緊急會(huì)話請(qǐng)求并發(fā)送相應(yīng)的錯(cuò)誤指示；如果P-CSCF接受了該“匿名用戶”的緊急會(huì)話請(qǐng)求，則P-CSCF不再考慮UE和P-CSCF之間是否是安全的連接，將該會(huì)話請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至適當(dāng)?shù)腅-CSCF。E-CSCF在路由匿名緊急會(huì)話消息時(shí)也遵守E-CSCF規(guī)則。

5、基于IMS技術(shù)的用戶定位

緊急通信中，用戶/終端的位置信息獲取具有重要意義。用戶/終端定位有助于緊急處理中心了解用戶位置，為快速反映和采取緊急措施提供幫助；有助于獲得用戶/終端的實(shí)時(shí)位置變化。同時(shí)，有助于確定緊急呼叫路由方式，避免線路堵塞，防止泄密。緊急會(huì)話用戶定位流程如圖4所示，圖中虛線部分為可能執(zhí)行步驟。

圖4　IMS緊急會(huì)話用戶定位流程

（1）用戶發(fā)起緊急呼叫。

（2）如可能，UE測(cè)定其自身所在位置或位置標(biāo)識(shí)符。如果UE不能獲得自身位置，在有能力的情況下可向IP-CAN請(qǐng)求其位置信息，如果IP-CAN支持該功能則向UE發(fā)送UE的位置信息以及位置標(biāo)識(shí)符。

（3）UE向IMS核心網(wǎng)發(fā)送帶有緊急會(huì)話指示的“INVITE”消息。該“INVITE”消息需包含當(dāng)前終端所有的位置相關(guān)信息，這些信息可以是地理位置信息或位置標(biāo)識(shí)符。“INVITE”消息中也可以包含定位解決方案和UE支持的定位方法等相關(guān)信息。如果UE不能提供任何位置信息，則IMS核心網(wǎng)可向LRF查詢UE的位置信息。

（4）如果在步驟（3）獲得的位置信息是真實(shí)的并且足以用來確定適當(dāng)?shù)腜SAP，則可跳至步驟（7）繼續(xù)進(jìn)行。如果出現(xiàn)定位信息不足、IMS核心網(wǎng)需要緊急路由信息、IMS核心網(wǎng)需要驗(yàn)證位置信息，或者IMS核心網(wǎng)需要將UE的位置標(biāo)識(shí)符映射到地理位置信息中，則IMS核心網(wǎng)向LRF發(fā)送定位請(qǐng)求。

（5）LRF可能已經(jīng)知道IMS核心網(wǎng)需要的位置信息，也有可能需要由LRF主動(dòng)發(fā)出UE定位請(qǐng)求，定位方法根據(jù)UE在IMS網(wǎng)絡(luò)中的接入技術(shù)不同而有所區(qū)別。同時(shí)，LRF可以調(diào)用RDF，并利用位置信息確定PSAP路由，LRF根據(jù)區(qū)域需求在一定時(shí)間和一定范圍內(nèi)存儲(chǔ)該位置信息。

（6）LRF向IMS核心網(wǎng)發(fā)送位置信息或路由信息。

（7）IMS核心網(wǎng)根據(jù)LRF提供的路由信息，選擇應(yīng)急中心/PSAP，發(fā)送包含位置信息和所有可能定位相關(guān)信息的緊急“INVITE”請(qǐng)求，“INVITE”信號(hào)可經(jīng)過MGCF/MGW轉(zhuǎn)發(fā)至PSAP/應(yīng)急中心；也可以直接將“INVITE”發(fā)送至PSAP/應(yīng)急中心。

（8）緊急呼叫建立完成。

（9）PSAP可向LRF發(fā)送定位請(qǐng)求，獲得目標(biāo)UE的初始位置信息或要求LRF對(duì)位置信息進(jìn)行更新。

（10）LRF利用步驟（5）中描述的方法獲取目標(biāo)UE的位置相關(guān)信息并獲得在步驟（5）中存儲(chǔ)的UE信息。

（11）LRF向應(yīng)急中心/PSAP返回初始位置信息或不斷更新的位置信息，LRF可以在步驟（9）中的定位請(qǐng)求前或請(qǐng)求后向應(yīng)急中心或PSAP發(fā)送初始位置信息。

（12）緊急呼叫被釋放。

（13）IMS核心網(wǎng)通知LRF緊急會(huì)話結(jié)束，LRF刪除存儲(chǔ)的相關(guān)位置信息記錄。

6、結(jié)束語

當(dāng)前，IMS技術(shù)越來越成熟，IMS標(biāo)準(zhǔn)工作也逐步完善，基于IMS技術(shù)的緊急通信已經(jīng)成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。由于基于IMS技術(shù)的緊急通信包含的內(nèi)容廣泛，涉及問題較多，基于IMS技術(shù)的緊急通信還有許多問題需要解決，IMS技術(shù)緊急通信研究任重道遠(yuǎn)。