IMS的POC技术探析

IMS的POC技术探析

0概述

备受业界关注的PoC (Push to Falk over Cellular)手机对讲业务在我国已经进入运营阶段。开通该项业务的普通智能手机用户，只要按下终端上的PoC功能键，就能够与具有同样业务功能的一部或多部手机进行通话，而不需拨打一长串电话号码。PoC业务比传统手机呼叫更加方便快捷，是一种综合话音和数据的个性化即时通信业务。

1 PoC的业务特性

PoC的业务特性可以概括为以下几点：

(1)即按即说：用户可以从通讯录中选择个人或通话群组，按下PoC功能键开始通话。该业务的呼叫延迟非常短，通常不超过2秒。

(2)半双工通信：讲话需要申请发言权，且讲话时通话组中的其他人只能接听。

(3)多种应答模式：用户可以选择手动或自动应答模式，也可以设置为自动拒绝模式。

(4)支持一对一会话和群组会话：公司或家庭成员之间都可以通过该功能进行类似电话会议的交流。

(5)漫游：PoC利用的是IP网络的包交换能力，服务不受地理位置的限制，可实现全网络范围漫游。

(6)呈现状态(Presence)服务：类似即时通信软件的界面和功能，用户可设置“通话状态”(在线、隐身或离线)，并更改好友属性等。

(7)多方PoC会话：单个PoC终端可同时处于多个PoC会话中。PoC具有并发会话功能，用户不会挂起任何一个会话。

(8)接入列表(Access List)管理：支持接受成员列表和拒绝成员列表。

(9)对已有业务的增强功能：除了实时语音通信外，PoC同时可支持通话群组成员之间的文本传送、彩信传送、在线游戏等。

(10)低廉的话费开销：PoC能够节省大量网络资源，所以价格低廉，且在线和离线分别计费。

2 IMS体系结构

IMS是一个开放的架构体系，3GPP使用分层的方法对其设计，可以实现业务与控制相分离、呼叫控制与媒体传输相分离，其承载由底层的传输层提供．业务逻辑则由应用层实现。IMS核心系统是中间的控制层，它为业务提供会话控制功能。

IMS体系结构中的重要实体结构如图1所示。



2.1 CSCF功能

CSCF (Call Session Control Function，呼叫会话控制功能)是IMS的核心控制实体，负责对用户多媒体会话进行处理，并实现软交换控制功能。CSCF可分为三类，一是P-CSCF；二是Z-CSCI；三是S-CSCF。P-CSCF (Proxy-CSCF，代理-CSCF)是UE(User Equipment，用户设备)接入IMS网络的第一个连接点，所有来自或发给UE的SIP信令流，都由此经过。P-CSCF负责会话路由、承载鉴权、SIP压缩和解压缩、IPSec安全关联、以及与策略决策功能的交互等。

I-CSCF(Interrogating-CSCF，问询-CSCF)位于归属域中，是从访问域到归属域的入口点，也是IMS与其他PLMN的主要连接点。I-CSCF负责找到用户位置信息以便确定路由，并分配S-CSCF给用户，同时也能够隐藏IMS网络内部拓扑信息。

S-CSCF(Scrying-CSCF，服务-CSCF)在IMS核心网中处于核心的控制地位，它与HSS交互，负责处理用户的注册鉴权、进行路由决策、维持会话状态并计费。

2.2 HSS功能

IMS体系结构中的HSS (Home Subscriber Server，归属签约用户服务器)是存储用户相关信息的中心数据库，主要数据包括用户身份、注册信息、用户鉴权、漫游授权、已分配的S-CSCF信息、以及业务触发信息等。HSS知道用户现在的位置和用户指定的服务，而CSCF则可以向HSS询问以获取相关信息。例如I-CSCF可以用来为用户选择最适合的S-CSCF信息。

2.3 AS应用服务器

AS(Application Server)是提供增值多媒体业务的实体，位于用户的归属网络中或者第三方的位置．这里的第三方指一个网络或者一个独立的AS。AS的主要功能是处理从IMS发来的SIP会话、发起SIP请求、发送计费信息。AS拥有广泛的增值多媒体业务，一个多业务的通话可能需要多个AS参与。

2.4 MRF媒体资源功能

MRF(Media Resource Function，媒体资源功能)由信令平面的MRFC(MRF Controller，媒体资源控制器)和媒体平面的MRFP (MRF Processor，媒体资源处理器)构成。其中MRFC处理来自和去往S-CSCF的SIP通信，并控制MRFP；MRFP则可提供MRFC指示的用户资源，并完成媒体流的混合、音频代码转换等功能。

2.5 BGCF出口网关控制功能

BGCF(Breakout Gateway Control Function，出口网关控制功能)为被叫出IMS域或进入CS域的选择出口点。若选择的出口与此BCBG同网，则选择本网的一个媒体网关控制功能进行进一步的通话处理；若不同网，BGCF则将会话转发到相应网络的BGCF。不同运营商的IMS网络互通，不需要经过BGCF。

3 基于IMS域的PoC技术方案

在现有的3G网络上布置一定数量的SIP代理和注册服务器可构建具有IMS功能的SIP／IP Core(SIP／IP核心网)，以便为PoC提供寻址、选路和漫游等功能。这种方案可以称为“基于IMS域的方案”。该方案漫游便捷、互通性好，多业务之间调用简单，是未来发展多媒体业务的方向。IMS对PoC的支持就是SIP／IP Core对PoC的支持，主要实现PoC业务的注册、SIP信令路由、SIP信令压缩、地址解析、对标识隐藏的管理以及计费等功能。

4 PoC体系结构

4.1 PoC的主要实体

基于IMS的PoC体系结构主要包含PoC客户端、PoC服务器、群组列表管理器(XDMS)、SIP／IP核心网等部分，图2所示是PoC的体系结构。


(1)PoC客户端

通常PoC客户端都是UE(User Equipment，用户设备)中的软件，用以接人和使用PoC业务，PoC客户端的主要功能包括：发起注册、鉴权请求，发起会话邀请、参与和终止请求，它可以产生、发送和接收语音突发(Talk Bursts)，并支持语音突发的控制程序和TBCP(Talk Burst ControlProtocol，语音突发控制协议)的协商。

(2)PoC服务器

PoC服务器是IMS体系架构中的应用服务器，是实现PoC业务最重要的功能实体，分为主控和参与功能两种角色。

两种角色共有的功能包括：SIP会话处理、保护用户地址隐私、支持用户面适配过程、支持TBCP、进行不同编解码的码制转换。主控PoC的其他功能有强制实施参与群组会话策略，向用户提供信息，提供集中式媒体分配、通话突发控制功能、媒体质量信息和计费报告等；参与PoC的其他功能有强制执行呼入PoC会话策略，存储PoC客户端应答模式、会话阻塞等设置，以及提供计费报告等。

(3)SIP／IP核心(SIP／IP Core)

SIP／IP Core可替代标准的IMS网络，可实现IMS体系的功能，其中包括负责PoC客户端和服务器之间SIP信令的路由，提供寻址和地址解析，支持SIP压缩，维护注册状态，根据用户业务的配置对PoC客户端进行鉴权和授权，以及提供计费信息和合法监听等。

(4)PoC XDMS (PoC XML Document Management Server，PoC文档管理服务器)

PoC XDMS是一种应用配置设置管理服务器，它保存有PoC特定数据，主要功能有群组列表的创建、修改、读取和删除，负责引入的SIP和XML配置访问协议请求的授权等。

(5)PoC XDMC(PoC XML Document Management Client，PoC文档管理客户端)

PoC XDMC可与XDMS互通，负责对XML皮件进行创建、修改、保存和删除。

4.2 PoC相关协议

PoC会话控制和其他信号传输都基于SIP(Session Initiation Protocol，会话发起协议)，可用来创建、修改及终止一个或多个参与者参加的会话进程，是一种文本型请求响应协议。

语音流量传输是基于RTP／RTCP (Real Time实时传输协议／实时传输控制协议)的流承载方式。RTP作为PoC语音传输协议，可传送语音包；RTCP则可对RTP会话质量进行裁决。

XCAP(XML Configuration Access Protocol，XML配置访问协议)用来将客户信息上传到服务器。此外，OMA还定义了TBCP协议，可用于实现PoC媒体流的分发和发言权的控制。

5 PoC业务流程

5.1 PoC的注册流程

PoC的注册流程有四步。第一是客户端向P-CSCF发送携带相关注册信息(公共用户标识、私有用户标识、归属网络域名、UE IP地址等)的REGISTER请求；

第二是在P-CSCF接收到注册请求之后，检查发起方的归属域名，以发现到其归属网络的人口点I-CSCF，并将REGISTER请求消息转发给此I-CSCF；

接下来是I-CSCFNHSS查询此用户是否允许注册，如果允许，HSS将向I-CSCF返回选中的S-CSCF；

最后，I-CSCF将注册消息转发给S-CSCF，然后经过鉴权后，再由S-CSCF从HSS下载用户的相关信息，然后返回200 OK，至此，注册过程全部结束。

5.2 PoC会话建立流程

PoC会话是利用VoIP技术实现的半双工语音业务，当一人讲话时，通话组中其他人只能听。通话双方的两部终端设备共用一个频道进行呼叫和接听，用户讲话时才占用信道，接听时只监听信道。图3所示是该会话过程中的主要PoC实体流程图。其流程的建立可按以下步骤进行：



步骤1：用户A从通信录中选中需要通话的用户B，并按下客户端上的PoC通话功能键。从而触发客户端A向其归属网络的PoC服务器A发送一条SIP邀请(SIP Invite)请求；

步骤2：服务器A产生新的SIP请求并发往用户B，在被用户B归属网络的PoC服务器截取后，将查询用户A是在用户B的拒绝通话列表还是自动应答列表中；

步骤3：假设用户A在用户B的自动应答列表中，则PoC服务器B向客户端B发送SIP Invite请求，同时回送SIP会话处理响应至服务器A；

步骤4：当服务器A接收到这条消息时，就表明用户B愿意进行呼叫连接，于是它将发送SIP202接受响应给用户A，同时向用户A分配通话信道，用户A的手机发出可以开始通话的提示音；

步骤5：用户A在通话信道仍没有端到端地建立完成时就可以开始讲话了，这就是被称为预先媒体处理的通信模式。这样，PoC服务器就必须对话音流进行缓存，直到步骤7结束；

步骤6：客户端B由于采用自动应答模式，回送SIP 200 OK给台服务器B表示默许；

步骤7：客户端A收到SIP通报(OK)消息，表明通话信道已经建立完成，信道通话权真正赋予用户A；

步骤8：用户A获得通话权并开始讲话，PoC系统为用户A传送媒体流；

步骤9：当用户A停止讲话并释放客户端上的PoC功能键释放通话权后，通话权处于空闲状态；

步骤10：用户B按下客户端上的PoC通话功能键，以发起通话请求，并获得通话权；

步骤11：用户A获得通话权并开始讲话，PoC系统为用户B传送媒体流；

步骤12：用户B释放PoC功能键后，通话权重新回归空闲状态；

步骤13：如果用户之间没有进一步的通话需求，并不需要手动结束通话连接。则系统在超过一段特定的时间间隔后，PoC服务器将自动发送结束通话的SIP BYE消息。

6 结束语

IMS无疑是一种非常强大的架构体系，其基本功能(如信令和路由)，将使服务的部署和应用的扩充更加简捷易行。PoC业务是3G新的增值点，随着其标准的逐步完善，必然能够使呼叫延迟进一步缩短，通话质量、互连互通能力也将得到更一步的提高，为3G用户带来更加丰富便捷的服务。