基于IMS對于構(gòu)建零信任電力信息通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與研究

安康鴻天科技股份有限公司 郝立鴻 國網(wǎng)陜西省電力公司安康供電公司 劉 禾 馬元林 劉 鑫

傳統(tǒng)的專網(wǎng)通信技術(shù)已無法滿足時代發(fā)展的需求。企業(yè)需對內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面升級，以滿足業(yè)務(wù)高速發(fā)展的需要。種類眾多的通信和IT 技術(shù)正在被企業(yè)所接受，融入到這場百年一遇的變革之中，包括5G、園區(qū)光網(wǎng)絡(luò)（PON）、Wi-Fi6/7、Cat.1、NB-IoT、eMTC 等。在這些底層連接技術(shù)之上，以IMS 為代表的圍繞業(yè)務(wù)提供服務(wù)的技術(shù)和平臺，正在發(fā)揮重要作用。

1 IMS 與數(shù)字電力專網(wǎng)

IMS 英文名叫做IP Multimedia Subsystem，IP 多媒體子系統(tǒng)。最早提出于20世紀(jì)90年代末，當(dāng)時被認(rèn)為是國際公認(rèn)的下一代核心網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。2022年6月凍結(jié)的3GPP R5版本，完成了對IMS 的早期標(biāo)準(zhǔn)定義，從而將其推到了商用階段。在世界各大運(yùn)營商全面IP 化的浪潮下，IMS 是必不可少的重要系統(tǒng)，是實(shí)現(xiàn)固定通信網(wǎng)和移動通信網(wǎng)融合的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，是通信網(wǎng)絡(luò)從TDM 向IP 演進(jìn)的基石。

IMS 命名中的IP 代表IMS 基于IP 承載、完全采用了IP 技術(shù)。IMS 的核心協(xié)議是SIP（Session Initiation Protocol，會話初始協(xié)議）。這是IETF基于Internet 量身定制的應(yīng)用層控制協(xié)議。它獨(dú)立于底層協(xié)議之上，非常開放靈活，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，特別適合多媒體通信。Multimedia（多媒體）是指IMS 可實(shí)現(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)理解的多媒體業(yè)務(wù)是語音、圖像、音頻、視頻等。IMS 標(biāo)準(zhǔn)對多媒體業(yè)務(wù)進(jìn)行了更細(xì)致的劃分，包括IP 電話類業(yè)務(wù)、多媒體會議類業(yè)務(wù)、協(xié)同辦公類業(yè)務(wù)、通信助理業(yè)務(wù)等。Subsystem（子系統(tǒng)）表明IMS 是整個通信系統(tǒng)的一個重要組件，可配合其它網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能。如，與LTE 進(jìn)行配合可實(shí)現(xiàn)VoLTE，與5G 配合可實(shí)現(xiàn)VoNR 業(yè)務(wù)，與即時消息配合可實(shí)現(xiàn)RCS。

IMS 就是部署在IP 網(wǎng)絡(luò)上的“多媒體服務(wù)器”。通過它的控制協(xié)調(diào)，IP 網(wǎng)絡(luò)上的用戶就可互相進(jìn)行視頻電話這樣的多媒體業(yè)務(wù)。IMS 的核心目標(biāo)是構(gòu)建一個與接入無關(guān)、支持廣泛多媒體業(yè)務(wù)的融合平臺，為IP 網(wǎng)絡(luò)賦能，為客戶需求服務(wù)。IMS 誕生于3G、成熟于4G。它的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)逐漸完善，得到各大主流運(yùn)營商的廣泛認(rèn)可，并在全球范圍內(nèi)應(yīng)用普及。

基于多時相高分四號衛(wèi)星圖像的積雪范圍分布和基于HJ-1B衛(wèi)星圖像的積雪范圍分布見圖4、圖5，其中灰色表示積雪覆蓋區(qū).結(jié)果顯示，高分四號衛(wèi)星積雪監(jiān)測覆蓋面更廣，單幅圖像空間范圍約是HJ-1B CCD圖像的4倍.在兩類數(shù)據(jù)的重疊區(qū)域，提取的積雪空間分布具有較好的趨勢一致性.

對IMS 技術(shù)優(yōu)勢的認(rèn)知不足。IMS 作為國際通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在普通用戶中的知名度較低。其實(shí)IMS的技術(shù)優(yōu)勢是非常明顯的。它相比軟交換更“軟”、業(yè)務(wù)定義更規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)，安全可靠性更高，主要優(yōu)勢在于：多媒體通信交換能力。多媒體交換是IMS 區(qū)別于軟交換的關(guān)鍵。IMS 不僅支持SIP 協(xié)議視頻通話，同時支持VoLTE/VoNR 視頻通信，具備與不同RTC 和監(jiān)控媒體流的多視場交互能力，還具備涉及應(yīng)急通信保障的全業(yè)務(wù)呼叫轉(zhuǎn)移能力。IMS 底層技術(shù)架構(gòu)演進(jìn)及關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化補(bǔ)充，對商業(yè)模式及應(yīng)用落地有很大的促進(jìn)作用；標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)多系統(tǒng)融合的重要作用。IMS 不僅可實(shí)現(xiàn)軟交換的VoIP業(yè)務(wù)，更重要的是將有效地對網(wǎng)絡(luò)資源、用戶資源及應(yīng)用資源進(jìn)行管理，提高網(wǎng)絡(luò)的智能性。以IMS標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)多系統(tǒng)（子系統(tǒng)）融合，使得用戶可跨網(wǎng)絡(luò)并使用多種終端，感受融合的通信體驗。

對IMS 技術(shù)定位的認(rèn)知差異。在IMS 落地早期，很多人對IMS 技術(shù)定位的認(rèn)知存在偏差，認(rèn)為IMS 僅是立足“打電話”需求，和傳統(tǒng)軟交換技術(shù)“差不多”。甚至有部分軟交換設(shè)備廠家以此來“誤導(dǎo)”用戶，試圖拖延IMS 的普及。這種做法阻礙和制約了IMS 技術(shù)在電網(wǎng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中的關(guān)鍵技術(shù)突破和研究。

國網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)采用國網(wǎng)、省公司兩級匯接制。隨著時間的推移，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加錯綜復(fù)雜、邊界更加模糊，網(wǎng)絡(luò)安全、各種終端和系統(tǒng)維護(hù)量巨增，協(xié)同能力弱、應(yīng)急保障效率低、多媒體通信能力差，以及開放性不足等問題逐漸擴(kuò)大。所有這些都極大制約了國網(wǎng)“數(shù)智電網(wǎng)”建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

國家電網(wǎng)在2018年以前就開始引入IMS 技術(shù)。目前國家電網(wǎng)的電力行政交換網(wǎng)已逐漸演變到IMS交換技術(shù)體制。IMS 作為國際確立的新一代通信交換技術(shù)“標(biāo)準(zhǔn)”地位，是國際公認(rèn)的固移融合網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，也是3GPP 標(biāo)準(zhǔn)。3G/4G/5G 會持續(xù)使用IMS，未來6G 也是如此。6G 標(biāo)準(zhǔn)制定的過程中也需要IMS 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)同步優(yōu)化補(bǔ)充。國家電網(wǎng)引入IMS 技術(shù)，不僅是對能源電力企業(yè)轉(zhuǎn)型研究的一種促進(jìn)，也能探索突破制約應(yīng)用落地的關(guān)鍵技術(shù)難題，對國家電網(wǎng)信息與通信融合標(biāo)準(zhǔn)化制訂有非常重要的意義。加強(qiáng)IMS 在國內(nèi)電力專網(wǎng)領(lǐng)域的研究和探索，對增強(qiáng)中國在IMS 國際標(biāo)準(zhǔn)的話語權(quán)有舉足輕重的關(guān)鍵作用。

隨著5G 新一代通信技術(shù)發(fā)展，國網(wǎng)迫切需要建設(shè)以零信任網(wǎng)絡(luò)安全為基礎(chǔ)，以先進(jìn)通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為引領(lǐng)的新型信息通信融合網(wǎng)絡(luò)，以此支撐企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。涉及最后一公里的接入終端可信接入管控、多系統(tǒng)及應(yīng)用協(xié)同融合、跨網(wǎng)絡(luò)安全互通等系列難題，都需要盡快解決。所以將IMS 引入電力通信專網(wǎng)建設(shè)是大勢所趨，也是時代必然[1]。

IMS 技術(shù)開放性不足導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)制定和應(yīng)用落地困難。IMS 的應(yīng)用落地速度不理想，與全球?qū)MS的應(yīng)用仍停留在探索階段有一定關(guān)系。更關(guān)鍵的原因在于廠家的開放性不足。IMS 雖然作為一種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但應(yīng)用需結(jié)合用戶自身需求開發(fā)。鑒于設(shè)備廠家的開放性不足，國家電網(wǎng)即便有強(qiáng)大的專業(yè)開發(fā)能力，也無法有效參與到IMS 標(biāo)準(zhǔn)制定和應(yīng)用落地關(guān)鍵技術(shù)研究中。由此所涉及到構(gòu)建零信任信息通信網(wǎng)絡(luò)的安全、最后一公里接入、多系統(tǒng)協(xié)同和應(yīng)用互通等問題，直接制約了進(jìn)一步融合AI、大數(shù)據(jù)、云計算等先進(jìn)技術(shù)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的研究和探索。

300余名汽車后市場專家人士出席了本次活動，中國汽車維修行業(yè)協(xié)會常務(wù)副秘書長王逢鈴、廣東省道路運(yùn)輸協(xié)會機(jī)動車檢測分會會長羅少澤、迪威歐亞董事長劉曉冰分別為會議致辭。會上眾多行業(yè)領(lǐng)軍人物針對維修連鎖、汽車配件供應(yīng)鏈等話題發(fā)表演講。放心聯(lián)合認(rèn)證中心董事長底彥彬發(fā)表以中國汽車維修連鎖產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析為主題演講；北京新汽聯(lián)科技有限公司CEO張科發(fā)表了以中國汽車配件產(chǎn)業(yè)供應(yīng)鏈發(fā)展機(jī)遇為主題的演講隨后，駟惠科技董事長項展洲介紹了CAASA軟件聯(lián)盟。進(jìn)入圓桌論壇環(huán)節(jié)，CAASA成員單位代表圍繞“汽車技術(shù)企業(yè)發(fā)展趨勢及行業(yè)責(zé)任”展開深入探討。汽車照明協(xié)會會長秦立慶以維修與供應(yīng)鏈場景下的科技創(chuàng)新為題發(fā)表演講。

為電網(wǎng)5G 應(yīng)用落地及數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索一種領(lǐng)先的解決方案。IMS 作為5G 核心交換承載平臺，在電網(wǎng)5G 應(yīng)用落地探索中，也同樣涉及網(wǎng)絡(luò)安全、最后一公里接入、多系統(tǒng)協(xié)同及應(yīng)用互通等系列難題。因此，在以“安全”為紅線的零信任網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)略規(guī)劃及建設(shè)中，圍繞IMS 標(biāo)準(zhǔn)探索開發(fā)制約應(yīng)用落地難的關(guān)鍵技術(shù)，不僅能助力電網(wǎng)行政辦公通信網(wǎng)和調(diào)度通信網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范統(tǒng)一，同時為電網(wǎng)5G 應(yīng)用落地及數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索一種領(lǐng)先的解決方案。

2 電網(wǎng)引入IMS 技術(shù)面臨的主要困難

但國網(wǎng)內(nèi)部的信息系統(tǒng)繁多，難以高效協(xié)同，已成為中國當(dāng)下數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重點(diǎn)研究課題。信息和通信技術(shù)融合，推動電網(wǎng)數(shù)字化程度不斷加速，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模急劇擴(kuò)大，電網(wǎng)的“神經(jīng)末梢”以爆炸的形式快速擴(kuò)張。在支撐電網(wǎng)安全的信息通信網(wǎng)絡(luò)體系中容納了千千萬萬的終端和設(shè)備。傳統(tǒng)以語音為主的程控交換技術(shù)，面臨停產(chǎn)停服、高能耗、應(yīng)急修復(fù)能力弱等問題。而軟交換技術(shù)又存在標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、業(yè)務(wù)擴(kuò)展難、協(xié)同交互能力弱等問題，它們無法適應(yīng)電網(wǎng)數(shù)字化發(fā)展需求。

電力通信專網(wǎng)是國內(nèi)企業(yè)專網(wǎng)通信最具代表性的一個專網(wǎng)類型。近年來在國家電網(wǎng)公司的大力推動下，電力專網(wǎng)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型也在緊鑼密鼓地進(jìn)行之中。電力專網(wǎng)是實(shí)現(xiàn)電力數(shù)字化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)平臺，是保障電網(wǎng)調(diào)度指令暢通的重要支撐。在國網(wǎng)已實(shí)現(xiàn)全光纖資源35kV 以及以上廠站、自有物業(yè)辦公場所/營業(yè)所全覆蓋基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)上，國網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)資源、信息化程度處于全國領(lǐng)先水平。

對構(gòu)建零信任信息通信網(wǎng)絡(luò)有標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)研究價值。網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)系國家安全。構(gòu)建零信任網(wǎng)絡(luò)、協(xié)同電網(wǎng)與信息通信網(wǎng)絡(luò)中各種資源實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，必須要有“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)”引領(lǐng)。國家電網(wǎng)引入IMS，并基于實(shí)際應(yīng)用破解制約落地的關(guān)鍵技術(shù)障礙，對構(gòu)建電網(wǎng)零信任信息通信網(wǎng)絡(luò)有標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)的意義，也有重要研究價值。

由于老年患者各項器官機(jī)能均存在不同程度的衰老,再加上伴有一種或多種基礎(chǔ)疾病,且骨科手術(shù)創(chuàng)傷較大,同時術(shù)后精神障礙與手術(shù)麻醉方案存在密切的關(guān)系,若患者未接受有效安全的麻醉處理,則會導(dǎo)致老年患者術(shù)后出現(xiàn)短期認(rèn)知功能障礙。因此,有效的麻醉方案對手術(shù)治療的老年骨科患者是非常重要的[1-5]。本次研究對象選擇我院在2016年8月~2017年9月接診治療的60例行手術(shù)治療的老年骨科患者,分析全身麻醉和硬膜外麻醉對老年骨科患者術(shù)后短期認(rèn)知功能的影響效果,通過本組研究結(jié)果顯示,實(shí)驗組患者術(shù)后短期功能障礙發(fā)生率明顯低于參照組患者,組間差異明顯,P<0.05,存在統(tǒng)計學(xué)意義。

3 IMS 在電網(wǎng)5G 應(yīng)用探索中的作用

早在2019年國內(nèi)運(yùn)營商正式商用5G 前，大約在2017年電力專網(wǎng)就啟用了針對5G 的的應(yīng)用研究。此后針對“電力+5G”的各種應(yīng)用場景，集團(tuán)總部和各地電網(wǎng)公司與不同的通信運(yùn)營商合作開展了深度不一的試點(diǎn)測試。例如，陜西電力聯(lián)合合作伙伴開展了首家廣電700MHz 低頻段5G 的電力應(yīng)用試點(diǎn)，主要結(jié)合電力供電服務(wù)指揮當(dāng)前無法指揮到具體工作人員、無法監(jiān)督管控現(xiàn)場工作情況及進(jìn)展、無法精準(zhǔn)管控指揮、指揮失聯(lián)等業(yè)務(wù)現(xiàn)狀，圍繞5G 在單兵指揮和應(yīng)急搶修中的應(yīng)用，進(jìn)行了深入的測試和驗證。

首先，基于IMS 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過電力專家團(tuán)隊指導(dǎo)，開發(fā)出國際首款5G 物理隔離多媒體通信網(wǎng)關(guān)，解決電力IMS 專網(wǎng)與運(yùn)營商IMS 核心網(wǎng)超低延時視頻類業(yè)務(wù)互通障礙；其次，通過雙向四因子終端KEY 加密技術(shù)開發(fā)，進(jìn)一步強(qiáng)化與IMS 專網(wǎng)視頻類業(yè)務(wù)互通終端的安全隔離審核，構(gòu)建起安全為基礎(chǔ)的零信任信息通信網(wǎng)絡(luò)體系。以此建設(shè)起無使用范圍和場景限制的雙向指揮系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)單兵裝置接入，完成單兵指揮監(jiān)督。經(jīng)過5G 試點(diǎn)應(yīng)用驗證及開發(fā)，最終破解了多項制約應(yīng)用落地的關(guān)鍵技術(shù)障礙。

標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)只考慮了策略的執(zhí)行,并沒有考慮QoS調(diào)用后的效果,調(diào)用效果應(yīng)該以用戶感知為標(biāo)準(zhǔn)。在互聯(lián)網(wǎng)上,用戶感知通過以下三個指標(biāo)來體現(xiàn):丟包、時延以抖動。如果不能達(dá)到用戶感知的提升效果,甚至觸發(fā)反效果,將造成用戶反感以及互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)提供商的投訴,無法為移動運(yùn)營商提供收入。時延、丟包以及抖動的解釋如圖3所示。

黨的十八大以來，以習(xí)近平同志為核心的黨中央高度重視黨的紀(jì)律建設(shè)，把紀(jì)律建設(shè)提升到了全面從嚴(yán)治的高度，并不斷貫徹落實(shí)習(xí)近平關(guān)于黨的紀(jì)律建設(shè)講話的精神實(shí)質(zhì)，黨的紀(jì)律建設(shè)全面加強(qiáng)。黨的十九大更是在總結(jié)歷史創(chuàng)新經(jīng)驗基礎(chǔ)上，首次將紀(jì)律建設(shè)納入黨的建設(shè)總體布局并寫入黨章，彰顯了以習(xí)近平同志為核心的黨中央堅持用紀(jì)律管黨治黨的決心和意志。

IMS 技術(shù)本身已足夠成熟，自國內(nèi)運(yùn)營商4G 網(wǎng)絡(luò)全面引入IMS 以來，其應(yīng)用已取得很多的成果和經(jīng)驗。但因關(guān)鍵技術(shù)障礙、專業(yè)認(rèn)知、商業(yè)模式和開放性等一直處于探索階段的原因，其應(yīng)用落地還有很大空間。2021年9月國內(nèi)三大運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)IMS網(wǎng)間互聯(lián)互通，預(yù)示著以IMS 為標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)的全新通信網(wǎng)絡(luò)生態(tài)體系建設(shè)拉開帷幕。

國家電網(wǎng)公司順應(yīng)能源革命和數(shù)字革命融合發(fā)展的趨勢，創(chuàng)造性地提出了建設(shè)“建設(shè)具有中國特色國際領(lǐng)先的能源互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)”的戰(zhàn)略目標(biāo)。陜西省電力積極響應(yīng)國網(wǎng)提出的雙碳和數(shù)字化轉(zhuǎn)型探索文件精神，率先開展IMS 技術(shù)在電網(wǎng)中的試點(diǎn)應(yīng)用，并取得了全國領(lǐng)先的成果。相信隨著時間的推移，IMS 與電力專網(wǎng)通信的融合將變得更加緊密。IMS 將在更多的專網(wǎng)場景落地發(fā)芽，并孵化出種類繁多的數(shù)字多媒體應(yīng)用，幫助企業(yè)提升生產(chǎn)效率，改進(jìn)業(yè)務(wù)流程，助力企業(yè)成功實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型。