IMS(IP多媒体子系统)的无线一键通业务

1、引言

随着3G网络建设的进行，移动运营商对于新业务的需求也日益迫切。现有的GSM/GPRS和cdma 1x网络的运营经验已证明：2G/2.5G的移动网络已经能够满足用户对于窄带业务的需求。而3G网络要想吸引用户，就必须提供能够充分利用3G网络带宽的优势，有足够吸引力的宽带业务。在这种情况下，PTT（Push to Talk）业务自然引起了业界的广泛关注。

PoC（Push to Talk over Cellular）是蜂窝移动网络中的一种增值业务，其特点是呼叫建立时间短，说话时才占用信道，接听时只需监听信道，接收方不需要摘机即可随时接听下行的呼叫信息。

本文讨论的PoC业务基于2.5G及3G网络，与传统的在集群通信专业网中实现无线对讲有所不同，但在功能上两者有很多相似之处。PoC技术融合了手机和对讲机的功能，是一种半双工的通信方式，在支持PoC业务的用户终端上用户仅仅按一个键就可以和别的用户进行一对一（或一对多）的即时通话，呼叫连接几乎是即时接通，接听者不需要额外的接续操作，从而更便于交流。由于PoC技术的应用是基于IP网络的，成本远远低于普通的手机语音业务，其潜在的营业收入和新利润增长点也是这一技术越来越得到运营商和设备提供商青睐的重要原因。

2、PoC基于PS域的方案

基于PS域的PoC方案的特点是面向现有的2.5G网络（GPRS或cdma 1x），为了尽可能提高QoS，一般都采用一些私有的优化技术（如通信模式，编解码技术等），互联互通性很差，但体系结构简单，技术难度低，对现有网络改造小，部署方便，成本低，便于建设实验网和小规模的商用网。这种特点虽然不足以支持大规模的PTT/POC网络建设，但在PoC的发展初期仍对运营商有很强的吸引力。

3、基于IMS域的方案

基于IMS域的方案的主要标准包括由Ericsson、Motorola、Siemens和Nokia联合制订的工业标准POCv1.0和OMA PoC工作组正在制订的PoC国际规范。

基于IMS域的PoC方案的特点是互联互通性很好，体系结构庞大而严谨，技术难度高，需要增加IMS域实体，对现有网络改造大（各大运营商现有的或拟建的3G网络大都是R99的，至多是R4的，都不包含R5的IMS域），部署难度大，成本高，是最终大规模商用网的最佳选择。目前该方案还不很成熟，但由于得到了各大厂商的强烈支持，因此发展很迅速。各大运营商对此十分重视，对相关规范保持密切的跟踪。

OMA提出的PoC体系结构如图1所示。

图1　PoC体系结构

PoC所使用的接入网（Access Network）既包括无线接入网又包含提供IP连接和IP移动性的节点。PoC使用基于IMS能力的SIP/IP核心网来提供寻址，选路，漫游等功能。

图1中各实体的功能如下。

PoC客户端：位于移动终端上，用以接入和使用PoC业务。

PoC服务器：实现了PoC业务应用层的网络功能，包括以下方面：

●提供PoC会话（Session）处理；

●提供媒体的分发（Media Distribution）；

●提供包括成员鉴权在内的呼叫权控制（Floor-control）；

●提供SIP会话处理，如SIP会话的发起和结束等；

●提供群组会话中的策略强制执行（Policy EnForcement）；

●提供PoC来话的策略处理，如接入控制，可及状态（Availability Status）等；

●提供成员信息，如用户的ID/绰号；

●收集和提供媒体质量信息；

●提供计费报告；

●群组和列表服务器（GLMS）。

PoC用户使用GLMS来管理群组和列表，如地址本和黑白名单。GLMS有如下功能：

●提供列表管理操作，如群组和列表的创建，修改，读取和删除；

●提供群组和列表的存储；

●SIP/IP核心。

基于3GPP和3GPP2的IMS的能力，主要包括一些的SIP代理（Proxy）和SIP登记服务器（Registrars）。SIP/IP核心有以下功能；

●负责PoC客户端和服务器之间SIP信令的路由；

●提供地址解析与寻址功能；

●支持SIP压缩；

●根据用户的业务Profile对PoC客户端进行鉴权和授权；

●保持登记状态；

●提供计费信息。

4、典型业务流程

PoC业务典型流程如图2。图2以采用预先媒体处理技术的一对一即时通信为例，具体描述了通信过程中的SIP信令及语音、控制流。图2假设用户终端均采用自动应答模式。为了简化流程，略去了所有SIP100 Trying响应消息。

图2　PoC业务典型流程

在一对一应答通话信令流程中，首先用户A从通信录选中需要通话的用户B，并按下终端上的PoC通话功能键。这将触发终端A向其归属网络的PoC服务器A发送一条SIP邀（SIP Invite）请求（步骤1）。然后，服务器A产生新的SIP请求并发往用户B（步骤2）。这条请求（步骤2）被用户B归属网络的PoC服务器B截取，并被用来查询用户A是包括在用户B的拒绝通话列表还是自动应答列表中。这里我们假设是在自动应答列表中，这样，在PoC服务器B向终端B发送SIP Invite请求（步骤3）的同时，对应于消息步骤2，将回送SIP会话处理响应（步骤4）至服务器A。当服务器A接收到这条消息时就表明了用户B愿意进行呼叫连接，于是它将发送SIP 202接受响应（步骤5），并向用户A分配通话信道（步骤6）。

当终端同时接受到步骤5和步骤6两条消息之后，它将对用户A发出可以开始通话的提示音。这里可以注意到用户A在通话信道仍没有端到端地建立完成时就开始讲话了，这就是被称为预先媒体处理的通信模式。这样PoC服务器就必须对话音流进行缓存，直到会话信道建立完成（步骤10、步骤15和步骤16）。当终端A收到SIP通报（SIP Notify）消息（步骤11）表明通话信道已经建立完成。与此同时终端B收到SIP Invite请求（步骤3）并被通知用户A将即刻开始讲话。由于采用自动应答模式，对应于请求步骤3，终端B将回送消息步骤9表示默许。

当用户A停止讲话并释放终端上的PoC功能键，通话权也随之释放（步骤19、步骤22）。消息步骤20、步骤22表明通话权处于空闲状态。在图2中，用户B随后也按下了终端上的PoC通话功能键并开始通话，直到释放PoC功能键后通话权重新回归空闲状态（步骤31、步骤35）。如果用户之间没有进一步的通话需求，并不需要手动结束通话连接。在超过一段特定的时间间隔后，PoC服务器将自动发送结束通话的SIP BYE请求消息（步骤36、步骤39）。

5、开展PoC业务面临的挑战

虽然PTT业务在北美取得了成功，但是PoC业务能否很好地开展仍然面临着许多挑战。由于PTT业务起源于集群系统，未来的PoC业务必将会被人们拿来与集群系统上的PTT业务相比较。相比于传统集群系统的PTT业务，目前的PoC业务主要存在以下几个方面的问题：

（1）呼叫延迟。与基于专业集群系统的PTT业务相比，PoC呼叫的建立时间较长。

（2）通话质量。PoC采用VoIP技术，虽然目前PoC的服务质量已经有很大的提高，但还是不能完全保证通话质量，其中包括通话时延和话音质量。在网内用户使用较多的情况下，这个问题将会更加突出。另外，在跨运营商互通时，性能和质量也将大幅下降。

（3）互连互通。和传统集群系统相比，PoC优势在于其广阔的覆盖率，但是目前由于OMA的规范还没有最终确定，因此厂商的实现方案还不能很好地互连互通。不过这个问题在OMA规范发布以后应该会得到解决。另外，运营商都想通过PoC业务降低转网率，留住客户，这对于互连互通必然也是一个挑战。

6、结束语

POC是一个新兴的业务，现在其技术还不够成熟，相应的规范还在制订过程中，但是，其独特的业务属性和良好的市场前景使业界对其寄予厚望。国内外各大蜂窝移动通信运营商都已开始建设POC实验网，北美的少数运营商已经投入商用，其中积累的经验更坚定了人们对它的信心。

目前国内的GPRS网络的带宽和QoS还不能满足POC业务大规模商用的要求，cdma 1x网络能否满足也尚待考证。但可以肯定的是未来的3G网络将完全能够满足上述要求，届时POC业务将大有用武之地。