會話起始協議SIP是3G的IP多媒體子系統中提供多媒體業務的核心技術。文章首先介紹了SIP的基本工作原理，然后對3GPPUMTSR5定義的IMS進行了簡要描述，最后詳細闡述了SIP在IMS提供服務的過程及對漫游用戶的處理。
會話起始協議(sessioniniTIationprotocol)是由IETF定義的一個基于IP網絡中實現實時通信應用的一種信令控制協議。 3GPP定義了IP多媒體子系統(IPMultimedia Subsystem：IMS)的網絡架構，并基于SIP來承載各種多媒體業務(VoIP，流媒體，網絡游戲等)。
一、SIP協議簡介
會話起始協議SIP(SessionInitiationProtocol)被描述用來生成，修改和終結一個或多個參與者之間的會話，是由IETF于 1999年提出的一個基于IP網絡中實現實時通信應用的一種信令控制協議。它打破了傳統電信業務的傳輸模式，采用基于因特網的準則，將蜂窩系統與因特網應用融合在一起提供基于IP的多媒體業務，具有開放性，可擴展性，安全性的特點。3GPP已將SIP作為第三代移動通信系統多媒體域的控制協議。
經常出現這種情況，一個用戶在多個位置之間移動，如一個公司職員，可能處在公司，家里或是咖啡廳等位置。為了給用戶提供方便的移動性，SIP使用統一資源定位符URI(UniformResourceIdentifier)來表示用戶。通常由一個域名加上用戶名組成，例如SIP：John@ eastcom.com，類似于電子郵件地址。SIP URI只是用來唯一標示用戶的邏輯標記符，用戶注冊時它將與用戶的IP地址綁定并記錄到定位服務器。
在SIP中，系統采用了因特網常用的客戶機/服務器結構，由用戶代理和服務器兩大部分組成。其中用戶代理又分為用戶代理客戶(UAC： UserAgentClient)和用戶代理服務器(UAS：UserAgent Server)兩種。UAC用來發起會話請求，UAS用來接受并響應會話請求。這兩者只是邏輯上的功能，實際上網絡終端應同時具備這兩種功能，既能發起會話，又能接受、相應會話。服務器分為代理服務器(Proxy Server)、重定向服務器(Redirected Server)和注冊服務器(Registrar)。
圖1 SIP的網絡體系結構
圖1描述了SIP的基本網絡體系結構。用戶接入網絡后首先要向注冊服務器注冊，注冊信息寫入定位服務器中(定向服務器不屬于SIP網元，只是一個數據庫)。當用戶代理客戶UAC要發起呼叫時，它一般將呼叫請求消息發送給本域的出向代理服務器。媒體描述信息以SDP (SessionDescriptionProtocol)的形式在SIP消息體中被封裝并發送出去。代理服務器檢查被叫地址，將請求轉發(可能經過多個中間代理服務器的轉發)，直至到達被叫域的代理服務器。被叫域的代理服務器通過查詢定位服務器確定被叫的確切位置，然后將請求轉發給被叫用戶代理服務器 UAS。被叫UAS收到請求后，生成響應消息。響應消息將按照請求消息經過的路徑，原路返回到主叫UAC。主叫UAC根據響應消息的內容選擇是建立呼叫、重新發起呼叫或取消該呼叫。如果被叫沒有在歸屬地，主叫將通過重定位服務器重新定位被叫的位置，然后發起請求。
SIP有兩種類型的消息：
(1)請求：從客戶機發到服務器的消息。SIP核心規范定義了6種SIP請求：
INVITE—邀請用戶加入呼叫。
BYE—終止兩個用戶之間的呼叫。
OPTIONS—請求關于服務器能力的信息。
ACK—確認客戶機已經收到對INVITE的最終響應。
REGISTER—提供地址解析的映射，讓服務器知道其他用戶的位置。
INFO—用于會話中信令。
(2)應答：從服務器發到客戶機的消息，當服務器收到請求時，它就發出一個或多個應答。每個應答都有一個代表事務狀態的狀態碼(100-699的整數)。下面是常用的幾種應答及它們的狀態碼：
trying(100)—正在嘗試
ringing(180)—正在振鈴
sessionprogress(183)—會話進行
OK(200)—好
二、3GPP R5中IMS的基本結構
根據3GPP的定義，3G網絡被劃分為3個域：電路交換域、分組交換域、IP多媒體域(如圖2)。
圖2 3GPP R5基本結構
電路交換域與現有的2G網絡類似，采用電路交換技術提供話音業務。分組交換域是2.5G網絡中引入的，主要網元設備有SGSN (ServiceGPRSSwitchNode)和GGSN(Gateway GPRS Switch Node)。它們負責向終端提供IP連接，用戶通過該域進入因特網，用戶可以由此發送郵件，瀏覽網頁。它并沒有在IP之上定義任何特殊的體系結構，它主要是一種接入技術。IP多媒體域(即IMS，IP MulTImedia Subsystem)是3GPP制定的UMTS R5版本中引入的，采用SIP作為主要的信令協議，使得移動運營商可以為用戶提供端到端的全IP的多媒體業務。
IMS由呼叫狀態控制功能CSCF(CallSessionControlFunction)、媒體網關控制功能MGCF(Media Gateway Control Function)、媒體網關MGW(Media Gateway)、歸屬地用戶服務器H
SS(Home Subscriber Server)等功能實體組成。CSCF的種類包括P-CSCF(Proxy-CACF，代理CSCF)、I-CSCF(Interrogating CSCF，查詢CSCF)和S-CSCF(Serving CSCF，服務CSCF)，本質上它們都是SIP服務器，處理SIP信令。
●P-CSCF是UE聯系IMS的第一步，是UE在被訪問域(漫游時)首先要訪問的點，進出的SIP消息都要通過P-CSCF。P-CSCF相當于SIP協議定義的邊界代理服務器。
●I-CSCF的功能是提供到歸屬網絡的入口，將歸屬網絡的拓撲圖對其它網絡隱藏起來，并通過HSS為特定用戶找出相應的S-CSCF。它是用戶終端漫游或者外來任務進入本地服務提供商網絡中的聯系點。當I-CSCF接到一個請求時，它將把請求路由到相應的S-CSCF。
●S-CSCF給用戶提供服務。當終端注冊時，它同本地域的S-CSCF聯系，本地S-CSCF向用戶提供用戶預定的服務。這樣的好處是用戶即使漫游到不支持某項業務的網絡也能像在本地一樣得到需要的服務。
HSS(HomeSubscriberServer)相當于2G網絡中的HLR，存儲了與一個單獨用戶相關的S-CSCF和相應的用戶簡介。因此它知道用戶現在的位置和用戶指定的服務。CSCF可以向HSS詢問以獲得這些信息。HSS和CSCF之間交互用的是Cx接口，它不是IETF制定的，當也是基于 IP的。
三、用戶SIP注冊
用戶在發起一次會話之前必須先完成SIP服務注冊。UE(UserEquipment)將告訴HSS它現在的位置，HSS更新相應用戶的信息;注冊前要進行驗證，HSS根據用戶信息和操作限制檢查該用戶是否可以注冊;在服務注冊中，本地域還要為UE選擇一個S-CSCF，并把用戶信息發往S-CSCF。這個過程是在應用層完成的，所以注冊前要建立信令鏈路。因此，首先要建立UE到SGSN和SGSN到GGSN的鏈路。這條鏈路建立以后，用戶就可以注冊了。
如圖3，描述了一個用戶在3G網絡中注冊的全部過程。注冊之后，系統會給用戶分配一個S-CSCF，由這個S-CSCF來負責向用戶提供服務。首先，用戶從UE發送一個注冊請求給所在地P-CSCF。P-CSCF是UE和網絡之間的聯系點。P-CSCF向用戶歸屬地I-CSCF轉發該注冊請求。歸屬地I- CSCF向HSS咨詢，I-CSCF根據從HSS得來的有關該用戶的信息給用戶選擇一個S-CSCF。因此，原來的注冊請求就可以交由這個S-CSCF處理。一旦收到請求，S-CSCF就從HSS下載用戶的信息，該信息告訴S-CSCF用戶預定了哪些服務。最終，它發出一個約定的應答信號。
圖3 用戶注冊的信令流
四、在漫游用戶間的會話
一旦UE注冊到一個S-CSCF，語音和多媒體呼叫就可以建立了。兩用戶之間建立鏈路的過程實際上就是穿越各個CSCF的過程。總的來說是按照“主叫用戶 ◇主叫所在地P-CSCF◇主叫歸屬地S-CSCF◇被叫歸屬地S-CSCF ◇被叫所在地P-CSCF ◇被叫用戶”的路線。
用戶訪問地的SIPCSCF服務器是不會處理用戶業務的，它只起到了接入網絡、轉發信息的作用，給用戶提供業務服務以及用戶接入其他網絡(例如PSTN)都要依靠歸屬地的S-CSCF。用戶進入網絡時首先到訪問地的P-CSCF登記，告訴P-CSCF自己的歸屬地在哪里，就猶如外地人口到來先到訪問地公安局登記領取暫住證，并登記自己是誰，戶口所在地等信息。接著通過訪問地P-CSCF告訴歸屬地的S-CSCF自己的位置并更新HSS中的位置信息。當用戶發出會話請求時，訪問地P-CSCF將請求發往用戶歸屬地交由S-CSCF處理，同樣的，當有發往用戶的會話請求時，請求先到達歸屬地，歸屬地找到用戶的位置后再通過用戶訪問地P-CSCF與用戶取得聯系，建立鏈路。
如圖4所示是最普通的兩個漫游用戶的會話建立過程。一個完整的IMS呼叫分為會話邀請、資源預留、會話提供、會話連接、會話終止五個階段。
圖4 兩個漫游用戶會話的SIP信令交換
呼叫的過程如下：
(1)會話邀請
A向P-CSCF發送一個INVITE請求消息。該消息中有B和A的SIPURI。P-CSCF注意到A不屬于本地用戶并向A的歸屬地轉發該INVITE 消息并返回100trying臨時應答A(表示已經發送A的請求，正在嘗試建立鏈路，A需要等待)。A的本地域I-CSCF向HSS查詢，并向A注冊時分配的S-CSCF轉發INVITE并返回100trying給外地P-CSCF。S-CSCF收到請求后將INVITE轉發給被叫B的本地域并返回 100trying給I-CSCF。同樣，B歸屬地的I-CSCF
接到請求后向HSS查詢并將請求轉發到B的歸屬地S-CSCF，該S-CSCF發現B正處在外地網絡中，于是將INVITE轉發到B目前所在地的P-CSCF，接著P-CSCF將請求最后傳給B。
(2)資源預留
B接受了這個會話請求，但此時他不回鈴通知A，他返回183sessionprocess應答表示他接受該會話，同時要求A對此表示確定，這個應答通過各個CSCF傳給A。同時B激活一個GPRSPDP上下文，它被用來通過IMS的IP接入點來建立語音通道。
A收到183應答后，同樣激活一個PDP上下文并通過CSCF建立的通道發送一個COMET消息給B，該消息含有A的語音通道的地址細節，并起確認作用。
(3)會話提供和會話連接
當接到COMET，B知道傳送語音的IP通道和服務質量參數已經被雙方預留，并且知道了語音通道的地址，因此B返回200OK確認消息。該消息包含了B的語音通道的地址細節。
A接到確認后，給B一個180振鈴信息，B聽到振鈴即給A一個200OK消息，最后A給B發送ACK確認信息，到此通信鏈路建立完成，接下來A和B可以進行通話了。
(4)會話終止
為了終止會話，A發送一個BYE消息給B。同時A撤銷他的PDP上下文。
B接到BYE消息后，它會撤消自己的PDP上下文，并返回一個200OK應答給A是房改呼叫使用的所有CSCF。
五、結束語
SIP協議是一個簡單、靈活的協議，具有很強的包容性，在保持其核心協議簡捷的基礎上建立了強大的擴充機制，所以利用SIP技術可以很容易的實現大量應用。我們可以毫無疑問，基于SIP的3GIMS將會給廣大用戶帶來更快捷、更豐富、更靈活的通信體驗。