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i m s 中上下文感知服务选择 摘要 随着互联网和计算机技术的迅速发展，i p 多媒体子系统( i m s ) 上 出现的服务是越来越多。尽管服务的大量涌现极大地丰富了人们的 生活以及满足了用户的需求，但是服务冗余的现象也逐渐开始出现， 并且给用户造成了如何在众多能够满足自己需求的服务中选择出最 佳服务的困惑。 为了解决这个问题，本文提出了上下文感知服务选择方法。上下 文感知计算可以收集用户周围以及用户本身的上下文信息，而本文 所提出的上下文感知服务选择正是利用了这些收集到的上下文信息 来帮助用户做出最佳的服务选择。本文首先在i m s 的实体结构中的 归属用户服务器( h s s ) 中加入了上下文感知服务选择模块，然后在第三 章中详细介绍了此模块与i m s 其他模块之间的交互过程以及上下文 感知服务选择模块是如何实现上下文感知服务选择功能的。在第四 章详细叙述了上下文感知服务选择的数学模型一动态模糊评价层次 分析法，最后用仿真结果来分析检验了上下文服务选择方法，最后 得到的结果证明了本文所提出的方法能够根据用户的上下文信息来 帮助用户从大量能够提供类似服务的服务器中选择出最合适的服 务。 关键词上下文感知计算，i p 多媒体子系统，服务选择，动态模糊 评价层次分析法 c o n t e x t a ：、m r es e r v i c es e l e c t i o n i ni m s a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ei n t e r n e ta n dt h ec o m p u t e rs c i e n c e t h ew e b s e r v i c e so ni pm u l t i m e d i as u b s y s t e me m e r g ea th i g hr a t e t h e l a r g en u m b e ro fs e r v i c e sg r e a t l ym e e t sp e o p l e sr e q u i r e m e n t s ，h o w e v e r , t h er e d u n d a n c yo ft h es e r v i c e sb r i n g sp e o p l es o m ed i f f i c u l t i e so nh o wt o c h o o s et h eb e s to n ef o r mm a n ys e r v i c e s i no r d e rt os o l v et h i s p r o b l e m ，t h i sp a p e rp r e s e n t s t h e c o n t e x t a w a r es e r v i c es e l e t i o n t h ec o n t e x t a w a r ec o m p u t i n gc a nc o l l e c t t h ec o n t e x ti n f o r m a t i o na r o u n da n da b o u tt h eu s e r sa n dt h e c o n t e x t a w a r es e r v i c es e l e c t i o ni u s tt a k e ss u c hc o n t e x ti n f o r m a t i o nt o h e l pt h eu s e r st om a k et h eb e s tc h o i c e s f i r s t l y , t h i sp a p e rg i v e sa d e t a i l e dd e s c r i p t i o no ft h ec o n t e x t a w a r es e r v i c es e l e c t i o nm o d u l ei n h o m es u b s c r i b e rs e w e r ( h s s ) o fi m sa r c h i t e c t u r e ，a n dt h e nt h e i n t e r a c t i o nb e t w e e nt h ec o n t e x t a w a r es e r v i c es e l e c t i o nm o d u l ea n dt h e o t h e rm o d u l eo fi m si s p r e s e n t e di n t h et h i r d p a r t b e s i d e s t h e w o r k f l o wo ft h ec o n t e x t a w a r es e r v i c es e l e c t i o ni sa l s op r e s e n t e di nt h e s a m e p a r t m o r e o v e r , t h e f o u r t h p a r tg i v e s t h em a t h e m a t i c p r i n c i p l e - - - d y n a m i cf u z z ya n a l y s i sh i e r a r c h ym o d u l e a tl a s t ，t h ef i f t h p a r ts i m u l a t e st h ec o n t e x t a w a r es e r v i c es e l e c t i o na n dv e r i f i e si tc a n h e l pt h eu s e r st oc h o o s et h em o s ts u i t a b l es e r v i c ef o r mt h em a n y d i s c o v e r e ds e r v i c e s k e yw o r d sc o n t e x t a w a r e n e s si m ss e r v i c es e l e c t i o n d y n a m i cf u z z ya n a l y s i sh i e r a r c h ym o d u l e c l 砒 c r r a n 符号说明 一致性指标 平均随机一致性指标 一致性比例 上下文信息a 与上下文信息b 的相对模糊评价权值 措施i 与措施j 的相对模糊评价权值 声明尸明 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中 不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或 其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所 做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：礁丝也 同期：型墨：垒：墨鱼 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅 和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印 或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：趁选日期： 型显：垒：圣2 。 导师签名：j 矣 名广 日期：三q q 过鱼二- l 河7 n 1 1 选题背景及意义 第一章绪论 当前，移动通信和i n t e r n e t 的发展如火如荼，而通信网络和计算机网络的融 合已经成为下一代网络的趋势，而口层即将是这两种网络融合的切入点。因此， 3 g p p 提出了i p 多媒体子系统( i m s ) 1 1 j 1 2 j 作为向下一代网络过渡阶段的一个网络 架构。在i m s 中，服务是非常关键的一个部分，因为i m s 中大量的a p p l i c a t i o n s e r v e r s 能够提供大量的服务。而w e b2 0 的普及也使得服务成为计算机网络的 一个重点。服务的涌现也造成了一个问题，就是如何帮助用户从众多的服务中 选择出用户最想要的服务，因为不同的用户有着不同的爱好，习惯，所以面对 同一类型的服务，他们会有不同的选择，而同一个用户，在不同的情况对与同 一类型的服务他们也不会每次都做出一样的选择。因此，如何帮助发现并选择 出用户最需要的服务是一个非常有意义的问题，这可以帮助达到以用户为中心。 而上下文感知( c o n t e x t a w a r e n e s s ) 3 l 作为普适计算的一个分支，由于考虑了大量 上下文环境对于计算的影响，所以在于服务发现以及选择中具有天然的优势。 上下文( c o n t e x t s ) 的定义为任何能够描述用户信息以及周边环境的信息，由 于利用了上下文来作为服务选择的一个衡量标准，所以用户的信息，比如用户 的历史服务记录，以及环境信息，比如时间，地点等信息都能够被用来帮助用 户选择服务，所以，这从一定意义上达到了以用户为中心的服务选择，从而提 高了用户的满意度。而另一方面，当前的网络发展趋势也对服务的选择发现提 出了更高的要求，所以利用上下文来帮助实现服务的选择发现是非常必要的。 1 1 i m s 服务提供的需要 i m s 提供了一个网络架构，在i m s 上，服务的提供商通过统一的接口提供 各种各样的服务，而i m s 的一个优点就在于利用了s i p 协议去建立会话，而传 输却可以采用其他协议，所以提高了服务的效率。i m s 中，用户以及服务的信 息都存储在归属用户服务器( h s s ) q a ，所以利用这些信息来帮助发现和选择服务 是可能的并且也是必要的。 2 ) 用户的需要 w e b2 0 的出现和发展使得如今的i n t e m e t 上充满了各式各样的服务，这些 服务一方面极大地满足了用户的需求，另一方面也为用户造成了在如何选取服 务上的困难，也就是服务的冗余问题。虽然如今的企业都希望通过服务的集成 和整合来部分地解决这个问题，但是这些解决方案远远不是针对个人用户的， 个人用户需要的是更智能更体贴的服务。 3 i 保证i m s 高效性的需要 在i m s 的网络架构中，a s 是很关键的一部分，但是因为i m s 是面向多种 网络的，其中包括移动网络，i n t e r n e t ，也包括传统的电话网等等，所以在i m s 上可能有着分别为这些不同的接入网提供的不同的服务，然后这些服务必然会 造成一定的冗余，所以需要对这些服务进行一定的管理。而服务的发现与选择 机制可以在一定程度上进化这个过程。 1 2 本文要解决的问题 本文在基于对i m s 体系结构和上下文感知技术进行仔细研究的基础上，实 现一个在i m s 系统中基于上下文感知技术的服务选择模块。该模块内嵌于i m s 系统的h s s 中，通过与用户，服务器等的交互来实现服务选择功能。此外，该 模块的功能独立，通过简单改动，即可移植到其他体系结构中实现服务选择功 能。 1 3 本人工作 作者在研究生学习期间主要参与了i p 多媒体子系统以及上下文感知技术的 研究和丌发工作。总的来说，攻读硕士学位期间的研发工作主要如下： 1 ) i p 多媒体子系统p 2 p 化的研究工作； 2 ) 上下文感知技术的研究和开发工作。 1 4 论文结构 本文总结了作者在北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室从事基于 i p 多媒体子系统以及上下文情景感知计算研究工作，并针对当前w e b 2 0 环境 下越来越广泛网络服务所带来的一些冗余以及现今用户对服务的越来越个人化 的要求进行了深入研究，从理论和实践的角度提出了一种从基于上下文情景计 算的服务选择实现方案。 第一章绪论，提出本文的选题背景及意义，并对作者研究生期间的工作进 行介绍。 第二章简要说明本课题研究工作的对象一i p 多媒体子系统以及上下文感知 2 技术理论基础。 第三章介绍利用上下文计算对i m s 系统的服务选择建立的模型。 第四章介绍用于对上下文信息进行量化分析的模糊评价分析方法和整个建 模的基础理论层次分析法，并分析基于上下文计算技术是如何在i m s 系统中 实现服务选择。 第五章对模型进行仿真实验，验证其可行性。 第六章总结全文，并提出了模型尚待解决的一些问题。 3 第二章i p 多媒体子系统( i m s ) 与上下文感知 ( c o n t e x t a w a r e ) 技术概述 2 1i p 多媒体子系统概述 在最近的几年里，因特网得到了前所未有的发展，它已经从最初的一个只 连接几个研究机构的小网络发展成为一个覆盖全球的庞大网络。这种快速增长 的主要原因是它能够提供适应全球大量用户需求的许多有价值的业务。它主要 采用分组交换技术，而目前的蜂窝移动通信网络正在为全球超过1 0 亿的用户提 供服务。第二代移动通信网络( 2 g ) 提供的主要是语音业务，以及一些增值业 务。而要整合这两个网络，在服务质量( q o s ) ，计费( c h a r g i n g ) 和业务整合 ( i n t e g r a t i o no fd i f f e r e n ts e r v i c e s ) 方面还存在问题1 4 j 。而i p 多媒体子系统( i m s ) 的出现，正是为了解决这些问题。 当前i m s 主要的推动力量来自于3 g p p ( 3 r dg e n e r a t i o np a r t n e rp r o j e c t ) ，它 主要定义了i m s 相关的标准，涉及通信协议，接入，连接建立，以及信令，媒 体传输等方面。3 g p p 现在提供的i m s 的最新版本是2 3 2 2 8 8 2 0 t 。口多媒体 核心网系统是由所有能提供多媒体服务的核心网功能实体组成，包括了与信令 和承载相关的功能实体的集合。口多媒体业务是基于i e t f 定义的会话控制能 力，利用p s 域和多媒体承载来实现的。为了实现接入的独立性和支持无线终 端与i n t e r n e t 互操作的平滑性，i p 多媒体子系统尽量采用与i e t f 一致的因特网 标准。因此，定义的接1 2 1 跟正t f 的因特网标准也是尽可能的一致1 4 1 。i p 多媒 体核心网子系统使p l m n 的运营商能给他们的用户提供基于因特网的应用、服 务和协议的多媒体业务。这里并不是要把这些业务变成i p 多媒体子系统的标 准，而是为了让p l m n 的运营商和第三方的业务提供者来发展这些业务。口 多媒体核心网子系统能集中语音、图像、消息、数据和基于w e b 的技术来为无 线用户服务，并把因特网的发展和无线通信的发展结合起来。支持口多媒体应 用的全套解决方案是由终端、g e r a n 或u t r a n 无线接人网、g p r s 核心网和 口多媒体核心网子系统的一些特殊的功能单元。这些功能单元包括呼叫会话控 制功能( c s c f ) 媒体网关控制功能( m g c p ) ，i p 多媒体网关功能( i m m g w ) 、多 媒体资源功能控制器( m r f c ) 、多媒体资源功能处理器( m r 聊、签约定位功能 ( s l f ) 、出口网关控制功能( b g c f ) 、应用服务器( a s ) 、信令网关功能( s g 、聊【1 i l l 5 1 。 i p 多媒体核心网子系统由所有提供多媒体业务的核心网元件组成，包括与 4 信令和承载有关的网络元件集合，i m s 依靠核心网的这些实体利用分组交换域 提供的业务来提供多媒体业务。i m s 的主要实体为呼叫会话控制功能( c s c f ) 、 媒体网关控制功能( m g c f ) 、媒体资源功能( m r f ) 和其他一些适应性实体。 在电路交换网络中，大部分的公关绘画控制协议是t u p ( 1 t u tq 7 2 1 ) 、 i s u p ( i t u tq 7 6 1 ) 以及b i c c 协议( i t u tq 1 9 0 1 ) 。而在i m s 系统中，用于会 话控制的协议是基于i p 的会话初始协议( s i p ) 1 9 j 。选择s i p 作为i m s 的会话控制 协议，是因为s i p 很容易创建一个新的具有更大承载功能的业务，因为s i p 是 以h i t p 作为基础建立起来的，s i p 业务开发者可以应用所有的h 1 r r r p 业务机 制1 4 l f 5 j 。 2 1 1 i p 多媒体子系统实体结构 l p 多媒体核心网子系统实体如图2 - 1 所示1 1 1 。所有的功能被认为是在不同的 逻辑节点实现。如果两个逻辑节点在同一个物理设备实现，相关的接口将在设 备内部。这些连接i p 多媒体子系统的接口设备被显示，例如：g g s n 、s g s n 、 h s s 这些接口设备在图2 - 1 中被描述，被m r f p 、c s c f 、m g c f 、m r f c 实 体所支持。 图2 - 1 i m s 实体结构图1 1 l - i m s 的功能模块 1 呼叫会话控制功能c s c f ( c a l ls e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n ) 。c s c f 处理采用 会话初始协议( s i p ) 的多媒体会话有关的控制层功能，它有以下主要功能单元： 5 ( 1 ) 查询c s c f ( i c s c f ：i n t e r r o g a t i n gc s c f ) 。i - c s c f 主要是所有指向该网 络内某一签约用户，或指向当前位于该网络服务区内的某一漫游用户的连接， 或与该网络的接触点。i - c s c f 在用户进行s i p 记时为其分配一s c s c f ，并将 其它网络来的s i p 请求路由到s c s c f 。 ( 2 ) 服务c s c f ( s - c s c f ：s e r v i n gc s c f ) 。s - c s c f 实际处理网络中的会话状 态，对u e 完成会话控制。其主要功能有： 注册：业务用户漫游时向s c s c f 注册。当注册发生时，s c s c f 从h s s 下载并临时存储与用户档案相关的数据。 会话控制：s c s c f 对已登记的终端进行会话控制。s c s c f 还会触发用户 签约的与呼叫和会话有关的业务。向终端提供与业务事件相关的信息。 业务支持：与业务平台协同以支持各种业务，提供开放的a p i 接口。 ( 3 ) 代理c s c f ( p c s c f ：p r o x yc s c b 。置于被访问网络中，p c s c f 具有地 址翻译功能，以代理将会话请求发向归属网中的i c s c f 。 2 媒体网关控制功能m g c f ( m e d i ag a t e w a yc o n t r o lf u n c t i o n ) 。媒体网关控 制功能如下：对连接控制i m m g w 中媒体通道的呼叫起控制作用；与c s c f 通信；根据路由号，为从传统网络来的呼叫选择c s c f ：完成i s d n 用户部分和 i m s 呼叫控制协议之问的转换。 3 断点网关控制功能b g c f ( b r e a d o u tg a t e w a yc o n t r o lf u n c t i o n ) 。断点网关 控制功能实体的作用是选择p s t n 断点将会发生的网络，并选择m g c f 。 4 多媒体资源功能控制器m r f c ( m u l t i m e d i ar e s o u r c ef u n c t i o nc o n t r o l l e r ) 。 它的主要功能如下：控制在m r f p 中的媒体流资源；翻译来自a s 和s c s c f 的信息( 例如：会话标识) ，据此控制m r f p 中的媒体流资源；产生呼叫的详 细记录。 5 多媒体资源处理器m r f p ( m u l t i m e d i ar e s o u r c ef u n c t i o np r o c e s s o r ) 。它的 主要功能如下：控制m b 接口的承载；提供媒体源给m r f c 控制；混合输入的 媒体流( 例如：用于多方时) ；处理媒体流，例如语音编码、媒体分析。 6 i p 多媒体的媒体网关i m m g w ( i pm u l t i m e d i a m e d i ag a t e w a yf u n c t i o n ) 。 它可终结电路交换网络来的承载通道和分组交换网络来的媒体流。i m m g w 可 以支持媒体转化、承载控制和负荷处理。主要功能：与m g c f 互通控制媒体资 源；拥有和处理媒体源；可能需要多媒体数字信号编解码器。为了支持 u m t s g s m 的媒体传送，要为i m m g w 提供必需的资源，将来还可能需要提 供附加的多媒体数字信号编解码器。 6 7 签约定位功能s l f ( s u b s c r i p t i o nl o c a t o rf u n c t i o n ) 。它的主要作用如下： 如果在登记或会话建立阶段s l f 被查询c s c f 所询问，s l f 将给出包含要求的 用户说明数据的h s s 的名字。而且，在服务c s c f 登记过程中，s l f 也会被查 询：由d x 接口接入。s l f 在单一的h s s 环境中并不需要。 8 应用服务器a s ( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 。有多种a s ( 例如s i p a s 、o s a a s 、 c a m e li m s s f ) 都提供增值的i p 多媒体业务，位于用户的归属网络或第三方 位置。这第三方可能是一网路，也可能是另一独立的a s 。a s 可以作用和影响 s i p 会话，代表运营商的网络支持此业务。 9 信令网关功能实体s g w ( s i n g n a l l i n gg a t e w a yf u n c t i o n ) 。s g w 完成双向 的传输层的信令转换，将传统c s 网络的基于s s 7 的信令( b i c c d s u p ) 与r 9 9 网络中基于i p 承载的b i c c i s u p 信令相互转换。s g w 不翻译应用层消息( 例如： m a p 、c a p 、b i c c 、i s u p ) ，但可能需翻译下面的s c c p 层或s c t p 层，以确 保合适的信令路由。 1 0 策略控制功能p c f ( p o l i c yc o n t r o lf u n c t i o n ) 。策略控制功能p c f 对 g g s n 中的承载应用采用策略控制，p c f 是c s c f 中的一个逻辑实体，g g s n 与p c f 间采用c o 接口。 1 1 归属用户服务器( h s s ) 是存储用户信息的中心数据库，是g s m 网络节 点中的h l r 的演化，它包含所有与用户相关的数据，借助这些数据来控制多媒 体会话。这些数据包含未知信息、安全信息( 包括鉴别和授权信息) 、用户资料 信息( 包括用户订购的服务) 和分配给用户的s - c s c f 。h s s 和s l f 都使用带 有i m s 专用d i a m e t e r 应用的d i a m e t e r 协 2 ；( 【倒。 - i m s 系统的接口 1 c s c f 的接口 c s c f 与h s s 问的接口。采用c x 信令接口( 可参见1 7 l 【8 1 ) 。在c s c f 和h s s 间传送信息的主要过程有：与s c s c f 的分配有关的过程；与c s c f 从h s s 获 取路由信息有关的过程；由隧道经过c s c f 的u e 到h s s 的信息。 c s c f 间的接口。采用m w 信令接口，允许i - c s c f 将指向移动用户的呼叫 导向s c s c f 。 c s c f 与i p 多媒体网络的接口。于c s c f 和i p 网络之间，用m m 信令接口， 使用s i p 协议。m m 接口用于诸如从终端或另一v o i p 呼叫控制服务器接收呼叫 等。 c s c f 与m g c f 问的接口。采用m g 信令接口，和s i p l 9 l 协议。 c s c f 与m r f c 间的接口。采用m r 接口，允许s - c s c f 和m r f c 之间交 7 互作用。m r 接口使用s i p 协议。 c s c f + m r f c 与m r f p 间的接口。采用m p 信令接口，遵从h 2 4 8 标准。 该接口允许m r f c 控制由m r f p 提供的媒体流资源。 c s c f 与b g c f 问的接口。采用m i 信令接口，为与p s t n 网络互通，允许 s c s c f 将会话前转给b g c f ，其协议为s i p 规范。 c s c f 与s l f 问的接口。采用d x 接口，用来接收h s s 传来的用户地址。 此接口在单一的h s s 环境不作要求。 c s c f 和a s 间的接口。采用i s c 接口，用来为i m s 提供业务。 c s c f 与u r ( u s e re q u i p m e n t ) f a j l 拘接i s i 。采用g m 接1 2 1 使u e 与c s c f 之间 能够通信，例如向c s c f 登记，呼叫的发起和终止，补充业务的控制。主要的 信息传输流程如下：向s c s c f 注册登记过程；用户对s c s c f 的服务请求过 程；关于应用或业务的鉴权过程；在被访问网络中c s c f 对核心网资源的请求 过程。 2 m g c f 的接口 m g c f 与i m m g w 间的接口m e 。完全遵从h 2 4 8 m e g a c o 标准，并就 3 g p p 中的应用进行了延伸。 m g c f 与c s c f 间的接口：见c s c f 的接口描述。 m g c f 与b g c f 间的接口。采用m j 信令接e l ，b g c f 允许发起会话给 m g c f ，以便与p s t n 网络互通，其上的协议基于s i p 规范。 3 b g c f 的接口 b g c f 与b g c f 间的接口。采用m k 信令接口，允许b g c f 将会话信令前 转至另一b g c f ，协议基于s i p 规范。 目前，传送层面、接入层面的融合实现技术已基本成熟，业务融合可以通 过共用智能网业务平台或共用业务引擎的方式实现，i m s 的引入主要涉及控制 层面的融合。 2 1 2 基本会话的建立 下面介绍一个基本会话建立的例子，是一个i m s 终端与另一个i m s 终端建 立会话，其中呼叫方和被叫方都与会话没有任何业务联系。 8 浆，习e 习i i 二 e 习：募 一1 n v l t e _ - 4d 叠m 瞄l 州 z 荆h ，玎5 - 一3 i m ，i t _ - 与d a n 世i 攀一 一1v l - 【一 一7 i n v r 哐 9 黼= 1 q1 8 3 s 稍妇 3 s 棚2 黼 一 e 3 s 铽 d nn q 旧- 一p l u c 一 p r w _ 一 一 5p r a _ -一1 6 ，p r a 7 口口，v 一 8p r c k - - 1 q 1p r e k 喇2 0 0 a 瞄一 一2 2 o k - - - 丝2 o k 盘m d b 一2 42 o h 一历i 胂 t e 础i p d - 一 n n r c 瞎u p d t e - - - 2 , g 嘲 f e - 2 0 0 0 k a - - 3 12 o k - , - - 枷o g - , - + w2 o 悴一 缁1 船翩种 3 7 1 曲阳n 和g 筠鼬 帅p 3 8 r 。学一 m 砌1 朴 q - 3 9 r o 叼w 蟹- - 4 1p i p m , o k - - d 2 ，u c k p r c k 4 5p f 矾c k _ 一2 0 0 0 k 一 _ 4 72 o k 一 柏枷a _ 一 _ - r o o0 o g - - 6 12 o k 一 o - - - 6 22 o k 一 2 l0 饿 _ o 譬o o k - - - 一警2 a k 一 _ - 娜2 0 0o g - - - 5 7 c - 鄙 c k _ _ _ c i - - - - - _ 6 1 a c x 一 刀入 ： 懂体7 嗽 ) 图2 - 2 基本会话建立过程 图2 2 包括一个基本会话建立中包括的信令描述流程表。假设两个用户都 漫游到了他们各自的归属网络之外的网络中，比如当两个用户都在他们各自的 国家之外时，这就导致图中有两个不同的拜访网络。本文也假设每个用户与其 运营商都有不同的业务关系，因此，图中有两个不同的归属网络。 首先，i m s 终端发送一个i n v i t e 请求，向呼叫方提供服务的发端p c s c f 接到i n v i t e 请求之后立即处理这个请求，这个处理过程包括按照i m s 路由需 求来检查i m s 终端是否正确地起作用，检查s d p 提议，记录路由等，然后转 发i n v i t e 请求给s - c s c f 。发端s c s c f 收到i n v i t e 请求之后处理此请求， 9 包括进行d n s 查询发现s i p 服务器，然后将i n v i t e 信息发送给接收端归属网 络中合适的i - c s c f 。收端i - c s c f 接收到发端s c s c f 的i n v i t e 信息之后， 根据所获得的信息去h s s 中查找与接收方相联系的数据，得到存储的s c s c f 地址，然后将i n v i t e 信息转发到收端s c s c f 。收端s c s c f 首先鉴别被叫用 户，然后确定被叫注册用户所在的p c s c f ，将i n v i t e 转给此服务器，并通过 p c s c f 将i n v i t e 请求传给被叫用户的i m s 终端。被叫用户终端处理i n v i t e 请求，产生面向呼叫方的1 8 3 呼叫进程。主叫方的i m s 终端处理此1 8 3 会话进 程响应，并创建一个p r a c k 请求，此后被叫方i m s 终端处理p r a c k 请求， 此时被叫方振铃，同时也产生一个1 8 0 ( 振铃) 临时响应，并发送到主叫方终 端，并且流经i n v i t e 请求所经过的代理。当主叫方i m s 终端接收到1 8 0 ( 振 铃) 临时响应时，产生一个本地存储的回铃音提示主叫用户对方终端正在振铃。 由于1 8 0 ( 振铃) 临时响应需要得到确认，主叫方的i m s 终端会产生一个p r a c k 请求，并且将其发送给被叫方，最后，被叫方的i m s 终端会收到p r a c k 请求 并将回应一个2 0 0 ( 0 k ) 响应。然后主叫方的i m s 终端将收到这个响应。当被 叫方最后接受了会话请求后，i m s 终端会发送一个2 0 0 ( o k ) 响应，此响应是 i n v i t e 业务的结束。最后，主叫方的i m s 终端发送一个a c k 请求，以确认收 到该2 0 0 ( o k ) 响应。a c k 请求又会被回送至被叫i m s 终端。在这个阶段， 主叫方的i m s 终端并开始产生媒体平面的流量。这时，会话建立阶段就结束了， 两端的用户都可以产生他们各自的音频、视频媒体流1 4 j 。 2 2 上下文感知( c o n t e x t a w a r e ) 技术概述 2 2 1 概述 当人们在与其他人或周围的环境交互时，常常会无意识地利用到诸如手势、 眼神、情境、环境状况等上下文信息，并依此进行推断得出结论后作出适当的 反应：与之相反，计算机系统却很难能够有效地利用这些信息。首先，这是因 为计算机无法在无意识的状况下利用上下文信息，所使用的上下文信息必须被 明确指定；其次，计算机所能感知的上下文信息有限，而且一般是低层上下文 信息，对于人类行为、心理趋势等高层上下文信息必须通过复杂的建模、演绎 和推理过程；最后，上下文感知系统框架的缺乏使得丌发有效利用上下文信息 的应用非常困难1 1 3 】。这也导致了上下文信息的有效利用和上下文感知计算长期 被忽视。 2 0 世纪9 0 年代初，w e i s e r 提出了普适计算1 1 4 l 作为其核心子领域之一的上下 1 0 文感知计算开始得到充分关注，其研究主要包括如何获取上下文；如何对上下 文进行建模和表示：如何有效利用上下文；如何构建支持上下文感知的系统框架 虚 守。 上下文感知计算是指系统能发现并有效利用上下文信息( 如用户位置、时 间、环境参数、邻近的设备和人员、用户活动等) 进行计算的一种计算模式【1 3 l 。 下面将就其定义、建模、感知、存储、如何有效利用等研究问题分别进行论述。 2 2 2 上下文的定义 尽管上下文在某些环境中显而易见，如某次谈话中谈话的时间、地点和氛 围等很容易成为交谈双方确知的上下文，但要给感知计算中的上下文下一个通 用的定义却相当困难【1 0 l 。早期的研究者多通过枚举方式来定义上下文，如s c h i l i t 就将上下文分为三类来定义1 1 1 j ： 计算上下文，如网络的可用性、网络带宽、通信开销、周边的打印机、 显示器等资源； 用户上下文，包括用户的个性、位置、周围的人员、甚至社会关系等； 物理上下文，如光线的明暗、噪声的大小、交通状况、气候、温度等。 显然，这样的定义既不够规范，也容易产生逻辑混淆。更通用的定义为：“上 下文是环境本身以及环境中各实体所明示或隐含的可用于描述其状态( 含历史 状态) 的任何信息。其中，实体既可以是人、地点等物理实体，也可以是诸如软 件、程序、网络连接等虚拟实体”l l o l 。 2 2 3 上下文的建模与表示 由上下文的定义可知上下文可以是描述实体状念的任何信息，其种类丰富、 数量众多。在所有这些上下文中，位置上下文是使用频率最高的，其建模方式主 要有坐标位置模型、符号位置模型和混合模型。坐标位置模型是指通过将物理空 间划分为区域来建立坐标系统并使用元组来惟一精确地表示特定位置的方式。如 g p s ( 全球定位系统) 通过( 经度、纬度、海拔) 三元组来表示位置信息。符号位置 模型则是通过抽象的位置符号( 名称) 以及位置之间的相对关系来表示位置的一 种方式。如通过北京邮电大学、办公楼、东5 0 0 米可表示某个指定位置；混合模 型则是结合上述两种模型来表示位置的方式，它的产生是因为坐标位置模型虽然 可以精确地表示位置，但很难直接推导出空间关系，某些环境下甚至可能失效( 如 g p s 不能在室内使用等) ；而符号位置模型又缺乏精确的位置信息所致1 1 3 】。除位 置上下文外如温度等物理上下文、时i 、日j 上下文、虚拟上下文等都可以建模，但建 模方法依据应用的不同而不同。与此对应，上下文的表示( 数据结构描述) 也依据 应用而有所不同，主要方法包括键值对、标记语言、面向对象的模型、逻辑模型 等【1 3 】【1 5 】。显然，上下文的建模和表示与应用相关的特点不利于上下文信息的交 互和共享。u m l 扩展是进行上下文统一建模的途径之一，文献1 1 6 j 提出了一种基 于u m l 的面向上下文感知w 曲服务的建模语言c o n t e x t u m l ；文献则通过扩展 u m l 可支持对表示、上下文和活动等的高层建模；1 1 8 l 依据u m l 圭j - 展提出了通用 的上下文结构模型，并支持对上下文和活动之间的关系进行建模，u m l 建模语言 和模型驱动丌发( m o d e l d d v e n ) 的广泛采用使这种方法非常具有吸引力。另一个极 具希望的方法是本体论，显然，从语义层面对上下文建模将更有利于互操作和使 用【1 9 1 1 2 0 1 ，文献1 2 l 】提出了一个包含增强词汇模型的上下文本体用于界面中上下文 和动作信息的导航，其中，本体结构被定义为一系列属性，而本体词汇表则可依 据领域和应用的需要进行设计；文献i 冽中使用本体标记语言( o w l ) 建模上下 文，并支持语义表示、上下文推断和语义知识共享等；文献【驯中提出了一种基于 r d f ( r e s o u r c ed e s c r i p t i o nf r a m e w o r k ) 的语言来建模上下文i l 弭。在本文中，采用了 本体论来表示上下文。 2 2 4 上下文的分层层次模型及体系结构 府川 j 如j 1 1f i ! j 接l 】 系统 科能执ij ：体 禁 = j | l ：卜艾演化 。i ：卜j ：c = 感妇i 搽作系缝 图2 - 3 上下文感知计算概念框架【1 3 】 上下文感知计算的概念框梨1 3 l 给觉察上下文应用提供了一致的关注分离统 一和明确的功能划分，为应用程序提供统一、开放和可重用的功能组件。系统 框架概念模型由4 部分组成，分别是： 1 ) 上下文感知( r a wc o n t e x ts e n s e ) 上下文感知层负责从分布广泛的传感器 中采集原始上下文并进行初步处理，使上下文感知与实际使用相分离。一般来 说，原始的上下文是模糊、不精确、不稳定甚至包含冲突的。这主要是因为： 1 2 首先，传感器的精度是有限的；其次，同一上下文可由多个不同的传感器感知， 为潜在冲突带来了可能性；第三，上下文信息是高度分布的，可来源于任何时 间和位置；最后，原始上下文所能提供的都是低层和初步的信息。所有这些都 给上下文的感知和处理带来了巨大的困难，因此有必要在感知层的基础上进行 上下文的演化【1 3 j 。 2 ) 上下文演化( c o n t e x te v o l u t i o n ) 上下文的建模、过滤、推断、融合和存储 构成了上下文演化的主要内容。其目标是通过对原始上下文进行过滤、推断和 融合等得到各应用所需的高层上下文。上下文演化的另一个目标是构建统一的 上下文模型以支持上下文互操作，并允许上下文以统一的方式自由传输。借助 这些手段，简单的低层上下文通过联合演绎就可以得出应用所需的统一格式的 高层上下文i l 川。 3 1 智能执行体( i n t e l l i g e n te x e c u t e 0 智能执行体是本框架的核心，主要包括 对感知触发、互操作、自适应策略、自配置和自组织技术等的支持。通过智能 执行体的帮助，用户可以获得增强的用户体验，切实感受到感知计算所带来的好 处。如自发的互操作可使用户免受打扰；自适应策略则允许用户自由地切换键 盘、手写、语音等输入方式：自配置技术则可使用户远离手工配置的困扰【1 3 l 。 钔应用程序接e i ( a p i ) 应用程序接i ：1 负责提供程序开发接口，以方便丌发 者充分利用框架的功能并快速构建感知应用。应用程序接口不仅包含框架所能 提供的服务也应包含应用开发所应遵循的规范i l 引。 2 2 5 上下文的获取与感知 能否正确地感知环境中的上下文是上下文感知计算的前提，与上下文建模 一样，上下文感知方式依据类型和应用的不同而不同。如低层上下文中的位置 信息在户外可以通过g p s 来获取，在户内由于g p s 的信号较弱无法穿透建筑物， 可通过红外、射频、超声波等方式来获取。其他的低层上下文也可通过比较简 单直接或仅结合少量运算的方式得到1 1 3 l 。如时自j 可以通过设备的内建时钟得 到，方向和加速度可由相应的传感器直接感知，网络带宽则可以通过动态检测， 邻近对象可通过位置间的相互关系来获取等。与低层上下文不同，高层上下文 的获取要复杂得多。如通过计算机视觉进行视频跟踪和图像处理来感知用户的 当前活动，运用人工智能技术由若干低层上下文联合演绎高层上下文并对当前 的情境和行为作出判断【2 4 1 1 2 5 1 ，对上下文进行预测和分析i 冽等。 2 2 6 上下文的存储、查询和管理 上下文固有的特点为上下文有效而可靠地存储、查询和管理带来了巨大的 困难，如上下文的瞬时性、上下文以及上下文与对象之间的关联性特征和上下 文查询通常以范围而不是单一值为条件等。尽管上下文存储在上下文感知中占 有重要位置，是上下文感知计算实用化的关键技术之一，但目前相关研究却比 较少。g a i a 提出了一种上下文感知文件系统c f s ，其中上下文以目录方式表示， 路径对应于上下文的类型和值，上下文查询采用一阶谓词方式( 如 c o n t e x t ( t e m p e r a t u r e ，r o o m 3 2 3 1 ，i s ，9 8 f ) 等) 并支持复杂的组合查询【2 7 l 【矧。文献【2 9 】 基于关系数据库建立了上下文存储系统c b s ，可支持上下文的分布式存储、同 步和高效查询，但依赖关系数据库限制了上下文的建模和表示。 以上部分就是对于本文所要描述的i p 多媒体子系统服务选择模型的背景 知识的介绍，下面一章将详细讲述i p 多媒体仔细听的服务选择模型。 2