摘要 研究了IMS架构下的紧急通信技术，介绍了IMS紧急通信体系框架和功能实体，并对IMS紧急通信业务流程、IMS紧急会话的建立和基于IMS技术的用户定位进行了深入研究。
1、引言
当前，电信技术不断发展，民众对通信基础设施的服务能力要求也越来越高，突发事件中的紧急通信成为国家和民众共同关注的问题。IP多媒体子系统（IMS）作为下一代网络的核心技术，为未来的多媒体应用提供了一个通用的业务平台，IMS将在紧急通信系统中发挥重要的作用，基于IMS的紧急通信技术成为研究人员的一个关注热点。
本文依据TISPAN和3GPP技术标准，对基于IMS技术的紧急通信技术进行研究，重点介绍了IMS紧急通信业务流程、IMS紧急会话的建立和基于IMS技术的用户定位。
2、IMS紧急通信体系架构和功能实体
IMS支持紧急通信的体系架构由TISPAN和3GPP提出（见图1），为了支持紧急通信，IMS紧急通信架构中引入了紧急呼叫会话控制功能，Emergency CSCF（E-CSCF）。
图1 IMS紧急通信体系架构
在IMS紧急通信体系架构中的P-CSCF和E-CSCF应位于相同的网络中，当UE处于漫游状态时，该网络为UE所访问的网络。部分地区（如北美）可能支持位置重获功能实体（LRF），LRF可包含路由判断功能（RDF）组件和位置服务器（如GMLC）组件。
IMS紧急通信体系架构中，涉及到UE，Proxy-CSCF，Emergency-CSCF，LRF等功能实体。
2.1 UE
除UE正常的能力外（参考3GPP TS 22.101），紧急通信中UE还应具备以下能力：
（1）UE可识别紧急会话建立请求；进行紧急会话注册时，UE可以在紧急注册请求中加入紧急公共用户标识符（Emergency Public User Identifier）；UE有能力在会话请求中加入紧急业务标识（Emergency Service Indication）；“匿名用户”情况下在紧急会话建立请求中携带设备标识符。
（2）UE在已完成IMS注册但没有进行紧急会话注册的情况下，如果UE处于归属网络可直接进行IMS紧急会话建立，如不是处于归属网络，UE需先进行IMS紧急注册才能建立紧急会话。
（3）如果网络条件允许，首先尝试在CS域进行紧急呼叫；UE可处理带有“Emergency”类型的380应答消息（可选业务）；UE可处理带有“IMS Emergency Registration Required”标识的响应消息。
在UE发起紧急会话请求过程中，会话请求中可附带以下字段：紧急会话指示（Emergency Session Indication）、紧急公共用户标识符或任意一个注册的公共用户标识符、紧急业务类型（可选），在有能力的情况下提供UE的位置信息和与紧急公共用户标识符相关联的Tel URI。
2.2 Proxy-CSCF
除P-CSCF的正常功能外，在紧急通信中P-CSCF还能够实现如下操作：处理带有“紧急公共用户标识符”的注册请求，并在用户归属网络将该请求转发到IBCF或I-CSCF中；检测紧急会话建立请求，决定允许或拒绝紧急会话请求；判断“匿名”紧急会话请求是否接受；防止在非紧急会话中带有“紧急公共用户标识符”；查询IP-CAN，获得位置标识符；在网络中选择合适的E-CSCF处理紧急会话请求；如果UE提供了呼叫方的TelURI，则P-CSCF检查TelURI的有效性，同时，如果知道TelURI与紧急公共用户标识符相关联，则P-CSCF在会话建立请求过程中提供TelURI；UE进行紧急会话建立尝试时，P-CSCF可利用带有“IMS Emergency Registration Required”标识的消息进行响应。
2.3 Emergency-CSCF
E-CSCF主要功能如下：从P-CSCF接收紧急会话建立请求；如果在紧急会话请求中没有包含位置信息或需要附加的位置信息，可利用基于IMS的用户定位技术获取位置信息；如果UE设备提供了位置信息，在需要的情况下，E-CSCF可请求LRF对位置信息进行验证。同时，可以确定或查询LRF，保证正确的路由信息或PSAP目标地址；将紧急会话建立请求路由至正确的目的地；在国家需要的情况下，E-CSCF可将P-asserted ID或UE ID内容发送至LRF；基于本地策略，E-CSCF可将紧急IMS呼叫路由至ECS进行进一步呼叫处理。
2.4 LRF
位置获取功能实体（LRF-Location Retrieval Function）可获得发起IMS紧急呼叫的UE位置信息，LRF可包括路由判断功能组件（RDF-Routing Determination Function）和位置服务器组件（如GMLC等）。RDF为E-CSCF提供紧急呼叫路由信息，RDF与位置功能实体（如GMLC）相互作用处理ESQK（Emergency Service Query Key）的分配和管理。PSAP利用ESQK对LRF进行查询，获取定位信息和回叫号码。
为了给E-CSCF提供正确的PSAP地址，LRF可能需要UE的位置变化信息。LRF发给E-CSCF的消息中（如ESQK）应包含识别LRF和LRF紧急会话记录的相关信息，该信息在会话建立阶段通过SIP INVITE或MGCF发出的SS7 ISUP信令消息发送给PSAP，PSAP可用这个消息向LRF请求UE的初始估计位置或对位置信息进行更新。
3、IMS紧急通信业务流程
3.1 终端设备检测紧急呼叫业务流程
（1）UE能够检测紧急会话的情况
在UE能够检测紧急会话请求的情况下，紧急通信业务流程如图2所示。
图2 终端设备检测紧急呼叫业务流程
●UE检测紧急会话请求。
●UE性能和资源确认。如果其它正在进行的会话占用了资源导致UE无法建立紧急呼叫，则UE将中止正在进行的普通会话，释放相应的承载资源。
●承载注册。如果需要UE进行承载注册，则UE向IP-CAN进行注册；如果UE已完成注册，则不必再次注册。根据IP-CAN的功能，UE可能会在该阶段被分配一个IP地址。
●承载资源请求。如果需要，IP-CAN应该为相关的IMS信令传输保留承载资源，UE应标识紧急会话业务“指示”。如果IP-CAN在第3步没有给UE分配IP地址，则IP-CAN在承载资源请求过程中为UE分配IP地址。
●UE在归属网络中查询适合该紧急会话的P-CSCF。
●IMS紧急会话注册。
UE利用IP-CAN分配的IP地址向P-CSCF发起IMS紧急会话注册。IMS紧急注册请求中包含紧急公共用户标识符，该标识符中包含相关联的Tel URI可以实现PSTN对用户的反向呼叫。紧急注册请求过程中用户归属网络将取消漫游限制。
●建立紧急会话。如果进行了IMS紧急会话注册，则按照带有紧急会话“指示”及紧急公共用户标识符的会话建立流程，由UE发起IMS紧急会话。
（2）UE不能识别紧急会话的情况
如果UE不能识别紧急会话，则紧急会话请求通过普通会话建立流程发送到当前访问网络的P-CSCF。在发送会话建立请求前，UE必须已经完成IMS注册。
P-CSCF检测到该紧急会话建立请求后，可以根据本地策略来确定处理方法，处理方式分两种情况，一种是P-CSCF拒绝该呼叫请求并在应答消息中标识出该请求为紧急呼叫，UE收到该应答消息后将尝试发起CS域紧急呼叫或重新发起正式的紧急会话请求；另外，如果UE处于非漫游状态，P-CSCF也可接受该紧急会话请求并在会话请求中插入紧急“标识”发送至E-CSCF。
3.2 利用LRF/RDF建立紧急会话流程
除利用终端设备检查紧急会话外，还可以利用LRF/RDF建立紧急会话，图3描述了利用LRF/RDF获取位置和路由信息建立紧急会话的流程。
图3 利用LRF/DRF建立紧急会话流程
（1）UE发送一个包含紧急URI信息的SIP INVITE消息，发起紧急会话请求。
（2）如果需要，IMS网络可以访问LRF查找UE位置信息。
（3）如需要，LRF可调用RDF来确定合适的目标PSAP，LRF向IMS网络返回必要的位置或路由信息。
（4）IMS网络利用LRF返回的路由信息，将紧急会话请求路由至适当的PSAP。
4、IMS紧急会话建立方式
在第3.1部分介绍的紧急通信业务流程中，IMS紧急会话建立是其中的关键步骤，下面对IMS紧急会话建立进行详细介绍，其中包括正常服务情况和未注册情况下的IMS紧急会话建立。
（1）正常服务情况下的IMS紧急会话建立
紧急会话既可以由CS域发起，也可以由PS域发起，具体规则如下：当UE与网络的连接处于CS域时发起CS域紧急呼叫；当UE只连接在PS域并且支持IMS紧急业务时，则发起PS域紧急呼叫；如果UE与CS域和PS域同时连接，则按照网络默认规定发起紧急呼叫，无明确规定情况下以CS域为优先选择域。
如果UE能够识别用户发起的是紧急会话请求，则将在紧急会话建立请求中加入紧急业务“指示”。如果UE没有权限鉴别IMS网络，则UE不发起IMS注册并直接与P-CSCF建立紧急会话，P-CSCF的处理方式参考本节（2）介绍的“未注册情况下的IMS紧急会话建立”。
P-CSCF接收到紧急会话请求后，结合紧急会话的特点按以下规则操作：
●由IMS网络实体P-CSCF检测紧急会话。
●P-CSCF收到会话请求后，如果鉴别该会话为紧急会话，则检查UE是否提供用于身份识别的Tel URI，如提供则核实Tel URI的有效性；如果不提供并且P-CSCF可获知Tel URI与“紧急公共用户标识符”是相关联的，则将紧急会话建立请求中的Tel URI提供给E-CSCF。
●当紧急会话和非紧急会话同时存在时，P-CSCF优先处理紧急会话。
●E-CSCF接收到P-CSCF发出的紧急会话请求后，可按以下规则操作：
——E-CSCF获取需要的UE位置信息。
——根据紧急业务类型和UE的位置信息，可利用LRF确定相应的路由方式。如果UE位置信息不可知，由E-CSCF确定默认的PSAP路由目的地。
如果PSAP/应急中心与IMS网络有连接点，E-CSCF将紧急会话请求直接转发至PSAP/应急中心；如果PSAP/应急中心在PSTN/ISDN或者CS域有连接点，E-CSCF利用Tel-URI将会话请求转发至出口网关控制功能（BGCF）或媒体网关控制功能（MGCF），从而实现在普通交换电话网（GSTN）的路由。
（2）未注册情况下的IMS紧急会话建立
IMS未注册情况下UE向P-CSCF发起紧急会话请求时，该请求中将包括“匿名用户”和“紧急业务指示”。根据本地策略，P-CSCF可以拒绝该“匿名用户”的紧急会话请求并发送相应的错误指示；如果P-CSCF接受了该“匿名用户”的紧急会话请求，则P-CSCF不再考虑UE和P-CSCF之间是否是安全的连接，将该会话请求转发至适当的E-CSCF。E-CSCF在路由匿名紧急会话消息时也遵守E-CSCF规则。
5、基于IMS技术的用户定位
紧急通信中，用户/终端的位置信息获取具有重要意义。用户/终端定位有助于紧急处理中心了解用户位置，为快速反映和采取紧急措施提供帮助；有助于获得用户/终端的实时位置变化。同时，有助于确定紧急呼叫路由方式，避免线路堵塞，防止泄密。紧急会话用户定位流程如图4所示，图中虚线部分为可能执行步骤。
图4 IMS紧急会话用户定位流程
（1）用户发起紧急呼叫。
（2）如可能，UE测定其自身所在位置或位置标识符。如果UE不能获得自身位置，在有能力的情况下可向IP-CAN请求其位置信息，如果IP-CAN支持该功能则向UE发送UE的位置信息以及位置标识符。
（3）UE向IMS核心网发送带有紧急会话指示的“INVITE”消息。该“INVITE”消息需包含当前终端所有的位置相关信息，这些信息可以是地理位置信息或位置标识符。“INVITE”消息中也可以包含定位解决方案和UE支持的定位方法等相关信息。如果UE不能提供任何位置信息，则IMS核心网可向LRF查询UE的位置信息。
（4）如果在步骤（3）获得的位置信息是真实的并且足以用来确定适当的PSAP，则可跳至步骤（7）继续进行。如果出现定位信息不足、IMS核心网需要紧急路由信息、IMS核心网需要验证位置信息，或者IMS核心网需要将UE的位置标识符映射到地理位置信息中，则IMS核心网向LRF发送定位请求。
（5）LRF可能已经知道IMS核心网需要的位置信息，也有可能需要由LRF主动发出UE定位请求，定位方法根据UE在IMS网络中的接入技术不同而有所区别。同时，LRF可以调用RDF，并利用位置信息确定PSAP路由，LRF根据区域需求在一定时间和一定范围内存储该位置信息。
（6）LRF向IMS核心网发送位置信息或路由信息。
（7）IMS核心网根据LRF提供的路由信息，选择应急中心/PSAP，发送包含位置信息和所有可能定位相关信息的紧急“INVITE”请求，“INVITE”信号可经过MGCF/MGW转发至PSAP/应急中心；也可以直接将“INVITE”发送至PSAP/应急中心。
（8）紧急呼叫建立完成。
（9）PSAP可向LRF发送定位请求，获得目标UE的初始位置信息或要求LRF对位置信息进行更新。
（10）LRF利用步骤（5）中描述的方法获取目标UE的位置相关信息并获得在步骤（5）中存储的UE信息。
（11）LRF向应急中心/PSAP返回初始位置信息或不断更新的位置信息，LRF可以在步骤（9）中的定位请求前或请求后向应急中心或PSAP发送初始位置信息。
（12）紧急呼叫被释放。
（13）IMS核心网通知LRF紧急会话结束，LRF删除存储的相关位置信息记录。
6、结束语
当前，IMS技术越来越成熟，IMS标准工作也逐步完善，基于IMS技术的紧急通信已经成为当前的一个研究热点。由于基于IMS技术的紧急通信包含的内容广泛，涉及问题较多，基于IMS技术的紧急通信还有许多问题需要解决，IMS技术紧急通信研究任重道远。
