基于IMS技术的视频共享业务

1、前言

随着通信技术不断发展，通信网络宽带化成为一个明显的发展趋势。为了适应这个发展趋势，向用户提供更加丰富的移动业务。3G移动通信标准组织（3GPP）在R5版本中提出了IP多媒体子系统（IMS）的技术架构[1]，其核心思想是在3G网络中引入支持IP多媒体业务的子系统。IMS的技术特点在协议层面上来说。就是控制和应用分离。控制层采用会话初始化协议（SIP），应用层支持各类IP以上的应用层协议，如RTP、FTP、SMTP等。在网络层面上来说，IMS采用承载网和控制网分离的原则。由于上述技术特点，在IMS网络上推出多媒体业务比3G R4网络更具优势，并且能方便地将互联网业务直接移植到3G移动通信网络中。因此，IMS已经成为推动移动增值业务发展的重要因素[2]。 

从保护现有2G移动网络投资的出发点来看，IMS的发展策略必须采取分阶段、分步骤的方式进行。也就是说现有运营商的GSM移动网络。不可能全都一步到位全网替换到支持IMS的3G网络，用户也不可能立刻把普通GSM终端换成支持IMS的SIP移动终端，在某个阶段会出现GSM和3G IMS网络共存的情况。在这种情况下，必须考虑如何实现IMS网络与GSM网络进行业务互通。视频共享（video sharing，VS）业务是IMS系统中的典型业务之一，本文首先对IMS的业务的实现方案和业务流程进行介绍，之后提出了3G IMS网络与GSM网络进行VS业务互通的技术方案。   

2、基于IMS技术的视频共享业务

2.1　业务定义

IMS网络中的VS业务是一项为了丰富IMS用户进行沟通的数据业务，VS业务支持用户在通话的过程中可随时与对方共享单向实时视频，在进行视频共享的同时不影响用户进行语音通信。此外，用户可随时终止视频共享功能，返回至普通语音通话。VS业务还支持视频的多点共享功能。VS业务与传统视频电话业务主要差别是：VS业务是单向的视频流；VS业务可以与离线用户进行视频共享。在离线视频共享方式中，发起用户将视频片段保存在VS服务器上，一旦发现用户上线，就可以由VS服务器将视频片段推送到用户终端上。基于VS业务能比VT业务提供更好的业务体验因此受到3GPP和OMA组织重视。
 
　VS业务的应用场景有3种：一对一视频共享、一对多视频共享、离线视频共享。在一对一视频共享方式中，首先由发起用户向接收用户发起视频共享请求，该请求既可在语音通话期间发起，也可在非语音通话期间发起，被叫用户收到请求后，选择同意接受视频共享要求，即启动单向视频共享请求。双方共享的视频流可以来自终端的摄像头进行实时拍摄，也可以是存储在终端或VS应用服务器上的视频片段。在VS业务使用过程中，VS接收用户可以对接收到视频流进行操作，可以选择实时播放接收到的视频片段，也可以在实时显示的同时将视频片段存储在终端上。如果VS业务发生在语音通话过程中，任何一方用户可以随时中断视频共享功能，而不影响语音通话。一对多VS业务实现的方式与一对一VS业务相似，差别在于VS接收用户可以不止一个。离线视频共享的方式主要应用于接收用户不在线的情况，视频片段首先保存在VS应用服务器中，待接收方上线后，由VS应用服务器推送给他。

2.2　业务系统架构

IMS的VS业务架构，由IMS终端（支持SIP协议手机）、IMS核心网、VS应用服务器、支撑系统4部分构成。IMS移动终端提供了用户使用VS业务的操作界面，包括VS业务发起、视频播放、视频存储、VS业务应答等功能。IMS核心网在支持视频共享业务中，涉及到P-CSCF、S-CSCF、I-CSCF等网元，这些网元的作用是完成SIP移动终端之间会话控制功能，包括会话的建立、会话的保存、会话的释放等过程。VS应用服务器是VS业务系统中最关键的功能实体，其功能包括对VS业务的请求进行信令和媒体流的控制。由于基于IP的H.263协议能保证在较低的带宽下传送较高质量的视频流，因此首选H.263作为VS业务的视频压缩协议。此外，为了实现不同编码能力的终端能进行业务互通，VS应用服务器还具备媒体编码转换的功能。VS应用服务器另一重要的功能就是实现VS业务计费，它支持基于业务计费、事件计费、时间计费，流量计费等多种灵活的计费方式，并生成计费话单。支撑系统的功能主要是实现VS业务定购、业务取消、计费话单的收集汇总等。

2.3　业务流程

IMS网络用户为了能使用VS业务，首先必须进行VS业务的定购，业具体步骤如下。

●用户可以通过Web（WAP）门户、发送短信、客服系统（声讯和营业厅）等多种渠道进行VS业务定购操作，操作请求被发往支撑系统。

●支撑系统向IMS网络发送业务定购请求，IMS核心网添加用户业务的签约数据，并回复操作完成确认。

●IMS核心网处理业务定购后，业务管理系统再向VS的应用服务器发送业务定购请求。在VS应用服务器中添加用户的业务定购信息，并回复操作完成确认。

●业务定购成功，返回定购确认通知信息。

业务取消流程与业务定购流程相似，差别在于用户发起的是取消请求，在此不进行赘述。

完成业务定购后，IMS用户即可使用VS业务，业务使用流程（以语音通话中的VS业务场景为例）包括以下步骤。

步骤1：用户间建立语音呼叫。

步骤2：建立会话后，任何一方在此过程中发起视频共享业务请求前，先进行能力交互。能力交互的信息包括，将要进行的IMS呼叫所支持的媒体流类型、相应的编解码格式、IP地址及端口号、终端是否可以支持视频共享业务、Personal ME Identifier信息、用户终端（UE）版本等。

步骤3：根据能力交互内容，任何一方都可以发起IMS域呼叫请求。呼叫请求消息中除了包括基本呼叫信息外，还应包括支持视频共享业务的业务能力。

步骤4：IMS网络和VS应用服务器完成选路工作，并为当前呼叫预留好网络资源。

步骤5：用户间建立单向视频业务。

步骤6：用户释放视频呼叫。

步骤7：用户释放语音呼叫。

步骤8：呼叫结束。

3、VS业务互通方案

由于GSM网络不可能立刻被替换掉，因此在一段时期内会出现3G IMS网络和GSM网络共存的局面。VS作为IMS中的典型业务将随着IMS网络的部署得到大力推广，此时会出现基于SIP协议的IMS终端用户和GSM用户终端进行VS业务互通的需求，下文将对这种业务需求的实现方案进行详细介绍。

为了实现IMS用户与GSM用户的VS业务互通，本文提出了VS业务网关的概念。在VS业务架构中新增加VS业务网关这一新网元。 

结合VS的业务流程进一步说明VS业务网关的功能。引入VS业务网关后，IMS用户与GSM用户进行业务互通。业务场景为IMS用户A在与GSM用户B进行电路域（CS）通话中，需要向GSM用户发起视频共享请求。

步骤1：建立语音呼叫。双方先建立电路域的语音呼叫，由于电路域的语音呼叫直接通过核心网与GSM的核心网进行电路域语音路由接续，因此该步骤不需要VS业务网关参与。

步骤2：能力交互。在这个步骤中，由于IMS终端是基于SIP的控制协议，而普通GSM终端不支持SIP协议，因此两个终端不能直接进行能力交互，此时VS业务网关作为GSM用户的SIP协议转换代理，与IMS用户进行能力交互。

步骤3：发起IMS呼叫。完成能力交互后IMS用户A即??关作为SIP协议代理与A进行了交互，因此IMS呼叫被IMS核心网路由到VS业务网关，VS业务网关对该呼叫进行响应，并从SIP协议提取出被叫GSM用户号码，VS通过WAP PUSH的方式向GSM用户发起呼叫请求。

步骤4：IMS寻址与资源预留。IMS核心网在用户A和VS业务网关间建立了业务路由，同时预留了网络资源，同时VS业务网关与GSM用户B间也建立了GPRS分组域流媒体业务连接。

步骤5：建立视频呼叫。此时IMS用户A可向GSM用户传送视频流。不过视频流不是直接在两个用户间传送，视频流首先传送到VS业务网关，由VS业务网关实时转发给GSM用户B。

步骤6：释放视频呼叫。在视频流传送过程中双方都可以提出终止请求。本步骤中各类网络资源得到释放，至此VS业务终结。

步骤7：释放电路域语音呼叫。结束VS业务后，通话的双方可按实际需要选择结束语音通话。

步骤8：整个呼叫流程结束。

上述业务场景是被叫GSM用户B在线的情况，如果用户B不在线，IMS用户A也可向用户B发起VS业务请求，共享的视频业务将首先被存放在VS应用服务器上，一旦用户B上线，视频片段将由VS应用服务器通过VS业务网关推送到GSM用户B终端上。

4、结束语

随着IMS技术逐渐走向商用，VS作为一种同时涵盖视觉和听觉体验的新业务，将会逐渐被用户接受。同时，通过VS业务的应用，也展现IMS在多媒体业务上的技术优势。本文提出的通过VS业务网关实现IMS用户和GSM用户在VS业务上互通的方案，为GSM网络与IMS进行业务融合搭建了一条桥梁，对推动VS业务的发展具有重要意义。