固定专网用户IMS接入方案研究.doc

图1 IMS网络架构固定专网用户IMS接入方案研究李鹏（中国铁通集团有限公司技术与计划部， 北京市 100033）当前， 我国电信运营商的公用固定电话交换网主要以软交换为主， 作为今后固定移动网络统一融 合的演进方向，IMS（IP多媒体子系统） 网络商用试 验也正在积极推进。而专用固定电话交换网（以下简 称专网）目前则以PSTN（公共交换电话网）为主，设 备在网运行时间普遍在十年以上， 超过设备折旧年 限，部分设备故障率居高不下，且设备厂家已逐步停 止了对传统PSTN交换机的研发、 生产及后续的维 保，已影响到专网用户的正常使用。 为此，对现有专 网进行设备更新改造及网络演进是非常必要的。 在 演进过程中， 专网的目标网络必须满足专网用户在 通信安全性、可靠性和实时性方面的特殊要求，在业 务能力上，除了提供基本的语音业务外，还应该提供 专网特殊业务。固定专网的演进思路有多种，本文将 以某固定专网交换局为例， 对专网用户如何接入 IMS网络的方案进行分析研究。频会话、多媒体会议、消息、状态呈现等会话型业务及IPTV、Web与IMS融合业务等非会话型业务。IMS网络按照主要功能可划分为业务层、控制层、承载层、接入层，其架构如图1所示。核心1）业务层通过集中部署的应用服务器为用户提供多媒体 电话、统一Centrex（虚拟用户交换机）、多媒体彩铃、 融合一号通、多媒体会议、点击拨号、消息等业务。所 有的业务逻辑均在业务层实现， 业务提供商可以通 过标准的接口向网络提供服务， 有利于新业务的快 速生成和应用。2）核心控制层负责业务的会话控制，提供QoS（服务质量） 保 障和计费管理，在全IP的基础上融合固网与移动网， 实现对移动网与固网的控制和业务互通。3）承载层提供控制与业务的通路， 为IMS网络设备提供1IMS1.1IMS网络架构IMS 是由3GPP （ 第三代合作伙伴计划 ） 首先 提 出的一个国际公认的标准化架构。 随着相关标准的 不断成熟，IMS得到了国内外主流运营商的一致认 可，纷纷将其作为现有固定、移动等分散网络向统一 融合网络转型的重要方向。相比传统PSTN 网络及NGN （ 下 一 代 网 络 ） 网 络，IMS具有开放的网络架构， 提供了基于IP 承载 的、与接入无关的IP多媒体控制能力。 IMS采用了统 一的业务触发机制、统一的用户数据库、基于SIP（会 话发起协议）协议的业务处理方式，可以提供语音视摘 要 目前，如何对现有固定专网进行设备更新改造及网络演进已成为非常急迫的问 题，采用IMS（IP多媒体子系统）技术无疑是最符合未来网络发展和演进的方式。 文章介绍 IMS网络架构及固定用户IMS接入设备，通过具体实例提出现有专网用户接入IMS网络时 的调整目标和调整原则，最后详细给出网络方案、路由方案、码号方案及业务解决方案。 关键词 固定； 专网； IMS； 接入图2 固定专网调整改造前网络图技 术交流2012 年 第 7 期IP专网承载。4）接入层支持2G、 3G、 LAN （ 局 域 网 ）、 WLAN （ 无 线 局 域网）、 xDSL（数字用户线路）、 PON（无源光纤网） 等多种接入技术，提供接入及移动性管理。1.2固定用户IMS接入IMS基于端到端的IP连接， 支持多种固定和移 动接入方式。 其中，固定用户IMS接入涉及的设备主 要包括SIP AG（SIP接入网关）、 SIP IAD（SIP综合接 入设备）、 SIP GW（SIP网关）、 AGCF（接入网关控制 功能）等。1）SIP AGSIP AG的主要功能是支持电路型业务接入IMS 网络，由IMS网络向用户提供业务。 SIP AG由网络侧 接口与相关用户侧接口之间的一系列传送实体组 成，可经由网管接口进行管理，提供用户事件（摘机、 拨号和挂机等）检测、语音编解码、回声抑制、向用户 发送各种信号音等功能。 AG设备一般容量较大，能 提供几十几千线POTS（模拟电话业务）电话或传 真设备接入， 并采用多种手段保障大容量话音业务 的可靠性和可维护性。2）SIP IADSIP IAD主要是将用户语音、传真等需求接入到 IMS网络中，由IMS网络向用户提供业务，多应用于 基于宽带接入提供语音业务的场景。 IAD设备一般 容量较小，位于用户端，无需专门的机房，通常安装 在离用户较近的地方，如楼道、家庭、办公室等。3）SIP GWSIP GW作为IMS用户接入层设备，主要功能是 将用户语音业务接入到分组交换网络中， 在分组交务以及智能业务等。2固定专网用户IMS接入方案分析2.1网络现状某固定专网程控交换局（端局/汇接局/长途局混合局，共有约20 000线用户）已经在网连续运行12年，是该地区专网通信枢纽。 目前，该局专网交换机 有4个模块，其中：1#为中心主控模块，是整个交换机 控制部分，并提供各局间中继，同时下挂多个窄带接 入网OLT（光缆终端设备）、 ONU（光网络单元）设备 及TDM PBX、 呼叫中心设备。 2#、 3#、 4#模块为用户模块。网络现状如图2所示。由于设备使用时间长， 机型陈旧、 可维护性很差，目前用户模块的稳定性和可维护性均存在问题， 自2008 年以来经常出现整个用户模块用户起机无 声、模块主控单元主机宕机、备机不能切换至主机从 而造成模块瘫痪等故障，严重影响用户的使用。该专 网交换机机型厂家已不再生产， 主要控制板件已停 产，后续维修板件很困难。一旦交换设备出现故障对 安全影响很大。 考虑到更好地为专网客户提供优质 服务，需要对该交换局进行调整改造。换网络中完成相应功能。SIP GW下行通过TDM（时分复用模式）中继接入用户已有TDM PBX（用户级交换机）；上行通过SIP协议经由SBC（会话边界控制 器）转接至IMS网络。 小容量的SIP GW设备可部署 在集团客户内部，专门为某个集团客户的TDM PBX 提供接入服务，也可集中在机房部署大容量SIP GW 设备，同时为多个集团客户的TDM PBX提供接入。4）AGCFAGCF主要针对窄带接入设备 （ 如H.248 AG / IAD）通过AGCF接入IMS，包括现网传统的PSTN交 换机、 PBX、 V5 / ISDN、 H.323 终端及原软交换SIP 软/ 硬终端都无需改造可直接通过AGCF接入IMS， 由IMS继承现网已有的基本语音业务、 PSTN仿真业调整目标虽然本案例中网络调整只针对个别局点， 但其 调整的思路及目标应符合固定专网整体的发展演进 思路，即在网络层面上，结构更清晰，功能更灵活，引 入新业务更便利，实现基于全IP的多种方式的接入， 整个网络可控、可管，能保证QoS。 在业务层面上，能 为专网用户提供更丰富的宽、窄带业务，满足用户多 样的使用感受。在管理层面上，实现全网用户数据集2.216技 术 交 流2012 年 第 7 期中管理、运维集中管理、业务集中管理等目标。一种协议，它使用SCTP（流控制传输协议）或其他合适的传输协议，在IP上传输V5.2消息流程。 V5 AG下 行通过V5协议连接OLT， 上行通过H.248协议接入 IMS核心网元AGCF。 AGCF代理接入网内用户注册调整原则在进行具体网络调整时要注意并把握以下原则：1）兼顾投资保护和技术进步两方面，不能为了 调整而调整， 也不能因为现状的羁绊而失去技术转 型的机会。作为保护投资的一种手段，网络的演进应 该从即将退网的交换机开始。 对于尚未达到使用年 限且能正常使用的交换设备、接入网络资源等，应充 分利旧，减少改造投入。2）确保满足专网系统在通信安全性、可靠性和 实时性上的特殊要求。相对于公网，专网系统对通信 安全、可靠、实时性上的要求更高。3）保证专网用户业务体验的一致性。 考虑到专 网的安全性和业务可靠性要求，初期主要提供PSTN 基本电话业务和部分补充业务， 后期根据业务需求 和网络情况对专网特色业务需求进行定制开发，以 实现相应功能。4）保证原有专网用户长、短号码均不改号，平滑 割接入IMS网络。5）根据专网用户业务需求及现网设备情况， 采 用整号段接入、 整局退网割接方式部署接入设备接 入IMS。 新增用户按号段（至少千群位）接入IMS。 对 现有交换局下弹性编码情况可采取集中数据库分 析、汇接局分析或端局分析的方法。2.4方案分析2.4.1网络方案2.3到IMS核心网CSCF。接入网内用户接口方式不变。IMS 核 心 网 原S-CSCF 需 升 级 支 持 AGCF 接 入 。 d）TDM PBX、呼叫中心等中继接入用户可保持用户侧 设备不变，通过SIP GW方式接入IMS网络。 SIP GW作为接入网关完成协议转换等功能，用户PBX原有上行中继接入SIP GW，SIP GW上行IP接口通过IP城域网连接至SBC设备。2）原2#、3#、4#模块下的用户可 通 过 SIP IAD 或 SIP AG 设 备 接 入 CM-IMS（中国移动IMS）网络。 当用户数量较小时， 可选择 SIP IAD 接 入 ，SIP IAD 可 独 立 设 置 ， 也 可 集 成 在 ONU中。 当用户数量较大时，可选择SIP AG。 其中， SIP IAD 和 SIP AG 应 能 够 为 POTS 话 机 进 行 代 理 IMS注册。3）新增专网IMS用户a）采用XDSL接入方式通过局端分离器将语音与数据分离， 数据部分 保持不变， 接入IP城域网。 语音部分接入SIP IAD / AG，并通过IP城域网连接至SBC设备。 此外，还可以 将XDSL DSLAM（数字用户线路接入复用器） 功能 模块内置到PON ONU中， 通过PON接入系统进入 IMS。 ONU出DSL接口，采用用户原有双绞线资源和 DSL 调制解调器接入 。 XDSL 接 入 系 统 应 能 通 过 BRAS / SR（宽带接入服务器/业务路由器）为用户分 配IP 地址，分配方式可以采用静态配置和PPPoE（以 太网上的点对点协议）动态分配。b）采用LAN / WLAN接入方式。LAN / WLAN可直接通过SBC 设备接入IMS系 统， 也可以通过接入路由器 / AP接入用户侧ONU， 通过PON接入系统进入IMS。LAN / WLAN接入系统 应能为用户分配IP 地址，分配方式可以采用静态配 置和DHCP（动态主机设置协议）动态分配。 当LAN / WLAN 接入系统无法为用户分配IP 地 址 时 ， 应 由 PON接入系统为用户分配IP地址。 当LAN / WLAN 接入系统为用户分配私网IP地址时， 应能为用户提 供NAT / NAPT（网络地址转换 / 网络地址端口转换） 功能。c）采用PON接入方式ONU设备内置IAD功能，以POTS接口或IP接口由于本次改造的专网局为混合局，从尽量减少对专网路由组织调整角度考虑，需要将DC2（二级长途交换中心）下带的专网用户割接至IMS网络，DC2中继等对外连接功能保持不变。目前，1#、 2#、 3#、 4# 模块下用户号段较离散 ， 若单模块割接，无法对离散用户号码进行路由，因此 需要将1#、 2#、 3#、 4#模块下所有用户均割接至IMS 网络。 同时，IMS网络还应能够实现对新增专网用户 的接入。1）1#模块下挂的窄带接入网可采取以下方式： a）较新型号的设备可更换主 控板和上行板， 并进行软件升级， 升级为SIP AG设 备。 b）较老旧的设备则直接替换为SIP AG，上行新 增IP接口连接至SBC。 c）通过AGCF方式接入IMS网络。在窄带OLT和IMS核心网之间部署V5 AG，支持V5下行接口及V5UA （接入网与IP互通V5.2用户适配层）协议，V5UA是SIGTRAN（信令传输）协议栈的17图3 固定专网调整改造后网络图技 术 交 流2012 年 第 7 期接入用户，ONU根据物理端口添加VLAN（虚拟局域网）标签。 各类业务上行至OLT设备，由OLT设备根 据VLAN标签将语音流量与数据流量分离， 数据流 量接入BRAS，语音流量通过IP城域网连接至SBC设S-CSCF被叫归属I-CSCF被叫归属S-CSCF被叫归属地P-CSCF被叫归属地SBC。4）IMS域内的用户拨打割接后的专网办公用户 主叫所在SBC 主叫所在P-CSCF 主叫归属S-CSCF被叫归属I-CSCF被叫归属S-CSCF被 叫归属地AGCF被叫归属地AG。2.4.3码号方案IMS码号系统与PSTN码号系统相比，在类型上 和格式上均存在较大差别。 由于码号与IMS网络中 用户鉴权、寻址、业务触发、路由、开通和计费等方面 均紧密相关， 因此IMS需要定义一套合理完整的码 号系统。IMS用户码号系统包括IMPI （IMS私有用户标 识）和IMPU（IMS公有用户标识）两类标识。 IMPI唯 一标识一个IMS用户， 用于对IMS用户进行鉴权认 证。 IMPI仅在用户注册时使用。 IMPU与MSISDN（移 动用户号码）、PSTN电话号码类似，是用于呼叫寻址 用户的号码。 其他用户通过IMPU呼叫该用户。IMPU 可以采用SIP URI（统一资源标识符）格式或TEL（固 定电话）URI格式，其中SIP URI能直接对IMS用户进 行呼叫和路由寻址 ， 而TEL URI 则是为了保证与 PSTN用户的互通以及保持一致的用户体验而引入， 当主叫用户不具备使用SIP URI进行呼叫的能力时， 可以使用TEL URI呼叫IMS用户。 此时需要IMS网络 能够将TEL URI映射为SIP URI，并根据SIP URI进行 路由寻址。 每个IMS用户分配1个IMPI和一个或多个 IMPU。 当存在多个IMPU时，所有IMPU构成一个隐 式注册集。备。城域网BRAS / SR设备为用户分配IP地址，根据用户类型的不同，态分配。分配方式可以采用静态配置和动d）采用IPPBX接入方式IP PBX应支持将POTS话机、 SIP硬终端等通过PON系统或者MSTP / PTN（多业务传送平台/分组传 送网） 接入SBC设备。 IP PBX应能为连接在其上的 POTS话机进行代理IMS注册，支持SIP Digest（摘要） 鉴权方式。固定专网调整改造后网络图如图3所示。2.4.2路由方案割接后的专网用户与IMS域内用户之间的呼叫 路由如下：1）割接后的专网住宅用户拨打IMS域内的用户 主叫归属SBC主叫归属P-CSCF（代理CSCF）主叫归属S-CSCF（服务CSCF）被叫归属I-CSCF（ 查 询 CSCF） 被 叫 归 属 S-CSCF 被 叫 所 在 地P-CSCF被叫所在地SBC。2）割接后的专网办公用户拨打IMS域内的用户 主 叫 归 属 AG 主 叫 归 属 AGCF 主 叫 归 属S-CSCF被叫归属I-CSCF被叫归属S-CSCF被 叫所在地P-CSCF被叫所在地SBC。3）IMS域内的用户拨打割接后的专网住宅用户 主叫所在SBC 主叫所在P-CSCF 主叫归属18技 术 交 流2012 年 第 7 期对于固定专网用户，短号在迁移之后不变，仍采用原有编码方式。 将全部专网用户作为一个Centrex群，专网用户短号作为Centrex 中集团短号， 保持用的公网号码XXXXX114，路由出IMS网络，由现网根据现有路由原则疏通至公专网关口局， 由关口局路 由至专网。对于现有固定专网中接入网特色业务 （如共线 电话、 2 / 4线音频业务等）仍由原接入网提供，理论 上与IMS网络无关， 但仍需进行对接测试以验证可 行性。户短号互拨的习惯，号转换。2.4.4业务实现由专网专用业务平台实现长短1）基本业务及增值业务目前，IMS网络可以支持PSTN基本语音业务及 一些补充业务，如：主叫号码识别显示（CLIP）、 主叫 号码识别限制（CLIR）、 无条件呼叫前转（CFU）、 遇 用 户 忙 呼 叫 前 转 （CFB）、 遇无应答呼叫前转 （CFNRy）、 用户未注册呼叫前转、 呼叫等待（CW）、 呼叫保持（HOLD）、 多方通话（MPTY）、 黑名单/ 白 名单等。 对一些IMS网络暂时无法支持的PSTN补充 业务则需要进行相应的业务开发。 而对于现有IMS 网络传真业务质量较差的问题， 则需要从协议、 承 载网及终端等方面进行改进。在增值业务方面， 当前IMS网络已有的增值业 务均可供割接后的专网用户使用。2）专网业务对于现有专网业务（如专网特服114业务）可采 用如下解决方案： a） 对专网114分配对应的公网号 码，如XXXXX114。 b）未割接的专网用户拨打114的 路由不变。 c） 割接至IMS网络的用户呼叫公网114 时 ， 可 拨 打 10114， 业务平台改号为 XXXX114（XXXX为当地区号），路由出IMS网络，由现网根据结束语3当前，对现有固定专网进行设备更新改造及网络演进已变得非常急迫， 而采