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基于IMS的多媒體彩振業(yè)務(wù)的設計與實(shí)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(wù)的全方位框架,是對IP多媒體業(yè)務(wù)進(jìn)行控制的網(wǎng)絡(luò )核心層邏輯功能實(shí)體的總稱(chēng)。IMS基于會(huì )話(huà)初始協(xié)議(Session Initiation Protocol,SIP),支持各種融合業(yè)務(wù)的公共平臺,并且不依賴(lài)于任何接入技術(shù)。IMS不僅能夠滿(mǎn)足用戶(hù)對移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)的需求,還能滿(mǎn)足終端客戶(hù)更新穎與多樣化的多媒體業(yè)務(wù)需求。IMS提供了一個(gè)完整的架構提供多媒體業(yè)務(wù),可以同時(shí)支持固定和移動(dòng)多種接入方式。目前IMS被認為是下一代網(wǎng)絡(luò )的核心技術(shù),也是解決移動(dòng)固網(wǎng)融合,引入語(yǔ)音、數據、視頻三重融合等差異化業(yè)務(wù)的首要方式。

  本技術(shù)方案描述的IMS域多媒體振鈴業(yè)務(wù)屬于主叫定制的業(yè)務(wù),業(yè)務(wù)感受則由被叫用戶(hù)體驗。業(yè)務(wù)用戶(hù)可以為某一位或某一組被叫用戶(hù)設定不同的個(gè)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(shí),被叫終端振鈴過(guò)程中,被叫將從網(wǎng)絡(luò )接收到主叫預設的包含了多種媒體信息的個(gè)性化振鈴,并將多媒體振鈴展現給被叫用戶(hù)。

  2 業(yè)務(wù)背景描述

  隨著(zhù)電信市場(chǎng)競爭的日趨激烈,運營(yíng)商話(huà)音業(yè)務(wù)利潤不斷下降,同時(shí)傳統的話(huà)音和短信等業(yè)務(wù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足用戶(hù)日趨多樣化與個(gè)性化的要求。面對嚴峻的市場(chǎng)形勢,運營(yíng)商必須尋找新的業(yè)務(wù)增長(cháng)點(diǎn),開(kāi)發(fā)更多的增值業(yè)務(wù)。IMS多媒體彩振業(yè)務(wù)就是在這種大背景下產(chǎn)生的一種新的移動(dòng)增值業(yè)務(wù)。

  在傳統的PSTN(Public Switched Telephone Network)以及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )中,一個(gè)呼叫的最終目的是讓兩個(gè)用戶(hù)進(jìn)行交談。通常,主叫用戶(hù)發(fā)起呼叫后用戶(hù)交談并不會(huì )立即開(kāi)始(甚至可能最終沒(méi)有開(kāi)始),等待時(shí)間一般是幾秒到幾十秒,這完全取決于被叫用戶(hù)何時(shí)應答。在被叫應答之前,被叫的用戶(hù)終端會(huì )播放振鈴音。IMS多媒體振鈴業(yè)務(wù)就是個(gè)性化振鈴音的一個(gè)應用實(shí)例。

  在早期的固話(huà)與移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )時(shí)代,被叫用戶(hù)的振鈴音完全是由系統默認設置。隨著(zhù)終端功能的發(fā)展,振鈴可以由被叫用戶(hù)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(wù)的出現,使得使用多媒體振鈴業(yè)務(wù)的主叫用戶(hù)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(gè)全新的移動(dòng)增值業(yè)務(wù),它不僅將原本由被叫設置振鈴音擴展到由主叫設置,同時(shí)也大大地擴展了振鈴媒體文件的類(lèi)型,由原來(lái)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(wù)能為用戶(hù)提供更加個(gè)性化與多樣化的業(yè)務(wù)體驗,相信在不遠的將來(lái)彩振業(yè)務(wù)就能得到市場(chǎng)充分的認可,并帶來(lái)巨大的商業(yè)利益。

  3 技術(shù)實(shí)現

  3.1 IMS系統組網(wǎng)

  IMS網(wǎng)絡(luò )由業(yè)務(wù)層、控制層、終端層以及網(wǎng)管計費網(wǎng)元組成,不同層面之間采用開(kāi)放接口協(xié)議,提供以IP為承載的、基于SIP協(xié)議的多媒體會(huì )話(huà)業(yè)務(wù)的控制能力和業(yè)務(wù)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(huà)的接入,并可以與CDMA(Code Division Multiple Access)網(wǎng)絡(luò )電路域、PSTN/軟交換系統以及其它網(wǎng)絡(luò )互通。IMS網(wǎng)絡(luò )相對于軟交換網(wǎng)絡(luò )而言增加了一個(gè)外置的數據庫:歸屬用戶(hù)服務(wù)器(Home Subscriber Server,HSS),用于用戶(hù)鑒權和保存用戶(hù)業(yè)務(wù)觸發(fā)規則。所有業(yè)務(wù)運行在控制層以上,通過(guò)SIP消息與呼叫會(huì )話(huà)控制功能(Call Session Control Function,CSCF)進(jìn)行業(yè)務(wù)控制的交互。

  圖1所示為IMS網(wǎng)絡(luò )結構圖,介紹了IMS網(wǎng)絡(luò )中各網(wǎng)元的位置以及其它網(wǎng)元之間的交互,下面按照結構圖對每個(gè)層面的主要功能實(shí)體進(jìn)行簡(jiǎn)要的描述。
IMS網(wǎng)絡(luò )結構圖

圖1 IMS網(wǎng)絡(luò )結構圖

  (1)業(yè)務(wù)層:IMS業(yè)務(wù)層網(wǎng)絡(luò )完成IMS業(yè)務(wù)的提供、執行、IMS業(yè)務(wù)能力的抽象與開(kāi)放,支持自營(yíng)業(yè)務(wù)、第三方業(yè)務(wù)等多種提供方式,各IMS業(yè)務(wù)能力之間可以相互調用,并且能夠開(kāi)放給自營(yíng)業(yè)務(wù)平臺,還能夠通過(guò)業(yè)務(wù)能力開(kāi)發(fā)網(wǎng)關(guān)給第三方業(yè)務(wù)平臺。

  (2)控制層:IMS控制層主要完成會(huì )話(huà)控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認證、計費、業(yè)務(wù)觸發(fā)等功能。IMS控制層得主要功能實(shí)體如下:

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

  (4)網(wǎng)管與運營(yíng)支撐網(wǎng)元主要如下:

  3.2 彩振業(yè)務(wù)平臺總體結構

  多媒體彩振業(yè)務(wù)平臺屬于IMS網(wǎng)元中的一個(gè)SIP AS,位于業(yè)務(wù)層之上。彩振業(yè)務(wù)平臺通過(guò)基于SIP的ISC(Internal Service Control)接口,與S-CSCF進(jìn)行信令交互。SIP硬終端、SIP軟終端、CDMA終端等都可以通過(guò)IMS承載層接入IMS網(wǎng)絡(luò ),使用多媒體彩振業(yè)務(wù)。

  IMS域彩振業(yè)務(wù)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(shí)際組網(wǎng)中,這些邏輯部分可以實(shí)現在一個(gè)或多個(gè)物理實(shí)體上,多個(gè)SIP前臺與多個(gè)AS之間可以交叉相連。各功能實(shí)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(lái)SIP信令以及外出SIP信令進(jìn)行控制和管理,負責SIP消息的Session管理、超時(shí)重發(fā)SIP消息以及對重發(fā)消息的攔截。

  (2)AS:負責呼叫過(guò)程中IMS域彩振業(yè)務(wù)控制,通過(guò)SIP前臺與S-CSCF交互。AS與S-CSCF交互以實(shí)現對業(yè)務(wù)的呼叫控制,并執行彩振的業(yè)務(wù)邏輯。

  (3)Portal:Portal是多媒體彩振業(yè)務(wù)的門(mén)戶(hù)網(wǎng)站,多媒體彩振用戶(hù)、內容提供商、運營(yíng)商都可以使用WWW瀏覽器通過(guò)Web接口登錄門(mén)戶(hù)網(wǎng)站,并對多媒體彩振業(yè)務(wù)進(jìn)行管理與配置。

  (4)DB(Data Base):用戶(hù)信息數據庫(DB)存儲用戶(hù)業(yè)務(wù)數據,其余網(wǎng)元通過(guò)數據庫訪(fǎng)問(wèn)接口訪(fǎng)問(wèn)用戶(hù)信息數據庫。

  3.3 彩振業(yè)務(wù)平臺詳細設計

  AS模塊和Portal模塊是IMS多媒體彩振業(yè)務(wù)系統中最重要的兩個(gè)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(kāi)發(fā)語(yǔ)言為Java,選用EB-Xjoin框架。主要功能是按照3.4節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A(yíng)S針對主叫、被叫分別維護一個(gè)SIP Session。下面分別對主叫、被叫側的SIP信令處理進(jìn)行說(shuō)明。

  主叫側:主要功能是在收到彩振用戶(hù)的初始INVITE消息后,執行業(yè)務(wù)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(hù)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(shí)需要對主叫側SIP信令進(jìn)行轉發(fā)。

  被叫側:對被叫側SIP信令進(jìn)行轉發(fā),不執行業(yè)務(wù)邏輯。

  (2)振鈴選擇模塊:開(kāi)發(fā)語(yǔ)言為Java,選用Spring,Hibernate框架,數據庫使用Informix。主要功能是根據用戶(hù)設置的規則,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則匹配、振鈴文件選擇、振鈴文件返回三大功能。

  3.3.2 Portal模塊

  Portal模塊的開(kāi)發(fā)語(yǔ)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(hù)管理網(wǎng)站、內容提供商管理網(wǎng)站、運營(yíng)商管理網(wǎng)站構成。

  (1)用戶(hù)管理網(wǎng)站:多媒體彩振用戶(hù)可以通過(guò)Web方式對自己的個(gè)性化振鈴業(yè)務(wù)進(jìn)行配置和管理。

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

  (3)運營(yíng)商管理功能。

  3.4 信令流程

  IMS多媒體彩振業(yè)務(wù)是主叫側業(yè)務(wù),主叫用戶(hù)終端的INVITE經(jīng)過(guò)主叫側S-CSCF的IFC(Initial Filter Criteria)評估,觸發(fā)到多媒體彩振服務(wù)器。多媒體彩振服務(wù)器根據用戶(hù)的群組、時(shí)間條件設置,通過(guò)選鈴音算法選擇振鈴文件,將音、視頻文件的URL寫(xiě)入INVITE消息的Alert-Info,將文本、圖片、電子名片按照規范編碼寫(xiě)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(hù)端呈現。被叫用戶(hù)摘機后,終端停止播放和呈現振鈴文件,并建立通話(huà)。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(hù)撥打被叫用戶(hù),INVITE請求到達主叫S-CSCF。
  (2)主叫側S-CSCF對所收到的INVITE消息進(jìn)行IFC評估。
  (3)當主叫用戶(hù)申請了多媒體彩振業(yè)務(wù),主叫側S-CSCF根據個(gè)性化振鈴業(yè)務(wù)的IFC,將呼叫路由到個(gè)性化振鈴服務(wù)器。
  (4)個(gè)性化振鈴服務(wù)器收到INVITE請求后,啟動(dòng)振鈴業(yè)務(wù)邏輯,選擇正確的振鈴文件。
  (5)如主叫用戶(hù)為該被叫用戶(hù)或所屬群組設置的個(gè)性化振鈴文件為包含了音樂(lè )和文本的個(gè)性化振鈴文件,則個(gè)性化振鈴服務(wù)器在INVITE消息中添加Alert-Info(包含音樂(lè )媒體文件的URL)同時(shí)將Content-type設置為相應的文本的MIME類(lèi)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(hù)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(hù)端。
  (7)如果被叫用戶(hù)不屏蔽主叫個(gè)性化振鈴,則被叫客戶(hù)端解析INVITE消息,根據得到的媒體文件的URL地址到個(gè)性化振鈴服務(wù)器下載,同時(shí)對SIP消息中的MIME消息體進(jìn)行解碼。如果被叫用戶(hù)屏蔽主叫個(gè)性化振鈴,則被叫客戶(hù)端不對INVITE消息中的Alert-Info頭域和MIME消息體進(jìn)行處理。
  (8)被叫客戶(hù)端返回180Ringing消息并進(jìn)行振鈴文件的播放/顯示,對于A(yíng)lert-Info頭域中對應的媒體文件要求客戶(hù)端實(shí)時(shí)播放。
  (9)被叫側S-CSCF向個(gè)性化振鈴服務(wù)器轉發(fā)180消息。
  (10)個(gè)性化振鈴服務(wù)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(hù)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(gè)性化振鈴服務(wù)器轉發(fā)200 OK響應。
  (14)個(gè)性化振鈴服務(wù)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(hù)端發(fā)送ACK。
  (17)主叫側S-CSCF向個(gè)性化振鈴服務(wù)器轉發(fā)ACK。
  (18)個(gè)性化振鈴服務(wù)器向被叫轉發(fā)ACK。
  (19)被叫側S-CSCF向被叫網(wǎng)絡(luò )發(fā)送ACK,通話(huà)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(yǔ)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(wù)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(lèi)型進(jìn)行標識。

  文本:IEFT RFC 1521對文本類(lèi)型的Content-type的語(yǔ)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(lèi)型的 Content-type的語(yǔ)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(yǔ)

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

  相對于傳統的早期媒體彩鈴業(yè)務(wù),多媒體彩振將個(gè)性化服務(wù)由被叫擴寬到主叫,同時(shí)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(guò)多媒體彩振業(yè)務(wù),運營(yíng)商能夠為普通用戶(hù)提供更加個(gè)性化的服務(wù),同時(shí)還能為企業(yè)用戶(hù)提供企業(yè)級的彩振業(yè)務(wù),達到擴展市場(chǎng)的目的;通過(guò)多媒體彩振業(yè)務(wù),用戶(hù)能夠獲得更好的業(yè)務(wù)體驗,能夠在生活與工作中充分利用多媒體彩振業(yè)務(wù)。不難看出多媒體彩振業(yè)務(wù)有很好的應用前景,順應通信網(wǎng)發(fā)展的浪潮,多媒體彩振業(yè)務(wù)一定能夠擁有更廣闊的發(fā)展空間。
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