3G移動PoC實現(xiàn)技術(shù)
2007/12/24
移動一鍵通(PoC)業(yè)務是3G的重要特色業(yè)務。PoC的實現(xiàn)有基于PS和基于IMS兩種方式。文章從分析PoC的業(yè)務特點出發(fā),介紹了PoC業(yè)務的功能、協(xié)議結(jié)構(gòu)和標準化情況,比較了兩種實現(xiàn)方式的實現(xiàn)要點,特別是詳細分析了3G環(huán)境下基于IMS實現(xiàn)方式的實現(xiàn)機制和流程。最后,對PoC業(yè)務的應用和發(fā)展作了一個展望。
1、引言
移動一鍵通(PoC,Push to talk over Cellular)是一種基于公眾蜂窩移動通信網(wǎng)絡的即按即說業(yè)務,基于2.5G或3G GPRS網(wǎng)絡,通過半雙工VoIP技術(shù)來實現(xiàn)通信,類似現(xiàn)有集群通話。使用PoC業(yè)務,用戶只需像使用對講機一樣按一個鍵而無需進行撥號就可以快捷、直接地與任何地方的多個用戶進行“點對多點”的即時通信。
PoC業(yè)務實現(xiàn)存在兩種主流的方案:基于移動分組網(wǎng)絡(PS)的PoC實現(xiàn)方案和基于IMS網(wǎng)絡的PoC實現(xiàn)方案。目前標準化組織主要研究的是基于IMS網(wǎng)絡的PoC標準。基于IMS的PoC業(yè)務是在IMS框架中使用PoC應用服務器實現(xiàn)的,用SIP作為信令,群組的建立與管理使用XDM組管理業(yè)務能力,通過Presence獲取和發(fā)布用戶的即時狀態(tài),而語音通話則通過RTP承載。
PoC的業(yè)務實現(xiàn)對網(wǎng)絡的要求主要體現(xiàn)在時延的控制和并發(fā)處理的能力。OMA給出了PoC業(yè)務的時延要求,定義了4種QoE、QoE1-QoE4。在并發(fā)處理方面,要求實現(xiàn)PoC會話與CS呼叫的并發(fā)、PoC會話過程中SMS消息的接收、PoC與其它基于包交換應用的并發(fā)其它基于包交換應用的并發(fā)、即時消息與普通語音呼叫業(yè)務/PoC業(yè)務的并發(fā)、即時消息與SMS/MMS并發(fā)。
在標準化方面,PoC業(yè)務規(guī)范主要由移動開放聯(lián)盟(OMA)指定。OMA于2003年4月正式成立了OMA PoC工作組,并于2005年初正式發(fā)布PoC 1.0版本規(guī)范,目前正進行PoC 2.0規(guī)范的制定。OMA主要負責制定基于具有IMS能力的SIP/IP核心網(wǎng)絡的PoC業(yè)務標準,并不關注底層承載網(wǎng)絡的差異,并主要參考了由3GPP、3GPP2制定的承載網(wǎng)標準;而PoC實現(xiàn)的具體信令協(xié)議則主要由IETF定義。
2、PoC體系架構(gòu)
圖1是PoC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖。
圖1 PoC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖
2.1 功能實體
PoC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由PoC業(yè)務系統(tǒng)和向PoC業(yè)務提供服務的外部實體組成。PoC業(yè)務系統(tǒng)包括PoC客戶端、PoC服務器、XML文檔管理客戶端(XDMC)、PoC
XML文檔管理服務器(PoC XDMS)等,實體功能如下:
(1)PoC客戶端
內(nèi)置于手機終端內(nèi),實現(xiàn)業(yè)務接入。
(2)XDMC
XDMC是一個管理XML文檔的XCAP(XML配置接入?yún)f(xié)議)客戶端,管理的XML文檔存貯于網(wǎng)絡中的PoC XDMS(專為PoC業(yè)務服務)和共享XDMS(存貯URI,如聯(lián)系列表)等。XDMC可以是移動終端或固定終端。
(3)PoC Server
PoC Server實現(xiàn)應用層面的網(wǎng)絡功能,如PoC控制功能和PoC參與功能。在一個PoC會話中,只有一個PoC Server執(zhí)行控制功能,而執(zhí)行參與功能的服務器可以同時作為在席服務的呈現(xiàn)體或觀察者;同時,PoC
Server也執(zhí)行部分XDM管理功能。
(4)PoC XDMS
PoC XDMS是用于在網(wǎng)絡僅提供PoC業(yè)務時管理PoC相關XML文檔的XCAP服務器,只為PoC業(yè)務所使用。
PoC業(yè)務需要外部實體配合提供,包括SIP/IP核心、共享XML文檔管理服務器(共享XDMS)、匯聚代理、在席服務器、在席信息源、觀察者、計費實體和設備管理等,其中主要有:
SIP/IP Core主要實現(xiàn)SIP代理和SIP注冊的功能,實現(xiàn)核心信令路由功能。
共享XDMS用于在網(wǎng)絡同時提供PoC、IM或其他群組相關業(yè)務時提供共享的XML文檔,該XCAP服務器為多業(yè)務所共用。
2.2 協(xié)議組織
PoC業(yè)務的協(xié)議棧如圖2所示。
圖2 PoC業(yè)務協(xié)議棧
可見,PoC協(xié)議棧主要由應用層、IP相關協(xié)議棧和底層無線信道構(gòu)成。PoC業(yè)務控制信令采用SIP,業(yè)務流通過RTP傳送;所有數(shù)據(jù)基于IP采用面向無連接的UDP進行傳送。
3、PoC實現(xiàn)方案
PoC的實現(xiàn)主要有基于PS的方案和基于IMS的方案。
3.1 PS實現(xiàn)
PS方案指直接在GPRS或CDMA 1X核心網(wǎng)絡上增加PoC服務器來實現(xiàn)PoC業(yè)務;這種方案是國際標準發(fā)布之前的普遍方案。該方案結(jié)構(gòu)簡單,成本低,PoC服務器直接與GGSN/PDSN相連,負責PoC業(yè)務的提供,其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖3所示:
圖3 PS實現(xiàn)方案網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖
PS方案中,PoC服務器集中了業(yè)務控制和業(yè)務提供的主要功能,功能復雜;業(yè)務發(fā)現(xiàn)、地址解析、呼叫信令路由、鑒權(quán)、信令壓縮等功能都是廠家按照自己的理解,采用私有的技術(shù)實現(xiàn)的,互聯(lián)互通性很差,難于實現(xiàn)漫游;所以這種方案只能用于小規(guī)模建網(wǎng);另外,基于PS的實現(xiàn)基于2.5G網(wǎng)絡,網(wǎng)絡的帶寬和服務質(zhì)量(QoS)不能滿足PoC業(yè)務大規(guī)模商用的要求。
3.2 IMS實現(xiàn)
OMA PoC架構(gòu)默認PoC AS基于IMS網(wǎng)絡架構(gòu)運行。在這種架構(gòu)下,PoC Server只是應用服務器的角色:PoC Server使用基于IMS核心網(wǎng)提供尋址、選路和漫游功能;用戶終端發(fā)出的SIP消息通過IMS核心網(wǎng)的P-CSCF(代理呼叫會話控制功能)、I-CSCF(咨詢呼叫會話控制功能)、S-CSCF(服務呼叫會話控制功能)路由到PoC服務器進行處理。這里CSCF承擔了SIP/IP
CORE的功能。在沒有IMS核心網(wǎng)支持的情況下開展PoC業(yè)務,可引入單獨的SIP/IP CORE處理模塊來支持,并逐漸向IMS核心網(wǎng)CSCF功能演進。
基于IMS的PoC業(yè)務網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意如圖4所示:
圖4 基于IMS的PoC業(yè)務網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)圖
IMS對PoC業(yè)務的支持體現(xiàn)在IMS實現(xiàn)了PoC業(yè)務的注冊和安全、SIP信令路由、SIP信令壓縮、地址解析、對標識隱藏的管理以及計費等功能。
PoC功能實體與IMS架構(gòu)的對應關系如圖5所示:

圖5 PoC功能實體與IMS架構(gòu)的對應關系
相關接口和功能說明如下:
Gm:用戶設備與P-CSCF、IMS核心之間的接口,支持SIP協(xié)議,對應OMA PoC架構(gòu)的POC-1、XDM-1。
ISC:S-CSCF和應用服務器之間的接口,用于指示SIP請求應尋址到哪一個應用服務器,支持SIP協(xié)議,對應OMA PoC架構(gòu)的POC-2、POC-6。
Mb:PoC用戶端和服務器之間的接口或PoC服務器之間的接口,用于PoC媒體流傳送和控制,支持RTP(媒體傳送時)/RTCP(Talk Burst控制時),對應OMA PoC架構(gòu)的POC-3、POC-4。
Mw:CSCF之間的接口,用于用戶注冊和會話控制,對應OMA PoC架構(gòu)的IP-1。
Rf:應用服務器與在線計費系統(tǒng)OCS(Online Charging System)之間的接口,用于在線計費時傳送計費信息,采用DIAMETER協(xié)議,對應OMA架構(gòu)的C-5接口。
Ro:應用服務器與計費采集功能模塊CCF(Charging Collection Function)之間的接口,用于離線計費時計費信息的傳送,采用DIAMETER協(xié)議,同樣對應OMA架構(gòu)的C-5接口。
Ut:IMS客戶端和應用服務器之間的接口,用戶可以通過它安全地管理和配置存儲在AS上與網(wǎng)絡服務相關的信息,XML/HTTP可以作為該參考點的協(xié)議,對應的OMA PoC架構(gòu)里的接口仍是POC-3。
由圖5可見,PoC客戶端(UE)可以通過參考點Mb、Gm和Ut與PoC業(yè)務網(wǎng)絡進行交互,其他IMS網(wǎng)絡節(jié)點對UE是不可見的。PoC客戶端通過Gm參考點訪問PoC業(yè)務網(wǎng)絡時,所有的注冊、會話控制、和事務處理SIP消息都必須經(jīng)過P-CSCF。
作為例子,一個成功的點到點PoC通話的業(yè)務流程如圖6所示:
圖6 點到點PoC通話的簡單業(yè)務流程
圖6假設用戶端已經(jīng)在SIP Core中成功注冊和鑒權(quán);PoC Server、SIP CORE集中設置。
①UE#1發(fā)送會話建立請求到SIP Core;
②SIP Core將請求路由到PoC Server;
③PoC Server將請求轉(zhuǎn)發(fā)到SIP Core;
④SIP Core將請求轉(zhuǎn)發(fā)給UE#2,UE#2接受請求后返回響應;
⑤發(fā)言權(quán)協(xié)商和授權(quán)后,PoC Server發(fā)送會話允許消息給UE#1:
⑥UE#1發(fā)言,媒體流提交PoC Server;
⑦PoC Server將媒體流轉(zhuǎn)發(fā)給UE#2。
在業(yè)務實現(xiàn)過程中,IMS可以同時進行其他業(yè)務功能的實現(xiàn)和加強:
- PoC用戶和S-CSCF通過AKA算法實現(xiàn)雙方的認證和鑒權(quán)。
- 基于IMS的計費框架,實現(xiàn)PoC業(yè)務基于事件、組或發(fā)言方等多種方式的計費。
- 應用IMS中的SIP信令壓縮功能,在PoC客戶端和P-CSCF上實現(xiàn)SIP信令的壓縮和解壓縮,減少會話建立時延。
- 利用IMS業(yè)務能力,實現(xiàn)對某些用戶隱藏用戶標識。
- 使用SIP信令的QoS等級,控制PoC會話承載響應時間,滿足PoC業(yè)務對網(wǎng)絡QoS提出的高要求。
IMS基于SIP的控制業(yè)務協(xié)議;SIP消息的請求過程和媒體協(xié)商過程等是一起進行的,媒體連接建立時間短,符合PoC的業(yè)務特性。IMS提供了接入無關性,利用SIP可以對來自不同接入網(wǎng)絡的呼叫/會話可以進行統(tǒng)一的處理,容易實現(xiàn)不同網(wǎng)絡間的互聯(lián)互通以及實現(xiàn)更加豐富的業(yè)務特性。另外,IMS提供了VHE(虛擬歸屬環(huán)境),通過采用P-CSCF,I-CSCF和S-CSCF分層次的會話控制功能和集中式的HSS數(shù)據(jù)管理,對用戶信令執(zhí)行歸屬地控制和業(yè)務觸發(fā),保障了業(yè)務的一致性,可以為PoC用戶提供良好的業(yè)務體驗。
PoC實現(xiàn)不僅是呼叫連接建立和會話信息傳送的過程,通常還需要與在席、定位信息提供和群組管理等業(yè)務能力向結(jié)合,而SIP含有向注冊服務器注冊的功能,本身就可以提供這些服務和功能,這些都是基于PS的PoC實現(xiàn)無法比擬的:如基于PS方式的群組建立和管理必須由網(wǎng)絡管理員實現(xiàn),群組里的用戶無法區(qū)分權(quán)限;而基于IMS的群組可以由用戶發(fā)起并建立,同時可以對不同用戶設定不同權(quán)限;所以使用IMS和SIP實現(xiàn)PoC業(yè)務功能是非常合適的。
4、PoC應用和發(fā)展
截止到2006年,全球已有超過百家移動運營商進行測試或開通運營PoC業(yè)務,但使用的設備和終端多數(shù)是基于私有標準或者行業(yè)標準,主要由Ericsson、Motorola、Siemens、Nokia等廠商提供,市場商用情況比較混亂,給互聯(lián)互通和業(yè)務的推廣造成了很大的障礙。
在國內(nèi),移動運營商提供的PoC業(yè)務融合了傳統(tǒng)移動語音通信、無線集群通信和短信業(yè)務。PoC手機可在界面上設置類似于QQ或MSN的好友列表,可設置多個群組,并能隨意修改個人在線或隱身等狀態(tài);既能選擇某個人單聊,也可實現(xiàn)與三人以上的群組共同對話,還能進行普通語音通信;從而同時滿足了用戶對群組通信、對講漫游和實時通信的需求。目前PoC在國內(nèi)并沒有大范圍的商用,主要是在集團市場中有所應用,如物流調(diào)度、出租車調(diào)度、物業(yè)管理、公共場所應急服務等等。隨著3G的部署,PoC在會話時延、信道容量方面的不足將得到改善,用戶的體驗將得到提升,業(yè)務也必將得到很大的發(fā)展。
PoC功能是未來IMS網(wǎng)絡的基本業(yè)務功能,基于IMS的實現(xiàn)在互聯(lián)互通實現(xiàn)方面達到了最高的融合境界。目前,各國際標準化組織在3G業(yè)務方面的標準化工作紛紛將重點放到了PoC、IM等IMS網(wǎng)絡自身能提供的業(yè)務系統(tǒng)和平臺上,PoC業(yè)務的標準化工作得到了很大的長進。今后PoC還可以與基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)的非實時的PTM(Push-To-Multimedia)相結(jié)合;PTM是通過按鍵發(fā)送非實時語音消息、MMS等多媒體信息的應用;它的實現(xiàn)同樣是使用了基于UDP/IP的實時傳輸技術(shù)。業(yè)界預計PoC還會發(fā)展為PTC(Push-To-Connect);PTM將使用基于TCP/IP的可靠的存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。
在終端方面,PoC業(yè)務的實現(xiàn)需要終端的支持。在3G環(huán)境下,PoC能力將作為終端的基本功能予以支持。隨著終端的豐富,PoC業(yè)務必將會在大眾市場廣泛普及。
5、結(jié)束語
PoC業(yè)務是利用現(xiàn)有移動分組網(wǎng)絡承載的高速數(shù)據(jù)業(yè)務功能提供的服務。PoC業(yè)務由于其方便快捷的業(yè)務特性為業(yè)務市場所看好。基于IMS實現(xiàn)PoC業(yè)務是一種開放、有效的方法,與業(yè)務網(wǎng)絡的演進方向是一致的,同時和OMA PoC的業(yè)務架構(gòu)很好地吻合。利用SIP和IMS實現(xiàn)PoC的技術(shù)方案和標準正不斷成熟,不可否認PoC將成為3G時代的移動通信重點業(yè)務。
中國聯(lián)通
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