5G消息業務功能的技術實現

周 斌

中國聯合網絡通信集團有限公司江蘇省分公司

0 引言

隨著5G網絡建設的快速完善，基于GSMA全球運營商統一公開標準的5G時代基礎通信業務——5G消息，將對傳統短彩信進行過渡，最終將5G消息逐步升級為基礎通信能力。簡單來說，其具有如下特點：（1）豐富消息形態，更具市場競爭力MaaP（Messaging as a Platform）消息形態豐富，可根據品牌需要做消息形態適配，增加商戶與用戶之間的交互性，增強用戶粘度，體驗更靈活便捷。（2）智能交互升級，轉化率更高用戶無需在手機上安裝繁多的APP，就可享受到各行各業的服務，在消息頁面即可完成交互，Chatbot 協助提升推送消息轉化率。從“通知即結束”到“通知的商業轉化”。（3）繼承短信優勢，直達目標用戶終端，MaaP 消息基于終端覆蓋，推送消息穩定精準。相比微信、微博等互聯網產品，無須關注企業公眾號，為商戶節省高額的粉絲運營成本。

1 業務功能概述

5G消息業務分為三大類，第一類是個人消息業務，即個人用戶與個人用戶之間交互的消息；第二類是行業消息業務，即行業客戶與個人用戶之間交互的消息；第三類是增強通話涉及消息業務，即與語音業務相結合，實現行業客戶、個人用戶在呼叫前、呼叫中和呼叫后進行多媒體信息的分享和互動。其中，個人消息業務和行業消息業務為必選業務，增強通話涉及消息業務為可選業務。三類消息均支持文本、圖片和音視頻等多種媒體格式。

1.1 個人消息業務

個人消息業務包括點對點消息、群發消息、群聊以及文件傳輸。個人消息業務可以傳送多種媒體格式的消息，包括文本（含表情）、圖片、音頻、視頻、位置和聯系人（vCard）、文檔（如PDF）等。點對點消息與群發消息全部采用獨立消息（Standalone Message），其技術實現基于Pager Mode和Large Message Mode兩種模式相結合。群聊消息采用Session Mode方式發送。

點對點消息是指一個個人用戶向另一個個人用戶（5G消息用戶或未開通5G消息的用戶）發送的消息，并可向用戶提供消息狀態報告。點對點消息可在運營商間實現互聯互通。

群發消息是指一個個人用戶向多個其他個人用戶同時發送的消息，用戶一次輸入多個聯系人號碼或從通訊錄中選擇多個接收者，群發消息在接收方終端上呈現為點對點消息，且每個接受者收到消息的內容相同。群發消息與點對點消息的可達范圍及消息處理策略相同，可在運營商間實現互聯互通。

群聊是用戶可以選擇多個具備5G消息能力的聯系人來創建群，群創建成功后，所有已經加入群的個人用戶之間進行的消息交互，用戶發送的群聊消息將發送給群內所有成員，群成員的回復也會發送給群內所有成員。群成員可包括不同運營商的5G消息用戶，即可實現運營商間互聯互通。

文件傳輸包括點對點的文件傳輸和文件群發。用戶將文件上傳到多媒體內容存儲功能模塊后，通過點對點消息或者群發消息的方式將文件屬性和鏈接發送給接收方，接收方收到消息后，訪問文件鏈接進行下載。

1.2 行業消息業務

行業消息是指行業客戶以Chatbot形式與個人用戶通過5G消息中心、MaaP平臺進行消息交互。行業客戶的Chatbot通過點對點消息和群發消息方式向個人用戶發送，消息內容中包含的媒體格式有：文本（含表情）、音頻、視頻、圖片、聯系人（vCard）、位置和富媒體卡片消息（Rich Card），消息中還可攜帶選項列表（包括“建議回復”和“建議操作”）。同時，支持個人用戶主動向行業客戶的Chatbot發送消息，回復消息、搜索Chatbot、舉報消息等，消息內容包含的媒體格式包括文本、音頻、視頻、圖片、聯系人vCard和地理位置等。

1.3 增強通話涉及消息

增強通話涉及消息是對當前通話業務的增強，在語音通話（VoIMS）或者視頻通話（ViIMS）的通話前、通話中和通話結束階段，主叫用戶和被叫用戶之間發送的5G消息。該業務支持的消息類型應包括文本（含表情）、圖片、位置和重要通話標識等。被叫終端通過專用的業務能力標簽來識別所接收的消息是增強通話的通話前5G消息，并通過主叫電話號碼將增強通話的通話前消息和呼叫關聯，并具有振鈴界面展示增強通話的通話前消息能力。

2 業務系統架構

2.1 邏輯架構

5G消息系統包括5G消息中心（5GMC）和MaaP平臺，并與用戶數據（HSS/UDM）、短信中心（SMSC）、5G消息互通網關、ENUM/DNS、安全管控系統、計費支撐系統、BSF等對接，其架構如圖2所示。

圖2 5G消息系統架構示意圖

2.2 網元功能

5G消息中心、MaaP平臺均包含若干邏輯功能模塊，具體如下。

2.2.1 5G消息中心

5G消息中心具備5G消息用戶的接入控制、注冊認證、消息的路由尋址、終端配置管理等功能。5G消息中心中的部分功能模塊可以獨立部署，也可內置于5G消息中心，如圖1中用虛框表示的群聊功能、IMS接入功能、多媒體內容存儲功能和配置服務器。5G消息中心包含的邏輯功能模塊如下：

圖1 5G消息與傳統短信的優劣對比

（1）IMS接入功能：負責用戶5G消息SIP信令接入和5G消息大文本和群聊MSRP媒體接入和轉發；其內部包含標準P-CSCF/I-CSCF/S-CSCF/AGW邏輯網元完成用戶注冊、鑒權、消息路由功能，并通過標準iFC方式觸發到5G消息處理功能模塊完成消息處理。

（2）5G消息處理功能：處理個人消息、行業消息、增強通話涉及消息的收發，進行會話管理、消息相關業務功能處理等。

（3）多媒體內容存儲功能（Content server）：用于存儲個人用戶發送的多媒體消息文件。

（4）配置服務器（DM）：用于存儲用戶業務相關數據，如協議參數、業務參數等，終端通過訪問配置服務器獲取相關數據對終端進行業務配置。

（5）群聊功能：包含群聊消息功能和群數據管理。其中，群聊消息功能實現群聊消息的分發；群數據管理包含創建群、邀請他人加入群、刪除群成員、解散群、轉移管理員權限、設置群名稱、設置群頭像等功能，并存儲、管理群聊相關數據信息，如群成員列表、群名稱、群頭像、群成員身份等。

2.2.2 MaaP平臺

MaaP平臺承載在5G消息中心之上，提供Chatbot統一接口，負責行業客戶Chatbot和消息的接入管理、鑒權、行業消息中多媒體內容上傳與存儲等功能。MaaP平臺包含基礎功能和運營管理兩部分，其中，運營管理用于運營商對Chatbot進行開通、權限配置等管理，基礎功能主要包含如下邏輯功能模塊：

（1）Chatbot目錄：匯總Chatbot數據信息，提供匹配、排序等算法服務，處理來自用戶的Chatbot發現請求，向用戶返回搜索結果。

（2）Chatbot信息：存儲Chatbot的相關信息，包括提供該Chatbot的企業信息，如名稱、商標、業務類型、聯系方式等，以及Chatbot/應用本身的信息，如Chatbot/應用用途、開發方信息等，處理來自用戶的Chatbot信息查詢。

（3）多媒體文件存儲功能：用于存儲Chatbot下發的多媒體消息文件。

（4）Chatbot能力開放：將5G消息能力進行統一抽象封裝，對Chatbot提供消息接入能力。

2.3 消息接口

5G消息業務涉及的接口如圖2中接口1～13，其中：

接口1：支持5G消息的終端與IMS接入功能之間的接口，其中，信令采用SIP協議，用于實現各類消息交互功能，應遵循GSMA對應的OMA CPM2.2規范要求，以及3GPP TS 24.229規范要求；群聊和Large Message Mode的點對點消息采用MSRP協議，應遵循GSMA對應的OMA CPM 2.2規范要求，以及IETF RFC 4975和IETF RFC 6135規范要求；

接口2：支持5G消息的終端與5G消息中心多媒體內容存儲功能之間的接口，采用HTTP協議，用于實現消息多媒體內容（文件）的網絡存儲、上傳、下載，在個人消息和行業消息中的多媒體內容均采用HTTP方式實現。該接口應滿足應遵循GSMA RCC.07 v11.0規范要求；

接口3：支持5G消息的終端與配置服務器之間的接口，采用HTTP協議，用于實現5G消息業務終端配置數據的下載、更新。該接口應滿足應遵循GSMA RCC.14 v7.0和GSMA RCC.15 v7.0規范要求；

接口4：用于IMS接入功能與5G消息處理功能模塊間通信，采用SIP/MSRP協議；

接口5：5G消息中心與MaaP平臺之間的接口，采用RESTFul API接口連接，為行業客戶提供行業消息（可包含普通多媒體消息）的接入和上下行消息能力；

接口6：BSF與5G消息中心和MaaP平臺之間的接口，采用Diameter協議或SOAP協議；

接口7：計費系統與5G消息中心和MaaP平臺間接口，話單采用FTP協議上傳到計費中心；

接口8：安全管控系統與5G消息中心和MaaP平臺之間的通信接口；

接口9：采用Diameter協議，用于5G消息中心向用戶數據管理模塊獲取鑒權參數等用戶信息；

接口10：采用DNS協議，用于5G消息中心與DNS/ENUM服務器互通；

接口11：5G消息中心與傳統短信中心互通接口，應支持MAP協議或SMPP協議；

接口12：不同運營商5G消息互通接口，5G消息互通網關應支持SIP信令和多媒體消息MSRP協議的互通，HTTP內容服務器互通接口應支持HTTP協議；

接口13：MaaP平臺與行業客戶Chatbot間接口，采用HTTP/HTTPS協議通信。

3 業務功能實現

使用5G消息業務時，終端可以通過3G/4G/5G或者WLAN接入IMS接入功能模塊，在完成網絡接入后，首先從配置服務器（DM）獲取業務相關參數，此后向獲取的接入點發起SIP注冊流程，注冊成功后，即可開始5G消息收發，包括個人消息、行業消息以及增強通話涉及消息。

3.1 接入控制

3G、4G、5G網絡和WLAN網絡需要對終端提供接入控制，其中包括網絡選擇，身份認證，授權，接入控制，策略控制等方面，其中：

（1）5G網絡中5GC對于支持5G消息的終端執行的接入控制應遵循行標YD/T 3615-2019《5G移動通信網 核心網總體技術要求》的要求；

（2）4G網絡中EPC對于支持5G消息的終端執行的接入控制應遵循行標YD/T 2620.1-2015《演進的移動分組核心網絡（EPC）總體技術要求 第1部分：支持E-UTRAN接入》的要求；

（3）3G網絡對于支持5G消息的終端執行的接入控制應遵循行標YD/T 2620.2-2015《演進的移動分組核心網絡（EPC）總體技術要求 第2部分：支持CDMA接入》及YD/T 1410-2007《2GHz TD-SCDMA/WCDMA數字蜂窩移動通信網核心網設備技術要求（第一階段）》的要求；

（4）WLAN接入可通過下列方式實現：

經過運營商5G網絡PS域，接入側N3IWF對支持5G消息的終端執行接入控制，具體要求應遵循3GPP TS23.502所定義的流程；

經過運營商4G網絡PS域，接入側ePDG對支持5G消息的終端執行接入控制，具體應遵循行標YD/T 3580-2019《基于S2b的非受信的WLAN接入EPC的核心網總體技術要求》的要求；

不經過運營商PS域接入5G消息中心的IMS接入功能模塊，終端和網絡之間應采用TLS安全加密，僅IMS網絡負責終端的身份認證和鑒權。

3.2 配置獲取

終端可根據IMSI號碼中的移動國家號碼（MCC）和移動網號（MNC）信息，構建默認的配置服務器網站網絡域名（FQDN），并向配置服務器發送HTTP/HTTPS消息進行配置獲取，不同網絡處理方式如下：

（1）當終端通過5GS網絡接入時，SMF下發正確的PDR和FAR，使得UPF能夠在HTTP包頭中插入MSISDN號碼；

（2）當終端通過EPS網絡接入時，PGW能夠在HTTP包頭中插入MSISDN號碼；

（3）當終端通過3G網絡接入時，GGSN在HTTP包頭中插入MSISDN號碼；

（4）當終端通過WLAN網絡接入時，應使用HTTPS獲取配置終端通過讀取USIM卡，在消息頭中插入IMSI信息。如果由于未開通5G消息導致在WLAN獲取配置信息失敗時，終端應通過運營商PS域再次向網絡請求獲取配置信息。當終端同時連接到5GS網絡或者EPS網絡和WLAN時，終端應優先通過WLAN連接進行注冊。通過驗證的終端，可以從DM服務器獲取到各業務功能的服務入口和各業務參數。

對于支持5G消息的終端，其配置管理功能應遵循終端相關標準規定。終端配置獲取流程相關示例見圖3。

圖3 終端配置獲取流程

單級部署配置服務器。當配置服務器為單級部署時，全國設置統一DM，終端根據構建的FQDN，查詢DNS獲取配置服務器IP地址后，發起配置請求。DM根據終端請求中得provisioning_version參數判斷下發的配置文件格式，若相應值＞=5.0則按GSMA RCC.14 v7.0規范的格式下發XML配置文件，不帶數值或者值小于5的則采用UP1.0/CP方式下發XML配置文件。

二級或多級部署配置服務器。當配置服務器為二級部署時，一級DM應支持根據用戶的IMSI歸屬或MSISDN歸屬判斷用戶應訪問的二級DM，并通過重定向方式將二級DM地址下發給終端，終端需要重新攜帶重定向獲得的二級DM地址發起配置請求。后續請求均向最后一次成功重定向后的地址發起。

當配置服務器為多級部署時，與二級部署相同，采用重定向方式將終端歸屬的DM地址下發給終端。

一級DM配置服務器根據終端請求中得provisioning_version參數判斷重定向方式，若值＞=5.0則按GSMA RCC.14 v7.0規范的方式下發重定向配置，不帶數值或者值小于5的則采用HTTP 301響應進行重定向。

二級DM根據終端請求中得provisioning_version參數判斷下發的配置文件格式，若值＞=5.0則按GSMA RCC.14 v7.0規范的格式下發XML配置文件，不帶數值或者值小于5的則采用UP1.0/CP方式下發XML配置文件。

3.3 注冊認證

5G消息業務的IMS注冊。支持5G消息的終端，從配置服務器中獲取SIP注冊地址及相關參數后，發起5G消息業務SIP注冊流程。對于支持UP 2.4及以上版本終端，在配置文件中LBO_P-CSCF_Address參數可以允許配置多個SIP注冊地址，默認選擇第一個地址進行注冊，當終端訪問第一個地址不可用，則依次重試使用下面的其他幾個地址訪問接入模塊，直到可用。支持5G消息的終端其注冊要求應遵循終端相關標準規定。

對于同時支持IMS語音業務和5G消息業務的網絡，可以配置相同或者不同的DNN/APN，指向同一個或者不同的IMS網絡。根據終端和網絡配置，可以執行單獨的5G消息注冊過程，或者在完成IMS語音業務注冊的同時完成5G消息業務的注冊。具體的注冊方式有：

（1）到單IMS網絡的單IMS注冊：終端進行IMS（重）注冊時，同時攜帶IMS語音業務和5G消息業務的ICSI/IARI，一次IMS注冊完成兩種業務的注冊過程。此時IMS語音業務和5G消息業務應使用同一DNN/APN。

（2）到單IMS網絡的兩次獨立的IMS注冊：終端進行IMS（重）注冊時，需要分別進行兩次獨立的IMS注冊，分別攜帶IMS語音業務和5G消息業務的ICSI/IARI。如果單IMS網絡不允許多APN接入，則IMS voice和5G消息業務須使用同一DNN/APN，如果單IMS網絡允許多APN接入，則IMS語音和5G消息業務可以使用不同DNN/APN。

（3）分別到兩個獨立的IMS網絡的IMS注冊：終端通過5G網絡接入IMS網絡時，IMS語音業務和5G消息業務分別由兩個獨立的IMS網絡提供。獨立的IMS網絡可以通過使用不同的DNN，或者配置不同的P-CSCF地址等方式實現。終端需要在兩個IMS網絡分別進行注冊、重注冊和注銷操作。此時IMS語音和5G消息業務使用不同DNN/APN。

終端和網絡應支持IMS AKA認證，終端和網絡可以協商采用何種認證方式。

終端注冊成功后，應支持對此注冊事件進行訂閱。

當終端的注冊時間過期、IP地址發生變化、TCP連接保活失效或消息發送失敗等情況時，終端發起IMS重注冊過程，重注冊流程同注冊流程。

終端和網絡都支持發起去注冊過程。當網絡探測終端當前失去連接達到一定時間后，將代替終端向網絡側發起去注冊。網絡側向終端發起的注銷通過注冊訂閱Notify消息通知終端。

5G消息的注冊、重注冊和去注冊、訂閱相關要求應遵循3GPP TS24.229所定義的流程。

5G消息業務的SIP注冊流程相關示例見圖4。

圖4 初始注冊流程圖

基于HTTP協議的GBA流程是5G消息中與SIP無關的業務流程，終端和網絡應支持GBA認證。GBA認證為終端和網絡提供密鑰共享、相互認證和業務保護等機制。

總體而言，使用5G消息業務時，終端可以通過3G/4G/5G或者WLAN接入IMS接入功能模塊，在完成網絡接入后，首先從配置服務器（DM）獲取業務相關參數，此后向獲取的接入點發起SIP注冊流程，注冊成功后，即可開始5G消息收發，包括個人消息、行業消息以及增強通話涉及消息。

4 結束語

5G消息作為5G通信網絡一個殺手級的通信能力產品，具有運營商網絡高安全性及公信力，能夠打破熟人社交、無需關注或加好友即可互相通信，終端默認加載無需安裝APP即可使用業務。同時，基于SIM卡鑒權，使用手機號碼作為用戶標識、實名認證更加安全，采用GSMA全球統一的業務和技術規范，可支持全球運營商之間的5G消息業務互聯互通，能夠靈活、無縫與通話、QoS、切片等通信能力結合。作為最先落地的5G應用，5G消息將推動行業消息進入富媒體消息的交互時代。