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IMS的多媒体会议系统研究0

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来源: 作者: 2019-03-13 11:35:33

1、引言

目前基于IP的主流会议系统主要有两种:基于H.323系列标准协议[1]和基于SIP(session initial protocol)协议[2]。H.323标准是由ITU-T制定的“基于分组的多媒体通信系统”系列协议。H.323系统沿用了传统电信络的设计理念,兼顾了与其他络的互通,且设计严谨,近年来得到较多的应用,但由于基于H.323系列协议的会议系统比较庞大而复杂,且灵活性和可扩展性相对不足,限制了应用范围的进一步扩展。

SIP协议是由IETF组织提出的基于IP络的“会话初始化协议”,是一种用于建立、修改和终结多媒体会话的会话控制协议。SIP继承了互联协议的设计理念,相对于H.323系列协议,SIP显得简单灵活、可扩展性强,可以方便地结合其他络协议提供丰富的多媒体业务。基于SIP的会议系统可以方便地与其他协议一起提供各种高级会议功能,这使得它在近年来得到了越来越多的应用。

在标准的制定方面,ITU-TH.323系列规范相对比较成熟,这也是近年来市场上H.323会议系统设备应用较多的原因,而基于SIP协议的会议系统,目前的标准制定还在进行当中,相对来说还不够成熟。

IP多媒体子系统(IMS)[3]是由3GPP在其R5标准版本之后提出的支持IP多媒体业务的核心控制子系统,它可以在3G分组域之上实现实时和非实时的多媒体业务,并可以与电路域实现互操作。IMS是一种基于SIP协议体系,理论上独立于接入技术的核心子系统,通过IMS可以实现包括固定、移动络在内的多种络的融合。本文研究的基于IMS的多媒体会议系统,可以将SIP会议系统应用于IMS架构之上,并利用IMS系统与接入的无关性,使固定、移动等不同络的用户通过各种方式接入到会议系统,实现多媒体会议系统的固定移动融合。

2、SIP会议架构

目前基于SIP的会议架构存在多种不同的形式,在IETFRFC4353[4]中定义了3种不同的会议模型:松耦合会议模型、完全分布式会议模型和紧耦合会议模型。其中,松耦合会议模型中,与会者之间不存在信令关系,会议没有中心控制点或会议服务器,典型的松耦合会议可以通过组播方式实现;完全分布式会议模型中,每个与会者都与其他与会者有信令关系,会议没有中心控制点;紧耦合会议模型中,每个会议有一个中心控制点,每个与会者都与中心点有信令关系。考虑IMS的特点以及为了便于运营和集中控制,在IMS架构上最合适的模型为紧耦合多媒体会议模型,会议系统中通过设置会议服务器进行集中控制,每个会议可以通过会议服务器中的一个会议中心来管理和控制的会话。

在基于SIP的紧耦合会议模型中,主要包括了以下几个逻辑功能模块:会议中心、会议通知服务模块、会议策略服务器、会议策略模块、媒体策略服务器、媒体策略模块、媒体混合器、资源接入控制服务器等。

3、基于IMS的多媒体会议系统

3.1多媒体会议系统功能特征

多媒体会议是指一种三方以上的多媒体通信业务,通信媒体包括了音频、视频、消息及各种数据与应用等。基于IMS的多媒体会议,是在统一IP多媒体子系统架构上实现的多媒体会议业务。

多媒体会议业务允许用户进行创建、管理、结束、加入或离开会议,同时也允许会议系统向各与会者发送各种动态会议信息。会议管理者或用户可以为一个会议设定各种会议策略或媒体策略,系统通过策略控制功能实现对会议策略的控制。

多媒体会议业务允许各种具备不同媒体通信能力的用户加入会议,支持使用音频、视频、消息和应用等多种媒体中的一种或多种进行通信。IMS多媒体会议系统中可以通过资源接入控制协议[5]对会议的共享资源进行管理和控制。

支持的接入方式:由于IMS与接入的无关性,因此基于IMS的多媒体会议系统不限于某一种接入方式。理论上支持任何IMS终端通过安装IMS会议客户端接入IMS多媒体会议系统,接入方式可以是:2G移动(包括GPRS、EDGE和cdma20001x)、3G移动(包括WCDMA、TD-SCDMA和cdma2000)、xDSL、WLAN以及LAN接入等,另外对于不具备IMS会议客户端功能的终端也可以通过络互通方式拨打会议系统接入号码接入多媒体会议系统,比如3G终端可以通过电路域视频方式拨打多媒体会议特服号来接入。

3.2系统架构

在IMS系统中,可以通过一些特定的功能实体相互配合实现多媒体会议功能,这些功能实体主要包括用户设备(UE)、媒体资源功能控制器(MRFC)、媒体资源功能处理器(MRFP)、会议应用服务器(ConferencingAS)、媒体关控制功能(MGCF)、IMS媒体关(IMS-MGW)等。其中MGCF和IMS-MGW用于将其他络终端接入会议系统,另外系统也可以实现与呈现、组和列表管理等业务的交互,各功能实体的逻辑关系如图1所示。

图1 IMS多媒体会议功能实体之间的逻辑关系

根据上述各个功能实体在会议系统中的作用,图1还可以进一步细分为如图2所示的多媒体会议系统的络架构。

图2 IMS多媒体会议系统络架构

3.3系统功能模块

基于IMS的多媒体会议系统的各个逻辑功能实体的关系如图2所示。在IMS用户设备端主要包含IMS会议客户端,络侧主要包括会议AS、媒体资源功能(MRF)、MGCF和IMS-MGW,其中MGCF和IMS-MGW实现其他非IMS络的终端接入到IMS会议系统。

对于一个特定的会议,会议和媒体策略服务器负责提供会议和媒体策略,会议中心负责在会议创建时载入这两种策略,并管理会议的执行,会议中心告知会议通知服务器关于会议状态的变化,用以向用户提供会议状态信息。在图2中,会议中心实现媒体策略的执行并通过MRFC实现对MRFP的控制。

3.3.1会议应用服务器

会议服务器包括以下几个功能实体:会议中心、会议通知服务模块、会议和媒体策略服务器、会议和媒体策略、数据应用服务器等。

(1)会议中心

会议中心是一个特定会议的核心功能实体,使用SIP会话连接所有与会者,并管理这些会话。会议中心负责执行全面的会议策略(生命周期、成员资格、授权),确保会话连接到的是一组会议策略允许接入的与会者。此外,会议中心通过控制媒体会话,确保每个与会者都能够得到来自该会议的所有媒体。一个会议只有一个会议中心,会议中心由会议URI惟一标识。

会议中心对呼叫邀请有验证过程,包括对呼叫用户的身份验证、对呼叫邀请消息的验证和媒体参数(媒体类型、媒体类型组合和编码参数)的验证,验证失败的呼叫邀请应被呼叫中心拒绝。

(2)会议通知服务模块

会议通知服务模块[6,7]使用SIP协议的SUBSCRIBE和NOTIFY机制实现会议通知服务。

会议通知服务功能主要向用户提供会议状态订阅服务,当会议状态发生改变时,向订阅用户发送通知,如当有与会者离开会议或者有新的与会者加入时,会议状态信息可以用XML文档描述。

(3)会议和媒体策略服务器

会议和媒体策略服务器主要负责存储和操作用于管理会议和媒体的相关策略,可以是一个管理会议和媒体策略XML文档的XCAP服务器,它是客户端和会议/媒体策略之间的接口。系统支持客户端通过XCAP等协议来执行对会议和媒体策略的管理。该逻辑功能也用于用户订购会议业务并修订自己的会议业务偏好。

会议和媒体策略服务器也可以接受订阅,当存储的策略XML文档变化时,会议/媒体策略服务器能够相应地通知订阅用户。

(4)会议和媒体策略

会议策略是控制一个会议操作规则的全集,媒体策略是控制一个会议中媒体资源的规则全集,会议、媒体策略可以在会议创建之前或者会议创建时被制定,用来指导会议中心主持和管理一个会议和会议资源。

会议策略功能将保存会议控制相关的配置信息,会议中心通过多媒体会议策略对会话和媒体进行控制,会议和媒体策略可以使用基于XML的文档。

(5)数据应用服务器

数据应用服务器是实现所有会议中数据应用相关功能的实体,实现的功能包括电子白板共享、文件传送、文字聊天等数据协同功能。

3.3.2MRF

MRF包括MRFC和MRFP,MRFP通过Mp接口与MRFC相连,MRFP负责媒体混合器功能和资源接入控制服务器功能。

(1)MRFC

MRFC除了满足IMS的要求[3]之外,应载入并执行来自会议服务器的会议媒体策略,控制Audio/Video/Text媒体混合器,生成XML格式的会议详细记录。MRFC不直接与与会者联系,用户与MRFC的联系只能通过会议应用服务器,且MRFC不能增加删除与会者,该功能由会议中心负责。

(2)MRFP

MRFP除了满足IMS的要求[3]之外,主要实现会议系统中的媒体混合器和资源接入控制服务器功能。媒体混合器的主要功能是将接收到的来自各个与会者的各种类型的多个媒体流进行混合处理,然后将处理后的单一媒体流分发到各个与会者,比如,将多个视频流合成一个流再发送到各个与会者,或者将多个音频流混音之后再发送给各个与会者。资源接入控制服务器主要用于控制与会者对于会议资源,例如视频/语音通道、会议文本等资源的接入[5,8]。

3.3.3会议客户端

会议客户端是连接到一个会议的软件单元,实现SIP用户代理的功能,此外还支持会议中需要实现的非SIP机制和其他额外功能。

会议客户端实现XML文档管理客户端的功能,支持使用XCAP协议管理存储在会议AS中的会议策略和用户配置等XML文档,会议客户端可以订阅对XML文档改变的通知。

3.3.4MGCF

MGCF是IMS核心络与外部络(如电路交换络、固定软交换络和移动软交换络)进行互通的功能实体。MGCF的主要功能包括:

●协议转换功能,包括SIP协议和ISUP协议(与电路交换络互通)转换、SIP协议和SIP-I协议之间的转换(与固定软交换络互通)、SIP协议和BICC协议之间的转换(与移动软交换络互通)等;

●IMS-MGW包括控制MGW上相关资源分配、修改、释放以及控制编解码转换等;

●和S-CSCF、I-CSCF交互,将来自外部络的消息路由到相应设备。

这里MGCF实现了外部络与IMS多媒体会议系统的互通。

3.3.5IMS-MGW

IMS-MGW位于IMS核心络与外部络之间,实现这些络和IMS络的承载层的互通,MGW接受来自MGCF的控制,主要实现媒体格式转换,将外部络的媒体格式转换成IMS系统支持的媒体格式,使外部络可以接入IMS多媒体会议系统。

3.4接口及协议

(1)MC-1接口

该接口支持会议客户端到IMS核心之间的通信,该接口基于SIP协议,满足IMSGm接口要求,主要支持如下功能:

●会议客户端和IMS核心络之间的IMS多媒体会议的会话信令;

●基于会议用户的业务配置,执行会议用户的鉴权和授权;

●提供会议客户端注册。

(2)MC-2接口

支持IMS核心络和会议应用服务器之间的通信,实现会话控制。该接口基于SIP协议,满足IMSISC接口要求,主要支持如下功能:

●提供会议服务器和IMS核心络之间的IMS多媒体会议的会话信令;

●向会议服务器中转来自客户端的会议业务设置参数;

●会议XML文档修改的订阅和通知。

(3)MC-3接口

支持会议客户端与MRFP之间的媒体传输、资源接入控制功能。实时媒体的传输使用RTP/RTCP协议,资源接入控制协议可以使用BFCP协议[9]。MC-3具体支持如下功能:

●媒体传输;

●媒体发送控制过程;

●发送所接收的媒体质量反馈;

●离散媒体传送和媒体传送的状态报告;

●资源接入控制消息传输。

(4)MC-4接口

支持IMS核心到MRFC之间的通信,使用SIP信令,除满足IMSMr接口要求,主要支持向MRFC中转来自会议服务器的媒体控制(使用SIP协议的情况)信息。

(5)MC-5接口

MC-5为会议客户端到服务器之间的接口,使用XCAP协议,对主要用户会议XML文档的管理,包括创建、修改、获取和删除等;MC-5接口满足IMSUt接口功能要求。

(6)MC-6接口

MC-6接口为会议服务器到MRFC之间的接口,主要用于会议服务器对媒体资源的控制,该接口可以基于SIP或HTTP。

(7)MC-7接口

MC-7接口为会议客户端到数据应用服务器的接口,主要为客户端提供数据会议相关功能,可以基于HTTP或FTP等协议。

(8)MC-8接口

MC-8接口为会议客户端到管功能的接口,主要为管提供对IMS多媒体会议系统的管理接口,可以基于HTTP或SNMP等协议。

(9)Mp接口

Mp接口为MRFC到MRFP之间的接口,基于H.248协议,对该接口的详细描述参考3GPPTS23.333[10]和TS29.333[11]。主要功能包括:

●MRFC对MRFP中多媒体会议资源的控制,承载来自/发往资源接入控制服务器的资源接入控制请求或响应消息;

●媒体混合的控制等,传递来自会议中心到媒体混合器的控制命令,并传送混合器的反馈给会议中心等。

(10)Mg接口

IMS核心和MGCF之间的接口,基于SIP协议。

(11)Mb接口

IMS承载层接口,此处指MRFP和IM-MGW之间的接口,基于RTP/RTCP协议,用于会议媒体传输,当系统支持其他络终端的资源接入控制时,此处可以传递资源接入控制信息。

3.5典型会议创建信令流程

图3举例说明了一个用户客户端发起请求创建会议的信令流程。流程说明如下。

图3 会议创建信令流程

(1)会议客户端向IMS系统发送INVITE请求,请求创建一个会议,该请求被转发到用户归属络的S-CSCF,S-CSCF通过与HSS交互,检查用户的业务配置和触发条件,在满足业务触发条件的情况下,将业务触发到相应的会议业务服务器(图3中步)。

(2)S-CSCF将INVITE请求转发相应的会议业务服务器,会议服务器为该会议分配了一个会议URI,并向MRF发起一个H.248/SIP交互,为该用户创建一个IMS连接点,确定MRFP的媒体资源能力(图3中步)。

(3)会议服务器向客户端返回一个183临时响应(图3中10~13步)。

(4)客户端向系统发送PRACK请求,确定该会议会话应该使用哪些媒体流以及媒体流的编解码方式。如果媒体流有变化,或者媒体流有多种编解码方式可供选择,此时客户端在PRACK请求中包含一个新的SDP,并将其发送给会议服务器,同时客户端为该会话进行资源预留(图3中14~17步)。

(5)根据会议客户端和服务器的协商结果,服务器发起一个H.248/SIP交互以修改在第9步建立的连接,并指示MRFP为用户进行多媒体处理资源预留(图3中18~21步)。当资源预留结束时,会议客户端向会议服务器发送UPDATE请求(图3中22~24步)。

(6)会议服务器向客户端返回200OK确认响应,SDP包中显示本地和远端的资源预留已经结束,同时会议服务器发起一个H.248/SIP交互修改连接,将会议客户端连接到MRFP中预留的多媒体处理资源(图3中25~28步)。

(7)会议服务器发送200OK响应给客户端,确认客户端创建会议的请求,响应中包含了为该会议分配的URI等参数(图3中29~32步)。

(8)客户端启动媒体流,并向会议服务器发送ACK请求(图3中33~35步)。

4、在IMS上实现多媒体会议系统的优势

由于IMS系统具有的一些特点[12],以及上文描述的系统特征,使得本文所提的基于IMS的多媒体会议系统相对其他会议系统具有了一定的优越性。

(1)更多的接入方式、快速的业务部署

由于IMS是一种与接入无关的络,因此架构于IMS系统之上的多媒体会议系统可以最大限度地支持各种不同类型的接入方式,扩大了多媒体会议系统的使用场合,同时由于IMS实现了控制与承载、控制与业务分离的分层架构,使得IMS多媒体会议系统可以在IMS上实现快速部署,并降低业务的部署成本。

(2)集中的业务控制

IMS具有集中业务控制的特点,因此IMS多媒体会议业务可以和其他多媒体业务一起在一个统一的平台上实现业务控制。架构于IMS系统之上的多媒体会议系统可以充分利用IMS统一用户鉴权、会话控制、QoS控制、计费和安全等功能和机制,极大地方便了运营商对多媒体会议业务的控制和管理。

(3)集中的用户数据管理

利用IMS用户数据的统一管理功能,架构于IMS上的多媒体会议系统可以实现业务的大容量、大范围推广和部署。传统模拟视频会议系统和基于H.323、SIP的会议系统具有较低的业务使用灵活度,用户数据的管理也较为不灵活。特别是传统的专用视频会议系统,只能够在特定的会议室用特定的终端设备使用会议业务,而基于IMS的多媒体会议系统,对于不用的接入方式,都可以实现统一的用户数据管理,使得同一个用户的账户,可以在不同的地域通过不同的接入方式进入多媒体会议系统,极大地增强了业务的使用灵活度。

(4)更丰富的会议功能

本文所提的IMS多媒体会议系统,相对于以前的基于H.323和SIP的会议系统,支持了更多的媒体类型,不但包括了常用的音/视频,也包括了文本、图像等,另外也包括了更多的会议功能,不但包括音/视频会议,也包括了如文字聊天、图像的传送等功能,使业务的应用场景得到了进一步扩大。

5、试验及商用情况

目前IMS的标准还在不断地完善,国际上3GPP等标准组织以及国内的CCSA(中国通信标准化协会)分别在进行CommonIMS和统一IMS的标准制定,力求得到一个统一的、最大限度支持各种不同接入方式的核心IMS标准。另外,主流的通信设备制造商也在根据其对IMS的理解,不断地推出和升级各种IMS设备。但是目前还没有关于IMS大规模商用部署的报道,国际上只有一些IMS的试验系统以及部分规模不大的应用,在国内也只有一个运营商在2007年4月宣布推出一个小规模的IMS应用,其他运营商都是在做不同规模的试验。另外目前也还没有看到关于IMS上的多媒体会议系统的商用报道,许多厂家和运营商只是在其IMS试验系统之上进行多媒体会议等业务的试验,而商用IMS系统上提供的业务大都是VoIP和MediaSharing等,但相信随着IMS应用的不断扩展,基于IMS的多媒体会议系统也会得到越来越多的关注。

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