3G移動PoC實現技術

2007/12/24

　　移動一鍵通（PoC）業(yè)務是3G的重要特色業(yè)務。PoC的實現有基于PS和基于IMS兩種方式。文章從分析PoC的業(yè)務特點出發(fā)，介紹了PoC業(yè)務的功能、協(xié)議結構和標準化情況，比較了兩種實現方式的實現要點，特別是詳細分析了3G環(huán)境下基于IMS實現方式的實現機制和流程。最后，對PoC業(yè)務的應用和發(fā)展作了一個展望。

1、引言

　　移動一鍵通（PoC，Push to talk over Cellular）是一種基于公眾蜂窩移動通信網絡的即按即說業(yè)務，基于2.5G或3G GPRS網絡，通過半雙工VoIP技術來實現通信，類似現有集群通話。使用PoC業(yè)務，用戶只需像使用對講機一樣按一個鍵而無需進行撥號就可以快捷、直接地與任何地方的多個用戶進行“點對多點”的即時通信。

　　PoC業(yè)務實現存在兩種主流的方案：基于移動分組網絡（PS）的PoC實現方案和基于IMS網絡的PoC實現方案。目前標準化組織主要研究的是基于IMS網絡的PoC標準�；贗MS的PoC業(yè)務是在IMS框架中使用PoC應用服務器實現的，用SIP作為信令，群組的建立與管理使用XDM組管理業(yè)務能力，通過Presence獲取和發(fā)布用戶的即時狀態(tài)，而語音通話則通過RTP承載。

　　PoC的業(yè)務實現對網絡的要求主要體現在時延的控制和并發(fā)處理的能力。OMA給出了PoC業(yè)務的時延要求，定義了4種QoE、QoE1-QoE4。在并發(fā)處理方面，要求實現PoC會話與CS呼叫的并發(fā)、PoC會話過程中SMS消息的接收、PoC與其它基于包交換應用的并發(fā)其它基于包交換應用的并發(fā)、即時消息與普通語音呼叫業(yè)務/PoC業(yè)務的并發(fā)、即時消息與SMS/MMS并發(fā)。

　　在標準化方面，PoC業(yè)務規(guī)范主要由移動開放聯(lián)盟（OMA）指定。OMA于2003年4月正式成立了OMA PoC工作組，并于2005年初正式發(fā)布PoC 1.0版本規(guī)范，目前正進行PoC 2.0規(guī)范的制定。OMA主要負責制定基于具有IMS能力的SIP/IP核心網絡的PoC業(yè)務標準，并不關注底層承載網絡的差異，并主要參考了由3GPP、3GPP2制定的承載網標準；而PoC實現的具體信令協(xié)議則主要由IETF定義。

2、PoC體系架構

　　圖1是PoC系統(tǒng)的體系結構圖。

圖1　PoC系統(tǒng)的體系結構圖

　　2.1　功能實體

　　PoC系統(tǒng)結構由PoC業(yè)務系統(tǒng)和向PoC業(yè)務提供服務的外部實體組成。PoC業(yè)務系統(tǒng)包括PoC客戶端、PoC服務器、XML文檔管理客戶端（XDMC）、PoC XML文檔管理服務器（PoC XDMS）等，實體功能如下：

　　（1）PoC客戶端

　　內置于手機終端內，實現業(yè)務接入。

　　（2）XDMC

　　XDMC是一個管理XML文檔的XCAP（XML配置接入協(xié)議）客戶端，管理的XML文檔存貯于網絡中的PoC XDMS（專為PoC業(yè)務服務）和共享XDMS（存貯URI，如聯(lián)系列表）等。XDMC可以是移動終端或固定終端。

　　（3）PoC Server

　　PoC Server實現應用層面的網絡功能，如PoC控制功能和PoC參與功能。在一個PoC會話中，只有一個PoC Server執(zhí)行控制功能，而執(zhí)行參與功能的服務器可以同時作為在席服務的呈現體或觀察者；同時，PoC Server也執(zhí)行部分XDM管理功能。

　　（4）PoC XDMS

　　PoC XDMS是用于在網絡僅提供PoC業(yè)務時管理PoC相關XML文檔的XCAP服務器，只為PoC業(yè)務所使用。

　　PoC業(yè)務需要外部實體配合提供，包括SIP/IP核心、共享XML文檔管理服務器（共享XDMS）、匯聚代理、在席服務器、在席信息源、觀察者、計費實體和設備管理等，其中主要有：

SIP/IP Core

　　SIP/IP Core主要實現SIP代理和SIP注冊的功能，實現核心信令路由功能。　　

共享XDMS

　　共享XDMS用于在網絡同時提供PoC、IM或其他群組相關業(yè)務時提供共享的XML文檔，該XCAP服務器為多業(yè)務所共用。

　　2.2　協(xié)議組織

　　PoC業(yè)務的協(xié)議棧如圖2所示。

圖2　PoC業(yè)務協(xié)議棧

　　可見，PoC協(xié)議棧主要由應用層、IP相關協(xié)議棧和底層無線信道構成。PoC業(yè)務控制信令采用SIP，業(yè)務流通過RTP傳送；所有數據基于IP采用面向無連接的UDP進行傳送。

3、PoC實現方案

　　PoC的實現主要有基于PS的方案和基于IMS的方案。

　　3.1　PS實現

　　PS方案指直接在GPRS或CDMA 1X核心網絡上增加PoC服務器來實現PoC業(yè)務；這種方案是國際標準發(fā)布之前的普遍方案。該方案結構簡單，成本低，PoC服務器直接與GGSN/PDSN相連，負責PoC業(yè)務的提供，其網絡結構如圖3所示：

圖3　PS實現方案網絡結構圖

　　PS方案中，PoC服務器集中了業(yè)務控制和業(yè)務提供的主要功能，功能復雜；業(yè)務發(fā)現、地址解析、呼叫信令路由、鑒權、信令壓縮等功能都是廠家按照自己的理解，采用私有的技術實現的，互聯(lián)互通性很差，難于實現漫游；所以這種方案只能用于小規(guī)模建網；另外，基于PS的實現基于2.5G網絡，網絡的帶寬和服務質量（QoS）不能滿足PoC業(yè)務大規(guī)模商用的要求。

　　3.2　IMS實現

　　OMA PoC架構默認PoC AS基于IMS網絡架構運行。在這種架構下，PoC Server只是應用服務器的角色：PoC Server使用基于IMS核心網提供尋址、選路和漫游功能；用戶終端發(fā)出的SIP消息通過IMS核心網的P-CSCF（代理呼叫會話控制功能）、I-CSCF（咨詢呼叫會話控制功能）、S-CSCF（服務呼叫會話控制功能）路由到PoC服務器進行處理。這里CSCF承擔了SIP/IP CORE的功能。在沒有IMS核心網支持的情況下開展PoC業(yè)務，可引入單獨的SIP/IP CORE處理模塊來支持，并逐漸向IMS核心網CSCF功能演進。

　　基于IMS的PoC業(yè)務網絡結構示意如圖4所示：

圖4　基于IMS的PoC業(yè)務網絡結構圖

　　IMS對PoC業(yè)務的支持體現在IMS實現了PoC業(yè)務的注冊和安全、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。

　　PoC功能實體與IMS架構的對應關系如圖5所示：

圖5　PoC功能實體與IMS架構的對應關系

　　相關接口和功能說明如下：

　　Gm：用戶設備與P-CSCF、IMS核心之間的接口，支持SIP協(xié)議，對應OMA PoC架構的POC-1、XDM-1。

　　ISC：S-CSCF和應用服務器之間的接口，用于指示SIP請求應尋址到哪一個應用服務器，支持SIP協(xié)議，對應OMA PoC架構的POC-2、POC-6。

　　Mb：PoC用戶端和服務器之間的接口或PoC服務器之間的接口，用于PoC媒體流傳送和控制，支持RTP（媒體傳送時）/RTCP（Talk Burst控制時），對應OMA PoC架構的POC-3、POC-4。

　　Mw：CSCF之間的接口，用于用戶注冊和會話控制，對應OMA PoC架構的IP-1。

　　Rf：應用服務器與在線計費系統(tǒng)OCS（Online Charging System）之間的接口，用于在線計費時傳送計費信息，采用DIAMETER協(xié)議，對應OMA架構的C-5接口。

　　Ro：應用服務器與計費采集功能模塊CCF（Charging Collection Function）之間的接口，用于離線計費時計費信息的傳送，采用DIAMETER協(xié)議，同樣對應OMA架構的C-5接口。

　　Ut：IMS客戶端和應用服務器之間的接口，用戶可以通過它安全地管理和配置存儲在AS上與網絡服務相關的信息，XML/HTTP可以作為該參考點的協(xié)議，對應的OMA PoC架構里的接口仍是POC-3。

　　由圖5可見，PoC客戶端（UE）可以通過參考點Mb、Gm和Ut與PoC業(yè)務網絡進行交互，其他IMS網絡節(jié)點對UE是不可見的。PoC客戶端通過Gm參考點訪問PoC業(yè)務網絡時，所有的注冊、會話控制、和事務處理SIP消息都必須經過P-CSCF。

　　作為例子，一個成功的點到點PoC通話的業(yè)務流程如圖6所示：

圖6　點到點PoC通話的簡單業(yè)務流程

　　圖6假設用戶端已經在SIP Core中成功注冊和鑒權；PoC Server、SIP CORE集中設置。

　�、賃E#1發(fā)送會話建立請求到SIP Core；

　�、赟IP Core將請求路由到PoC Server；

　�、跴oC Server將請求轉發(fā)到SIP Core；

　�、躍IP Core將請求轉發(fā)給UE#2，UE#2接受請求后返回響應；

　�、莅l(fā)言權協(xié)商和授權后，PoC Server發(fā)送會話允許消息給UE#1：

　　⑥UE#1發(fā)言，媒體流提交PoC Server；

　�、逷oC Server將媒體流轉發(fā)給UE#2。

　　在業(yè)務實現過程中，IMS可以同時進行其他業(yè)務功能的實現和加強：　　

PoC用戶和S-CSCF通過AKA算法實現雙方的認證和鑒權。

基于IMS的計費框架，實現PoC業(yè)務基于事件、組或發(fā)言方等多種方式的計費。

應用IMS中的SIP信令壓縮功能，在PoC客戶端和P-CSCF上實現SIP信令的壓縮和解壓縮，減少會話建立時延。

利用IMS業(yè)務能力，實現對某些用戶隱藏用戶標識。

使用SIP信令的QoS等級，控制PoC會話承載響應時間，滿足PoC業(yè)務對網絡QoS提出的高要求。

　　IMS基于SIP的控制業(yè)務協(xié)議；SIP消息的請求過程和媒體協(xié)商過程等是一起進行的，媒體連接建立時間短，符合PoC的業(yè)務特性。IMS提供了接入無關性，利用SIP可以對來自不同接入網絡的呼叫/會話可以進行統(tǒng)一的處理，容易實現不同網絡間的互聯(lián)互通以及實現更加豐富的業(yè)務特性。另外，IMS提供了VHE（虛擬歸屬環(huán)境），通過采用P-CSCF，I-CSCF和S-CSCF分層次的會話控制功能和集中式的HSS數據管理，對用戶信令執(zhí)行歸屬地控制和業(yè)務觸發(fā)，保障了業(yè)務的一致性，可以為PoC用戶提供良好的業(yè)務體驗。

　　PoC實現不僅是呼叫連接建立和會話信息傳送的過程，通常還需要與在席、定位信息提供和群組管理等業(yè)務能力向結合，而SIP含有向注冊服務器注冊的功能，本身就可以提供這些服務和功能，這些都是基于PS的PoC實現無法比擬的：如基于PS方式的群組建立和管理必須由網絡管理員實現，群組里的用戶無法區(qū)分權限；而基于IMS的群組可以由用戶發(fā)起并建立，同時可以對不同用戶設定不同權限；所以使用IMS和SIP實現PoC業(yè)務功能是非常合適的。

4、PoC應用和發(fā)展

　　截止到2006年，全球已有超過百家移動運營商進行測試或開通運營PoC業(yè)務，但使用的設備和終端多數是基于私有標準或者行業(yè)標準，主要由Ericsson、Motorola、Siemens、Nokia等廠商提供，市場商用情況比較混亂，給互聯(lián)互通和業(yè)務的推廣造成了很大的障礙。

　　在國內，移動運營商提供的PoC業(yè)務融合了傳統(tǒng)移動語音通信、無線集群通信和短信業(yè)務。PoC手機可在界面上設置類似于QQ或MSN的好友列表，可設置多個群組，并能隨意修改個人在線或隱身等狀態(tài)；既能選擇某個人單聊，也可實現與三人以上的群組共同對話，還能進行普通語音通信；從而同時滿足了用戶對群組通信、對講漫游和實時通信的需求。目前PoC在國內并沒有大范圍的商用，主要是在集團市場中有所應用，如物流調度、出租車調度、物業(yè)管理、公共場所應急服務等等。隨著3G的部署，PoC在會話時延、信道容量方面的不足將得到改善，用戶的體驗將得到提升，業(yè)務也必將得到很大的發(fā)展。

　　PoC功能是未來IMS網絡的基本業(yè)務功能，基于IMS的實現在互聯(lián)互通實現方面達到了最高的融合境界。目前，各國際標準化組織在3G業(yè)務方面的標準化工作紛紛將重點放到了PoC、IM等IMS網絡自身能提供的業(yè)務系統(tǒng)和平臺上，PoC業(yè)務的標準化工作得到了很大的長進。今后PoC還可以與基于存儲轉發(fā)的非實時的PTM（Push-To-Multimedia）相結合；PTM是通過按鍵發(fā)送非實時語音消息、MMS等多媒體信息的應用；它的實現同樣是使用了基于UDP/IP的實時傳輸技術。業(yè)界預計PoC還會發(fā)展為PTC（Push-To-Connect）；PTM將使用基于TCP/IP的可靠的存儲轉發(fā)技術。

　　在終端方面，PoC業(yè)務的實現需要終端的支持。在3G環(huán)境下，PoC能力將作為終端的基本功能予以支持。隨著終端的豐富，PoC業(yè)務必將會在大眾市場廣泛普及。

5、結束語

　　PoC業(yè)務是利用現有移動分組網絡承載的高速數據業(yè)務功能提供的服務。PoC業(yè)務由于其方便快捷的業(yè)務特性為業(yè)務市場所看好�；贗MS實現PoC業(yè)務是一種開放、有效的方法，與業(yè)務網絡的演進方向是一致的，同時和OMA PoC的業(yè)務架構很好地吻合。利用SIP和IMS實現PoC的技術方案和標準正不斷成熟，不可否認PoC將成為3G時代的移動通信重點業(yè)務。

中國聯(lián)通

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