IMS技術(shù)在空管系統(tǒng)中的引入及應(yīng)用

陳穎　江國安

摘 要：文章參照中國電信運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)對于IMS技術(shù)的應(yīng)用，提出了符合民航系統(tǒng)的IMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的實現(xiàn)方法，包括業(yè)務(wù)需求分析、PSTN（傳統(tǒng)公共電話交換網(wǎng)絡(luò)）的融合方式、號碼分析與路由規(guī)劃、組網(wǎng)方案以及IMS技術(shù)應(yīng)用等，有助于讀者理解IMS系統(tǒng)的設(shè)計思路及引進和應(yīng)用過程中可能存在的問題，同時就IMS技術(shù)如何在空管安全生產(chǎn)中應(yīng)用進行探討。

關(guān)鍵詞：IMS；建設(shè)；PSTN；融合；應(yīng)用

1 IMS技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）最早由3GPP提出，主要在移動通信網(wǎng)絡(luò)上提供多媒體業(yè)務(wù)，后被業(yè)界廣泛認同，逐漸擴展為適用于固話、寬帶、cable等多種接入方式的統(tǒng)一核心控制網(wǎng)絡(luò)。目前IMS已經(jīng)成為國際主流標(biāo)準(zhǔn)組織對下一代網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)的共同選擇，世界上各大運營商都在著手開展IMS網(wǎng)絡(luò)的試點或商用建設(shè)，國內(nèi)主流電信運營商也將IMS作為未來提供會話型多媒體業(yè)務(wù)的核心控制網(wǎng)絡(luò)。

目前，我國三大運營商都已全業(yè)務(wù)運營，固網(wǎng)和移動網(wǎng)的融合而帶來的基于IMS的全業(yè)務(wù)下一代網(wǎng)絡(luò)，代表了未來的發(fā)展方向，這對于IMS在我國的應(yīng)用和發(fā)展有著重大的現(xiàn)實意義。對于國內(nèi)各大主流電信運營商，中國移動對于IMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)最為積極。通過新增部署大量的IMS設(shè)備，直接為其移網(wǎng)客戶提供豐富的手機多媒體業(yè)務(wù)，取得了良好的效果。中國電信、中國聯(lián)通也緊跟其后開始進行IMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。中國電信由于原有的固網(wǎng)語音電話用戶較多，因此其采用先建IMS網(wǎng)絡(luò)以完成對原有的固網(wǎng)PSTN和NGN用戶的融合，再進行對移網(wǎng)用戶的融合，以實現(xiàn)多網(wǎng)合一的最終目的。

2 空管系統(tǒng)對于IMS系統(tǒng)應(yīng)用的需求

空管固話系統(tǒng)由于建設(shè)時間不同，采用的技術(shù)也不同，因此存在著系統(tǒng)復(fù)雜、接口繁多、擴展性差、維護難度大、運營成本高及互聯(lián)互通難以實現(xiàn)等問題。同時，受制于技術(shù)條件所限，其能實現(xiàn)的功能也局限于普通語音通信。而隨著信息技術(shù)及語音交換技術(shù)的發(fā)展，傳輸、交換逐步向IP化發(fā)展，原有基于CS交換技術(shù)的程控交換設(shè)備已不能滿足空管業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展。若一味不斷的修補現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，而不針對架構(gòu)問題進行解決，只會加大空管固話系統(tǒng)的復(fù)雜度及維護難度。因此，需要根據(jù)空管業(yè)務(wù)整體考慮空管語音系統(tǒng)未來的發(fā)展方向。

以民航廣州地區(qū)的語音通信系統(tǒng)為例，該系統(tǒng)由中南空管局負責(zé)管理，主要依靠華為公司生產(chǎn)的32模塊程控交換機（PSTN），使用年限過長，已接近其生命周期，無法對民航重要的語音通信業(yè)務(wù)良好保障，而且業(yè)務(wù)功能單一，急需進行升級。而IMS技術(shù)既符合當(dāng)今通信技術(shù)發(fā)展的主流，除了能繼承原來的程控交換機業(yè)務(wù)功能外，還能通過即時消息、電話會議、一號通、視頻會議等新功能提升用戶的工作效率，成為民航PSTN升級首選的技術(shù)。另外，民航使用的寬帶、數(shù)據(jù)、視頻等業(yè)務(wù)是相互獨立的，不利于統(tǒng)一管理，而IMS技術(shù)能夠很好地融合上述三者。民航通信業(yè)務(wù)發(fā)展也需要跟上技術(shù)的發(fā)展，使用戶得到的服務(wù)質(zhì)量與運營商保持同步。因此，建設(shè)IMS網(wǎng)絡(luò)的需求就顯得尤為迫切。

3 PSTN的融入方式

對于傳統(tǒng)PSTN設(shè)備融入IMS網(wǎng)絡(luò)一般有兩種方式，一種是對PSTN的完全替代；另一種是將PSTN逐步融入。

電信運營商一般采用前者，這種方式通常是一次性購買整套的IMS設(shè)備和整網(wǎng)的LISENCE（許可），同時購買過度性的與NGN網(wǎng)絡(luò)類似的的接入設(shè)備，把現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)PSTN交換機用戶一次性全部割接到IMS系統(tǒng)中，這種方式的優(yōu)點在于IMS下的所有用戶都能通過IMS核心進行注冊，享受IMS提供的豐富的多媒體業(yè)務(wù)，有利于運營商業(yè)務(wù)的開展與發(fā)展用戶與占領(lǐng)市場份額。但是，這種方法在初期的投資過高，而且隨著將來IMS技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)的過渡產(chǎn)品將面臨淘汰，存在投資浪費的風(fēng)險。

中南空管局對于IMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求與電信部門有相似之處，但作為企事業(yè)單位，必須按照實際情況考慮建設(shè)成本。因此，中南空管局采用第二種方式將PSTN逐步融入IMS系統(tǒng)。通過新建一套華為IMS系統(tǒng)，使其支持IAD、SIP軟/硬終端、UA5000（華為綜合接入）等設(shè)備的接入，將原CC08程控交換機的部分重要用戶割接到IMS網(wǎng)絡(luò)中，按需靈活選擇接入設(shè)備，采取IMS系統(tǒng)與CC08系統(tǒng)并存的方式實現(xiàn)民航用戶整體的語音通信。將來隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展和用戶的需求，再逐步對IMS系統(tǒng)進行擴容，將CC08交換機剩余的用戶逐漸零散割接到IMS系統(tǒng)中，直到實現(xiàn)IMS系統(tǒng)對其完全替代，從而最大程度地節(jié)約建設(shè)成本，確保不造成資源的浪費。

4 號碼分析與路由規(guī)劃

民航廣州地區(qū)IMS設(shè)備與CC08交換機作為一個整體與電信運營商互聯(lián)，對于電信運營商的所有入中繼，需要由其中一套系統(tǒng)作為匯接局，并將非本局業(yè)務(wù)匯接到另一套系統(tǒng)中。由于廣州地區(qū)民航號碼采用零散號碼方式進行割接，而CC08交換機的路由分析表功能最多只能支持2000條記錄，無法通過路由選擇的方式實現(xiàn)匯接功能，因此只能通過IMS系統(tǒng)作為匯接局。

具體實現(xiàn)方法是將廣州地區(qū)民航所有電話號碼都在IMS的HSS（歸屬用戶服務(wù)器）內(nèi)進行設(shè)置，為每個號碼都指定對應(yīng)的路由，若被叫為IMS的號碼時則直接在IMS本局落地，若被叫為CC08交換機的號碼則通過兩套系統(tǒng)對開的互聯(lián)中繼送往CC08交換機落地（需通過號碼變換方式實現(xiàn)）。同時，在CC08交換機通過無條件前轉(zhuǎn)功能，把需要割接到IMS系統(tǒng)的零散號碼前轉(zhuǎn)到IMS，從而實現(xiàn)IMS系統(tǒng)與CC08交換機作為一個整體為民航內(nèi)部用戶提供語音通信服務(wù)。

5 物理連接方案

由于民航IMS系統(tǒng)組網(wǎng)對于安全性要求很高，因此組網(wǎng)中IMS核心設(shè)備各網(wǎng)元以及交換機、路由器均采用雙機備份方式進行。整網(wǎng)連接示意圖如圖1所示。

5.1 信令組網(wǎng)

通過一對匯聚交換機（1和2）進行信令端口匯聚，將I/S/P-CSCF、HSS、CCF、ENS、CCF等網(wǎng)元接入到民航IP承載網(wǎng)中，劃分一個專用的VLAN1，構(gòu)成IMS核心網(wǎng)中的信令網(wǎng)。

5.2 媒體組網(wǎng)

IMS系統(tǒng)的MRFP/MCU的媒體接口通過匯聚交換機（3和4），接入到民航IP承載網(wǎng)絡(luò)，通過劃分一個專用的VLAN2，構(gòu)成IMS核心網(wǎng)中的媒體網(wǎng)。

5.3 接入層組網(wǎng)

廣州民航的用戶分布在多個不同地區(qū)，均由UA5000接入設(shè)備下帶，通過2臺路由器（A和B），經(jīng)過民航IP承載網(wǎng)連接SBC服務(wù)器。

5.4 SBC與防火墻

SBC服務(wù)器位于核心機房局域網(wǎng)與民航內(nèi)部IP承載網(wǎng)之間，其作為IMS終端用戶的信令/媒體代理，同時對于SIP偽攻擊等具有防護作用，保證用戶的接入。

通過在SBC信令/媒體上行口接入信令網(wǎng)匯聚交換機（1，2），實現(xiàn)與IMS核心互通；在SBC信令/媒體下行接口接入一對路由器（A，B），通過中南空管IP承載網(wǎng)實現(xiàn)與接入網(wǎng)絡(luò)互通。

SBC能夠?qū)崿F(xiàn)隱藏核心網(wǎng)的拓樸結(jié)構(gòu)，可以避免核心網(wǎng)設(shè)備直接暴露給用戶，從而免受黑客的直接攻擊；SBC還能夠不讓其他運營商獲悉民航核心網(wǎng)的拓樸結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)向用戶和運營商都提供拓樸結(jié)構(gòu)隱藏能力，同時還能隱藏網(wǎng)元的數(shù)量和能力。此外，SBC與民航外聯(lián)網(wǎng)之間再配置一個防火墻進行隔離，防止不安全域?qū)MS核心設(shè)備的攻擊。由此夠確保民航IMS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。

5.5 業(yè)務(wù)發(fā)放/計費/網(wǎng)管組網(wǎng)建設(shè)方案

維護組網(wǎng)圖如圖2所示：

如圖2，廣州民航IMS業(yè)務(wù)發(fā)放/計費/網(wǎng)管接口的網(wǎng)元都接入到一對匯聚交換機（5和6）中，連接到民航現(xiàn)網(wǎng)的BOSS計費業(yè)務(wù)系統(tǒng)，通過BOSS系統(tǒng)實現(xiàn)對IMS系統(tǒng)話單進行自動讀取分揀，同時實現(xiàn)BOSS系統(tǒng)對IMS系統(tǒng)電話的自動控制功能（如調(diào)級、停復(fù)機等）。

從網(wǎng)絡(luò)安全角度考慮，業(yè)務(wù)發(fā)放、計費和網(wǎng)管所在的運維網(wǎng)絡(luò)應(yīng)與信令網(wǎng)、媒體網(wǎng)分屬于不同的IP網(wǎng)段，兩個網(wǎng)絡(luò)之間通過在交換機設(shè)置安全策略使其互通，實現(xiàn)對IMS核心網(wǎng)的保護。

IMS各網(wǎng)元雖然都能獨立登陸配置，但由于數(shù)量眾多，存在維護不夠直觀、告警無法及時發(fā)現(xiàn)等問題。廣州地區(qū)民航IMS系統(tǒng)采用華為IMS核心網(wǎng)元統(tǒng)一采用M2000進行管理，通過該系統(tǒng)可以對IMS各網(wǎng)元進行統(tǒng)一的軟件管理、數(shù)據(jù)配置和備份、信令跟蹤、告警實時監(jiān)控、故障集中管理等功能。能夠大大減小網(wǎng)管復(fù)雜度和維護難度，有利于日常的維護工作及加快故障排查的速度。同時，通過分級權(quán)限管理，能夠防止嚴(yán)重的人為錯誤操作，更合理地控制風(fēng)險。

6 IMS技術(shù)在空管安全生產(chǎn)中的應(yīng)用

結(jié)合空管系統(tǒng)業(yè)務(wù)的實際情況，IMS技術(shù)可在空管安全生產(chǎn)中得到如下應(yīng)用：

6.1 遠端語音接入

當(dāng)前空管系統(tǒng)遠端語音接入主要由兩種方式：一是租用遠端用戶所在地運營商的語音交換設(shè)備；二是使用空管傳輸網(wǎng)絡(luò)將語音業(yè)務(wù)延伸至遠端。第一種方式因為安全性原因，使用已越來越少，未來趨勢將要更換；第二種方式因涉及傳輸、接入等設(shè)備，業(yè)務(wù)拓撲復(fù)雜，中間節(jié)點較多，造成部署繁瑣，維護難度較大。當(dāng)前民航中南地區(qū)遠端語音接入典型方式如圖3。

遠端用戶的語音接入所要經(jīng)過的設(shè)備較多，涉及的配置較復(fù)雜，部署較慢。若通過IMS技術(shù)實現(xiàn)則要簡單得多，僅需要兩地網(wǎng)絡(luò)連通即可，實現(xiàn)方式如圖4所示。

使用IMS技術(shù)進行遠端的語音接入部署，涉及設(shè)備較少，部署快速簡單；同時，因為有防火墻（SBC）做隔離，安全性也能有保障。因此，基于IMS技術(shù)對遠端語音進行接入，能符合空管系統(tǒng)對業(yè)務(wù)接入的要求。

6.2 視頻會議系統(tǒng)接入

由于廣州地區(qū)空管系統(tǒng)內(nèi)有多套視頻會議系統(tǒng)，承擔(dān)著日常辦公、管制會議、天氣講解、協(xié)調(diào)會商等業(yè)務(wù)需求，但存在著系統(tǒng)獨自建設(shè)、重復(fù)浪費，各視頻會議功能獨立互不相連，部署需要建立多個網(wǎng)絡(luò)等問題。而IMS基于IP的實現(xiàn)方式使其接入視頻會議系統(tǒng)具有先天優(yōu)勢，且部署了IMS系統(tǒng)的語音接入后，視頻會議的傳輸也一并解決了。在用戶端看，有了電話線后視頻會議的接入是極其方便快速的。而且，由于IMS的特性，視頻會議的接入終端可以是硬件攝像頭，也可以使用桌面智能終端，甚至手機、平板等也可接入IMS的視頻會議，視頻會議的召開不再局限于固定的地點。

當(dāng)前空管系統(tǒng)業(yè)務(wù)發(fā)展迅速，業(yè)務(wù)需求往往不是單一的，新增的信息點可能需要進行多種業(yè)務(wù)的接入。若按以往思維進行業(yè)務(wù)部署，則可能會出現(xiàn)每種業(yè)務(wù)部署一套網(wǎng)絡(luò)，不但建設(shè)成本較高，后期運維難度也較大。若考慮使用統(tǒng)一的接入網(wǎng)及核心網(wǎng)，則部署將簡單快速，對后期運維造成的壓力也降低?；谶@方面的考慮，可以將PON技術(shù)與IMS技術(shù)做融合，使用PON做接入，IMS實現(xiàn)核心交換。如此一來，既能發(fā)揮PON技術(shù)萬兆帶寬的優(yōu)勢，又能做到業(yè)務(wù)的透明傳輸。

7 結(jié)束語

IMS技術(shù)順應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢，確定了其在未來的全IP移動通信網(wǎng)的重要地位，在IMS之上可開發(fā)豐富的IP多媒體應(yīng)用，是未來通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的核心，是部署新業(yè)務(wù)的基石，我國應(yīng)用IMS技術(shù)行業(yè)和企業(yè)也正日益增多，本文中提出的IMS建設(shè)方案，目前已被民航通信業(yè)務(wù)主管部門采用并在廣州地區(qū)正式付諸實施，可為民航其它地區(qū)固話網(wǎng)絡(luò)升級以及其他行業(yè)企業(yè)通信管理部門引入IMS技術(shù)時所借鑒。