基于IMS技術(shù)的三網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)多媒體業(yè)務(wù)部署

李戰(zhàn)國，王建璽，王興偉

（1.平頂山學(xué)院，河南 平頂山 467002；2.東北大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 沈陽 110004）

三網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)中，技術(shù)轉(zhuǎn)型的主要方向是以IP多媒體子系統(tǒng)（IP Multimedia Subsystem，IMS）為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)。目前，IMS技術(shù)已成為固移融合業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，核心網(wǎng)絡(luò)已具有一定的成熟度，全球已經(jīng)部署了100多個IMS試點或商用網(wǎng)絡(luò)，我國的各省市及各大運營商在省級已經(jīng)部署了基于IMS的網(wǎng)絡(luò)，在個別地市級城市也有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)部署或規(guī)劃。文獻[1-2]表明，在IMS技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)部署上有很好的基礎(chǔ)，但是由于IMS應(yīng)用剛剛起步，特別是增值業(yè)務(wù)應(yīng)用還十分匱乏，出現(xiàn)了由于IMS增值業(yè)務(wù)技術(shù)和應(yīng)用創(chuàng)新滯后，嚴(yán)重制約了IMS網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的發(fā)展。隨著三網(wǎng)融合進程的加速和4G時代的到來，電信運營商亟需在IMS增值業(yè)務(wù)方面有所突破，其業(yè)務(wù)重心和競爭力建設(shè)重點也將逐漸遷移到新一代IMS應(yīng)用增值業(yè)務(wù)[3-4]。

為了支持海量終端用戶，基于云計算SaaS服務(wù)模式實現(xiàn)IMS的多媒體應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)。為了解決IMS網(wǎng)絡(luò)中的多媒體服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的功能及QoS問題提出了基于IMS的三網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)中的多媒體視頻業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型[5-7]。

1 基于IMS技術(shù)的多媒體視頻業(yè)務(wù)管理體系結(jié)構(gòu)

為了支持大規(guī)模多媒體終端服務(wù)訪問，需要采用云計算（Cloud Computing）技術(shù)實現(xiàn)媒體資源組織和服務(wù)處理[8]。在應(yīng)用會話上，一次“云計算服務(wù)”可理解為云終端和云平臺之間的一次會話，從通信業(yè)務(wù)角度看，“服務(wù)”本質(zhì)上可理解為一類“會話性業(yè)務(wù)”。區(qū)別于目前Web服務(wù)方式的云計算服務(wù)訪問接口，本文提出采用SIP（會話初始協(xié)議，IMS信令體系核心協(xié)議）協(xié)議進行云廣播媒體服務(wù)訪問控制，SIP協(xié)議在會話控制方面有更加完善的機制，SIP協(xié)議的會話描述依賴SDP協(xié)議，通過擴展SDP相應(yīng)屬性可支持云計算服務(wù)接口的表達。此外，基于SIP信令協(xié)議還可以對云計算媒體內(nèi)容服務(wù)進行精細(xì)粒度的認(rèn)證和計費控制[9]。

基于IMS技術(shù)的三網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)的多媒體視頻業(yè)務(wù)管理模型由媒體應(yīng)用服務(wù)器、IMS核心網(wǎng)及IMS客戶端3部分組成。其業(yè)務(wù)管理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于IMS技術(shù)的三網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)的多媒體視頻業(yè)務(wù)管理模型示意圖

媒體應(yīng)用服務(wù)器主要使用云計算及重疊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)媒體流的存儲及傳輸?shù)裙δ堋６帕罘?wù)器主要實現(xiàn)在IMS核心網(wǎng)的控制下與媒體服務(wù)器通信，使用控制流實現(xiàn)對媒體源的控制及負(fù)載分發(fā)等功能。為了支持上述體系結(jié)構(gòu)機理，除了IMS信令協(xié)議棧，媒體服務(wù)器需要融合云計算擴展、重疊網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等機制外，需要重點研究和實現(xiàn)相關(guān)的功能組件協(xié)作機制，包括實時多徑傳輸控制、信令服務(wù)器和IMS業(yè)務(wù)代理（Service Broker）的接口、信令服務(wù)器和媒體服務(wù)器接口、媒體服務(wù)集群間協(xié)同通信及媒體內(nèi)容協(xié)同處理方法等。

IMS核心網(wǎng)對下實現(xiàn)IMS終端的呼叫控制功能，其具體的功能包括注冊、認(rèn)證及業(yè)務(wù)分發(fā)、計費等。對上通過服務(wù)代理及信令服務(wù)器實現(xiàn)與媒體服務(wù)器的通信，實現(xiàn)媒體發(fā)布及計費等功能。對內(nèi)實現(xiàn)各個IMS服務(wù)器之間的查詢及媒體服務(wù)器的發(fā)現(xiàn)。對外實現(xiàn)系統(tǒng)間的信令及信息流的轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)發(fā)等功能，實現(xiàn)不同系統(tǒng)間的聯(lián)系及業(yè)務(wù)融合。

2 基于IMS技術(shù)的多媒體視頻應(yīng)用服務(wù)器功能

IMS網(wǎng)絡(luò)廣播應(yīng)用服務(wù)器（信令處理服務(wù)器）一方面和IMS訪問終端進行信令交互，另一方面作為“多媒體服務(wù)云”的服務(wù)管理網(wǎng)元，具有媒體資源和服務(wù)調(diào)度、服務(wù)訪問分發(fā)等功能。相關(guān)信令流程需要支持媒體服務(wù)的重定向、媒體服務(wù)云訪問標(biāo)記、媒體服務(wù)內(nèi)容特定標(biāo)記、多徑傳輸機制等功能?；贗MS技術(shù)的多媒體視頻應(yīng)用服務(wù)器功能邏輯如圖2所示。

圖中左邊為媒體信令服務(wù)器功能，信令服務(wù)器主要包括網(wǎng)絡(luò)傳輸、業(yè)務(wù)會話管理、媒體內(nèi)容分發(fā)、EPG等高層應(yīng)用、系統(tǒng)配置和管理等功能；右邊為基于云計算及重疊網(wǎng)絡(luò)的媒體服務(wù)器，媒體服務(wù)器支持云存儲和云檢索，主要包括媒體會話管理和媒體內(nèi)容組織功能。在媒體服務(wù)器的實現(xiàn)技術(shù)上可以借鑒“Mobicents Media Server”開放源代碼項目。這些開源項目在信令處理、基本會話事務(wù)處理方面的成果可被集成，但離目標(biāo)應(yīng)用的技術(shù)特征、功能邏輯實現(xiàn)（如負(fù)載分發(fā)、重疊網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、多徑傳輸控制、云存儲等）還有相當(dāng)距離，還有很多挑戰(zhàn)性開發(fā)工作。

3 基于IMS技術(shù)的多媒體視頻應(yīng)用終端功能

多媒體視頻應(yīng)用客戶端可以是任意類型的IMS客戶端，如果是非IMS客戶端要經(jīng)過外部系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)進入IMS系統(tǒng)。多媒體視頻應(yīng)用客戶端主要實現(xiàn)用戶的注冊、認(rèn)證及媒體流的傳輸及轉(zhuǎn)換等功能。基于IMS技術(shù)的多媒體視頻應(yīng)用客戶端功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

基于IMS技術(shù)的多媒體視頻應(yīng)用客戶端內(nèi)部主要實現(xiàn)IMS的SIP協(xié)議棧及媒體協(xié)議棧等功能。在外部要實現(xiàn)應(yīng)用程序（軟終端）或硬設(shè)備的用戶交流界面。在網(wǎng)絡(luò)上要實現(xiàn)有線或無線信息傳輸或媒體捕獲等功能。在技術(shù)實現(xiàn)上要實現(xiàn)客戶端服務(wù)API接口等。區(qū)別于現(xiàn)有大部分IMS終端，多媒體視頻應(yīng)用客戶端終端需要的技術(shù)特性主要是：1）媒體編解碼器需要支持高清音頻編解碼（目前語音Codec不能滿足要求）；2）媒體協(xié)議棧需要實現(xiàn)實時多徑傳輸控制；3）實現(xiàn)重疊網(wǎng)絡(luò)服務(wù)層（融合重疊網(wǎng)絡(luò)模型算法）。

圖2 基于IMS技術(shù)的多媒體視頻應(yīng)用服務(wù)器功能結(jié)構(gòu)圖

圖3 基于IMS技術(shù)的多媒體視頻應(yīng)用客戶端功能結(jié)構(gòu)圖

4 媒體多徑傳輸?shù)膽?yīng)用層QoS策略決策方法

基于多徑傳輸和應(yīng)用層QoS策略決策，可以弱化用戶體驗質(zhì)量（QoE）對承載網(wǎng)絡(luò)QoS條件的依賴。在應(yīng)用層QoS評價模型方面，初步設(shè)想是建立一類路徑參數(shù)和應(yīng)用特征關(guān)聯(lián)的概率模型，同時設(shè)定閾值條件作為QoS策略決策的依據(jù)。在IMS傳輸QoS策略決策的實現(xiàn)方面，圖4以實例的方式說明了其QoS策略決策過程流程圖。

圖4示意了IMS終端N1向IMS終端N2的業(yè)務(wù)聯(lián)系流程圖。主要使用了SIP的會話描述協(xié)議（Session Description Protocol，SDP）報文實現(xiàn)會話的初始化、參數(shù)協(xié)商等功能，主要根據(jù)QoE策略庫來實現(xiàn)不同的QoS需求。

5 小結(jié)

本文提出基于云計算架構(gòu)的三網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)多媒體視頻業(yè)務(wù)管理體系，實現(xiàn)了基于云計算模式的多媒體視頻業(yè)務(wù)和用戶管理功能。并且給出了應(yīng)用服務(wù)器及客戶端的功能結(jié)構(gòu)圖，服務(wù)器各模塊功能清晰，相互獨立，被賦予了良好的通信和管理功能。其中應(yīng)用服務(wù)器包括信令服務(wù)器及媒體服務(wù)器功能。主要功能包括媒體會話管理和媒體內(nèi)容組織功能以及合理計費，并且能夠?qū)崿F(xiàn)QoS保障?？蛻舳藢崿F(xiàn)了各種客戶對網(wǎng)絡(luò)的訪問與認(rèn)證等功能。

圖4 IMS應(yīng)用層QoS策略決策過程流程圖

本文提出的三網(wǎng)融合網(wǎng)絡(luò)多媒體視頻業(yè)務(wù)管理體系雖然在體系結(jié)構(gòu)及功能上給予了論述，但是在部署實現(xiàn)上還有很多工作要做，以后的研究工作重點主要集中在系統(tǒng)實現(xiàn)及部署技術(shù)上。

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