采用IMSPresence业务实现信息家电系统的设计

1.引言

随着计算机技术与通信技术的不断发展，网络应用正渗透到人们社会生活的各个领域。

信息家电作为家庭信息化的重要组成部分，也正步入人们的家庭。但信息家电要想规模化发展，还有许多亟待解决的问题，如信息家电相关的基础设施的制造水平、互联网基础设施的普及和技术的成熟程度以及整个社会信息化水平的发展等，都成为制约信息家电行业发展的因素，其中缺乏信息家电行业标准也成了束缚信息家电规模化的瓶颈。各个家电厂家设备不兼容，这样势必造成整个行业的重复建设，社会资源的浪费。

IMS作为NGN（下一代网络）的核心标准框架，开创了全新的电信商业模式，拓展了整个信息产业的市场空间，目前正受到全球各类电信运营商的推崇。IMS在设计上支持移动和固定的介入，将移动通信技术与互联网技术有机结合起来，为建设未来信息通信网络提供了标准框架。

因此，建设基于IMS的信息家电系统势必成为未来信息家电发展的趋势。本文将基于IMS的Presence业务应用到信息家电系统，基于现有的日趋完善的IMS网络来建立家庭信息家电系统，使用SIPPresence相关标准协议作为信息家电的上层通信控制协议，便于各个信息化家电接入IMS网络，使信息家电能够直接适应未来３Ｇ信息网络的发展。同时，直接使用Presence标准部署信息家电系统，有利于信息家电行业的标准化以及其与电信系统的融合。

2.IMSPresence业务介绍

Presence是由IETF提出的一种基于ＩＭＳ的典型应用。Presence信息是由PresenTIties（用户）向（Watcher）发布的消息，目的是表明他们是否愿意以及是否可能进行通信。通过这种方式，用户可以向他们的好友告知自己的Presence状态。基本的Presence状态的例子有：“在线”、“忙”、以及“离开”。现在，由于很多用户一直处于在线状态，基本的Presence信息已经无法满足需求，扩展的RichPresence（RPID）包含了更多的用户及其设备和服务等状态的信息，例如当前时刻用户最适合的通信方式，音频、视频，还是消息等；用户的当前位置；联系信息等。

Presence是由PS（PresenceServer）实现的。PS提供用户在线信息的事件管理功能。PS从网络层收集用户在线信息。

Presence协议是用来交换Presence信息的。IETF定义了SIP的一个扩展（SIP/SIMPLE）用以通过事件包的定义来发布和订购任意类型的信息。根据Presence实践包，Presentity使用PUBLISH方法来发送更新的Presence信息给PS，Watcher实用SUBSCRIBE和NOTIFY方法接收Presence信息的更新。Presence模型如图1。

图1 IMSPresence基本模型

3.基于Presence业务的信息家电系统设计与实现

从上面对基于IMS的Presence业务的介绍，可以了解到当前关于Presence的标准制订及应用模型的实现已成熟化，因此，把Presence业务应用到信息家电系统中，不仅可以使信息家电系统适应未来IMS网络的发展，而且基于Presence的信息家电系统将更易于信息家电的标准化及各个厂家信息家电结合的兼容性。

基于Presence的信息家电系统模型如图2。

在基于Presence的信息家电系统中，用户可以通过手持终端，经过IMS网络，通过HS（HomeServer）来控制家庭网络中的HA（家电HouseholdAppliance）。HS集成在家庭网络接入到IMS网络的接入点上，其与各个HA之间可以使用有线连接，也可以使用WLAN。

HS搜集家庭网络中各个HA的状态信息，并将这些信息转化为Presence格式的信息，以SIP消息发送至PS。PS则将HA的状态信息作为一般Presence信息看待，并及时将信息更新发送至用户终端。为便于说明，将系统简化为如图3。整个系统使用SIP协议作为上层控制协议，直接使用SIP消息来实现对信息化家电的远程控制与操作。

3.1 各功能实体介绍

3.1.1 控制终端（UEs）

UEs是用户用来进行远端控制的通信设备，如手机、计算机等。一般的嵌入式SIP终端即可完成UE功能。IMS网络与接入方式无关的特性为UE提供了更灵活的选择。用户既可以通过手持设备直接查看家庭各个家电的状态并在需要时通过手持设备进行控制操作，又可以通过Internet网络来管理控制各个家电的行为。

3.1.2 服务器（Servers）

服务器部分包括PS和HS两部分。

PS，即Presence业务中的PresenceServer，IMS结构框架中部署的应用服务器（AS），是完成Presence业务的核心。在功能上，除了完成原有Presence应用外，还担负着与HS交互的功能。一方面将用户控制端发送来的控制命令转发至HS，扮演RedirectServer的功能；另一方面接收来自HS的各个家电的状态信息，并及时把状态更新通知用户。

HS，家庭服务器，位于用户家庭网络中，负责对家庭网络中各个信息家电进行控制，同时扮演家庭网关的角色，它是信息家电实施远程控制的核心。一方面，HS接收并保存来自各个HA的状态信息，将其映射为Presence状态信息，使用SIPPUBLISH消息发送至PS，完成Presence信息收集的功能；另一方面，通过PS接收来自用户控制端的控制命令，控制各个HA的状态变化。相对于PS来说，HS在系统中的作用为Presence信息的（Presentities）；相对于HA来说，则作为PS扮演者收集、保存Presence信息的角色。在这里，PS与HS都会保存HA的Presence信息。而PS上的信息将会随着HS而更新。

3.1.3 信息家电（HA）

HA，信息家电系统的主体。HA在系统中作为Presentity根据自身状态向HS发布Presence信息。HA的状态的获取可以通过底层传感器来获取，根据传感器获取的不同参数对应不同的状态信息。由于HA既要在上层与HS通信，又要控制家电的各个不同状态，因此，它可以由嵌入到家电设备中的SIP终端来实现。根据其功能，可将嵌入式SIP终端分为三层来实现，如图4。

其中应用层（ApplicationLayer）完成Presence信息的解析。SIP协议栈层（SIPStack）负责接收与发送SIP消息，SIP消息的解析。控制层一方面负责HA状态的获取，令一方面则根据上层解析出的控制命令对HA操作。

3.2 使用SIP控制HA流程

控制终端通过IMS网络查阅HA状态、控制HA的基本流程如图5、图6。在Presence应用中，PS将Presence信息存储到资源列表服务器RLS（ResourceListServer），通过XCAP协议访问修改RLS。为便于说明，这里不讨论以及PS对RLS的访问过程以及UE、HA的注册过程。

图5为HA发布自身状态，UE查询（订阅）HA状态的过程。具体过程为：

1.Subscribe

UE订阅HA的当前状态。

2.Publish

HA及时将自身状态发布到HS，HS负责向PS提交HA的当前状态。PS接收到HS发送的HA的状态信息并保存，同时恢复200消息确认消息成功接收。

3.Notify

PS上保存的HA的状态有变化，通知UE，UE成功接收后恢复200。

4.HA状态变更，PS即使将变更通知UE

图6为UE远程控制HA的过程。这里可以通过对PUBLISH消息做一定改进，来实现对HA控制的功能。

SIP中一般的PUBLISH消息头结构为：

RFC3265定义了Event头域来标明消息体的格式及应用。例如Presence业务中PUBLISH和NOTIFY都使用Event：Presence来标识Presence应用。这里仍然可以使用PIDF及RPID的格式来表示UE对HA的控制，但为了与IMS中Presence业务区别，使用的Event类型可以使用额外参数来加以标示，可以使用不同的id来表示不同的命令，如这里的PUBLISH消息可以使用“Event：Presence；id=1234”表示打开HA命令，“Event：Presence；id=5678”

表示关闭命令等等，同时，在PUBLISH消息体中可以传递命令的相关参数。这样，Event类型与PUBLISH消息体的内容结合，就可以实现对信息家电的多种控制与操作。为了完成对HA的远程控制与操作，PS及HS也要根据SIP消息头中的Event内容来决定对SIP消息的处理。在HA的SIP终端，则要负责对SIP消息的解析，一方面对SIP消息体解析，得到各个控制命令的参数，令一方面将不同的命令及参数映射为成对HA的控制与操作。

4.总结

从上述基于Presence的信息家电系统的设计可以看出，在Presence框架之上构建的信息家电网络系统直接使用SIP协议以及IMS标准，可以提高各个厂家信息家电设备的通信兼容性，大大简化了信息家电系统的标准化设计。同时，通过对IMS现有基本业务应用领域的扩展，可以实现各种丰富多彩的应用。随着IMS技术的不断成熟及未来信息网络的发展，其应用也将日益丰富、完善。