CN1791267A - 一种基于sip协议的会话切换方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SIP在应用层实现会话切换的方法及实现该方法的系统。所述方法包括：1)移动终端在当前接入网与另一终端建立会话；2)所述移动终端向一切换应用服务器发起切换到下一接入网的请求；3)所述切换应用服务器将所述移动终端从所述当前接入网切换到下一接入网。本发明通过引入切换处理应用服务器逻辑实体，由于切换是作为一个业务在应用服务器上实现所以除了对终端有扩展要求外，对现有的网络没有任何影响。本发明通过应用服务器的控制，能够保证切换时延，同时通过对新的接入网络进行媒体重协商，可以在新的接入网络应用新的QoS机制。

Description

一种基于SIP协议的会话切换方法和系统

技术领域

本发明涉及一种移动通信中会话切换，尤其涉及一种基于SIP在应用层实现会话切换的方法和实现该方法的系统。

背景技术

无线通信系统中“切换”的概念指的是：在无线通信系统中，当移动用户终端在会话状态下从一个无线覆盖区漫游到另外一个无线覆盖区，原无线覆盖区的信号衰减到无法提供业务承载而新无线覆盖区信号强度足以支持该业务承载时，需要将会话切换到新的无线覆盖区，同时保持对正在进行的会话的控制、以及用户面媒体流(音频、视频、数据等)的连续性。

会话发起协议(SIP)已经在广泛应用于多媒体会话的建立。例如IP多媒体子系统(IMS)网络就是3GPP R5和R6以SIP架构为基础，采用3G/2G GPRS、WLAN等多种接入技术的业务网络。由于SIP协议天然支持终端的移动性，因此SIP会话的切换是SIP网络需要考虑的问题。

从无线接入技术的方面考虑，切换可以分为两类类型，一类切换是在同一种接入网内部切换，例如，用户在GPRS网络内部切换。这一类切换可以完全被接入网屏蔽，IMS网络应用层不需要考虑切换；还有一类切换是用户在不同接入技术的网络之间切换，例如用户从WLAN接入网络切换到GPRS网络，或者在同一种接入网络内部切换，但是用户的IP地址发生变化且对应用层可见，例如GPRS网络内部切换时，GPRS网关的支持节点(GGSN)发生改变。

一种实现上述切换的方法是通过Mobile IP技术实现，即在接入网络(GPRS，WLAN)和IMS网络之间通过Mobile IP网络，维持用户网络层IP地址不变。这种方法要求相关的网络路由节点具备Mobile IP功能，在IMS终端漫游到新的接入网络，在新的接入网络获取(IP)地址后，再通过新的网络控制节点(如外地代理：Foreign Agent，以下简称FA)向原来的接入网络的控制节点(如本地代理：Home Agent，以下简称HA)发起Mobile IP注册，使IP报文从HA隧道路由到FA。

通过Mobile IP实现切换具有以下缺点：

1.通过Mobile IP实现切换要求网络支持Mobile IP功能，但是Mobile IP的普及并不广泛，必须对现有的IP网络基础设施进行改造和协议升级；

2.由于IP网络层的注册、新路由的广播扩散时延远大于面向连接机制的蜂窝电话系统的切换时延指标，无法很好地支持实时会话业务流的不间断实时性要求。目前业界主流厂商及标准组织已提出了一些解决优化措施，但尚不成熟；

3.被切换的会话在新的接入网的业务质量(QoS)可能发生变化，原来网络协商的媒体流可能无法直接迁移到新的接入网络。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，进而提供一种基于SIP协议的会话切换方法。

根据本发明的一种基于SIP协议的会话切换方法，包括：1)移动终端在当前接入网与另一终端建立会话；2)所述移动终端向一切换应用服务器发起切换到下一接入网的请求；3)所述切换应用服务器将所述移动终端从所述当前接入网切换到下一接入网。

根据本发明，所述当前网络与所述下一网络可以是IMS网络或NGN网络，所述移动终端和所述另一终端支持多IP地址；所述移动终端是主叫方或被叫方。

本发明通过引入切换处理应用服务器逻辑实体，由于切换是作为一个业务在应用服务器上实现，所以除了对终端有扩展要求外，对现有的网络没有任何影响。本发明通过应用服务器的控制，其媒体流的切换是基于标准的媒体重协商流程或者是CS的切换流程，能够保证切换时延。同时通过对新的接入网络进行媒体重协商，可以在新的接入网络应用新的QoS机制。

附图简要说明

图1是用于本发明的支持基于SIP协议的会话切换的无线通信系统示意图；

图2是根据本发明一实施方案的基于SIP协议的会话切换方法在IMS网络中的应用示意图；

图3是根据本发明一实施方案的移动终端在IMS网络中请求切换的实现流程示意图；

图4是本发明的切换服务器在IMS网络中进行切换处理的程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的优选实施方案进行详细说明。

图1是用于本发明的支持基于SIP协议的会话切换的无线通信系统示意图。如图1所示，该系统包括移动终端(UE1)10，业务支持网络20，业务应用服务器30，切换应用服务器40和位置服务器50。

其中，移动终端UE1包括但不限于2G、3G各种SIP终端。除了常规的移动终端功能外，为实现本发明，移动终端UE1还包括以下部分：

切换触发条件检测单元111：它可通过不断检测接收无线信号的质量指标(例如信号强度)。当该指标低于预定的切换门限时，自动搜索是否存在与当前支持网络同种类型的无线网络覆盖区。如果不存在，继续搜索是否存在其他类型的无线网络覆盖区，然后选择新的无线接入网络。可以优先选择同种类型的接入网络，在无法找到同种类型网络的前提下，可根据预先配置的优先级顺序(一般根据接入费用从低到高设定)选择其他可以使用的接入网络。

切换请求单元112：如果移动终端UE1如前文所述，在新接入网络的IP地址发生变化，则在获取新的IP地址后(根据不同的接入网络类型，获取IP的地点不同，如GPRS网络在GGSN获得)，移动终端UE1的切换请求单元102从新接入网络向注册服务器注册其新的IP地址。然后切换请求单元102通过SIP扩展信令经过新接入网络发起切换请求。对于IMS系统来说，注册服务器就是具有呼叫状态控制功能的实体(S-CSCF)。

切换处理单元113：用于在会话切换过程中支持切换中信令面的特殊处理，如省去振铃过程(即省略SIP协议中的180临时应答消息)等。

业务支持网络20用来传输SIP信令，其为业务触发的网络系统。对于下一代网络(NGN)来说，业务支持网络20即为呼叫服务器(Call Server)。对于IMS系统来说，业务支持网络20是具有呼叫状态控制功能(CSCF)的系统。

业务应用服务器(AS)30是用于处理应用业务的逻辑实体。在本发明中，可以是除切换应用服务器之外的所有应用服务器，也可以是包含切换应用服务器功能的应用服务器。在NGN网络中，其可以被集成在业务支持网络中；在IMS网络中，其一般独立存在。需要说明，在本发明中，业务应用服务器是一个通称的概念，泛指除切换应用服务器之外的其他AS。

切换应用服务器(HO-AS)40是专门用来控制会话切换的应用服务器。其功能和具体操作将在下文中说明。该切换应用服务器40可以单独存在，也可以集成在业务支持网络20或者业务应用服务器30中。切换应用服务器是一种特殊的业务应用服务器。

位置服务器50是用于保存用户位置信息和签约信息的逻辑实体，对于IMS来说，指的是归属用户服务器(HSS)。位置服务器是SIP协议中的概念，在切换过程没有使用。但是在NGN和IMS中实现不同。这里列出的目的是给出网络实体的对应关系，以及系统结构的对照，便于对两种网络进行统一描述。

下面以IMS网络为例，结合图2-图4说明本发明的基于SIP协议的会话切换方法。

根据本发明的方法，运营商在用户签约时，为用户的一个终端分配两个私人用户(Private User)ID。这种方式类似于传统的双模终端。该私人用户ID可以采用NAI(Network Access Identifier：网络访问标识)格式(例如myprivate@abc.com)。这两个私人用户ID对应相同的公共用户(Public User)ID。在下文中将说明，在切换的时候，IMS网络中的用户终端轮流使用这两个私人用户ID进行注册。

如图2和图3所示，处于IMS接入网络1的服务区内的移动终端UE1首先使用第一个私人用户ID在IMS网络上注册，并通过第三方注册(协议术语，是指服务呼叫状态控制功能单元(S-CSCF)在用户注册时，同时将用户注册到应用服务器)而注册到切换应用服务器40上。此后，UE1以主叫方式和另一终端(图中未示出)建立会话(步骤101)。

需要说明，本发明是将切换作为一个业务配置在用户的业务触发过滤规则(该规则参见3GPP 23.218)中。如果移动终端UE1是归属域内的已签约应用层切换业务的用户时(即运营商根据用户的业务需求，已配置了用户的业务数据)，移动终端UE1所属的IMS归属网络的S-CSCF根据业务触发初始过滤规则(iFC)将会话触发到切换应用服务器40上处理(步骤102)。

对于主叫业务，上述触发过滤规则中设置最高优先级，对于被叫业务，则在上述触发过滤规则中置最低优先级。这种设置是考虑到主叫业务要保证切换应用服务器首先被触发，而被叫业务要保证切换应用服务器最后一个被触发，这样可以有效地控制切换而不影响用户的业务。切换应用服务器40可以通过S-CSCF对注册消息进行第三方注册，或者通过订阅S-CSCF注册事件获取用户私人ID和公共用户ID等注册信息。

在会话初始建立的时候，会话被触发到切换应用服务器40。切换应用服务器40通过背靠背用户代理(B2BUA)方式从信令上将上述会话分成两段Leg1和Leg2(步骤103)。其中Leg1位于移动终端UE1和切换应用服务器40之间，用于控制移动终端UE1的信令和/或媒体切换。Leg2位于切换应用服务器40和另一终端之间，用于控制和被叫网络会话终端的信令和/或媒体切换。

上述结合图3所描述的步骤101-103是UE1为主叫方建立会话过程的行为。对于UE1作为被叫方的情况，则是在102/103处理之后，UE1才处理会话建立。

正处于IMS会话中的移动终端UE1检测切换触发条件，即，移动终端UE1通过切换触发条件检测单元111不断检测所接收的无线信号的质量(步骤104)，并判断所述接收的无线信号的质量指标是否低于切换门限(步骤105)。如果判断的结果是质量指标低于切换门限，则移动终端UE1自动搜索是否存在同种类型的无线网络覆盖区(步骤106)。

如果存在同种类型的无线网络覆盖区，则选择该同种类型的无线网络。否则，移动终端UE1继续搜索是否存在其它类型的无线网络覆盖区(步骤107)，例如WLAN等，这些网络应当是移动终端所支持的并且允许接入的各种接入网络。如果存在，则选择该无线网络。

移动终端UE1在选择了新的无线接入网络后，从新的接入网络获取新的IP地址(步骤108)，同时保持与原接入网络的连接。

移动终端UE1依据新获取的IP地址，将其第二个私人用户ID通过新的无线接入网络向其IMS归属网络的注册服务器S-CSCF发起SIP注册(步骤109)。在S-CSCF处理UE1注册的同时，通过第三方注册或者注册事件通知(这两种方式是协议描述的应用服务器获取用户注册信息的两种方式，可参见3GPP23.228)到切换应用服务器40。接着，移动终端UE1通过扩展的SIP消息向切换应用服务器40发起切换请求(步骤110)。该扩展的SIP消息例如可以是在REFER等消息头域中增加相关参数的方式，或者新增一个SIP消息，消息中携带与切换相关的信息。这是非标准信息，只要遵从SIP协议扩展要求即可。切换应用服务器40根据该切换请求进行切换处理(步骤111)。

参考图4，切换应用服务器40接收到上述切换请求后(步骤201)，首先根据当前会话建立时所协商的在SIP协议中的媒体能力，在切换应用服务器40和移动终端UE1上通过新的接入网络建立会话腿Leg3(会话建立请求可以是UE1发起，也可以是切换服务器发起)，即通过移动终端UE1的新IP地址建立会话(步骤202)。该建立会话的过程与用原IP地址建立会话的过程是一样的。在通过新接入网建立会话腿Leg3时，不影响原来的会话腿Leg1。

在上述会话建立过程中，如果会话腿Leg3协商的媒体能力和会话腿Leg2相比发生变化，则在对会话腿Leg3进行媒体能力协商的同时，也对会话腿Leg2进行媒体能力重协商(步骤203)。媒体能力的协商和重协商的方法均采用公知的技术，本说明书中不再赘述。在会话腿Leg3和Leg2媒体能力达成一致后，切换应用服务器将会话腿Leg1的媒体连接转移到会话腿Leg3(步骤204)。同时将会话腿Leg1和会话腿Leg2的SIP信令关联转移到会话腿Leg3和会话腿Leg2的关联。然后释放会话腿Leg1(步骤205)。这样就建立了新的连接，并完成了切换过程。

在上述会话腿Leg3的建立过程中，要省略180振铃过程(即180临时应答消息)。这是因为切换过程是平滑进行的，终端用户不应当感觉到切换过程。

回到图3。在步骤120判断切换完毕后，原来的无线接入网(即IMS网络1)注销移动终端UE1的第一个私人用户ID(步骤130)。

在后续的切换中，移动终端UE1将按照与上述方法类似的步骤，轮流使用第二个私人用户ID和第一个私人用户ID，在后续的无线接入网络中进行注册和切换。

根据本发明的另一个实施方案，在媒体资源充足，即媒体资源处理器(MRFP)上媒体资源丰富，可以提供两个终端媒体连接的转换点的情况下，还可以参照3GPPS CS域的切换方法，实现媒体流的切换。

在该实施方案中，具体流程与前文所描述的实施方案的类似。不同点在于，切换应用服务器40在处理移动终端UE1与UE2建立的会话时，在如前一实施方案那样通过B2BUA方式从信令上将会话分成两段Leg1和Leg2的同时，可控制媒体资源控制器(MRFC)将MRFP的两个IP端点插入媒体流中，将媒体流分成与会话腿Leg1和Leg2分别对应的两段。其中与Leg1对应的媒体流为移动终端UE1到MRFP，与Leg2对应的媒体流为MRFP到与移动终端UE1会话的另一终端UE2。

另外，UE1在新的接入网获得IP地址，并注册到IMS归属网络后，在建立UE1和切换应用服务器40之间的会话腿Leg3时，不需要重协商会话腿Leg2的媒体能力。而是将原来的会话腿Leg1和MRFP之间的媒体连接替换为会话腿Leg3和MRPF之间的媒体连接。媒体流的切换方法通过修改MRFP上IP端点的拓扑关系，将会话腿Leg1对应的媒体流切换到会话腿Leg3对应的媒体流，如果二者媒体流的编码格式不一致，则切换后会导致会话腿Leg3的媒体能力和会话腿Leg2的媒体能力不一致。在这种情况下，MRFP需要将媒体流从一种编码格式转换成另外一种编码格式以进行媒体互通。本实施方案中，切换完成后的操作也与前一实施方案类似，不再赘述。

当然，本领域的普通技术人员应该认识到，在对会话腿Leg2进行媒体能力重协商的过程当中，既可以保持会话腿Leg2原有的媒体能力，也可以是改变会话腿Leg2的媒体能力，这可以根据需要而设定。

虽然以上对发明的说明是参照其具体的实施例来进行的，但本领域的普通技术人员应该意识到，在本发明的实质精神和范围内，各种改进、添加和替换都是可能的，并且都在本发明的权利要求所限定的保护范围内。

Claims (13)

1.一种基于SIP协议的会话切换方法，包括：

1)移动终端在当前接入网与另一终端建立会话；

2)所述移动终端向切换应用服务器发起切换到另一接入网的请求；

3)所述切换应用服务器根据所述请求，将所述移动终端从所述当前接入网切换到所述另一接入网。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1)包括：

1-1)所述移动终端在所述当前接入网对第一私人用户ID进行注册，并以第三方注册的方式将所述第一私人用户ID注册到所述切换应用服务器；

1-2)在所述移动终端与所述另一终端的所述会话建立时，所述当前网络利用服务呼叫状态控制功能，根据特定触发过滤规则将所述会话触发到所述切换应用服务器上；

1-3)所述切换应用服务器通过背靠背用户代理方式将所述会话分为所述移动终端与所述切换应用服务器之间的第一会话腿和所述切换应用服务器与所述另一终端之间的第二会话腿。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤1)还包括：

1-4)所述切换应用服务器控制一媒体资源功能控制器，将媒体资源功能处理器的两个IP端点插入到所述会话的媒体流中，将媒体流分成所述移动终端与所述媒体资源功能处理器之间的媒体流和所述媒体资源功能处理器与所述另一终端之间的媒体流。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述触发过滤规则为：在所述移动终端为主叫业务时，优先级最高，在所述移动终端为被叫业务时，优先级最低。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤3)进一步包括：

3-1)所述切换应用服务器接收切换请求；

3-2)在所述切换应用服务器和所述移动终端之间通过所述另一接入网建立第三会话腿；

3-3)在所述第三会话腿建立过程中，所述切换应用服务器与所述另一接入网进行媒体重协商，以实现到所述另一接入网络的切换；

3-4)所述当前接入网络注销所述移动终端的第一私人用户ID。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2)包括：

2-1)所述移动终端选择所述另一接入网；

2-2)所述移动终端在所述另一接入网获取新的IP地址；

2-3)所述移动终端根据所述获取的新的IP地址，在所述另一接入网对其第二私人用户ID进行注册，并以第三方注册方式将所述第二私人用户ID注册到所述切换应用服务器；

2-4)所述移动终端通过扩展的SIP消息向所述切换应用服务器发起切换请求。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤2-1)进一步包括：

2-1-1)所述移动终端检测所接收的无线信号的质量，并判断所述接收的无线信号的质量指标是否低于预定的切换门限；

2-1-2)当在所述步骤2-1-1)中判断的结果是低于所述预定的切换门限，则所述移动终端自动搜索是否存在同种类型的无线网络覆盖区，如果存在，则选择该同种类型的无线网络，否则，

2-1-3)所述移动终端搜索是否存在其它类型的无线网络覆盖区，如果存在，则选择该其它类型的无线网络。

8.一种支持基于SIP协议的会话切换的系统，其特征在于包括：

移动终端，包括：

切换触发条件检测单元，用于根据接收无线信号的质量，搜索并选择另外的接入网络，

切换请求单元，用于从所选择的另外的接入网络向注册服务器注册其新的IP地址，并通过SIP扩展信令从所述另外接入网络发起切换请求，

切换处理单元，用于在会话切换过程中支持切换中信令面的处理；

业务支持网络，用于传输所述移动终端的SIP扩展信令，其为业务触发的网络系统；

切换应用服务器，用于根据所述移动终端的切换请求，控制和处理所述移动终端的会话切换。

9.权利要求8所述的系统，其特征在于，对于NGN网络，所述业务支持网络为呼叫服务器，对于IMS系统，所述业务支持网络是具有呼叫状态控制功能的系统。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述切换应用服务器包括：

会话腿分段装置，用于以背靠背用户代理方式从信令上将所述会话分成位于所述移动终端和所述切换应用服务器之间的会话腿和位于所述切换应用服务器和所述另一终端之间的会话腿；

会话腿切换装置，用于通过所述移动终端的新的接入网，建立所述移动终端和所述切换应用服务器之间的新的会话腿。

11.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述切换应用服务器进一步包括媒体能力协商装置，用于对所述移动终端与切换应用服务器之间的新的会话腿进行媒体能力协商，和在所述切换应用服务器与所述另一终端之间的会话腿进行媒体能力重协商。

12.根据权利要求8至11任一项所述的系统，其特征在于，进一步包括媒体资源控制器，用于将媒体资源处理器的两个IP端点插入媒体流中，将媒体流分成位于所述移动终端和所述切换应用服务器之间的媒体流段和位于所述切换应用服务器和与所述移动终端会话的另一终端之间的媒体流段。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，进一步包括业务应用服务器，对于NGN网络，其被集成在所述业务支持网络中；对于IMS网络，其独立存在或与所述切换应用服务器集成为一体。

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