采用IMSPresence業(yè)務(wù)實現(xiàn)信息家電系統(tǒng)的設(shè)計

1.引言

隨著計算機技術(shù)與通信技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用正滲透到人們社會生活的各個領(lǐng)域。

信息家電作為家庭信息化的重要組成部分，也正步入人們的家庭。但信息家電要想規(guī)?；l(fā)展，還有許多亟待解決的問題，如信息家電相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)施的制造水平、互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的普及和技術(shù)的成熟程度以及整個社會信息化水平的發(fā)展等，都成為制約信息家電行業(yè)發(fā)展的因素，其中缺乏信息家電行業(yè)標準也成了束縛信息家電規(guī)?；钠款i。各個家電廠家設(shè)備不兼容，這樣勢必造成整個行業(yè)的重復(fù)建設(shè)，社會資源的浪費。

IMS作為NGN（下一代網(wǎng)絡(luò)）的核心標準框架，開創(chuàng)了全新的電信商業(yè)模式，拓展了整個信息產(chǎn)業(yè)的市場空間，目前正受到全球各類電信運營商的推崇。IMS在設(shè)計上支持移動和固定的介入，將移動通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有機結(jié)合起來，為建設(shè)未來信息通信網(wǎng)絡(luò)提供了標準框架。

因此，建設(shè)基于IMS的信息家電系統(tǒng)勢必成為未來信息家電發(fā)展的趨勢。本文將基于IMS的Presence業(yè)務(wù)應(yīng)用到信息家電系統(tǒng)，基于現(xiàn)有的日趨完善的IMS網(wǎng)絡(luò)來建立家庭信息家電系統(tǒng)，使用SIPPresence相關(guān)標準協(xié)議作為信息家電的上層通信控制協(xié)議，便于各個信息化家電接入IMS網(wǎng)絡(luò)，使信息家電能夠直接適應(yīng)未來３Ｇ信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。同時，直接使用Presence標準部署信息家電系統(tǒng)，有利于信息家電行業(yè)的標準化以及其與電信系統(tǒng)的融合。

2.IMSPresence業(yè)務(wù)介紹

Presence是由IETF提出的一種基于ＩＭＳ的典型應(yīng)用。Presence信息是由PresenTIties（用戶）向（Watcher）發(fā)布的消息，目的是表明他們是否愿意以及是否可能進行通信。通過這種方式，用戶可以向他們的好友告知自己的Presence狀態(tài)?；镜腜resence狀態(tài)的例子有：“在線”、“忙”、以及“離開”?，F(xiàn)在，由于很多用戶一直處于在線狀態(tài)，基本的Presence信息已經(jīng)無法滿足需求，擴展的RichPresence（RPID）包含了更多的用戶及其設(shè)備和服務(wù)等狀態(tài)的信息，例如當(dāng)前時刻用戶最適合的通信方式，音頻、視頻，還是消息等；用戶的當(dāng)前位置；聯(lián)系信息等。

Presence是由PS（PresenceServer）實現(xiàn)的。PS提供用戶在線信息的事件管理功能。PS從網(wǎng)絡(luò)層收集用戶在線信息。

Presence協(xié)議是用來交換Presence信息的。IETF定義了SIP的一個擴展（SIP/SIMPLE）用以通過事件包的定義來發(fā)布和訂購任意類型的信息。根據(jù)Presence實踐包，Presentity使用PUBLISH方法來發(fā)送更新的Presence信息給PS，Watcher實用SUBSCRIBE和NOTIFY方法接收Presence信息的更新。Presence模型如圖1。

圖1 IMSPresence基本模型

3.基于Presence業(yè)務(wù)的信息家電系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

從上面對基于IMS的Presence業(yè)務(wù)的介紹，可以了解到當(dāng)前關(guān)于Presence的標準制訂及應(yīng)用模型的實現(xiàn)已成熟化，因此，把Presence業(yè)務(wù)應(yīng)用到信息家電系統(tǒng)中，不僅可以使信息家電系統(tǒng)適應(yīng)未來IMS網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，而且基于Presence的信息家電系統(tǒng)將更易于信息家電的標準化及各個廠家信息家電結(jié)合的兼容性。

基于Presence的信息家電系統(tǒng)模型如圖2。

在基于Presence的信息家電系統(tǒng)中，用戶可以通過手持終端，經(jīng)過IMS網(wǎng)絡(luò)，通過HS（HomeServer）來控制家庭網(wǎng)絡(luò)中的HA（家電HouseholdAppliance）。HS集成在家庭網(wǎng)絡(luò)接入到IMS網(wǎng)絡(luò)的接入點上，其與各個HA之間可以使用有線連接，也可以使用WLAN。

HS搜集家庭網(wǎng)絡(luò)中各個HA的狀態(tài)信息，并將這些信息轉(zhuǎn)化為Presence格式的信息，以SIP消息發(fā)送至PS。PS則將HA的狀態(tài)信息作為一般Presence信息看待，并及時將信息更新發(fā)送至用戶終端。為便于說明，將系統(tǒng)簡化為如圖3。整個系統(tǒng)使用SIP協(xié)議作為上層控制協(xié)議，直接使用SIP消息來實現(xiàn)對信息化家電的遠程控制與操作。

3.1 各功能實體介紹

3.1.1 控制終端（UEs）

UEs是用戶用來進行遠端控制的通信設(shè)備，如手機、計算機等。一般的嵌入式SIP終端即可完成UE功能。IMS網(wǎng)絡(luò)與接入方式無關(guān)的特性為UE提供了更靈活的選擇。用戶既可以通過手持設(shè)備直接查看家庭各個家電的狀態(tài)并在需要時通過手持設(shè)備進行控制操作，又可以通過Internet網(wǎng)絡(luò)來管理控制各個家電的行為。

3.1.2 服務(wù)器（Servers）

服務(wù)器部分包括PS和HS兩部分。

PS，即Presence業(yè)務(wù)中的PresenceServer，IMS結(jié)構(gòu)框架中部署的應(yīng)用服務(wù)器（AS），是完成Presence業(yè)務(wù)的核心。在功能上，除了完成原有Presence應(yīng)用外，還擔(dān)負著與HS交互的功能。一方面將用戶控制端發(fā)送來的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)至HS，扮演RedirectServer的功能；另一方面接收來自HS的各個家電的狀態(tài)信息，并及時把狀態(tài)更新通知用戶。

HS，家庭服務(wù)器，位于用戶家庭網(wǎng)絡(luò)中，負責(zé)對家庭網(wǎng)絡(luò)中各個信息家電進行控制，同時扮演家庭網(wǎng)關(guān)的角色，它是信息家電實施遠程控制的核心。一方面，HS接收并保存來自各個HA的狀態(tài)信息，將其映射為Presence狀態(tài)信息，使用SIPPUBLISH消息發(fā)送至PS，完成Presence信息收集的功能；另一方面，通過PS接收來自用戶控制端的控制命令，控制各個HA的狀態(tài)變化。相對于PS來說，HS在系統(tǒng)中的作用為Presence信息的（Presentities）；相對于HA來說，則作為PS扮演者收集、保存Presence信息的角色。在這里，PS與HS都會保存HA的Presence信息。而PS上的信息將會隨著HS而更新。

3.1.3 信息家電（HA）

HA，信息家電系統(tǒng)的主體。HA在系統(tǒng)中作為Presentity根據(jù)自身狀態(tài)向HS發(fā)布Presence信息。HA的狀態(tài)的獲取可以通過底層傳感器來獲取，根據(jù)傳感器獲取的不同參數(shù)對應(yīng)不同的狀態(tài)信息。由于HA既要在上層與HS通信，又要控制家電的各個不同狀態(tài)，因此，它可以由嵌入到家電設(shè)備中的SIP終端來實現(xiàn)。根據(jù)其功能，可將嵌入式SIP終端分為三層來實現(xiàn)，如圖4。

其中應(yīng)用層（ApplicationLayer）完成Presence信息的解析。SIP協(xié)議棧層（SIPStack）負責(zé)接收與發(fā)送SIP消息，SIP消息的解析?？刂茖右环矫尕撠?zé)HA狀態(tài)的獲取，令一方面則根據(jù)上層解析出的控制命令對HA操作。

3.2 使用SIP控制HA流程

控制終端通過IMS網(wǎng)絡(luò)查閱HA狀態(tài)、控制HA的基本流程如圖5、圖6。在Presence應(yīng)用中，PS將Presence信息存儲到資源列表服務(wù)器RLS（ResourceListServer），通過XCAP協(xié)議訪問修改RLS。為便于說明，這里不討論以及PS對RLS的訪問過程以及UE、HA的注冊過程。

圖5為HA發(fā)布自身狀態(tài)，UE查詢（訂閱）HA狀態(tài)的過程。具體過程為：

1.Subscribe

UE訂閱HA的當(dāng)前狀態(tài)。

2.Publish

HA及時將自身狀態(tài)發(fā)布到HS，HS負責(zé)向PS提交HA的當(dāng)前狀態(tài)。PS接收到HS發(fā)送的HA的狀態(tài)信息并保存，同時恢復(fù)200消息確認消息成功接收。

3.Notify

PS上保存的HA的狀態(tài)有變化，通知UE，UE成功接收后恢復(fù)200。

4.HA狀態(tài)變更，PS即使將變更通知UE

圖6為UE遠程控制HA的過程。這里可以通過對PUBLISH消息做一定改進，來實現(xiàn)對HA控制的功能。

SIP中一般的PUBLISH消息頭結(jié)構(gòu)為：

RFC3265定義了Event頭域來標明消息體的格式及應(yīng)用。例如Presence業(yè)務(wù)中PUBLISH和NOTIFY都使用Event：Presence來標識Presence應(yīng)用。這里仍然可以使用PIDF及RPID的格式來表示UE對HA的控制，但為了與IMS中Presence業(yè)務(wù)區(qū)別，使用的Event類型可以使用額外參數(shù)來加以標示，可以使用不同的id來表示不同的命令，如這里的PUBLISH消息可以使用“Event：Presence；id=1234”表示打開HA命令，“Event：Presence；id=5678”

表示關(guān)閉命令等等，同時，在PUBLISH消息體中可以傳遞命令的相關(guān)參數(shù)。這樣，Event類型與PUBLISH消息體的內(nèi)容結(jié)合，就可以實現(xiàn)對信息家電的多種控制與操作。為了完成對HA的遠程控制與操作，PS及HS也要根據(jù)SIP消息頭中的Event內(nèi)容來決定對SIP消息的處理。在HA的SIP終端，則要負責(zé)對SIP消息的解析，一方面對SIP消息體解析，得到各個控制命令的參數(shù)，令一方面將不同的命令及參數(shù)映射為成對HA的控制與操作。

4.總結(jié)

從上述基于Presence的信息家電系統(tǒng)的設(shè)計可以看出，在Presence框架之上構(gòu)建的信息家電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)直接使用SIP協(xié)議以及IMS標準，可以提高各個廠家信息家電設(shè)備的通信兼容性，大大簡化了信息家電系統(tǒng)的標準化設(shè)計。同時，通過對IMS現(xiàn)有基本業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴展，可以實現(xiàn)各種豐富多彩的應(yīng)用。隨著IMS技術(shù)的不斷成熟及未來信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，其應(yīng)用也將日益豐富、完善。