IMS中基于REST的wIMS中間件平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)*

鄭侃 王純

（1 北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100876)

(2 東信北郵信息技術(shù)有限公司 北京 100191）

1 引言

隨著激烈的市場競爭和話音業(yè)務(wù)的趨于飽和，運(yùn)營商話音業(yè)務(wù)利潤不斷下降，同時(shí)傳統(tǒng)的話音和短信等業(yè)務(wù)已不能滿足用戶日趨增長的多樣化需求。面對(duì)嚴(yán)峻的市場形勢，運(yùn)營商必須調(diào)整業(yè)務(wù)模式，在優(yōu)化傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的同時(shí)，另辟蹊徑，尋求新的業(yè)務(wù)增長點(diǎn)。業(yè)務(wù)創(chuàng)新已經(jīng)成為了運(yùn)營商發(fā)展的戰(zhàn)略性問題。但是運(yùn)營商傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有明顯的封閉性，缺乏接受外來創(chuàng)新業(yè)務(wù)的能力。同時(shí)業(yè)務(wù)表現(xiàn)單一，用戶體驗(yàn)不夠豐富，特別是在面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)開放模式的挑戰(zhàn)時(shí)，這些弱點(diǎn)表現(xiàn)的尤為明顯。互聯(lián)網(wǎng)的開放模式與運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的Walled Garden模式截然不同，互聯(lián)網(wǎng)的開放性使得各種技術(shù)和業(yè)務(wù)的創(chuàng)新層出不窮，極大地豐富和滿足了用戶的業(yè)務(wù)需求，人們開始將更多的目光投向互聯(lián)網(wǎng)。在互聯(lián)網(wǎng)開放浪潮中，Google，Yahoo!，F(xiàn)acebook，校內(nèi)網(wǎng)，開心網(wǎng)等大量的互聯(lián)網(wǎng)公司加入了開放大軍，通過開放自身資源并整合互聯(lián)網(wǎng)資源，提供開放平臺(tái)，構(gòu)建價(jià)值鏈，聚攏了一批批的社會(huì)SP、中小軟件公司，創(chuàng)造了大量的應(yīng)用，隨之帶動(dòng)了互聯(lián)網(wǎng)增值服務(wù)ARPU的增長。

CM-IMS吸收與借鑒了互聯(lián)網(wǎng)的開放模式，其天生具備了開放、融合的特性。CM-IMS能夠整合通信網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)兩種異構(gòu)環(huán)境下的各類元素。運(yùn)營商可以利用CM-IMS整合異構(gòu)能力的先天特性，打造一個(gè)“殺手級(jí)應(yīng)用”,即提供一個(gè)基礎(chǔ)通信能力開放平臺(tái)，向互聯(lián)網(wǎng)開放運(yùn)營商的基礎(chǔ)通信能力，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)與通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的融合與應(yīng)用的混搭（Mashup），同時(shí)，通過建立良好的商業(yè)模式，吸引互聯(lián)網(wǎng)SP入駐，讓SP自己開發(fā)適合市場的“殺手級(jí)應(yīng)用”。

在CM-IMS基礎(chǔ)上，中國移動(dòng)提出了wIMS技術(shù)，通過wIMS技術(shù)為運(yùn)營商打造一個(gè)基礎(chǔ)通信能力的開放平臺(tái)。

wIMS技術(shù)的核心部件由wIMS中間件組成，wIMS中間件提供了一套符合互聯(lián)網(wǎng)規(guī)范的開放API接口，它獨(dú)立于語言、操作系統(tǒng)，使得SP可以選擇擅長的語言進(jìn)行開發(fā)，并可以靈活部署，同時(shí)也有利于企業(yè)與現(xiàn)有系統(tǒng)的集成，這些開放API接口不僅能夠提供短信、彩信、點(diǎn)擊撥號(hào)、位置服務(wù)、即時(shí)消息、會(huì)議、語音控制、視頻控制等多種通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)通信能力，還能夠提供CM-IMS認(rèn)證、鑒權(quán)等網(wǎng)絡(luò)能力。互聯(lián)網(wǎng)SP以及獨(dú)立軟件開發(fā)商可以通過wIMS中間件快速開發(fā)出具有基礎(chǔ)通信能力的應(yīng)用，而且他們無需具備通信網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)知識(shí)。例如通過與互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用混搭，可以實(shí)現(xiàn)Web呼叫、Web留言、好友定位等。

2 REST

REST是英文Representational State Transfer的縮寫，中文翻譯為表述性狀態(tài)轉(zhuǎn)移，他是由Roy Thomas Fielding博 士 在 他 的 論 文 《Architectural Styles and the Design of Network-based Software Architectures》中提出的一個(gè)術(shù)語。

REST架構(gòu)風(fēng)格是全新的針對(duì)Web應(yīng)用的開發(fā)風(fēng)格，是當(dāng)今世界最成功的互聯(lián)網(wǎng)超媒體分布式系統(tǒng)架構(gòu)，它使得人們真正理解了HTTP協(xié)議本來面貌。隨著REST架構(gòu)成為主流技術(shù)，一種全新的互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用開發(fā)的思維方式開始流行。

REST提出了如下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

（1）網(wǎng)絡(luò)上的所有事物都被抽象為資源（resource）；

（2）每個(gè)資源對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的資源標(biāo)識(shí)符（resource identifier）；

（3）通過通用的連接器接口（generic connector interface）對(duì)資源進(jìn)行操作；

（4）對(duì)資源的各種操作不會(huì)改變資源標(biāo)識(shí)符；

（5）所有的操作都是無狀態(tài)的（stateless）。

3 wIMS概要設(shè)計(jì)

3.1 wIMS系統(tǒng)定位和功能要求

wIMS中間件作為業(yè)務(wù)能力開放的網(wǎng)關(guān)設(shè)備，定位如下。

（1）連接各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力平臺(tái)：南向采用各類標(biāo)準(zhǔn)化接口連接各網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于CMIMS和2G/TD通信能力的調(diào)用；

（2）采用統(tǒng)一風(fēng)格的API向應(yīng)用開放網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力：北向采用開放API的方式向各類應(yīng)用提供統(tǒng)一的能力調(diào)用方法；

（3）應(yīng)用邏輯控制：wIMS中間件內(nèi)部對(duì)于應(yīng)用以及用戶進(jìn)行認(rèn)證鑒權(quán)，對(duì)于應(yīng)用邏輯進(jìn)行通用控制；

（4）服從通用管理：作為網(wǎng)元，連接業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)以及計(jì)費(fèi)等系統(tǒng)，服從統(tǒng)一管理完成網(wǎng)元統(tǒng)一功能。

wIMS中間件在CM-IMS網(wǎng)絡(luò)的開放性基礎(chǔ)上，整合各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力，采用統(tǒng)一API的方式向應(yīng)用開放，通過靈活組合各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力開發(fā)多樣化應(yīng)用的方式為用戶提供多樣化的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

為了基于CM-IMS開放特性，針對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力進(jìn)行開放，為用戶提供多樣化無縫業(yè)務(wù)體驗(yàn)的目的，wIMS中間件的設(shè)計(jì)需要滿足如下主要原則。

（1）高可擴(kuò)展性：滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力不斷發(fā)展變化（尤其表現(xiàn)在CM-IMS網(wǎng)絡(luò)）的需求。充分考慮系統(tǒng)各方面的靈活性；

（2）高安全性：針對(duì)業(yè)務(wù)能力開放帶來的安全問題有充分的安全機(jī)制，能夠保證通信網(wǎng)絡(luò)的無危害性以及自身的極高的安全特性。

3.2 wIMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖1所示為wIMS中間件平臺(tái)的分層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖，介紹了wIMS中間件在IMS網(wǎng)絡(luò)中的位置以及該平臺(tái)與所在網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)網(wǎng)元之間的交互，下面按照分層結(jié)構(gòu)對(duì)每個(gè)層面的主要功能實(shí)體進(jìn)行簡要的描述。

3.2.1 應(yīng)用層

（1）Web 2.0應(yīng)用：運(yùn)行過程存在wIMS API調(diào)用的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用；

（2）ICT（Information Communication Technology）應(yīng)用：存在wIMS API調(diào)用的IT類應(yīng)用。

圖1 wIMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3.2.2 wIMS中間件層

（1）中間件應(yīng)該有連接其它傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力平臺(tái)的擴(kuò)展性，如圖1中所示，wIMS中間件平臺(tái)與多個(gè)傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力平臺(tái)相連（WAP網(wǎng)關(guān)、短信網(wǎng)關(guān)、彩信中心、移動(dòng)定位網(wǎng)關(guān)），從而實(shí)現(xiàn)短信、彩信等基礎(chǔ)通信能力的開放；

（3） OCS/CCF（Online Charging System/Charging Collection Function）：在線計(jì)費(fèi)服務(wù)器OCS對(duì)其它網(wǎng)元提供了在線計(jì)費(fèi)功能。離線計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)CCF，通過Diameter協(xié)議從wIMS中間件以及業(yè)務(wù)平臺(tái)收集用戶話單；

（4） 業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)：主要功能包括發(fā)布業(yè)務(wù)、為用戶/第三方合作伙伴開戶、銷戶等，并將相關(guān)管理信息同步到wIMS中間件。提供用戶自服務(wù)Portal；

（5） 網(wǎng)管系統(tǒng)：網(wǎng)管服務(wù)器（NMS）為wIMS中間件提供網(wǎng)元管理能力，主要是提供各網(wǎng)元的配置拓?fù)湫畔?、告警、性能?shù)據(jù)、日志、維測、統(tǒng)計(jì)等功能。

3.2.2 CM-IMS業(yè)務(wù)能力層

中間件平臺(tái)同樣需要具備連接各類IMS業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)的能力，如圖1所示，在CM-IMS業(yè)務(wù)能力層面，wIMS中間件平臺(tái)將多類IMS業(yè)務(wù)應(yīng)用進(jìn)行能力開放，如即時(shí)消息、狀態(tài)呈現(xiàn)、群組管理，而例如Centrex、會(huì)議、CTD（Click to Dial），后續(xù)根據(jù)規(guī)劃逐步進(jìn)行各IMS應(yīng)用服務(wù)器開放能力。

3.2.4 CM-IMS核心層

CM-IMS核心網(wǎng)，包括PCSCF、SCSCF、ICSCF等各種核心網(wǎng)元。

4 wIMS中間件平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)方案

4.1 總體設(shè)計(jì)

如圖2功能視圖所示，wIMS中間件平臺(tái)主要分為以下幾個(gè)模塊：統(tǒng)一接入模塊、業(yè)務(wù)能力適配模塊、SCE/SEE（Service Creation Environment/ Service Execute Environment）、SP門戶、用戶門戶以及通用管理模塊。以下對(duì)各個(gè)模塊進(jìn)行簡要的說明。

（1）統(tǒng)一接入：接受開放API請(qǐng)求，使得北向的應(yīng)用可以以各種Web形式調(diào)用業(yè)務(wù)能力，同時(shí)進(jìn)行業(yè)務(wù)能力調(diào)用的認(rèn)證和鑒權(quán)；

（2）業(yè)務(wù)能力適配模塊：實(shí)現(xiàn)與南向各類業(yè)務(wù)使能引擎的集成，模塊支持熱插拔；

（3）SP門戶：SP統(tǒng)一門戶，SP管理，開放能力展示訂購功能，技術(shù)資料發(fā)布展示功能，應(yīng)用創(chuàng)建發(fā)布功能，論壇、博客等支撐系統(tǒng)；

（4）SCE/SEE：業(yè)務(wù)創(chuàng)建環(huán)境和業(yè)務(wù)執(zhí)行環(huán)境；

圖2 wIMS中間件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（5）用戶門戶：用戶瀏覽、訂購業(yè)務(wù)；

（6）通用管理：

應(yīng)用管理：對(duì)SP開發(fā)的應(yīng)用進(jìn)行統(tǒng)一管理；

能力管理：對(duì)于能力提供平臺(tái)提供的能力進(jìn)行統(tǒng)一管理；

鑒權(quán)模塊：實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)提供商或用戶已簽約SLA的執(zhí)行以及相關(guān)API調(diào)用權(quán)限的鑒權(quán)；

計(jì)費(fèi)功能模塊：提供計(jì)費(fèi)功能并和OCS/CCF系統(tǒng)相連，產(chǎn)生符合規(guī)定的計(jì)費(fèi)消息，并將計(jì)費(fèi)消息上傳至OCS/CCF系統(tǒng)；

SLA（Service Level Agreement）控制模塊：實(shí)現(xiàn)SLA控制以保證業(yè)務(wù)提供商或用戶已簽約的QoS，以及保護(hù)系統(tǒng)；

路由處理模塊：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)側(cè)業(yè)務(wù)使能之間的路由機(jī)制；

統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊：收集各種商業(yè)對(duì)象，例如業(yè)務(wù)能力、業(yè)務(wù)提供商、應(yīng)用等的統(tǒng)計(jì)信息，并輸出成定制報(bào)表；

網(wǎng)管模塊：提供給中國移動(dòng)網(wǎng)管系統(tǒng)SNMP接口，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)wIMS中間件進(jìn)行維護(hù)、配置與管理；

配置管理模塊：通過Web服務(wù)接口和業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)能力、業(yè)務(wù)提供商、應(yīng)用和用戶等數(shù)據(jù)的配置；

日志模塊：收集系統(tǒng)日志并對(duì)日志進(jìn)行統(tǒng)一管理。

4.2 詳細(xì)設(shè)計(jì)

統(tǒng)一接入模塊和業(yè)務(wù)能力適配模塊作為wIMS中間件平臺(tái)兩個(gè)最為重要的模塊，本文在接下來的小節(jié)進(jìn)行這兩個(gè)模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)介紹，最后通過一個(gè)IMS點(diǎn)擊撥號(hào)業(yè)務(wù)API調(diào)用流程展示wIMS中間件平臺(tái)在開放業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)能力中所起的作用。

4.2.1 統(tǒng)一接入模塊

統(tǒng)一接入模塊主要分為兩大功能塊：接入模塊和認(rèn)證模塊。

接入模塊基于REST方式，系統(tǒng)的開發(fā)語言是Java語言，選用Restlet開源框架。接入模塊功能包括接收、解析API調(diào)用請(qǐng)求，返回API調(diào)用請(qǐng)求結(jié)果；調(diào)用認(rèn)證模塊；將通過認(rèn)證的請(qǐng)求轉(zhuǎn)移至業(yè)務(wù)能力適配模塊。

認(rèn)證模塊功能包括平臺(tái)流控級(jí)別認(rèn)證：維持平臺(tái)性能可靠性；用戶級(jí)別認(rèn)證：SP、應(yīng)用和用戶賬戶鑒權(quán)，API-SLA控制等。

4.2.2 業(yè)務(wù)能力適配模塊

業(yè)務(wù)能力適配模塊實(shí)現(xiàn)與南向各類業(yè)務(wù)使能引擎的集成。

業(yè)務(wù)能力適配模塊支持熱插拔模式，當(dāng)wIMS業(yè)務(wù)平臺(tái)需要增加南向業(yè)務(wù)使能引擎，只需增加業(yè)務(wù)使能引擎的API調(diào)用邏輯模塊，API調(diào)用邏輯模塊主要由xml文件和jar包組成，業(yè)務(wù)能力適配模塊會(huì)讀取API調(diào)用邏輯模塊的xml文件，從而將API調(diào)用邏輯模塊掛載在業(yè)務(wù)能力適配模塊中。

當(dāng)統(tǒng)一接入模塊將通過認(rèn)證的請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)至業(yè)務(wù)能力適配模塊，業(yè)務(wù)能力適配模塊解析所得到的請(qǐng)求，并在所掛載的API調(diào)用邏輯模塊中查找符合要求的模塊，并調(diào)用相應(yīng)業(yè)務(wù)的API調(diào)用邏輯模塊將請(qǐng)求發(fā)往相應(yīng)的南向業(yè)務(wù)使能引擎。

4.2.3 IMS點(diǎn)擊撥號(hào)業(yè)務(wù)API調(diào)用流程示例

IMS點(diǎn)擊撥號(hào)（CTD）是由服務(wù)器發(fā)起而建立的呼叫。用戶攜帶CTD發(fā)起人、CTD主被叫號(hào)碼的CTD請(qǐng)求到達(dá)CTD平臺(tái)后，由CTD平臺(tái)建立CTD主被叫之間的呼叫連接。業(yè)務(wù)體驗(yàn)是CTD主叫側(cè)終端先振鈴，主叫摘機(jī)聽業(yè)務(wù)提示音，然后CTD被叫側(cè)終端振鈴，被叫用戶摘機(jī)，與主叫通話。

本文通過一個(gè)消息流程簡述一個(gè)典型的通過wIMS中間件平臺(tái)發(fā)起的CTD呼叫發(fā)起流程，如圖3所示。

流程描述：

（1）用戶登陸所訂購的wIMS應(yīng)用，輸入主被叫號(hào)碼，發(fā)起點(diǎn)擊撥號(hào)業(yè)務(wù)調(diào)用；

（2）應(yīng)用進(jìn)行wIMS API調(diào)用，攜帶終端用戶的USER_ID（手機(jī)號(hào)、密碼）、SP_ID以及APP_ID用于鑒權(quán)；

（3）wIMS中間件對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行認(rèn)證鑒權(quán)；

（4）wIMS中間件通過協(xié)議轉(zhuǎn)換進(jìn)行本次API調(diào)用的IMS-CTD業(yè)務(wù)能力調(diào)用；

（5）IMS-CTD業(yè)務(wù)平臺(tái)返回調(diào)用結(jié)果和本次呼叫唯一標(biāo)識(shí)SessionId；

（6）wIMS中間件反饋調(diào)用結(jié)果給應(yīng)用；

（7）應(yīng)用返回結(jié)果給用戶；

圖3 CTD呼叫流程圖

（8）IMS-CTD將呼叫狀態(tài)變更通知（發(fā)生在主被叫摘機(jī)時(shí)刻）推送給wIMS中間件平臺(tái)；

（9）用戶查詢本次呼叫的呼叫狀態(tài)；

（10）應(yīng)用進(jìn)行wIMS API調(diào)用，同時(shí)攜帶SessionId；

（11）wIMS中間件對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行認(rèn)證鑒權(quán)；

（12）wIMS中間件反饋呼叫狀態(tài)給應(yīng)用；

（13）應(yīng)用返回呼叫狀態(tài)給用戶；

（14）用戶結(jié)束呼叫；

（15）應(yīng)用進(jìn)行wIMS API調(diào)用，同時(shí)攜帶SessionId；

（16）wIMS中間件對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行認(rèn)證鑒權(quán)；

（17）wIMS中間件通過協(xié)議轉(zhuǎn)換進(jìn)行本次API調(diào)用的IMS-CTD業(yè)務(wù)能力調(diào)用；

（18）IMS-CTD將調(diào)用結(jié)果反饋給wIMS中間件平臺(tái)；

（19）wIMS中間件反饋調(diào)用結(jié)果給應(yīng)用；

（20）應(yīng)用返回結(jié)果給用戶。

[1] 王亞晨等. 中國移動(dòng)CM-IMS wIMS中間件總體技術(shù)要求. 2009,10

[2] Fielding R T. Architectural styles and the design of networkbased software architectures. Computer Science, 2000

[3] Richardson, Leonard; RESTful Web Services. O'Reilly. 2007,05

[4] 中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì). 基于統(tǒng)一IMS的業(yè)務(wù)技術(shù)要求點(diǎn)擊撥號(hào)業(yè)務(wù). 2010,4

[5] 朱曉民，廖建新，陳俊亮. 用Petri網(wǎng)對(duì)點(diǎn)擊撥號(hào)業(yè)務(wù)的建模.電子與信息學(xué)報(bào). 2006,(3)