1.引言

隨著計(jì)算機(jī)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(huì)生活的各個(gè)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)模化發(fā)展，還有許多亟待解決的問(wèn)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(gè)社會(huì)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(biāo)準(zhǔn)也成了束縛信息家電規(guī)模化的瓶頸。各個(gè)家電廠(chǎng)家設(shè)備不兼容，這樣勢(shì)必造成整個(gè)行業(yè)的重復(fù)建設(shè)，社會(huì)資源的浪費(fèi)。

IMS作為NGN（下一代網(wǎng)絡(luò)）的核心標(biāo)準(zhǔn)框架，開(kāi)創(chuàng)了全新的電信商業(yè)模式，拓展了整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的市場(chǎng)空間，目前正受到全球各類(lèi)電信運(yùn)營(yíng)商的推崇。IMS在設(shè)計(jì)上支持移動(dòng)和固定的介入，將移動(dòng)通信技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，為建設(shè)未來(lái)信息通信網(wǎng)絡(luò)提供了標(biāo)準(zhǔn)框架。

因此，建設(shè)基于IMS的信息家電系統(tǒng)勢(shì)必成為未來(lái)信息家電發(fā)展的趨勢(shì)。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(lái)建立家庭信息家電系統(tǒng)，使用SIPPresence相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議作為信息家電的上層通信控制協(xié)議，便于各個(gè)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(lái)３Ｇ信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。同時(shí)，直接使用Presence標(biāo)準(zhǔn)部署信息家電系統(tǒng)，有利于信息家電行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)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(hù)）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(jìn)行通信。通過(guò)這種方式，用戶(hù)可以向他們的好友告知自己的Presence狀態(tài)。基本的Presence狀態(tài)的例子有：“在線(xiàn)”、“忙”、以及“離開(kāi)”。現(xiàn)在，由于很多用戶(hù)一直處于在線(xiàn)狀態(tài)，基本的Presence信息已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足需求，擴(kuò)展的RichPresence（RPID）包含了更多的用戶(hù)及其設(shè)備和服務(wù)等狀態(tài)的信息，例如當(dāng)前時(shí)刻用戶(hù)最適合的通信方式，音頻、視頻，還是消息等；用戶(hù)的當(dāng)前位置；聯(lián)系信息等。

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

Presence協(xié)議是用來(lái)交換Presence信息的。IETF定義了SIP的一個(gè)擴(kuò)展（SIP/SIMPLE）用以通過(guò)事件包的定義來(lái)發(fā)布和訂購(gòu)任意類(lèi)型的信息。根據(jù)Presence實(shí)踐包，Presentity使用PUBLISH方法來(lái)發(fā)送更新的Presence信息給PS，Watcher實(shí)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(jì)與實(shí)現(xiàn)

從上面對(duì)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(biāo)準(zhǔn)制訂及應(yīng)用模型的實(shí)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(lái)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(biāo)準(zhǔn)化及各個(gè)廠(chǎng)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(hù)可以通過(guò)手持終端，經(jīng)過(guò)IMS網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)HS（HomeServer）來(lái)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(diǎn)上，其與各個(gè)HA之間可以使用有線(xiàn)連接，也可以使用WLAN。

HS搜集家庭網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)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(shí)將信息更新發(fā)送至用戶(hù)終端。為便于說(shuō)明，將系統(tǒng)簡(jiǎn)化為如圖3。整個(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)信息化家電的遠(yuǎn)程控制與操作。

3.1 各功能實(shí)體介紹

3.1.1 控制終端（UEs）

UEs是用戶(hù)用來(lái)進(jìn)行遠(yuǎn)端控制的通信設(shè)備，如手機(jī)、計(jì)算機(jī)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(wú)關(guān)的特性為UE提供了更靈活的選擇。用戶(hù)既可以通過(guò)手持設(shè)備直接查看家庭各個(gè)家電的狀態(tài)并在需要時(shí)通過(guò)手持設(shè)備進(jìn)行控制操作，又可以通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)來(lái)管理控制各個(gè)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(fù)著與HS交互的功能。一方面將用戶(hù)控制端發(fā)送來(lái)的控制命令轉(zhuǎn)發(fā)至HS，扮演RedirectServer的功能；另一方面接收來(lái)自HS的各個(gè)家電的狀態(tài)信息，并及時(shí)把狀態(tài)更新通知用戶(hù)。

HS，家庭服務(wù)器，位于用戶(hù)家庭網(wǎng)絡(luò)中，負(fù)責(zé)對(duì)家庭網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)信息家電進(jìn)行控制，同時(shí)扮演家庭網(wǎng)關(guān)的角色，它是信息家電實(shí)施遠(yuǎn)程控制的核心。一方面，HS接收并保存來(lái)自各個(gè)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(guò)PS接收來(lái)自用戶(hù)控制端的控制命令，控制各個(gè)HA的狀態(tài)變化。相對(duì)于PS來(lái)說(shuō)，HS在系統(tǒng)中的作用為Presence信息的（Presentities）；相對(duì)于HA來(lái)說(shuō)，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(huì)保存HA的Presence信息。而PS上的信息將會(huì)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(guò)底層傳感器來(lái)獲取，根據(jù)傳感器獲取的不同參數(shù)對(duì)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(gè)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(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)其功能，可將嵌入式SIP終端分為三層來(lái)實(shí)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(fù)責(zé)接收與發(fā)送SIP消息，SIP消息的解析。控制層一方面負(fù)責(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(duì)HA操作。

3.2 使用SIP控制HA流程

控制終端通過(guò)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(chǔ)到資源列表服務(wù)器RLS（ResourceListServer），通過(guò)XCAP協(xié)議訪(fǎng)問(wèn)修改RLS。為便于說(shuō)明，這里不討論以及PS對(duì)RLS的訪(fǎng)問(wèn)過(guò)程以及UE、HA的注冊(cè)過(guò)程。

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

1.Subscribe

UE訂閱HA的當(dāng)前狀態(tài)。

2.Publish

HA及時(shí)將自身狀態(tài)發(fā)布到HS，HS負(fù)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(shí)恢復(fù)200消息確認(rèn)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(yuǎn)程控制HA的過(guò)程。這里可以通過(guò)對(duì)PUBLISH消息做一定改進(jìn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(lái)標(biāo)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(lái)標(biāo)識(shí)Presence應(yīng)用。這里仍然可以使用PIDF及RPID的格式來(lái)表示UE對(duì)HA的控制，但為了與IMS中Presence業(yè)務(wù)區(qū)別，使用的Event類(lèi)型可以使用額外參數(shù)來(lái)加以標(biāo)示，可以使用不同的id來(lái)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(kāi)HA命令，“Event：Presence；id=5678”

表示關(guān)閉命令等等，同時(shí)，在PUBLISH消息體中可以傳遞命令的相關(guān)參數(shù)。這樣，Event類(lèi)型與PUBLISH消息體的內(nèi)容結(jié)合，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信息家電的多種控制與操作。為了完成對(duì)HA的遠(yuǎn)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(lái)決定對(duì)SIP消息的處理。在HA的SIP終端，則要負(fù)責(zé)對(duì)SIP消息的解析，一方面對(duì)SIP消息體解析，得到各個(gè)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(duì)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)，可以提高各個(gè)廠(chǎng)家信息家電設(shè)備的通信兼容性，大大簡(jiǎn)化了信息家電系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。同時(shí)，通過(guò)對(duì)IMS現(xiàn)有基本業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，可以實(shí)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(lái)信息網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，其應(yīng)用也將日益豐富、完善。