智能终端融合通信关键技术研究

李晓芸，樊 友，宋玉磊（.中讯邮电咨询设计院有限公司，北京 00048；.中讯邮电咨询设计院有限公司成都分公司，四川成都 60；.中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南郑州 450007）

0 前言

随着人工智能、物联网、智能终端技术的快速发展，语音机器人、智能电视、智能音响、智能门铃等具备操作系统的智能终端开始逐渐普及。除互联网OTT应用之外，政府、企业以及个人对语音、消息、视频3类基础电信业务表现出了较强的智能终端通信需求。由于电话号码具有较强的安全性保障，如何在智能终端设备上使用电话号码进行通信，满足用户日益增长的业务需求，成为目前亟待解决的问题。

1 智能终端融合通信系统组成

智能终端融合通信指在不具备电信通信能力的智能终端上以SDK、APP 甚至USB 外设形式将电信业务能力集成至智能终端上以提供更安全、更便捷、更泛在的电信级融合通信业务。

智能终端融合通信涉及到终端管理、通信能力集成、基础IMS 网络、码号管理、号端绑定、被叫触达、业务受理与开通多个子系统，整体系统结构如图1所示。

图1 智能终端融合通信系统结构图

a）智能终端：包括手机、平板电脑、PC、智能音箱、智能电视、可穿戴智能设备等可联网可集成音视频采集和播放的电子设备。

b）智能终端融合通信APP（以下简称APP）：集成音视频和消息能力，支持多种操作系统（如Android、iOS、Linux、Windows），可安装到智能终端上，通过IP网络与IMS互通实现收发音视频和消息能力。

c）终端管理平台：控制智能终端通话行为和接入电信核心网的能力。

d）IMS：归属运营商，通过SIP 协议提供电信业务和IP 类业务融合主被叫路由寻址策略，实现信令和媒体信息在互联网和核心网之间的互通。

e）业务受理平台：一般由运营商提供，完成终端号码及业务的开通和注销，并将号码业务状态实时同步给终端管理平台和IMS。

2 关键技术分析

融合通信业务在使用音视频及短信业务时，除具备和原生终端一样的IMS标识分配、业务注册、第三方注册、鉴权认证、主叫语音、视频及主叫短信、在线时的被叫语音和视频等关键点外，智能终端融合通信还需要解决号端绑定、终端APP保活、被叫离线触达、MT短信4个方面的关键技术。

2.1 号端绑定

语音通话过程中最基本的要素为号码和通信协议。在电信网络中，通信主体由号码唯一标识。智能终端融合通信场景中，智能终端必须与特定号码绑定，通过号码信息注册到IMS 中，使用SIP 协议进行通信。

2.2 智能终端APP保活

某号码在IMS 完成注册后，若心跳消失超过一定时间，IMS 将不再保留该号码的注册状态信息。智能终端的通话需要主被叫双方通过SIP 协议建立起通话通道，并且在通话开始之前智能终端APP 绑定的号码需要在IMS上保持注册状态。

2.3 智能终端被叫离线触达

手机iOS 系统在进行应用程序管理时，会在一定时间后关闭退到后台的APP的网络连接，手机Android系统也有类似情况。上述管理操作会导致APP 与IMS之间的心跳停止，IMS 会丢失APP 绑定号码的注册信息，进而在APP 作为被叫时IMS 无法顺利送出呼叫请求。为了保证用户被叫随时可触达，IMS 需要在APP离线时发送信息到智能终端将APP 唤醒到前台，让APP 主动注册到IMS 上，确保呼叫请求能顺利送达APP。

2.4 MT短信

当智能终端APP向IMS注册成功时，S-CSCF会根据签约iFC中的IP-SM-GW 地址向IP-SM-GW 发起第三方注册请求，IP-SM-GW 收到注册请求后通过Sh 接口的UDR∕UDA 消息获取用户消息，同时通过PUR 消息向HLR&EPC-HSS 注册IP-SM-GW GT 号码，当用户签约数据只在IMS-HSS 设备中存储而未在HLR&EPC-HSS 设备中存储时，PUA 消息响应失败将导致APP无法正常接收短信。

3 关键技术方案建议

3.1 号端绑定

终端管理流程如图2所示。

图2 终端管理流程图

图2中的流程①表示业务受理平台将号码和业务开通状态同步给终端管理平台和IMS，包括号码注册到IMS时所用的账号和鉴权信息。

流程②表示APP 提供用户注册操作，流程③表示终端管理平台对终端APP注册用户进行实名认证。

流程④～⑤表示用户通过APP 完成实名认证，终端管理平台完成APP 的注册流程，将号码与APP 和终端设备进行绑定并将包含IMS网络接入和鉴权信息等配置信息通过安全加密的方式发送给终端APP。

流程⑥～⑦表示APP 使用配置信息向IMS 发起注册及鉴权，成功后，APP 和IMS 之间成功建立心跳机制。在心跳存活状态下，智能终端即可通过APP 与任何可使用SIP协议的终端通话。

3.2 智能终端APP保活

智能终端作为主叫时，由APP 首先发起呼叫请求，APP会确保自身在IMS上完成注册，顺利将SIP INVITE 信令发送给所注册的IMS，由IMS 根据路由策略寻找被叫。但当智能终端作为被叫时，主叫发起的SIP INVITE 信令到达IMS 时，IMS 需要将该信令转发给智能终端，若此时IMS中没有被叫号码的注册信息，IMS 将会释放掉该INVITE 请求，智能终端将无法接收到呼叫。

智能终端APP 保活指APP 从前台退至后台之后能够保持进程在线，维持APP与IMS之间的心跳不断，确保绑定号码在IMS中的注册状态长期有效。

智能终端APP 保活最好的实现方式是由终端厂商做操作系统级别的保活措施，即保证APP 在第1 次启动后，进程一直存在，直到APP主动退出进程。

3.3 智能终端被叫离线触达

3.3.1 智能终端被叫触达方案

智能终端被叫触达方案如图3所示。

图3 智能终端被叫触达方案

图3 中AS 负责号码业务签约管理、被叫号码路由查询和呼叫逻辑处理。该方案中，AS需提供被叫推送业务签约功能。

APP 正常在线情况下，CSCF 接收到INVITE 呼叫请求时，先到AS 中查询被叫号码的注册状态，从注册信息中查到被叫终端的地址，通过互联网SBC 将INVITE呼叫请求路由给智能终端APP。

当APP 离线时，AS 查不到被叫号码的注册信息，进而继续查询被叫号码是否已签约被叫推送业务。若被叫号码已签约被叫推送业务，AS 将在INVITE 有效期内保持该INVITE呼叫请求，并将呼叫请求相关信息发送给固定的推送网关。推送网关负责将来电提醒消息及时推送到智能终端。用户通过点击推送消息唤醒APP，APP 重新注册到IMS 后，AS 按照APP 正常在线的流程将保持的INVITE 呼叫请求下发给APP。INVITE 有效期结束时，若APP 未能成功注册到IMS，AS 将释放掉该INVITE 消息，此后APP 再次注册到IMS时将无法接收到该次呼叫请求。

3.3.2 被叫推送业务签约

被叫推送业务签约在APP 向IMS 注册时同步完成，如图4所示。

图4 被叫推送业务签约流程

图4 中的流程①表示APP 在向IMS 发起注册时，在注册消息头部中携带推送token 发送给AS，该token由APP 和智能终端设备号的对应关系生成，能唯一识别该APP。

流程②表示AS将该token上传到HSS。

流程③表示HSS 将token 信息保存到透明数据中后向AS做出应答。

流程④表示AS完成注册后向APP返回200 OK。

将被叫推送业务相关信息存储到HSS 中保证了被叫推送功能可靠性，确保在AS故障或容灾倒换期间推送业务依然可用。

3.3.3 被叫离线唤醒流程

智能终端被叫离线唤醒流程如图5所示。

图5 被叫离线唤醒流程

流程①～②表示INVITE呼叫请求到达AS。

流程③～④表示AS 判断被叫号码不在线，保持该INVITE 请求，到HSS中查询到被叫号码已签约被叫推送业务，并获取到推送token。

流程⑤～⑥表示AS 将来电信息经由推送网关推送到智能终端上的APP，推送消息中包含主叫号码和来电时间等信息。

流程⑦～⑧表示用户点击推送消息，唤醒APP 后，APP主动到AS中进行注册。

流程⑨～⑩表示AS按注册流程将号码的被叫推送token更新到HSS中。

流程○1～○12表示AS 发现被叫号码注册成功，将保持的INVITE请求下发给APP。

3.4 MT短信

本文推荐采用VoLTE 协议栈方案来满足智能终端收发短信的需求。通过VoLTE 外置协议栈方式实现APP绑定号码在IMS以及HLR&EPC-HSS 中的注册和鉴权，通过SMS over IP 方式实现收发短信功能。该方案目前在基于Linux 的智能终端设备上得到成功验证。

4 结束语

智能终端融合通信解决方案已在中国联通沃家固话产品中应用，联合百度、天猫、小米等厂商推出多款智能音箱产品；同时也在海南联通海陆通产品中应用。适配于智能门铃、智能面板、智慧屏幕等其他智能终端的应用及产品孵化也在同步进行中。

智能终端融合通信能力及解决方案不仅能为用户提供更灵活、更多样化的通信服务，同时随着未来终端形态更加多元化，AI、VR∕AR 等新技术带来的交互形式不断发展，智能终端融合通信能力在物联网、工业互联网等更多领域也将有更丰富的应用。