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基于IMS的多媒体彩振业务的设计与实现

徐鹏 李炜 王晶 2012/02/03

  1 引言

  IP多媒体子系统(IP Multimedia Subsystem,IMS)是由3GPP在Release 5版本提出,旨在提供增强型IP服务的全方位框架,是对IP多媒体业务进行控制的网络核心层逻辑功能实体的总称。IMS基于会话初始协议(Session Initiation Protocol,SIP),支持各种融合业务的公共平台,并且不依赖于任何接入技术。IMS不仅能够满足用户对移动多媒体业务的需求,还能满足终端客户更新颖与多样化的多媒体业务需求。IMS提供了一个完整的架构提供多媒体业务,可以同时支持固定和移动多种接入方式。目前IMS被认为是下一代网络的核心技术,也是解决移动固网融合,引入语音、数据、视频三重融合等差异化业务的首要方式。

  本技术方案描述的IMS域多媒体振铃业务属于主叫定制的业务,业务感受则由被叫用户体验。业务用户可以为某一位或某一组被叫用户设定不同的个性化振铃媒体,如音频、视频、图片、文本和电子名片。当主叫呼叫被叫时,被叫终端振铃过程中,被叫将从网络接收到主叫预设的包含了多种媒体信息的个性化振铃,并将多媒体振铃展现给被叫用户。

  2 业务背景描述

  随着电信市场竞争的日趋激烈,运营商话音业务利润不断下降,同时传统的话音和短信等业务已经不能满足用户日趋多样化与个性化的要求。面对严峻的市场形势,运营商必须寻找新的业务增长点,开发更多的增值业务。IMS多媒体彩振业务就是在这种大背景下产生的一种新的移动增值业务。

  在传统的PSTN(Public Switched Telephone Network)以及移动网络中,一个呼叫的最终目的是让两个用户进行交谈。通常,主叫用户发起呼叫后用户交谈并不会立即开始(甚至可能最终没有开始),等待时间一般是几秒到几十秒,这完全取决于被叫用户何时应答。在被叫应答之前,被叫的用户终端会播放振铃音。IMS多媒体振铃业务就是个性化振铃音的一个应用实例。

  在早期的固话与移动网络时代,被叫用户的振铃音完全是由系统默认设置。随着终端功能的发展,振铃可以由被叫用户设置为手机中存储的音频或视频文件。而多媒体彩振业务的出现,使得使用多媒体振铃业务的主叫用户为被叫设置包括音频、视频、图片、文本以及电子名片在内的多种振铃媒体。

  多媒体振铃是一个全新的移动增值业务,它不仅将原本由被叫设置振铃音扩展到由主叫设置,同时也大大地扩展了振铃媒体文件的类型,由原来单一的音、视频文件扩展到图片、文本以及电子名片以及各种媒体文件的组合。多媒体彩振业务能为用户提供更加个性化与多样化的业务体验,相信在不远的将来彩振业务就能得到市场充分的认可,并带来巨大的商业利益。

  3 技术实现

  3.1 IMS系统组网

  IMS网络由业务层、控制层、终端层以及网管计费网元组成,不同层面之间采用开放接口协议,提供以IP为承载的、基于SIP协议的多媒体会话业务的控制能力和业务提供能力,支持1x/HRPD(High Rate Packet Data),WLAN(Wireless Local Area Networks),xDSL(Digital Subscribe Line),LAN(Local Area Network),光纤接入,支持传统固定电话的接入,并可以与CDMA(Code Division Multiple Access)网络电路域、PSTN/软交换系统以及其它网络互通。IMS网络相对于软交换网络而言增加了一个外置的数据库:归属用户服务器(Home Subscriber Server,HSS),用于用户鉴权和保存用户业务触发规则。所有业务运行在控制层以上,通过SIP消息与呼叫会话控制功能(Call Session Control Function,CSCF)进行业务控制的交互。

  图1所示为IMS网络结构图,介绍了IMS网络中各网元的位置以及其它网元之间的交互,下面按照结构图对每个层面的主要功能实体进行简要的描述。
IMS网络结构图

图1 IMS网络结构图

  (1)业务层:IMS业务层网络完成IMS业务的提供、执行、IMS业务能力的抽象与开放,支持自营业务、第三方业务等多种提供方式,各IMS业务能力之间可以相互调用,并且能够开放给自营业务平台,还能够通过业务能力开发网关给第三方业务平台。

  (2)控制层:IMS控制层主要完成会话控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费、业务触发等功能。IMS控制层得主要功能实体如下:
  • P-CSCF(Proxy-CSCF):IMS用户接入IMS网络的入口节点,主要负责信令和消息的代理。

  • I-CSCF(Interrogating-CSCF):各个IMS归属域的入口节点,负责用户注册的S-CSCF(Serving-CSCF)的指配和查询。

  • S-CSCF:IMS网络中的中心节点,提供注册服务、会话控制、相关的选路和业务触发等功能,并维持会话状态信息。

  • E-CSCF(Emergency-CSCF):IMS网络处理紧急呼叫的功能实体。

  • HSS:负责存储IMS用户的相关信息以及其业务触发信息。

  • AGCF(Access Gateway Control Function):负责H.248方式接入的网元接入IMS。

  • BFCF(Breakout Gateway Control Function):负责存储IMS用户的相关信息及其相关业务信息。

  • MGCF(Media Gateway Control Function)和MGW(Media Gateway):提供IMS与PSTN、软交换、C网电路域互通时的信令控制和媒体转换功能。

  • BAC(Border Access Controller):位于IMS网络的边缘,是各种终端接入IMS核心网络的信令代理设备和媒体代理设备。

  • MRFC(Media Resource Control Function):实现媒体控制功能,如放音和通知、媒体编码格式转换、Ad hoc会议等。

  • ENUM(E.164 Number Mapping):处理S-CSCF,P-CSCF,AS(Application Server)的查询,将Tel URI中的E.164地址翻译成在统一IMS核心网中可路由的SIP URI。

  • DNS(Domain Name System):主要提供域名查询服务,P-CSCF,S-CSCF,MGCF等设备可以直接查询DNS获得被叫或注册用户归属域的I-CSCF地址,通过查询指定网元的标示得到该网元的实际IP地址。

  (3)终端层:IMS终端设备是IMS业务能力的延伸。IMS的接入终端主要包括:
  • 固定终端:支持IMS SIP协议并且通过xDSL,WLAN,LAN接入IMS的终端,SIP IAD(Integrated Access Device),SIP AG(Access Gateway),PON(Passive Optical Network),H248 AG/IAD等终端。

  • IP软终端:指支持IMS SIP协议并且通过xDSL,WLAN,LAN接入IMS网络的一种软件客户端,通常安装在个人PC等设备上。WEB客户端也是软终端的一种。

  (4)网管与运营支撑网元主要如下:
  • OMC(Operations & Maintenance Center):负责IMS网络内各网元的配置管理,与网管中心连接。

  • CCF(Content Charging Function):负责离线计费,与计费中心连接。

  • OCF(Online Charging System):负责对IMS网络用户的在线计费。

  • 业务开通网关:负责业务开通。

  3.2 彩振业务平台总体结构

  多媒体彩振业务平台属于IMS网元中的一个SIP AS,位于业务层之上。彩振业务平台通过基于SIP的ISC(Internal Service Control)接口,与S-CSCF进行信令交互。SIP硬终端、SIP软终端、CDMA终端等都可以通过IMS承载层接入IMS网络,使用多媒体彩振业务。

  IMS域彩振业务平台按照功能逻辑可划分为4大部分,如图2所示,分别为SIP前台、AS、数据库、Portal。在实际组网中,这些逻辑部分可以实现在一个或多个物理实体上,多个SIP前台与多个AS之间可以交叉相连。各功能实体功能描述如下:
多媒体彩振平台结构图

图2 多媒体彩振平台结构图

  (1)SIP前台:负责对外来SIP信令以及外出SIP信令进行控制和管理,负责SIP消息的Session管理、超时重发SIP消息以及对重发消息的拦截。

  (2)AS:负责呼叫过程中IMS域彩振业务控制,通过SIP前台与S-CSCF交互。AS与S-CSCF交互以实现对业务的呼叫控制,并执行彩振的业务逻辑。

  (3)Portal:Portal是多媒体彩振业务的门户网站,多媒体彩振用户、内容提供商、运营商都可以使用WWW浏览器通过Web接口登录门户网站,并对多媒体彩振业务进行管理与配置。

  (4)DB(Data Base):用户信息数据库(DB)存储用户业务数据,其余网元通过数据库访问接口访问用户信息数据库。

  3.3 彩振业务平台详细设计

  AS模块和Portal模块是IMS多媒体彩振业务系统中最重要的两个模块。

  3.3.1 AS模块

  AS模块从功能上主要分为SIP信令处理模块以及振铃选择模块。

  (1)SIP信令处理模块:开发语言为Java,选用EB-Xjoin框架。主要功能是按照3.4节的信令流程图完成主叫侧与被叫侧的SIP信令处理。要特别注意AS对于信令的处理使用B2B(Back To Back)方式,即在AS针对主叫、被叫分别维护一个SIP Session。下面分别对主叫、被叫侧的SIP信令处理进行说明。

  主叫侧:主要功能是在收到彩振用户的初始INVITE消息后,执行业务逻辑。从INVTIE消息中提取主叫、被叫号码,调用振铃选择模块获取彩振用户设置的多媒体文件,将多媒体文件信息添加到INVITE消息中,发送给被叫。同时需要对主叫侧SIP信令进行转发。

  被叫侧:对被叫侧SIP信令进行转发,不执行业务逻辑。

  (2)振铃选择模块:开发语言为Java,选用Spring,Hibernate框架,数据库使用Informix。主要功能是根据用户设置的规则,返回对应的多媒体振铃文件。振铃选择模块主要包括振铃规则匹配、振铃文件选择、振铃文件返回三大功能。
  • 振铃规则匹配:由于主叫用户可能针对同一被叫用户设置包括群组规则、呈现规则在内的多种规则。所以当振铃选择模块被调用后,会首先从配置文件中读取当前用户设置的各规则的优先级,按照优先级顺序依次判断铃音规则是否匹配,如果匹配则返回对应的振铃文件,如果没有任何规则匹配则返回系统默认振铃文件。

  • 振铃文件选择:主叫用户可以设置同类媒体资源的振铃盒,例如图片盒、文本盒、电子名片盒以及视频盒。如果当前规则对应的多媒体文件是一个振铃盒,那么振铃选择模块会根据用户的设置,顺序或者随机返回媒体资源盒中的一个媒体文件。

  • 振铃文件返回:主叫用户可以设置多种媒体资源的组合,例如图片、文本、电子名片、视频的组合。铃音选择模块会向SIP信令处理模块返回一个Java中的Object数组,这个数组中可以包含多个多媒体振铃文件。

  3.3.2 Portal模块

  Portal模块的开发语言为Java,使用的框架为Spring,Hibernate,Struts,数据库使用Informix。Portal模块主要由用户管理网站、内容提供商管理网站、运营商管理网站构成。

  (1)用户管理网站:多媒体彩振用户可以通过Web方式对自己的个性化振铃业务进行配置和管理。
  • 提供主叫用户对个性化振铃业务播放规则的管理配置,包括被叫群组、时间段的设置,振铃播放规则的设置。

  • 提供用户对个人资源库的管理,包括个性化振铃资源的浏览/订购、个性化振铃资源的定制。用户上传的个性化振铃资源需经运营商审批后才能上传到个人资源库。

  (2)内容提供商管理网站:多媒体彩振内容提供者可通过运营商提供的接入方式对所提供的振铃资源进行自我管理维护,包括:
  • 上传振铃资源:个性化振铃内容提供者上传新的振铃资源,上传的媒体资源经运营商审批后才可提供给用户下载。

  • 维护振铃资源:个性化振铃内容提供者应对上传之后尚未通过审核的振铃资源进行维护,包括修改基本信息、试听或删除振铃资源。

  • 查询振铃资源订购情况:包括订购的用户数、被订购振铃资源的数量、订购的收入、每个振铃资源订购的次数、订购的用户数等。

  (3)运营商管理功能。
  • 系统管理功能:能够管理多媒体彩振业务的系统资源,进行整个系统的参数配置和默认业务参数配置。

  • 权限管理功能:分配多媒体彩振内容提供者、多媒体彩振用户的管理权限,并负责维护系统管理员的增加,删除,修改等功能。

  • 对多媒体彩振内容提供者的管理:主要完成对内容提供者基本信息、信用等级、合作协议及接入功能及权限的管理。

  • 对多媒体彩振资源的管理维护:主要完成系统默认振铃的设置、审批维护内容提供者和用户上传的振铃资源和维护媒体文件分类和信息。

  3.4 信令流程

  IMS多媒体彩振业务是主叫侧业务,主叫用户终端的INVITE经过主叫侧S-CSCF的IFC(Initial Filter Criteria)评估,触发到多媒体彩振服务器。多媒体彩振服务器根据用户的群组、时间条件设置,通过选铃音算法选择振铃文件,将音、视频文件的URL写入INVITE消息的Alert-Info,将文本、图片、电子名片按照规范编码写入MIME体中。INVITE消息送达被叫后,根据Alert-Info头下载和播放振铃文件,解析MIME中的媒体文件并在客户端呈现。被叫用户摘机后,终端停止播放和呈现振铃文件,并建立通话。具体流程图如图3所示。
多媒体彩振呼叫信令流程图

图3 多媒体彩振呼叫信令流程图

  流程描述:

  (1)主叫用户拨打被叫用户,INVITE请求到达主叫S-CSCF。
  (2)主叫侧S-CSCF对所收到的INVITE消息进行IFC评估。
  (3)当主叫用户申请了多媒体彩振业务,主叫侧S-CSCF根据个性化振铃业务的IFC,将呼叫路由到个性化振铃服务器。
  (4)个性化振铃服务器收到INVITE请求后,启动振铃业务逻辑,选择正确的振铃文件。
  (5)如主叫用户为该被叫用户或所属群组设置的个性化振铃文件为包含了音乐和文本的个性化振铃文件,则个性化振铃服务器在INVITE消息中添加Alert-Info(包含音乐媒体文件的URL)同时将Content-type设置为相应的文本的MIME类型并将文件内容添加到消息体中。然后向被叫S-CSCF发送INVITE消息。
  (6)用户B处于空闲状态,包含了媒体文件url和MIME消息体的INVITE消息送达被叫客户端。
  (7)如果被叫用户不屏蔽主叫个性化振铃,则被叫客户端解析INVITE消息,根据得到的媒体文件的URL地址到个性化振铃服务器下载,同时对SIP消息中的MIME消息体进行解码。如果被叫用户屏蔽主叫个性化振铃,则被叫客户端不对INVITE消息中的Alert-Info头域和MIME消息体进行处理。
  (8)被叫客户端返回180Ringing消息并进行振铃文件的播放/显示,对于Alert-Info头域中对应的媒体文件要求客户端实时播放。
  (9)被叫侧S-CSCF向个性化振铃服务器转发180消息。
  (10)个性化振铃服务器向主叫侧S-CSCF转发180消息。(11)主叫侧S-CSCF向主叫发送180消息。
  (11)被叫摘机,发送200 OK响应消息。
  (12)被叫客户端发出200 OK响应后立即停止Alert-Info头域中对应的媒体文件的播放。
  (13)被叫侧S-CSCF向个性化振铃服务器转发200 OK响应。
  (14)个性化振铃服务器向主叫侧S-CSCF转发200 OK响应。
  (15)主叫侧S-CSCF向主叫发送200 OK响应。
  (16)主叫客户端发送ACK。
  (17)主叫侧S-CSCF向个性化振铃服务器转发ACK。
  (18)个性化振铃服务器向被叫转发ACK。
  (19)被叫侧S-CSCF向被叫网络发送ACK,通话建立。
  3.5 SIP信令详解

  3.5.1 SIP信令定义

  SIP消息携带多媒体文件主要有两种方式:HTTP方式(携带音频、视频文件)和信令方式(携带文本、图片、电子名片文件)。

  (1)HTTP方式:将音频、视频文件的URL地址放入INVITE消息中的Alert-Info头域。RFC3261对Alert-Info头域的语法定义如下:

  Alert-Info =“Alert-Info” HCOLON alert-param *(COMMA alert-param)。
  alert-param = LAQUOT absoluteURI RAQUOT *( SEMI generic-param )。

  (2)信令方式:多媒体振铃业务将文本、图片或电子名片以消息体的形式添加到INVITE消息中,并以MIME类型进行标识。

  文本:IEFT RFC 1521对文本类型的Content-type的语法定义如下:
   text-type := “text” “/” text-subtype [“;” “charset” “=” charset]。
   text-subtype := “plain”/extension-token。

  图片:IETF RFC 1521对图片类型的 Content-type的语法定义如下:
   image-type := “image”“/”(“gif”/“jpeg”/extension-token)。

  电子名片:IETF RFC 2425给出的电子名片的Content-type的用法如下:
   Content-Type: text/directory,charset=“iso-8859-1”,profile=“vCard”。

  3.5.2 MIME消息体示例

  本节主要给INVITE消息中文本、电子名片的MIME消息体示例:

  (1)INVITE消息中文本MIME体示例:
   --boundary1234
   Content-Type:text/plain; charset=utf-8
   Content-Transfer-Encoding: 7bit
   Welcome to call me.
   --boundary1234--

  (2)INVITE消息中电子名片MIME体示例:
   --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 结束语

  本文详细介绍了多媒体彩振业务的组网、总体设计和主要信令流程等。通过本文希望能够给从事通信IMS业务开发人员一些参考。

  相对于传统的早期媒体彩铃业务,多媒体彩振将个性化服务由被叫扩宽到主叫,同时将传统彩铃音频媒体扩展到音频、视频、文本、电子名片甚至多种多媒体文件的结合。通过多媒体彩振业务,运营商能够为普通用户提供更加个性化的服务,同时还能为企业用户提供企业级的彩振业务,达到扩展市场的目的;通过多媒体彩振业务,用户能够获得更好的业务体验,能够在生活与工作中充分利用多媒体彩振业务。不难看出多媒体彩振业务有很好的应用前景,顺应通信网发展的浪潮,多媒体彩振业务一定能够拥有更广阔的发展空间。
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