移动视频电话业务平台的建设

2010-08-09刘虹

电信工程技术与标准化 2010年2期

刘虹

（广东省电信规划设计院有限公司海南分公司海口 570203）

3G网络的优势在于能够提供高速数据接入，除承载基本的语音和短信业务外，还可提供多媒体类业务。移动视频电话是3G网络的标志性业务，该业务将极大地提升用户的3G业务体验，并可扩展出丰富的多媒体业务，如多媒体彩铃、多媒体彩振、视频会议、视频共享等，为运营商提供差异化竞争力。

1 移动视频电话业务

移动视频电话（VT，Video Telephony）业务是一种集视频、语音于一体的多媒体会话类业务，用户通过移动终端进行语音通话时，可在终端屏幕上看到对方的实时视频图像，并能把终端摄像头拍摄的本地图像实时传输给对端。用户可在不中断语音通信的情况下，随时关闭/恢复视频通信。

2 VT业务实现方式

国内已部署的3G网络有3种制式，在不同制式的网络中视频电话业务的实现方式也有所不同。

TD-SCDMA/WCDMA系统中，视频电话业务是基于电路域的一项承载业务，利用CS域技术和设备，在进行视频通信前须先建立一条CS连接，在RDI/UDI模式下，速率仅能达到56～64kbit/s。较低的传输速率限制了它对音、视频编解码协议的选择，决定了该制式下的视频电话系统不可能采用大速率的编码方法。

在CDMA系统中，视频电话业务实现的关键点是业务、控制、承载分离，以及承载层QoS的保证。随着EV-DO技术的引入，无线接入网的前反向峰值速率极大提高，QoS性能也大大增强，因此，CDMA系统的视频电话业务可基于EV-DO分组网络承载，由IMS系统控制业务实现。由于视频电话业务基于分组域实现，媒体流带宽可动态调整，通过增加业务AS可实现与视频电话业务相关的多种视频类增值业务，如多媒体彩铃、多媒体彩振、多媒体会议等。

3 基于IMS的VT业务系统架构

CDMA系统中，基于IMS的视频电话业务平台的总体架构如图1所示，呼叫由IMS系统控制，业务由EV-DO网络承载。

3.1 IMS域网元功能

（1）CSCF：视频电话业务系统的核心控制网元，包括P-CSCF和S-CSCF/I-CSCF。P-CSCF是移动视频电话系统的入口节点，负责SIP信令的代理；S-CSCF/I-CSCF为移动视频电话业务提供注册服务、会话控制、并维持会话状态信息，执行针对IMS用户的基本会话路由功能，并根据用户签约的IMS触发规则，在条件满足时进行到SIP AS、IM-SSF的业务路由触发；

（2）VT AS：SIP应用服务器，负责在视频通信的过程中控制媒体资源服务器进行录音通知的播放；与短信业务网关互通，向VT用户发送VT来电未接的短信通知，由此提供漏电提示业务；

图1 基于IMS的移动视频电话业务系统架构

（3）HSS：是IMS用户归属网络中存储用户信息的核心数据库，主要存储移动视频电话用户标识、用户鉴权信息、用户的业务触发信息等数据，与S-CSCF配合完成用户的IMS鉴权、认证；

（4）媒体资源服务器负责进行录音通知的播放，包括MRFC和MRFP功能模块。MRFC是媒体资源功能控制器，主要翻译来自AS和S-CSCF的信息（如会话标识），并控制相应的MRFP进行媒体流的播放；MRFP负责处理媒体流，如提供编解码器的转换，播放录音通知等功能；

（5）BAC：位于PS域和IMS核心网之间，负责信令和媒体的代理，提供NAT穿越、接入控制、QoS控制等功能；

（6）ENUM/DNS：DNS用于IMS网络会话的路由并支持IMS接入点BAC动态发现机制，负责各网元的域名/地址解析功能，ENUM服务器负责接收会话控制服务器的查询，将视频呼叫中的Tel URI地址翻译成可以路由的SIP URI；

（7）UE：VT终端，具有EV-DO接入能力，包含视频和音频编解码器、负责多媒体信息的处理，具备IMS客户端功能。

3.2 对分组域网元的要求

VT业务对分组域PCF、PDSN和AAA的要求体现在QoS支持上，要求分组域网元支持增强的多流流程、流映射、基于IP流的计费。

在PCF、PDSN、AAA上为VT业务配置QoS Profile ID，采用3个Profile ID分别标识VT业务的信令、语音、图像，并根据相应的Profile ID对分组域相关网元的参数进行调整、配置。

当用户签约VT业务时，在分组域的AAA上为用户签约QoS Profile，用于VT业务的QoS授权。QoS Profile中包含的Flow Profile ID定义了VT业务对应的IP流的QoS参数。VT业务承载在3种IP流上，分别是承载SIP信令和RTCP的IP流、承载语音RTP的IP流和承载视频RTP的IP流。VT业务每种流分配的Profile ID以及速率、编码的对应关系如表1所示。

3.3 接口协议

（1）终端与BAC之间的接口（Gm’接口）。采用SIP协议，支持终端和BAC之间的所有信令/媒体交互，如注册信令和会话控制信令；

表1 VT业务所用Profile ID

（2）BAC与会话控制服务器之间的接口(Gm接口)。采用SIP协议，支持BAC和会话控制服务器之间的所有信令交互，如注册信令和会话控制信令；

（3）会话控制服务器与HSS之间的接口（Cx接口）。该接口使用Diameter协议；

（4）会话控制服务器与媒体资源服务器之间的接口（Mr接口）。该接口使用SIP协议，用于会话控制服务器控制媒体服务器提供相关的资源；

（5）会话控制服务器与AS之间的接口（ISC接口）。该接口使用SIP协议。

4 VT业务平台建设方案

4.1 业务平台组网

4.1.1 IMS核心网元设置

VT业务系统建设初期，由于用户数量较少，可采用单IMS域组网方案，如图2所示，即会话控制服务器（P/S/I-CSCF)、SIP应用服务器（VT AS)、归属用户服务器（HSS)、边界接入控制器（BAC)、媒体资源服务器（MRFC、MRFP）和ENUM/DNS等网元集中设置。

当用户数量达到一套IMS核心网容量上限时，可设置多套IMS核心网，分别部署于不同地区，服务于不同区域的用户，实现多IMS域组网，多个IMS核心网之间采用IP网络互联。

VT终端通过CDMA无线网、分组网接入IMS核心网，实现端到端的VT业务通话。

4.1.2 BAC部署

BAC部署在IMS核心网的边缘，VT用户数量较少时，可与IMS核心网元同局址集中设置，当VT用户数量增加到BAC的扩容门限时，系统中相应增加BAC设备并下移到各个PDSN侧，IMS核心网和业务平台不做改动。

图2 VT业务平台网络组织

VT终端的SIP信令通过IP承载网络接入P-CSCF，交互阶段的SIP信令在协议消息净荷中携带地址信息，并根据这些地址信息进行报文的应答，其媒体流通道的地址和端口是信令交互协商产生的动态信息，承载在消息净荷中。通常的NAT设备仅对IP包头中的地址及端口号进行转换，并不对消息净荷中的媒体连接信息进行转换，净荷中的私网地址无法被NAT并将IP包传递到正确的目的地。为了实现信令传送，在P/S/I-CSCF与PDSN之间设置BAC，BAC对用户和承载网屏蔽VT业务平台内部的网络拓扑信息，并承担VT用户的SIP信令代理功能，若所有VT移动终端的IP地址都位于同一个VPN内，则BAC可不做媒体代理。BAC对VT用户来说可看作是P-CSCF，即用户的注册和呼叫消息都会先发给BAC，BAC在接收到信令消息后，对用户IP地址进行替代处理再转发给P-CSCF。另一方向，BAC相对P-CSCF又可看作是用户，P-CSCF首先将呼叫被叫的请求发给BAC，BAC经过信令处理后再转发给真正的被叫用户。BAC在对Contact内容进行替代时必须在URI中对每个用户进行区分。BAC通过对信令进行处理和分析，获得本次会话的地址变换状况、带宽需求等信息。

BAC设备可按双机热备份配置，正常情况下，主用BAC处理业务，备用BAC处于监听状态；当主用设备发生故障时，备用设备将作为新的主用设备来接替工作。BAC设备可实现主/备用设备之间备份关键配置命令、会话表和用户注册信息，从而确保主用BAC出现故障时能由备份BAC平滑地接替工作。

4.1.3 平台安全措施

（1）在IMS核心网的边缘设置防火墙进行安全区间隔离，增强防攻击能力；

（2）BAC具备防传统DoS/DDoS/SIP和RTP flooding的DoS攻击机制；

（3）P-CSCF提供一定的防SIP flooding和SIP畸形报文攻击的能力，可消除由于VT终端伪造源IP地址绕开BAC直接攻击P-CSCF的隐患；

（4）VT业务的QoS属性由AAA授权，可避免由于终端恶意请求超过授权范围的QoS指标带来的问题。

4.2 用户接入认证和授权

VT业务系统对用户的认证鉴权按顺序包括以下3个步骤。

4.2.1 接入鉴权

接入网认证是对VT终端进行DO分组域的接入认证，通过AN-AAA来实现。VT终端开机后即启动接入网认证。

4.2.2 分组业务鉴权

3G用户开通VT业务时，需要在AAA中开设该用户VT业务所对应的分组业务的不同流的权限（包括QoS Profile）。当VT终端软件启动时，PDSN从AAA获取与用户相关的权限信息后，完成对VT用户身份的鉴权，给用户分配IP地址（私有地址）。

4.2.3 VT业务平台鉴权

3G用户申请开通VT业务时，营业系统把用户的IMSI发送至VT业务平台，当用户进行注册时，VT业务平台通过HSS验证该用户是否为VT业务的签约用户，完成用户的身份认证。可选的鉴权方式主要有4种：IMS AKA、Early IMS、CAVE AKA、HTTP Digest。

IMS AKA方式安全可靠性高，但市场尚无成熟产品；Early IMS和CAVE AKA方式安全性较好，需HSS与HLR互通，网络改造量大；HTTP Digest方式实现技术较简单，可能存在一定的安全隐患。基于上述分析，目前建议选用HTTP Digest方式。

4.3 运营支撑方案

4.3.1 业务开通

4.3.1.1 VT业务平台

VT业务平台设置业务受理网元，VT业务开通的相关数据由营业系统传输给业务受理网元，由业务受理网元写入HSS、ENUM、VT AS等网元，实现VT用户在VT业务平台的开通。

营业系统需传输给业务受理网元的数据：IMSI、MDN、业务密码和VT用户状态（开户、销户、改号、停机、复机）。

4.3.1.2 AAA

在AAA定义VT业务，给该业务分配ID号。用户在开通VT业务时，营业系统将用户IMSI以及VT ID号传送给AAA，AAA完成VT用户的相关用户数据配置，具体如下。

（1）添加always on属性，维护PPP的链接，保持该用户实时在线；

（2）配置VT业务3个Profile ID，分别对应信令（包括SIP、RTCP）、语音、图像3种IP流。

4.3.2 计费

4.3.2.1 计费采集

VT业务共产生两个层面的计费信息，一个是业务层面的计费信息，业务层面计费信息CDR由计费网关产生，是基于时长计费；另一个是承载层面的计费信息， PDSN/AAA对VT业务生成基于流计费的CDR，CDR包含VT业务对应的Service Option(主/辅连接)、Service Reference ID、Granted QoS值（包含Profile ID）。

VT业务平台设置计费网关，通过标准的Rf接口（Diameter协议）与CSCF、VT AS进行通信，接收CSCF、VT AS产生的计费信息，合并成业务CDR；计费网关采用FTP协议定时传送业务CDR至计费账务系统。

4.3.2.2 话单处理

计费账务系统根据VT业务平台提供的业务CDR、承载层提供的承载CDR及VT业务的计费策略完成计费账务处理。

若VT业务只根据业务CDR计费，对于VT业务产生的流量不计费，则为了避免重复扣费，须由计费账务系统通过识别承载CDR中VT业务特有的Profile ID，从用户的总上网流量中核减VT业务的流量。

4.4 与其它网络视频互通

基于IMS的VT业务平台与其它网络的视频互通需求包括：

（1）IMS域内多接入终端之间的视频互通。IMS域内的终端除了VT终端外，还包括PC软终端、SIP Phone、IPTV机顶盒、EV-DO手机等，以上终端之间有进行视频互通的需求，实现多终端一致的业务体验；

（2）IMS终端与软交换SIP终端的互通；

（3）IMS终端与TD-SCDMA终端、WCDMA终端的视频互通。

IMS与异网互通组网如图3所示，MRFP完成IMS域内不同终端的视频互通功能；MGCF和IM-MGW配合完成IMS终端与TD-SCDMA/WCDMA、固网软交换终端的视频互通功能。

视频互通方案如下。

（1）在IMS域增加互通网元MGCF和MGW，MGCF用于IMS域与TD-SCDMA/WCDMA CS域、固网软交换域的互通，负责完成控制面信令流的互通，即IMS侧SIP协议与CS域BICC协议、固网SIP-I协议的互通，并控制IMS-MGW完成用户面媒体流的互通，IMSMGW在MGCF的控制下完成IMS用户面IP承载与CS域承载之间的转换，并提供编解码转换和承载资源管理能力；

（2）由于各个网络之间视频编解码方式的差异，为了实现不同终端间的视频互通功能，需要增加相应的视频互通网关（VIG）实现视频编码转换。

图3 IMS终端与TD-SCDMA/WCDMA终端、固网软交换终端视频互通示意

5 视频类增值业务的引入

在基于IMS的VT业务平台的基础上，通过新增AS可实现与VT相关的多种视频类增值业务，如多媒体彩铃、多媒体彩振等。

5.1 多媒体彩铃

多媒体彩铃业务属于IMS网络被叫签约的业务，业务体验对象可以是任意网络的主叫用户（包括IMS用户以及非IMS用户）。多媒体彩铃允许被叫用户为呼叫自己移动终端的其他主叫用户设定丰富多彩的媒体信息，如图片、文本、音频、视频等，在呼叫建立前（被叫振铃过程中），主叫用户可以接收到与其网络和终端能力相适应的、被叫预设的、由多种媒体内容组合而成的个性化回铃音。

业务流程如下。

（1）主叫用户发起呼叫，CSCF查询HSS，获知被叫用户签约多媒体彩铃业务；

（2） CSCF触发多媒体彩铃业务至多媒体CRBT服务器;

（3）CRBT服务器指示媒体服务器向主叫用户播放被叫设定的多媒体彩铃；

（4）被叫用户应答后，CSCF指示媒体服务器停止向主叫播放彩铃，同时控制主、被叫用户接续。