基于IMS的IPTV系统架构研究进展

摘要：IMS是公认的解决FMC的统一系统架构，IPTV系统架构的实现可以基于多种网络技术，其中基于统一IMS实现是当前研究的热点......
随着网络的不断发展和业务的不断丰富，网络融合是必然趋势。IPTV的出现是广播电视媒体与电信网络融合的重要一步，同时移动互联网业务的飞速发展，使得FMC变得至关重要。而IMS是公认的解决FMC的统一系统架构，IPTV系统架构的实现可以基于多种网络技术，其中基于统一IMS实现是当前研究的热点。

IPTV的演进

IPTV是一种承载在IP网络基础之上的，能够提供电视、视频、语音、文本、图像、数据等业务的多媒体业务。当前由于IPTV应用飞速发展，IPTV为电信业提供了非常好的业务发展之路，业界普遍认识到IPTV能够与电信网络紧密结合起来，最终建立一种可控、可管理、可运维的IPTV系统架构，同时能够提供电信级的服务质量、用户体验、安全性、可交互性和可靠性。目前重要的电信标准组织都在积极研究IPTV解决方案，希望能够满足在业务、网络等多方面的融合需求，其中对基于IMS的IPTV系统架构的研究具有很大的发展空间，研究的目标就是基于IMS之上，建立一个融合的IPTV系统架构。

IMS与IPTV融合的基础

IMS作为下一代网络发展道路上的一个重要里程碑，在许多方面具备了与IPTV融合的基础，如发展方向、业务要求、基础承载网络、运营商与用户的要求等，所以在IMS系统架构基础之上建立一个融合的IPTV系统架构是可行的。

具有相同业务要求和发展方向

IMS网络满足下一代网络的业务要求，即希望为用户逐步提供多媒体业务、流媒体业务和信息服务业务等方面的内容，传统的IPTV主要提供电视类业务，但随着其快速发展希望能逐步提供更多的增值类业务，如：多媒体业务、宽带互联网业务等，而这些业务恰恰是IMS网络发展应用所需要的。对于这些相同的业务要求，考虑IMS与IPTV结合是实现这些业务要求，取得一致发展方向的最优途径。

对于承载网络的要求一致

虽然IP交换网络具有一些例如服务质量方面的先天缺陷，但是在下一代网络发展演进中依然看到了承载层使用IP交换网络带来的诸多好处，最终还是选择IP交换网作为其承载网络。IMS承载网络的部署满足下一代网络对承载网络方面的要求，即IMS承载网络也依然是基于IP的，IPTV究其本身就是一种建立在IP网络之上的业务应用，所以使用相同的IP承载网络为IMS网络和IPTV的融合提供了良好的物理基础。

运营商及用户的要求

对于IPTV系统架构的演进研究与后期的实践，运营商非常希望最终建立一个可管理、可控制、可运维的融合网络，能够为用户提供多种宽带业务。电信用户也将改变以往的各种电信业务感受，将逐渐对采用统一的业务受理、统一的业务体验、统一的业务帐单等新兴服务手段感到满意。

从以上的分析可以看出，IMS与IPTV已经具备在以上几个方面融合的基础，最终建立的IPTV系统架构是一个满足业务、网络等多方需求的融合系统架构。

基于IMS的IPTV系统架构研究进展

目前，电信领域的两大标准组织ITU和TISPAN都对基于IMS的IPTV系统架构积极进行研究，为早日完成融合的IPTV系统架构提供标准方面的支持。

ITU FG IPTV基于IMS的IPTV系统架构

ITU FG IPTV目前正在制定基于IMS的IPTV的相关标准，ITU FG IPTV研究的基于IMS的IPTV系统架构除了在网络控制部分利用了其在下一代网络中定义的NACF（网络附着控制功能）和RACF（资源接纳控制功能）两个子系统，还将利用IMS核心网及相关实体如SUP-FE等来提供IPTV应用业务的系统架构。

ITU FG IPTV重用了其研究的IMS的功能实体与系统架构，并添加了与IPTV提供应用业务所要求的功能实体。

相关IPTV的功能实体

针对ITU FG IPTV研究的基于IMS的IPTV系统架构中出现的与IPTV特定的功能实体分别介绍如下：

会话用户功能实体（SC-FE Session Client Function Entity）为标识和准备与内容分发功能的连接，将经过IMS核心与IPTV应用通信，例如视频点播类将根据业务需求请求合适的内容分发和存储功能，直播业务当中请求直播应用的网络参数等，并得到以上两种情况的响应。SC-FE在SIP会话过程中也提供处理业务请求的功能。

在图1所示的系统架构当中，IMS核心功能实体代替了IPTV业务控制功能，将提供基于SIP的会话控制机制与基于IPTV应用业务用户订阅信息的鉴权和授权，并且通过与RACS交互进行资源预留。核心IMS在SIP会话期间为IPTV终端功能，IPTV应用和内容分发功能之间提供交互功能。核心IMS能够用作业务发现，并且诸如计费和漫游也被支持。

业务用户清单功能实体（SUP-FEService User ProfileFunction Entity）能被用作存储用户清单、用户相关的位置信息和业务层的状态数据。它将执行基本数据管理和维护功能，并负责响应对用户清单的查询。

IPTV业务应用

系统将提供发现和选择应用的IPTV业务，可以从多个业务供应商那里进行这些操作。业务发现产生并提供业务发现信息给IPTV终端，并且业务发现信息包括一个或多个到业务选择应用的接口点（如：URL）。业务选择为便于用户浏览和选择将产生并提供包括直播、点播等可用业务的信息描述。

系统将执行会话管理、业务授权、元数据内容呈现和点播的业务逻辑，以及会话管理、业务授权、元数据内容呈现和直播的业务逻辑。

系统还将提供额外的IPTV业务和内容的分发和呈现，如：游戏、远程学习等。通过和业务用户清单交互获得用户的业务清单后，所有的业务都将支持IPTV业务的个性化服务。

ETSI TISPAN基于IMS的IPTV系统架构

ETS[FS:Page]I TISPAN的R1阶段对IMS的架构的研究将直接基于3GPP版本7定义的IMS系统架构，并针对固定的特殊要求进行了相关的改进，其所研究的基于IMS的IPTV系统架构的研究将主要基于其IMS Release 1的研究成果上，其中包含了已有的NASS和RACS子系统，并适当加入与IPTV相关的网络功能实体来实现对IPTV业务的扩展。

ETSI TISPAN重用了Release 1阶段研究的IMS的功能实体与系统架构，并添加了与IPTV提供应用业务所要求的功能实体。

相关IPTV的功能实体

针对ETSI TISPAN研究的基于IMS的IPTV系统架构中出现的与IPTV特定的功能实体分别介绍如下：

业务发现和选择功能（SDF和SSF）是向用户提供IPTV业务选择所须的相关信息。其中SDF的主要功能是产生或提供业务附着信息与提供个人化的业务发现；SSF提供业务选择信息，例如用户可浏览和选择的业务清单。SSF可以产生这些业务选择信息，也可以获取和转发这些业务选择信息。SSF还可提供业务选择的描述信息。在单播模式下，这些描述信息可以是个性化的。也可以从终端接收选择请求，例如下面所描述的一个关于网络实现的个人视频录像捕获请求。

IPTV业务控制功能（SCF）将提供在会话开始阶段，以及会话修改过程中对业务进行鉴权，包括检查IPTV用户的签约信息以允许或拒绝接入业务、额度限制和信用控制、选择相关的IPTV媒体功能等。可以说SCF是一个SIP应用服务器。对于第三方提供的IPTV SCF服务器，不能直接通过Sh接口接入到UPSF中；但是根据运营商的网络现状和网络能力，允许存在其他方式获取UPSF中的用户签约数据。SCF可以使用IPTV签约数据来定制用户的业务体验。举例而言，用户定制的BC TV业务的清单可用来过滤向用户发送的信息。与IPTV业务控制功能通信的用户终端可以通过IMS进行会话管理，也可以通过Ut接口进行用户签约业务信息的配置。

IPTV的媒体功能主要负责控制和向用户传送媒体流，可以分成两部分功能：媒体控制功能（MCF）和媒体传送功能（MDF）。MCF功能包括处理对MDF的媒体流控制、管理MDF的媒体处理、监测MDF的状态、管理与用户的交互、处理与SCF的交互、对它控制的不同MDF的状态和内容分布进行精确监控、在一个MCF控制多个MDF的情况下选择一个MDF、选择MF，将选择结果返回SCF，并将会话改向到选择的MF、产生计费信息，如根据终端用户所观看的内容进行计费等。MDF功能包括处理媒体流的传送、向MCF报告状态（如报告已建立的IPTV媒体流）、存储媒体，也可以存一些业务信息、特别的，MDF中可以存储一些最常用的内容和用户特定的内容（如记录的视频录像、Trick模式的BC业务、用户生成的内容等）。另外如果需要的话，MDF还可以将存储的媒体进行编码或转换代码，成为所需的不同媒体格式、可进行内容保护、可支持IPTV媒体的内容提取、对广播业务而言，MDF可以看做是广播流的媒体源、可收集服务感受（QoE）报告等。

为了支持QoE功能，用户可以根据接收到的IPTV媒体数据质量，通过Xd接口发送QoE报告。IPTV业务控制服务器通过ISC接口与下一代网络的IMS核心网进行通信。在3GPP的TS 23.228中规定，应用服务器可以不调用S-CSCF直接向被叫发送请求。SCF与媒体功能进行直接通信的时候，可以不调用IMS核心网的功能。

UPSF中保存有IMS用户的签约数据和IPTV特定的签约数据。UPSF与IPTV控制功能通过Sh参考点通信，与IMS核心网设备通过Cx接口进行通信。

IPTV业务应用

针对图2的IPIV系统架构，将提供几种IPTV业务应用：

内容点播业务是IPTV业务功能。媒体分发功能与核心IMS交换数据，在用户终端与业务控制部分之间，业务请求/响应消息通过核心IMS进行传递。媒体控制消息通过Xc参考点在用户终端和内容点播的业务控制处被交换，媒体数据通过Xd参考点在用户终端和内容点播的媒体分发功能之间传递。

广播业务功能是IPTV的功能。广播业务的业务控制和核心IMS网络交换消息。通过核心IMS，业务请求/响应在用户终端和广播业务的业务控制之间进行传递，媒体数据通过Xd参考点在用户终端和广播业务媒体分发功能之间交换。

网络个人视频记录机功能是IPTV的功能。网络个人视频记录机与核心IMS交换消息，业务请求/响应消息通过核心IMS在用户终端和网络个人视频记录机业务控制部分间进行传递，通过Xc参考点，媒体控制消息在用户终端和网络个人视频记录机媒体控制部分间进行传递，通过Xd接口，媒体数据在用户终端和网络个人视频记录机媒体分发功能间进行传递。

融合IPTV系统架构的异同点

从以上章节介绍的IPTV系统架构可以看出，两种融合的IPTV系统架构既有共同点也有差异，共同点主要体现在以下几个方面：两个标准组织都重用了IMS网络中现有的网络功能实体，各自加入了体现IPTV业务特色的网络实体。ITU FG IPTV和TISPAN在研究的IPTV系统架构中都提出了内容发现相关的控制功能实体前者为IP应用（IPTV Application）功能实体，后者为业务发现和选择功能实体（SD&S）。

差异主要体现在重用IMS核心控制提供的相关功能不一致方面：ITU FG IPTV在IPTV业务应用控制平台能够直接和IPTV中媒体分发网络进行交互，而TISPAN经由IMS核心控制间接交互的方式。在组播控制方面：ITU FG IPTV有研究IPTV组播架构（IPTV Multicast Frameworks）的专门文档，组播控制可以采用CDN，P2P和Overlay控制方式，或者采用不同控制方式相结合，TISPAN关于IPTV组播的研究在RACS子系统中体现。而在用户业务清单方面：ITU FG IPTV针对IPTV提出了三种清单的概念，包括内容清单、用户清单和业务清单，但具体内容还缺乏详细的论述。而TISPAN采用了将UPSF已经定义的数据结构上进行直接扩展的方式。

IMS是解决固网与移动网络融合的体系架构，而传统的IPTV是一种基于互联网络的网络电视，因此本文谈论的IPTV系统架构将基于IMS的这种特性，最终建立一个融合的IPTV体系架构，从而为客户最终提供一种融合的网络体验。文章同时介绍了ITU FG IPTV和ETSI TISPAN对基于IMS的IPTV系统架构的研究进展[FS:Page]，并且分析了IMS与IPTV融合的基础。这种融合的IPTV系统架构是视频媒体类融合到电信网中最佳的解决方案之一，也将在网络融合日趋重要的发展之路上扮演重要角色。