基于IMS 的融合視頻業務關鍵技術研究

孫 海，沈 雷

（中國電信股份有限公司上海研究院 上海200135）

1 概述

IMS網絡的興起和應用拉近了IP網絡和通信網絡之間的距離，隨著寬帶承載能力的增長和多媒體通信業務的興起，促進了融合視頻通話業務發展的需求。另一方面，隨著多媒體終端的種類日益增加，其性能和視頻能力也不斷增強，視頻類服務的業務也不斷地被用戶接納和需求，因此融合視頻業務的產生和發展，是符合當前信息產業發展的趨勢和需求。因此，國內各大運營商也都在積極部署，引入新的IMS網絡技術，推動視頻通信及多媒體業務的發展。

2 需求分析

融合視頻業務主要實現了基于IMS網絡統一管控下的多類型多媒體終端的視頻互通，主要包括CDMA網智能終端、IPTV機頂盒、多媒體硬終端、PC終端以及平板電腦終端。該業務的推出是在三網融合的大背景下對視頻業務發展的推廣進行的一次重要嘗試，為語音通信時代邁向多媒體通信時代做出新的探索和努力。

融合視頻業務目標主要是實現全國范圍內的IMS視頻終端的視頻通信，并且能達到全國運營和商業化的目的。由于涉及新的網絡建設構架、多類型終端的接入以及視頻業務的開展等各方面新的嘗試，在實現該目標的建設過程中，主要有以下難點問題需要研究和解決。

（1）多類型終端的接入方式以及相關網絡架構的實現

目前多媒體終端類型發展迅速，包括手機、平板電腦、移動電腦、多媒體硬終端等各類產品，融合視頻業務需要推廣，不能只依賴一、兩種終端類型，而是要將更多的終端都納入到業務體系中來。因此，必須有一個合理的網絡架構對多類型的終端進行兼容。IMS網絡具有“與接入無關”的特點，能滿足多終端接入的需求。

（2）漫游地接入方式以及相關策略

由于IMS網絡是以IP網絡為承載基礎的，因此在構架設計中，并無漫游的概念。但運營商的運營模式必須對漫游用戶進行管理，如何區分出漫游用戶，如何實行相關的管理策略，是IMS網絡終端商用發展必然要解決的問題。

（3）不同編解碼能力的終端視頻互通時視頻處理方法

融合視頻終端需要包括各種類型的終端接入，但由于產地、配置等各方面的不同，不是所有終端都具有統一的視頻編解碼方式和能力，因此，如何在無法兼容的視頻終端之間實現視頻互通，是融合視頻業務必須要解決的問題。

（4）IMS手機客戶端計費時的EV-DO流量剔除方式

EV-DO流量統計和管理必須要有一套明細的策略，以適用于越來越多的網絡應用的開展。對于一些該計費和不該計費的業務來說，如何實現網絡流量的區分和剔除，目前的技術和策略暫時還沒有一個完美的解決方式，但這是移動互聯網發展的關鍵問題之一，需要我們進一步研究和思考。

3 網絡架構

融合視頻業務的實現，主要基于IMS網絡。IMS網絡是新一代基于IP的核心控制網絡架構，由于其采用通用的網絡協議規范，與接入無關的網絡架構非常適用于多媒體業務的開展。實現融合視頻業務的網絡架構，如圖1所示。

融合視頻業務使用基于IMS網絡架構的方式進行實現，其架構包括接入層、承載層、核心層和應用層4部分，其分工和主要網元功能如下。

（1）核心控制層

主要負責實現用戶的管理、鑒權認證、互通的信令和媒體實現、會話控制等功能，主要網元及功能如下。

·P-CSCF是視頻終端用戶接入核心網絡的入口節點，主要負責SIP信令的代理。

·S-CSCF/I-CSCF負責為移動視頻電話業務提供注冊服務、會話控制，并維持會話狀態信息。

·HSS負責存儲移動視頻電話用戶的相關的用戶信息及其相關業務信息，與S-CSCF配合完成用戶的鑒權、認證。

·媒體資源服務器負責進行錄音通知的播放，包括MRFC和MRFP功能模塊。

·BAC位于移動視頻電話業務系統的邊緣，負責信令和媒體的代理。

（2）應用服務層

主要實現業務的邏輯控制和不同業務的實現，為用戶提供相應的服務，主要網元是SIP應用服務器（AS）。在融合視頻業務中，主要用于提供視頻電話業務邏輯、負責在視頻通信的過程中控制媒體資源服務器進行錄音通知的播放等，并且能根據需要提供相關的業務服務。

（3）網絡承載層

網絡承載層是指融合視頻業務開展的承載網絡，這里主要是指的IP網絡。IMS用戶的通信承載都是基于IP網絡，因此和互聯網業務具有互聯互通、相互融合的特性。承載網中用于尋址和查詢的設備是ENUM/DNS。

ENUM/DNS包括ENUM服務器和DNS服務器，ENUM服務器負責接收會話控制服務器的查詢，將視頻呼叫中的Tel URI地址翻譯成可以路由的SIP URI。DNS主要提供融合視頻業務系統內各網元的域名/地址解析，在終端進行注冊時，對BAC的域名進行解析，以便于終端都找到對應的BAC。

（4）接入層

主要是指不同類型的用戶終端通過不同的方式接入到IP網絡，再由IP網絡承載，目前接入方式主要包括3G網絡接入、有線網絡接入、無線網絡接入和IPTV專線接入。IMS的最大特點就是與接入無關，即無論用戶是什么接入方式，都能成為IMS的用戶。融合視頻通信也是因為這個特點，實現了多類型終端的視頻互通。

IMS網絡的部署，目前以大區域部署為基礎，各個大區獨立建立一套IMS核心網，再通過一級DNS設備進行區域之間的互通。因此，終端根據各個區域的數據配置來接入本地IMS網絡，實現通信業務。由于IMS網絡具有與接入無關的特點，因此，各類終端通過SIP協議，就能連接到當地BAC設備，實現多類型終端的接入。

4 關鍵技術

4.1 漫游終端接入技術

融合視頻通信業務的承載終端包括固定終端和移動終端兩大類。對于固定終端，可以使用固定的BAC接入方式接入到IMS網絡。但是對于移動終端用戶，如果是在漫游的情況下，如何尋址到漫游地BAC，如何實現漫游控制，是亟待積極的問題。

如§3所述，IMS網絡的特點是分大區建設 （如以省為單位），根據IMS的特點和管控需求，漫游用戶異地接入IMS網絡，要求就近接入漫游地BAC設備，然后再根據歸屬地域名，漫游到歸屬地IMS網絡注冊。這個要求看似簡單，但是對于移動漫游用戶來說，實現并不容易。

因為IMS網絡用戶是以大區的方式開設和配置的，設備中會存有統一的接入地址，設備會通過該地址路由到BAC設備進行接入。因此當用戶漫游的時候，通過配置地址接入，則同樣會回到歸屬地的BAC設備，難以實現完全的就近接入。因此，這樣核心網也無法判斷用戶是否處于漫游狀態。

在IP網絡中，存在一種Anycast的通信方式，其定義是：當一個單播地址被分配到多于一個的接口上時，發到該接口的報文被網絡路由到由路由協議度量的 “最近”的目標接口上。

因此，采用Anycast方式，可以比較好地解決BAC的就近接入問題。具體實現方式如下。

BAC對外地址分成實地址和虛地址，BAC的主機地址是實地址，由IMS各域根據本地地址分配規則進行分配，BAC的網絡地址是虛地址，由全網統一進行規劃和分配，虛地址在全網保持一致，DNS中將BAC域名與全網統一的BAC虛地址進行綁定。IMS移動終端注冊時，通過DNS域名解析得到BAC虛地址，通過虛地址Anycast的方式實現漫游用戶接入其路徑最近的BAC，從而確保用戶通過漫游地BAC接入網絡。

通過這樣的方式，就能解決就近接入BAC的問題。例如上海的IMS移動用戶如果到江蘇去注冊，那么根據就近接入技術，則是先接入江蘇的BAC，然后再由江蘇的BAC轉到上海的核心網絡進行注冊。這樣，江蘇的BAC也能判斷出該用戶是否為漫游用戶，然后將其數據送至核心網了，并采取相關的處理方式。

4.2 多類型終端視頻互通實現方式

融合視頻通信業務要實現不同類型的視頻終端視頻互通，但由于終端本身的差異和視頻編解碼能力的不同，終端之間可能會由于能力的不一致而無法實現直接的視頻互通，因此，要解決該問題，必須使用融合視頻應用服務器提供視頻編解碼的轉換工作，完成視頻互通。

在應用層設置融合視頻應用服務器，當視頻互通開始時，觸發該業務，對終端視頻能力進行協商判斷，若視頻互通終端具有兼容的視頻編解碼能力，則允許其進行點對點視頻協商，完成視頻互通。

若二者視頻編解碼能力無法兼容，則應用服務器則承擔視頻編解碼轉換功能，協助完成視頻互通。如圖2所示，應用服務器與兩邊終端協商好視頻編解碼方式，然后視頻媒體流通過該服務器進行轉碼。例如A使用H.264的視頻編解碼方式，B使用H.263的視頻編解碼方式。則視頻媒體流通過該服務器時，服務器通過轉碼的方式，將A發來的H.264的媒體流重新編碼為H.263的發送給B，將B發來的H.263的媒體流轉換成H.264的編解碼方式發送給A。

同時，應用服務器的加入，不但可以對編解碼進行轉換，而且可以根據終端的需求，對畫面大小、質量進行重新定義和修正，盡可能保證不同類型的終端獲得最優的畫面質量。

該轉換方式是在信令協商完成之后，直接對媒體流進行的轉碼發送方式。

4.3 流量計費剔除

對于cdma2000網絡終端來說，融合視頻業務若通過3G網絡的分組域提供業務，在業務使用過程中必然會產生分組域上網流量。而對于該視頻業務，業務系統會產生獨立的視頻通話的話單，并以此為依據按通話時長向用戶收費。

電信運營商在已向用戶收取視頻通話業務通話費的情況下，不應該再向用戶收取視頻通話業務使用過程中的流量費，因此需要在上網流量計費中剔除視頻通話的業務流量。

目前，在網絡設備中，還沒有專門用來剔除視頻通信所產生的流量的設備和機制，因此，必須根據現有網絡情況進行流量剔除的方案設計，其關鍵點是：

·要能區分視頻通話和非視頻通話時所產生的流量；

·確定記錄點，確保不與其他計費功能沖突；

·盡量不改變現網的結構和組成。

根據以上要求，為了剔除EV-DO由于視頻通話所產生的流量，有兩種不同的方式。

（1）由計費中心根據CDR的相關參數識別出視頻業務流量，然后將相關話單予以剔除

由于視頻通話的流暢性和穩定性是需要保證的，因此，在視頻通話業務開展的同時，QoS策略和資源預留必須配套完成。當視頻終端嚴格按照視頻業務啟用QoS資源預留后，在 CDR 中 Service Option(主/輔連接)、Service Reference ID、Granted QoS值 (包含ProfileID)3個參數會產生區別于其他業務的值。計費中心可在這3個參數中選擇一個，通過該參數的值區分出視頻流量CDR,并在計費中予以剔除。

該方式的優點是方案較成熟，現網實施較容易。缺點是需要VT終端嚴格按照VT業務啟用QoS資源預留，而QoS保障需要CDMA網絡中RAN、PDSN、AAA等網絡配合，當網絡中相關網元無法為VT業務提供QoS資源預留時，無法啟用QoS保障，從而無法在CDR中區分出VT業務流。

（2）由內容計費網關（CCG）根據IP地址進行剔除

當采用BAC信令和媒體全代理組網方式時，手機IMS終端發送或接收信令和媒體流數據，其另一端IP地址總是該區域對應的BAC地址。在CDMA網絡中CCG實現了根據IP地址和應用協議區分計費的能力，因此可以通過內容計費網關將源地址或目標地址為BAC地址的所有數據流都區分出來，在計費中予以剔除。

該方式的優點是網絡側控制能力強，操作較容易。缺點是網絡中必須部署CCG設備，對核心網絡要求較高，同時當BAC僅負責信令代理，而不負責媒體代理時，媒體流是從終端直接發給對方終端的，CCG無法根據IP地址來識別出VT媒體流，因此對IMS的組網方式有一定要求。

流量剔除對于視頻通信運營來說意義重大，關系著融合視頻業務是否能正常的商用推廣。而且，目前網絡建設中沒有專門針對視頻流量的計算功能，因此需要通過方案的設計來進行數據的提取。以上兩種方式都有一定的優勢和缺點，因此，目前在使用的時候，通常是根據不同網絡的特點選擇使用。

5 結束語

基于IMS網絡的融合視頻通信業務，利用了IMS網絡與接入無關的特點，實現了不同類型不同網絡的終端的視頻互通。同時，針對視頻業務推廣過程中的關鍵技術如漫游接入方式、視頻編解碼轉換和流量剔除等問題進行了討論和分析，并提出相應的解決方式，為融合通信業務的發展提供了相關思路和實現方案。

融合視頻通信業務是當前多媒體通信業務發展的過程中的必然趨勢，讓人們從語言通信轉移到視頻通信的時代已經開始，但是這個過程中將會有更多的問題和困難需要進一步研究解決，例如QoS保障機制、多終端的協議適配、終端管理等。在以后的研究中，筆者會進一步討論相關問題，提供更完善的解決方案。

1 張傳福，盧輝斌等.cdma2000 1x EV-DO通信網絡規劃與設計.北京：人民郵電出版社，2009

2 胡樂明,曹磊,陳浩.IMS技術原理及應用.北京：電子工業出版社，2006

3 楊松，曹型兵.IMS的應用與發展.現代通信,2007(4)

4 楊征，袁琦.視頻通信技術的發展與應用.電信網技術,2005(5)

5 胡瑜熙,鄭毅.三網融合發展現狀探討.電訊技術,2008(5)