多类型视频终端在IMS融合会议中的应用

周春丰，王 林，罗 威，李 洋，冯 宝

(1.国网天津市电力公司信息通信公司，天津 300010；2.南瑞集团公司(国网电力科学研究院)，江苏 南京 211000)

多类型视频终端在IMS融合会议中的应用

周春丰1，王 林1，罗 威2，李 洋2，冯 宝2

(1.国网天津市电力公司信息通信公司，天津 300010；2.南瑞集团公司(国网电力科学研究院)，江苏 南京 211000)

IP多媒体子系统(IMS)作为融合型计算机网络的最佳代表之一，为多媒体服务提供了一整套标准的体系架构，同时也为各大通信公司提供全新多媒体业务奠定了网络基础，其中视频融合会议是IMS网络的主要应用之一。由于IMS具有接入无关性的重要特点，故可以使各大通信公司在不改变现有网络结构、不投入任何设备成本的条件下，实现现有主流视频会议终端与IMS融合视频会议的对接，满足不同类型用户的接入需求，使得用户能够随时随地、就近就简地接入会议。以国网天津市电力公司信息通信公司为例，设计并提出了多类型视频会议终端接入IMS融合视频会议的实现方案。测试结果表明，针对不同类型终端制定的接入方案能够将各种类型终端平滑接入到新建的IMS多媒体会议系统。

IP多媒体子系统；融合会议；终端；接入方法；应用方案

0 引 言

随着计算机网络技术的高速发展，传统的语音业务逐渐满足不了用户需求，进而向多媒体融合业务和移动融合业务方向演进。而IP多媒体子系统(IP Multimedia Subsystem，IMS[1])，作为下一代计算机网络的重要技术之一，其最大的功能是可以使移动网络与固网之间达到无缝连接，同时可以支持办理差异化业务，例如将语音、视频和数据进行三重融合等。起初，IMS是第三代合作伙伴计划(3GPP)为移动网络制定的，随着NGN框架的不断完善，IMS也得到了飞速发展，目前可以同时支持传统终端和新型终端的接入。IMS网络经过十几年的发展，技术日益成熟，基于其业务办理、控制平台、承载接入三者完全分离的架构特点，一方面解决了软交换技术多年无法解决的难题，例如满足用户的移动性、拥有标准且开放的综合业务接口规范、提供可控性强的多媒体业务等；另一方面，由于其不受接入终端类型的限制，也使IMS成为固定网络和移动网络融合演进的奠定者。

随着国网天津市电力公司(以下简称天津公司)企业信息化、办公现代化建设的逐步深入，企业分工逐步细化，信息系统应用日益普及，分工协作成为工作的常态，电话、手机、电脑成为日常工作必不可少的通信和信息处理工具，提高沟通效率成为提升公司生产效率的重要手段。公司现有的沟通协作方式主要包括日常办公的语音固定电话沟通和固定会议室远程会议协作两种。其中，语音固定电话通过原有行政电话交换网，采用的是基于电路交换技术，通信终端主要是传统电话机，无法实现移动语音呼叫、无法与信息业务共享、沟通不够及时和准确、效率相对较低。而固定会议室会议资源相对较少，无法为大部分员工提供日常频率较多的会议讨论、问题交流等经常性小而多的会议。为了降低公司的沟通成本、节省公司的运营费用，现已计划自建或继续使用运营商提供的现有视频会议系统。现有的视频会议系统通常基于H.323网络协议[2]，面临着诸多亟待解决的问题，例如，支持接入的终端类型有限、会议场所相对固定、对用户使用的要求偏高、操作流程复杂等，故目前客户不能在某些特定的位置和时间段使用终端接入会议。

为解决上述问题，天津公司希望利用IMS开放、融合的技术特性发展新型的IMS视频融合会议系统。在IMS视频融合会议系统发展过程中，天津公司需要从客户的角度出发，并加入对系统兼容性的考量，利用IMS网络接入无关性的特点，实现PSTN终端、SIP软硬终端、H.323终端以及手机终端等视频会议终端与IMS多媒体融合会议系统的对接。

1 IMS多媒体融合会议系统

IMS多媒体融合会议系统为了具有终端接入无关性、满足3GPP2特有的网络能力、拥有良好的QoS保障机制[3]以及丰富的业务提供能力等业务需求，采用多种重要的计算机网络技术，例如：独立的接入与承载技术，实现了呼叫控制层和业务控制层的分离；配置了外置数据库—归属用户服务器(HSS[4])，以充分保证网络的可移动性；采用会话初始协议(SIP[5])作为呼叫控制和业务控制的信令。

从图1可以看出，IMS多媒体融合会议业务平台包括会议应用服务器Conf AS[6]、Portal门户服务器、资源处理服务器(MRFC/MRFP)等，实现天津公司对IMS多媒体会议业务的运营管理，同时还拥有控制会话、管理资源、鉴权、路由、会议通知等功能，并将IMS SIP接口与IMS核心网络进行对接；Portal门户具备向用户提供一些自助管理功能，例如管理会议及控制会场等，提供用户直接访问Web页面参加会议的功能，还可以通过开放公网HTTP连接供用户访问；媒体资源服务(MRFC/MRFP)可以预留、分配与处理相关的会议资源，同时还具备一些额外功能，例如播放语音通知，接收二次拨号等；H.323网关可以将H.323终端与之前的H.323视频会议系统进行连接；短信网关和邮件服务器的作用是通知视频会议；MGCF负责与PSTN终端、手机终端进行互联互通[7]。

图1 IMS融合会议系统模块调用图

2 多类型会议终端接入IMS融合会议的指标分析

IMS融合会议业务作为多媒体综合业务的典型代表，主要是为用户提供更方便、更全面的沟通交流，加速视频会议系统的发展和完善的进程。基于IMS的视频会议系统充分利用IMS网络的服务质量、用户认证、业务办理及收费等机制和统一的业务平台来提高会议的服务质量[8]。网络服务质量为会议系统会话和媒体传输提供了质量保证；用户认证机制对接入IMS网络的用户进行身份验证，确保视频会议系统的安全性；视频会议系统使用的业务触发和收费机制，最大化减少业务开发的成本；IMS统一的业务平台丰富了视频会议终端类型，只要终端遵循一定的接入原则，兼容协议的移动电话和计算机均可以接入会议。因此，在设计多类型视频会议终端接入IMS多媒体会议方案时，必须满足以下固定指标：

(1)终端多样性的特点使得IMS网络必须满足各种用户的接入需求，让用户能够不受时间和地点的限制平滑地接入会议，最大化减少用户使用会议的成本[9]。

(2)设计的接入方案要使得改造部分尽量小，维持原有网络的整体布局，最大化降低对用户原有视频会议业务的影响。

(3)方案简单易用，同时支持用户可以使用PC浏览器对会议进行提前预约、账户管理以及费用查询等。

(4)方案具有开放性，具备标准的接口规范，符合天津公司实现多类型终端无缝对接IMS融合会议的需求，同时满足全球化跨域运营的要求。

3 PSTN终端接入IMS融合会议

3.1可行性分析

从两者互通的整个过程来看，当会话的一端为IMS用户，而另一端是PSTN用户时，IMS核心网需要采用四个功能实体：IMS媒体网关(MGW)、媒体网关控制功能(MGCF)、信令网关(SGW)和出口网关控制功能(BGCF)[10]。BGCF主要是支持PSTN终端与PS域之间进行呼叫；由于IMS会议端与PSTN终端采用不同的编码格式，可利用MGW来翻译这两者之间的互通媒体信息；MGCF主要用来控制MGW，还可以对基于SIP协议与基于ISUP信令之间的应用级信令进行翻译，并与连接的S-CSCF保持通信；SGW[11]用来对基于IP和基于SS7的信令进行翻译。

从上述IMS网络构架图来看，传统的PSTN现在需要以一种终端的方式接入IM网络，整个过程与手机终端、H.323终端以及SIP软硬终端等大致相同。不同的地方在于，PSTN网络的承载和IMS核心网络的全IP承载不同，故两者之间要实现互通必须借助MGW。

3.2接入流程分析

为了解在两种网络互通的过程中，IMS整体架构中各个实体部分的功能，需要对整个接入流程进行分析。由于整个呼叫的流程既可以由IMS终端发起，又可以由PSTN终端发起，为了便于分析，假设整个呼叫流程由IMS网络终端发起，而被叫端是接入此IMS网络的PSTN终端。具体信令交互过程如图2所示。

图2 PSTN终端接入IMS融合会议信令交互图

PSTN终端加入IMS融合会议的主要流程如下：

(1-2)基于SIP协议的IMS会议终端先通过发送Invite消息连接到P-CSCF，P-CSCF通过路由转换，找到UE注册的服务呼叫会话控制功能S-CSCF1，同时向其发送Invite消息。

(3-5)S-CSCF1将业务流转发给询问呼叫会话控制功能I-CSCF，由于PSTN终端与IMS会议终端属于不同的S-CSCF，故I-CSCF将负责寻找客户端的S-CSCF。I-CSCF通过查询HSS获得为请求接入的PSTN终端提供服务的S-CSCF2地址，响应成功后，向I-CSCF返回用户信息。

(6)I-CSCF向客户端的S-CSCF2发送Invite消息，S-CSCF2响应后为客户端UE进行会话控制和注册服务。

(7-9)由于被叫端是PSTN终端，所以需要先向BGCF发送Invite消息，来请求路由到PSTN网络中。BGCF的作用[12]是负责选择可供使用的网络，以及此网络所对应的MGCF。MGCF的作用是进行协议转换，将IMS网络的SIP消息转换为PSTN网络的ISUP消息，进行两种不同网络的互通。

(10-17)PSTN终端接收到IMS会议终端发送来的接入请求后,返回200 OK消息，并携带SDP1消息给IMS融合会议，最后通过IMS会议返回的200 OK以及SDP2信息进行ACK确认连接，至此完成IMS融合会议与PSTN终端的对接。

4 H.323终端接入IMS融合会议

4.1可行性分析

由于目前绝大多数用户使用的视频会议系统主要是基于H.323协议的视频会议系统，故为了完成最大化降低对用户原有视频会议业务影响的指标，此次设计的终端与IMS融合会议的对接方案必须对原有的H.323会议系统和终端进行小规模改造。根据目前的技术，只需要在GK和IMS核心网上配置相关的网元数据，即可实现H.323视频会议终端平滑接入IMS融合会议系统。

在实施方案的过程中发现，H.323终端与IMS会议平台往往处于不同的网络中，例如，H.323终端一般处于公网上，而IMS会议平台一般处于CN2网络上。根据这种情况，天津公司采用在IMS核心网中部署H.323网关以及在两种网络间添加SBC边界路由器来实现H.323终端与IMS会议平台的对接。其中，H.323网关主要作用是终端H.323协议到IMS SIP协议的转换及呼叫路由的处理[13]。H.323网关的一侧配置了IMS网络的MGCF网元，其中MGCF的作用是配置IMS会议平台呼叫的路由字冠数据到H.323网关；另一侧对接H.323域中的SBC边界路由器，此时，H.323终端通过SBC边界路由器作为代理，注册到GK设备上，H.323终端通过IVR上呼叫，然后经SBC和H.323网关路由连接到IMS核心网，最后通过IMS核心网中的CSCF连接至IMS会议应用服务器Conf AS。

4.2接入流程分析

当Conf AS呼叫H.323终端用户时，Conf AS首先会判断被叫号码类型是否是H.323会议系统号码，如果是，则需要在被叫号码前添加路由前缀，Conf AS将呼叫路由到I-CSCF，进而呼叫路由到MGCF，MGCF根据此路由前缀分析路由数据并根据其中信息去掉路由前缀，再经过H.323网关通过连接SBC边界路由，同时向GK发起H.323终端地址的查询。GK返回H.323终端用户的地址信息后，H.323网关将呼叫接续到用户终端。具体信令交互过程如图3所示。

图3 H.323终端接入IMS融合会议信令交互图

H.323终端加入IMS融合会议的主要流程如下：

(1-3)IMS Conf AS向IMS核心网中的I-CSCF发出Invite消息，然后I-CSCF将消息转发给MGCF，再经MGCF呼叫路由到H.323网关。

(4-5)H.323网关向邻域GK查询其终端号码的IP地址，GK收到消息后做出响应，并向H.323网关返回H.323终端的IP地址。

(6-8)H.323网关通过BAC边界路由器向H.323终端地址发起呼叫，H.323终端应答后与H.323网关建立连接。

(5-14)H.323网关与终端建立连接后，向IMS核心网中的I-CSCF和MGCF发送200 OK消息，并携带SDP信息，IMS融合会议平台收到信息后进行媒体协商，协商完成后H.323终端正式与IMS融合会议完成对接。

5 SIP软硬终端接入IMS融合会议

5.1可行性分析

SIP终端分为SIP软终端和硬终端两种类型。在业务上可利用SIP协议固有的属性，来完成与软交换网络中相应服务的匹配，同时为用户提供语音、视频等功能。SIP软终端是基于SIP协议的可视化软件，运行在计算机平台上，能够提供数据业务等服务。SIP硬终端是一个基于SIP协议的多媒体终端，可独立于个人PC之外。硬终端的主要特点是一体化的设计，其中内置了按键、麦克风、液晶显示器、摄像头等主要配件[14]。

SIP软硬终端都可以作为IMS视频会议的参与者接入到会议中。对于SIP硬终端而言，它可以由会议系统呼入，或者通过拨打特定的连接码接入，只要输入相关的会议号和会议密码，就可以主动接入会议系统。会议过程中可以接收系统发送的不同类型的会议信息，如会议参与人的加入、退出等。终端的视频会议业务需要IMS视频会议平台的参与，由于视频终端仅与IMS核心网之间有接口，故需要借助IMS核心网完成终端与视频会议平台之间的信息交互。

SIP软终端在发起任何业务之前必须成功注册，否则所有具体的业务相关操作界面都是不可用的[15]。注册成功后，才能改为可用。在软终端内部，通过程序固化边界代理的地址，要求用户发起的所有呼叫必须经过我方的边界代理，这样可以避免用户旁路我方服务器的行为；通过程序设置，要求在界面上设置禁止通过IP直拨的方式。

5.2接入流程分析

由于SIP软硬终端都是基于SIP协议的，为了体现便捷性和普适性，可在研究SIP硬终端和软终端接入IMS融合会议过程中将两种终端作为一种终端类型来分析，具体信令交互过程如图4所示。

图4 SIP软硬终端接入IMS融合会议信令交互图

SIP软硬终端加入IMS融合会议的主要流程如下所示：

(1-3)IMS会议平台向BAC代理服务器发出Invite消息，BAC收到邀请后向其回复200 OK并携带SDP消息，IMS会议平台收到SDP1消息后再向BAC发送ACK消息。

(4-7)IMS会议平台向CSCF核心网发送Invite消息，其中SIP协议管理模块收到对方的Invite消息后，告知功能控制模块有SIP呼叫，并返回180 ring消息，功能控制模块让UI显示电话呼叫界面，同时让本地资源模块播放通知音。

(8-13)IMS会议平台向CSCF核心网发送PRACK消息,此时底层检测到用户摘机将向功能控制模块发出通知，用户在界面接通电话后，功能控制模块将告知SIP协议管理模块电话接通，CSCF核心网向IMS会议平台发送200 OK消息，同时SIP软硬终端向CSCF核心网发出200 OK消息，会话建立完成。并让音视频模块接通媒体，同时功能控制模块让本地资源模块停止播放通知音。

(14-18)IMS会议平台再次向BAC代理服务器发出邀请消息reInvite,并携带SDP2消息，如果此时用户进行的是音频通话，但又想增加视频通话，功能控制模块接到UI模块的通知后，将本地资源模块开始播放视频，同时向发出SIP协议管理模块增加视频请求，此时IMS会议平台向BAC代理服务器回复ACK消息，同时发送INFO信息。当SIP协议管理模块收到对方的200 OK消息后，将通知功能控制模块后让UI切换视频画面，同时让音视频模块接通媒体。

(19-22)IMS会议平台向CSCF核心网发送INFO消息时，若用户关闭视频，保留音频通话,功能控制模块接到UI模块删除视频的要求后又会告知SIP协议管理模块，SIP协议管理模块则必须再次向通话对方发出reInvite消息，并要求删除视频；若用户不关闭视频，CSCF核心网继续向终端发送INFO消息，终端收到INFO消息后回复200 OK消息，最后再由CSCF核心网向IMS会议平台发送200 OK消息。至此完成IMS融合会议与SIP软硬终端的对接。

6 手机终端接入IMS融合会议

6.1可行性分析

目前IMS融合会议的手机终端接入类型主要有两种：GSM网络用户和3G/4G网络用户[16]。

GSM网络用户媒体流通过第三方设备中的IPS板卡接入，IPS板卡和GSM网络里的MSC网元进行交互，可接入GSM手机的信令并获得会议控制系统的音频流数据[17]。同时，IPS板卡与MCU之间需要建立RTP/IP连接，只要IPS板卡接收到媒体服务器的桥接指令后，就会把从用户方获得的语音流传入MCU中进行处理，同时将处理后的混合音频发送到参与会议者的终端上。

3G/4G网络用户与GSM用户的接入过程大致相同，其媒体流也是通过IPS板卡接入的，但是IPS板卡是将3G/4G网络里的MGW节点进行连接来获取音视频流数据[18]。然后，IPS板卡与MCU需要建立TP/IP连接，当IPS板卡收到媒体服务器的桥接指令后，也是把从终端侧获得的音视频流传入MCU中进行处理。最后，将处理的音视频流发送到参与会议者的终端上。

6.2接入流程分析

由于GSM网络用户与3G/4G网络用户的接入流程大致相同，区别只是在连接的网元部分，故在分析手机终端接入IMS融合会议的过程中可以将两者结合起来分析，具体信令交互过程如图5所示。

图5 手机终端接入IMS融合会议信令交互图

手机终端加入IMS融合会议的主要流程如下：

(1-3)手机终端用户通过拨打接入号申请加入会议时，先向媒体网关控制功能MGCF发出请求，MGCF接收到移动终端发送来的IMS融合会议接入请求后，呼叫CSCF并发送IAM[19]消息，同时把用户的会议ID和会议密码携带给Conf AS，其收到后处理用户信息并触发IMS多媒体会议业务。

(4-5)Conf AS发送Invite消息给媒体服务器，媒体服务器连接IPS板卡并向其发送申请资源消息，在收到IPS申请资源成功的消息后，向Conf AS回复200 OK消息。

(6-9)Conf AS再次携带Invite消息至媒体服务器,并传递给IVIEW设备的MCU和端口信息。媒体服务器给IPS发送的消息为IPS内部的资源信息，IPS资源申请成功回复后，给IVIEW设备的SIP服务器发送Invite消息,然后进行媒体协商，SIP服务器成功响应后，回复100 ring表示接收成功。最后，IMS内部处理媒体协商成功后，给SIP服务器回复ACK消息，并携带协商成功后的媒体属性。

(10-13)媒体服务器收到SIP服务器发送的100 ring消息后给Conf AS发100 ring消息，Conf AS收到后，向CSCF发送200 OK并携带ACM消息，CSCF再经过MGCF转发给手机用户，同时接收其中的ACM消息。

(14-15)媒体服务器内部协商成功后，向SIP服务器回复ACK消息，并通IVIEW-ICM有新终端加入，然后在MCU内部申请资源分配给新加入的手机用户。

(16-17)Conf AS发送INFO消息给媒体服务器告知刚申请的会议加入者、资源和会议资源进行桥接工作。媒体服务器给IPS板卡发送桥接消息，IPS板卡把刚才申请的内部资源进行桥接，然后手机用户的音视频流将送入IVEIW设备MCU中进行储存，IPS桥接成功后，回复消息200 OK给Conf AS，收到消息后给手机用户发送ANM信息。最后，ICM通知会议Conf AS有新用户加入，触发其对用户终端的处理的逻辑，完成手机终端与IMS融合会议的对接。

7 测试方案分析

天津公司选取不同厂家的多类型视频终端接入现有的IMS融合会议系统中，按照图6的方案进行验证。

图6 天津公司实施测试方案图

方案中使用到的网元有：融合会议Conf AS、H.323网关、GK、SBC边界路由器、HSS、CSCF、PSTN终端、H.323终端、SIP软硬终端和手机终端。测试过程中，在各个终端的网络设置子菜单下配置好公网的IP地址、子网掩码、网关之后，确保终端所在的网络状态良好。在IMS会议中的H.323设置项下配置注册BAC的公网地址和会场号码信息，确认GK注册正常同时启用SIP协议。边界路由器SBC应启用H.323协议，同时H.323网关还需要配置与IMS核心网对接多媒体中心(短信中心、彩信中心)的地址，GK需要设置H.323网关与GK的连接路由地址，IMS会议应用服务器上必须配置四个终端下的呼叫路由前缀码。

为了保证各个终端与IMS会议对接的流畅性，测试的公网带宽需要配置在10 M以上，确保H.323终端能正常注册到GK，其他终端能完成与CSCF的对接，实现正常的状态转移。在测试方案实施中，IMS融合会议平台发出会议请求时，各个终端能被IMS会议应用服务器呼叫并加入会议，客户端终端和IMS会议终端均能接收到对方清晰连贯的语音，失真率较低，实时播放的图像分辨率高。

测试验证结果表明，不改造原有网络和终端接口的条件下，只需在GK和IMS核心网上配置相关网元即可，根据制定相应的接入方案将各种类型的终端平滑接入新建的IMS多媒体会议系统，达到不同地点、不同终端类型随时随地享受视频会议的目的。

8 结束语

根据天津公司的实际部署情况，多类型视频会议终端接入IMS多媒体会议系统的设计方案具有一定的可行性。实际测试过程中，在不同类型终端接入设备选取时，需要结合终端接入设备处理能力、客户需求、客户实际情况进行综合考虑，采用相应的计算机网络技术才能实现对固定、移动用户的统一控制，优质、高效地满足客户随时随地享受高清视频会议的需求，有效地保护已有投资，降低网络建设和维护成本，加强天津公司与IMS融合会议用户更持久的合作。

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ApplicationofMulti-typeVideoTerminalsinIMSFusionConference

ZHOU Chun-feng1，WANG Lin1,LUO Wei2,LI Yang2,FENG Bao2

(1.State Grid Tianjin Electric Power Company,Tianjin 300010,China; 2.Nari Group Corporation State Grid Electric Power Research Institute,Nanjing 211000,China)

IP Multimedia Subsystem (IMS),as one of the best representatives for fusion computer network,provides the multimedia service with a set of standard architecture and lays the network basis for the communication companies supplying new multimedia services.In the IMS network,the video fusion conference is one of the main applications.Due to the important characteristic of being irrelevant access,it makes the major communications company achieve the connection between video fusion conferencing and existing mainstream video conferencing terminals without changing their existing network structure and putting any cost of equipment.Therefore,access needs can be met for the different types of users,so that the users can access the conference easily and conveniently whenever and wherever they want.Taking the information and communications company of Tianjin Electric Power Company as an example,an implemented scheme of multi-type video conference terminal access to IMS fusion video conference is designed.It can be validated by the test schema that different types of terminals can be smoothly connected to the new-built IMS multimedia conference system.

IMS;fusion conference;terminal；access method；application schema

TN915.03

A

1673-629X(2017)10-0169-08

2016-11-08

2017-02-15 < class="emphasis_bold">网络出版时间

时间：2017-07-19

国网2016年信息化项目(IF16-2-12)；国网天津市电力2016年科技计划项目(KJ16-1-16)

周春丰(1980-)，男，硕士，工程师，从事交换系统及视频会议系统的运维工作。

http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1450.TP.20170719.1110.040.html

10.3969/j.issn.1673-629X.2017.10.036