群組聊天業(yè)務(wù)在IMS客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱春江， 丁革媛， 孫 詠， 賈軍營

(1.中國科學(xué)院研究生院，北京100049；2.中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所網(wǎng)絡(luò)與通信實(shí)驗(yàn)室，遼寧沈陽110171；3.沈陽工業(yè)大學(xué)工程學(xué)院，遼寧沈陽111003)

0 引 言

IM(instantmessaging)的飛速發(fā)展使得它一躍成為互聯(lián)網(wǎng)三大基礎(chǔ)應(yīng)用之首，超過了搜索引擎和電子郵件。在網(wǎng)絡(luò)融合的背景下，IMS客戶端必然會選擇包含IM這項(xiàng)極具商業(yè)價(jià)值的業(yè)務(wù)。IMS架構(gòu)中指定SIMPLE(SIP for instant messaging and presence leverage extension)[1]作為IM業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。一般認(rèn)為，SIMPLE IM業(yè)務(wù)主要包括，一對一聊天、群組聊天(預(yù)定義群組和臨時(shí)群組)、文件傳輸、離線消息和歷史消息存儲等。IMS客戶端中這些業(yè)務(wù)擁有旺盛的需求，特別是群組聊天。目前業(yè)界IMS客戶端支持的業(yè)務(wù)一般都包括一對一聊天、離線消息、歷史消息存儲等，而在最新的標(biāo)準(zhǔn)中定義的群組聊天和文件傳輸，還很少有 IMS客戶端支持。Ericsson的IMS-M客戶端支持臨時(shí)群組、文件傳輸，但沒有預(yù)定義群組；法國優(yōu)秀的IMS客戶端Mercuro只支持文件傳輸，不支持群組聊天。因此，市場上還沒有一個(gè)IMS客戶端完整地支持群組聊天業(yè)務(wù)，群組聊天業(yè)務(wù)是目前IMS客戶端需求最迫切的業(yè)務(wù)。

為了彌補(bǔ)完整的群組聊天業(yè)務(wù)在 IMS客戶端上的空白，本文依據(jù)OMA最新發(fā)布的SIMPLEIM標(biāo)準(zhǔn)，研究其中關(guān)于群組聊天業(yè)務(wù)的定義，在IMS客戶端體系架構(gòu)上添加了群組聊天組件，設(shè)計(jì)出分別針對預(yù)定義群組和臨時(shí)群組的管理器，討論了群組初始化的過程，并實(shí)現(xiàn)在SIPHelloIMS客戶端上。經(jīng)測試表明，群組初始化、群組操作、群會話操作、群組消息收發(fā)、事件包訂閱通知等均正確運(yùn)行，群組聊天業(yè)務(wù)得以成功實(shí)現(xiàn)。

1 群組聊天標(biāo)準(zhǔn)介紹

1.1 SIMPLE IM

SIMPLE和XMPP(extensible messaging and presence protocol)是目前IM的兩個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)。SIMPLE IM是SIP協(xié)議針對IM和Presence的擴(kuò)展。它最早是由IETF SIMPLE工作組于2001年2月提出的。之后，OMA也就SIMPLEIM提出了版本V1.0的一系列規(guī)范，分別定義了業(yè)務(wù)功能架構(gòu)、業(yè)務(wù)需求、技術(shù)規(guī)范。V1.0版本仍是Candidate狀態(tài)，OMA和IETF正在對此標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行進(jìn)一步完善。

SIMPLEIM會涉及到OMA定義的另外一些網(wǎng)元，如XDM(XMLdocumentmanagement)[2-3]。OMA 將 IM、Presence、XDM 等功能部件分別定義為一個(gè)網(wǎng)元。這些網(wǎng)元擁有各自的一些功能規(guī)范，某些網(wǎng)元需要調(diào)用其他網(wǎng)元的功能。例如，IM和Presence都會使用XDM來管理XML文件。

1.2 預(yù)定義群組和臨時(shí)群組

SIMPLE IM將群組分為預(yù)定義群組(pre-defined group)和臨時(shí)群組(Ad-hoc group)。這兩種群組的區(qū)別在于，預(yù)定義群組擁有群組結(jié)構(gòu)文件保存在XDMS，此XML文件的XMLSchema見文獻(xiàn)[4]，它保存著此預(yù)定義群組的各項(xiàng)屬性和內(nèi)容，例如群組名稱，顯示名稱，群組成員列表，群組初始化時(shí)是否邀請成員，最大邀請人數(shù)以及定義了各個(gè)成員屬性(如允許匿名，允許訂閱群會話conference[5]事件包，允許私有信息，允許動(dòng)態(tài)加入成員，是否接收群廣告，是否是關(guān)鍵用戶，允許別人加入群組等)的規(guī)則集。預(yù)定義群組中“預(yù)定義”3個(gè)字的含義應(yīng)該就在于，每一個(gè)預(yù)定義群組都擁有一個(gè)對應(yīng)的群組結(jié)構(gòu)文件存儲在XDMS上。臨時(shí)群組，如同它的名字，是一種臨時(shí)創(chuàng)建、臨時(shí)銷毀的群組。它的特點(diǎn)是簡單方便。

1.3 3種通信模式

SIMPLEIM的通信模式有3種：PagerMode，LargeMessage Mode和SessionMode。PagerMode使用SIP的拓展請求MESSAGE方法，信息直接攜帶在消息體中，傳輸過程不需要會話的建立。但是，Pager Mode每個(gè)MESSAGE消息只能傳輸最多1300字節(jié)的內(nèi)容，當(dāng)需要傳送大數(shù)據(jù)量時(shí)不適用。為了克服此缺點(diǎn)，提出了Large Message Mode。此模式每次需要傳輸信息時(shí)就建立起MSRP[6]通道，傳輸完畢后就撤銷MSRP通道。這種方式很好的解決了PagerMode的大消息傳送問題，然而，當(dāng)頻繁發(fā)送消息時(shí)，MSRP通道的頻繁建立銷毀就成為了巨大的負(fù)載。Session Mode則在通信雙方之間保持著MSRP通道(IM session)，期間可以利用此通道接收發(fā)送消息；MSRP通道的銷毀是由用戶自身或者定時(shí)器來觸發(fā)的。

上述3種通信模式都可以用于預(yù)定義群組和臨時(shí)群組。但Pager Mode和Large Message Mode只能用于群組消息的發(fā)送和接收；只有Session Mode才有群會話操作。

1.4 群組操作和群會話操作

顧名思義，群組操作和群會話操作分別是針對群組和群會話的。預(yù)定義群組中，群組是由群組結(jié)構(gòu)文件定義的，所以群組操作是指操縱群組結(jié)構(gòu)文件的操作，在任何通信模式下都可以通過XCAP協(xié)議[7]進(jìn)行；群會話操作是指操縱群會話的操作，只有在擁有群會話時(shí)才存在，即必須是在Session Mode下進(jìn)行的。臨時(shí)群組中，群組的概念更多的是指SessionMode下的群會話，因?yàn)镻agerMode和LargeMessageMode只能進(jìn)行簡單的群組消息收發(fā)，不能進(jìn)行復(fù)雜的群組操作。因此，臨時(shí)群組下群組操作就是群會話操作。

群組操作包括，新建群組、加入群組、邀請別人加入群組、退出群組、將成員從群組中刪除掉、銷毀群組等。它們雖然沒有在標(biāo)準(zhǔn)中明確地被提出，但可以從XDM[2-3]和RFC4825[7]中推導(dǎo)出操作的方法。它們都是通過XCAP協(xié)議PUT、GET、DELETE方法操縱IM XDMS上群組結(jié)構(gòu)文件來實(shí)現(xiàn)的。

群會話操作包括，發(fā)起群會話、取消發(fā)起的群會話、加入群會話、邀請成員加入群會話、離開群會話、從群會話中刪除成員、結(jié)束群會話等。它們的具體細(xì)節(jié)在標(biāo)準(zhǔn)中定義得比較詳細(xì)。下面簡要介紹客戶端的過程：

(1)發(fā)起群會話：使用INVITE消息，設(shè)置Request-Uri是預(yù)定義群組 Uri或臨時(shí)群組 Conference-Factory-Uri。消息攜帶SDP Offer協(xié)商MSRP通道。

(2)取消發(fā)起的群會話：使用CANCEL消息，前提是客戶端還沒有接收到INVITE請求的最終響應(yīng)。

(3)加入群會話：使用INVITE消息，設(shè)置Request-Uri是預(yù)定義群組Uri或臨時(shí)群組Session Uri。消息攜帶SDP Offer協(xié)商MSRP通道。

(4)邀請成員加入群會話：使用REFER消息，設(shè)置Request-Uri是Session Uri。Refer-To字段設(shè)置為被邀請成員Uri，邀請多個(gè)成員時(shí)可以使用RFC4826[8]中定義的Resource-List來攜帶。Method字段是INVITE方法。

(5)離開群會話：使用BYE消息，設(shè)置Request-Uri是SessionUri。

(6)從群會話中刪除成員：使用REFER消息，設(shè)置Request-Uri是Session Uri。Refer-To字段設(shè)置為要?jiǎng)h除的成員Uri，刪除多個(gè)成員時(shí)可以使用RFC4826[8]中定義的Resource-List來攜帶。Method字段是BYE方法。

(7)結(jié)束群會話：預(yù)定義群組時(shí)，群組管理員執(zhí)行銷毀群組的操作，或者群主離開群會話時(shí)群組結(jié)構(gòu)文件中Session Release Policy中auto-release字段的值是true[1]，此群會話就被結(jié)束了。臨時(shí)群組時(shí)，群主離開群會話一定會引起該群會話的結(jié)束。

2 群組聊天業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)

2.1 客戶端體系架構(gòu)

群組聊天業(yè)務(wù)是一項(xiàng)客戶端、服務(wù)器端緊密交互的系統(tǒng)。在此，我們主要關(guān)注客戶端。為了構(gòu)建群組聊天業(yè)務(wù)，我們在客戶端的體系架構(gòu)上添加群組聊天組件，如圖1所示。

圖1 客戶端體系架構(gòu)

圖1顯示了“用戶層——UACore——網(wǎng)絡(luò)層”3層體系結(jié)構(gòu)。最上層是用戶層，負(fù)責(zé)接收用戶的操作命令和顯示結(jié)果至用戶。第二層是整個(gè)架構(gòu)的核心UACore，這一層相當(dāng)于一個(gè)容器，包含著所有核心棧及管理器，如封裝好的信令棧、媒體棧、Presence管理器等。筆者在該層添加了預(yù)定義群組和臨時(shí)群組兩個(gè)管理器，負(fù)責(zé)一切與群組相關(guān)的操作，管理器的具體設(shè)計(jì)見2.2。最底層是網(wǎng)絡(luò)層，負(fù)責(zé)與真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的交互。

2.2 管理器設(shè)計(jì)

圖2 管理器框架

在圖2中，預(yù)定義群組管理器包括群組部件、群會話部件、XCAP-DIFF[9]事件包訂閱通知部件、Conference[5]事件包訂閱通知部件、預(yù)定義群組消息收發(fā)部件等。而臨時(shí)群組管理器只包括群會話部件、Conference事件包訂閱通知部件、臨時(shí)群組消息收發(fā)部件等。其中，群組部件通過XCAP協(xié)議與IMXDMS進(jìn)行交互，群會話部件通過SIP協(xié)議(INVITE，BYE，REFER等方法)與IMServer交互；XCAP-DIFF和Conference事件包的訂閱通知部件基于RFC3265的事件通知機(jī)制。圖2中事件包訂閱通知接口和群組消息收發(fā)接口在2.3和2.4進(jìn)行介紹。

2.3 群組消息收發(fā)接口設(shè)計(jì)

在圖2中可見，群組消息收發(fā)接口相當(dāng)于一個(gè)與IMServer聯(lián)系，匯總、分發(fā)群組消息的接口。發(fā)送消息時(shí)，兩個(gè)管理器中預(yù)定義群組消息收發(fā)部件和臨時(shí)群組收發(fā)部件負(fù)責(zé)從用戶層把要發(fā)送的消息、發(fā)送的目的地等信息收集起來，然后經(jīng)過群組消息收發(fā)接口發(fā)送至IMServer。接收消息時(shí)，從IMServer得到消息后，判斷目標(biāo)群組是預(yù)定義群組還是臨時(shí)群組，然后把消息傳送至相應(yīng)的部件，在那里傳送至用戶層進(jìn)行顯示和記錄等操作。

根據(jù)通信模式的不同，群組消息收發(fā)接口與IM Server交互的方式也不同。PagerMode下使用的是SIP拓展請求MESSAGE，Session Mode和Large Message Mode都是基于會話的模式，它們使用RFC3862[10]中定義的message/cpim MIME格式進(jìn)行群組消息的收發(fā)。因此，根據(jù)上述兩種不同的情況設(shè)計(jì)不同的函數(shù)接口：Pager Mode下使用函數(shù)SendHtmlMessageTo和SendMessageTo分別用于發(fā)送MIME格式為txt/html或txt/plain的消息體，接收MESSAGE消息的回調(diào)則是pfunReceivedPage；Session Mode和 Large Message Mode下使用函數(shù) SendMsrp-DataTo發(fā)送Msrp數(shù)據(jù)，接收Msrp數(shù)據(jù)的回調(diào)設(shè)計(jì)為pfunOn-MsrpRecvIM。上述5個(gè)函數(shù)的具體參數(shù)設(shè)計(jì)介紹如下：

(2)發(fā)送Html格式消息函數(shù)SendHtmlMessageTo，參數(shù)列表為unsigned int prof_id,const char*target,const char*txt,int len,int cookie，分別代表ProfileId、發(fā)送目標(biāo)、發(fā)送消息和長度、cookie。

(3)發(fā)送Plain純文本消息函數(shù)SendMessageTo，參數(shù)列表是short nProfId,const char*target,const char*txt,long len,int cookie，分別代表ProfileId、發(fā)送目標(biāo)、發(fā)送消息和長度、cookie。

(4)Msrp數(shù)據(jù)接收回調(diào)pfunOnMsrpRecvIM，參數(shù)列表是long sesId,long strmId,char*buf,int buflen,int contenttype，分別代表Session Id、Stream Id、消息內(nèi)容及長度、MIME格式。

(5)發(fā)送Msrp數(shù)據(jù)函數(shù)SendMsrpDataTo，參數(shù)列表是const char*uri,constchar*buffer,intlen,constintcontenttype,boolbPriority，分別代表目的Uri、消息內(nèi)容及長度、MIME格式、優(yōu)先級。

2.4 事件包訂閱通知接口設(shè)計(jì)

從圖2中可見，和群組消息收發(fā)接口類似，事件包訂閱通知接口是一個(gè)匯總訂閱、分發(fā)通知的接口。訂閱時(shí)，預(yù)定義群組管理器中XCAP-DIFF事件包訂閱通知部件把訂閱資源uri，通知方法diff-processing等信息傳送給此接口，此接口再向IM XDMS訂閱。兩個(gè)管理器中Conference事件包訂閱通知部件把要訂閱的群會話uri等信息傳送給此接口，之后此接口再統(tǒng)一向IM Server訂閱。通知時(shí)，IMXDMS和IMServer等Notifier把Notify消息傳送至此接口，此接口判斷Notify消息的事件包名是XCAP-DIFF還是Conference，訂閱資源屬于預(yù)定義群組還是臨時(shí)群組等信息，再把Notify消息傳送至對應(yīng)的部件。

數(shù)碼互動(dòng)系統(tǒng)是形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一項(xiàng)重大改革，是一種有效的教學(xué)輔助手段。有利于開展互動(dòng)化教學(xué)方式和遠(yuǎn)程教學(xué)，有利于學(xué)生對形態(tài)學(xué)的理解和學(xué)習(xí)能力水平的提高，經(jīng)過多年實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)成績有很大的提高，形態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)水平明顯提升。

有了以上分析，筆者設(shè)計(jì)了適用于通用事件的訂閱函數(shù)AddSubscription、RefreshSubscription、RemoveSubscription以及事件包通知的回調(diào)pfunOnSubscriptionActive、pfunOnSubscription-Terminated、pfunOnSubscriptionPending等，事件包訂閱通知接口直接使用這些函數(shù)和回調(diào)就可以實(shí)現(xiàn)。下面介紹它們的具體參數(shù)設(shè)計(jì)：

(1)添加訂閱函數(shù)AddSubscription，參數(shù)列表是constchar*uri,constchar*ev,constintexpire，分別代表訂閱資源、訂閱事件包和過期時(shí)間。

(2)刷新訂閱函數(shù)RefreshSubscription，參數(shù)列表是constchar*uri,const char*ev，代表訂閱資源和訂閱事件包。

(3)刪除訂閱函數(shù)RemoveSubscription，參數(shù)列表是constchar*uri,const char*ev，代表訂閱資源和訂閱事件包。

(4)訂閱成功回調(diào)pfunOnSubscriptionActive，參數(shù)列表是int32 prf_id,const char8*uri,const char8*ev,const char8*strContent,int32 len,const char8*mimetype，分別代表 Profile Id、訂閱資源Uri、訂閱事件包、消息體內(nèi)容及長度、MIME類型。

(5)訂閱終止回調(diào)pfunOnSubscriptionTerminated，參數(shù)列表是int32 prf_id,const char8*uri,const char8*ev,const char8*reason，分別代表ProfileId、訂閱資源Uri、訂閱事件包、終止原因。

(6)訂閱掛起回調(diào)pfunOnSubscriptionPending，參數(shù)列表是int32prf_id,constchar8*uri,constchar8*ev，分別代表 ProfileId、訂閱資源Uri、訂閱事件包。

2.5 群組初始化討論

群組初始化是指IMS客戶端用戶登錄成功后的初始化工作，主要是把該用戶所參與的群組加載完畢。群組初始化只針對預(yù)定義群組的初始化，不包括臨時(shí)群組的初始化，因?yàn)榕R時(shí)群組是用戶登錄后臨時(shí)創(chuàng)建的，用戶剛登錄時(shí)是不應(yīng)該存在任何臨時(shí)群組的。預(yù)定義群組的加載就是取得群組結(jié)構(gòu)文件，解析后放入內(nèi)存，并進(jìn)行相應(yīng)的界面顯示。筆者認(rèn)為，群組初始化過程存在兩個(gè)關(guān)鍵問題，下面具體討論。

2.5.1 用戶參與的群組

初始化時(shí)，用戶需要知道他參與了哪些群組。群組結(jié)構(gòu)文件只是說明某個(gè)群組的各項(xiàng)屬性，并不包含這個(gè)用戶參與了哪些群組的信息。最直觀的想法是，對XDMS中所有用戶樹下的群組結(jié)構(gòu)文件進(jìn)行搜索，把群組成員列表中包含某特定用戶的群組給搜索出來，也就知道了該用戶所參與的所有群組，但顯然搜索過程會引入巨大的時(shí)間開銷，不適合在初始化過程中使用。在此，定義了一個(gè)XML文件，文件名是BelongGroups.xml，每個(gè)用戶都擁有一份自己的BelongGroups.xml存放在XDMS該用戶的用戶樹下，作用是指明該用戶所參與的所有預(yù)定義群組。注意，文件名BelongGroups.xml必須定義為關(guān)鍵字，防止它與同目錄下的群組結(jié)構(gòu)文件的文件名混淆。它的XML Schema如圖3所示。

從圖3的XMLSchema中可以看出，元素belong-groups下有多個(gè)one-group子元素，代表該用戶所參與的多個(gè)群組；而一個(gè)元素 one-group代表一個(gè)群組，記錄著這個(gè)群組的群組Uri、群組創(chuàng)建者Uri和群組結(jié)構(gòu)文件的文件名。有了這些信息，用戶就可以取得群組結(jié)構(gòu)文件進(jìn)行初始化了。

2.5.2 本地存檔文件

本地需要存檔 BelongGroups.xml和各個(gè)群組的群組結(jié)構(gòu)文件。因?yàn)镮M XDMS出現(xiàn)故障時(shí)，用戶無法獲得上述文件就無法初始化，用戶體驗(yàn)下降。雖然本地存檔的文件不一定是服務(wù)器上最新的版本，但某種程度上給予用戶一定的參考價(jià)值。

下一個(gè)需要考慮的問題就是，初始化時(shí)如何設(shè)計(jì)服務(wù)器上遠(yuǎn)程文件或本地文件的加載順序。邏輯上，應(yīng)該是先加載遠(yuǎn)程的BelongGroups.xml，加載成功就繼續(xù)加載各個(gè)群組遠(yuǎn)程的群組結(jié)構(gòu)文件，所有群組的群組結(jié)構(gòu)文件都加載成功后初始化就成功結(jié)束了。如果上述過程出現(xiàn)不成功，就加載本地BelongGroups.xml，接著加載本地的群組結(jié)構(gòu)文件。具體流程圖見圖4。

圖3 BelongGroups.xml的XML Schema

圖4 群組初始化加載文件流程

3 驗(yàn)證與測試

筆者在VC7.1開發(fā)平臺上基于SIPHelloIMSClient上實(shí)現(xiàn)了群組聊天業(yè)務(wù)。測試階段測試項(xiàng)目涵蓋了：

(1)群組初始化流程，構(gòu)造條件使程序通過圖4中不同分支分別加載遠(yuǎn)程和本地文件。

(2)各項(xiàng)群組操作，測試這些操作是否導(dǎo)致IMXDMS上對應(yīng)群組結(jié)構(gòu)文件正確地改變；改變后，Notifier是否發(fā)送XCAP-DIFF事件包Notify消息，訂閱了群組結(jié)構(gòu)文件XCAP-DIFF事件包的群組成員是否接收到Notify消息，是否正確地解析消息體并修改本地存檔文件。

(3)各項(xiàng)群會話操作，測試這些操作是否導(dǎo)致群會話狀態(tài)的正確改變；群會話狀態(tài)改變后Notifier是否會發(fā)送Conference事件包的Notify消息，群會話中訂閱了群會話Conference事件包的成員是否接收到此Notify消息，是否正確地解析消息體并修改群會話狀態(tài)。

(4)群組消息收發(fā)，測試預(yù)定義群組和臨時(shí)群組消息的發(fā)送和接收是否正確。

經(jīng)測試，群組初始化、群組操作、群會話操作、群組消息收發(fā)以及事件包訂閱通知等操作正確運(yùn)行，擁有一定的穩(wěn)定性。這也驗(yàn)證了本文SIMPLEIM群組聊天業(yè)務(wù)在IMS客戶端上的設(shè)計(jì)是正確有效的。

4 結(jié)束語

IMS客戶端市場對群組聊天業(yè)務(wù)需求旺盛，而業(yè)內(nèi)IMS客戶端產(chǎn)品都沒有完整地提供該業(yè)務(wù)，這塊空缺造就了群組聊天業(yè)務(wù)的迫切需求。本文根據(jù)最新的SIMPLE IM標(biāo)準(zhǔn)，對群組聊天業(yè)務(wù)進(jìn)行詳細(xì)分析，在IMS客戶端體系架構(gòu)上添加了群組聊天組件，設(shè)計(jì)出針對預(yù)定義群組和臨時(shí)群組的管理器，特別討論了群組初始化流程及其問題，并實(shí)現(xiàn)在SIPHello IMSClient上。測試表明群組初始化、群組操作、群會話操作、群組消息收發(fā)以及事件包訂閱通知等均運(yùn)行成功。下一步工作是繼續(xù)緊跟SIMPLE IM標(biāo)準(zhǔn)，對標(biāo)準(zhǔn)中的更新對設(shè)計(jì)進(jìn)行進(jìn)一步修改，保持與標(biāo)準(zhǔn)的一致，保證與別的遵循SIMPLEIM標(biāo)準(zhǔn)的IMS客戶端產(chǎn)品之間的互聯(lián)互通。

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