多類型視頻終端在IMS融合會議中的應用

周春豐，王 林，羅 威，李 洋，馮 寶

(1.國網天津市電力公司信息通信公司，天津 300010；2.南瑞集團公司(國網電力科學研究院)，江蘇 南京 211000)

多類型視頻終端在IMS融合會議中的應用

周春豐1，王 林1，羅 威2，李 洋2，馮 寶2

(1.國網天津市電力公司信息通信公司，天津 300010；2.南瑞集團公司(國網電力科學研究院)，江蘇 南京 211000)

IP多媒體子系統(IMS)作為融合型計算機網絡的最佳代表之一，為多媒體服務提供了一整套標準的體系架構，同時也為各大通信公司提供全新多媒體業務奠定了網絡基礎，其中視頻融合會議是IMS網絡的主要應用之一。由于IMS具有接入無關性的重要特點，故可以使各大通信公司在不改變現有網絡結構、不投入任何設備成本的條件下，實現現有主流視頻會議終端與IMS融合視頻會議的對接，滿足不同類型用戶的接入需求，使得用戶能夠隨時隨地、就近就簡地接入會議。以國網天津市電力公司信息通信公司為例，設計并提出了多類型視頻會議終端接入IMS融合視頻會議的實現方案。測試結果表明，針對不同類型終端制定的接入方案能夠將各種類型終端平滑接入到新建的IMS多媒體會議系統。

IP多媒體子系統；融合會議；終端；接入方法；應用方案

0 引 言

隨著計算機網絡技術的高速發展，傳統的語音業務逐漸滿足不了用戶需求，進而向多媒體融合業務和移動融合業務方向演進。而IP多媒體子系統(IP Multimedia Subsystem，IMS[1])，作為下一代計算機網絡的重要技術之一，其最大的功能是可以使移動網絡與固網之間達到無縫連接，同時可以支持辦理差異化業務，例如將語音、視頻和數據進行三重融合等。起初，IMS是第三代合作伙伴計劃(3GPP)為移動網絡制定的，隨著NGN框架的不斷完善，IMS也得到了飛速發展，目前可以同時支持傳統終端和新型終端的接入。IMS網絡經過十幾年的發展，技術日益成熟，基于其業務辦理、控制平臺、承載接入三者完全分離的架構特點，一方面解決了軟交換技術多年無法解決的難題，例如滿足用戶的移動性、擁有標準且開放的綜合業務接口規范、提供可控性強的多媒體業務等；另一方面，由于其不受接入終端類型的限制，也使IMS成為固定網絡和移動網絡融合演進的奠定者。

隨著國網天津市電力公司(以下簡稱天津公司)企業信息化、辦公現代化建設的逐步深入，企業分工逐步細化，信息系統應用日益普及，分工協作成為工作的常態，電話、手機、電腦成為日常工作必不可少的通信和信息處理工具，提高溝通效率成為提升公司生產效率的重要手段。公司現有的溝通協作方式主要包括日常辦公的語音固定電話溝通和固定會議室遠程會議協作兩種。其中，語音固定電話通過原有行政電話交換網，采用的是基于電路交換技術，通信終端主要是傳統電話機，無法實現移動語音呼叫、無法與信息業務共享、溝通不夠及時和準確、效率相對較低。而固定會議室會議資源相對較少，無法為大部分員工提供日常頻率較多的會議討論、問題交流等經常性小而多的會議。為了降低公司的溝通成本、節省公司的運營費用，現已計劃自建或繼續使用運營商提供的現有視頻會議系統。現有的視頻會議系統通常基于H.323網絡協議[2]，面臨著諸多亟待解決的問題，例如，支持接入的終端類型有限、會議場所相對固定、對用戶使用的要求偏高、操作流程復雜等，故目前客戶不能在某些特定的位置和時間段使用終端接入會議。

為解決上述問題，天津公司希望利用IMS開放、融合的技術特性發展新型的IMS視頻融合會議系統。在IMS視頻融合會議系統發展過程中，天津公司需要從客戶的角度出發，并加入對系統兼容性的考量，利用IMS網絡接入無關性的特點，實現PSTN終端、SIP軟硬終端、H.323終端以及手機終端等視頻會議終端與IMS多媒體融合會議系統的對接。

1 IMS多媒體融合會議系統

IMS多媒體融合會議系統為了具有終端接入無關性、滿足3GPP2特有的網絡能力、擁有良好的QoS保障機制[3]以及豐富的業務提供能力等業務需求，采用多種重要的計算機網絡技術，例如：獨立的接入與承載技術，實現了呼叫控制層和業務控制層的分離；配置了外置數據庫—歸屬用戶服務器(HSS[4])，以充分保證網絡的可移動性；采用會話初始協議(SIP[5])作為呼叫控制和業務控制的信令。

從圖1可以看出，IMS多媒體融合會議業務平臺包括會議應用服務器Conf AS[6]、Portal門戶服務器、資源處理服務器(MRFC/MRFP)等，實現天津公司對IMS多媒體會議業務的運營管理，同時還擁有控制會話、管理資源、鑒權、路由、會議通知等功能，并將IMS SIP接口與IMS核心網絡進行對接；Portal門戶具備向用戶提供一些自助管理功能，例如管理會議及控制會場等，提供用戶直接訪問Web頁面參加會議的功能，還可以通過開放公網HTTP連接供用戶訪問；媒體資源服務(MRFC/MRFP)可以預留、分配與處理相關的會議資源，同時還具備一些額外功能，例如播放語音通知，接收二次撥號等；H.323網關可以將H.323終端與之前的H.323視頻會議系統進行連接；短信網關和郵件服務器的作用是通知視頻會議；MGCF負責與PSTN終端、手機終端進行互聯互通[7]。

圖1 IMS融合會議系統模塊調用圖

2 多類型會議終端接入IMS融合會議的指標分析

IMS融合會議業務作為多媒體綜合業務的典型代表，主要是為用戶提供更方便、更全面的溝通交流，加速視頻會議系統的發展和完善的進程。基于IMS的視頻會議系統充分利用IMS網絡的服務質量、用戶認證、業務辦理及收費等機制和統一的業務平臺來提高會議的服務質量[8]。網絡服務質量為會議系統會話和媒體傳輸提供了質量保證；用戶認證機制對接入IMS網絡的用戶進行身份驗證，確保視頻會議系統的安全性；視頻會議系統使用的業務觸發和收費機制，最大化減少業務開發的成本；IMS統一的業務平臺豐富了視頻會議終端類型，只要終端遵循一定的接入原則，兼容協議的移動電話和計算機均可以接入會議。因此，在設計多類型視頻會議終端接入IMS多媒體會議方案時，必須滿足以下固定指標：

(1)終端多樣性的特點使得IMS網絡必須滿足各種用戶的接入需求，讓用戶能夠不受時間和地點的限制平滑地接入會議，最大化減少用戶使用會議的成本[9]。

(2)設計的接入方案要使得改造部分盡量小，維持原有網絡的整體布局，最大化降低對用戶原有視頻會議業務的影響。

(3)方案簡單易用，同時支持用戶可以使用PC瀏覽器對會議進行提前預約、賬戶管理以及費用查詢等。

(4)方案具有開放性，具備標準的接口規范，符合天津公司實現多類型終端無縫對接IMS融合會議的需求，同時滿足全球化跨域運營的要求。

3 PSTN終端接入IMS融合會議

3.1可行性分析

從兩者互通的整個過程來看，當會話的一端為IMS用戶，而另一端是PSTN用戶時，IMS核心網需要采用四個功能實體：IMS媒體網關(MGW)、媒體網關控制功能(MGCF)、信令網關(SGW)和出口網關控制功能(BGCF)[10]。BGCF主要是支持PSTN終端與PS域之間進行呼叫；由于IMS會議端與PSTN終端采用不同的編碼格式，可利用MGW來翻譯這兩者之間的互通媒體信息；MGCF主要用來控制MGW，還可以對基于SIP協議與基于ISUP信令之間的應用級信令進行翻譯，并與連接的S-CSCF保持通信；SGW[11]用來對基于IP和基于SS7的信令進行翻譯。

從上述IMS網絡構架圖來看，傳統的PSTN現在需要以一種終端的方式接入IM網絡，整個過程與手機終端、H.323終端以及SIP軟硬終端等大致相同。不同的地方在于，PSTN網絡的承載和IMS核心網絡的全IP承載不同，故兩者之間要實現互通必須借助MGW。

3.2接入流程分析

為了解在兩種網絡互通的過程中，IMS整體架構中各個實體部分的功能，需要對整個接入流程進行分析。由于整個呼叫的流程既可以由IMS終端發起，又可以由PSTN終端發起，為了便于分析，假設整個呼叫流程由IMS網絡終端發起，而被叫端是接入此IMS網絡的PSTN終端。具體信令交互過程如圖2所示。

圖2 PSTN終端接入IMS融合會議信令交互圖

PSTN終端加入IMS融合會議的主要流程如下：

(1-2)基于SIP協議的IMS會議終端先通過發送Invite消息連接到P-CSCF，P-CSCF通過路由轉換，找到UE注冊的服務呼叫會話控制功能S-CSCF1，同時向其發送Invite消息。

(3-5)S-CSCF1將業務流轉發給詢問呼叫會話控制功能I-CSCF，由于PSTN終端與IMS會議終端屬于不同的S-CSCF，故I-CSCF將負責尋找客戶端的S-CSCF。I-CSCF通過查詢HSS獲得為請求接入的PSTN終端提供服務的S-CSCF2地址，響應成功后，向I-CSCF返回用戶信息。

(6)I-CSCF向客戶端的S-CSCF2發送Invite消息，S-CSCF2響應后為客戶端UE進行會話控制和注冊服務。

(7-9)由于被叫端是PSTN終端，所以需要先向BGCF發送Invite消息，來請求路由到PSTN網絡中。BGCF的作用[12]是負責選擇可供使用的網絡，以及此網絡所對應的MGCF。MGCF的作用是進行協議轉換，將IMS網絡的SIP消息轉換為PSTN網絡的ISUP消息，進行兩種不同網絡的互通。

(10-17)PSTN終端接收到IMS會議終端發送來的接入請求后,返回200 OK消息，并攜帶SDP1消息給IMS融合會議，最后通過IMS會議返回的200 OK以及SDP2信息進行ACK確認連接，至此完成IMS融合會議與PSTN終端的對接。

4 H.323終端接入IMS融合會議

4.1可行性分析

由于目前絕大多數用戶使用的視頻會議系統主要是基于H.323協議的視頻會議系統，故為了完成最大化降低對用戶原有視頻會議業務影響的指標，此次設計的終端與IMS融合會議的對接方案必須對原有的H.323會議系統和終端進行小規模改造。根據目前的技術，只需要在GK和IMS核心網上配置相關的網元數據，即可實現H.323視頻會議終端平滑接入IMS融合會議系統。

在實施方案的過程中發現，H.323終端與IMS會議平臺往往處于不同的網絡中，例如，H.323終端一般處于公網上，而IMS會議平臺一般處于CN2網絡上。根據這種情況，天津公司采用在IMS核心網中部署H.323網關以及在兩種網絡間添加SBC邊界路由器來實現H.323終端與IMS會議平臺的對接。其中，H.323網關主要作用是終端H.323協議到IMS SIP協議的轉換及呼叫路由的處理[13]。H.323網關的一側配置了IMS網絡的MGCF網元，其中MGCF的作用是配置IMS會議平臺呼叫的路由字冠數據到H.323網關；另一側對接H.323域中的SBC邊界路由器，此時，H.323終端通過SBC邊界路由器作為代理，注冊到GK設備上，H.323終端通過IVR上呼叫，然后經SBC和H.323網關路由連接到IMS核心網，最后通過IMS核心網中的CSCF連接至IMS會議應用服務器Conf AS。

4.2接入流程分析

當Conf AS呼叫H.323終端用戶時，Conf AS首先會判斷被叫號碼類型是否是H.323會議系統號碼，如果是，則需要在被叫號碼前添加路由前綴，Conf AS將呼叫路由到I-CSCF，進而呼叫路由到MGCF，MGCF根據此路由前綴分析路由數據并根據其中信息去掉路由前綴，再經過H.323網關通過連接SBC邊界路由，同時向GK發起H.323終端地址的查詢。GK返回H.323終端用戶的地址信息后，H.323網關將呼叫接續到用戶終端。具體信令交互過程如圖3所示。

圖3 H.323終端接入IMS融合會議信令交互圖

H.323終端加入IMS融合會議的主要流程如下：

(1-3)IMS Conf AS向IMS核心網中的I-CSCF發出Invite消息，然后I-CSCF將消息轉發給MGCF，再經MGCF呼叫路由到H.323網關。

(4-5)H.323網關向鄰域GK查詢其終端號碼的IP地址，GK收到消息后做出響應，并向H.323網關返回H.323終端的IP地址。

(6-8)H.323網關通過BAC邊界路由器向H.323終端地址發起呼叫，H.323終端應答后與H.323網關建立連接。

(5-14)H.323網關與終端建立連接后，向IMS核心網中的I-CSCF和MGCF發送200 OK消息，并攜帶SDP信息，IMS融合會議平臺收到信息后進行媒體協商，協商完成后H.323終端正式與IMS融合會議完成對接。

5 SIP軟硬終端接入IMS融合會議

5.1可行性分析

SIP終端分為SIP軟終端和硬終端兩種類型。在業務上可利用SIP協議固有的屬性，來完成與軟交換網絡中相應服務的匹配，同時為用戶提供語音、視頻等功能。SIP軟終端是基于SIP協議的可視化軟件，運行在計算機平臺上，能夠提供數據業務等服務。SIP硬終端是一個基于SIP協議的多媒體終端，可獨立于個人PC之外。硬終端的主要特點是一體化的設計，其中內置了按鍵、麥克風、液晶顯示器、攝像頭等主要配件[14]。

SIP軟硬終端都可以作為IMS視頻會議的參與者接入到會議中。對于SIP硬終端而言，它可以由會議系統呼入，或者通過撥打特定的連接碼接入，只要輸入相關的會議號和會議密碼，就可以主動接入會議系統。會議過程中可以接收系統發送的不同類型的會議信息，如會議參與人的加入、退出等。終端的視頻會議業務需要IMS視頻會議平臺的參與，由于視頻終端僅與IMS核心網之間有接口，故需要借助IMS核心網完成終端與視頻會議平臺之間的信息交互。

SIP軟終端在發起任何業務之前必須成功注冊，否則所有具體的業務相關操作界面都是不可用的[15]。注冊成功后，才能改為可用。在軟終端內部，通過程序固化邊界代理的地址，要求用戶發起的所有呼叫必須經過我方的邊界代理，這樣可以避免用戶旁路我方服務器的行為；通過程序設置，要求在界面上設置禁止通過IP直撥的方式。

5.2接入流程分析

由于SIP軟硬終端都是基于SIP協議的，為了體現便捷性和普適性，可在研究SIP硬終端和軟終端接入IMS融合會議過程中將兩種終端作為一種終端類型來分析，具體信令交互過程如圖4所示。

圖4 SIP軟硬終端接入IMS融合會議信令交互圖

SIP軟硬終端加入IMS融合會議的主要流程如下所示：

(1-3)IMS會議平臺向BAC代理服務器發出Invite消息，BAC收到邀請后向其回復200 OK并攜帶SDP消息，IMS會議平臺收到SDP1消息后再向BAC發送ACK消息。

(4-7)IMS會議平臺向CSCF核心網發送Invite消息，其中SIP協議管理模塊收到對方的Invite消息后，告知功能控制模塊有SIP呼叫，并返回180 ring消息，功能控制模塊讓UI顯示電話呼叫界面，同時讓本地資源模塊播放通知音。

(8-13)IMS會議平臺向CSCF核心網發送PRACK消息,此時底層檢測到用戶摘機將向功能控制模塊發出通知，用戶在界面接通電話后，功能控制模塊將告知SIP協議管理模塊電話接通，CSCF核心網向IMS會議平臺發送200 OK消息，同時SIP軟硬終端向CSCF核心網發出200 OK消息，會話建立完成。并讓音視頻模塊接通媒體，同時功能控制模塊讓本地資源模塊停止播放通知音。

(14-18)IMS會議平臺再次向BAC代理服務器發出邀請消息reInvite,并攜帶SDP2消息，如果此時用戶進行的是音頻通話，但又想增加視頻通話，功能控制模塊接到UI模塊的通知后，將本地資源模塊開始播放視頻，同時向發出SIP協議管理模塊增加視頻請求，此時IMS會議平臺向BAC代理服務器回復ACK消息，同時發送INFO信息。當SIP協議管理模塊收到對方的200 OK消息后，將通知功能控制模塊后讓UI切換視頻畫面，同時讓音視頻模塊接通媒體。

(19-22)IMS會議平臺向CSCF核心網發送INFO消息時，若用戶關閉視頻，保留音頻通話,功能控制模塊接到UI模塊刪除視頻的要求后又會告知SIP協議管理模塊，SIP協議管理模塊則必須再次向通話對方發出reInvite消息，并要求刪除視頻；若用戶不關閉視頻，CSCF核心網繼續向終端發送INFO消息，終端收到INFO消息后回復200 OK消息，最后再由CSCF核心網向IMS會議平臺發送200 OK消息。至此完成IMS融合會議與SIP軟硬終端的對接。

6 手機終端接入IMS融合會議

6.1可行性分析

目前IMS融合會議的手機終端接入類型主要有兩種：GSM網絡用戶和3G/4G網絡用戶[16]。

GSM網絡用戶媒體流通過第三方設備中的IPS板卡接入，IPS板卡和GSM網絡里的MSC網元進行交互，可接入GSM手機的信令并獲得會議控制系統的音頻流數據[17]。同時，IPS板卡與MCU之間需要建立RTP/IP連接，只要IPS板卡接收到媒體服務器的橋接指令后，就會把從用戶方獲得的語音流傳入MCU中進行處理，同時將處理后的混合音頻發送到參與會議者的終端上。

3G/4G網絡用戶與GSM用戶的接入過程大致相同，其媒體流也是通過IPS板卡接入的，但是IPS板卡是將3G/4G網絡里的MGW節點進行連接來獲取音視頻流數據[18]。然后，IPS板卡與MCU需要建立TP/IP連接，當IPS板卡收到媒體服務器的橋接指令后，也是把從終端側獲得的音視頻流傳入MCU中進行處理。最后，將處理的音視頻流發送到參與會議者的終端上。

6.2接入流程分析

由于GSM網絡用戶與3G/4G網絡用戶的接入流程大致相同，區別只是在連接的網元部分，故在分析手機終端接入IMS融合會議的過程中可以將兩者結合起來分析，具體信令交互過程如圖5所示。

圖5 手機終端接入IMS融合會議信令交互圖

手機終端加入IMS融合會議的主要流程如下：

(1-3)手機終端用戶通過撥打接入號申請加入會議時，先向媒體網關控制功能MGCF發出請求，MGCF接收到移動終端發送來的IMS融合會議接入請求后，呼叫CSCF并發送IAM[19]消息，同時把用戶的會議ID和會議密碼攜帶給Conf AS，其收到后處理用戶信息并觸發IMS多媒體會議業務。

(4-5)Conf AS發送Invite消息給媒體服務器，媒體服務器連接IPS板卡并向其發送申請資源消息，在收到IPS申請資源成功的消息后，向Conf AS回復200 OK消息。

(6-9)Conf AS再次攜帶Invite消息至媒體服務器,并傳遞給IVIEW設備的MCU和端口信息。媒體服務器給IPS發送的消息為IPS內部的資源信息，IPS資源申請成功回復后，給IVIEW設備的SIP服務器發送Invite消息,然后進行媒體協商，SIP服務器成功響應后，回復100 ring表示接收成功。最后，IMS內部處理媒體協商成功后，給SIP服務器回復ACK消息，并攜帶協商成功后的媒體屬性。

(10-13)媒體服務器收到SIP服務器發送的100 ring消息后給Conf AS發100 ring消息，Conf AS收到后，向CSCF發送200 OK并攜帶ACM消息，CSCF再經過MGCF轉發給手機用戶，同時接收其中的ACM消息。

(14-15)媒體服務器內部協商成功后，向SIP服務器回復ACK消息，并通IVIEW-ICM有新終端加入，然后在MCU內部申請資源分配給新加入的手機用戶。

(16-17)Conf AS發送INFO消息給媒體服務器告知剛申請的會議加入者、資源和會議資源進行橋接工作。媒體服務器給IPS板卡發送橋接消息，IPS板卡把剛才申請的內部資源進行橋接，然后手機用戶的音視頻流將送入IVEIW設備MCU中進行儲存，IPS橋接成功后，回復消息200 OK給Conf AS，收到消息后給手機用戶發送ANM信息。最后，ICM通知會議Conf AS有新用戶加入，觸發其對用戶終端的處理的邏輯，完成手機終端與IMS融合會議的對接。

7 測試方案分析

天津公司選取不同廠家的多類型視頻終端接入現有的IMS融合會議系統中，按照圖6的方案進行驗證。

圖6 天津公司實施測試方案圖

方案中使用到的網元有：融合會議Conf AS、H.323網關、GK、SBC邊界路由器、HSS、CSCF、PSTN終端、H.323終端、SIP軟硬終端和手機終端。測試過程中，在各個終端的網絡設置子菜單下配置好公網的IP地址、子網掩碼、網關之后，確保終端所在的網絡狀態良好。在IMS會議中的H.323設置項下配置注冊BAC的公網地址和會場號碼信息，確認GK注冊正常同時啟用SIP協議。邊界路由器SBC應啟用H.323協議，同時H.323網關還需要配置與IMS核心網對接多媒體中心(短信中心、彩信中心)的地址，GK需要設置H.323網關與GK的連接路由地址，IMS會議應用服務器上必須配置四個終端下的呼叫路由前綴碼。

為了保證各個終端與IMS會議對接的流暢性，測試的公網帶寬需要配置在10 M以上，確保H.323終端能正常注冊到GK，其他終端能完成與CSCF的對接，實現正常的狀態轉移。在測試方案實施中，IMS融合會議平臺發出會議請求時，各個終端能被IMS會議應用服務器呼叫并加入會議，客戶端終端和IMS會議終端均能接收到對方清晰連貫的語音，失真率較低，實時播放的圖像分辨率高。

測試驗證結果表明，不改造原有網絡和終端接口的條件下，只需在GK和IMS核心網上配置相關網元即可，根據制定相應的接入方案將各種類型的終端平滑接入新建的IMS多媒體會議系統，達到不同地點、不同終端類型隨時隨地享受視頻會議的目的。

8 結束語

根據天津公司的實際部署情況，多類型視頻會議終端接入IMS多媒體會議系統的設計方案具有一定的可行性。實際測試過程中，在不同類型終端接入設備選取時，需要結合終端接入設備處理能力、客戶需求、客戶實際情況進行綜合考慮，采用相應的計算機網絡技術才能實現對固定、移動用戶的統一控制，優質、高效地滿足客戶隨時隨地享受高清視頻會議的需求，有效地保護已有投資，降低網絡建設和維護成本，加強天津公司與IMS融合會議用戶更持久的合作。

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ApplicationofMulti-typeVideoTerminalsinIMSFusionConference

ZHOU Chun-feng1，WANG Lin1,LUO Wei2,LI Yang2,FENG Bao2

(1.State Grid Tianjin Electric Power Company,Tianjin 300010,China; 2.Nari Group Corporation State Grid Electric Power Research Institute,Nanjing 211000,China)

IP Multimedia Subsystem (IMS),as one of the best representatives for fusion computer network,provides the multimedia service with a set of standard architecture and lays the network basis for the communication companies supplying new multimedia services.In the IMS network,the video fusion conference is one of the main applications.Due to the important characteristic of being irrelevant access,it makes the major communications company achieve the connection between video fusion conferencing and existing mainstream video conferencing terminals without changing their existing network structure and putting any cost of equipment.Therefore,access needs can be met for the different types of users,so that the users can access the conference easily and conveniently whenever and wherever they want.Taking the information and communications company of Tianjin Electric Power Company as an example,an implemented scheme of multi-type video conference terminal access to IMS fusion video conference is designed.It can be validated by the test schema that different types of terminals can be smoothly connected to the new-built IMS multimedia conference system.

IMS;fusion conference;terminal；access method；application schema

TN915.03

A

1673-629X(2017)10-0169-08

2016-11-08

2017-02-15 < class="emphasis_bold">網絡出版時間

時間：2017-07-19

國網2016年信息化項目(IF16-2-12)；國網天津市電力2016年科技計劃項目(KJ16-1-16)

周春豐(1980-)，男，碩士，工程師，從事交換系統及視頻會議系統的運維工作。

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20170719.1110.040.html

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.10.036