利用IMS技術(shù)實施組網(wǎng)方案探究

程峻嶺

【摘要】 ? ?IMS（IPMultimediaSubsystem）是基于IP技術(shù)基礎(chǔ)上采用的一種主流多媒體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，譯為IP多媒體子系統(tǒng)。是由3GPP/3GPP2/IEEE等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在早期移動R5版本基礎(chǔ)上重點(diǎn)提出并且形成標(biāo)準(zhǔn)。歸根結(jié)底IMS是一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，一經(jīng)論證并且納入軟交換系統(tǒng)框架下，就能夠同時具備固定、移動接入能力。對于傳統(tǒng)通信運(yùn)營商來說，采用IMS技術(shù)對通信交換網(wǎng)絡(luò)持續(xù)演進(jìn)實施探究，能夠最大程度的整合固網(wǎng)、移動網(wǎng)形成一張“全能網(wǎng)絡(luò)”，有利于實現(xiàn)各種接入形式兼容，極大提升電信運(yùn)營商多媒體融合業(yè)務(wù)的支撐能力。本文根據(jù)安徽電信IMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、組網(wǎng)的推進(jìn)并實現(xiàn)商用的實際情況，就采用IMS技術(shù)實施組網(wǎng)方案進(jìn)行探討，為通信運(yùn)營商大規(guī)模商用提供有益的探索。

【關(guān)鍵詞】 ? ?IMS ? ?組網(wǎng) ? 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) ? ?業(yè)務(wù)融合

引言

隨著通信新技術(shù)的快速變革，各種個性化、差異化、智能化通信業(yè)務(wù)需求日益強(qiáng)烈，傳統(tǒng)TDM交換、軟交換網(wǎng)絡(luò)承載能力過弱，業(yè)務(wù)提供能力有限，亟待演進(jìn)到下一代IMS網(wǎng)絡(luò)。與此同時，全球互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展浪潮洶涌，推動傳統(tǒng)電信運(yùn)營商面對一系列需要解決的問題，尤其是新興互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速規(guī)模發(fā)展對傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)構(gòu)成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。目前微信等互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)正在逐步改變用戶的通信使用習(xí)慣，傳統(tǒng)電信運(yùn)營商面臨著淪為流量管道的可能，全業(yè)務(wù)部署與推進(jìn)IMS建設(shè)、組網(wǎng)與商用，是應(yīng)對挑戰(zhàn)的關(guān)鍵抉擇，有鑒于此，采用IMS技術(shù)推動下一代交換網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)商用并且實現(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)融合已經(jīng)成為必然趨勢。

一、IMS的定義、技術(shù)及主要特點(diǎn)

IMS是一種全新的提供多媒體業(yè)務(wù)模式。目前，IMS技術(shù)在業(yè)界被公認(rèn)為是演進(jìn)到下一代網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)，它能夠提供更豐富更智能的多媒體業(yè)務(wù)滿足市場、客戶不斷增長的需求，也是統(tǒng)一構(gòu)建固網(wǎng)、移動網(wǎng)為同一平臺，集中提供語音、數(shù)據(jù)、視頻等融合業(yè)務(wù)的最佳方式。IMS主要涉及IP技術(shù)、Multimedia技術(shù)、Subsystem技術(shù)。

IMS系統(tǒng)采用的是開放式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，在技術(shù)上對控制層功能進(jìn)行了進(jìn)一步分解，實現(xiàn)了會話控制實體CSCF和承載控制實體MGCF在功能上的分離，使網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加開放，配置業(yè)務(wù)功能靈活，實際上，也比傳統(tǒng)軟交換更"軟"。它的技術(shù)特點(diǎn)主要有：1、歸屬地控制，呼叫控制和業(yè)務(wù)控制都是歸屬地網(wǎng)絡(luò)完成，保證了業(yè)務(wù)提供一致性，容易實現(xiàn)私有業(yè)務(wù)平滑擴(kuò)展，促進(jìn)歸屬地運(yùn)營商積極開發(fā)、提供吸引客戶的各類業(yè)務(wù)，和傳統(tǒng)軟交換拜訪地控制完全不同。2、接入無關(guān)性，支持多種固定/移動終端及設(shè)備獨(dú)立接入網(wǎng)絡(luò)，支持移動無縫切換和業(yè)務(wù)連續(xù)使用，為全業(yè)務(wù)運(yùn)營提供了便捷。3、業(yè)務(wù)提供能力，打破傳統(tǒng)業(yè)務(wù)條框部署模式，與控制層面完全分離，有利于靈活、快速的實現(xiàn)各種業(yè)務(wù)應(yīng)用并推向市場，更利于實現(xiàn)業(yè)務(wù)融合，實現(xiàn)開放的業(yè)務(wù)提供方式。4、開放業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)能力：與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)相比，IMS完全構(gòu)建在IP系統(tǒng)架構(gòu)上，業(yè)務(wù)應(yīng)用更加靈活多樣，業(yè)務(wù)能力更加穩(wěn)定高效。

二、IMS整體架構(gòu)、組網(wǎng)方案

2.1 整體架構(gòu)

在安徽電信IMS網(wǎng)絡(luò)中包括華為大區(qū)和中興大區(qū)， 核心網(wǎng)：IMS CORE核心設(shè)備均部署在省會合肥三個核心機(jī)房。主要網(wǎng)元包含： P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、HSS、SLF、DNS/ENUM、MRFC、MRFP、CCF、MMTEL AS、MGCF、AGCF。接入網(wǎng)：在每個本地網(wǎng)設(shè)置一對本地BAC設(shè)備，在省中心設(shè)置一對漫游BAC設(shè)備，分別用于本地IMS不可信終端以及全省可移動終端的呼叫代理。

2.2 信令媒體組網(wǎng)方案：

核心機(jī)房信令媒體組網(wǎng)實施如下：

1、每個網(wǎng)元單獨(dú)開啟一個VLAN，保證二層隔離，避免相同VLAN內(nèi)的廣播風(fēng)暴和一些病毒相互傳播感染。2、各網(wǎng)元的網(wǎng)關(guān)在信令匯聚交換機(jī)8905上，兩臺8905分別采用2條GE組成的鏈路捆綁，連接到CN2的CE交換機(jī)。兩臺8905和CN2的CE之間采用靜態(tài)路由+BFD對接（為避免出現(xiàn)端口掛死的問題） 。3、兩交換機(jī)8905之間采用2條GE鏈路組成的鏈路捆綁（即Smartgroup）進(jìn)行對接，相互備份，避免出現(xiàn)單條鏈路突發(fā)中斷，導(dǎo)致VRRP切換。 4、兩臺8905之間采用OSPF協(xié)議，重新分布直連或靜態(tài)路由。啟用OSPF的目的：實現(xiàn)對上行鏈路的備份，例如8905和CE1之間鏈路出現(xiàn)中斷，那么此時8905-1的數(shù)據(jù)流會通過OSPF的收斂，會將數(shù)據(jù)發(fā)生到8905-2上。5、如果在8905上接入了媒體和信令，那么需要在8905上配置Multi-VRF功能，隔離媒體和信令。如果信令和媒體分開，則無需配置Multi-VRF。上圖中是媒體和信令分離，上圖中紅色的線條表示媒體，藍(lán)色線條表示信令，媒體直接接入CN2的CE，而沒有接入到8905上。6、 CN2側(cè)的CE，需要配置靜態(tài)路由+BFD指向8905;CE側(cè)啟用靜態(tài)路由+BFD的網(wǎng)元包括：MGW媒體 MRFP媒體;7、 MSG9000媒體接口板直接通過光纖接入CE，啟用VRRP 8、信令匯聚交換機(jī)8905需增加靜態(tài)路由+BFD的網(wǎng)元有：HSS信令/MGCF/MGW/MRFP; 8905增加靜態(tài)路由+VRRP的網(wǎng)元有：PCSCF/ICSCF/SCSCF/MMTEL/AGCF;8905不需要增加靜態(tài)路由，由網(wǎng)元的接口地址ARP代理功能響應(yīng)8905的ARP應(yīng)答的網(wǎng)元有： CCF、ENUM、DNS、HSS數(shù)據(jù)同步等。

2.3 網(wǎng)管組網(wǎng)方案：

核心機(jī)房網(wǎng)管組網(wǎng)實施如下：

1、CSCF/SSS/AGCF/MGCF、HSS、MGW、MRFP、SSF/MSG9000、EDS、EMS網(wǎng)元之間采取vlan隔離，保證系統(tǒng)安全。主要用來防止多個網(wǎng)元在同一vlan相互病毒感染，廣播風(fēng)暴等。2、各個VLAN的網(wǎng)關(guān)在3952上，在3952上開啟VRRP功能，VRRP的心跳線在2臺3952之間的鏈路上。3、2臺3952之間采用2條GE鏈路組成的鏈路捆綁（即smartgroup）進(jìn)行對接，相互備份，避免出現(xiàn)單條鏈路突發(fā)中斷，導(dǎo)致VRRP切換。4、兩臺3952A之間采用OSPF交互，重分布靜態(tài)路由，建議所有VRRP組VRRP協(xié)議報文配置為2S一個，OSPF hello消息時間間隔 定義為1S，BFD報文間隔150ms發(fā)3次。

2.4營帳/計費(fèi)對接方案

營帳/計費(fèi)對接實施如下：

1、網(wǎng)元營帳和計費(fèi)分離，即啟用不同的VLAN，保證系統(tǒng)安全。主要用來防止?fàn)I帳網(wǎng)絡(luò)和計費(fèi)網(wǎng)絡(luò)之間的廣播風(fēng)暴。2、各個網(wǎng)元的網(wǎng)關(guān)在3952上，在3952上開啟VRRP功能，VRRP的心跳線在2臺3952之間的鏈路上。3、2臺3952之間采用2條GE鏈路組成的鏈路捆綁（即smartgroup）進(jìn)行對接，相互備份，避免出現(xiàn)單條鏈路突發(fā)中斷，導(dǎo)致VRRP切換。4、防火墻與MCE之間運(yùn)行靜態(tài)BFD+靜態(tài)路由方式。

站點(diǎn)BAC/MGW對接實施如下：

1、BAC分成核心網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)，其中核心網(wǎng)側(cè)，采用口字形構(gòu)造直連到CE，使用靜態(tài)路由+BFD的形式。BAC用戶側(cè)，采用口字形結(jié)構(gòu)直連到SR，使用靜態(tài)路由+BFD的形式。

2、 BAC對核心網(wǎng)側(cè)和用戶側(cè)都分別起信令loopback地址和媒體loopback地址，作為BAC分組group業(yè)務(wù)使用。且為實現(xiàn)用戶分區(qū)接入，BAC上需要對應(yīng)區(qū)縣啟用多個信令和媒體loopback地址。

3、各個站點(diǎn)配置一對5928E，連接網(wǎng)管。各個BAC/MGW的網(wǎng)關(guān)在5928E上，在5928E上開啟VRRP功能，VRRP的心跳線在2臺5928E之間的鏈路上， 5928E配置靜態(tài)路由（或根據(jù)地市情況起2層）接入DCN。

4、2臺5928E之間采用2條GE鏈路組成的鏈路捆綁（即smartgroup）進(jìn)行對接，相互備份，避免出現(xiàn)單條鏈路突發(fā)中斷，導(dǎo)致VRRP切換。

5、各地市MGW承載網(wǎng)信令通過SIPI直接出網(wǎng)線到CN2，使用靜態(tài)路由+BFD的形式，媒體直接通過GIPI通過光纖連接到CN2，靜態(tài)路由+BFD城域網(wǎng)。

以上利用IMS技術(shù)構(gòu)建了安徽電信IMS整改架構(gòu)，從核心機(jī)房信令媒體組網(wǎng)、核心機(jī)房網(wǎng)管組網(wǎng)、營帳/計費(fèi)系統(tǒng)對接、站點(diǎn)BAC＼MGW對接五個方面，具體闡述了IMS組網(wǎng)的詳細(xì)步驟，目前整個網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)完成建設(shè)、組網(wǎng)，投入商用，對現(xiàn)有業(yè)務(wù)運(yùn)營實現(xiàn)了升級換代。

三、IMS網(wǎng)絡(luò)過載控制分析

無論是基于TDM的傳統(tǒng)交換網(wǎng)，還是基于IP的分組交換網(wǎng)，在交換網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的更迭和功能的演進(jìn)過程中，需要重點(diǎn)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷是否過載，控制策略是否科學(xué)。日常通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過載的基本原因是初期規(guī)劃、設(shè)計、建設(shè)容量不能滿足日益發(fā)展的業(yè)務(wù)需求，由于受到城市發(fā)展，人口流動等不確定因素影響、建設(shè)項目成本以及用戶消費(fèi)習(xí)慣不確定性的制約，現(xiàn)有運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷容量很難一直保證用戶的各類業(yè)務(wù)變化、增長需求，一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷峰值且持續(xù)時間較長 ，整個網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行處理能力出現(xiàn)明顯下降，用戶服務(wù)質(zhì)量（QoS）很難確保實現(xiàn)。所以，如何進(jìn)行高效管控網(wǎng)絡(luò)環(huán)境負(fù)荷過載，是各種信息網(wǎng)絡(luò)（IMS網(wǎng)絡(luò)）亟待需要解決的焦點(diǎn)。

目前，利用IMS技術(shù)進(jìn)行組網(wǎng)后，在網(wǎng)絡(luò)中主要使用用戶媒體和控制信令兩類數(shù)據(jù)。用戶媒體數(shù)據(jù)是用于傳輸和交互相關(guān)信息內(nèi)容，具有傳輸數(shù)據(jù)量大、傳輸時延長;控制信令數(shù)據(jù)是用于控制各類用戶終端與網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備，或者不同網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備之間的交互信息，由于隨機(jī)性強(qiáng)、傳輸數(shù)據(jù)量小、傳輸時延短，由此保證了不同通信設(shè)備之間能夠?qū)崿F(xiàn)快速交互。

IMS網(wǎng)絡(luò)主要在應(yīng)用層采用SIP協(xié)議控制信令交互，當(dāng)采用TCP傳輸時，TCP協(xié)議能夠保證可靠的消息傳輸和網(wǎng)絡(luò)擁塞控制;當(dāng)采用UDP傳輸時，SIP協(xié)議能夠完保證消息的可靠傳輸和網(wǎng)絡(luò)擁塞控制，高效采用TCP協(xié)議或UDP協(xié)議實施傳送數(shù)據(jù)。確定選用UDP傳輸數(shù)據(jù)時，在事務(wù)層中SIP協(xié)議設(shè)置多個SIP消息重傳定時器，每發(fā)送單條請求消息就會同步啟動一個重傳計時器。一旦在指定的時間內(nèi)沒有收到前面請求返回的響應(yīng)消息，它會自發(fā)請求重新傳送該消息，進(jìn)一步提高傳輸?shù)目煽啃裕虼水?dāng)主機(jī)每次發(fā)送單個請求消息后，可能需要對請求進(jìn)行多次重傳后才能收到回送的響應(yīng)消息。SIP協(xié)議定義就是一個可以請求重傳消息，不同次之間的時間間隔成倍增加，就是首次重傳請求與初始請求之間的間隔為0.5秒，二次與首次重傳請求之間的間隔為1秒，按此類推。采用這種簡單擁塞控制，能夠有效地減小重傳請求對網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的影響。由此看出，與TCP協(xié)議采用的擁塞控制機(jī)制相比，SIP協(xié)議采用的既不能迅速對網(wǎng)絡(luò)擁塞做出反應(yīng)，也不能根據(jù)擁塞反饋及時調(diào)整消息傳輸速率。因此，在IP網(wǎng)絡(luò)中，與基于TCP或者RTP傳輸?shù)拿襟w數(shù)據(jù)相比，基于UDP傳輸?shù)腟IP信令協(xié)議數(shù)據(jù)能夠占用更多的網(wǎng)絡(luò)帶寬資源（因為當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞時，基于TCP或RTP的數(shù)據(jù)流會減小數(shù)據(jù)發(fā)送速率，而基于UDP的S1P消息不會減小數(shù)據(jù)發(fā)送速率）。這種方式是合理的，因此網(wǎng)絡(luò)需要對信令協(xié)議提供較高的優(yōu)先級。

綜上所述，采用IMS技術(shù)進(jìn)行下一帶交換網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)演進(jìn)，制定通信網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷過載控制策略，為傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商提供了的全能力和全業(yè)務(wù)融合的發(fā)展前景，因此備受青睞。本文結(jié)合安徽電信IMS實際情況，從IMS定義、技術(shù)特點(diǎn)、整體架構(gòu)、具體組網(wǎng)方案、負(fù)荷過載控制的角度來淺析IMS技術(shù)對下一代交換網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的深遠(yuǎn)影響，旨在努力提升安徽電信IMS的建設(shè)、維護(hù)和商用水平。伴隨著通信市場智能業(yè)務(wù)強(qiáng)勁需求、用戶承載規(guī)模化，IMS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需要不斷地演進(jìn)和優(yōu)化，以適應(yīng)市場需求。

參 ?考 ?文 ?獻(xiàn)

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