随着社会的进步和信息技术的不断发展,网络融合和业务融合成为不可阻挡的趋势。在下一代网络(NGN, Next Generation Network)中,各种协作式多媒体应用(CMA, Collaborative Multimedia Application)业务层出不穷;ⅠMS (IP Multimedia Subsystem)系统也已经被公认为是NGN最重要的组成部分和关键技术之一。其中,PoC (Push To Talk over Cellular)业务作为IMS平台中最具有代表性、最重要的业务之一因其方便快捷、资源利用率高、用户覆盖范围广等特点,从一开始就被业界寄予厚望,被认为最有希望成为继短消息业务之后的下一个杀手级业务。PoC是一种支持一对一和一对多模式的半双工、多媒体会话类集群对讲业务。它具有呼叫建立快捷、网络资源利用率高、用户覆盖范围广、计费方式灵活、支持多媒体应用等特点。会话中任意时刻最多只允许一个用户发言,其他用户处于收听状态。有发言需求的用户可以通过按键来申请发言权,发言权控制功能负责所有用户的发言权的协调、分配等工作。理论上,PoC业务可以覆盖到移动蜂窝网络中所有用户,这是当前其他集群对讲技术所不可比拟的。当前困扰PoC技术发展的几个主要问题集中在语音数据传输延时偏长、控制信令过于复杂、会话中心控制节点负载过重并且容易产生瓶颈等方面。因此,在保证PoC会话正常进行的前提下,如何通过控制信令的优化来减少语音数据的传输时延,减轻并分担会话中心节点的控制负载,优化会话中控制信令和媒体流的传输路径,是PoC技术研究的热点和难点。本论文首先对当前PoC技术相关领域的研究成果进行了系统、详细的整理和分类。这些成果可大致分为六大类：架构、策略及规范相关；系统实现相关；性能分析及QoS (Quality of Service)相关；控制信令和媒体流优化相关；发言权控制相关；同其他领域契合相关。通过对每类研究成果的整理和分析,为后续阶段更深层次的研究提供了详实的理论依据和借鉴。其中对发言权控制相关部分的整理主要包括发言权控制技术的策略和机制的分类方法、性能评估算法和网络架构等方面,以及对发言权控制技术有待解决问题的分析。这些工作对发言权控制技术的更深入研究具有重要的参考价值和借鉴作用。论文在OMA (Open Mobile Alliance)对PoC系统定义的1.0和2.0版本规范基础上,对PoC会话中的RTP (Real-time Transport Protocol)媒体流传输机制进行了研究,提出了一种增强型的转发机制,以减少网络中的冗余数据,并且降低中心控制服务器的负载。另外,针对网络中各个PoC服务器负载不均衡的现状,提出了一种分布式的媒体流转发控制机制。这种新机制能够有效降低中心控制节点的负载、减少数据包在网络中的传输时延,使各个网络控制服务器负载更加均衡。随后,针对OMA为PoC系统定义的集中式发言权控制机制(TBCP, Talk Burst Control Protocol)进行了分布式改进,基于分布式全局队列和可迁移全局队列技术分别提出了两种基于分布式控制原理的发言权控制机制TBCP/DQ (Distributed Queue)和TBCP/MQ (Mobile Queue),从而保证了中心控制节点因负载过重而失效情况下会话的恢复能力,提高了系统的健壮性和可扩展性。论文中的主要创新工作可以简要归纳如下：1.媒体流量的分布式优化机制。OMA在PoC规范1.0版本中为PoC-4接口定义了RTP包传输控制协议MTP (Media Transport Protocol),在规范2.0中又定义了其改进版本MTO (Media Traffic Optimization),来实现减少接口间冗余流量的目的,但是其对网络中RTP冗余流量的优化作用是有限的。论文中提出了基于以上两种机制的分布式优化机制DMTO(Distributed Media TrafficOptimization),在保证业务正常运转的前提下,对PoC-4接口的冗余RTP流量进行最大限度的优化。仿真实验结果表明,DMTO能够很好地应用到PoC系统中,实现流量优化的功能。2.基于负载均衡与时延优化的RTP媒体流转发机制。PoC服务器是PoC会话中实现会话控制、信令流和媒体流转发的软件实体。根据PoC会话的特性,任意PoC会话中可能有多个位于不同子网的PoC服务器参与进来。OMA在PoC规范中为PoC会话提供了一套基于集中式控制原理的媒体流转发机制,会话中不同服务器下属移动终端用户的媒体流都要经过本子网服务器转发到唯一的中心控制服务器来进行下一步的转发和分配。这就造成了中心控制服务器负载过重、转发时延较长等问题。论文中提出了对原转发机制的改进机制,使得会话中参与服务器都参与到媒体流的转发和分配工作当中,从而减轻了原中心控制服务器的负载,有效平衡了各个服务器之间的负载流量,降低了RTP媒体流的传输时延。3.基于分布式全局队列的分布式发言权控制机制TBCP/DQ。OMA为PoC系统定义了基于集中式控制方式的发言权控制机制TBCP。TBCP中发言权请求队列始终由会话中心控制节点(通常是某一个PoC服务器)来维护,并且PoC会话中所有的控制信令和媒体流都需要由中心控制节点来处理和转发。当中心控制节点由于负载过重产生控制瓶颈时,就会导致对相关发言权控制处理操作的性能下降乃至失败。TBCP/DQ通过把发言权请求队列分布到会话中不同的PoC参与服务器节点处,使会话中所有PoC服务器通过互相协作都参与到会话的发言权控制中,避免了中心控制节点性能下降和失效导致的发言权控制处理性能下降和失效,实现了对系统健壮性和可扩展性的提升。4.基于可迁移全局队列的分布式发言权控制机制TBCP/MQ。同样针对OMA为PoC系统定义的集中式发言权控制机制TBCP的固有缺陷,TBCP/MQ将可迁移全局队列技术引入PoC系统的发言权控制中,避免了当会话中心控制节点出现负载瓶颈所导致的性能下降和发言权控制失效。可迁移队列技术是将发言权请求队列根据当前发言者位置变化而相应改变的技术,使请求队列始终保持在当前发言者所在子网PoC服务器中,而不是像在TBCP下那样始终保持在某一个固定PoC服务器中。TBCP/MQ实现了对系统可靠性和健壮性的提升,同时也降低了原中心控制节点的负载。