智能設(shè)備通話能力的研究與應(yīng)用探討

高杰復(fù)，劉牧寅，符 剛（中國(guó)聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京100048）

0 前言

伴隨著人工智能的快速發(fā)展，人們的生活已經(jīng)逐漸走入智能時(shí)代，而現(xiàn)今應(yīng)用最多的智能交互方式是語(yǔ)音交互，基于語(yǔ)音交互的智能音箱、智能家居等設(shè)備能夠?yàn)槿藗兲峁└奖憧旖莸姆?wù)。人工智能語(yǔ)音交互設(shè)備能普及到更廣泛的人群，比如視力不好的老年人，不識(shí)字的低齡兒童、盲人等生活難以自理的群體，解放人類眼睛和雙手是一個(gè)必然趨勢(shì)。目前市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的智能設(shè)備有智能音箱、VR眼鏡、VR頭盔、智能家電、智能家居等，近幾年市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)走高，產(chǎn)品與技術(shù)百花齊放，行業(yè)進(jìn)入快速成長(zhǎng)期，并將成為今后家居領(lǐng)域發(fā)展的必然趨勢(shì)。

作為傳統(tǒng)行業(yè)運(yùn)營(yíng)商，電信運(yùn)營(yíng)商面臨來(lái)自移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)擠壓，電信運(yùn)營(yíng)商的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)與增值業(yè)務(wù)不同程度面臨停滯不前甚至被取代的風(fēng)險(xiǎn)，因此，通過(guò)能力開(kāi)放平臺(tái)來(lái)進(jìn)行業(yè)務(wù)創(chuàng)新，是電信運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行積極嘗試的方向與選擇。

1 能力開(kāi)放平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

語(yǔ)音能力開(kāi)放基于運(yùn)營(yíng)商基礎(chǔ)通話業(yè)務(wù)，以碼號(hào)映射和全球互通為優(yōu)勢(shì)，通過(guò)SDK和API等形式，提供面向政企行業(yè)和個(gè)人用戶的多樣化語(yǔ)音能力，兼容多元化終端形態(tài)和多樣化接入網(wǎng)絡(luò)類型，能夠同時(shí)滿足運(yùn)營(yíng)商語(yǔ)音IP化和面向企業(yè)行業(yè)的定制化語(yǔ)音及通話需求。主被叫通話是運(yùn)營(yíng)商基礎(chǔ)通信能力之一，隨著運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)IP化，語(yǔ)音業(yè)務(wù)也將全部基于IP承載，基于IMS的語(yǔ)音解決方案將成為語(yǔ)音業(yè)務(wù)的主要提供方式。而IMS網(wǎng)絡(luò)的接入無(wú)關(guān)、控制與業(yè)務(wù)分離以及靈活的業(yè)務(wù)可擴(kuò)展能力為運(yùn)營(yíng)商基礎(chǔ)語(yǔ)音能力開(kāi)放提供了基礎(chǔ)，IMS通話作為NGV通信服務(wù)中的重要能力之一，以SDK形式開(kāi)放給第三方企業(yè)。第三方企業(yè)智能終端和APP客戶端中嵌入運(yùn)營(yíng)商IMS通話能力SDK后，無(wú)論在固網(wǎng)、Wi-Fi還是3G/4G蜂窩網(wǎng)接入下，用戶均可通過(guò)SDK，使用移網(wǎng)或固網(wǎng)號(hào)碼，與全球任意手機(jī)和固碼進(jìn)行通話。

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力開(kāi)放平臺(tái)建立在運(yùn)營(yíng)商通信網(wǎng)絡(luò)之上，將運(yùn)營(yíng)商的語(yǔ)音通話、視頻通話、多媒體會(huì)議、點(diǎn)擊撥號(hào)、呼叫中心、消息通知等通信資源封裝成接口或開(kāi)發(fā)包，以SDK和API等方式通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)外開(kāi)放。

能力開(kāi)放平臺(tái)采用集中組網(wǎng)，基地化運(yùn)營(yíng)方案，提供一點(diǎn)受理開(kāi)通，服務(wù)全國(guó)的能力。一站服務(wù)，包含從管道到服務(wù)的一體化通信能力，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)集中管理，規(guī)范運(yùn)營(yíng)，避免因監(jiān)管問(wèn)題產(chǎn)生負(fù)面影響。

網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力開(kāi)放平臺(tái)架構(gòu)如圖1所示。

2 智能設(shè)備通話能力解決方案

智能設(shè)備的通話能力解決方案基于能力開(kāi)放平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，在智能設(shè)備中嵌入運(yùn)營(yíng)商VoIMSSDK，運(yùn)營(yíng)商VoIMSSDK通過(guò)與集中IMS平臺(tái)的交互完成智能設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備的主叫和被叫語(yǔ)音和視頻通話功能，VoIMSSDK通過(guò)Wi-Fi等無(wú)線環(huán)境經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)到達(dá)運(yùn)營(yíng)商SBC，接入到集中IMS平臺(tái)。

圖2示出的是智能設(shè)備通話能力解決方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

2.1 IMS的入口點(diǎn)發(fā)現(xiàn)

圖1 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力開(kāi)放架構(gòu)

智能設(shè)備在IMS注冊(cè)之前，首先建立與網(wǎng)絡(luò)之間的IP連接，建立IP連接后，在發(fā)送第一個(gè)SIP消息之前，智能設(shè)備必須獲得IMS接入點(diǎn)SBC/P-CSCF的地址信息。IMS入口點(diǎn)的發(fā)現(xiàn)可以支持2種發(fā)現(xiàn)機(jī)制：靜態(tài)機(jī)制和動(dòng)態(tài)機(jī)制。

a）靜態(tài)機(jī)制是指在智能設(shè)備上配置固定的IMS入口點(diǎn)SBC/P-CSCF的IP地址。

b）動(dòng)態(tài)機(jī)制是指不在智能設(shè)備上配置任何固定的SBC/P-CSCF的IP地址，IMS的入口點(diǎn)的地址由智能設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的交互獲得。智能設(shè)備從返回的響應(yīng)中選擇一個(gè)網(wǎng)絡(luò)入口點(diǎn)地址，隨后的注冊(cè)請(qǐng)求先路由到該網(wǎng)絡(luò)入口點(diǎn)。

2.2 智能設(shè)備注冊(cè)

智能設(shè)備得到一個(gè)IP地址，并發(fā)現(xiàn)其P-CSCF地址之后，就可以向IMS核心網(wǎng)進(jìn)行注冊(cè)。注冊(cè)就是把公有用戶標(biāo)識(shí)（如SIPURI）和IP地址進(jìn)行綁定的過(guò)程。

圖2 智能設(shè)備通話能力解決方案網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

IMS注冊(cè)將通過(guò)一個(gè)SIPREGISTER請(qǐng)求消息來(lái)完成，IMS終端向P-CSCF發(fā)送SIPREGISTER消息后，由P-CSCF轉(zhuǎn)發(fā)至I-CSCF，直至S-CSCF。S-CSCF收到該請(qǐng)求并用HSS提供的數(shù)據(jù)來(lái)認(rèn)證該用戶。SCSCF創(chuàng)建一個(gè)SIP 401 Unauthorized響應(yīng)，IMS終端收到該響應(yīng)后，發(fā)送第二個(gè)Register請(qǐng)求消息。S-CSCF收到第二個(gè)SIPRegister消息后將通過(guò)HSS進(jìn)行認(rèn)證，認(rèn)證通過(guò)后將發(fā)送一個(gè)200 OK響應(yīng)。IMS終端收到該200 OK響應(yīng)，至此，注冊(cè)流程完成（見(jiàn)圖3）。

圖3 IMS用戶注冊(cè)基本流程

2.3 智能設(shè)備主叫路由

當(dāng)智能設(shè)備完成向集中IMS網(wǎng)絡(luò)的注冊(cè)之后，就可以進(jìn)行通話。智能設(shè)備調(diào)用SDK以號(hào)碼A進(jìn)行語(yǔ)音呼叫，將用戶的行為轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的SIP消息經(jīng)Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)接入互聯(lián)網(wǎng)，然后直連至集中IMS網(wǎng)絡(luò)及AS。集中IMS收到呼叫后，執(zhí)行主叫呼叫邏輯，根據(jù)主叫號(hào)碼將此次呼叫路由到主叫號(hào)碼的歸屬省IMS網(wǎng)絡(luò)，歸屬省IMS網(wǎng)絡(luò)根據(jù)被叫號(hào)碼信息路由到被叫用戶，由于互聯(lián)網(wǎng)側(cè)和WLAN側(cè)無(wú)需承載建立，VoWiFi呼叫無(wú)需PCRF預(yù)留接入側(cè)資源，只需完成IMS會(huì)話建立過(guò)程及編碼協(xié)商過(guò)程。具體流程如圖4所示。

2.4 智能設(shè)備被叫路由

音箱作為被叫時(shí)從主叫側(cè)路由到智能音箱號(hào)碼歸屬省固網(wǎng)IMS網(wǎng)絡(luò)，歸屬省IMS的I-CSCF需預(yù)先將智能音箱號(hào)碼（預(yù)留固網(wǎng)號(hào)段）配置至集中IMS的路由指向，直接路由到集中IMS的I/S-CSCF，集中IMS的CSCF收到呼叫后，路由至集中AS進(jìn)行后續(xù)處理。智能設(shè)備調(diào)用SDK進(jìn)行呼叫的接續(xù)，智能設(shè)備通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)等方式通知用戶來(lái)電。具體流程如圖5所示。

圖4 智能設(shè)備主叫流程

圖5 智能設(shè)備被叫流程

3 應(yīng)用案例——智能音箱

智能音箱是市面上常見(jiàn)的智能設(shè)備，已經(jīng)走進(jìn)千萬(wàn)戶家庭，智能音箱是在傳統(tǒng)音箱基礎(chǔ)上增加了智能化功能，該功能體現(xiàn)在2個(gè)方面：第一，技術(shù)上具備Wi-Fi連接，可語(yǔ)音交互；第二，功能上，可提供音樂(lè)、有聲讀物、信息查詢等互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，智能音箱作為人工智能的入口，會(huì)成為智慧家庭的中心。除了傳統(tǒng)智能音箱企業(yè)外，谷歌、亞馬遜、阿里等國(guó)內(nèi)外互聯(lián)網(wǎng)大佬也相繼入局，開(kāi)創(chuàng)了智能音箱百花爭(zhēng)艷的局面。智能音箱行業(yè)已成兵家必爭(zhēng)之地。智能音箱語(yǔ)音電話已在美國(guó)商用并擴(kuò)大規(guī)模，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商及智能音箱廠家也已經(jīng)積極開(kāi)始部署。中國(guó)聯(lián)通已經(jīng)在多個(gè)?。ㄊ校╅_(kāi)展了具有通話能力智能音箱的試商用。

在智能音箱設(shè)備中嵌入運(yùn)營(yíng)商VoIMSSDK，經(jīng)過(guò)家里安裝的寬帶等無(wú)線環(huán)境經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)到達(dá)運(yùn)營(yíng)商的集中IMS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能音箱的通話，智能音箱組網(wǎng)架構(gòu)如圖6所示。

圖6 智能音箱組網(wǎng)架構(gòu)

智能音箱用戶通過(guò)線上或線下?tīng)I(yíng)業(yè)廳開(kāi)通智能音箱業(yè)務(wù)，進(jìn)行登記、實(shí)名認(rèn)證等，并預(yù)留手機(jī)號(hào)碼，營(yíng)業(yè)廳給用戶分配電話號(hào)碼。

將該號(hào)碼與音箱進(jìn)行綁定，即每個(gè)音箱對(duì)應(yīng)唯一的一個(gè)電話號(hào)碼。綁定成功后，用戶根據(jù)獲取的配置向集中IMS進(jìn)行注冊(cè)。注冊(cè)成功后，可以通過(guò)智能語(yǔ)音交互方式接打電話。

集中IMS平臺(tái)：集中IMS用于實(shí)現(xiàn)VoIMSSDK注冊(cè)、鑒權(quán)和呼叫業(yè)務(wù)以及現(xiàn)網(wǎng)路由。

集中受理平臺(tái)：集中受理平臺(tái)用于完成智能音箱業(yè)務(wù)的受理，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，完成業(yè)務(wù)受理，具備系統(tǒng)管理、業(yè)務(wù)開(kāi)通等基礎(chǔ)功能。

業(yè)務(wù)管理平臺(tái)：完成號(hào)碼開(kāi)通、業(yè)務(wù)受理等。

設(shè)備管理平臺(tái)：設(shè)備管理平臺(tái)用于VoIMSSDK的自動(dòng)開(kāi)通和自動(dòng)配置。包括：用戶驗(yàn)證、自動(dòng)開(kāi)戶、終端業(yè)務(wù)配置及管理功能，以及對(duì)終端的接入控制。

智能音箱：發(fā)起呼叫，接聽(tīng)來(lái)電。

4 結(jié)束語(yǔ)

大數(shù)據(jù)技術(shù)的快速提升使人工智能技術(shù)快速發(fā)展，智能設(shè)備的需求一直呈現(xiàn)穩(wěn)步上升的趨勢(shì)，開(kāi)發(fā)語(yǔ)音交互，解放人類眼睛和雙手是一個(gè)必然趨勢(shì)，近年來(lái)我國(guó)與智能設(shè)備相關(guān)的利好政策也層出不窮，智能設(shè)備行業(yè)在政策的支持下前景將會(huì)非常廣闊。圍繞運(yùn)營(yíng)商語(yǔ)音、碼號(hào)、互通等基礎(chǔ)能力，基于網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放的產(chǎn)業(yè)背景趨勢(shì)，將智能設(shè)備與通信業(yè)務(wù)結(jié)合開(kāi)發(fā)智能設(shè)備的語(yǔ)音通話功能，實(shí)現(xiàn)智能語(yǔ)音設(shè)備與運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)深度捆綁，挖掘語(yǔ)音潛在價(jià)值，為用戶提供更豐富多彩的語(yǔ)音通話場(chǎng)景，有助于夯實(shí)并提升運(yùn)營(yíng)商在語(yǔ)音業(yè)務(wù)的掌控力和話語(yǔ)權(quán)。