基于IMS 的融合视频业务关键技术研究

2011-06-11孙海，沈雷

电信科学 2011年9期

孙海，沈雷

（中国电信股份有限公司上海研究院上海200135）

1 概述

IMS网络的兴起和应用拉近了IP网络和通信网络之间的距离，随着宽带承载能力的增长和多媒体通信业务的兴起，促进了融合视频通话业务发展的需求。另一方面，随着多媒体终端的种类日益增加，其性能和视频能力也不断增强，视频类服务的业务也不断地被用户接纳和需求，因此融合视频业务的产生和发展，是符合当前信息产业发展的趋势和需求。因此，国内各大运营商也都在积极部署，引入新的IMS网络技术，推动视频通信及多媒体业务的发展。

2 需求分析

融合视频业务主要实现了基于IMS网络统一管控下的多类型多媒体终端的视频互通，主要包括CDMA网智能终端、IPTV机顶盒、多媒体硬终端、PC终端以及平板电脑终端。该业务的推出是在三网融合的大背景下对视频业务发展的推广进行的一次重要尝试，为语音通信时代迈向多媒体通信时代做出新的探索和努力。

融合视频业务目标主要是实现全国范围内的IMS视频终端的视频通信，并且能达到全国运营和商业化的目的。由于涉及新的网络建设构架、多类型终端的接入以及视频业务的开展等各方面新的尝试，在实现该目标的建设过程中，主要有以下难点问题需要研究和解决。

（1）多类型终端的接入方式以及相关网络架构的实现

目前多媒体终端类型发展迅速，包括手机、平板电脑、移动电脑、多媒体硬终端等各类产品，融合视频业务需要推广，不能只依赖一、两种终端类型，而是要将更多的终端都纳入到业务体系中来。因此，必须有一个合理的网络架构对多类型的终端进行兼容。IMS网络具有“与接入无关”的特点，能满足多终端接入的需求。

（2）漫游地接入方式以及相关策略

由于IMS网络是以IP网络为承载基础的，因此在构架设计中，并无漫游的概念。但运营商的运营模式必须对漫游用户进行管理，如何区分出漫游用户，如何实行相关的管理策略，是IMS网络终端商用发展必然要解决的问题。

（3）不同编解码能力的终端视频互通时视频处理方法

融合视频终端需要包括各种类型的终端接入，但由于产地、配置等各方面的不同，不是所有终端都具有统一的视频编解码方式和能力，因此，如何在无法兼容的视频终端之间实现视频互通，是融合视频业务必须要解决的问题。

（4）IMS手机客户端计费时的EV-DO流量剔除方式

EV-DO流量统计和管理必须要有一套明细的策略，以适用于越来越多的网络应用的开展。对于一些该计费和不该计费的业务来说，如何实现网络流量的区分和剔除，目前的技术和策略暂时还没有一个完美的解决方式，但这是移动互联网发展的关键问题之一，需要我们进一步研究和思考。

3 网络架构

融合视频业务的实现，主要基于IMS网络。IMS网络是新一代基于IP的核心控制网络架构，由于其采用通用的网络协议规范，与接入无关的网络架构非常适用于多媒体业务的开展。实现融合视频业务的网络架构，如图1所示。

融合视频业务使用基于IMS网络架构的方式进行实现，其架构包括接入层、承载层、核心层和应用层4部分，其分工和主要网元功能如下。

（1）核心控制层

主要负责实现用户的管理、鉴权认证、互通的信令和媒体实现、会话控制等功能，主要网元及功能如下。

·P-CSCF是视频终端用户接入核心网络的入口节点，主要负责SIP信令的代理。

·S-CSCF/I-CSCF负责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。

·HSS负责存储移动视频电话用户的相关的用户信息及其相关业务信息，与S-CSCF配合完成用户的鉴权、认证。

·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。

·BAC位于移动视频电话业务系统的边缘，负责信令和媒体的代理。

（2）应用服务层

主要实现业务的逻辑控制和不同业务的实现，为用户提供相应的服务，主要网元是SIP应用服务器（AS）。在融合视频业务中，主要用于提供视频电话业务逻辑、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等，并且能根据需要提供相关的业务服务。

（3）网络承载层

网络承载层是指融合视频业务开展的承载网络，这里主要是指的IP网络。IMS用户的通信承载都是基于IP网络，因此和互联网业务具有互联互通、相互融合的特性。承载网中用于寻址和查询的设备是ENUM/DNS。

ENUM/DNS包括ENUM服务器和DNS服务器，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。DNS主要提供融合视频业务系统内各网元的域名/地址解析，在终端进行注册时，对BAC的域名进行解析，以便于终端都找到对应的BAC。

（4）接入层

主要是指不同类型的用户终端通过不同的方式接入到IP网络，再由IP网络承载，目前接入方式主要包括3G网络接入、有线网络接入、无线网络接入和IPTV专线接入。IMS的最大特点就是与接入无关，即无论用户是什么接入方式，都能成为IMS的用户。融合视频通信也是因为这个特点，实现了多类型终端的视频互通。

IMS网络的部署，目前以大区域部署为基础，各个大区独立建立一套IMS核心网，再通过一级DNS设备进行区域之间的互通。因此，终端根据各个区域的数据配置来接入本地IMS网络，实现通信业务。由于IMS网络具有与接入无关的特点，因此，各类终端通过SIP协议，就能连接到当地BAC设备，实现多类型终端的接入。

4 关键技术

4.1 漫游终端接入技术

融合视频通信业务的承载终端包括固定终端和移动终端两大类。对于固定终端，可以使用固定的BAC接入方式接入到IMS网络。但是对于移动终端用户，如果是在漫游的情况下，如何寻址到漫游地BAC，如何实现漫游控制，是亟待积极的问题。

如§3所述，IMS网络的特点是分大区建设（如以省为单位），根据IMS的特点和管控需求，漫游用户异地接入IMS网络，要求就近接入漫游地BAC设备，然后再根据归属地域名，漫游到归属地IMS网络注册。这个要求看似简单，但是对于移动漫游用户来说，实现并不容易。

因为IMS网络用户是以大区的方式开设和配置的，设备中会存有统一的接入地址，设备会通过该地址路由到BAC设备进行接入。因此当用户漫游的时候，通过配置地址接入，则同样会回到归属地的BAC设备，难以实现完全的就近接入。因此，这样核心网也无法判断用户是否处于漫游状态。

在IP网络中，存在一种Anycast的通信方式，其定义是：当一个单播地址被分配到多于一个的接口上时，发到该接口的报文被网络路由到由路由协议度量的 “最近”的目标接口上。

因此，采用Anycast方式，可以比较好地解决BAC的就近接入问题。具体实现方式如下。

BAC对外地址分成实地址和虚地址，BAC的主机地址是实地址，由IMS各域根据本地地址分配规则进行分配，BAC的网络地址是虚地址，由全网统一进行规划和分配，虚地址在全网保持一致，DNS中将BAC域名与全网统一的BAC虚地址进行绑定。IMS移动终端注册时，通过DNS域名解析得到BAC虚地址，通过虚地址Anycast的方式实现漫游用户接入其路径最近的BAC，从而确保用户通过漫游地BAC接入网络。

通过这样的方式，就能解决就近接入BAC的问题。例如上海的IMS移动用户如果到江苏去注册，那么根据就近接入技术，则是先接入江苏的BAC，然后再由江苏的BAC转到上海的核心网络进行注册。这样，江苏的BAC也能判断出该用户是否为漫游用户，然后将其数据送至核心网了，并采取相关的处理方式。

4.2 多类型终端视频互通实现方式

融合视频通信业务要实现不同类型的视频终端视频互通，但由于终端本身的差异和视频编解码能力的不同，终端之间可能会由于能力的不一致而无法实现直接的视频互通，因此，要解决该问题，必须使用融合视频应用服务器提供视频编解码的转换工作，完成视频互通。

在应用层设置融合视频应用服务器，当视频互通开始时，触发该业务，对终端视频能力进行协商判断，若视频互通终端具有兼容的视频编解码能力，则允许其进行点对点视频协商，完成视频互通。

若二者视频编解码能力无法兼容，则应用服务器则承担视频编解码转换功能，协助完成视频互通。如图2所示，应用服务器与两边终端协商好视频编解码方式，然后视频媒体流通过该服务器进行转码。例如A使用H.264的视频编解码方式，B使用H.263的视频编解码方式。则视频媒体流通过该服务器时，服务器通过转码的方式，将A发来的H.264的媒体流重新编码为H.263的发送给B，将B发来的H.263的媒体流转换成H.264的编解码方式发送给A。

同时，应用服务器的加入，不但可以对编解码进行转换，而且可以根据终端的需求，对画面大小、质量进行重新定义和修正，尽可能保证不同类型的终端获得最优的画面质量。

该转换方式是在信令协商完成之后，直接对媒体流进行的转码发送方式。

4.3 流量计费剔除

对于cdma2000网络终端来说，融合视频业务若通过3G网络的分组域提供业务，在业务使用过程中必然会产生分组域上网流量。而对于该视频业务，业务系统会产生独立的视频通话的话单，并以此为依据按通话时长向用户收费。

电信运营商在已向用户收取视频通话业务通话费的情况下，不应该再向用户收取视频通话业务使用过程中的流量费，因此需要在上网流量计费中剔除视频通话的业务流量。

目前，在网络设备中，还没有专门用来剔除视频通信所产生的流量的设备和机制，因此，必须根据现有网络情况进行流量剔除的方案设计，其关键点是：

·要能区分视频通话和非视频通话时所产生的流量；

·确定记录点，确保不与其他计费功能冲突；

·尽量不改变现网的结构和组成。

根据以上要求，为了剔除EV-DO由于视频通话所产生的流量，有两种不同的方式。

（1）由计费中心根据CDR的相关参数识别出视频业务流量，然后将相关话单予以剔除

由于视频通话的流畅性和稳定性是需要保证的，因此，在视频通话业务开展的同时，QoS策略和资源预留必须配套完成。当视频终端严格按照视频业务启用QoS资源预留后，在 CDR 中 Service Option(主/辅连接)、Service Reference ID、Granted QoS值 (包含ProfileID)3个参数会产生区别于其他业务的值。计费中心可在这3个参数中选择一个，通过该参数的值区分出视频流量CDR,并在计费中予以剔除。

该方式的优点是方案较成熟，现网实施较容易。缺点是需要VT终端严格按照VT业务启用QoS资源预留，而QoS保障需要CDMA网络中RAN、PDSN、AAA等网络配合，当网络中相关网元无法为VT业务提供QoS资源预留时，无法启用QoS保障，从而无法在CDR中区分出VT业务流。

（2）由内容计费网关（CCG）根据IP地址进行剔除

当采用BAC信令和媒体全代理组网方式时，手机IMS终端发送或接收信令和媒体流数据，其另一端IP地址总是该区域对应的BAC地址。在CDMA网络中CCG实现了根据IP地址和应用协议区分计费的能力，因此可以通过内容计费网关将源地址或目标地址为BAC地址的所有数据流都区分出来，在计费中予以剔除。

该方式的优点是网络侧控制能力强，操作较容易。缺点是网络中必须部署CCG设备，对核心网络要求较高，同时当BAC仅负责信令代理，而不负责媒体代理时，媒体流是从终端直接发给对方终端的，CCG无法根据IP地址来识别出VT媒体流，因此对IMS的组网方式有一定要求。

流量剔除对于视频通信运营来说意义重大，关系着融合视频业务是否能正常的商用推广。而且，目前网络建设中没有专门针对视频流量的计算功能，因此需要通过方案的设计来进行数据的提取。以上两种方式都有一定的优势和缺点，因此，目前在使用的时候，通常是根据不同网络的特点选择使用。