王立静，汪 中，孙晨华，杨 超

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄050081;2.中国人民解放军63680部队，江苏江阴214431)

0 引言

TDMA卫星通信系统采用时分多址方式，能够有效利用频谱带宽资源、对系统进行灵活配置［1］。与此同时，随着 IP宽带网络的飞速发展，利用TDMA卫星通信系统更好地承载IP业务也将成为其系统发展的必然趋势。

IMS是由3GPP标准组织在R5版本提出，采用SIP协议对会话进行控制，用于提供各种实时多媒体服务［2］。IMS一经提出，便因其开放式结构平台、与接入的无关性和基于策略的资源分配机制深受各界青睐，而通过IMS实现网络融合也已成为业界的共识。地面网中，IMS在各不同网络的融合方面取得了巨大成果［3］。

将IMS应用于TDMA卫星系统，用以解决卫星网用户与地面网用户之间的互通问题，实现地面网与卫星网统一的会话管理、业务控制和资源分配。通过统一的会话管理、业务控制和资源分配，实现多种接入方式，保证地面网用户与卫星网进行通信时的服务质量，提高网络利用率。用户通信时，如何进行合理的资源协商，保证用户的服务器质量是首要考虑的问题。

1 TDMA卫星系统与IMS融合的体系架构

通过对IMS与TDMA卫星通信系统的分析研究，提出的融合体系架构如图1所示。

图1 TDMA卫星系统与IMS融合架构

全网只在中心站部署1个IMS核心服务器。所有控制信令和资源请求信息都经由中心站处理、分发至各个远端站和终端。

假设共有3个站:1个中心站和2个远端站。中心站部署IMS核心服务器和卫星终端，2个远端站分别部署卫星终端、接入网关并安装IMS终端。每个IMS终端下面都有多种媒体用户，如音频、视频和数据等用户。

IMS核心服务器主要有2个模块:HSS(归属用户服务器)和CSCF(会话控制功能)。HSS中主要存储用户身份信息、注册信息、接入参数、服务触发和漫游信息等。CSCF主要负责信令控制、会话管理、对用户媒体会话进行处理以及资源分配策略等。中心站的卫星终端主要对接收的数据包进行识别，如果是控制信令，则将信息转发至IMS核心服务器，如果是媒体信息或数据信息，则根据信息中携带的消息将数据包转发至下一跳路由。同时，终端中还有一个帧计划分配单元，用来管理卫星资源并对卫星信道资源进行分配。远端站卫星终端与中心站卫星终端的功能基本相同。但是远端站的卫星终端用一个帧计划申请单元代替了中心站卫星终端的帧计划分配单元。帧计划申请单元用来向中心站的卫星终端进行资源申请。

2 融合体系的半实物仿真

2.1 TDMA卫星系统仿真模型

OPNET能提供图形化的编辑界面，便于用户使用。它的无线建模器还可用于建立分组无线网和卫星通信网的模型［4］。OPNET采用离散事件驱动的模拟机理，基于包的通信机制。通过仿真包在仿真模型中的传递来模拟实际物理网络中的数据包流动和节点内部的处理过程［5］。

利用OPNET从网络模型、节点模型和进程模型3个层次对TDMA卫星模型进行仿真，仿真模型如图2所示。在此卫星模型中，共搭建3个站，1个中心站和2个小站。每个站分别部署1个卫星终端，其中中心站的卫星终端还执行卫星网管的功能。

图2 TDMA卫星通信系统仿真模型

2.2 IMS核心功能实现

Linux是一个优秀的操作系统，它支持多用户、多进程和多线程，具有实时性好的特点，功能稳定而强大［6］。由于具有良好的兼容性和可移植性，广泛应用于多个系统平台上。

利用Open IMS Core在Linux嵌入式系统中实现IMS的核心功能，并对其CSCF功能进行修改，以满足融合体系的会话管理和资源分配需求。

在3台电脑上安装Linux操作系统，1台部署IMS核心服务器，其余2台安装IMS终端，部署结构图如图3所示。

图3 Linux下IMS核心功能实现

设置IMS核心服务器的IP地址192.168.1.3，IMS终端的 IP地址分别为192.168.1.10和192.168.1.20。

2.3 半实物仿真

TDMA卫星仿真模型与IMS核心服务器以及IMS终端通过SITL模块连接。IMS核心服务器通过SITL模块与中心站的卫星终端连接，IMS终端通过SITL模块与远端站的卫星终端连接。半实物仿真结构图如图4所示。

图4 半实物仿真结构

2.4 融合体系的资源分配机制

TDMA卫星通信系统中的资源协商以及QoS保障是由卫星网管执行的。IMS的资源协商以及QoS保障是由核心服务器中的策略决策功能(PDF)实现。

融合体系的资源分配机制采用IMS核心服务器为主、卫星网管为辅的分配机制，即IMS核心服务器中的PDF进行资源分配策略决策，卫星网管根据策略决策检查可用卫星资源并执行决策。PDF做出策略决策时同时分配给用户一个QoS优先级，当所有的资源分配的决策是由IMS核心服务器决定的，并与卫星网管进行信息协商，查看是否有相应的卫星资源可供用户使用，同时检查用户的优先级，如果优先级为高，通过降低优先级的QoS来保障高优先级用户的QoS。

当主叫用户端的卫星终端接收到来自用户的通信请求后，检查“Route”标题字段的内容，“Route”标题字段包含了核心网入口的IP地址。卫星终端将请求信息转发至“Route”标题字段中给出的IP地址(IMS核心服务器所在地址)。IMS核心服务器收到请求信息后，对信息进行解析。首先检验用户是否是合法用户，如果不是，则拒绝请求;如果是则检查SDP参数是否按照本地策略进行设置。如果没有，则IMS核心服务器对SDP参数进行校正。校验完成后，核心服务器的策略决策功能(PDF)根据SDP参数为用户分配相应的带宽、时延和优先级等。并将策略决策结果告诉中心站的网关中心，网关中心根据策略决策结果检查卫星资源，并将分配结果告诉卫星终端。主叫方的卫星终端将资源协商结果告知主叫用户(此消息中携带了为用户预留的带宽、QoS等级和媒体流所需的编解码方式等)。其结果如图5所示。

图5 融合体系的资源协商

主叫用户收到卫星终端发来的资源协商结果后，知道网络已经做好建链的准备。于是发送建链请求至被叫用户的卫星终端，被叫方卫星终端收到请求后，发送建链命令给被叫用户。至此，链路建立完成。用户开始进行会话。

3 测试结果

远端站A与远端站B的2个用户进行会话，结果如图6所示。

图6 用户会话过程

会话过程中的资源分配结果如图7所示。

图7 资源分配

通过对测试结果分析可知，TDMA卫星通信系统与IMS融合体系的架构是可行的，提出的资源分配机制基本满足用户需求，通信过程也比较合理与稳定。

4 结束语

TDMA卫星通信系统与融合体系提供了一个统一的控制中心，所有控制信令和业务信令，都经由中心站的IMS核心服务器进行统一的控制和管理。实现了用户注册、认证、鉴权、会话和资源分配的统一管理，合理利用资源，保证用户的通信质量。

［1］ 丹尼斯·罗迪著.卫星通信(第3版).张更新，刘爱军，张杭，等译.［M］.北京:人民邮电出版社，2002.

［2］ 3GPP TS23.228 v6.16.0 IP Multimedia Subsystem(IMS)［S］.

［3］ 3GPP TS24.228 v5.15.0:Signaling flows for the IP multimedia callcontrolbased on Session Initiation Protocol(SIP) and Session Description Protocol(SDP)［S］.

［4］ 伍俊洪.网络仿真和OPNET仿真技术［J］.计算机工程，2004，30(5):106-108.

［5］ 张金文，王文博.OPNET Modeler与网络仿真［M］.北京:人民邮电出版社，2003.

［6］ 唐永波，喻建文，邱绪莲.基于linux嵌入式系统的研究［J］.计算机与数字工程，2005，33(10):98-102.