TDM PBX接入IMS系统的方案与关键问题探讨

2010-06-11侯小军卢立铭张华洪

电信科学 2010年10期

侯小军，卢立铭，张华洪

（迈普通信技术股份有限公司成都610041）

1 引言

IMS（IP multimedia subsystem，IP 多媒体子系统）提供了基于IP承载的、以SIP为核心控制协议的、与接入无关的IP多媒体业务控制能力，同时提供了丰富的业务，因此部署IMS系统具有极强的竞争优势。在我国，中国移动已经在核心网络部署IMS系统，以解决固网与移动网的融合问题。在核心网络从TDM向IMS的演进过程中，原PSTN中已经存在的用户接入TDM PBX（private branch exchange，专用交换机），在一定时期内还不会被完全替换成IP PBX，因此如何让这些已有TDM PBX的用户能够接入到IMS，并享受IMS带来的新业务，是在IMS系统实施过程中必须要考虑的问题。

本文简要介绍TDM PBX接入到IMS系统的基本原理和方案，同时描述需要处理的关键问题，并对其中常用的拍叉簧事件的解决方案进行讨论。

2 TDM PBX接入到IMS的基本原理

2.1 互通原理描述

[1]对IMS与PSTN的互通进行了描述，如图1所示。在PSTN用户侧，交换机为TDM PBX，在TDM PBX上，有许多在网用户。未接入到IMS前，PBX通过TDM接入到原PSTN的核心网络。通过IMS SIP转换以后，原来TDM PBX下的用户可以接入到IMS网络中，并使用IMS网络的服务。

IMS网络与PSTN互通点设置在MGCF（media gateway control function，媒体网关控制功能）、SG（signal gateway，信令网关）、MGW（media gateway，媒体网关）处，其中 MGCF进行IMS SIP与交换机信令如ISUP之间的协议映射，完成呼叫信令层面的互通；SG主要实现对信令消息如No.7协议的底层适配等；MGW进行IP网络侧语音编解码和TDM网络侧PCM码流之间的转换，完成媒体层面的互通。

信令网关SG可独立设置，也可与MGCF或MGW设置在一起。在通常情况下，SG、MGW、MGCF会集成在一起，这种集成一起的实体统称为SIP Gateway（SIP网关）。SIP Gateway具有信令转换与媒体转换的功能。在这种集成方式下，简化的网络模型如图2所示。

在图2所示模型中，TDM PBX下的用户B与C通过网关接入到IMS，用户A直接接入到IMS。IMS网络中，HSS（home subscriber server，用户归属服务器）记录每个IMS用户的用户信息和业务数据。通过新增设一台支持与IMS互通的 SIP Gateway，原有用户（如用户 B、C）切换到IMS后，可以使用基本语音业务。同时，也可以使用IMS的部分增值业务，如IP Centrex、话务台、三方通话、呼叫等待、呼叫转接等。

2.2 关键技术与问题

2.2.1 用户管理与注册

在IMS网络中，用户通过SIP注册的方式，注册到IMS网络。具体内容可以参见RFC 3261或者参考文献[2]。TDM PBX的用户接入到IMS网络后，为了能够签约并享用业务，TDM PBX的用户就需要在IMS中被管理。

TDM PBX的用户为了接入IMS系统，需要在HSS中配置这些用户的号码。SIP Gateway可以采用逐个代理注册的方式，把TDM PBX下的所有用户的号码注册到相应服务器。为了优化注册过程，在HSS中，可以定义隐式注册组，当隐式注册组中的一个号码进行注册或注销时，HSS根据保存的隐式注册组的信息，将属于同一隐式注册组中的所有号码进行注册或者注销。

基于以上原理，对于TDB PBX用户，可以只在HSS配置一个隐式注册组。当SIP Gateway代理注册时，仅需要注册一个号码，则认为TDM PBX上的所有用户均注册成功，从而极大地减少了SIP消息数量。当SIP Gateway与TDM PBX之间的链路正常以后，SIP Gateway发送 Register消息，注册到IMS。如果遇到故障或者链路不通等情况时，SIP Gateway发送Register消息，从IMS注销。

2.2.2 信令转换过程

由于历史原因，TDM PBX存在多种信令的接入方式，如ISUP、TUP、R2、PRI等。对于基本呼叫与传真，已经制定了相关的国际及国家标准。以ISUP为例，在基本呼叫过程中与SIP协议的转换流程如图3所示。

这个流程的相关要点如下：

（1）TDM PBX发送IAM，开始呼叫请求，信息包括主叫号码、被叫号码等；

（2）SIP Gateway转换消息为 Invite，发起到 IMS的呼叫请求，信息包括主叫号码、被叫号码、媒体信息等；

（3）IMS系统回复 100 trying表示正在处理；

（4）IMS系统回复 183响应，表示地址全，被叫正振铃，信息包括IMS的媒体等，可以播放提示音、彩铃等给主叫；

（5）SIP Gateway用PRACK对183响应进行确认；

（6）IMS回复PRACK的响应 200 OK；

（7）SIP Gateway回复地址全消息 ACM给 TDM PBX，主叫开始准备接收彩铃；

（8）被叫摘机，IMS 发送 200 OK 给 SIP Gateway；

（9）SIP Gateway发送 ANM（摘机）消息给主叫。至此呼叫已经建立，双方开始通话。

2.2.3 业务支持及问题

IMS提供了丰富的业务，而且业务服务器可以灵活部署，这也是IMS体系的一大优势。对于绝大多数业务，如彩铃、呼叫代答、调度、呼叫中心、呼叫限制、来电显示等，在IMS核心与SIP Gateway之间进行信令和媒体的转换就能够完成，这里不作过多描述，只是对存在的相关问题进行分析。这些问题包括以下几种。

·由于终端及TDM PBX功能的限制，无法使用部分高级功能，如视频通话、发送即时消息、好友状态获取等。

·一些业务在使用时，需要TDM PBX用户的拍叉簧事件通知，以更好地配合IMS完成业务流程。以呼叫转接为例，假设用户B是TDM PBX用户，当A和B通话时，B需要把呼叫转接到另外一个用户C。此时从流程上，需要用户B拍叉簧操作，然后拨C的号码。B在拍叉簧时，IMS系统需要查询B的权限（即是否能够转接），同时对A放音。可以看出，TDM PBX必须上报拍叉簧事件到SIP Gateway，然后SIP Gateway与IMS进行相应信令转换。

拍叉簧事件的通知，当前没有统一的标准。在纯TDM PBX模式下，业务在TDM PBX内部完成，因此不需要向对端设备通知。但在IMS应用模式下，由于SIP Gateway收不到TDM PBX通知的拍叉簧事件，因此也无法通知到IMS进行处理，从而导致此类业务不能够在IMS系统中完成。

3 拍叉簧事件相关业务的解决方法

如前所述，在现有的标准里，没有通知TDM PBX的拍叉簧事件到SIP Gateway的方法，目前TDM PBX也没有实现此功能，因此会影响此类业务在TDM PBX的用户上部署。为了解决这个问题，有以下主要方法。

·如果TDM PBX支持对应业务，由PBX自行完成，即TDM PBX完成拍叉簧检测，并进行内部业务处理，不用通知到SIP Gateway。其优点是可以使用TDM PBX现有业务，不影响用户的使用习惯，缺点是业务不能够在IMS的统一控制下进行。

· 用拨号代替拍叉簧，如TDM PBX拨 “*”，当SIP Gateway检测到后，则认为是拍叉簧事件，并上报到IMS进行后续处理。其优点是简单易用，只需要扩充SIP Gateway的功能即能够完成，缺点是改变了用户的使用习惯，需要对此TDM PBX下的用户完成相应的使用介绍或培训。

·通知拍叉簧事件到SIP Gateway，由SIP Gateway进行相应的信令转换与媒体转换，并协助IMS的业务服务器完成相关业务。其优点是业务在IMS的统一控制下完成，因此对于用户管理、业务控制在网络中是统一的，而且用户没有使用习惯上的变化。缺点是需要定义拍叉簧事件的传送方法，才能保证各厂家设备的兼容性，因此TDM PBX必须进行软件升级才能够完成相应工作。

对于第三种方法，由于解决了拍叉簧事件上报到SIP Gateway并与IMS交互，因而能够提供与普通IMS接入用户一致的体验效果，具有重要的意义。本文的后续章节将结合具体协议来分析是否能够扩充，以及提出扩充的具体方法。

4 TDM PBX用户的拍叉簧事件通知方法

对于TDM PBX与SIP Gateway的信令交互，国内主要有以下4种方式，即R2协议（即中国一号信令）、PRI协议（即中国数字一号信令）、ISUP协议、TUP协议。针对这些协议，本章节将分别提出拍叉簧事件通知的解决方法，其核心思想是利用现有协议所定义的消息，通过扩充或者定义某个字段的含义来表示拍叉簧事件，即当TDM PBX需要向SIP Gateway通知拍叉簧事件时，使用定义的值进行消息发送即可完成。由于拍叉簧操作是在通话过程中完成的，因此定义消息不能使用呼叫建立阶段或者呼叫释放阶段的消息，而只能使用通知、指示、信息交互的协议消息来完成。

4.1 PRI

见表1，根据Q.931标准，“键盘设施”信息单元专门用于在通信双方之间传递IA5字符。

拍叉簧操作的信息，就是键盘设施的信息，因此可以利用IA5的值“！”来表示拍叉簧事件。“键盘设施”信息单元在Setup消息和Information消息中都存在。由于Setup是用于呼叫建立阶段，而所要通知的拍叉簧事件在通话状态下，因此需要选用在Information消息中的“键盘设施”信息单元中进行传递。当TDM PBX下的用户进行拍叉簧操作时，TDM PBX向 SIP Gateway发送 Information消息，其中“键盘设施”信息单元使用值“！”。