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基于IMS的多媒體彩振業(yè)務的設計與實現

徐鵬李煒王晶 2012/02/03

　　1 引言

　　IP多媒體子系統(IP Multimedia Subsystem，IMS)是由3GPP在Release 5版本提出，旨在提供增強型IP服務的全方位框架，是對IP多媒體業(yè)務進行控制的網絡核心層邏輯功能實體的總稱。IMS基于會話初始協議(Session Initiation Protocol，SIP)，支持各種融合業(yè)務的公共平臺，并且不依賴于任何接入技術。IMS不僅能夠滿足用戶對移動多媒體業(yè)務的需求，還能滿足終端客戶更新穎與多樣化的多媒體業(yè)務需求。IMS提供了一個完整的架構提供多媒體業(yè)務，可以同時支持固定和移動多種接入方式。目前IMS被認為是下一代網絡的核心技術，也是解決移動固網融合，引入語音、數據、視頻三重融合等差異化業(yè)務的首要方式。

　　本技術方案描述的IMS域多媒體振鈴業(yè)務屬于主叫定制的業(yè)務，業(yè)務感受則由被叫用戶體驗。業(yè)務用戶可以為某一位或某一組被叫用戶設定不同的個性化振鈴媒體，如音頻、視頻、圖片、文本和電子名片。當主叫呼叫被叫時，被叫終端振鈴過程中，被叫將從網絡接收到主叫預設的包含了多種媒體信息的個性化振鈴，并將多媒體振鈴展現給被叫用戶。

　　2 業(yè)務背景描述

　　隨著電信市場競爭的日趨激烈，運營商話音業(yè)務利潤不斷下降，同時傳統的話音和短信等業(yè)務已經不能滿足用戶日趨多樣化與個性化的要求。面對嚴峻的市場形勢，運營商必須尋找新的業(yè)務增長點，開發(fā)更多的增值業(yè)務。IMS多媒體彩振業(yè)務就是在這種大背景下產生的一種新的移動增值業(yè)務。

　　在傳統的PSTN(Public Switched Telephone Network)以及移動網絡中，一個呼叫的最終目的是讓兩個用戶進行交談。通常，主叫用戶發(fā)起呼叫后用戶交談并不會立即開始(甚至可能最終沒有開始)，等待時間一般是幾秒到幾十秒，這完全取決于被叫用戶何時應答。在被叫應答之前，被叫的用戶終端會播放振鈴音。IMS多媒體振鈴業(yè)務就是個性化振鈴音的一個應用實例。

　　在早期的固話與移動網絡時代，被叫用戶的振鈴音完全是由系統默認設置。隨著終端功能的發(fā)展，振鈴可以由被叫用戶設置為手機中存儲的音頻或視頻文件。而多媒體彩振業(yè)務的出現，使得使用多媒體振鈴業(yè)務的主叫用戶為被叫設置包括音頻、視頻、圖片、文本以及電子名片在內的多種振鈴媒體。

　　多媒體振鈴是一個全新的移動增值業(yè)務，它不僅將原本由被叫設置振鈴音擴展到由主叫設置，同時也大大地擴展了振鈴媒體文件的類型，由原來單一的音、視頻文件擴展到圖片、文本以及電子名片以及各種媒體文件的組合。多媒體彩振業(yè)務能為用戶提供更加個性化與多樣化的業(yè)務體驗，相信在不遠的將來彩振業(yè)務就能得到市場充分的認可，并帶來巨大的商業(yè)利益。

　　3 技術實現

　　3.1 IMS系統組網

　　IMS網絡由業(yè)務層、控制層、終端層以及網管計費網元組成，不同層面之間采用開放接口協議，提供以IP為承載的、基于SIP協議的多媒體會話業(yè)務的控制能力和業(yè)務提供能力，支持1x/HRPD(High Rate Packet Data)，WLAN(Wireless Local Area Networks)，xDSL(Digital Subscribe Line)，LAN(Local Area Network)，光纖接入，支持傳統固定電話的接入，并可以與CDMA(Code Division Multiple Access)網絡電路域、PSTN/軟交換系統以及其它網絡互通。IMS網絡相對于軟交換網絡而言增加了一個外置的數據庫：歸屬用戶服務器(Home Subscriber Server，HSS)，用于用戶鑒權和保存用戶業(yè)務觸發(fā)規(guī)則。所有業(yè)務運行在控制層以上，通過SIP消息與呼叫會話控制功能(Call Session Control Function，CSCF)進行業(yè)務控制的交互。

　　圖1所示為IMS網絡結構圖，介紹了IMS網絡中各網元的位置以及其它網元之間的交互，下面按照結構圖對每個層面的主要功能實體進行簡要的描述。

圖1 IMS網絡結構圖
　　(1)業(yè)務層：IMS業(yè)務層網絡完成IMS業(yè)務的提供、執(zhí)行、IMS業(yè)務能力的抽象與開放，支持自營業(yè)務、第三方業(yè)務等多種提供方式，各IMS業(yè)務能力之間可以相互調用，并且能夠開放給自營業(yè)務平臺，還能夠通過業(yè)務能力開發(fā)網關給第三方業(yè)務平臺。

　　(2)控制層：IMS控制層主要完成會話控制、資源分配、協議處理、路由、認證、計費、業(yè)務觸發(fā)等功能。IMS控制層得主要功能實體如下：

P-CSCF(Proxy-CSCF)：IMS用戶接入IMS網絡的入口節(jié)點，主要負責信令和消息的代理。

I-CSCF(Interrogating-CSCF)：各個IMS歸屬域的入口節(jié)點，負責用戶注冊的S-CSCF(Serving-CSCF)的指配和查詢。

S-CSCF：IMS網絡中的中心節(jié)點，提供注冊服務、會話控制、相關的選路和業(yè)務觸發(fā)等功能，并維持會話狀態(tài)信息。

E-CSCF(Emergency-CSCF)：IMS網絡處理緊急呼叫的功能實體。

HSS：負責存儲IMS用戶的相關信息以及其業(yè)務觸發(fā)信息。

AGCF(Access Gateway Control Function)：負責H.248方式接入的網元接入IMS。

BFCF(Breakout Gateway Control Function)：負責存儲IMS用戶的相關信息及其相關業(yè)務信息。

MGCF(Media Gateway Control Function)和MGW(Media Gateway)：提供IMS與PSTN、軟交換、C網電路域互通時的信令控制和媒體轉換功能。

BAC(Border Access Controller)：位于IMS網絡的邊緣，是各種終端接入IMS核心網絡的信令代理設備和媒體代理設備。

MRFC(Media Resource Control Function)：實現媒體控制功能，如放音和通知、媒體編碼格式轉換、Ad hoc會議等。

ENUM(E.164 Number Mapping)：處理S-CSCF，P-CSCF，AS(Application Server)的查詢，將Tel URI中的E.164地址翻譯成在統一IMS核心網中可路由的SIP URI。

DNS(Domain Name System)：主要提供域名查詢服務，P-CSCF，S-CSCF，MGCF等設備可以直接查詢DNS獲得被叫或注冊用戶歸屬域的I-CSCF地址，通過查詢指定網元的標示得到該網元的實際IP地址。

　　(3)終端層：IMS終端設備是IMS業(yè)務能力的延伸。IMS的接入終端主要包括：

固定終端：支持IMS SIP協議并且通過xDSL，WLAN，LAN接入IMS的終端，SIP IAD(Integrated Access Device)，SIP AG(Access Gateway)，PON(Passive Optical Network)，H248 AG/IAD等終端。

IP軟終端：指支持IMS SIP協議并且通過xDSL，WLAN，LAN接入IMS網絡的一種軟件客戶端，通常安裝在個人PC等設備上。WEB客戶端也是軟終端的一種。

　　(4)網管與運營支撐網元主要如下：

OMC(Operations & Maintenance Center)：負責IMS網絡內各網元的配置管理，與網管中心連接。

CCF(Content Charging Function)：負責離線計費，與計費中心連接。

OCF(Online Charging System)：負責對IMS網絡用戶的在線計費。

業(yè)務開通網關：負責業(yè)務開通。

　　3.2 彩振業(yè)務平臺總體結構

　　多媒體彩振業(yè)務平臺屬于IMS網元中的一個SIP AS，位于業(yè)務層之上。彩振業(yè)務平臺通過基于SIP的ISC(Internal Service Control)接口，與S-CSCF進行信令交互。SIP硬終端、SIP軟終端、CDMA終端等都可以通過IMS承載層接入IMS網絡，使用多媒體彩振業(yè)務。

　　IMS域彩振業(yè)務平臺按照功能邏輯可劃分為4大部分，如圖2所示，分別為SIP前臺、AS、數據庫、Portal。在實際組網中，這些邏輯部分可以實現在一個或多個物理實體上，多個SIP前臺與多個AS之間可以交叉相連。各功能實體功能描述如下：
多媒體彩振平臺結構圖

圖2 多媒體彩振平臺結構圖
　　(1)SIP前臺：負責對外來SIP信令以及外出SIP信令進行控制和管理，負責SIP消息的Session管理、超時重發(fā)SIP消息以及對重發(fā)消息的攔截。

　　(2)AS：負責呼叫過程中IMS域彩振業(yè)務控制，通過SIP前臺與S-CSCF交互。AS與S-CSCF交互以實現對業(yè)務的呼叫控制，并執(zhí)行彩振的業(yè)務邏輯。

　　(3)Portal：Portal是多媒體彩振業(yè)務的門戶網站，多媒體彩振用戶、內容提供商、運營商都可以使用WWW瀏覽器通過Web接口登錄門戶網站，并對多媒體彩振業(yè)務進行管理與配置。

　　(4)DB(Data Base)：用戶信息數據庫(DB)存儲用戶業(yè)務數據，其余網元通過數據庫訪問接口訪問用戶信息數據庫。

　　3.3 彩振業(yè)務平臺詳細設計

　　AS模塊和Portal模塊是IMS多媒體彩振業(yè)務系統中最重要的兩個模塊。

　　3.3.1 AS模塊

　　AS模塊從功能上主要分為SIP信令處理模塊以及振鈴選擇模塊。

　　(1)SIP信令處理模塊：開發(fā)語言為Java，選用EB-Xjoin框架。主要功能是按照3.4節(jié)的信令流程圖完成主叫側與被叫側的SIP信令處理。要特別注意AS對于信令的處理使用B2B(Back To Back)方式，即在AS針對主叫、被叫分別維護一個SIP Session。下面分別對主叫、被叫側的SIP信令處理進行說明。

　　主叫側：主要功能是在收到彩振用戶的初始INVITE消息后，執(zhí)行業(yè)務邏輯。從INVTIE消息中提取主叫、被叫號碼，調用振鈴選擇模塊獲取彩振用戶設置的多媒體文件，將多媒體文件信息添加到INVITE消息中，發(fā)送給被叫。同時需要對主叫側SIP信令進行轉發(fā)。

　　被叫側：對被叫側SIP信令進行轉發(fā)，不執(zhí)行業(yè)務邏輯。

　　(2)振鈴選擇模塊：開發(fā)語言為Java，選用Spring，Hibernate框架，數據庫使用Informix。主要功能是根據用戶設置的規(guī)則，返回對應的多媒體振鈴文件。振鈴選擇模塊主要包括振鈴規(guī)則匹配、振鈴文件選擇、振鈴文件返回三大功能。

振鈴規(guī)則匹配：由于主叫用戶可能針對同一被叫用戶設置包括群組規(guī)則、呈現規(guī)則在內的多種規(guī)則。所以當振鈴選擇模塊被調用后，會首先從配置文件中讀取當前用戶設置的各規(guī)則的優(yōu)先級，按照優(yōu)先級順序依次判斷鈴音規(guī)則是否匹配，如果匹配則返回對應的振鈴文件，如果沒有任何規(guī)則匹配則返回系統默認振鈴文件。

振鈴文件選擇：主叫用戶可以設置同類媒體資源的振鈴盒，例如圖片盒、文本盒、電子名片盒以及視頻盒。如果當前規(guī)則對應的多媒體文件是一個振鈴盒，那么振鈴選擇模塊會根據用戶的設置，順序或者隨機返回媒體資源盒中的一個媒體文件。

振鈴文件返回：主叫用戶可以設置多種媒體資源的組合，例如圖片、文本、電子名片、視頻的組合。鈴音選擇模塊會向SIP信令處理模塊返回一個Java中的Object數組，這個數組中可以包含多個多媒體振鈴文件。

　　3.3.2 Portal模塊

　　Portal模塊的開發(fā)語言為Java，使用的框架為Spring，Hibernate，Struts，數據庫使用Informix。Portal模塊主要由用戶管理網站、內容提供商管理網站、運營商管理網站構成。

　　(1)用戶管理網站：多媒體彩振用戶可以通過Web方式對自己的個性化振鈴業(yè)務進行配置和管理。

提供主叫用戶對個性化振鈴業(yè)務播放規(guī)則的管理配置，包括被叫群組、時間段的設置，振鈴播放規(guī)則的設置。

提供用戶對個人資源庫的管理，包括個性化振鈴資源的瀏覽/訂購、個性化振鈴資源的定制。用戶上傳的個性化振鈴資源需經運營商審批后才能上傳到個人資源庫。

　　(2)內容提供商管理網站：多媒體彩振內容提供者可通過運營商提供的接入方式對所提供的振鈴資源進行自我管理維護，包括：

上傳振鈴資源：個性化振鈴內容提供者上傳新的振鈴資源，上傳的媒體資源經運營商審批后才可提供給用戶下載。

維護振鈴資源：個性化振鈴內容提供者應對上傳之后尚未通過審核的振鈴資源進行維護，包括修改基本信息、試聽或刪除振鈴資源。

查詢振鈴資源訂購情況：包括訂購的用戶數、被訂購振鈴資源的數量、訂購的收入、每個振鈴資源訂購的次數、訂購的用戶數等。

　　(3)運營商管理功能。

系統管理功能：能夠管理多媒體彩振業(yè)務的系統資源，進行整個系統的參數配置和默認業(yè)務參數配置。

權限管理功能：分配多媒體彩振內容提供者、多媒體彩振用戶的管理權限，并負責維護系統管理員的增加，刪除，修改等功能。

對多媒體彩振內容提供者的管理：主要完成對內容提供者基本信息、信用等級、合作協議及接入功能及權限的管理。

對多媒體彩振資源的管理維護：主要完成系統默認振鈴的設置、審批維護內容提供者和用戶上傳的振鈴資源和維護媒體文件分類和信息。

　　3.4 信令流程

　　IMS多媒體彩振業(yè)務是主叫側業(yè)務，主叫用戶終端的INVITE經過主叫側S-CSCF的IFC(Initial Filter Criteria)評估，觸發(fā)到多媒體彩振服務器。多媒體彩振服務器根據用戶的群組、時間條件設置，通過選鈴音算法選擇振鈴文件，將音、視頻文件的URL寫入INVITE消息的Alert-Info，將文本、圖片、電子名片按照規(guī)范編碼寫入MIME體中。INVITE消息送達被叫后，根據Alert-Info頭下載和播放振鈴文件，解析MIME中的媒體文件并在客戶端呈現。被叫用戶摘機后，終端停止播放和呈現振鈴文件，并建立通話。具體流程圖如圖3所示。
多媒體彩振呼叫信令流程圖

圖3 多媒體彩振呼叫信令流程圖
　　流程描述：

　　(1)主叫用戶撥打被叫用戶，INVITE請求到達主叫S-CSCF。
　　(2)主叫側S-CSCF對所收到的INVITE消息進行IFC評估。
　　(3)當主叫用戶申請了多媒體彩振業(yè)務，主叫側S-CSCF根據個性化振鈴業(yè)務的IFC，將呼叫路由到個性化振鈴服務器。
　　(4)個性化振鈴服務器收到INVITE請求后，啟動振鈴業(yè)務邏輯，選擇正確的振鈴文件。
　　(5)如主叫用戶為該被叫用戶或所屬群組設置的個性化振鈴文件為包含了音樂和文本的個性化振鈴文件，則個性化振鈴服務器在INVITE消息中添加Alert-Info(包含音樂媒體文件的URL)同時將Content-type設置為相應的文本的MIME類型并將文件內容添加到消息體中。然后向被叫S-CSCF發(fā)送INVITE消息。
　　(6)用戶B處于空閑狀態(tài)，包含了媒體文件url和MIME消息體的INVITE消息送達被叫客戶端。
　　(7)如果被叫用戶不屏蔽主叫個性化振鈴，則被叫客戶端解析INVITE消息，根據得到的媒體文件的URL地址到個性化振鈴服務器下載，同時對SIP消息中的MIME消息體進行解碼。如果被叫用戶屏蔽主叫個性化振鈴，則被叫客戶端不對INVITE消息中的Alert-Info頭域和MIME消息體進行處理。
　　(8)被叫客戶端返回180Ringing消息并進行振鈴文件的播放/顯示，對于Alert-Info頭域中對應的媒體文件要求客戶端實時播放。
　　(9)被叫側S-CSCF向個性化振鈴服務器轉發(fā)180消息。
　　(10)個性化振鈴服務器向主叫側S-CSCF轉發(fā)180消息。(11)主叫側S-CSCF向主叫發(fā)送180消息。
　　(11)被叫摘機，發(fā)送200 OK響應消息。
　　(12)被叫客戶端發(fā)出200 OK響應后立即停止Alert-Info頭域中對應的媒體文件的播放。
　　(13)被叫側S-CSCF向個性化振鈴服務器轉發(fā)200 OK響應。
　　(14)個性化振鈴服務器向主叫側S-CSCF轉發(fā)200 OK響應。
　　(15)主叫側S-CSCF向主叫發(fā)送200 OK響應。
　　(16)主叫客戶端發(fā)送ACK。
　　(17)主叫側S-CSCF向個性化振鈴服務器轉發(fā)ACK。
　　(18)個性化振鈴服務器向被叫轉發(fā)ACK。
　　(19)被叫側S-CSCF向被叫網絡發(fā)送ACK，通話建立。
　　3.5 SIP信令詳解

　　3.5.1 SIP信令定義

　　SIP消息攜帶多媒體文件主要有兩種方式：HTTP方式(攜帶音頻、視頻文件)和信令方式(攜帶文本、圖片、電子名片文件)。

　　(1)HTTP方式：將音頻、視頻文件的URL地址放入INVITE消息中的Alert-Info頭域。RFC3261對Alert-Info頭域的語法定義如下：

　　Alert-Info =“Alert-Info” HCOLON alert-param *(COMMA alert-param)。
　　alert-param = LAQUOT absoluteURI RAQUOT *( SEMI generic-param )。

　　(2)信令方式：多媒體振鈴業(yè)務將文本、圖片或電子名片以消息體的形式添加到INVITE消息中，并以MIME類型進行標識。

　　文本：IEFT RFC 1521對文本類型的Content-type的語法定義如下：
　　 text-type ：= “text” “/” text-subtype [“；” “charset” “=” charset]。
　　 text-subtype ：= “plain”/extension-token。

　　圖片：IETF RFC 1521對圖片類型的 Content-type的語法定義如下：
　　 image-type ：= “image”“/”(“gif”/“jpeg”/extension-token)。

　　電子名片：IETF RFC 2425給出的電子名片的Content-type的用法如下：
　　 Content-Type: text/directory，charset=“iso-8859-1”，profile=“vCard”。

　　3.5.2 MIME消息體示例

　　本節(jié)主要給INVITE消息中文本、電子名片的MIME消息體示例：

　　(1)INVITE消息中文本MIME體示例：
　　 --boundary1234
　　 Content-Type:text/plain; charset=utf-8
　　 Content-Transfer-Encoding: 7bit
　　 Welcome to call me.
　　 --boundary1234--

　　(2)INVITE消息中電子名片MIME體示例：
　　 --boundary1234
　　 Content-Type: text/directory; charset=utf-8; profile=”vCard”;name=”Frank.vcf”
　　 BEGIN:vCard
　　 VERSION:3.0
　　 FN:Frank Dawson
　　 ORG:Lotus Development Corporation
　　 ADR;TYPE=WORK,POSTAL,PARCEL:;;6544 Battleford Drive
　　 ;Raleigh;NC;27613-3502;U.S.A.
　　 TEL;TYPE=VOICE,MSG,WORK:+1-919-676-9515
　　 TEL;TYPE=FAX,WORK:+1-919-676-9564
　　 EMAIL;TYPE=INTERNET,PREF:Frank_Dawson@Lotus.com
　　 EMAIL;TYPE=INTERNET:fdawson@earthlink.net
　　 URL:http://home.earthlink.net/~fdawson
　　 END:vCard
　　 --boundary1234--

　　4 結束語

　　本文詳細介紹了多媒體彩振業(yè)務的組網、總體設計和主要信令流程等。通過本文希望能夠給從事通信IMS業(yè)務開發(fā)人員一些參考。

　　相對于傳統的早期媒體彩鈴業(yè)務，多媒體彩振將個性化服務由被叫擴寬到主叫，同時將傳統彩鈴音頻媒體擴展到音頻、視頻、文本、電子名片甚至多種多媒體文件的結合。通過多媒體彩振業(yè)務，運營商能夠為普通用戶提供更加個性化的服務，同時還能為企業(yè)用戶提供企業(yè)級的彩振業(yè)務，達到擴展市場的目的；通過多媒體彩振業(yè)務，用戶能夠獲得更好的業(yè)務體驗，能夠在生活與工作中充分利用多媒體彩振業(yè)務。不難看出多媒體彩振業(yè)務有很好的應用前景，順應通信網發(fā)展的浪潮，多媒體彩振業(yè)務一定能夠擁有更廣闊的發(fā)展空間。

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電信網技術