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基于IMS的多媒體彩振業(yè)務(wù)的設(shè)計與實現(xiàn)

徐鵬 李煒 王晶 2012/02/03

  1 引言

  IP多媒體子系統(tǒng)(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)進行控制的網(wǎng)絡(luò)核心層邏輯功能實體的總稱。IMS基于會話初始協(xié)議(Session Initiation Protocol,SIP),支持各種融合業(yè)務(wù)的公共平臺,并且不依賴于任何接入技術(shù)。IMS不僅能夠滿足用戶對移動多媒體業(yè)務(wù)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(wù)需求。IMS提供了一個完整的架構(gòu)提供多媒體業(yè)務(wù),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(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù),也是解決移動固網(wǎng)融合,引入語音、數(shù)據(jù)、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)感受則由被叫用戶體驗。業(yè)務(wù)用戶可以為某一位或某一組被叫用戶設(shè)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(wǎng)絡(luò)接收到主叫預設(shè)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(xiàn)給被叫用戶。

  2 業(yè)務(wù)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(wù)利潤不斷下降,同時傳統(tǒng)的話音和短信等業(yè)務(wù)已經(jīng)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(wù)增長點,開發(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)生的一種新的移動增值業(yè)務(wù)。

  在傳統(tǒng)的PSTN(Public Switched Telephone Network)以及移動網(wǎng)絡(luò)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(yīng)答。在被叫應(yīng)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(wù)就是個性化振鈴音的一個應(yīng)用實例。

  在早期的固話與移動網(wǎng)絡(luò)時代,被叫用戶的振鈴音完全是由系統(tǒng)默認設(shè)置。隨著終端功能的發(fā)展,振鈴可以由被叫用戶設(shè)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(xiàn),使得使用多媒體振鈴業(yè)務(wù)的主叫用戶為被叫設(shè)置包括音頻、視頻、圖片、文本以及電子名片在內(nèi)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(wù),它不僅將原本由被叫設(shè)置振鈴音擴展到由主叫設(shè)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(wù)能為用戶提供更加個性化與多樣化的業(yè)務(wù)體驗,相信在不遠的將來彩振業(yè)務(wù)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(shù)實現(xiàn)

  3.1 IMS系統(tǒng)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)議的多媒體會話業(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(tǒng)固定電話的接入,并可以與CDMA(Code Division Multiple Access)網(wǎng)絡(luò)電路域、PSTN/軟交換系統(tǒng)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)而言增加了一個外置的數(shù)據(jù)庫:歸屬用戶服務(wù)器(Home Subscriber Server,HSS),用于用戶鑒權(quán)和保存用戶業(yè)務(wù)觸發(fā)規(guī)則。所有業(yè)務(wù)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(wù)控制的交互。

  圖1所示為IMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)圖對每個層面的主要功能實體進行簡要的描述。
IMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖1 IMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(zhí)行、IMS業(yè)務(wù)能力的抽象與開放,支持自營業(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(diào)用,并且能夠開放給自營業(yè)務(wù)平臺,還能夠通過業(yè)務(wù)能力開發(fā)網(wǎng)關(guān)給第三方業(yè)務(wù)平臺。

  (2)控制層:IMS控制層主要完成會話控制、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體如下:

  (3)終端層:IMS終端設(shè)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)管與運營支撐網(wǎng)元主要如下:

  3.2 彩振業(yè)務(wù)平臺總體結(jié)構(gòu)

  多媒體彩振業(yè)務(wù)平臺屬于IMS網(wǎng)元中的一個SIP AS,位于業(yè)務(wù)層之上。彩振業(yè)務(wù)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(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(shù)據(jù)庫、Portal。在實際組網(wǎng)中,這些邏輯部分可以實現(xiàn)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(jié)構(gòu)圖

圖2 多媒體彩振平臺結(jié)構(gòu)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(wù)控制,通過SIP前臺與S-CSCF交互。AS與S-CSCF交互以實現(xiàn)對業(yè)務(wù)的呼叫控制,并執(zhí)行彩振的業(yè)務(wù)邏輯。

  (3)Portal:Portal是多媒體彩振業(yè)務(wù)的門戶網(wǎng)站,多媒體彩振用戶、內(nèi)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(wǎng)站,并對多媒體彩振業(yè)務(wù)進行管理與配置。

  (4)DB(Data Base):用戶信息數(shù)據(jù)庫(DB)存儲用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),其余網(wǎng)元通過數(shù)據(jù)庫訪問接口訪問用戶信息數(shù)據(jù)庫。

  3.3 彩振業(yè)務(wù)平臺詳細設(shè)計

  AS模塊和Portal模塊是IMS多媒體彩振業(yè)務(wù)系統(tǒng)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(cè)與被叫側(cè)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(cè)的SIP信令處理進行說明。

  主叫側(cè):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(wù)邏輯。從INVTIE消息中提取主叫、被叫號碼,調(diào)用振鈴選擇模塊獲取彩振用戶設(shè)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(cè)SIP信令進行轉(zhuǎn)發(fā)。

  被叫側(cè):對被叫側(cè)SIP信令進行轉(zhuǎn)發(fā),不執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯。

  (2)振鈴選擇模塊:開發(fā)語言為Java,選用Spring,Hibernate框架,數(shù)據(jù)庫使用Informix。主要功能是根據(jù)用戶設(shè)置的規(guī)則,返回對應(yīng)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。

  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(shù)據(jù)庫使用Informix。Portal模塊主要由用戶管理網(wǎng)站、內(nèi)容提供商管理網(wǎng)站、運營商管理網(wǎng)站構(gòu)成。

  (1)用戶管理網(wǎng)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(wù)進行配置和管理。

  (2)內(nèi)容提供商管理網(wǎng)站:多媒體彩振內(nèi)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:

  (3)運營商管理功能。

  3.4 信令流程

  IMS多媒體彩振業(yè)務(wù)是主叫側(cè)業(yè)務(wù),主叫用戶終端的INVITE經(jīng)過主叫側(cè)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(jù)用戶的群組、時間條件設(shè)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(jù)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(xiàn)。被叫用戶摘機后,終端停止播放和呈現(xiàn)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(cè)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(wù),主叫側(cè)S-CSCF根據(jù)個性化振鈴業(yè)務(wù)的IFC,將呼叫路由到個性化振鈴服務(wù)器。
  (4)個性化振鈴服務(wù)器收到INVITE請求后,啟動振鈴業(yè)務(wù)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(shè)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(wù)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(shè)置為相應(yīng)的文本的MIME類型并將文件內(nèi)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(jù)得到的媒體文件的URL地址到個性化振鈴服務(wù)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(yīng)的媒體文件要求客戶端實時播放。
  (9)被叫側(cè)S-CSCF向個性化振鈴服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)180消息。
  (10)個性化振鈴服務(wù)器向主叫側(cè)S-CSCF轉(zhuǎn)發(fā)180消息。(11)主叫側(cè)S-CSCF向主叫發(fā)送180消息。
  (11)被叫摘機,發(fā)送200 OK響應(yīng)消息。
  (12)被叫客戶端發(fā)出200 OK響應(yīng)后立即停止Alert-Info頭域中對應(yīng)的媒體文件的播放。
  (13)被叫側(cè)S-CSCF向個性化振鈴服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)200 OK響應(yīng)。
  (14)個性化振鈴服務(wù)器向主叫側(cè)S-CSCF轉(zhuǎn)發(fā)200 OK響應(yīng)。
  (15)主叫側(cè)S-CSCF向主叫發(fā)送200 OK響應(yīng)。
  (16)主叫客戶端發(fā)送ACK。
  (17)主叫側(cè)S-CSCF向個性化振鈴服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)ACK。
  (18)個性化振鈴服務(wù)器向被叫轉(zhuǎn)發(fā)ACK。
  (19)被叫側(cè)S-CSCF向被叫網(wǎng)絡(luò)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(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(jié)束語

  本文詳細介紹了多媒體彩振業(yè)務(wù)的組網(wǎng)、總體設(shè)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(wù)開發(fā)人員一些參考。

  相對于傳統(tǒng)的早期媒體彩鈴業(yè)務(wù),多媒體彩振將個性化服務(wù)由被叫擴寬到主叫,同時將傳統(tǒng)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(jié)合。通過多媒體彩振業(yè)務(wù),運營商能夠為普通用戶提供更加個性化的服務(wù),同時還能為企業(yè)用戶提供企業(yè)級的彩振業(yè)務(wù),達到擴展市場的目的;通過多媒體彩振業(yè)務(wù),用戶能夠獲得更好的業(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(yīng)用前景,順應(yīng)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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