李曉蕓，樊 友，宋玉磊（.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司，北京 00048；.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司成都分公司，四川成都 60；.中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007）

0 前言

隨著人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、智能終端技術(shù)的快速發(fā)展，語音機(jī)器人、智能電視、智能音響、智能門鈴等具備操作系統(tǒng)的智能終端開始逐漸普及。除互聯(lián)網(wǎng)OTT應(yīng)用之外，政府、企業(yè)以及個(gè)人對(duì)語音、消息、視頻3類基礎(chǔ)電信業(yè)務(wù)表現(xiàn)出了較強(qiáng)的智能終端通信需求。由于電話號(hào)碼具有較強(qiáng)的安全性保障，如何在智能終端設(shè)備上使用電話號(hào)碼進(jìn)行通信，滿足用戶日益增長的業(yè)務(wù)需求，成為目前亟待解決的問題。

1 智能終端融合通信系統(tǒng)組成

智能終端融合通信指在不具備電信通信能力的智能終端上以SDK、APP 甚至USB 外設(shè)形式將電信業(yè)務(wù)能力集成至智能終端上以提供更安全、更便捷、更泛在的電信級(jí)融合通信業(yè)務(wù)。

智能終端融合通信涉及到終端管理、通信能力集成、基礎(chǔ)IMS 網(wǎng)絡(luò)、碼號(hào)管理、號(hào)端綁定、被叫觸達(dá)、業(yè)務(wù)受理與開通多個(gè)子系統(tǒng)，整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 智能終端融合通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

a）智能終端：包括手機(jī)、平板電腦、PC、智能音箱、智能電視、可穿戴智能設(shè)備等可聯(lián)網(wǎng)可集成音視頻采集和播放的電子設(shè)備。

b）智能終端融合通信APP（以下簡稱APP）：集成音視頻和消息能力，支持多種操作系統(tǒng)（如Android、iOS、Linux、Windows），可安裝到智能終端上，通過IP網(wǎng)絡(luò)與IMS互通實(shí)現(xiàn)收發(fā)音視頻和消息能力。

c）終端管理平臺(tái)：控制智能終端通話行為和接入電信核心網(wǎng)的能力。

d）IMS：歸屬運(yùn)營商，通過SIP 協(xié)議提供電信業(yè)務(wù)和IP 類業(yè)務(wù)融合主被叫路由尋址策略，實(shí)現(xiàn)信令和媒體信息在互聯(lián)網(wǎng)和核心網(wǎng)之間的互通。

e）業(yè)務(wù)受理平臺(tái)：一般由運(yùn)營商提供，完成終端號(hào)碼及業(yè)務(wù)的開通和注銷，并將號(hào)碼業(yè)務(wù)狀態(tài)實(shí)時(shí)同步給終端管理平臺(tái)和IMS。

2 關(guān)鍵技術(shù)分析

融合通信業(yè)務(wù)在使用音視頻及短信業(yè)務(wù)時(shí)，除具備和原生終端一樣的IMS標(biāo)識(shí)分配、業(yè)務(wù)注冊(cè)、第三方注冊(cè)、鑒權(quán)認(rèn)證、主叫語音、視頻及主叫短信、在線時(shí)的被叫語音和視頻等關(guān)鍵點(diǎn)外，智能終端融合通信還需要解決號(hào)端綁定、終端APP?；睢⒈唤须x線觸達(dá)、MT短信4個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)。

2.1 號(hào)端綁定

語音通話過程中最基本的要素為號(hào)碼和通信協(xié)議。在電信網(wǎng)絡(luò)中，通信主體由號(hào)碼唯一標(biāo)識(shí)。智能終端融合通信場景中，智能終端必須與特定號(hào)碼綁定，通過號(hào)碼信息注冊(cè)到IMS 中，使用SIP 協(xié)議進(jìn)行通信。

2.2 智能終端APP?；?/h3>

某號(hào)碼在IMS 完成注冊(cè)后，若心跳消失超過一定時(shí)間，IMS 將不再保留該號(hào)碼的注冊(cè)狀態(tài)信息。智能終端的通話需要主被叫雙方通過SIP 協(xié)議建立起通話通道，并且在通話開始之前智能終端APP 綁定的號(hào)碼需要在IMS上保持注冊(cè)狀態(tài)。

2.3 智能終端被叫離線觸達(dá)

手機(jī)iOS 系統(tǒng)在進(jìn)行應(yīng)用程序管理時(shí)，會(huì)在一定時(shí)間后關(guān)閉退到后臺(tái)的APP的網(wǎng)絡(luò)連接，手機(jī)Android系統(tǒng)也有類似情況。上述管理操作會(huì)導(dǎo)致APP 與IMS之間的心跳停止，IMS 會(huì)丟失APP 綁定號(hào)碼的注冊(cè)信息，進(jìn)而在APP 作為被叫時(shí)IMS 無法順利送出呼叫請(qǐng)求。為了保證用戶被叫隨時(shí)可觸達(dá)，IMS 需要在APP離線時(shí)發(fā)送信息到智能終端將APP 喚醒到前臺(tái)，讓APP 主動(dòng)注冊(cè)到IMS 上，確保呼叫請(qǐng)求能順利送達(dá)APP。

2.4 MT短信

當(dāng)智能終端APP向IMS注冊(cè)成功時(shí)，S-CSCF會(huì)根據(jù)簽約iFC中的IP-SM-GW 地址向IP-SM-GW 發(fā)起第三方注冊(cè)請(qǐng)求，IP-SM-GW 收到注冊(cè)請(qǐng)求后通過Sh 接口的UDR∕UDA 消息獲取用戶消息，同時(shí)通過PUR 消息向HLR&EPC-HSS 注冊(cè)IP-SM-GW GT 號(hào)碼，當(dāng)用戶簽約數(shù)據(jù)只在IMS-HSS 設(shè)備中存儲(chǔ)而未在HLR&EPC-HSS 設(shè)備中存儲(chǔ)時(shí)，PUA 消息響應(yīng)失敗將導(dǎo)致APP無法正常接收短信。

3 關(guān)鍵技術(shù)方案建議

3.1 號(hào)端綁定

終端管理流程如圖2所示。

圖2 終端管理流程圖

圖2中的流程①表示業(yè)務(wù)受理平臺(tái)將號(hào)碼和業(yè)務(wù)開通狀態(tài)同步給終端管理平臺(tái)和IMS，包括號(hào)碼注冊(cè)到IMS時(shí)所用的賬號(hào)和鑒權(quán)信息。

流程②表示APP 提供用戶注冊(cè)操作，流程③表示終端管理平臺(tái)對(duì)終端APP注冊(cè)用戶進(jìn)行實(shí)名認(rèn)證。

流程④～⑤表示用戶通過APP 完成實(shí)名認(rèn)證，終端管理平臺(tái)完成APP 的注冊(cè)流程，將號(hào)碼與APP 和終端設(shè)備進(jìn)行綁定并將包含IMS網(wǎng)絡(luò)接入和鑒權(quán)信息等配置信息通過安全加密的方式發(fā)送給終端APP。

流程⑥～⑦表示APP 使用配置信息向IMS 發(fā)起注冊(cè)及鑒權(quán)，成功后，APP 和IMS 之間成功建立心跳機(jī)制。在心跳存活狀態(tài)下，智能終端即可通過APP 與任何可使用SIP協(xié)議的終端通話。

3.2 智能終端APP?；?/h3>

智能終端作為主叫時(shí)，由APP 首先發(fā)起呼叫請(qǐng)求，APP會(huì)確保自身在IMS上完成注冊(cè)，順利將SIP INVITE 信令發(fā)送給所注冊(cè)的IMS，由IMS 根據(jù)路由策略尋找被叫。但當(dāng)智能終端作為被叫時(shí)，主叫發(fā)起的SIP INVITE 信令到達(dá)IMS 時(shí)，IMS 需要將該信令轉(zhuǎn)發(fā)給智能終端，若此時(shí)IMS中沒有被叫號(hào)碼的注冊(cè)信息，IMS 將會(huì)釋放掉該INVITE 請(qǐng)求，智能終端將無法接收到呼叫。

智能終端APP ?；钪窤PP 從前臺(tái)退至后臺(tái)之后能夠保持進(jìn)程在線，維持APP與IMS之間的心跳不斷，確保綁定號(hào)碼在IMS中的注冊(cè)狀態(tài)長期有效。

智能終端APP ?；钭詈玫膶?shí)現(xiàn)方式是由終端廠商做操作系統(tǒng)級(jí)別的?；畲胧?，即保證APP 在第1 次啟動(dòng)后，進(jìn)程一直存在，直到APP主動(dòng)退出進(jìn)程。

3.3 智能終端被叫離線觸達(dá)

3.3.1 智能終端被叫觸達(dá)方案

智能終端被叫觸達(dá)方案如圖3所示。

圖3 智能終端被叫觸達(dá)方案

圖3 中AS 負(fù)責(zé)號(hào)碼業(yè)務(wù)簽約管理、被叫號(hào)碼路由查詢和呼叫邏輯處理。該方案中，AS需提供被叫推送業(yè)務(wù)簽約功能。

APP 正常在線情況下，CSCF 接收到INVITE 呼叫請(qǐng)求時(shí)，先到AS 中查詢被叫號(hào)碼的注冊(cè)狀態(tài)，從注冊(cè)信息中查到被叫終端的地址，通過互聯(lián)網(wǎng)SBC 將INVITE呼叫請(qǐng)求路由給智能終端APP。

當(dāng)APP 離線時(shí)，AS 查不到被叫號(hào)碼的注冊(cè)信息，進(jìn)而繼續(xù)查詢被叫號(hào)碼是否已簽約被叫推送業(yè)務(wù)。若被叫號(hào)碼已簽約被叫推送業(yè)務(wù)，AS 將在INVITE 有效期內(nèi)保持該INVITE呼叫請(qǐng)求，并將呼叫請(qǐng)求相關(guān)信息發(fā)送給固定的推送網(wǎng)關(guān)。推送網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)將來電提醒消息及時(shí)推送到智能終端。用戶通過點(diǎn)擊推送消息喚醒APP，APP 重新注冊(cè)到IMS 后，AS 按照APP 正常在線的流程將保持的INVITE 呼叫請(qǐng)求下發(fā)給APP。INVITE 有效期結(jié)束時(shí)，若APP 未能成功注冊(cè)到IMS，AS 將釋放掉該INVITE 消息，此后APP 再次注冊(cè)到IMS時(shí)將無法接收到該次呼叫請(qǐng)求。

3.3.2 被叫推送業(yè)務(wù)簽約

被叫推送業(yè)務(wù)簽約在APP 向IMS 注冊(cè)時(shí)同步完成，如圖4所示。

圖4 被叫推送業(yè)務(wù)簽約流程

圖4 中的流程①表示APP 在向IMS 發(fā)起注冊(cè)時(shí)，在注冊(cè)消息頭部中攜帶推送token 發(fā)送給AS，該token由APP 和智能終端設(shè)備號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系生成，能唯一識(shí)別該APP。

流程②表示AS將該token上傳到HSS。

流程③表示HSS 將token 信息保存到透明數(shù)據(jù)中后向AS做出應(yīng)答。

流程④表示AS完成注冊(cè)后向APP返回200 OK。

將被叫推送業(yè)務(wù)相關(guān)信息存儲(chǔ)到HSS 中保證了被叫推送功能可靠性，確保在AS故障或容災(zāi)倒換期間推送業(yè)務(wù)依然可用。

3.3.3 被叫離線喚醒流程

智能終端被叫離線喚醒流程如圖5所示。

圖5 被叫離線喚醒流程

流程①～②表示INVITE呼叫請(qǐng)求到達(dá)AS。

流程③～④表示AS 判斷被叫號(hào)碼不在線，保持該INVITE 請(qǐng)求，到HSS中查詢到被叫號(hào)碼已簽約被叫推送業(yè)務(wù)，并獲取到推送token。

流程⑤～⑥表示AS 將來電信息經(jīng)由推送網(wǎng)關(guān)推送到智能終端上的APP，推送消息中包含主叫號(hào)碼和來電時(shí)間等信息。

流程⑦～⑧表示用戶點(diǎn)擊推送消息，喚醒APP 后，APP主動(dòng)到AS中進(jìn)行注冊(cè)。

流程⑨～⑩表示AS按注冊(cè)流程將號(hào)碼的被叫推送token更新到HSS中。

流程○1～○12表示AS 發(fā)現(xiàn)被叫號(hào)碼注冊(cè)成功，將保持的INVITE請(qǐng)求下發(fā)給APP。

3.4 MT短信

本文推薦采用VoLTE 協(xié)議棧方案來滿足智能終端收發(fā)短信的需求。通過VoLTE 外置協(xié)議棧方式實(shí)現(xiàn)APP綁定號(hào)碼在IMS以及HLR&EPC-HSS 中的注冊(cè)和鑒權(quán)，通過SMS over IP 方式實(shí)現(xiàn)收發(fā)短信功能。該方案目前在基于Linux 的智能終端設(shè)備上得到成功驗(yàn)證。

4 結(jié)束語

智能終端融合通信解決方案已在中國聯(lián)通沃家固話產(chǎn)品中應(yīng)用，聯(lián)合百度、天貓、小米等廠商推出多款智能音箱產(chǎn)品；同時(shí)也在海南聯(lián)通海陸通產(chǎn)品中應(yīng)用。適配于智能門鈴、智能面板、智慧屏幕等其他智能終端的應(yīng)用及產(chǎn)品孵化也在同步進(jìn)行中。

智能終端融合通信能力及解決方案不僅能為用戶提供更靈活、更多樣化的通信服務(wù)，同時(shí)隨著未來終端形態(tài)更加多元化，AI、VR∕AR 等新技術(shù)帶來的交互形式不斷發(fā)展，智能終端融合通信能力在物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等更多領(lǐng)域也將有更豐富的應(yīng)用。