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。
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