IMS PoC

IMS，即IP Multimedia Subsystem，中文意義為IP多媒體子系統，本質上說是一種網路結構。該項技術植根於移動領域，最初是3GPP為行動網路定義的，而在NGN的框架下，IMS應同時支持固定接入和移動接入。PoC全稱Push to Talk Over Cellular, 中文名稱“無線一鍵通”。 它所提供的手機端即時語音通話服務可以理解為是手機上的對講機功能。

基本介紹

• 中文名稱：IMS/OMA 基礎知識
• 外文名稱：IMS/OMA

IMS/OMA PoC基礎

PoC - Push to Talk over Cellular

1) PoC是一種基於行動網路、採用VoIP技術的Push to talk業務，其借用了集群系統中的PTT特性。PoC服務定義了一種適合移動設備的半雙工VoIP系統，利用了無線數據網路的包交換能力。

2) PTT業務起源於集群通信系統，在模擬/數字集群通信系統（如iDEN和TETRA）上都能夠提供PTT業務。基於蜂窩移動通信網路的PTT業務，也稱為PoC（PTT Over Cellular）。

PoC系統業務

1) 一對一的對話：允許一個用戶立即與從通訊錄中選出的線上密友進行聯繫。

2) 一對多群組通話；

3) 線上提示(Presence)–用戶能夠知悉群組成員是否開機或可以通話；

4) 即時信息(InstantMessage)–傳送文本信息;

5) 用戶自主管理群組、好友名單；

PoC與傳統通話區別

傳統通話服務雖然能滿足一般的通話需求，但是在一些特定的場景中，傳統通話存在步驟繁瑣，通話對象局限等問題。相比之下，PoC具有以下優勢：1）聯繫人狀態一目了然

PoC與傳統通話區別

· 可顯示聯繫人狀態（線上，離線，正忙）。

· 目標通話對象離線或正忙時，再也不用浪費時間在無聊的通話等待上。

2）通話更便捷

· 即按即說，無需浪費時間在等待接通上

3）群組通話

· 不再局限於一對一通話，多人對話輕鬆實現

POC系統功能群體

1) POC客戶端：手機（CDMA、GSM/GPRS、UMTS等），個人計算機（PC、PDA等）；

2) POC系統伺服器：控制交換機（ControlSwitch：呼叫控制）和用戶資料庫伺服器(ActiveDirectories：保存用戶數據，好友名單，群組列表等)；

PoC技術障礙

1) 呼叫延遲：呼叫延遲分為呼叫建立延遲和通話延遲兩個部分。在集群網路上，PTT業務的呼叫建立延遲被控制在一秒鐘之內，而目前的PoC在呼叫建立環節上一般有3～10秒的延遲。

2) 業務質量：QoS問題是擺在所有VoIP業務面前的一個障礙，儘管非專業用戶對業務延遲以及話音質量的要求並不像某些專業機構那樣嚴格，但是這仍然是阻礙PoC業務推廣的一個障礙。

3) 業務互通：由於沒有能夠在推出業務之前就形成統一的業務標準，現有的PoC方案之間的業務互通仍然是一個非常大的問題。

4) 終端環節：PoC業務要求手機具有專用按鍵以及好的接聽系統。但是現有的大部分手機還不能支持該業務。

PoC套用技術

在標準方面，為了解決PoC業務的互通問題，2005年6月，開放移動聯盟（OMA）宣布推出OMAPushToTalkOverCellular1.0候選標準（OMAPoC1.0）。

目前，GSM網路上的PTT業務基本採用的都是由諾基亞、愛立信和西門子聯合開發的VoIPoverGPRS開放標準，基於3GPP的IMS平台提供PTT業務。CDMA2000PTT方案基本採用的是由Nextel、高通和摩托羅拉聯合開發的Qchat標準。Qchat以Nextel、Motoral開發的DirectConnect協定為基礎，使用標準的VoIP技術。各廠商的PoC解決方案大部分都是基於分組交換（PS）域的，通過在GPRS或cdma2000lx核心網上直接增加PoC伺服器，實現PoC業務。

在PTT的基礎上，業界提出了Push－to－ALL或Push－to－X的概念。X代表各種套用，既可以是Push－to－View，也可以是Push－to－Share，還可以是Push－to－Voicemail、語音留言……PTT可以做任何事情。

PoC套用發展

截止到2006年，全球已有超過百家移動運營商進行測試或開通運營PoC業務，但使用的設備和終端多數是基於私有標準或者行業標準，主要由Ericsson、Motorola、Siemens、Nokia等廠商提供，市場商用情況比較混亂，給互聯互通和業務的推廣造成了很大的障礙。

在國內，移動運營商提供的PoC業務融合了傳統移動語音通信、無線集群通信和簡訊業務。PoC手機可在界面上設定類似於QQ或MSN的好友列表，可設定多個群組，並能隨意修改個人線上或隱身等狀態；既能選擇某個人單聊，也可實現與三人以上的群組共同對話，還能進行普通語音通信；從而同時滿足了用戶對群組通信、對講漫遊和實時通信的需求。目前PoC在國內並沒有大範圍的商用，主要是在集團市場中有所套用，如物流調度、計程車調度、物業管理、公共場所應急服務等等。隨著3G的部署，PoC在會話時延、信道容量方面的不足將得到改善，用戶的體驗將得到提升，業務也必將得到很大的發展。

PoC功能是未來IMS網路的基本業務功能，基於IMS的實現在互聯互通實現方面達到了最高的融合境界。目前，各國際標準化組織在3G業務方面的標準化工作紛紛將重點放到了PoC、IM等IMS網路自身能提供的業務系統和平台上，PoC業務的標準化工作得到了很大的長進。今後PoC還可以與基於存儲轉發的非實時的PTM（Push-To-Multimedia）相結合；PTM是通過按鍵傳送非實時語音訊息、MMS等多媒體信息的套用；它的實現同樣是使用了基於UDP/IP的實時傳輸技術。業界預計PoC還會發展為PTC（Push-To-Connect）；PTM將使用基於TCP/IP的可靠的存儲轉發技術。

在終端方面，PoC業務的實現需要終端的支持。在3G環境下，PoC能力將作為終端的基本功能予以支持。隨著終端的豐富，PoC業務必將會在大眾市場廣泛普及。

IMS與POC

IMS基於SIP的控制業務協定；SIP訊息的請求過程和媒體協商過程等是一起進行的，媒體連線建立時間短，符合PoC的業務特性。IMS提供了接入無關性，利用SIP可以對來自不同接入網路的呼叫/會話可以進行統一的處理，容易實現不同網路間的互聯互通以及實現更加豐富的業務特性。另外，IMS提供了VHE（虛擬歸屬環境），通過採用P-CSCF，I-CSCF和S-CSCF分層次的會話控制功能和集中式的HSS數據管理，對用戶信令執行歸屬地控制和業務觸發，保障了業務的一致性，可以為PoC用戶提供良好的業務體驗。

PoC實現不僅是呼叫連線建立和會話信息傳送的過程，通常還需要與在席、定位信息提供和群組管理等業務能力向結合，而SIP含有向註冊伺服器註冊的功能，本身就可以提供這些服務和功能，這些都是基於PS的PoC實現無法比擬的：如基於PS方式的群組建立和管理必須由網路管理員實現，群組裡的用戶無法區分許可權；而基於IMS的群組可以由用戶發起並建立，同時可以對不同用戶設定不同許可權；所以使用IMS和SIP實現PoC業務功能是非常合適的。PoC功能實體與IMS架構的對應關係如圖所示：

PoC功能實體與IMS架構的對應關係

相關接口和功能說明如下：

Gm：用戶設備與P-CSCF、IMS核心之間的接口，支持SIP協定，對應OMA PoC架構的POC-1、XDM-1。

ISC：S-CSCF和套用伺服器之間的接口，用於指示SIP請求應定址到哪一個套用伺服器，支持SIP協定，對應OMA PoC架構的POC-2、POC-6。

Mb：PoC用戶端和伺服器之間的接口或PoC伺服器之間的接口，用於PoC媒體流傳送和控制，支持RTP（媒體傳送時）/RTCP（Talk Burst控制時），對應OMA PoC架構的POC-3、POC-4。

Mw：CSCF之間的接口，用於用戶註冊和會話控制，對應OMA PoC架構的IP-1。

Rf：套用伺服器與線上計費系統OCS（Online Charging System）之間的接口，用於線上計費時傳送計費信息，採用DIAMETER協定，對應OMA架構的C-5接口。

Ro：套用伺服器與計費採集功能模組CCF（Charging Collection Function）之間的接口，用於離線計費時計費信息的傳送，採用DIAMETER協定，同樣對應OMA架構的C-5接口。

Ut：IMS客戶端和套用伺服器之間的接口，用戶可以通過它安全地管理和配置存儲在AS上與網路服務相關的信息，XML/HTTP可以作為該參考點的協定，對應的OMA PoC架構里的接口仍是POC-3。

由圖可見，PoC客戶端（UE）可以通過參考點Mb、Gm和Ut與PoC業務網路進行互動，其他IMS網路節點對UE是不可見的。PoC客戶端通過Gm參考點訪問PoC業務網路時，所有的註冊、會話控制、和事務處理SIP訊息都必須經過P-CSCF。

PoC的典型呼叫流程

摩托羅拉PoC呼叫流程示例

A：C1(Client1)傳送SIP邀請給C2(Client2)，訊息中包括C2的電話號碼；CS(Control Switch)給C1返回SIP常識訊息；

B：CS獲得C2的狀態（在C2註冊時登錄）及IP位址；

C：CS向C2發出SIP邀請訊息；C2返回SIPOK，及CS想C2傳送SIPACK訊息，同時通知C1C2已經接受呼叫邀請；

D：C1獲得控制權進行說話；C1的語音將通過RTP包傳送給C2；

E：C1結束說話，C1傳送Floor釋放訊息給CS；CS確認；同時，CS通知C2可以要求通話；

F：C2按PTT鍵要求通話，向CS申請並獲得說話權；

G：語音數據包由C2流向C1；

H：C2說話完畢，如步驟E；

I：C1主動結束通話；相關的訊息包括：SIPBye及SIPOK；

OMA的PoC解決方案

OMA是基於網際網路工程工作小組(IETF)所定義的會話發起協定(SIP)和實時協定(RTP)的。

A) SIP協定被用來作為“一鍵通”協定的控制層面，它提供了以下功能：

1) 用戶在網路中的註冊和認證；

2) 定義、建立和管理談話進程；

3) 對其他用戶線上狀態顯示的支持；

4) 在用戶之間傳送警報(訊息)。

B) 語音包的傳輸是通過RTP協定實現的。實時控制協定(RTCP)提供了會議中談話者的仲裁器，並且對RTP會話質量進行判決。

C) PoC採用AMR編碼的IP語音，它對比特和幀誤差有較高的容錯。為使業務能與空中接口的一個時隙匹配，一個IP分組中有不少壓縮的語音分組。語音分組的具體數目取決於所用的IP版本和數據包頭壓縮。

PoC會話建立過程

1) 數據信道的建立：PoC獨立於任何特定的數據載體(如GPRS、CDMA等)，網路本身應該提供不同數據網路之間協同工作的機制；

2) 註冊：手機如果還沒有註冊到PoC伺服器，首先就需要做這項工作。註冊過程將手機的聯繫方式細節(如IP位址)提供給PoC伺服器，並且進行網路用戶的認證工作。由於無線連線的固有特性，註冊過程需要周期性的更新；

3) 預約：一般情況下，用戶需要經常嘗試去判斷聯繫人的線上狀態。這個需求將產生一個包含聯繫人現在狀態的初始回復，並且在其狀態發生變化時傳送一個聯繫人狀態的更新信息；

4) 邀請/接受談話：一個談話進程是從SIP邀請指令的發出開始的。這個邀請將被傳送到PoC伺服器，並重新定向到收件人，收件人做出相應的回應。在邀請/接受的過程中，通過SIP訊息中的會話描述協定(SDP)，會話參與者交換了傳輸介質的容量信息。SDP描述了傳輸介質中物理鏈路的詳細信息以及編碼類型和數據速率；

5) 媒介傳輸：一旦SIP會話建立成功，會話參加者的數據將通過PoC伺服器進行交換。由於PoC是半雙工，參與者在傳送談話信號之前必須請求許可，仲裁是通過PoC伺服器完成的。一旦一次講話數據序列完成，參與者需要放棄控制從而其他用戶可以請求講話。在媒介傳輸過程中，傳送者和接收者信息報告在參與者之間交流。

6) 會話終止：當會話結束以後，會話將終止。

PoC系統框架

客戶端系統

PoC客戶端框架中包括以下功能模組：1）客戶端管理

PoC Client Freamework 架構圖

2）聯繫人、群組管理

3）會話管理

4）即時訊息管理

5）呈現授權規則

6）PoC 用戶授權規則

7）日誌管理

8）業務參數管理

伺服器系統

1）PoC Server：提供 PoC 會話控制和管理功能，媒體流的控制、協商和分發功能，發言權控制功能，執行訪問控制策略，提供 PoC 相關的 XML 文檔管理功能，提供計費信息等子功能2）Media Server：提供媒體處理機制，包括語音通道、視頻通道、媒體廣播和媒體存儲等增值業務

3）Presence Server：用於接收、存儲和分發 PoC Client 的 Presence 信息

4）XDM Server：用於管理聯繫人列表、PoC 會話黑白名單、PoC 群組和授權規則等 XML文檔

5）Register Server：用於用戶註冊和鑒權，如果是獨立系統模式工作，則僅僅通過與 HSS 的互動實現快速的註冊服務。如果作為 AS 接入 IMS 核心網，Register Server 即是一個代理模組，連線公共鑒權伺服器進行用戶的註冊和鑒權

6）HSS：主要向 Register Server、PoC Server、Presence Server 提供用戶信息管理。如果是作為AS 接入 IMS 核心網，HSS 即是一個代理模組，通過 Diameter 訊息向公共 HSS 模組進行互動