基于IMS技術的三網融合網絡多媒體業務部署

李戰國，王建璽，王興偉

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

三網融合網絡中，技術轉型的主要方向是以IP多媒體子系統（IP Multimedia Subsystem，IMS）為核心的下一代網絡。目前，IMS技術已成為固移融合業務網絡事實上的工業標準，核心網絡已具有一定的成熟度，全球已經部署了100多個IMS試點或商用網絡，我國的各省市及各大運營商在省級已經部署了基于IMS的網絡，在個別地市級城市也有相應的網絡部署或規劃。文獻[1-2]表明，在IMS技術及網絡部署上有很好的基礎，但是由于IMS應用剛剛起步，特別是增值業務應用還十分匱乏，出現了由于IMS增值業務技術和應用創新滯后，嚴重制約了IMS網絡和業務的發展。隨著三網融合進程的加速和4G時代的到來，電信運營商亟需在IMS增值業務方面有所突破，其業務重心和競爭力建設重點也將逐漸遷移到新一代IMS應用增值業務[3-4]。

為了支持海量終端用戶，基于云計算SaaS服務模式實現IMS的多媒體應用體系結構。為了解決IMS網絡中的多媒體服務網絡架構中的功能及QoS問題提出了基于IMS的三網融合網絡中的多媒體視頻業務的網絡架構模型[5-7]。

1 基于IMS技術的多媒體視頻業務管理體系結構

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

基于IMS技術的三網融合網絡的多媒體視頻業務管理模型由媒體應用服務器、IMS核心網及IMS客戶端3部分組成。其業務管理結構如圖1所示。

圖1 基于IMS技術的三網融合網絡的多媒體視頻業務管理模型示意圖

媒體應用服務器主要使用云計算及重疊網絡技術實現媒體流的存儲及傳輸等功能。而信令服務器主要實現在IMS核心網的控制下與媒體服務器通信，使用控制流實現對媒體源的控制及負載分發等功能。為了支持上述體系結構機理，除了IMS信令協議棧，媒體服務器需要融合云計算擴展、重疊網絡服務等機制外，需要重點研究和實現相關的功能組件協作機制，包括實時多徑傳輸控制、信令服務器和IMS業務代理（Service Broker）的接口、信令服務器和媒體服務器接口、媒體服務集群間協同通信及媒體內容協同處理方法等。

IMS核心網對下實現IMS終端的呼叫控制功能，其具體的功能包括注冊、認證及業務分發、計費等。對上通過服務代理及信令服務器實現與媒體服務器的通信，實現媒體發布及計費等功能。對內實現各個IMS服務器之間的查詢及媒體服務器的發現。對外實現系統間的信令及信息流的轉換、轉發等功能，實現不同系統間的聯系及業務融合。

2 基于IMS技術的多媒體視頻應用服務器功能

IMS網絡廣播應用服務器（信令處理服務器）一方面和IMS訪問終端進行信令交互，另一方面作為“多媒體服務云”的服務管理網元，具有媒體資源和服務調度、服務訪問分發等功能。相關信令流程需要支持媒體服務的重定向、媒體服務云訪問標記、媒體服務內容特定標記、多徑傳輸機制等功能。基于IMS技術的多媒體視頻應用服務器功能邏輯如圖2所示。

圖中左邊為媒體信令服務器功能，信令服務器主要包括網絡傳輸、業務會話管理、媒體內容分發、EPG等高層應用、系統配置和管理等功能；右邊為基于云計算及重疊網絡的媒體服務器，媒體服務器支持云存儲和云檢索，主要包括媒體會話管理和媒體內容組織功能。在媒體服務器的實現技術上可以借鑒“Mobicents Media Server”開放源代碼項目。這些開源項目在信令處理、基本會話事務處理方面的成果可被集成，但離目標應用的技術特征、功能邏輯實現（如負載分發、重疊網絡服務、多徑傳輸控制、云存儲等）還有相當距離，還有很多挑戰性開發工作。

3 基于IMS技術的多媒體視頻應用終端功能

多媒體視頻應用客戶端可以是任意類型的IMS客戶端，如果是非IMS客戶端要經過外部系統網關進入IMS系統。多媒體視頻應用客戶端主要實現用戶的注冊、認證及媒體流的傳輸及轉換等功能。基于IMS技術的多媒體視頻應用客戶端功能結構如圖3所示。

基于IMS技術的多媒體視頻應用客戶端內部主要實現IMS的SIP協議棧及媒體協議棧等功能。在外部要實現應用程序（軟終端）或硬設備的用戶交流界面。在網絡上要實現有線或無線信息傳輸或媒體捕獲等功能。在技術實現上要實現客戶端服務API接口等。區別于現有大部分IMS終端，多媒體視頻應用客戶端終端需要的技術特性主要是：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）媒體協議棧需要實現實時多徑傳輸控制；3）實現重疊網絡服務層（融合重疊網絡模型算法）。

圖2 基于IMS技術的多媒體視頻應用服務器功能結構圖

圖3 基于IMS技術的多媒體視頻應用客戶端功能結構圖

4 媒體多徑傳輸的應用層QoS策略決策方法

基于多徑傳輸和應用層QoS策略決策，可以弱化用戶體驗質量（QoE）對承載網絡QoS條件的依賴。在應用層QoS評價模型方面，初步設想是建立一類路徑參數和應用特征關聯的概率模型，同時設定閾值條件作為QoS策略決策的依據。在IMS傳輸QoS策略決策的實現方面，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的業務聯系流程圖。主要使用了SIP的會話描述協議（Session Description Protocol，SDP）報文實現會話的初始化、參數協商等功能，主要根據QoE策略庫來實現不同的QoS需求。

5 小結

本文提出基于云計算架構的三網融合網絡多媒體視頻業務管理體系，實現了基于云計算模式的多媒體視頻業務和用戶管理功能。并且給出了應用服務器及客戶端的功能結構圖，服務器各模塊功能清晰，相互獨立，被賦予了良好的通信和管理功能。其中應用服務器包括信令服務器及媒體服務器功能。主要功能包括媒體會話管理和媒體內容組織功能以及合理計費，并且能夠實現QoS保障。客戶端實現了各種客戶對網絡的訪問與認證等功能。

圖4 IMS應用層QoS策略決策過程流程圖

本文提出的三網融合網絡多媒體視頻業務管理體系雖然在體系結構及功能上給予了論述，但是在部署實現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實現及部署技術上。

[1] 吳云松，趙曉平，董雪.三網融合下的廣播電視業務拓展策略研究[J].電視技術，2013，37（8）：27-28.

[2] 丁仙紅，聶克慶.基于IMS技術的視頻、通信融合系統的規劃與設計思考[J].有線電視技術，2013（5）：44-48.

[3] 孫海，沈雷.基于IMS的融合視頻業務關鍵技術研究[J].電信科學，2011（9）：10-14.

[4] 馮傳奮.基于P2P內容交換技術的IMS網絡架構探討[J].電信科學，2013（9）：79-82.

[5] 宋士明，孫庭，武振華.面向廣電網絡的視頻云計算增值業務平臺[J].電視技術，2014，38（18）：11-15.

[6] 馮秀珍，郝鵬.云計算環境下的信息資源云服務模式研究[J].計算機科學，2012（10）：110-114.

[7] 尹向東，楊杰，屈長青.云計算環境下分布式文件系統的負載平衡研究[J].計算機科學，2014（3）：141-144.

[8] LEAVITT N.Is cloud computing really ready for prime time?[J].IEEE Computer Society Press，2009，42（1）：15-20.

[9] 3GPP TS 23.228，V10.5.0.IP multimedia subsystem stage 2[S].2011.