3G移動(dòng)PoC實(shí)現(xiàn)技術(shù)
2007/12/24
移動(dòng)一鍵通（PoC）業(yè)務(wù)是3G的重要特色業(yè)務(wù)。PoC的實(shí)現(xiàn)有基于PS和基于IMS兩種方式。文章從分析PoC的業(yè)務(wù)特點(diǎn)出發(fā)，介紹了PoC業(yè)務(wù)的功能、協(xié)議結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)化情況，比較了兩種實(shí)現(xiàn)方式的實(shí)現(xiàn)要點(diǎn)，特別是詳細(xì)分析了3G環(huán)境下基于IMS實(shí)現(xiàn)方式的實(shí)現(xiàn)機(jī)制和流程。最后，對(duì)PoC業(yè)務(wù)的應(yīng)用和發(fā)展作了一個(gè)展望。
1、引言
移動(dòng)一鍵通（PoC，Push to talk over Cellular）是一種基于公眾蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的即按即說(shuō)業(yè)務(wù)，基于2.5G或3G GPRS網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)半雙工VoIP技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)通信，類似現(xiàn)有集群通話。使用PoC業(yè)務(wù)，用戶只需像使用對(duì)講機(jī)一樣按一個(gè)鍵而無(wú)需進(jìn)行撥號(hào)就可以快捷、直接地與任何地方的多個(gè)用戶進(jìn)行“點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)”的即時(shí)通信。
PoC業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)存在兩種主流的方案：基于移動(dòng)分組網(wǎng)絡(luò)（PS）的PoC實(shí)現(xiàn)方案和基于IMS網(wǎng)絡(luò)的PoC實(shí)現(xiàn)方案。目前標(biāo)準(zhǔn)化組織主要研究的是基于IMS網(wǎng)絡(luò)的PoC標(biāo)準(zhǔn)�；贗MS的PoC業(yè)務(wù)是在IMS框架中使用PoC應(yīng)用服務(wù)器實(shí)現(xiàn)的，用SIP作為信令，群組的建立與管理使用XDM組管理業(yè)務(wù)能力，通過(guò)Presence獲取和發(fā)布用戶的即時(shí)狀態(tài)，而語(yǔ)音通話則通過(guò)RTP承載。
PoC的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求主要體現(xiàn)在時(shí)延的控制和并發(fā)處理的能力。OMA給出了PoC業(yè)務(wù)的時(shí)延要求，定義了4種QoE、QoE1-QoE4。在并發(fā)處理方面，要求實(shí)現(xiàn)PoC會(huì)話與CS呼叫的并發(fā)、PoC會(huì)話過(guò)程中SMS消息的接收、PoC與其它基于包交換應(yīng)用的并發(fā)其它基于包交換應(yīng)用的并發(fā)、即時(shí)消息與普通語(yǔ)音呼叫業(yè)務(wù)/PoC業(yè)務(wù)的并發(fā)、即時(shí)消息與SMS/MMS并發(fā)。
在標(biāo)準(zhǔn)化方面，PoC業(yè)務(wù)規(guī)范主要由移動(dòng)開(kāi)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(jìn)行PoC 2.0規(guī)范的制定。OMA主要負(fù)責(zé)制定基于具有IMS能力的SIP/IP核心網(wǎng)絡(luò)的PoC業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，并不關(guān)注底層承載網(wǎng)絡(luò)的差異，并主要參考了由3GPP、3GPP2制定的承載網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)；而PoC實(shí)現(xiàn)的具體信令協(xié)議則主要由IETF定義。
2、PoC體系架構(gòu)
圖1是PoC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖。
圖1 PoC系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖
2.1 功能實(shí)體
PoC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由PoC業(yè)務(wù)系統(tǒng)和向PoC業(yè)務(wù)提供服務(wù)的外部實(shí)體組成。PoC業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括PoC客戶端、PoC服務(wù)器、XML文檔管理客戶端（XDMC）、PoC
XML文檔管理服務(wù)器（PoC XDMS）等，實(shí)體功能如下：
（1）PoC客戶端
內(nèi)置于手機(jī)終端內(nèi)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)接入。
（2）XDMC
XDMC是一個(gè)管理XML文檔的XCAP（XML配置接入?yún)f(xié)議）客戶端，管理的XML文檔存貯于網(wǎng)絡(luò)中的PoC XDMS（專為PoC業(yè)務(wù)服務(wù)）和共享XDMS（存貯URI，如聯(lián)系列表）等。XDMC可以是移動(dòng)終端或固定終端。
（3）PoC Server
PoC Server實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層面的網(wǎng)絡(luò)功能，如PoC控制功能和PoC參與功能。在一個(gè)PoC會(huì)話中，只有一個(gè)PoC Server執(zhí)行控制功能，而執(zhí)行參與功能的服務(wù)器可以同時(shí)作為在席服務(wù)的呈現(xiàn)體或觀察者；同時(shí)，PoC
Server也執(zhí)行部分XDM管理功能。
（4）PoC XDMS
PoC XDMS是用于在網(wǎng)絡(luò)僅提供PoC業(yè)務(wù)時(shí)管理PoC相關(guān)XML文檔的XCAP服務(wù)器，只為PoC業(yè)務(wù)所使用。
PoC業(yè)務(wù)需要外部實(shí)體配合提供，包括SIP/IP核心、共享XML文檔管理服務(wù)器（共享XDMS）、匯聚代理、在席服務(wù)器、在席信息源、觀察者、計(jì)費(fèi)實(shí)體和設(shè)備管理等，其中主要有：
SIP/IP Core主要實(shí)現(xiàn)SIP代理和SIP注冊(cè)的功能，實(shí)現(xiàn)核心信令路由功能。
共享XDMS用于在網(wǎng)絡(luò)同時(shí)提供PoC、IM或其他群組相關(guān)業(yè)務(wù)時(shí)提供共享的XML文檔，該XCAP服務(wù)器為多業(yè)務(wù)所共用。
2.2 協(xié)議組織
PoC業(yè)務(wù)的協(xié)議棧如圖2所示。
圖2 PoC業(yè)務(wù)協(xié)議棧
可見(jiàn)，PoC協(xié)議棧主要由應(yīng)用層、IP相關(guān)協(xié)議棧和底層無(wú)線信道構(gòu)成。PoC業(yè)務(wù)控制信令采用SIP，業(yè)務(wù)流通過(guò)RTP傳送；所有數(shù)據(jù)基于IP采用面向無(wú)連接的UDP進(jìn)行傳送。
3、PoC實(shí)現(xiàn)方案
PoC的實(shí)現(xiàn)主要有基于PS的方案和基于IMS的方案。
3.1 PS實(shí)現(xiàn)
PS方案指直接在GPRS或CDMA 1X核心網(wǎng)絡(luò)上增加PoC服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)PoC業(yè)務(wù)；這種方案是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布之前的普遍方案。該方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，PoC服務(wù)器直接與GGSN/PDSN相連，負(fù)責(zé)PoC業(yè)務(wù)的提供，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示：
圖3 PS實(shí)現(xiàn)方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
PS方案中，PoC服務(wù)器集中了業(yè)務(wù)控制和業(yè)務(wù)提供的主要功能，功能復(fù)雜；業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、地址解析、呼叫信令路由、鑒權(quán)、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(shù)實(shí)現(xiàn)的，互聯(lián)互通性很差，難于實(shí)現(xiàn)漫游；所以這種方案只能用于小規(guī)模建網(wǎng)；另外，基于PS的實(shí)現(xiàn)基于2.5G網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的帶寬和服務(wù)質(zhì)量（QoS）不能滿足PoC業(yè)務(wù)大規(guī)模商用的要求。
3.2 IMS實(shí)現(xiàn)
OMA PoC架構(gòu)默認(rèn)PoC AS基于IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)運(yùn)行。在這種架構(gòu)下，PoC Server只是應(yīng)用服務(wù)器的角色：PoC Server使用基于IMS核心網(wǎng)提供尋址、選路和漫游功能；用戶終端發(fā)出的SIP消息通過(guò)IMS核心網(wǎng)的P-CSCF（代理呼叫會(huì)話控制功能）、I-CSCF（咨詢呼叫會(huì)話控制功能）、S-CSCF（服務(wù)呼叫會(huì)話控制功能）路由到PoC服務(wù)器進(jìn)行處理。這里CSCF承擔(dān)了SIP/IP
CORE的功能。在沒(méi)有IMS核心網(wǎng)支持的情況下開(kāi)展PoC業(yè)務(wù)，可引入單獨(dú)的SIP/IP CORE處理模塊來(lái)支持，并逐漸向IMS核心網(wǎng)CSCF功能演進(jìn)。
基于IMS的PoC業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意如圖4所示：
圖4 基于IMS的PoC業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
IMS對(duì)PoC業(yè)務(wù)的支持體現(xiàn)在IMS實(shí)現(xiàn)了PoC業(yè)務(wù)的注冊(cè)和安全、SIP信令路由、SIP信令壓縮、地址解析、對(duì)標(biāo)識(shí)隱藏的管理以及計(jì)費(fèi)等功能。
PoC功能實(shí)體與IMS架構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖5所示：
圖5 PoC功能實(shí)體與IMS架構(gòu)的對(duì)應(yīng)關(guān)系
相關(guān)接口和功能說(shuō)明如下：
Gm：用戶設(shè)備與P-CSCF、IMS核心之間的接口，支持SIP協(xié)議，對(duì)應(yīng)OMA PoC架構(gòu)的POC-1、XDM-1。
ISC：S-CSCF和應(yīng)用服務(wù)器之間的接口，用于指示SIP請(qǐng)求應(yīng)尋址到哪一個(gè)應(yīng)用服務(wù)器，支持SIP協(xié)議，對(duì)應(yīng)OMA PoC架構(gòu)的POC-2、POC-6。
Mb：PoC用戶端和服務(wù)器之間的接口或PoC服務(wù)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(shí)）/RTCP（Talk Burst控制時(shí)），對(duì)應(yīng)OMA PoC架構(gòu)的POC-3、POC-4。
Mw：CSCF之間的接口，用于用戶注冊(cè)和會(huì)話控制，對(duì)應(yīng)OMA PoC架構(gòu)的IP-1。
Rf：應(yīng)用服務(wù)器與在線計(jì)費(fèi)系統(tǒng)OCS（Online Charging System）之間的接口，用于在線計(jì)費(fèi)時(shí)傳送計(jì)費(fèi)信息，采用DIAMETER協(xié)議，對(duì)應(yīng)OMA架構(gòu)的C-5接口。
Ro：應(yīng)用服務(wù)器與計(jì)費(fèi)采集功能模塊CCF（Charging Collection Function）之間的接口，用于離線計(jì)費(fèi)時(shí)計(jì)費(fèi)信息的傳送，采用DIAMETER協(xié)議，同樣對(duì)應(yīng)OMA架構(gòu)的C-5接口。
Ut：IMS客戶端和應(yīng)用服務(wù)器之間的接口，用戶可以通過(guò)它安全地管理和配置存儲(chǔ)在AS上與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)相關(guān)的信息，XML/HTTP可以作為該參考點(diǎn)的協(xié)議，對(duì)應(yīng)的OMA PoC架構(gòu)里的接口仍是POC-3。
由圖5可見(jiàn)，PoC客戶端（UE）可以通過(guò)參考點(diǎn)Mb、Gm和Ut與PoC業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互，其他IMS網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)UE是不可見(jiàn)的。PoC客戶端通過(guò)Gm參考點(diǎn)訪問(wèn)PoC業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，所有的注冊(cè)、會(huì)話控制、和事務(wù)處理SIP消息都必須經(jīng)過(guò)P-CSCF。
作為例子，一個(gè)成功的點(diǎn)到點(diǎn)PoC通話的業(yè)務(wù)流程如圖6所示：
圖6 點(diǎn)到點(diǎn)PoC通話的簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)流程
圖6假設(shè)用戶端已經(jīng)在SIP Core中成功注冊(cè)和鑒權(quán)；PoC Server、SIP CORE集中設(shè)置。
�、賃E#1發(fā)送會(huì)話建立請(qǐng)求到SIP Core；
�、赟IP Core將請(qǐng)求路由到PoC Server；
③PoC Server將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)到SIP Core；
④SIP Core將請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給UE#2，UE#2接受請(qǐng)求后返回響應(yīng)；
�、莅l(fā)言權(quán)協(xié)商和授權(quán)后，PoC Server發(fā)送會(huì)話允許消息給UE#1：
�、轚E#1發(fā)言，媒體流提交PoC Server；
�、逷oC Server將媒體流轉(zhuǎn)發(fā)給UE#2。
在業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，IMS可以同時(shí)進(jìn)行其他業(yè)務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)和加強(qiáng)：
- PoC用戶和S-CSCF通過(guò)AKA算法實(shí)現(xiàn)雙方的認(rèn)證和鑒權(quán)。
- 基于IMS的計(jì)費(fèi)框架，實(shí)現(xiàn)PoC業(yè)務(wù)基于事件、組或發(fā)言方等多種方式的計(jì)費(fèi)。
- 應(yīng)用IMS中的SIP信令壓縮功能，在PoC客戶端和P-CSCF上實(shí)現(xiàn)SIP信令的壓縮和解壓縮，減少會(huì)話建立時(shí)延。
- 利用IMS業(yè)務(wù)能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)某些用戶隱藏用戶標(biāo)識(shí)。
- 使用SIP信令的QoS等級(jí)，控制PoC會(huì)話承載響應(yīng)時(shí)間，滿足PoC業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)QoS提出的高要求。
IMS基于SIP的控制業(yè)務(wù)協(xié)議；SIP消息的請(qǐng)求過(guò)程和媒體協(xié)商過(guò)程等是一起進(jìn)行的，媒體連接建立時(shí)間短，符合PoC的業(yè)務(wù)特性。IMS提供了接入無(wú)關(guān)性，利用SIP可以對(duì)來(lái)自不同接入網(wǎng)絡(luò)的呼叫/會(huì)話可以進(jìn)行統(tǒng)一的處理，容易實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通以及實(shí)現(xiàn)更加豐富的業(yè)務(wù)特性。另外，IMS提供了VHE（虛擬歸屬環(huán)境），通過(guò)采用P-CSCF，I-CSCF和S-CSCF分層次的會(huì)話控制功能和集中式的HSS數(shù)據(jù)管理，對(duì)用戶信令執(zhí)行歸屬地控制和業(yè)務(wù)觸發(fā)，保障了業(yè)務(wù)的一致性，可以為PoC用戶提供良好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。
PoC實(shí)現(xiàn)不僅是呼叫連接建立和會(huì)話信息傳送的過(guò)程，通常還需要與在席、定位信息提供和群組管理等業(yè)務(wù)能力向結(jié)合，而SIP含有向注冊(cè)服務(wù)器注冊(cè)的功能，本身就可以提供這些服務(wù)和功能，這些都是基于PS的PoC實(shí)現(xiàn)無(wú)法比擬的：如基于PS方式的群組建立和管理必須由網(wǎng)絡(luò)管理員實(shí)現(xiàn)，群組里的用戶無(wú)法區(qū)分權(quán)限；而基于IMS的群組可以由用戶發(fā)起并建立，同時(shí)可以對(duì)不同用戶設(shè)定不同權(quán)限；所以使用IMS和SIP實(shí)現(xiàn)PoC業(yè)務(wù)功能是非常合適的。
4、PoC應(yīng)用和發(fā)展
截止到2006年，全球已有超過(guò)百家移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行測(cè)試或開(kāi)通運(yùn)營(yíng)PoC業(yè)務(wù)，但使用的設(shè)備和終端多數(shù)是基于私有標(biāo)準(zhǔn)或者行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，主要由Ericsson、Motorola、Siemens、Nokia等廠商提供，市場(chǎng)商用情況比較混亂，給互聯(lián)互通和業(yè)務(wù)的推廣造成了很大的障礙。
在國(guó)內(nèi)，移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商提供的PoC業(yè)務(wù)融合了傳統(tǒng)移動(dòng)語(yǔ)音通信、無(wú)線集群通信和短信業(yè)務(wù)。PoC手機(jī)可在界面上設(shè)置類似于QQ或MSN的好友列表，可設(shè)置多個(gè)群組，并能隨意修改個(gè)人在線或隱身等狀態(tài)；既能選擇某個(gè)人單聊，也可實(shí)現(xiàn)與三人以上的群組共同對(duì)話，還能進(jìn)行普通語(yǔ)音通信；從而同時(shí)滿足了用戶對(duì)群組通信、對(duì)講漫游和實(shí)時(shí)通信的需求。目前PoC在國(guó)內(nèi)并沒(méi)有大范圍的商用，主要是在集團(tuán)市場(chǎng)中有所應(yīng)用，如物流調(diào)度、出租車調(diào)度、物業(yè)管理、公共場(chǎng)所應(yīng)急服務(wù)等等。隨著3G的部署，PoC在會(huì)話時(shí)延、信道容量方面的不足將得到改善，用戶的體驗(yàn)將得到提升，業(yè)務(wù)也必將得到很大的發(fā)展。
PoC功能是未來(lái)IMS網(wǎng)絡(luò)的基本業(yè)務(wù)功能，基于IMS的實(shí)現(xiàn)在互聯(lián)互通實(shí)現(xiàn)方面達(dá)到了最高的融合境界。目前，各國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在3G業(yè)務(wù)方面的標(biāo)準(zhǔn)化工作紛紛將重點(diǎn)放到了PoC、IM等IMS網(wǎng)絡(luò)自身能提供的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和平臺(tái)上，PoC業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化工作得到了很大的長(zhǎng)進(jìn)。今后PoC還可以與基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的非實(shí)時(shí)的PTM（Push-To-Multimedia）相結(jié)合；PTM是通過(guò)按鍵發(fā)送非實(shí)時(shí)語(yǔ)音消息、MMS等多媒體信息的應(yīng)用；它的實(shí)現(xiàn)同樣是使用了基于UDP/IP的實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)。業(yè)界預(yù)計(jì)PoC還會(huì)發(fā)展為PTC（Push-To-Connect）；PTM將使用基于TCP/IP的可靠的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。
在終端方面，PoC業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)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(wù)必將會(huì)在大眾市場(chǎng)廣泛普及。
5、結(jié)束語(yǔ)
PoC業(yè)務(wù)是利用現(xiàn)有移動(dòng)分組網(wǎng)絡(luò)承載的高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)功能提供的服務(wù)。PoC業(yè)務(wù)由于其方便快捷的業(yè)務(wù)特性為業(yè)務(wù)市場(chǎng)所看好�；贗MS實(shí)現(xiàn)PoC業(yè)務(wù)是一種開(kāi)放、有效的方法，與業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)方向是一致的，同時(shí)和OMA PoC的業(yè)務(wù)架構(gòu)很好地吻合。利用SIP和IMS實(shí)現(xiàn)PoC的技術(shù)方案和標(biāo)準(zhǔn)正不斷成熟，不可否認(rèn)PoC將成為3G時(shí)代的移動(dòng)通信重點(diǎn)業(yè)務(wù)。
中國(guó)聯(lián)通
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