IMS的POC技術探析

備受業界關注的PoC (Push to Falk over Cellular)手機對講業務在我國已經進入運營階段。開通該項業務的普通智能手機用戶，只要按下終端上的PoC功能鍵，就能夠與具有同樣業務功能的一部或多部手機進行通話，而不需撥打一長串電話號碼。PoC業務比傳統手機呼叫更加方便快捷，是一種綜合話音和數據的個性化即時通信業務。

1 PoC的業務特性

PoC的業務特性可以概括為以下幾點：

(1)即按即說：用戶可以從通訊錄中選擇個人或通話群組，按下PoC功能鍵開始通話。該業務的呼叫延遲非常短，通常不超過2秒。

(2)半雙工通信：講話需要申請發言權，且講話時通話組中的其他人只能接聽。

(3)多種應答模式：用戶可以選擇手動或自動應答模式，也可以設置為自動拒絕模式。

(4)支持一對一會話和群組會話：公司或家庭成員之間都可以通過該功能進行類似電話會議的交流。

(5)漫游：PoC利用的是IP網絡的包交換能力，服務不受地理位置的限制，可實現全網絡范圍漫游。

(6)呈現狀態(Presence)服務：類似即時通信軟件的界面和功能，用戶可設置“通話狀態”(在線、隱身或離線)，并更改好友屬性等。

(7)多方PoC會話：單個PoC終端可同時處于多個PoC會話中。PoC具有并發會話功能，用戶不會掛起任何一個會話。

(8)接入列表(Access List)管理：支持接受成員列表和拒絕成員列表。

(9)對已有業務的增強功能：除了實時語音通信外，PoC同時可支持通話群組成員之間的文本傳送、彩信傳送、在線游戲等。

(10)低廉的話費開銷：PoC能夠節省大量網絡資源，所以價格低廉，且在線和離線分別計費。

2 IMS體系結構

IMS是一個開放的架構體系，3GPP使用分層的方法對其設計，可以實現業務與控制相分離、呼叫控制與媒體傳輸相分離，其承載由底層的傳輸層提供．業務邏輯則由應用層實現。IMS核心系統是中間的控制層，它為業務提供會話控制功能。

IMS體系結構中的重要實體結構如圖1所示。



2.1 CSCF功能

CSCF (Call Session Control Function，呼叫會話控制功能)是IMS的核心控制實體，負責對用戶多媒體會話進行處理，并實現軟交換控制功能。CSCF可分為三類，一是P-CSCF；二是Z-CSCI；三是S-CSCF。P-CSCF (Proxy-CSCF，代理-CSCF)是UE(User Equipment，用戶設備)接入IMS網絡的第一個連接點，所有來自或發給UE的SIP信令流，都由此經過。P-CSCF負責會話路由、承載鑒權、SIP壓縮和解壓縮、IPSec安全關聯、以及與策略決策功能的交互等。

I-CSCF(Interrogating-CSCF，問詢-CSCF)位于歸屬域中，是從訪問域到歸屬域的入口點，也是IMS與其他PLMN的主要連接點。I-CSCF負責找到用戶位置信息以便確定路由，并分配S-CSCF給用戶，同時也能夠隱藏IMS網絡內部拓撲信息。

S-CSCF(Scrying-CSCF，服務-CSCF)在IMS核心網中處于核心的控制地位，它與HSS交互，負責處理用戶的注冊鑒權、進行路由決策、維持會話狀態并計費。

2.2 HSS功能

IMS體系結構中的HSS (Home Subscriber Server，歸屬簽約用戶服務器)是存儲用戶相關信息的中心數據庫，主要數據包括用戶身份、注冊信息、用戶鑒權、漫游授權、已分配的S-CSCF信息、以及業務觸發信息等。HSS知道用戶現在的位置和用戶指定的服務，而CSCF則可以向HSS詢問以獲取相關信息。例如I-CSCF可以用來為用戶選擇最適合的S-CSCF信息。

2.3 AS應用服務器

AS(Application Server)是提供增值多媒體業務的實體，位于用戶的歸屬網絡中或者第三方的位置．這里的第三方指一個網絡或者一個獨立的AS。AS的主要功能是處理從IMS發來的SIP會話、發起SIP請求、發送計費信息。AS擁有廣泛的增值多媒體業務，一個多業務的通話可能需要多個AS參與。

2.4 MRF媒體資源功能

MRF(Media Resource Function，媒體資源功能)由信令平面的MRFC(MRF Controller，媒體資源控制器)和媒體平面的MRFP (MRF Processor，媒體資源處理器)構成。其中MRFC處理來自和去往S-CSCF的SIP通信，并控制MRFP；MRFP則可提供MRFC指示的用戶資源，并完成媒體流的混合、音頻代碼轉換等功能。

2.5 BGCF出口網關控制功能

BGCF(Breakout Gateway Control Function，出口網關控制功能)為被叫出IMS域或進入CS域的選擇出口點。若選擇的出口與此BCBG同網，則選擇本網的一個媒體網關控制功能進行進一步的通話處理；若不同網，BGCF則將會話轉發到相應網絡的BGCF。不同運營商的IMS網絡互通，不需要經過BGCF。

3 基于IMS域的PoC技術方案

在現有的3G網絡上布置一定數量的SIP代理和注冊服務器可構建具有IMS功能的SIP／IP Core(SIP／IP核心網)，以便為PoC提供尋址、選路和漫游等功能。這種方案可以稱為“基于IMS域的方案”。該方案漫游便捷、互通性好，多業務之間調用簡單，是未來發展多媒體業務的方向。IMS對PoC的支持就是SIP／IP Core對PoC的支持，主要實現PoC業務的注冊、SIP信令路由、SIP信令壓縮、地址解析、對標識隱藏的管理以及計費等功能。

4 PoC體系結構

4.1 PoC的主要實體

基于IMS的PoC體系結構主要包含PoC客戶端、PoC服務器、群組列表管理器(XDMS)、SIP／IP核心網等部分，圖2所示是PoC的體系結構。


(1)PoC客戶端

通常PoC客戶端都是UE(User Equipment，用戶設備)中的軟件，用以接人和使用PoC業務，PoC客戶端的主要功能包括：發起注冊、鑒權請求，發起會話邀請、參與和終止請求，它可以產生、發送和接收語音突發(Talk Bursts)，并支持語音突發的控制程序和TBCP(Talk Burst ControlProtocol，語音突發控制協議)的協商。

(2)PoC服務器

PoC服務器是IMS體系架構中的應用服務器，是實現PoC業務最重要的功能實體，分為主控和參與功能兩種角色。

兩種角色共有的功能包括：SIP會話處理、保護用戶地址隱私、支持用戶面適配過程、支持TBCP、進行不同編解碼的碼制轉換。主控PoC的其他功能有強制實施參與群組會話策略，向用戶提供信息，提供集中式媒體分配、通話突發控制功能、媒體質量信息和計費報告等；參與PoC的其他功能有強制執行呼入PoC會話策略，存儲PoC客戶端應答模式、會話阻塞等設置，以及提供計費報告等。

(3)SIP／IP核心(SIP／IP Core)

SIP／IP Core可替代標準的IMS網絡，可實現IMS體系的功能，其中包括負責PoC客戶端和服務器之間SIP信令的路由，提供尋址和地址解析，支持SIP壓縮，維護注冊狀態，根據用戶業務的配置對PoC客戶端進行鑒權和授權，以及提供計費信息和合法監聽等。

(4)PoC XDMS (PoC XML Document Management Server，PoC文檔管理服務器)

PoC XDMS是一種應用配置設置管理服務器，它保存有PoC特定數據，主要功能有群組列表的創建、修改、讀取和刪除，負責引入的SIP和XML配置訪問協議請求的授權等。

(5)PoC XDMC(PoC XML Document Management Client，PoC文檔管理客戶端)

PoC XDMC可與XDMS互通，負責對XML皮件進行創建、修改、保存和刪除。

4.2 PoC相關協議

PoC會話控制和其他信號傳輸都基于SIP(Session Initiation Protocol，會話發起協議)，可用來創建、修改及終止一個或多個參與者參加的會話進程，是一種文本型請求響應協議。

語音流量傳輸是基于RTP／RTCP (Real Time實時傳輸協議／實時傳輸控制協議)的流承載方式。RTP作為PoC語音傳輸協議，可傳送語音包；RTCP則可對RTP會話質量進行裁決。

XCAP(XML Configuration Access Protocol，XML配置訪問協議)用來將客戶信息上傳到服務器。此外，OMA還定義了TBCP協議，可用于實現PoC媒體流的分發和發言權的控制。

5 PoC業務流程

5.1 PoC的注冊流程

PoC的注冊流程有四步。第一是客戶端向P-CSCF發送攜帶相關注冊信息(公共用戶標識、私有用戶標識、歸屬網絡域名、UE IP地址等)的REGISTER請求；

第二是在P-CSCF接收到注冊請求之后，檢查發起方的歸屬域名，以發現到其歸屬網絡的人口點I-CSCF，并將REGISTER請求消息轉發給此I-CSCF；

接下來是I-CSCFNHSS查詢此用戶是否允許注冊，如果允許，HSS將向I-CSCF返回選中的S-CSCF；

最后，I-CSCF將注冊消息轉發給S-CSCF，然后經過鑒權后，再由S-CSCF從HSS下載用戶的相關信息，然后返回200 OK，至此，注冊過程全部結束。

5.2 PoC會話建立流程

PoC會話是利用VoIP技術實現的半雙工語音業務，當一人講話時，通話組中其他人只能聽。通話雙方的兩部終端設備共用一個頻道進行呼叫和接聽，用戶講話時才占用信道，接聽時只監聽信道。圖3所示是該會話過程中的主要PoC實體流程圖。其流程的建立可按以下步驟進行：



步驟1：用戶A從通信錄中選中需要通話的用戶B，并按下客戶端上的PoC通話功能鍵。從而觸發客戶端A向其歸屬網絡的PoC服務器A發送一條SIP邀請(SIP Invite)請求；

步驟2：服務器A產生新的SIP請求并發往用戶B，在被用戶B歸屬網絡的PoC服務器截取后，將查詢用戶A是在用戶B的拒絕通話列表還是自動應答列表中；

步驟3：假設用戶A在用戶B的自動應答列表中，則PoC服務器B向客戶端B發送SIP Invite請求，同時回送SIP會話處理響應至服務器A；

步驟4：當服務器A接收到這條消息時，就表明用戶B愿意進行呼叫連接，于是它將發送SIP202接受響應給用戶A，同時向用戶A分配通話信道，用戶A的手機發出可以開始通話的提示音；

步驟5：用戶A在通話信道仍沒有端到端地建立完成時就可以開始講話了，這就是被稱為預先媒體處理的通信模式。這樣，PoC服務器就必須對話音流進行緩存，直到步驟7結束；

步驟6：客戶端B由于采用自動應答模式，回送SIP 200 OK給臺服務器B表示默許；

步驟7：客戶端A收到SIP通報(OK)消息，表明通話信道已經建立完成，信道通話權真正賦予用戶A；

步驟8：用戶A獲得通話權并開始講話，PoC系統為用戶A傳送媒體流；

步驟9：當用戶A停止講話并釋放客戶端上的PoC功能鍵釋放通話權后，通話權處于空閑狀態；

步驟10：用戶B按下客戶端上的PoC通話功能鍵，以發起通話請求，并獲得通話權；

步驟11：用戶A獲得通話權并開始講話，PoC系統為用戶B傳送媒體流；

步驟12：用戶B釋放PoC功能鍵后，通話權重新回歸空閑狀態；

步驟13：如果用戶之間沒有進一步的通話需求，并不需要手動結束通話連接。則系統在超過一段特定的時間間隔后，PoC服務器將自動發送結束通話的SIP BYE消息。

6 結束語

IMS無疑是一種非常強大的架構體系，其基本功能(如信令和路由)，將使服務的部署和應用的擴充更加簡捷易行。PoC業務是3G新的增值點，隨著其標準的逐步完善，必然能夠使呼叫延遲進一步縮短，通話質量、互連互通能力也將得到更一步的提高，為3G用戶帶來更加豐富便捷的服務。