在NGN中基于IMS的可管理P2P流媒体直播系统及实现方法

摘要

本发明涉及一种在NGN中基于IMS的可管理P2P流媒体直播系统及其实现方法，该系统在流媒体业务层扩展了重叠网管理功能实体和网络资源查询功能实体，该方法包括以下步骤：使能P2P的用户终端设备作为主叫请求建立流媒体直播会话，流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理，为主叫用户终端设备选择内容传输者，并与之建立媒体传输会话；使能P2P的用户终端设备进行频道切换请求更新会话，流媒体业务控制功能实体为使能P2P的用户终端设备选择新频道的内容传输者，并与之建立媒体传输会话。本发明实现了P2P重叠网的集中式管理，解决了P2P分发网络与物理网络拓扑不一致的问题，同时利用IMS中的SIP/SDP会话协商机制和NGN提供的网络控制及资源预留保证了P2P媒体传输的QoS。

说明书

技术领域

本发明涉及流媒体技术和IP通信领域，具体的说是一种在NGN中基于IMS的可管 理P2P流媒体直播系统及实现方法。

背景技术

近几年，随着计算机技术、多媒体技术的快速发展以及宽带网络的普及，基于IP 网络的流媒体应用得到了快速的发展，如IPTV(Internet Protocol Television，基于 因特网协议的电视，即网络电视)、视频点播、网上直播、视频监控、网络电台、移动 TV、远程教育等。流媒体直播无论在电信运营商发展的IPTV业务和因特网服务提供商 (ISP)提供的在线Internet TV(因特网电视)业务中都是一种非常重要的业务表现形 式。因特网上的流媒体直播发展相对较为成熟，应用范围也极为广泛，但由于IP网络 存在的QoS(Quality of Service，服务质量)无法保证、内容安全性和网络资源管理 困难等特点，造成它只能提供“尽力而为”的服务，难以构建良性的商业运营模式，因 而并不被电信运营商看好。当前即使商用的IPTV业务也都只能在专用网络或局域网范 围内运营，同时由于缺乏统一的行业标准，目前各个厂商构建的IPTV解决方案依然无 法实现互连互通。

随着3GPP(3rd Generation Paratership Project，第三代合作伙伴计划组织)于 R5(Release 5)版本中IP多媒体子系统(IP Multimedia Subsystem，IMS)的提出、 下一代网络(Next Generation Network，NGN)的研究发展及IPTV用户规模的扩大， 国际两大电信标准研究组织ETSI TISPAN(欧洲电信标准研究院电信和互联网融合业务 及高级网络协议组织(TISPAN))和ITU-T(国际电信联盟远程通信标准化组织)都给出了 在NGN中的基于IMS的IPTV业务架构(简称为NGN-IMS-based IPTV)。目前，从两者制 定的IPTV业务功能体系结构来看，除应用服务器与媒体服务器之间的交互，前者选择 经过Core IMS(核心IMS)，后者更多选择不经过Core IMS外，其它基本都是一致的。 ETSI TISPAN制定的IMS-based IPTV功能体系架构如图1所示，它把IPTV业务架构总 的分为如下几大部分：用户终端设备(UE)、网络传输层、Core IMS、IPTV业务层以及 IPTV媒体处理。其中UE包含网络接入、SIP(Session Initiation Protocol，会话初始 协议)会话控制、流控制RTSP(Real Time Streaming Protocol，实时流协议)客户端、 HTTP(HyperText Transfer Protocol，超文本传输协议)客户端、电子节目单等功能模 块，网络传输层包括传输控制功能的资源接纳与控制子系统(RACS)和网络附着子系统 (NASS)、接入层的传输处理功能(主要完成IP传输及资源预留功能)，Core IMS完全 重用3GPP(3G技术规范制定机构)定义的IMS核心网元P/I/S-CSCF，IPTV业务层包括 业务控制功能(SCF)、业务选择功能(SSF)、业务发现功能(SDF)，媒体处理功能包括 媒体控制功能和媒体分发功能两大部分。从它们制定的现有技术规范来看，直播业务 (Broadcast，BC)的媒体分发将采用IP组播方式。但以IP组播方式实现直播业务， 需要更新全网的数据报文分发路由器，不仅代价巨大，在较短的业务部署时间内难以实 现，而且IP组播的成员管理依然存在尚未解决的难题。即使在某个运营商的IPTV专网 内能够实现IP组播路由，但在跨网络自治域或运营商的流媒体分发过程中，依然会遇 到IP组播方式难以实现的情形，同时IP组播更难于适应灵活的分散用户的流媒体直播 业务部署。

P2P流媒体分发技术是一种应用层路由技术。它充分利用边缘网络的上行带宽和用 户终端资源，不仅有利于提高系统可伸缩性、鲁棒性，还将大大减少对中心服务器的性 能和出口带宽需求。但现存P2P技术在带来上述优势的同时，也由于对节点间的内容传 输缺乏有效的控制和管理手段，造成大量骨干网带宽资源被无偿吞食，数字内容也难以 获得数字版权保护，因此P2P技术并不受网络运营商和内容提供商欢迎。针对P2P网络 对底层物理网络的拓扑不感知(topology-unaware)现象，研究人员提出运营商参与构 建应用层P2P网络的P4P思想，并增加iTracker服务器为P2P客户端或P2P应用提供 网络拓扑结构、状态、能力、运营策略、节点位置相似性等信息以优化服务节点的选择 和网络资源利用率，分布式计算工业联盟(Distributed Computing Industry  Association，DCIA)也成立了专门的P4P工作组展开相关研究。尽管如此，由于其P2P 内容分发网络依然是构建在没有QoS保证的因特网上的，并没有与电信运营商的IMS体 系架构及NGN研究方向结合起来，因而依然只是提供“尽力而为”服务的基础上，优化 P2P路由问题，难以达到电信级增值业务的运营目的。另外，P2P节点的任意加入和离 开也造成P2P应用中为单个节点提供服务的不稳定性，尤其是对于实时性和连续性要求 高的流媒体服务更是如此；现有技术构建的P2P网络没有会话管理机制，造成应用平台 也缺乏提供激励机制和版权控制的基础架构。

鉴于现有IMS流媒体系统难以解决媒体分发的中心服务器性能瓶颈和IP组播路由 方式难以实现，而P2P流媒体分发又具有系统可伸缩性的优势，很多研究人员都提出要 把IMS和P2P两者相结合的想法，但具体实现方案尚未见报道。

发明内容

针对现有技术中存在的IP组播无法适应灵活的分散用户的流媒体直播业务部署和 P2P网络的不可控、不可管等不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种能够克服 现有IMS直播系统中基于IP组播的局限性、可实现流媒体直播系统快速灵活地部署的、 同时满足P2P网络的可控、可管性及对等节点传输的QoS保证基于IMS的可管理P2P流 媒体直播系统及实现方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明一种在NGN中基于IMS的可管理P2P流媒体直播系统，包括：NGN网络传输 层、核心IMS、流媒体业务层、用户终端设备以及媒体服务器，其中：

NGN网络传输层，为核心IMS及流媒体业务层提供网络基础，实现网络控制和传输 处理功能；

核心IMS，为流媒体业务层提供会话控制、信令路由、业务触发功能；向NGN网络 传输层提请资源预留和接入控制功能；

用户签约数据库，用来保存核心IMS和流媒体业务层的相关信息，包括流媒体签约 用户的用户信息、鉴权信息、可选的流媒体业务信息及运营商提供的网络拓扑结构信息；

流媒体业务层，基于用户终端设备及核心IMS路由转发的会话，实现流媒体直播业 务逻辑处理、业务发现、业务选择以及内容管理功能；

用户终端设备，通过NGN网络传输层提供的网络基础实现流媒体直播业务的网络接 入及流媒体传输；与核心IMS的交互连接，实现会话发起、更新以及终止功能；与流媒 体业务层的交互连接，实现业务发现、选择功能；从媒体服务器获取媒体数据，实现本 地播放功能；扩展P2P功能后，与对等用户终端设备之间实现网络连通性测试及媒体转 发功能，又称为使能P2P的用户终端设备；

媒体服务器，接收核心IMS路由转发的会话控制消息，实现媒体控制及分发功能。

所述流媒体业务层包括：

流媒体服务发现功能实体，用来实现向用户终端设备提供业务附属信息，为用户终 端设备选择个性化的业务选择服务器地址和通知电子节目单的状态更新功能；

流媒体服务选择功能实体，用来实现产生电子节目单、向用户终端设备提供电子节 目单及节目展现信息的下载功能；

流媒体业务控制功能实体，用来执行流媒体业务逻辑，包括与核心IMS进行信令交 互和业务授权功能，根据业务执行结果选择媒体服务器或提供直播流转发的对等网终端 节点即使能P2P的用户终端设备，向媒体服务器或使能P2P的用户终端设备查询媒体处 理能力，并转发流媒体业务请求给被选择出的流媒体转发者；

重叠网管理功能实体，用来实现各个直播频道对应的P2P重叠网的管理，向网络资 源查询功能实体查询构建重叠网的判决依据；

网络资源查询功能实体，用来实现提供网络资源的查询功能，为重叠网管理功能实 体提供构建物理拓扑及接入位置感知的P2P重叠网的判决依据；

内容管理功能实体，用来实现对媒体节目或内容的增加、删除及修改；

内容预处理功能实体，用来实现节目元数据信息的提取及流化前的内容准备，包括 媒体分析、编解码转换及内容预取功能。

所述P2P重叠网是由重叠网管理功能实体集中式管理的，P2P重叠网的表现形式为 P2P簇或P2P节点组，同一P2P簇中的节点是物理位置或路由上相近的终端服务节点。

所述重叠网管理功能实体管理参与各个频道直播流分发的P2P重叠网，并通过查询 网络资源查询功能实体获取到的把各个用户终端设备划分到不同P2P簇的信息，以选取 同一P2P簇中的终端服务节点。

所述流媒体业务控制功能实体以SIP背靠背用户代理角色为直播业务主叫用户终端 设备选择媒体内容上传者，并代替主叫用户终端设备与媒体上传者之间建立SIP会话以 请求使能P2P的用户终端设备分配媒体传输资源，提供媒体转发服务。

本发明一种NGN中基于IMS的可管理P2P流媒体直播系统的实现方法包括以下步骤：

a.使能P2P的用户终端设备作为主叫向流媒体业务控制功能实体请求建立流媒体 直播会话，流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理，根据当前重叠网管理功能实 体维护的P2P重叠网和媒体服务器部署情况，为主叫用户终端设备选择媒体内容传输者， 并与内容传输者建立媒体传输会话；

b.使能P2P的用户终端设备进行频道切换，向流媒体业务控制功能实体请求会话 更新，流媒体业务控制功能实体为使能P2P的用户终端设备选择新频道的内容传输者， 并与新频道的内容传输者建立媒体传输会话；

c.使能P2P的用户终端设备退出直播。

所述步骤a根据流媒体业务控制功能实体查询重叠网管理功能实体选择的内容传输 者是媒体服务器还是用户终端设备，当选择的内容传输者为媒体服务器时，进行如下处 理：

a11.使能P2P的用户终端设备作为主叫经由核心IMS向流媒体业务控制功能实体 发送INVITE消息请求建立直播会话，消息体中的会话描述协议部分携带直播频道标识 和两个媒体行描述，其中一个媒体行描述网络测试通道，另一个媒体行描述媒体接收通 道；

a12.流媒体业务控制功能实体收到主叫用户终端设备的INVITE请求后，查询重叠 网管理功能实体维护的主叫用户终端设备当前选择观看的直播频道对应的重叠网无法 选择出能够提供服务的用户终端设备，流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理构 建新的INVITE请求经由核心IMS转发给媒体服务器，该INVITE消息体的会话描述协议 部分只包含主叫用户终端设备的媒体接收通道描述；

a13.媒体服务器根据INVITE消息体中描述的直播频道标识分配媒体下发通道资源， 并构造200 OK响应经核心IMS路由转发给流媒体业务控制功能实体，200 OK消息体的 会话描述协议部分描述媒体服务器的媒体单播下发通道信息，包括媒体分发功能实体的 IP地址、流下发端口和媒体编解码相关信息；

a14.流媒体业务控制功能实体接收到媒体服务器的200 OK响应后，根据该200 OK 消息重新构造200 OK响应经由核心IMS回复给主叫用户终端设备；流媒体业务控制功 能实体同时把主叫用户终端设备作为新的服务节点加入到重叠网管理功能实体维护的 直播频道对应的参与媒体流转发的P2P簇中；

a15.主叫用户终端设备构造ACK消息经由核心IMS转发给流媒体业务控制功能实 体确认直播会话建立成功，流媒体业务控制功能实体收到ACK消息后重新构造ACK消息 经由核心IMS转发给媒体服务器，媒体服务器接收ACK确认后开始正式下发基于单播的 媒体流。

所述步骤a根据流媒体业务控制功能实体查询重叠网管理功能实体选择的内容传输 者是媒体服务器还是用户终端设备，当选择的内容传输者为用户终端设备时，进行如下 处理：

a21.使能P2P的用户终端设备作为主叫经由核心IMS向流媒体业务控制功能实体 发送INVITE消息请求建立直播会话，消息体的会话描述协议部分携带直播频道标识和 两个媒体行描述，其中一个媒体行描述网络测试通道，另一个媒体行描述媒体接收通道；

a22.流媒体业务控制功能实体收到主叫用户终端设备的INVITE请求后，查询重叠 网管理功能实体维护的对应请求频道的P2P簇不为空，则向网络资源查询功能实体请求 查询P2P簇划分依据，请求消息中携带该用户终端设备的SIP用户逻辑标识、当前接入 位置和频道标识；

a23.网络资源查询功能实体根据用户终端设备的相关信息和频道标识、对应频道 的服务器部署、运营商的网络拓扑结构信息及路由配置计算出用户终端设备的网络距离 和P2P簇标识返回给重叠网管理功能实体，重叠网管理功能实体根据网络资源查询功能 实体返回的结果，从请求频道的同一P2P簇中选择剩余处理能力最强的用户终端设备作 为P2P服务节点；

a24.根据重叠网管理功能实体选出的P2P服务节点，流媒体业务控制功能实体作 为背靠背用户代理构建新的INVITE请求，经由核心IMS路由给选出的P2P服务节点， 该INVITE消息体的会话描述协议部分包括主叫用户终端设备的媒体接收通道和测试通 道描述；

a25.选出的P2P服务节点作为被叫用户终端设备收到INVITE请求后，查看本机剩 余资源是否有足够的流转发能力，若有，则打开本地网络测试通道，构造18×响应经由 核心IMS路由至流媒体业务控制功能实体，该响应消息体的会话描述协议部分描述了关 闭的网络测试通道和打开的媒体传输通道信息；

a26.流媒体业务控制功能实体收到被叫用户终端设备的18×响应后，重新构造18× 响应经由核心IMS路由至主叫用户终端设备，该响应的消息体与被叫用户终端设备响应 的18×消息体内容相同；

a27.主叫用户终端设备回复PRACK消息确认收到18×响应，并打开本地网络测试 监听端口，经由核心IMS转发至流媒体业务控制功能实体SCF，流媒体业务控制功能实 体收到后重新构造PRACK消息经由核心IMS路由至被叫用户终端设备；

a28.被叫用户终端设备收到PRACK确认消息后，通过类似PING/PONG协议，如 RTP/RTCP协议，与主叫用户终端设备之间进行媒体传输前的网络连通性测试；被叫用户 终端设备模拟流下发过程发送PING消息，主叫用户终端设备模拟媒体接收过程回应 PONG消息；

a29.被叫用户终端设备根据PONG消息中携带的流接收统计结果判断是否满足直播 流转发要求，其中统计结果包括丢包率、网络延迟、抖动大小等，若满足要求则停止网 络连通性测试，构造200 OK响应经由核心IMS路由至流媒体业务控制功能实体，其消 息体的会话描述协议部分描述关闭的网络测试通道和打开的媒体传输通道；

a210.流媒体业务控制功能实体收到被叫用户终端设备的200 OK响应后，作为背 靠背用户代理重新构造200 OK响应经核心IMS路由给主叫用户终端设备；同时，流媒 体业务控制功能实体把主叫用户终端设备作为新的服务节点加入到重叠网管理功能实 体维护的直播频道对应的参与媒体流转发的P2P簇中，并通知重叠网管理功能更新被叫 用户终端设备的剩余处理能力；

a211.主叫用户终端设备收到200 OK响应后，关闭本地网络测试监听端口，打开 媒体接收端口，并回复ACK确认消息经由核心IMS转发给流媒体业务控制功能实体，流 媒体业务控制功能实体接收到主叫用户终端设备的ACK确认消息后，重新构造ACK确认 消息经核心IMS转发给被叫用户终端设备；

a212.被叫用户终端设备接收到ACK确认消息后，从本机缓冲区中读取媒体流，根 据在a24步骤中接收到的INVITE消息体中描述的主叫用户终端设备的媒体接收通道信 息转发媒体流。

所述步骤b根据判断当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是用户终端设备还是 媒体服务器，以及为主叫用户终端设备提供新频道内容传输服务的是用户终端设备还是 媒体服务器，如果当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是媒体服务器且为主叫用户 终端设备提供新频道内容传输服务的是媒体服务器，则通过以下步骤处理：

b11.使能P2P的用户终端设备作为主叫，发送Re-INVITE消息经由核心IMS转发 给流媒体业务控制功能实体请求进行切换频道，其中消息体会话描述协议部分重新打开 网络测试通道，媒体传输通道保持不变，另外消息体中还携带切换的新频道标识和旧频 道标识；

b12.流媒体业务控制功能实体接收到主叫用户终端设备的Re-INVITE消息后，查 询重叠网管理功能实体发现主叫用户终端设备不为其他用户终端设备提供媒体上传服 务，则流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理构造Re-INVITE消息经核心IMS路 由转发给媒体服务器，请求结束当前频道的媒体下发，并分配新频道的媒体下发服务器 资源；

b13.媒体服务器接收到流媒体业务控制功能实体的Re-INVITE请求后，根据会话 描述协议部分中描述的旧频道标识和新频道标识，停止对主叫用户终端设备下发旧频道 的媒体，并为主叫用户终端设备分配新频道的媒体下发服务器资源，然后构造200 OK 响应经由核心IMS转发给业务控制功能实体，其中消息体的会话描述协议部分描述新频 道的媒体服务下发通道信息；

b14.流媒体业务控制功能实体收到媒体服务器回复的200 OK响应后，重新构造200 OK消息经由核心IMS发送给主叫用户终端设备，其中消息体的会话描述协议部分描述了 关闭的网络测试通道和打开的媒体下发通道；同时，流媒体业务控制功能实体把主叫用 户终端设备作为新的服务节点加入到重叠网管理功能实体维护的直播频道对应的参与 媒体流转发的P2P簇中；

b15.用户终端设备收到流媒体业务控制功能实体的200 OK响应后，得知由媒体服 务器为用户终端设备下发媒体内容，因而关闭本地网络测试通道，打开本机媒体接收监 听端口等待接收新频道的媒体流，并构造ACK消息经由核心IMS发送给流媒体业务控制 功能实体以确认会话更新成功；

b16.流媒体业务控制功能实体收到ACK会话更新确认消息后，重新构造ACK请求 经由核心IMS路由给媒体服务器，媒体服务接收到ACK确认会话更新成功后为主叫用户 终端设备下发新频道的媒体，以此完成频道切换。

所述步骤b根据判断当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是用户终端设备还是 媒体服务器，以及为主叫用户终端设备提供新频道内容传输服务的是用户终端设备还是 媒体服务器，如果当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是媒体服务器且为主叫用户 终端设备提供新频道内容传输服务的是用户终端设备，则通过以下步骤处理：

b21.使能P2P的用户终端设备作为主叫，发送Re-INVITE消息经由核心IMS转发 给流媒体业务控制功能实体请求进行切换频道，其中消息体会话描述协议部分描述了重 新打开的网络测试通道和保持不变的媒体传输通道，另外消息体中还携带切换的新频道 标识和旧频道标识；

b22.流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理发送BYE消息给媒体服务器， 请求结束流媒体业务控制功能实体与媒体服务器之间建立的为主叫用户终端设备供的 媒体下发服务会话；

同时，流媒体业务控制功能实体查询重叠网管理功能实体，选择出使能P2P的服务 节点作为被叫用户终端设备为主叫用户终端设备提供媒体传输服务；

b23.流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理构造新的INVITE消息经由核心 IMS路由给选出的被叫用户终端设备，其中消息体中的会话描述协议部分描述了主叫用 户终端设备的网络测试通道和媒体传输通道信息；

b24.被叫用户终端设备接收到流媒体业务控制功能实体的INVITE请求后，查看本 机剩余资源是否有足够的流转发能力，若有，则打开本地网络测试通道，构造18×响应 经由核心IMS路由至流媒体业务控制功能实体，该响应消息体的会话描述协议部分描述 了被叫用户终端设备打开的网络测试通道和关闭的媒体传输通道信息；

b25.流媒体业务控制功能实体收到被叫用户终端设备的18×响应后，构造200 OK 响应经由核心IMS发送给主叫用户终端设备，其中的消息体与被叫用户终端设备响应的 18×消息体中的内容相同；

b26.主叫用户终端设备回复ACK消息确认收到20×响应，其中消息体的会话描述 协议部分携带本机打开的网络测试通道和关闭的媒体接收通道，经由核心IMS转发至流 媒体业务控制功能实体，流媒体业务控制功能实体收到200 OK响应后构造PRACK消息 和ACK消息经由核心IMS发送给被叫用户终端设备和主叫用户终端设备；

b27.被叫用户终端设备收到PRACK确认消息后，通过类似PING/PONG协议，如 RTP/RTCP协议，与主叫用户终端设备之间进行媒体传输前的网络连通性测试，其中被叫 用户终端设备模拟流下发过程发送PING消息，主叫用户终端设备模拟媒体接收过程并 回应PONG消息；

b28.被叫用户终端设备根据PONG消息中携带的流接收统计结果判断是否满足直播 流转发要求，若测试结果满足要求，则停止网络连通性测试，构造200 OK响应经由核 心IMS发送给流媒体业务控制功能实体，其中消息体会话描述协议部分描述了关闭的网 络测试通道和打开的媒体传输通道信息；

b29.流媒体业务控制功能实体接收到被叫用户终端设备的200 OK响应后，作为背 靠背用户代理重新构造Re-INVITE请求经核心IMS发送给主叫用户终端设备，主叫用户 终端设备收到Re-INVITE响应后，关闭本地网络测试端口，打开媒体接收端口，并回复 200 OK响应消息；

b210.流媒体业务控制功能实体接收到主叫用户终端设备200 OK响应后，通知重 叠网管理功能实体把主叫用户终端设备作为新的服务节点加入到新频道的P2P簇中，并 更新被叫用户终端设备的剩余处理能力，同时分别构造ACK响应消息经由核心IMS回复 给主叫用户终端设备和被叫用户终端设备；

b211.被叫用户终端设备接收到流媒体业务控制功能实体发送的ACK确认消息后， 向主叫用户终端设备转发媒体流，以此完成频道切换工作。

所述步骤b根据判断当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是用户终端设备还是 媒体服务器，以及为主叫用户终端设备提供新频道内容传输服务的是用户终端设备还是 媒体服务器，如果当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是用户终端设备且为主叫用 户终端设备提供新频道内容传输服务的是用户终端设备，则通过以下步骤处理：

b31.使能P2P的用户终端设备作为主叫，发送Re-INVITE消息经由核心IMS转发 给流媒体业务控制功能实体请求进行频道切换，其中消息体的会话描述协议部分描述了 重新打开的网络测试通道和保持不变的媒体传输通道，另外消息体中还携带切换的新频 道标识和旧频道标识；

b32.流媒体业务控制功能实体接收到主叫用户终端设备的Re-INVITE请求后，作 为背靠背用户代理发送BYE消息给提供旧频道媒体传输服务的被叫用户终端设备，请求 结束流媒体业务控制功能实体与被叫用户终端设备之间建立的为主叫用户终端设备提 供的媒体传输服务会话，并通知重叠网管理功能实体更新被叫用户终端设备的剩余处理 能力；同时流媒体业务控制功能实体查询重叠网管理功能实体，选择出新的使能P2P的 服务节点作为被叫用户终端设备为主叫用户终端设备提供新频道的媒体传输服务；

b33.流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理构造新的INVITE消息经由核心 IMS路由给新选出的被叫用户终端设备，其中消息体中的会话描述协议部分描述了主叫 用户终端设备的网络测试通道和媒体传输通道信息；

b34.被叫用户终端设备接收到流媒体业务控制功能实体的INVITE请求后，查看本 机剩余资源是否有足够的流转发能力，若有，则打开本地网络测试通道，构造18×响应 经由核心IMS路由至流媒体业务控制功能实体，该响应消息体的会话描述协议部分描述 了被叫用户终端设备打开的网络测试通道和关闭的媒体传输通道信息；

b35.流媒体业务控制功能实体收到被叫用户终端设备的18×响应后，构造200 OK 响应经由核心IMS发送给主叫用户终端设备，其中的消息体信息与被叫用户终端设备响 应的18×消息体中的相同；

b36.主叫用户终端设备回复ACK消息确认收到20×响应，其中消息体会话描述协 议部分携带本机打开的网络测试通道和关闭的媒体接收通道，经由核心IMS转发至流媒 体业务控制功能实体，流媒体业务控制功能实体收到200 OK响应后构造PRACK消息和 ACK消息经由核心IMS发送给被叫用户终端设备和主叫用户终端设备；

b37.被叫用户终端设备收到PRACK确认消息后，通过类似PING/PONG协议，如 RTP/RTCP协议，与主叫用户终端设备之间进行媒体传输前的网络连通性测试，其中被叫 用户终端设备模拟流下发过程发送PING消息，主叫用户终端设备UE模拟媒体接收过程 并回应PONG消息；

b38.被叫用户终端设备根据PONG消息中携带的流接收统计结果判断是否满足直播 流转发需求，若测试结果满足要求，则停止网络连通性测试，构造200 OK响应经由核 心IMS发送给流媒体业务控制功能实体，其中消息体会话描述协议部分描述关闭的网络 测试通道和打开的媒体传输通道信息；

b39.流媒体业务控制功能实体接收到被叫用户终端设备的200 OK响应后，作为背 靠背用户代理重新构造Re-INVITE请求经核心IMS发送给主叫用户终端设备，主叫用户 终端设备收到Re-INVITE响应后，关闭本地网络测试端口，打开媒体接收端口，并回复 200 OK响应消息；

b310.流媒体业务控制功能实体接收到主叫用户终端设备的200 OK响应后，通知 重叠网管理功能实体把主叫用户终端设备作为新的服务节点加入新频道的P2P簇中，并 更新提供新频道媒体传输服务的被叫用户终端设备的剩余处理能力；同时分别构造ACK 响应消息经由核心IMS回复给主叫用户终端设备和被叫用户终端设备；

b311.被叫用户终端设备收到流媒体业务控制功能实体发送的ACK确认消息后，向 主叫用户终端设备转发媒体流，以此完成频道切换工作。

所述步骤b根据判断当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是用户终端设备还是 媒体服务器，以及为主叫用户终端设备提供新频道内容传输服务的是用户终端设备还是 媒体服务器，如果当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是用户终端设备且为主叫用 户终端设备提供新频道内容传输服务的是媒体服务器，则通过以下步骤处理：

b41.使能P2P的用户终端设备作为主叫，发送Re-INVITE消息经由核心IMS转发 给流媒体业务控制功能实体请求进行切换频道，其中消息体的会话描述协议部分描述了 重新打开的网络测试通道和保持不变的媒体传输通道，另外消息体中还携带切换的新频 道标识和旧频道标识；

b42.流媒体业务控制功能实体接收到主叫用户终端设备的Re-INVITE消息后，作 为背靠背用户代理发送BYE消息给被叫用户终端设备，请求结束流媒体业务控制功能实 体与被叫用户终端设备间建立的为主叫用户终端设备提供的媒体传输会话，并通知重叠 网管理功能实体更新被叫用户终端的剩余处理能力；同时流媒体业务控制功能实体查询 重叠网管理功能实体，最终选择媒体服务器为主叫用户终端设备提供媒体传输服务；

b43.流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理构建新的INVITE请求经由核心 IMS转发给媒体服务器，其中消息体的会话描述协议部分只包含主叫用户终端设备媒体 接收通道描述和新频道标识；

b44.媒体服务器接收到INVITE消息后，获取消息体中的会话描述协议部分描述的 新频道标识分配媒体下发通道资源，然后构造200 OK消息经由核心IMS转发给流媒体 业务控制功能实体，其中消息体中的会话描述协议部分描述了媒体服务器的单播流下发 通道信息，包括媒体服务器的IP地址、流下发端口和媒体编解码相关信息；

b45.流媒体业务控制功能实体接收到媒体服务器的200 OK响应后，根据该200 OK 消息重新构造200 OK响应经由核心IMS回复给主叫用户终端设备，其中的会话描述协 议部分描述了打开的媒体单播下发通道信息和关闭的网络测试通道；同时流媒体业务控 制功能实体通知重叠网管理功能实体，把主叫用户终端设备作为新的服务节点加入到重 叠网管理功能实体维护的参与新频道媒体流分发的P2P簇中和更新被叫用户终端设备 的剩余处理能力；

b46.主叫用户终端设备接收到200 OK响应后，构造ACK消息经由核心IMS转发至 流媒体业务控制功能实体确认直播切换成功，流媒体业务控制功能实体收到ACK消息后 重新构造ACK消息经由核心IMS转发给媒体服务器，媒体服务器接收ACK确认后启动单 播流下发，以此完成频道切换。

所述步骤c使能P2P的用户终端设备根据退出直播时用户终端设备是否为别的节点 提供媒体传输服务，以及为该用户终端设备提供媒体传输服务的是使能P2P的用户终端 设备还是媒体服务器，如果当前退出直播的用户终端设备没有为别的节点提供媒体传输 服务，同时为该用户终端设备提供媒体传输服务的是媒体服务器，则通过以下步骤处理：

c11.使能P2P的用户终端设备作为主叫发送BYE消息经由核心IMS转发到流媒体业 务控制功能实体请求退出直播业务；

c12.接收到用户终端设备的直播退出请求后，流媒体业务控制功能实体查询重叠网 管理功能实体获知该用户终端设备并未为别的节点提供媒体传输服务，流媒体业务控制 功能实体作为背靠背用户代理重新构造BYE消息经由核心IMS转发到媒体服务器请求结 束与之建立的媒体传输会话；

c13.媒体服务器接收到BYE消息后，立即停止为主叫用户终端设备下发媒体流，并 构造200 OK响应经由核心IMS转发到流媒体业务控制功能实体SCF；

c14.流媒体业务控制功能实体SCF接收到媒体服务器对BYE请求的200 OK响应后， 重新构造200 OK响应经由核心IMS回复给用户终端设备，并清除主叫用户终端设备的 直播会话相关信息，通知重叠网管理功能实体把用户终端设备从其最后收看频道的P2P 簇中删除；

c15.用户终端设备接收到200 OK响应后完成退出直播工作。

所述步骤c使能P2P的用户终端设备根据退出直播时用户终端设备是否为别的节点 提供媒体传输服务，以及为该用户终端设备提供媒体传输服务的是使能P2P的用户终端 设备还是媒体服务器，如果当前退出直播的用户终端设备没有为别的节点提供媒体传输 服务，同时为该用户终端设备提供媒体传输服务的是使能P2P的用户终端设备，则通过 以下步骤处理：

c21.使能P2P的用户终端设备作为主叫发送BYE消息经由核心IMS转发到流媒体 业务控制功能实体请求退出直播业务；

c22.接收到用户终端设备的直播退出请求后，流媒体业务控制功能实体查询重叠 网管理功能实体获知该用户终端设备并未为别的节点提供媒体传输服务，然后作为背靠 背用户代理重新构造BYE消息经由核心IMS转发到提供内容上传的被叫用户终端设备请 求结束与之建立的媒体传输会话；

c23.被叫用户终端设备接收到流媒体业务控制功能实体发送的BYE消息后，停止 为主叫用户终端设备的媒体流转发服务，并构造200 OK响应经由核心IMS回复给流媒 体业务控制功能实体；

c24.流媒体业务控制功能实体接收到被叫用户终端设备对BYE请求的200 OK响应 后，重新构造200 OK响应经由核心IMS回复给主叫用户终端设备，并清除主叫用户终 端设备的直播会话相关信息，通知重叠网管理功能实体把主叫用户终端设备从其最后收 看频道的P2P簇中删除，更新被叫用户终端设备的剩余处理能力；

c25.用户终端设备接收到200 OK响应后完成退出直播工作。

所述步骤c使能P2P的用户终端设备根据退出直播时用户终端设备是否为别的节点 提供媒体传输服务，以及为该用户终端设备提供媒体传输服务的是使能P2P的用户终端 设备还是媒体服务器，如果当前退出直播的用户终端设备正为别的节点提供媒体传输服 务，同时为该用户终端设备提供媒体传输服务的是媒体服务器，则通过以下步骤处理：

c31.使能P2P的用户终端设备作为主叫发送BYE消息经由核心IMS转发到流媒体 业务控制功能实体请求退出直播业务；

c32.接收到用户终端设备的直播退出请求后，流媒体业务控制功能实体查询重叠 网管理功能实体获知该用户终端设备正为别的节点提供媒体传输服务，同时为该用户终 端设备提供媒体传输服务的是媒体服务器，则流媒体业务控制功能实体同时完成如下两 件任务：

任务一，作为背靠背用户代理构造BYE消息经由核心IMS发送给主叫用户终端设备 结束其为别的用户终端设备提供的媒体传输服务会话，并重新为主叫用户终端设备所服 务的对象选择新的内容传输者，并与之建立媒体传输会话；

任务二：作为背靠背用户代理构造BYE消息，经由核心IMS转发给媒体控制功能实 体，请求结束与媒体服务器之间建立的SIP会话，媒体服务器接收到BYE消息后，停止 为主叫用户终端设备下发媒体，并构造200 OK响应消息确认结束与流媒体业务控制功 能实体之间的会话；流媒体业务控制功能实体接收到媒体服务器的200 OK响应后重新 构造200 OK响应消息，确认结束流媒体业务控制功能实体与主叫用户终端设备间的会 话；

c33.主叫用户终端设备完成退出直播工作。

所述步骤c使能P2P的用户终端设备根据退出直播时用户终端设备是否为别的节点 提供媒体传输服务，以及为该用户终端设备提供媒体传输服务的是使能P2P的用户终端 设备还是媒体服务器，如果当前退出直播的用户终端设备正为别的节点提供媒体传输服 务，同时为该用户终端设备提供媒体传输服务的是使能P2P的用户终端设备，则通过以 下步骤处理：

c41.使能P2P的用户终端设备作为主叫发送BYE消息经由核心IMS转发到流媒体 业务控制功能实体请求退出直播业务；

c42.接收到用户终端设备的直播退出请求后，流媒体业务控制功能实体检测该用 户终端设备正为别的节点提供媒体传输服务，同时为该用户终端设备提供媒体传输服务 的是另一个使能P2P的用户终端设备，则流媒体业务控制功能实体同时完成如下两件任 务：

任务一，作为背靠背用户代理构造BYE消息经由核心IMS转发给主叫用户终端设备 结束主叫用户终端设备为别的用户终端设备提供媒体传输服务的会话，并重新为主叫用 户终端设备所服务的对象选择新的内容传输者，并与之建立媒体传输会话；

任务二，作为背靠背用户代理构造BYE消息，经由核心IMS转发给被叫用户终端设 备，请求结束与之建立的媒体传输会话，被叫用户终端设备接收到BYE消息后，停止为 主叫用户终端设备转发媒体，并构造200 OK响应消息确认结束与流媒体业务控制功能 实体之间的会话；流媒体业务控制功能实体接收到被叫用户终端设备的200 OK响应后 重新构造200 OK响应消息，确认结束流媒体业务控制功能实体与主叫用户终端设备间 的会话；

c43.主叫用户终端设备完成退出直播工作。

所述的媒体传输会话，是用于建立媒体传输通道的，而媒体传输通道建立前由类 似PING/PONG协议测试保证网络连通性能，媒体发送者和接收者之间的所有会话都经由 核心IMS路由转发，确保了P2P媒体传输的服务质量。

本发明具有以下有益效果及优点：

1.本发明克服了现有NGN-IMS-based IPTV系统中采用IP组播方式实现流媒体直 播的缺陷，引入P2P媒体分发技术解决了直播业务中基于单播分发所带来的中心媒体服 务器或CDN网络边缘服务器的性能瓶颈及可伸缩性问题。

2.本发明通过增加网络资源查询功能实体NRQF、重叠网管理功能实体，本发明实 现了P2P重叠网的集中式管理，解决了P2P分发网络与运营商部署的物理网络拓扑不一 致的问题，实现了同一频道各个P2P节点簇物理位置的相近性。

3.本发明在遵循NGN和IMS体系架构的前提下，重用IMS网络已完善的会话路由、 业务触发及基于IP的策略控制和网络资源预留机制，实现了基于SIP会话控制和SDP 媒体协商的P2P分发网络，不仅实现了对等网络的可控可管性，还保证了P2P媒体传输 的QoS。

4.本发明基于SIP会话构建P2P传输通道，还为P2P媒体传输提供了设计基于会 话和事件的灵活计费策略的基础，进而有利于解决P2P中激励机制的设计难题。

附图说明

图1为现有技术中ETSI TISPAN制定的IMS-based IPTV功能体系架构图；

图2为本发明在NGN中基于IMS的支持单播分发的流媒体直播系统架构图；

图3为本发明在NGN中基于IMS的可管理P2P流媒体直播系统架构图；

图4为本发明在NGN中基于IMS的可管理P2P流媒体分发网络拓扑结构图；

图5为本发明实现方法中用户终端注册及服务发现与选择过程图；

图6为本发明实现方法中用户终端直播业务请求过程图；

图7为本发明实现方法中用户终端频道切换过程图；

图8为本发明实现方法中用户终端退出直播系统过程图。

具体实施方式

本发明的基本原理是重用NGN和IMS的功能实体，借鉴音频、视频通话业务中端到 端媒体传输通道建立和网络资源预留的方法，利用SIP协议简单、易扩展、媒体组合方 便的特点及应用服务器基于SIP的B2B UA处理逻辑实现流媒体直播业务中的P2P分发 网络的构建。P2P分发网络的构建又借鉴了P4P设计思想中引入的iTracker服务器，在 IMS应用层扩展了网络资源查询功能实体NRQF，以便结合运营商提供的网络拓扑资源和 UE当前接入位置信息为各个直播频道组建物理位置相近的P2P簇。最终实现的效果是信 令及P2P节点管理和路径选择被集中式管理的，直播媒体流的分发是采用对等网技术。

为了在IMS网络的流媒体传输中引入P2P传输技术提供支撑，本发明在基于IMS的 支持单播分发的流媒体直播系统架构(如图2所示)的基础上又扩展了相应的功能实体 及接口。

如图3所示，本发明在NGN中基于IMS的可管理P2P流媒体直播系统包括NGN网络 传输层、核心IMS、流媒体业务层、用户终端设备以及媒体服务器，其中：NGN网络传 输层，为核心IMS及流媒体业务层提供网络基础，实现网络控制和传输处理功能；核心 IMS，为流媒体业务层提供会话控制、信令路由、业务触发功能，向NGN网络传输层提 请资源预留和接入控制功能；用户签约数据库，用来保存核心IMS和流媒体业务层的相 关信息，包括流媒体签约用户的用户信息、鉴权信息、可选的流媒体业务信息及运营商 提供的网络拓扑结构信息；流媒体业务层，基于用户终端发起的会话，实现流媒体直播 业务逻辑处理、业务发现、业务选择以及内容密钥管理功能；

用户终端设备，通过NGN网络传输层提供的网络基础实现流媒体直播业务的网络接 入及流媒体传输；与核心IMS的交互连接，实现会话发起、更新以及终止功能；与流媒 体业务层的交互连接，实现业务发现、选择功能；从媒体服务器获取媒体数据，实现本 地播放功能；扩展P2P功能后，与对等用户终端设备之间实现媒体转发、网络连通性测 试功能，称为使能P2P用户终端设备(P2P-enabled User Equipment，P2P-enabled UE)。

媒体服务器，接收核心IMS路由转发的会话控制消息，实现媒体控制及分发功能。

NGN网络传输层包括网络控制和传输处理两部分，其中网络控制部分包括资源接纳 控制子系统(RACS)和网络附着子系统(NASS)，用来实现策略控制、资源预留、接入 控制及网络层用户鉴权及接入网配置；传输处理部分完成NGN传输平面的网络传输处理 功能，用来实现网络接入连接和提供QoS保证的IP报文的路由转发；

核心IMS包括IMS中会话控制层的P/I/S-CSCF网元：代理呼叫会话控制功能实体 (P-CSCF)、服务呼叫会话控制功能实体(S-CSCF)和查询呼叫会话控制功能实体 (I-CSCF)，用来实现会话控制、信令路由、业务触发、与RACS交互实现的资源预留和 接入控制功能，上述网元统称为核心IMS(Core IMS)；

流媒体业务层包括流媒体服务发现功能实体(SDF)、流媒体服务选择功能实体 (SSF)、流媒体业务控制功能实体(SCF)、重叠网管理功能实体(OMF)、网络资源查询 功能实体(NRQF)、内容管理功能实体(CMF)以及内容预处理功能实体(CPreF)，其中：

流媒体服务发现功能实体用来实现向用户终端设备提供业务附属信息，为用户终端 设备选择个性化的业务服务器地址和通知电子节目单(EPG)的更新状态功能；

流媒体服务选择功能实体用来实现产生电子节目单、向用户终端设备提供电子节目 单及节目展现信息(包括电影海报、节目简介、主要演员等)的下载功能；

流媒体业务控制功能实体用来执行流媒体业务逻辑，包括与核心IMS进行信令交互 和业务授权功能，根据业务执行结果选择媒体服务器或提供内容上传的对等网终端节点 P2P用户终端设备，向媒体服务器或P2P用户终端设备UE查询媒体处理能力，并将流 媒体业务请求转发给选择出的内容提供者，SCF参与各个频道直播流分发的P2P簇管 理，并通过查询网络资源查询功能实体NRQF获取到的把各个用户终端设备UE划分到不 同P2P簇的信息，选取物理位置或路由相近的终端服务节点，SCF以SIP背靠背用户代 理(B2B UA)形式为直播业务主叫用户终端设备UE选择媒体内容上传者，并代替主叫 用户终端设备UE与媒体上传者建立SIP会话以分配媒体传输通道；

重叠网管理功能实体用来实现各个直播频道对应的P2P重叠网的管理，向网络资源 查询功能实体查询构建重叠网的判决依据；

网络资源查询功能实体用来实现提供网络资源的查询功能，为重叠网管理功能实体 提供构建物理拓扑及接入位置感知的P2P重叠网的判决依据，NRQF收集当前媒体服务器 的位置部署及网络运营商提供的整体网络拓扑及路由配置信息，NRQF能够根据用户终端 设备所在的接入位置信息寻找合适的媒体传输者为其提供媒体流传输服务(媒体传输者 包括媒体服务器和具有媒体转发服务功能的使能P2P的终端节点)，NRQF会优先选择使 能P2P的终端节点为请求者提供服务，只有当所有的P2P节点都不能为请求者提供具有 QoS保障的服务时，才由媒体服务器为请求者提供媒体服务，这样可以最大可能的利用 终端节点的上行带宽资源和本地处理能力，减轻媒体服务器的负担；

内容管理功能实体用来实现对媒体节目或内容的增加、删除及修改；

内容预处理功能实体用来实现节目元数据信息的提取及流化前的内容准备，包括媒 体分析、编解码转换及内容预取功能。

媒体服务器包括媒体控制功能实体(MCF)和媒体分发功能实体(MDF)，其中媒体 控制功能实体用来向MDF查询媒体编解码信息、接收UE的流媒体会话请求，并根据会 话状态及UE控制信息向媒体服务器申请媒体下发资源，并进行流下发状态的实时控制； 媒体分发功能实体用来实现媒体传输通道分配、提供媒体编解码信息、为UE传输媒体 流、向MCF报告分发状态、响应MCF的流控制、缓存热点内容等功能；

如图3所示，本发明系统扩展的接口包括接口I1～I7，其中：

接口I1为CPreF与SSF之间传递用于产生电子节目单的元数据信息(如节目名称、 导演、主演)及节目安排等信息，两者间的交互协议可以是HTTP/HTTPS协议，其中的 元数据信息可以由XML文档描述；

接口I2为CPreF与MDF之间传递请求的内容标识和进行预处理后的媒体内容；

接口I3为OMF构建P2P Overlay网络时，与NRQF之间传递网络资源查询信息的接 口，协议不定；SCF通过该接口传递UE标识给NRQF，NRQF通过结合UE当前接入位置、 运营商提供的网络拓扑及路由配置信息和MCF提供的当前媒体部署情况给出构建P2P重 叠网的判决依据，判决依据包括网络距离及P2P簇标识等，并把判决信息通过接口I3 返回给OMF；

接口14为NRQF与UPSF之间传递UE的当前接入位置和整体网络拓扑结构、路由配 置等信息，两者间的交互协议为Diameter协议；

接口I5为NRQF向MCF查询当前媒体内容或节目的服务器部署位置及负载状态等信 息的接口，两者间的信息通过TCP或HTTP协议传输，由XML文档描述；

接口16用于两个UE或Peer节点之间测试网络的连通性及网络质量，可以选用类似 PING/PONG的配对协议，如RTP/RTCP协议；

接口I7用于传输两个UE或Peer节点之间的媒体内容，如RTP/RTCP流。

本发明系统中的SCF除了实现流媒体业务逻辑控制功能，还参与各个频道直播流分 发的对等网节点间的会话管理，并依据OMF查询NRQF获取的P2P簇划分依据选择媒体 内容传输者；SCF以SIP背靠背用户代理(B2B UA)形式为直播业务请求UE选择媒体内 容上传者，并代替业务主叫UE与媒体上传者之间建立SIP会话以分配媒体传输通道。

本发明系统中的OMF参与各个频道直播流分发的P2P重叠网，并通过查询网络资源 查询功能实体获取到的把各个用户终端设备划分到不同P2P簇的信息，以选取同一P2P 簇中的终端服务节点；OMF既可作为单独的功能实体，也可作为SCF的功能扩展。

本发明系统中的NRQF完成的功能包括维护运营商提供的整体网络拓扑及路由配置 信息，并根据UE当前接入位置及当前媒体服务器部署位置计算网络距离，为SCF的OMF 模块提供最终用于形成P2P簇和选择服务节点的判决依据。

本发明系统中的UE不仅是IMS网络中定义的符合IMS网络接入要求的终端或者由 具备IMS网络接入要求的网管设备接入的机顶盒或者PC机，而且是扩展了媒体转发和 网络连通性测试功能的P2P-enabled UE；该客户端除了完成基于IMS的IPTV标准客户 端的网络接入、核心网注册、业务发现、EPG和数字版权证书下载、业务发起、媒体播 放等功能外，还包括P2P能力的表达、为P2P客户端提供流上传服务、测试网络连通性 及性能、作为服务提供者等待SCF的会话邀请参与P2P内容分发的功能扩展。

本发明系统中的流媒体分发网络不仅兼容传统中心服务器或内容分发网络CDN技 术，还在网络边缘支持基于集中式管理的P2P流媒体分发网络；流媒体内容传输者是由 网络侧SCF查询OMF选择的，而该决定是通过OMF查询网络运营商参与部署的提供整体 网络信息的NRQF所做出的；SCF既可选择媒体服务器，也可选择P2P-enabled UE参与 直播流的分发，媒体服务器的内容部署可以按照现有的CDN或服务器集群部署，而各个 UE之间被组织成物理位置或路由相近的P2P重叠网形式；选择出服务节点UE后，SCF 作为B2B UA基于IMS中的SIP会话协商为服务节点和被服务节点建立流媒体传输通道； 所述的媒体传输通道建立之前，节点之间先通过会话协商协议SDP中的Offer/Answer 机制协商一条网络连通性及性能测试通道，若经测试网络特性满足要求，则通过SIP会 话重协商机制关闭网络测试通道并打开媒体传输通道，在此过程中Core IMS向RACS申 请并确认网络资源预留以提供媒体传输的QoS保证；UE之间的媒体传输通道不仅是受网 络侧RACS、Core IMS、SCF或OMF实体完全感知的，而且是保证网络QoS的，即任意两 个UE之间流媒体传输通道被集中管理、控制，以此保证P2P内容传输的安全性和可靠 性；当提供内容上传服务的UE退出直播业务时，SCF作为B2B UA断开与服务UE之间的 媒体上传会话，并为媒体接收者重新选择服务UE，与之建立新的SIP会话邀请其为接收 者提供媒体上传服务，同时通过会话更新重新进行网络连通性测试和媒体传输通道建 立。

在NGN网络中，由于终端UE可以通过各种物理网络接入方式加入IP网络，其中的 IP网络从接入路由器到骨干网路由器都可以提供QoS保证。当UE表达P2P扩展能力后， 网络侧的NRQF可以根据UE当前接入位置与运营商提供的网络拓扑结构信息构建一个与 物理网络较为相近的类似簇的网络拓扑模型。假设当前UE与运营商部署的媒体服务器 形成的网络拓扑结构如图4所示，其中UE_C与UE_B同从一个接入路由器接入网络，UE_A 从相邻的接入路由器加入网络，即UE_A与UE_B从网络路由上的距离依然较为靠近。若 当前三个UE请求收看同一频道，很显然，不仅UE_B与UE_C可同在一个P2P簇，即使 UE_A依然可以与之同处一个P2P簇中。下面以该网络拓扑模型为例，结合附图3的系统 功能体系结构及定义的接口，对流媒体直播业务中涉及的几个关键业务处理过程即本发 明的实现方法进行具体说明。

本发明实现方法包括以下步骤：

a.使能P2P的用户终端设备作为主叫向流媒体业务控制功能实体请求建立流媒体 直播会话，流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理，根据当前重叠网管理功能实 体维护的P2P重叠网和媒体服务器部署情况，为主叫用户终端设备选择媒体内容传输者， 并与内容传输者建立媒体传输会话；

b.使能P2P的用户终端设备进行频道切换，向流媒体业务控制功能实体请求会话 更新，流媒体业务控制功能实体为使能P2P的用户终端设备选择新频道的内容传输者， 并与新频道的内容传输者建立媒体传输会话；

c.使能P2P的用户终端设备退出直播。

在步骤a前，还需要用户终端UE注册及服务发现与选择过程：

UE首先注册到IMS核心网，同时以拉PULL或推PUSH模式发现SSF相关信息，SSF 根据UE的不同特性选择恰当的EPG传输给UE，具体过程实例如图5所示。

UE注册过程：

S1：UE发送REGISTER消息给Core IMS，请求注册

S2：Core IMS鉴权成功，返回200 OK消息给UE

服务发现过程一(PUSH模式)：

S3.1：Core IMS作为第三方注册代理代替UE向SDF注册；

S4.1：SDF回复200OK响应，表明Core IMS代替UE向SDF注册成功；

S5.1：SDF主动发送MESSAGE消息给UE，并在消息体中携带SSF服务器的地址及节 目下载URL标识；

S6.1：UE收到MESSAGE消息获取到EPG下载的服务器地址和URL信息后，回复200 OK响应；

服务发现过程二(PULL模式)：

S3.2：UE主动向SDF发送SUBSCRIBE订阅EPG下载服务器地址及内容更新信息；

S4.2：SDF回复200 OK响应，表明收到订阅请求；

S5.2：SDF主动发送NOTIFY消息给UE，并在消息体中携带SSF服务器的地址及节 目下载URL标识，通知UE去下载EPG更新信息；

S6.2：UE收到NOTIFY消息后，从消息体中获取到EPG下载的服务器地址和URL信 息后，并回复200 OK响应；

服务选择过程：

S7：UE向SSF发送HTTP请求下载EPG等相关信息；

S8：SSF根据UE特性及签约内容选择适当的EPG信息传输给UE。

所述步骤a根据流媒体业务控制功能实体查询重叠网管理功能实体选择的内容传输 者是媒体服务器还是用户终端设备，当选择的内容传输者为媒体服务器时，进行如下处 理：

a11.使能P2P的用户终端设备作为主叫经由核心IMS向流媒体业务控制功能实体 发送INVITE消息请求建立直播会话，消息体中的会话描述协议部分携带直播频道标识 (Channel_ID)和两个媒体行描述，其中一个媒体行描述网络测试通道，另一个媒体行 描述媒体接收通道；

a12.流媒体业务控制功能实体收到主叫用户终端设备的INVITE请求后，查询重叠 网管理功能实体维护的主叫用户终端设备当前选择观看的直播频道对应的P2P重叠网无 法选择出能够提供服务的用户终端设备，流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理 构建新的INVITE请求经由核心IMS转发给媒体控制功能实体，该INVITE消息体的会话 描述协议部分只包含主叫用户终端设备的媒体接收通道描述；

a13.媒体控制功能实体根据INVITE消息体中描述的直播频道标识(Channel_ID)， 根据负载状态和节目部署选择媒体分发功能实体，请求分配媒体下发通道资源，媒体分 发功能实体分配成功后把信息返回给媒体控制功能实体，媒体控制功能实体构造200 OK 消息响应经由核心IMS回复给流媒体业务控制功能实体，其中消息体中的会话描述协议 部分描述媒体服务器的媒体单播下发通道信息，包括媒体分发功能实体的IP地址、流 下发端口和媒体编解码相关信息；

a14.流媒体业务控制功能实体接收到媒体控制功能实体的200 OK响应后，根据该 200 OK消息重新构造200 OK响应经由核心IMS回复给主叫用户终端设备，其中的会话 描述协议部分SDP描述了打开的媒体单播下发通道信息及关闭的网络测试通道；流媒体 业务控制功能实体同时把主叫用户终端设备作为新的服务节点加入到重叠网管理功能 实体维护的直播频道对应的参与媒体流转发的P2P簇中；

a15.主叫用户终端设备构造ACK消息经由核心IMS转发至流媒体业务控制功能实 体确认直播建立成功，流媒体业务控制功能实体收到ACK消息后重新构造ACK消息经由 核心IMS转发给媒体控制功能实体，媒体控制功能实体接收ACK确认后控制媒体分发功 能实体开始正式下发单播媒体。

所述步骤a根据流媒体业务控制功能实体查询重叠网管理功能实体选择的内容传输 者是媒体服务器还是用户终端设备，当选择的内容传输者为用户终端设备时，进行如下 处理：

a21.使能P2P的用户终端设备作为主叫经由核心IMS向流媒体业务控制功能实体 发送INVITE消息请求建立直播会话，消息体的会话描述协议部分携带直播频道标识和 两个媒体行描述，其中一个媒体行描述网络测试通道，另一个媒体行描述媒体接收通道；

a22.流媒体业务控制功能实体收到主叫用户终端设备UE的INVITE请求后，查询 重叠网管理功能实体维护的对应频道Channel_ID有为该频道提供媒体传输服务的使能 P2P的用户终端设备，则向网络资源查询功能实体请求查询P2P节点组划分依据，请求 消息中携带该用户终端设备的SIP用户逻辑标识、当前接入位置和频道标识；

a23.网络资源查询功能实体根据用户终端设备的当前接入位置和频道标识等相关 信息、对应频道的服务器部署、运营商的网络拓扑结构信息及路由配置计算出用户终端 设备的网络距离和P2P簇标识返回给重叠网管理功能实体OMF，OMF根据网络资源查询 功能实体返回的结果，从请求频道的同一P2P簇中选择剩余处理能力最强的用户终端设 备作为P2P服务节点；

a24.根据重叠网管理功能实体选出的P2P服务节点，流媒体业务控制功能实体作 为背靠背用户代理构建新的INVITE请求，经由核心IMS路由给选出的服务节点，该 INVITE消息体的会话描述协议部分包括主叫用户终端设备的媒体接收通道和测试通道 描述；

a25.选出的P2P服务节点作为被叫用户终端设备收到INVITE请求后，查看本机剩 余资源是否有足够的流转发能力，若有，则打开本地网络测试通道，构造18×(18×表 示SIP响应消息中状态码为180～189之间的消息，具体选择不定)响应经由核心IMS 路由至流媒体业务控制功能实体，该响应消息体的会话描述协议部分描述了关闭的网络 测试通道和打开的媒体传输通道信息；

a26.流媒体业务控制功能实体收到被叫用户终端设备的18×响应后，重新构造18× 响应经由核心IMS路由至主叫用户终端设备，该响应的消息体与被叫用户终端设备响应 的18×消息体内容相同；

a27.主叫用户终端设备回复PRACK消息确认收到18×响应，并打开本地网络测试 监听端口，经由核心IMS转发至流媒体业务控制功能实体，流媒体业务控制功能实体收 到后重新构造PRACK消息经由核心IMS路由至被叫用户终端设备；

a28.被叫用户终端设备收到PRACK确认消息后，通过类似PING/PONG协议，如 RTP/RTCP协议，与主叫用户终端设备之间进行媒体传输前的网络连通性测试；被叫用户 终端设备模拟流下发过程发送PING消息，主叫用户终端设备模拟媒体接收过程回应 PONG消息；

a29.被叫用户终端设备根据PONG消息中携带的流接收统计结果判断是否满足直播 流转发要求，其中统计结果包括丢包率、网络延迟、抖动大小等，若满足要求则停止网 络连通性测试，构造200 OK响应经由核心IMS路由至流媒体业务控制功能实体，其消 息体的会话描述协议部分SDP描述关闭的网络测试通道和打开的媒体传输通道；

a210.流媒体业务控制功能实体收到被叫用户终端设备的200 OK响应后，作为背 靠背用户代理重新构造200 OK响应经核心IMS路由给主叫用户终端设备；同时，流媒 体业务控制功能实体把主叫用户终端设备作为新的服务节点加入到重叠网管理功能实 体维护的直播频道对应的参与媒体流转发的P2P簇中，并通知重叠网管理功能更新被叫 用户终端设备的剩余处理能力；

a211.主叫用户终端设备收到200 OK响应后，关闭本地网络测试监听端口，打开 媒体接收端口，并回复ACK确认消息经由核心IMS转发给流媒体业务控制功能实体，流 媒体业务控制功能实体接收到主叫用户终端设备的ACK确认消息后，重新构造ACK确认 消息经核心IMS转发给被叫用户终端设备

a212.被叫用户终端设备接收到ACK确认消息后，从本机缓冲区中读取媒体流，根 据在a24步骤中接收到的INVITE消息体中描述的主叫用户终端设备UE的媒体接收通道 信息转发媒体流。

以当选择的内容传输者为用户终端设备的情况为例，当扩展P2P功能的用户终端 UE_B请求观看某个频道的直播业务，而当前频道已有UE_A正在观看，且UE_A具有P2P 扩展能力和愿意提供媒体上传服务，则选择UE_A为UE_B服务及会话建立过程如图6所 示：其过程如下：

S1：UE_B发起INVITE请求观看某个直播节目内容或频道，其中消息体的SDP中描 述了本机网络测试通道和媒体传输通道信息；

S2：Core IMS在转发INVITE请求前，向RACS请求预留媒体下发和网络连通性测试 资源；

S3：Core IMS根据一定的业务触发规则把INVITE请求路由到负责直播业务的SCF；

S4：SCF向NRQF请求为该UE选择P2P簇和Peer服务节点的判决依据，并根据返回 结果选择出与UE_B在同一Cluster且具有媒体上传能力的UE_A；

S5：SCF作为B2B UA创建新的INVITE消息请求UE_A为UE_B提供媒体上传服务， 并转发至Core IMS，其中消息体的SDP中描述了UE_A的网络测试通道和媒体传输通道 信息；

S6：Core IMS路由转发INVITE请求前，将向RACS网元请求预留媒体上传和网络连 通性测试的网络资源；

S7：Core IMS根据UE_A的当前接入位置路由转发SCF发送的INVITE请求；

S8：UE_A判断本地剩余服务能力足以提供一路媒体上传服务，则回复18×响应， 通知对方进行媒体传输前的网络连通性及性能测试，其中消息体SDP描述的网络连通性 测试通道打开，媒体传输通道关闭；

S9：在路由转发18×消息前，Core IMS向RACS确认资源预留，以打开UE_B与网 络侧的网络连通性测试通道；

S10：Core IMS路由转发会话内18×消息到SCF；

S11：SCF构造新的18×响应转发给Core IMS，其中SDP部分直接拷贝UE_B回复的 18×响应消息；

S12：在路由18×响应给UE_B之前，Core IMS向RACS提交资源预留确认，以打开 UE_A与网络侧的网络连通性测试通道；

S13：Core IMS路由会话内18×响应给UE_B；

S14～S17：UE_B发送PRACK临时消息确认请求经Core IMS至SCF，SCF作为B2B UA 创新新的PRACK消息经Core IMS路由转发给UE_A；

S18～S19：UE_A与UE_B之间经提供QoS保证的网络进行PING/PONG协议的测试， 该测试可以模拟真实数据包的发送过程，UE_B把统计结果返回给UE_A；

S20：若网络测试结果满足要求，UE_A回复200 OK响应，通过SDP中描述的网络测 试通道端口置为0以关闭网络连通性测试通道，同时媒体端口为新分配的媒体传输端口， 以打开媒体传输通道；

S21：Core IMS在路由转发200 OK消息前，向RACS请求更新资源预留，打开UE_B 与网络侧之间的媒体传输通道，而关闭网络连通性测试通道；

S22：Core IMS路由转发会话内200 OK消息给SCF；

S23：SCF的OMF把UE_B加入P2P流分发Overlay中，并记录UE_A为UE_B提供服 务，同时UE_B也将作为备选的P2P流服务提供者；

S24：SCF根据接收到的200 OK消息，构建新的200 OK响应发送给Core IMS，其 中消息体中的SDP直接拷贝UE_B回复的200 OK消息中的SDP部分；

S25：Core IMS在路由转发200 OK响应到UE_B前，向RACS请求更新资源预留，以 打开UE_A与网络之间的媒体传输通道，并关闭网络测试通道；

S26：Core IMS路由转发200 OK给UE_B；

S27～S30：UE_B回复ACK会话确认请求至SCF，SCF构造新的ACK请求给UE_A。

上述S1～S30步骤为UE_B与UE_A建立了有QoS保证的媒体流传输通道，该通道不 仅具有媒体流的单向性特点，而且两个Peer之间的内容传输是由SIP会话协商建立的， 即该P2P媒体流传输通道是受到严格监管的，这就为P2P分发网络的集中管理提供了良 好的基础。

步骤b中，根据判断当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是用户终端设备还是 媒体服务器(MF)，以及为主叫用户终端设备提供新频道内容传输服务的是用户终端设 备还是媒体服务器，如果当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是媒体服务器且为主 叫用户终端设备提供新频道内容传输服务的是媒体服务器，则通过以下步骤处理：

b11.使能P2P的用户终端设备作为主叫，发送Re-INVITE消息经由核心IMS转发 给流媒体业务控制功能实体请求进行切换频道，其中消息体会话描述协议部分重新打开 网络测试通道，媒体传输通道保持不变，另外消息体中还携带切换的新频道标识 (New_ChannelID)和旧频道标识(Old_ChannelID)；

b12.流媒体业务控制功能实体接收到主叫用户终端设备Re-INVITE消息后，查询 重叠网管理功能实体发现主叫用户终端设备不为其他用户终端设备提供媒体上传服务， 则流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理构造Re-INVITE消息经核心IMS路由转 发给媒体控制功能实体，请求结束当前频道的媒体下发，并分配新频道的媒体下发服务 器资源，其中消息体的SDP部分只包括主叫UE的媒体传输通道描述；

b13.媒体控制功能实体接收到流媒体业务控制功能实体的Re-INVITE请求后，根 据会话描述协议部分中描述的Old_ChannelID和New_ChannelID，控制媒体分发功能实 体停止对主叫用户终端设备当前频道下发旧频道的媒体，并为主叫用户终端设备请求媒 体分发功能实体分配新频道的媒体下发服务器资源，然后构造200 OK响应经由核心IMS 响应200 OK消息，其中消息体的会话描述协议部分描述新频道的媒体服务下发通道信 息；

b14.流媒体业务控制功能实体收到媒体控制功能实体回复的200 OK响应后，重新 构造200 OK消息经由核心IMS发送给主叫用户终端设备，其中消息体的会话描述协议 部分描述了关闭的网络测试通道和打开的媒体下发通道；同时，流媒体业务控制功能实 体把主叫用户终端设备作为新的服务节点加入到重叠网管理功能实体维护的直播频道 对应的参与媒体流转发的P2P簇中；

b15.用户终端设备收到流媒体业务控制功能实体的200 OK响应后，得知由为用户 终端设备下发媒体内容，因而关闭本地网络测试通道，打开本机媒体接收监听端口等待 接收新频道的媒体流，并构造ACK消息经由核心IMS发送给流媒体业务控制功能实体以 确认会话更新成功；

b16.流媒体业务控制功能实体收到ACK会话更新确认消息后，重新构造ACK请求 经由核心IMS路由给媒体控制功能实体，媒体控制功能实体收到ACK确认会话更新成功 后控制媒体分发功能实体为主叫用户终端设备下发新频道的媒体，以此完成频道切换；

若查询重叠网管理功能实体OMF发现主叫用户终端设备同时还为其他用户终端设备 UE提供媒体上传服务，则结束与主叫用户终端设备之间建立的为当前频道提供媒体上传 服务的会话，重新为主叫UE的服务对象选择媒体上传服务节点，并把主叫用户终端设 备UE移除当前频道对应的P2P簇中，接续步骤b13。

步骤b中根据判断当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是用户终端设备还是媒 体服务器，以及为主叫用户终端设备UE提供新频道内容传输服务的是用户终端设备UE 还是媒体服务器MF，如果当前为主叫用户终端设备UE提供媒体上传的是媒体服务器且 为主叫用户终端设备UE提供新频道内容传输服务的是用户终端设备UE，则通过以下步 骤处理：

b21.使能P2P的用户终端设备UE作为主叫，发送Re-INVITE消息经由核心IMS转 发给流媒体业务控制功能实体SCF请求进行切换频道，其中消息体会话描述协议SDP部 分描述了重新打开的网络测试通道和保持不变的媒体传输通道，另外消息体中还携带切 换的新频道标识New_ChannelID和旧频道标识Old_ChannelID；

b22.流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理发送BYE消息给媒体控制功能 实体，请求结束流媒体业务控制功能实体与媒体控制功能实体之间建立的为主叫用户终 端设备提供的媒体下发服务会话；

同时，流媒体业务控制功能实体查询重叠网管理功能实体，选择出使能P2P的服务 节点作为被叫用户终端设备为主叫用户终端设备提供媒体传输服务；

b23.流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理构造新的INVITE消息经由核心 IMS路由给选出的被叫用户终端设备，其中消息体中的会话描述协议部分描述了主叫用 户终端设备的网络测试通道和媒体传输通道信息；

b24.被叫用户终端设备接收到流媒体业务控制功能实体的INVITE请求后，查看本 机剩余资源是否有足够的流转发能力，若有，则打开本地网络测试通道，构造18×响应 经由核心IMS路由至流媒体业务控制功能实体SCF，该响应消息体的会话描述协议部分 描述了被叫用户终端设备打开的网络测试通道和关闭的媒体传输通道信息；

b25.流媒体业务控制功能实体收到被叫用户终端设备的18×响应后，构造200 OK 响应经由核心IMS发送给主叫用户终端设备，其中的消息体与被叫用户终端设备响应的 18×消息体中的内容相同；

b26.主叫用户终端设备回复ACK消息确认收到20×响应，其中消息体的会话描述 协议SDP部分携带本机打开的网络测试通道和关闭的媒体接收通道，经由核心IMS转发 至流媒体业务控制功能实体，流媒体业务控制功能实体收到200 OK响应后构造PRACK 消息和ACK消息经由核心IMS发送给被叫用户终端设备和主叫用户终端设备；

b27.被叫用户终端设备收到PRACK确认消息后，通过类似PING/PONG协议，如 RTP/RTCP协议，与主叫用户终端设备之间进行媒体传输前的网络连通性测试，其中被叫 用户终端设备模拟流下发过程发送PING消息，主叫用户终端设备模拟媒体接收过程并 回应PONG消息；

b28.被叫用户终端设备根据PONG消息中携带的流接收统计结果判断是否满足直播 流转发要求，其中统计结果包括丢包率、网络延迟、抖动大小等，若测试结果满足要求， 则停止网络连通性测试，构造200 OK响应经由核心IMS发送给流媒体业务控制功能实 体，其中消息体会话描述协议部分描述了关闭的网络测试通道和打开的媒体传输通道信 息；

b29.流媒体业务控制功能实体接收到被叫用户终端设备的200 OK响应后，作为背 靠背用户代理重新构造Re-INVITE请求经核心IMS发送给主叫用户终端设备，主叫用户 终端设备收到Re-INVITE响应后，关闭本地网络测试端口，打开媒体接收端口，并回复 200 OK响应消息；

b210.流媒体业务控制功能实体接收到主叫用户终端设备的200 OK响应后，通知 重叠网管理功能实体把主叫用户终端设备作为新的服务节点加加入新频道的P2P簇中， 并更新被叫用户终端设备的剩余处理能力，同时分别构造ACK响应消息经由核心IMS回 复给主叫用户终端设备和被叫用户终端设备；

b211.被叫用户终端设备接收到流媒体业务控制功能实体发送的ACK确认消息后， 向主叫用户终端设备转发媒体流，以此完成频道切换工作。

若被叫用户终端设备根据PONG消息中携带的流接收统计结果不满足直播流转发需 求，则被叫用户终端设备向流媒体业务控制功能实体回复非200 OK响应结束与流媒体 业务控制功能实体之间的会话，流媒体业务控制功能实体重新选择P2P服务节点，转至 b22步骤，流媒体业务控制功能实体查询重叠网管理功能实体，重新选择出使能P2P的 服务节点作为被叫用户终端设备为主叫用户终端设备提供媒体传输服务。

若被叫用户终端设备接收到流媒体业务控制功能实体的INVITE请求后，查看本机 剩余资源没有足够的流转发能力，被叫用户终端设备向流媒体业务控制功能实体回复非 200 OK响应结束与流媒体业务控制功能实体之间的会话，流媒体业务控制功能实体重新 选择P2P服务节点，转至b22步骤，流媒体业务控制功能实体查询重叠网管理功能实体， 重新选择出使能P2P的服务节点作为被叫用户终端设备为主叫用户终端设备提供媒体传 输服务。

步骤b根据判断当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是用户终端设备还是媒体 服务器，以及为主叫用户终端设备提供新频道内容传输服务的是用户终端设备还是媒体 服务器，如果当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是用户终端设备且为主叫用户终 端设备提供新频道内容传输服务的是用户终端设备，则通过以下步骤处理：

b31.使能P2P的用户终端设备作为主叫，发送Re-INVITE消息经由核心IMS转发 给流媒体业务控制功能实体请求进行频道切换，其中消息体的会话描述协议部分描述了 重新打开的网络测试通道和保持不变的媒体传输通道，另外消息体中还携带切换的新频 道标识New_ChannelID和旧频道标识Old_ChannelID；

b32.流媒体业务控制功能实体接收到主叫用户终端设备的Re-INVITE请求后，作 为背靠背用户代理发送BYE消息给提供旧频道媒体传输服务的被叫用户终端设备，请求 结束流媒体业务控制功能实体与被叫用户终端设备建立的为主叫用户终端设备提供的 媒体传输服务会话，并通知重叠网管理功能实体更新被叫用户终端设备的剩余处理能 力；同时流媒体业务控制功能实体查询重叠网管理功能实体，选择出新的使能P2P的服 务节点作为被叫用户终端设备为主叫用户终端设备提供新频道的媒体传输服务；

b33.流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理构造新的INVITE消息经由核心 IMS路由给新选出的被叫用户终端设备，其中消息体中的会话描述协议部分描述了主叫 用户终端设备的网络测试通道和媒体传输通道信息；

b34.被叫用户终端设备接收到流媒体业务控制功能实体的INVITE请求后，查看本 机剩余资源是否有足够的流转发能力，若有，则打开本地网络测试通道，构造18×响应 经由核心IMS路由至流媒体业务控制功能实体，该响应消息体的会话描述协议部分描述 了被叫用户终端设备打开的网络测试通道和关闭的媒体传输通道信息；

b35.流媒体业务控制功能实体收到被叫用户终端设备的18×响应后，构造200 OK 响应经由核心IMS发送给主叫用户终端设备，其中的消息体信息与被叫用户终端设备响 应的18×消息体中的相同；

b36.主叫用户终端设备回复ACK消息确认收到20×响应，其中消息体会话描述协 议部分携带本机打开的网络测试通道和关闭的媒体接收通道，经由核心IMS转发至流媒 体业务控制功能实体，流媒体业务控制功能实体收到200 OK响应后构造PRACK消息和 ACK消息经由核心IMS发送给被叫用户终端设备和主叫用户终端设备；

b37.被叫用户终端设备收到PRACK确认消息后，通过类似PING/PONG协议，如 RTP/RTCP协议，与主叫用户终端设备之间进行媒体传输前的网络连通性测试，其中被叫 用户终端设备模拟流下发过程发送PING消息，主叫用户终端设备模拟媒体接收过程并 回应PONG消息；

b38.被叫用户终端设备根据PONG消息中携带的流接收统计结果判断是否满足直播 流转发需求，其中统计结果包括丢包率、网络延迟、抖动大小等，若测试结果满足要求， 则停止网络连通性测试，构造200 OK响应经由核心IMS发送给流媒体业务控制功能实 体，其中消息体会话描述协议部分SDP描述关闭的网络测试通道和打开的媒体传输通道 信息；

b39.流媒体业务控制功能实体接收到被叫用户终端设备的200 OK响应后，作为背 靠背用户代理重新构造Re-INVITE请求经核心IMS发送给主叫用户终端设备，主叫用户 终端设备收到Re-INVITE响应后，关闭本地网络测试端口，打开媒体接收端口，并回复 200 OK响应消息；

b310.流媒体业务控制功能实体接收到主叫用户终端设备的200 OK响应后，通知 重叠网管理功能实体把主叫用户终端设备作为新的服务节点加入新频道的P2P簇中，并 更新提供新频道媒体传输服务的被叫用户终端设备的剩余处理能力；同时分别构造ACK 响应消息经由核心IMS回复给主叫用户终端设备和被叫用户终端设备；

b311.被叫用户终端设备收到流媒体业务控制功能实体发送的ACK确认消息后，向 主叫用户终端设备转发媒体流，以此完成频道切换工作。

步骤b中根据判断当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是用户终端设备还是媒 体服务器，以及为主叫用户终端设备提供新频道内容传输服务的是用户终端设备还是媒 体服务器，如果当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是用户终端设备且为主叫用户 终端设备提供新频道内容传输服务的是媒体服务器，则通过以下步骤处理：

b41.使能P2P的用户终端设备作为主叫，发送Re-INVITE消息经由核心IMS转发 给流媒体业务控制功能实体请求进行切换频道，其中消息体的会话描述协议部分描述了 重新打开的网络测试通道和保持不变的媒体传输通道，另外消息体中还携带切换的新频 道标识(New_ChannelID)和旧频道标识(Old_ChannelID)；

b42.流媒体业务控制功能实体接收到主叫用户终端设备的Re-INVITE消息后，作 为背靠背用户代理发送BYE消息给被叫用户终端设备，请求结束流媒体业务控制功能实 体与被叫用户终端设备间建立的为主叫用户终端设备提供的媒体传输会话，并通知重叠 网管理功能实体更新被叫用户终端的剩余处理能力；同时流媒体业务控制功能实体查询 重叠网管理功能实体，最终选择MF为主叫用户终端设备提供媒体传输服务；

b43.流媒体业务控制功能实体作为背靠背用户代理构建新的INVITE请求经由核心 IMS转发给媒体控制功能实体，消息体会话描述协议部分只包含主叫用户终端设备的媒 体接收通道描述和新频道标识New_ChannelID；

b44.媒体控制功能实体接收到INVITE消息后，获取INVITE消息体中会话描述协 议部分描述的新频道标识，根据负载状态和节目部署选择媒体分发功能实体，并向其请 求分配媒体下发通道资源，媒体分发功能实体分配成功后返回给媒体控制功能实体，然 后媒体控制功能实体构造200 OK消息经由核心IMS回复给流媒体业务控制功能实体， 其中消息体中的会话描述协议部分描述媒体服务器的单播流下发通道信息，包括媒体分 发功能实体的IP地址、流下发端口和媒体编解码相关信息；

b45.流媒体业务控制功能实体接收到媒体控制功能实体的200 OK响应后，根据该 200 OK消息重新构造200 OK响应经由核心IMS回复给主叫用户终端设备，其中的会话 描述协议部分描述了打开的媒体单播下发通道信息和关闭的网络测试通道；同时流媒体 业务控制功能实体通知重叠网管理功能实体，把主叫用户终端设备作为新的服务节点加 入到重叠网管理功能实体维护的参与新频道媒体流分发的P2P簇中和更新被叫用户终 端设备的剩余处理能力；

b46.主叫用户终端设备接收到200 OK响应后，构造ACK消息经由核心IMS转发至 流媒体业务控制功能实体SCF确认直播切换成功，流媒体业务控制功能实体SCF收到ACK 消息后重新构造ACK消息经由核心IMS转发给媒体控制功能实体，媒体控制功能实体MCF 接收ACK确认后控制媒体分发功能实体启动单播流下发，以此完成频道切换。

步骤b中，如果当前为主叫用户终端设备提供媒体上传的是用户终端设备且为主叫 用户终端设备提供新频道内容传输服务的是用户终端设备，即当前为P2P-Enabled UE_B 提供服务的是UE_A，同时UE_B并未为别的UE提供媒体上传服务，UE_B进行频道切换 后，SCF为其选择提供媒体上传服务的节点是UE_C，其处理过程如图7所示：

S1：UE_B发送Re-INVITE消息请求频道切换，消息体中将携带新切换的频道标识， 消息体SDP中包含重新打开的媒体测试通道和保持打开的媒体传输通道；

S2：Core IMS在转发Re-INVITE到SCF前，Core IMS向RACS申请重新打开媒体测 试通道的资源预留；

S3：Core IMS路由转发Re-INVITE消息到SCF；

S4：SCF接收到UE_B的频道切换请求后，结束SCF与UE_A之间建立的为UE_B的媒 体传输会话(具体如步骤图七中4.1～4.5所示)，并更新OMF中维护的UE_A不再为UE_B 提供服务，同时OMF也把UE_B也从其所在的P2P簇中删除；OMF重新根据Re-INVITE 请求消息体中携带新切换的频道标识为其寻找到合适的媒体内容提供者UE_C；

S4.1～S4.5：SCF作为B2B UA向UE_B发送BYE请求，结束UE_A与UE_B之间的媒体 上传服务，并且释放UE_A与网络侧之间预留的媒体传输通道资源；

S5：SCF作为B2B UA创建新的INVITE消息请求UE_C为UE_B提供媒体上传服务， 并转发至Core IMS，其中消息体中媒体传输通道和网络测试通道描述与UE_B发送给SCF 的Re-INVITE消息中相同；

S6：Core IMS路由转发INVITE请求前，将向RACS网元请求预留媒体上传和网络连 通性测试的网络资源；

S7：Core IMS根据UE_C的当前接入位置路由转发SCF发送的新INVITE请求；

S8：UE_C判断本地剩余服务能力能够提供一路媒体上传服务，回复18×响应，通 知UE_B进行网络连通性和性能测试，其中消息体SDP中携带打开的网络测试通道和关 闭的媒体传输通道；

S9：Core IMS在路由转发18×消息前，向RACS提交资源预留确认，以打开UE_C 与网络侧之间的网络连通性测试通道；

S10：Core IMS路由转发会话内18×消息到SCF；

S11：SCF收到UE_C的18×响应后，重新构造200 OK响应回复UE_B的Re-INVITE 请求，转发给Core IMS，其中消息体的SDP中描述了UE_C打开的网络测试通道和尚未 打开的媒体传输通道；

S12：在路由200 OK通道测试响应给UE_B之前，Core IMS向RACS提交资源预留确 认，打开UE_A与网络侧之间的网络连通性测试通道，并关闭其原本打开的媒体传输通 道；

S13：Core IMS路由会话内200 OK响应给UE_B；

S14～S17：UE_B发送ACK消息确认进行网络连通性测试经Core IMS至SCF，SCF作 为B2B UA重新构造成PRACK消息经Core IMS路由转发给UE_C；

S18～S19：UE_B与UE_C之间经提供QoS保证的网络进行PING/PONG协议的测试， 该测试可以模拟真实数据包的发送过程，UE_B把接收测试包的统计结果返回给UE_C；

S20：若网络测试结果满足要求，UE_C与UE_B之间停止网络连通性和性能测试，UE_C 分配为UE_B分配媒体上传通道，并回复200 OK响应，其中消息体中的SDP描述了打开 的媒体传输通道和关闭的网络测试通道信息；

S21：Core IMS在路由转发200 OK消息前，向RACS请求更新资源预留，关闭UE_C 与网络侧间的网络测试通道，打开媒体上传通道；

S22：Core IMS路由转发会话内200 OK消息给SCF；

S23：SCF接收到UE_C的200 OK响应后，根据200 OK消息体中的SDP描述，构造 Re-INVITE消息请求UE_B更新会话，其中消息体中SDP描述了UE_C提供的关闭的网络 测试通道和打开的媒体传输通道信息；

S24：Core IMS在路由转发Re-INVITE消息给UE_B前，向RACS请求进行媒体下发 的资源预留；

S25：Core IMS路由转发Re-INVITE消息给UE_B；

S26：UE_B收到SCF发送的Re-INVITE请求后，关闭本机测试通道，重新打开媒体 传输通道，并构造200 OK响应回复SCF；

S27：Core IMS在路由转发200 OK响应给SCF前，向RACS确认资源预留，打开UE_B 与网络侧的媒体传输通道，关闭网络测试通道；

S28：Core IMS路由转发200 OK响应给SCF；

S29：SCF接收到UE_B的200 OK响应后，通知OMF把UE_B加入新频道的P2P流分 发Cluster中作为备选的P2P流服务提供者，并记录UE_C正为UE_B提供服务，UE_C 剩余处理能力相应减少；

S30～S31：SCF构造两个ACK响应分别发给UE_B和UE_C，UE_C收到ACK确认后， 立刻转发媒体流给UE_B，其中S30.1～S31.1表示SCF与UE_C之间的会话建立成功， S30.2～S31.2表示频道切换过程中UE_B与SCF之间的会话更新成功。

上述S1～S31步骤描述了UE_B申请频道切换，然后SCF拆除了SCF与UE_A之间建 立的为旧频道提供媒体上传服务的SIP会话，并回收到了用于UE_A为UE_B提供媒体上 传服务的网络资源，然后SCF又为UE_B找到提供新频道媒体传输服务的UE_C，并与之 建立媒体上传会话，在此过程中进行了UE_B与UE_C的网络连通性测试，最后才成功建 立UE_B与UE_C之间的媒体传输通道。其中的UE_B进行频道切换后的，与UE_C之间建 立媒体传输通道是重新进行QoS预留和确认的，因而具有QoS保证。

步骤c中使能P2P的用户终端设备根据退出直播时用户终端设备是否为别的节点提 供媒体传输服务，以及为该用户终端设备提供媒体传输服务的是使能P2P的用户终端设 备还是媒体服务器，如果当前退出直播的用户终端设备没有为别的节点提供媒体传输服 务，同时为该用户终端设备UE提供媒体传输服务的是媒体服务器，则通过以下步骤处 理：

c11.使能P2P的用户终端设备作为主叫发送BYE消息经由核心IMS转发到流媒体 业务控制功能实体请求退出直播业务；

c12.接收到用户终端设备的直播退出请求后，流媒体业务控制功能实体查询重叠 网管理功能实体获知该用户终端设备并未为别的节点提供媒体传输服务，流媒体业务控 制功能实体作为背靠背用户代理重新构造BYE消息经由核心IMS转发到媒体控制功能实 体请求结束与之建立的媒体传输会话；

c13.媒体控制功能实体接收到BYE消息后，控制媒体分发功能实体MDF停止为用 户终端设备下发媒体流，并构造200 OK响应经由核心IMS转发到流媒体业务控制功能 实体；

c14.流媒体业务控制功能实体接收到MF对BYE请求的200 OK响应后，重新构造 200 OK响应经由核心IMS回复给用户终端设备，并清除主叫用户终端设备的直播会话相 关信息，通知重叠网管理功能实体把用户终端设备从其最后收看频道的P2P簇中删除；

c15.用户终端设备接收到200 OK响应后完成退出直播工作。

步骤c中使能P2P的用户终端设备根据退出直播时用户终端设备是否为别的节点提 供媒体传输服务，以及为该用户终端设备提供媒体传输服务的是使能P2P的用户终端设 备还是媒体服务器(MF)，如果当前退出直播的用户终端设备没有为别的节点提供媒体 传输服务，同时为该用户终端设备提供媒体传输服务的是使能P2P的用户终端设备，则 通过以下步骤处理：

c21.使能P2P的用户终端设备作为主叫发送BYE消息经由核心IMS转发到流媒体 业务控制功能实体请求退出直播业务；

c22.接收到用户终端设备的直播退出请求后，流媒体业务控制功能实体查询重叠 网管理功能实体获知该用户终端设备并未为别的节点提供媒体传输服务，然后作为背靠 背用户代理重新构造BYE消息经由核心IMS转发到提供内容上传的被叫用户终端设备请 求结束与之建立的媒体传输会话；

c23.被叫用户终端设备接收到流媒体业务控制功能实体发送的BYE消息后，停止 为主叫用户终端设备的媒体流转发服务，并构造200 OK响应经由核心IMS回复给流媒 体业务控制功能实体；

c24.流媒体业务控制功能实体接收到被叫用户终端设备对BYE请求的200 OK响应 后，重新构造200 OK响应经由核心IMS回复给主叫用户终端设备，并清除主叫用户终 端设备的直播会话相关信息，通知重叠网管理功能实体把主叫用户终端设备从其最后收 看频道的P2P簇中删除，更新被叫用户终端设备的剩余处理能力；

c25.用户终端设备接收到200 OK响应后完成退出直播工作；

步骤c中使能P2P的用户终端设备根据退出直播时用户终端设备是否为别的节点提 供媒体传输服务，以及为该用户终端设备提供媒体传输服务的是使能P2P的用户终端设 备还是媒体服务器，如果当前退出直播的用户终端设备正为别的节点提供媒体传输服 务，同时为该用户终端设备提供媒体传输服务的是媒体服务器，则通过以下步骤处理：

c31.使能P2P的用户终端设备作为主叫发送BYE消息经由核心IMS转发到流媒体 业务控制功能实体请求退出直播业务；

c32.接收到用户终端设备的直播退出请求后，流媒体业务控制功能实体查询重叠 网管理功能实体获知该用户终端设备正为别的节点提供媒体传输服务，同时为该用户终 端设备UE提供媒体传输服务的是媒体服务器，则流媒体业务控制功能实体SCF同时完 成如下两件任务：

任务一，作为背靠背用户代理构造BYE消息经由核心IMS发送给主叫用户终端设备 结束其为别的用户终端设备提供的媒体传输服务会话，并重新为主叫用户终端设备所服 务的对象选择新的内容传输者，可能选择使能P2P的用户终端设备，也可能选择MF，并 与之建立媒体传输会话；

任务二：作为背靠背用户代理构造BYE消息，经由核心IMS转发给媒体控制功能实 体，请求结束与媒体控制功能实体之间建立的SIP会话，媒体控制功能实体接收到BYE 消息后，控制媒体分发功能实体停止为主叫用户终端设备下发媒体，并构造200 OK响 应消息确认结束与流媒体业务控制功能实体之间的会话；流媒体业务控制功能实体接收 到媒体控制功能实体的200 OK响应后重新构造200 OK响应消息，确认结束流媒体业务 控制功能实体与主叫用户终端设备间的会话；

c33.主叫用户终端设备完成退出直播工作。

步骤c中使能P2P的用户终端设备根据退出直播时用户终端设备是否为别的节点提 供媒体传输服务，以及为该用户终端设备提供媒体传输服务的是使能P2P的用户终端设 备还是媒体服务器，如果当前退出直播的用户终端设备正为别的节点提供媒体传输服 务，同时为该用户终端设备UE提供媒体传输服务的是使能P2P的用户终端设备，则通 过以下步骤处理：

c41.使能P2P的用户终端设备作为主叫发送BYE消息经由核心IMS转发到流媒体 业务控制功能实体请求退出直播业务；

c42.接收到用户终端设备的直播退出请求后，流媒体业务控制功能实体检测该用 户终端设备正为别的节点提供媒体传输服务，同时为该用户终端设备提供媒体传输服务 的是另一个使能P2P的用户终端设备，则流媒体业务控制功能实体同时完成如下两件任 务：

任务一，作为背靠背用户代理构造BYE消息经由核心IMS发送给主叫用户终端设备 结束主叫用户终端设备为别的用户终端设备提供媒体传输服务的会话，并重新为主叫用 户终端设备所服务的对象选择新的内容传输者，可能选择使能P2P的用户终端设备，也 可能选择MF，并与之建立媒体传输会话；

任务二，作为背靠背用户代理构造BYE消息，经由核心IMS转发给被叫用户终端设 备，请求结束与之建立的媒体传输会话，被叫用户终端设备接收到BYE消息后，停止为 主叫用户终端设备转发媒体，并构造200 OK响应消息确认结束与流媒体业务控制功能 实体之间的会话；流媒体业务控制功能实体接收到被叫用户终端设备的200 OK响应后 重新构造200 OK响应消息，确认结束流媒体业务控制功能实体与主叫用户终端设备间 的会话；

c43.主叫用户终端设备完成退出直播工作。

步骤c中如果当前退出直播的用户终端设备正为别的节点提供媒体传输服务，同时 为该用户终端设备提供媒体传输服务的是使能P2P的用户终端设备，即当P2P-enabled UE_A请求退出直播业务，其当前正为UE_B提供媒体上传服务，而当SCF接收到UE_A 的直播退出请求后，它通知OMF，OMF根据UE_A退出时收看频道所对应的P2P簇及节点 选择策略重新为UE_B选择服务提供者UE_C，UE_A的直播业务退出过程如图8所示：

S1：UE_A发送BYE消息请求结束当前直播业务的观看，同时在SDP中携带当前收看 的频道信息；

S2：在路由转发BYE消息前，Core IMS向RACS请求释放预留的网络资源；

S3：Core IMS转发会话内的BYE请求到SCF；

S4：SCF接收到UE_A的BYE请求后，同时完成下述三个任务：

任务1：

S4.1～S8.1：SCF作为B2B UA向UE_B发送BYE请求，结束UE_A与UE_B之间的媒 体上传服务，并且释放从UE_A到网络侧的媒体上传通道；

任务2：

S4.2～S5.2：SCF回复200 OK响应给UE_A，确认UE_A的直播退出请求，并释放与 UE_A之间的会话相关资源，通知OMF删除UE_A退出时正在观看的频道P2P簇中所维护 的UE_A节点；

任务3：

S4.3：为UE_B选择新的在同一P2P簇中的服务节点UE_C；

S5.3：创建新的INVITE消息向UE_C请求为UE_B建立媒体上传通道，发送给Core IMS，其中消息体SDP部分描述了UE_B当前的媒体通道和首次发起INVITE直播业务请 求时携带的网络测试通道信息；

S6.3：在路由转发INVITE消息前，Core IMS向RACS请求预留媒体上传通道和网络 测试通道的网络资源；

S7.3：Core IMS根据UE_C SIP URI查找其当前接入位置，并向UE_C路由转发INVITE 消息；

S8.3：UE_C查询本机剩余能力，可以提供媒体上传服务，回复18×响应消息给Core IMS，消息体的SDP中携带了打开的网络测试通道和关闭的媒体上传通道的描述；

S9：接S8.3步骤，Core IMS在路由转发18×响应前，向RACS确认只预留UE_C与 网络侧之间的网络测试通道资源；

S10：Core IMS路由转发会话内18×响应消息给SCF；

S11：SCF接收到18×网络连通性测试响应后，构造Re-INVITE，发送给Core IMS， 其中SDP携带UE_C关闭的媒体传输通道，打开的网络测试通道信息，包括UE_C进行网 络测试的IP地址及端口信息；

S12：在路由转发Re-INVITE前，Core IMS向RACS申请资源预留，打开从网络侧到 UE_B间的网络测试通道，关闭网络侧与UE_B之间的媒体传输通道；

S13：Core IMS路由转发Re-INVITE消息给UE_B；

S14：UE_B接收到Re-INVITE请求消息后，暂时关闭媒体传输通道，并重新打开网 络连通性测试端口，回应200 OK响应，其中消息体中的媒体传输通道暂时置为关闭状 态，网络测试通道为打开状态；

S15～S16：Core IMS向RACS确认打开UE_B与网络侧的网络连通性测试通道的资源 预留后，并路由转发200 OK响应给SCF；

S17～S18：SCF接收到UE_B的200 OK响应后，回复ACK消息确认与UE_B之间的会 话更新成功，步骤如S17.1～S18.1；针对与UE_C的会话回复PRACK请求消息确认收到 18×通道测试通知，步骤如S17.2～S18.2；

S19～820：UE_C接收到PRACK对18×临时响应的确认后，将通过PING/PONG协议 进行UE_C与UE_B之间的网络连通性及性能测试；

S21：若网络连通性测试结果满足要求，UE_C停止网络测试，并分配为UE_B服务的 媒体传输资源，构造200 OK响应回复给SCF，该消息体中SDP部分描述了关闭的网络测 试通道和打开的媒体传输通道；

S22～823：Core IMS向RACS更新资源预留，确认关闭UE_C与网络侧之间的网络测 试通道，打开媒体传输通道，然后路由转发会话内200 OK消息给SCF；

S24：SCF收到UE_C的200 OK响应后，构造新的Re-INVITE请求发送给UE_B，该 Re-INVITE请求关闭与UE_B之间的网络测试通道，打开UE_B媒体传输通道，发送给Core IMS；

S25～S26：Core IMS向RACS申请新的资源预留，关闭UE_B与网络侧之间的网络测 试通道，打开媒体传输通道，并把Re-INVITE路由转发给UE_B；

S27：UE_B回复200 OK响应，其消息体SDP中携带了关闭的网络测试通道和打开的 媒体传输通道描述；

S28：Core IMS路由转发会话内200 OK响应前，向RACS确认关闭UE_B与网络侧的 网络测试通道，而打开媒体传输通道；

S29：Core IMS路由转发200 OK响应给SCF；

S30：SCF接收到200 OK响应后，确认UE_C作为P2P流媒体传输者为UE_B提供上 传服务，同时把UE_B加入新频道的P2P簇中；

S31～S32：SCF作为B2B UA同时构造两个ACK请求消息确认会话建立成功，步骤 S31.1～S32.1目标为UE_C，步骤S31.2～S32.2目标为UE_B；

S33：UE_C向UE_B经有QoS保证的端到端网络通道传输直播媒体流。

本发明中媒体传输会话是用于建立媒体传输通道的，而媒体传输通道建立前由类似 PING/PONG协议测试保证网络连通性能，媒体发送者和接收者之间的所有会话都经由核 心IMS路由转发，确保了P2P媒体传输的服务质量。其中不仅保证了P2P分发通道的可 管理性，保证了UE节点退出和加入P2P分发网络的过程完整性，还可以通过查询NRQF 维护的网络拓扑资源及UE接入位置选择网络路由或物理位置靠近的服务节点，而且媒 体传输通道和网络测试通道均受NGN传输层RACS提供网络QoS保证，既满足了UE参与 媒体传输的目的，又达到了P2P重叠网的可管、可控性。