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标题: 3G移动PoC实现技术 [打印本页]

作者: admin 时间: 2014-10-13 14:38
标题: 3G移动PoC实现技术
摘要　移动一键通（PoC）业务是3G的重要特色业务。PoC的实现有基于PS和基于IMS两种方式。文章从分析PoC的业务特点出发，介绍了PoC业务的功能、协议结构和标准化情况，比较了两种实现方式的实现要点，特别是详细分析了3G环境下基于IMS实现方式的实现机制和流程。最后，对PoC业务的应用和发展作了一个展望。
1、引言
　　移动一键通（PoC，Push to talk over Cellular）是一种基于公众蜂窝移动通信网络的即按即说业务，基于2.5G或3G GPRS网络，通过半双工VoIP技术来实现通信，类似现有集群通话。使用PoC业务，用户只需像使用对讲机一样按一个键而无需进行拨号就可以快捷、直接地与任何地方的多个用户进行“点对多点”的即时通信。
　　PoC业务实现存在两种主流的方案：基于移动分组网络（PS）的PoC实现方案和基于IMS网络的PoC实现方案。目前标准化组织主要研究的是基于IMS网络的PoC标准。基于IMS的PoC业务是在IMS框架中使用PoC应用服务器实现的，用SIP作为信令，群组的建立与管理使用XDM组管理业务能力，通过Presence获取和发布用户的即时状态，而语音通话则通过RTP承载。
　　PoC的业务实现对网络的要求主要体现在时延的控制和并发处理的能力。OMA给出了PoC业务的时延要求，定义了4种QoE、QoE1-QoE4。在并发处理方面，要求实现PoC会话与CS呼叫的并发、PoC会话过程中SMS消息的接收、PoC与其它基于包交换应用的并发其它基于包交换应用的并发、即时消息与普通语音呼叫业务/PoC业务的并发、即时消息与SMS/MMS并发。
　　在标准化方面，PoC业务规范主要由移动开放联盟（OMA）指定。OMA于2003年4月正式成立了OMA PoC工作组，并于2005年初正式发布PoC 1.0版本规范，目前正进行PoC 2.0规范的制定。OMA主要负责制定基于具有IMS能力的SIP/IP核心网络的PoC业务标准，并不关注底层承载网络的差异，并主要参考了由3GPP、3GPP2制定的承载网标准；而PoC实现的具体信令协议则主要由IETF定义。
2、PoC体系架构
　　图1是PoC系统的体系结构图。

图1　PoC系统的体系结构图

　　2.1　功能实体
　　PoC系统结构由PoC业务系统和向PoC业务提供服务的外部实体组成。PoC业务系统包括PoC客户端、PoC服务器、XML文档管理客户端（XDMC）、PoC XML文档管理服务器（PoC XDMS）等，实体功能如下：
　　（1）PoC客户端
　　内置于手机终端内，实现业务接入。
　　（2）XDMC
　　XDMC是一个管理XML文档的XCAP（XML配置接入协议）客户端，管理的XML文档存贮于网络中的PoC XDMS（专为PoC业务服务）和共享XDMS（存贮URI，如联系列表）等。XDMC可以是移动终端或固定终端。
　　（3）PoC Server
　　PoC Server实现应用层面的网络功能，如PoC控制功能和PoC参与功能。在一个PoC会话中，只有一个PoC Server执行控制功能，而执行参与功能的服务器可以同时作为在席服务的呈现体或观察者；同时，PoC Server也执行部分XDM管理功能。
　　（4）PoC XDMS
　　PoC XDMS是用于在网络仅提供PoC业务时管理PoC相关XML文档的XCAP服务器，只为PoC业务所使用。
　　PoC业务需要外部实体配合提供，包括SIP/IP核心、共享XML文档管理服务器（共享XDMS）、汇聚代理、在席服务器、在席信息源、观察者、计费实体和设备管理等，其中主要有：
　　◆SIP/IP Core
　　SIP/IP Core主要实现SIP代理和SIP注册的功能，实现核心信令路由功能。
　　◆共享XDMS
　　共享XDMS用于在网络同时提供PoC、IM或其他群组相关业务时提供共享的XML文档，该XCAP服务器为多业务所共用。
　　2.2　协议组织
　　PoC业务的协议栈如图2所示。

图2　PoC业务协议栈

　　可见，PoC协议栈主要由应用层、IP相关协议栈和底层无线信道构成。PoC业务控制信令采用SIP，业务流通过RTP传送；所有数据基于IP采用面向无连接的UDP进行传送。
3、PoC实现方案
　　PoC的实现主要有基于PS的方案和基于IMS的方案。
　　3.1　PS实现
　　PS方案指直接在GPRS或CDMA 1X核心网络上增加PoC服务器来实现PoC业务；这种方案是国际标准发布之前的普遍方案。该方案结构简单，成本低，PoC服务器直接与GGSN/PDSN相连，负责PoC业务的提供，其网络结构如图3所示：

图3　PS实现方案网络结构图

　　PS方案中，PoC服务器集中了业务控制和业务提供的主要功能，功能复杂；业务发现、地址解析、呼叫信令路由、鉴权、信令压缩等功能都是厂家按照自己的理解，采用私有的技术实现的，互联互通性很差，难于实现漫游；所以这种方案只能用于小规模建网；另外，基于PS的实现基于2.5G网络，网络的带宽和服务质量（QoS）不能满足PoC业务大规模商用的要求。
　　3.2　IMS实现
　　OMA PoC架构默认PoC AS基于IMS网络架构运行。在这种架构下，PoC Server只是应用服务器的角色：PoC Server使用基于IMS核心网提供寻址、选路和漫游功能；用户终端发出的SIP消息通过IMS核心网的P-CSCF（代理呼叫会话控制功能）、I-CSCF（咨询呼叫会话控制功能）、S-CSCF（服务呼叫会话控制功能）路由到PoC服务器进行处理。这里CSCF承担了SIP/IP CORE的功能。在没有IMS核心网支持的情况下开展PoC业务，可引入单独的SIP/IP CORE处理模块来支持，并逐渐向IMS核心网CSCF功能演进。
　　基于IMS的PoC业务网络结构示意如图4所示：

图4　基于IMS的PoC业务网络结构图

　　IMS对PoC业务的支持体现在IMS实现了PoC业务的注册和安全、SIP信令路由、SIP信令压缩、地址解析、对标识隐藏的管理以及计费等功能。
　　PoC功能实体与IMS架构的对应关系如图5所示：

图5　PoC功能实体与IMS架构的对应关系

　　相关接口和功能说明如下：
　　◆Gm：用户设备与P-CSCF、IMS核心之间的接口，支持SIP协议，对应OMA PoC架构的POC-1、XDM-1。
　　◆ISC：S-CSCF和应用服务器之间的接口，用于指示SIP请求应寻址到哪一个应用服务器，支持SIP协议，对应OMA PoC架构的POC-2、POC-6。
　　◆Mb：PoC用户端和服务器之间的接口或PoC服务器之间的接口，用于PoC媒体流传送和控制，支持RTP（媒体传送时）/RTCP（Talk Burst控制时），对应OMA PoC架构的POC-3、POC-4。
　　◆Mw：CSCF之间的接口，用于用户注册和会话控制，对应OMA PoC架构的IP-1。
　　◆Rf：应用服务器与在线计费系统OCS（Online Charging System）之间的接口，用于在线计费时传送计费信息，采用DIAMETER协议，对应OMA架构的C-5接口。
　　◆Ro：应用服务器与计费采集功能模块CCF（Charging Collection Function）之间的接口，用于离线计费时计费信息的传送，采用DIAMETER协议，同样对应OMA架构的C-5接口。
　　◆Ut：IMS客户端和应用服务器之间的接口，用户可以通过它安全地管理和配置存储在AS上与网络服务相关的信息，XML/HTTP可以作为该参考点的协议，对应的OMA PoC架构里的接口仍是POC-3。
　　由图5可见，PoC客户端（UE）可以通过参考点Mb、Gm和Ut与PoC业务网络进行交互，其他IMS网络节点对UE是不可见的。PoC客户端通过Gm参考点访问PoC业务网络时，所有的注册、会话控制、和事务处理SIP消息都必须经过P-CSCF。
　　作为例子，一个成功的点到点PoC通话的业务流程如图6所示：

图6　点到点PoC通话的简单业务流程

　　图6假设用户端已经在SIP Core中成功注册和鉴权；PoC Server、SIP CORE集中设置。
　　①UE#1发送会话建立请求到SIP Core；
　　②SIP Core将请求路由到PoC Server；
　　③PoC Server将请求转发到SIP Core；
　　④SIP Core将请求转发给UE#2，UE#2接受请求后返回响应；
　　⑤发言权协商和授权后，PoC Server发送会话允许消息给UE#1：
　　⑥UE#1发言，媒体流提交PoC Server；
　　⑦PoC Server将媒体流转发给UE#2。
　　在业务实现过程中，IMS可以同时进行其他业务功能的实现和加强：
　　◆PoC用户和S-CSCF通过AKA算法实现双方的认证和鉴权。
　　◆基于IMS的计费框架，实现PoC业务基于事件、组或发言方等多种方式的计费。
　　◆应用IMS中的SIP信令压缩功能，在PoC客户端和P-CSCF上实现SIP信令的压缩和解压缩，减少会话建立时延。
　　◆利用IMS业务能力，实现对某些用户隐藏用户标识。
　　◆使用SIP信令的QoS等级，控制PoC会话承载响应时间，满足PoC业务对网络QoS提出的高要求。
　　IMS基于SIP的控制业务协议；SIP消息的请求过程和媒体协商过程等是一起进行的，媒体连接建立时间短，符合PoC的业务特性。IMS提供了接入无关性，利用SIP可以对来自不同接入网络的呼叫/会话可以进行统一的处理，容易实现不同网络间的互联互通以及实现更加丰富的业务特性。另外，IMS提供了VHE（虚拟归属环境），通过采用P-CSCF，I-CSCF和S-CSCF分层次的会话控制功能和集中式的HSS数据管理，对用户信令执行归属地控制和业务触发，保障了业务的一致性，可以为PoC用户提供良好的业务体验。
　　PoC实现不仅是呼叫连接建立和会话信息传送的过程，通常还需要与在席、定位信息提供和群组管理等业务能力向结合，而SIP含有向注册服务器注册的功能，本身就可以提供这些服务和功能，这些都是基于PS的PoC实现无法比拟的：如基于PS方式的群组建立和管理必须由网络管理员实现，群组里的用户无法区分权限；而基于IMS的群组可以由用户发起并建立，同时可以对不同用户设定不同权限；所以使用IMS和SIP实现PoC业务功能是非常合适的。
4、PoC应用和发展
　　截止到2006年，全球已有超过百家移动运营商进行测试或开通运营PoC业务，但使用的设备和终端多数是基于私有标准或者行业标准，主要由Ericsson、Motorola、Siemens、Nokia等厂商提供，市场商用情况比较混乱，给互联互通和业务的推广造成了很大的障碍。
　　在国内，移动运营商提供的PoC业务融合了传统移动语音通信、无线集群通信和短信业务。PoC手机可在界面上设置类似于QQ或MSN的好友列表，可设置多个群组，并能随意修改个人在线或隐身等状态；既能选择某个人单聊，也可实现与三人以上的群组共同对话，还能进行普通语音通信；从而同时满足了用户对群组通信、对讲漫游和实时通信的需求。目前PoC在国内并没有大范围的商用，主要是在集团市场中有所应用，如物流调度、出租车调度、物业管理、公共场所应急服务等等。随着3G的部署，PoC在会话时延、信道容量方面的不足将得到改善，用户的体验将得到提升，业务也必将得到很大的发展。
　　PoC功能是未来IMS网络的基本业务功能，基于IMS的实现在互联互通实现方面达到了最高的融合境界。目前，各国际标准化组织在3G业务方面的标准化工作纷纷将重点放到了PoC、IM等IMS网络自身能提供的业务系统和平台上，PoC业务的标准化工作得到了很大的长进。今后PoC还可以与基于存储转发的非实时的PTM（Push-To-Multimedia）相结合；PTM是通过按键发送非实时语音消息、MMS等多媒体信息的应用；它的实现同样是使用了基于UDP/IP的实时传输技术。业界预计PoC还会发展为PTC（Push-To-Connect）；PTM将使用基于TCP/IP的可靠的存储转发技术。
　　在终端方面，PoC业务的实现需要终端的支持。在3G环境下，PoC能力将作为终端的基本功能予以支持。随着终端的丰富，PoC业务必将会在大众市场广泛普及。
5、结束语
　　PoC业务是利用现有移动分组网络承载的高速数据业务功能提供的服务。PoC业务由于其方便快捷的业务特性为业务市场所看好。基于IMS实现PoC业务是一种开放、有效的方法，与业务网络的演进方向是一致的，同时和OMA PoC的业务架构很好地吻合。利用SIP和IMS实现PoC的技术方案和标准正不断成熟，不可否认PoC将成为3G时代的移动通信重点业务。

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