IMS的POC技術(shù)探析

備受業(yè)界關(guān)注的PoC (Push to Falk over Cellular)手機(jī)對(duì)講業(yè)務(wù)在我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入運(yùn)營(yíng)階段。開(kāi)通該項(xiàng)業(yè)務(wù)的普通智能手機(jī)用戶(hù)，只要按下終端上的PoC功能鍵，就能夠與具有同樣業(yè)務(wù)功能的一部或多部手機(jī)進(jìn)行通話(huà)，而不需撥打一長(zhǎng)串電話(huà)號(hào)碼。PoC業(yè)務(wù)比傳統(tǒng)手機(jī)呼叫更加方便快捷，是一種綜合話(huà)音和數(shù)據(jù)的個(gè)性化即時(shí)通信業(yè)務(wù)。

1 PoC的業(yè)務(wù)特性

PoC的業(yè)務(wù)特性可以概括為以下幾點(diǎn)：

(1)即按即說(shuō)：用戶(hù)可以從通訊錄中選擇個(gè)人或通話(huà)群組，按下PoC功能鍵開(kāi)始通話(huà)。該業(yè)務(wù)的呼叫延遲非常短，通常不超過(guò)2秒。

(2)半雙工通信：講話(huà)需要申請(qǐng)發(fā)言權(quán)，且講話(huà)時(shí)通話(huà)組中的其他人只能接聽(tīng)。

(3)多種應(yīng)答模式：用戶(hù)可以選擇手動(dòng)或自動(dòng)應(yīng)答模式，也可以設(shè)置為自動(dòng)拒絕模式。

(4)支持一對(duì)一會(huì)話(huà)和群組會(huì)話(huà)：公司或家庭成員之間都可以通過(guò)該功能進(jìn)行類(lèi)似電話(huà)會(huì)議的交流。

(5)漫游：PoC利用的是IP網(wǎng)絡(luò)的包交換能力，服務(wù)不受地理位置的限制，可實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)范圍漫游。

(6)呈現(xiàn)狀態(tài)(Presence)服務(wù)：類(lèi)似即時(shí)通信軟件的界面和功能，用戶(hù)可設(shè)置“通話(huà)狀態(tài)”(在線(xiàn)、隱身或離線(xiàn))，并更改好友屬性等。

(7)多方PoC會(huì)話(huà)：?jiǎn)蝹€(gè)PoC終端可同時(shí)處于多個(gè)PoC會(huì)話(huà)中。PoC具有并發(fā)會(huì)話(huà)功能，用戶(hù)不會(huì)掛起任何一個(gè)會(huì)話(huà)。

(8)接入列表(Access List)管理：支持接受成員列表和拒絕成員列表。

(9)對(duì)已有業(yè)務(wù)的增強(qiáng)功能：除了實(shí)時(shí)語(yǔ)音通信外，PoC同時(shí)可支持通話(huà)群組成員之間的文本傳送、彩信傳送、在線(xiàn)游戲等。

(10)低廉的話(huà)費(fèi)開(kāi)銷(xiāo)：PoC能夠節(jié)省大量網(wǎng)絡(luò)資源，所以?xún)r(jià)格低廉，且在線(xiàn)和離線(xiàn)分別計(jì)費(fèi)。

2 IMS體系結(jié)構(gòu)

IMS是一個(gè)開(kāi)放的架構(gòu)體系，3GPP使用分層的方法對(duì)其設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與控制相分離、呼叫控制與媒體傳輸相分離，其承載由底層的傳輸層提供．業(yè)務(wù)邏輯則由應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)。IMS核心系統(tǒng)是中間的控制層，它為業(yè)務(wù)提供會(huì)話(huà)控制功能。

IMS體系結(jié)構(gòu)中的重要實(shí)體結(jié)構(gòu)如圖1所示。



2.1 CSCF功能

CSCF (Call Session Control Function，呼叫會(huì)話(huà)控制功能)是IMS的核心控制實(shí)體，負(fù)責(zé)對(duì)用戶(hù)多媒體會(huì)話(huà)進(jìn)行處理，并實(shí)現(xiàn)軟交換控制功能。CSCF可分為三類(lèi)，一是P-CSCF；二是Z-CSCI；三是S-CSCF。P-CSCF (Proxy-CSCF，代理-CSCF)是UE(User Equipment，用戶(hù)設(shè)備)接入IMS網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)連接點(diǎn)，所有來(lái)自或發(fā)給UE的SIP信令流，都由此經(jīng)過(guò)。P-CSCF負(fù)責(zé)會(huì)話(huà)路由、承載鑒權(quán)、SIP壓縮和解壓縮、IPSec安全關(guān)聯(lián)、以及與策略決策功能的交互等。

I-CSCF(Interrogating-CSCF，問(wèn)詢(xún)-CSCF)位于歸屬域中，是從訪(fǎng)問(wèn)域到歸屬域的入口點(diǎn)，也是IMS與其他PLMN的主要連接點(diǎn)。I-CSCF負(fù)責(zé)找到用戶(hù)位置信息以便確定路由，并分配S-CSCF給用戶(hù)，同時(shí)也能夠隱藏IMS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部拓?fù)湫畔ⅰ?br />
S-CSCF(Scrying-CSCF，服務(wù)-CSCF)在IMS核心網(wǎng)中處于核心的控制地位，它與HSS交互，負(fù)責(zé)處理用戶(hù)的注冊(cè)鑒權(quán)、進(jìn)行路由決策、維持會(huì)話(huà)狀態(tài)并計(jì)費(fèi)。

2.2 HSS功能

IMS體系結(jié)構(gòu)中的HSS (Home Subscriber Server，歸屬簽約用戶(hù)服務(wù)器)是存儲(chǔ)用戶(hù)相關(guān)信息的中心數(shù)據(jù)庫(kù)，主要數(shù)據(jù)包括用戶(hù)身份、注冊(cè)信息、用戶(hù)鑒權(quán)、漫游授權(quán)、已分配的S-CSCF信息、以及業(yè)務(wù)觸發(fā)信息等。HSS知道用戶(hù)現(xiàn)在的位置和用戶(hù)指定的服務(wù)，而CSCF則可以向HSS詢(xún)問(wèn)以獲取相關(guān)信息。例如I-CSCF可以用來(lái)為用戶(hù)選擇最適合的S-CSCF信息。

2.3 AS應(yīng)用服務(wù)器

AS(Application Server)是提供增值多媒體業(yè)務(wù)的實(shí)體，位于用戶(hù)的歸屬網(wǎng)絡(luò)中或者第三方的位置．這里的第三方指一個(gè)網(wǎng)絡(luò)或者一個(gè)獨(dú)立的AS。AS的主要功能是處理從IMS發(fā)來(lái)的SIP會(huì)話(huà)、發(fā)起SIP請(qǐng)求、發(fā)送計(jì)費(fèi)信息。AS擁有廣泛的增值多媒體業(yè)務(wù)，一個(gè)多業(yè)務(wù)的通話(huà)可能需要多個(gè)AS參與。

2.4 MRF媒體資源功能

MRF(Media Resource Function，媒體資源功能)由信令平面的MRFC(MRF Controller，媒體資源控制器)和媒體平面的MRFP (MRF Processor，媒體資源處理器)構(gòu)成。其中MRFC處理來(lái)自和去往S-CSCF的SIP通信，并控制MRFP；MRFP則可提供MRFC指示的用戶(hù)資源，并完成媒體流的混合、音頻代碼轉(zhuǎn)換等功能。

2.5 BGCF出口網(wǎng)關(guān)控制功能

BGCF(Breakout Gateway Control Function，出口網(wǎng)關(guān)控制功能)為被叫出IMS域或進(jìn)入CS域的選擇出口點(diǎn)。若選擇的出口與此BCBG同網(wǎng)，則選擇本網(wǎng)的一個(gè)媒體網(wǎng)關(guān)控制功能進(jìn)行進(jìn)一步的通話(huà)處理；若不同網(wǎng)，BGCF則將會(huì)話(huà)轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的BGCF。不同運(yùn)營(yíng)商的IMS網(wǎng)絡(luò)互通，不需要經(jīng)過(guò)BGCF。

3 基于IMS域的PoC技術(shù)方案

在現(xiàn)有的3G網(wǎng)絡(luò)上布置一定數(shù)量的SIP代理和注冊(cè)服務(wù)器可構(gòu)建具有IMS功能的SIP／IP Core(SIP／IP核心網(wǎng))，以便為PoC提供尋址、選路和漫游等功能。這種方案可以稱(chēng)為“基于IMS域的方案”。該方案漫游便捷、互通性好，多業(yè)務(wù)之間調(diào)用簡(jiǎn)單，是未來(lái)發(fā)展多媒體業(yè)務(wù)的方向。IMS對(duì)PoC的支持就是SIP／IP Core對(duì)PoC的支持，主要實(shí)現(xiàn)PoC業(yè)務(wù)的注冊(cè)、SIP信令路由、SIP信令壓縮、地址解析、對(duì)標(biāo)識(shí)隱藏的管理以及計(jì)費(fèi)等功能。

4 PoC體系結(jié)構(gòu)

4.1 PoC的主要實(shí)體

基于IMS的PoC體系結(jié)構(gòu)主要包含PoC客戶(hù)端、PoC服務(wù)器、群組列表管理器(XDMS)、SIP／IP核心網(wǎng)等部分，圖2所示是PoC的體系結(jié)構(gòu)。


(1)PoC客戶(hù)端

通常PoC客戶(hù)端都是UE(User Equipment，用戶(hù)設(shè)備)中的軟件，用以接人和使用PoC業(yè)務(wù)，PoC客戶(hù)端的主要功能包括：發(fā)起注冊(cè)、鑒權(quán)請(qǐng)求，發(fā)起會(huì)話(huà)邀請(qǐng)、參與和終止請(qǐng)求，它可以產(chǎn)生、發(fā)送和接收語(yǔ)音突發(fā)(Talk Bursts)，并支持語(yǔ)音突發(fā)的控制程序和TBCP(Talk Burst ControlProtocol，語(yǔ)音突發(fā)控制協(xié)議)的協(xié)商。

(2)PoC服務(wù)器

PoC服務(wù)器是IMS體系架構(gòu)中的應(yīng)用服務(wù)器，是實(shí)現(xiàn)PoC業(yè)務(wù)最重要的功能實(shí)體，分為主控和參與功能兩種角色。

兩種角色共有的功能包括：SIP會(huì)話(huà)處理、保護(hù)用戶(hù)地址隱私、支持用戶(hù)面適配過(guò)程、支持TBCP、進(jìn)行不同編解碼的碼制轉(zhuǎn)換。主控PoC的其他功能有強(qiáng)制實(shí)施參與群組會(huì)話(huà)策略，向用戶(hù)提供信息，提供集中式媒體分配、通話(huà)突發(fā)控制功能、媒體質(zhì)量信息和計(jì)費(fèi)報(bào)告等；參與PoC的其他功能有強(qiáng)制執(zhí)行呼入PoC會(huì)話(huà)策略，存儲(chǔ)PoC客戶(hù)端應(yīng)答模式、會(huì)話(huà)阻塞等設(shè)置，以及提供計(jì)費(fèi)報(bào)告等。

(3)SIP／IP核心(SIP／IP Core)

SIP／IP Core可替代標(biāo)準(zhǔn)的IMS網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)IMS體系的功能，其中包括負(fù)責(zé)PoC客戶(hù)端和服務(wù)器之間SIP信令的路由，提供尋址和地址解析，支持SIP壓縮，維護(hù)注冊(cè)狀態(tài)，根據(jù)用戶(hù)業(yè)務(wù)的配置對(duì)PoC客戶(hù)端進(jìn)行鑒權(quán)和授權(quán)，以及提供計(jì)費(fèi)信息和合法監(jiān)聽(tīng)等。

(4)PoC XDMS (PoC XML Document Management Server，PoC文檔管理服務(wù)器)

PoC XDMS是一種應(yīng)用配置設(shè)置管理服務(wù)器，它保存有PoC特定數(shù)據(jù)，主要功能有群組列表的創(chuàng)建、修改、讀取和刪除，負(fù)責(zé)引入的SIP和XML配置訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議請(qǐng)求的授權(quán)等。

(5)PoC XDMC(PoC XML Document Management Client，PoC文檔管理客戶(hù)端)

PoC XDMC可與XDMS互通，負(fù)責(zé)對(duì)XML皮件進(jìn)行創(chuàng)建、修改、保存和刪除。

4.2 PoC相關(guān)協(xié)議

PoC會(huì)話(huà)控制和其他信號(hào)傳輸都基于SIP(Session Initiation Protocol，會(huì)話(huà)發(fā)起協(xié)議)，可用來(lái)創(chuàng)建、修改及終止一個(gè)或多個(gè)參與者參加的會(huì)話(huà)進(jìn)程，是一種文本型請(qǐng)求響應(yīng)協(xié)議。

語(yǔ)音流量傳輸是基于RTP／RTCP (Real Time實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議／實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議)的流承載方式。RTP作為PoC語(yǔ)音傳輸協(xié)議，可傳送語(yǔ)音包；RTCP則可對(duì)RTP會(huì)話(huà)質(zhì)量進(jìn)行裁決。

XCAP(XML Configuration Access Protocol，XML配置訪(fǎng)問(wèn)協(xié)議)用來(lái)將客戶(hù)信息上傳到服務(wù)器。此外，OMA還定義了TBCP協(xié)議，可用于實(shí)現(xiàn)PoC媒體流的分發(fā)和發(fā)言權(quán)的控制。

5 PoC業(yè)務(wù)流程

5.1 PoC的注冊(cè)流程

PoC的注冊(cè)流程有四步。第一是客戶(hù)端向P-CSCF發(fā)送攜帶相關(guān)注冊(cè)信息(公共用戶(hù)標(biāo)識(shí)、私有用戶(hù)標(biāo)識(shí)、歸屬網(wǎng)絡(luò)域名、UE IP地址等)的REGISTER請(qǐng)求；

第二是在P-CSCF接收到注冊(cè)請(qǐng)求之后，檢查發(fā)起方的歸屬域名，以發(fā)現(xiàn)到其歸屬網(wǎng)絡(luò)的人口點(diǎn)I-CSCF，并將REGISTER請(qǐng)求消息轉(zhuǎn)發(fā)給此I-CSCF；

接下來(lái)是I-CSCFNHSS查詢(xún)此用戶(hù)是否允許注冊(cè)，如果允許，HSS將向I-CSCF返回選中的S-CSCF；

最后，I-CSCF將注冊(cè)消息轉(zhuǎn)發(fā)給S-CSCF，然后經(jīng)過(guò)鑒權(quán)后，再由S-CSCF從HSS下載用戶(hù)的相關(guān)信息，然后返回200 OK，至此，注冊(cè)過(guò)程全部結(jié)束。

5.2 PoC會(huì)話(huà)建立流程

PoC會(huì)話(huà)是利用VoIP技術(shù)實(shí)現(xiàn)的半雙工語(yǔ)音業(yè)務(wù)，當(dāng)一人講話(huà)時(shí)，通話(huà)組中其他人只能聽(tīng)。通話(huà)雙方的兩部終端設(shè)備共用一個(gè)頻道進(jìn)行呼叫和接聽(tīng)，用戶(hù)講話(huà)時(shí)才占用信道，接聽(tīng)時(shí)只監(jiān)聽(tīng)信道。圖3所示是該會(huì)話(huà)過(guò)程中的主要PoC實(shí)體流程圖。其流程的建立可按以下步驟進(jìn)行：



步驟1：用戶(hù)A從通信錄中選中需要通話(huà)的用戶(hù)B，并按下客戶(hù)端上的PoC通話(huà)功能鍵。從而觸發(fā)客戶(hù)端A向其歸屬網(wǎng)絡(luò)的PoC服務(wù)器A發(fā)送一條SIP邀請(qǐng)(SIP Invite)請(qǐng)求；

步驟2：服務(wù)器A產(chǎn)生新的SIP請(qǐng)求并發(fā)往用戶(hù)B，在被用戶(hù)B歸屬網(wǎng)絡(luò)的PoC服務(wù)器截取后，將查詢(xún)用戶(hù)A是在用戶(hù)B的拒絕通話(huà)列表還是自動(dòng)應(yīng)答列表中；

步驟3：假設(shè)用戶(hù)A在用戶(hù)B的自動(dòng)應(yīng)答列表中，則PoC服務(wù)器B向客戶(hù)端B發(fā)送SIP Invite請(qǐng)求，同時(shí)回送SIP會(huì)話(huà)處理響應(yīng)至服務(wù)器A；

步驟4：當(dāng)服務(wù)器A接收到這條消息時(shí)，就表明用戶(hù)B愿意進(jìn)行呼叫連接，于是它將發(fā)送SIP202接受響應(yīng)給用戶(hù)A，同時(shí)向用戶(hù)A分配通話(huà)信道，用戶(hù)A的手機(jī)發(fā)出可以開(kāi)始通話(huà)的提示音；

步驟5：用戶(hù)A在通話(huà)信道仍沒(méi)有端到端地建立完成時(shí)就可以開(kāi)始講話(huà)了，這就是被稱(chēng)為預(yù)先媒體處理的通信模式。這樣，PoC服務(wù)器就必須對(duì)話(huà)音流進(jìn)行緩存，直到步驟7結(jié)束；

步驟6：客戶(hù)端B由于采用自動(dòng)應(yīng)答模式，回送SIP 200 OK給臺(tái)服務(wù)器B表示默許；

步驟7：客戶(hù)端A收到SIP通報(bào)(OK)消息，表明通話(huà)信道已經(jīng)建立完成，信道通話(huà)權(quán)真正賦予用戶(hù)A；

步驟8：用戶(hù)A獲得通話(huà)權(quán)并開(kāi)始講話(huà)，PoC系統(tǒng)為用戶(hù)A傳送媒體流；

步驟9：當(dāng)用戶(hù)A停止講話(huà)并釋放客戶(hù)端上的PoC功能鍵釋放通話(huà)權(quán)后，通話(huà)權(quán)處于空閑狀態(tài)；

步驟10：用戶(hù)B按下客戶(hù)端上的PoC通話(huà)功能鍵，以發(fā)起通話(huà)請(qǐng)求，并獲得通話(huà)權(quán)；

步驟11：用戶(hù)A獲得通話(huà)權(quán)并開(kāi)始講話(huà)，PoC系統(tǒng)為用戶(hù)B傳送媒體流；

步驟12：用戶(hù)B釋放PoC功能鍵后，通話(huà)權(quán)重新回歸空閑狀態(tài)；

步驟13：如果用戶(hù)之間沒(méi)有進(jìn)一步的通話(huà)需求，并不需要手動(dòng)結(jié)束通話(huà)連接。則系統(tǒng)在超過(guò)一段特定的時(shí)間間隔后，PoC服務(wù)器將自動(dòng)發(fā)送結(jié)束通話(huà)的SIP BYE消息。

6 結(jié)束語(yǔ)

IMS無(wú)疑是一種非常強(qiáng)大的架構(gòu)體系，其基本功能(如信令和路由)，將使服務(wù)的部署和應(yīng)用的擴(kuò)充更加簡(jiǎn)捷易行。PoC業(yè)務(wù)是3G新的增值點(diǎn)，隨著其標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善，必然能夠使呼叫延遲進(jìn)一步縮短，通話(huà)質(zhì)量、互連互通能力也將得到更一步的提高，為3G用戶(hù)帶來(lái)更加豐富便捷的服務(wù)。