IMS核心网业务资源评估方法探讨

马金兰 张慧嫦 李力卡

[摘要]文章对业务实现核心网资源评估进行研究。首先对IMS核心网资源指标进行简单分析，通过具体业务对IMS核心网业务资源的评估思路进行探讨，然后采用示例的方法，提出一套业务资源评估分析的方法，在业务上线前进行资源评估与分析，可以作为实际评估的一种参考依据。

[关键词]IMSIP多媒体子系统核心网资源评估

1引言

IMS被广泛应用于业务融合和转型战略的下一代网络架构中。中国电信进行IMS现网试点工作，其中广东电信结合网络现状及市场需求，侧重于解决现网问题、提供家庭新终端和多媒体应用，重点关注业务嵌套、彩色e家、多媒体会议、多媒体彩铃等融合业务的试点。IMS网络的引入将带来新的业务体验，业务实现需要lMS核心网资源的支撑。核心网资源的评估需要结合业务流程与核心网资源情况进行，但是目前的规划不考虑业务实现流程的差异，而是根据普通用户业务流程进行资源预留，存在与业务结合不紧会引起估计偏差较大的情况。本文根据基本业务流程、IMS业务网络组织与业务流程对业务实现核心网资源评估进行研究，提出一套业务资源评估分析的方法，在业务上线前进行资源评估与分析，以规避业务使用过程的资源瓶颈，保障业务上线所需资源。

2IMS核心网资源分析

IMS网元的性能指标主要包括：呼NCAPS、并发用户数、信令带宽(bps)、媒体带宽(bps)、放音资源通道数、媒体端口占用数、电路占用数。各网元IMS网络中的角色不一，因此，不同网元所关注的性能指标各有侧重。譬如CSCF，主要关注CAPS和信令带宽，由于媒体不在CSCF上经过，因此无需关注媒体方面的性能；而对MGW来说，媒体性能却是其主要关注指标。JMS核心网网元需重点关注的资源见表1。

3资源评估思路

结合业务流程进行业务资源评估的思路如下：

步骤1：定义标准的会话流程。在分析各种业务对核心网络资源的占用情况前，先定义一个标准的会话流程，作为步骤2推算业务对IMS核心网络资源的占用折算表的基础。

步骤2：通过业务信令和标准会话流程的比较，推算业务与标准会话的CPU占用折算关系。具体方法是分析业务的具体信令流程，分别以每个网元为处理点对比处理该业务和标准会话的信令数，将信令个数的对比值作为CPU折算的基本系数，从而推算业务对各网元的CPU占用折算关系。

步骤3：通过实验室或者现网测试情况修正该业务与标准会话的CPU占用折算关系。信令折算可以很直观地从信令个数进行比较，但是各种新业务毕竟不是基本业务的简单叠加，对于不同的信令和业务，设备内部处理流程不完全相同，不同厂家设备对相同信令的内部处理流程也不一样。因此，需要通过实验室或者现网测试情况修正该业务与基本业务CPU占用的折算关系。

步骤4：分析业务对各网元重要资源的占用。IMS核心网络的重要资源包括CAPS、静态用户数、并发用户数、信令带宽、媒体带宽、媒体端口占用数、电路占用数、放音资源数等，不同的业务由于涉及的网元，或者主被叫处在不同的网络，会导致占用不同的网络资源。前面三个步骤已经得到CPU占用的折算比，由于目前只有CAPS是占用设备的CPU资源，因此，CAPS的折算比可以通过前面步骤得出。本步骤重点对网元其他重要资源进行分析，并与标准流程进行比较，得出业务对其他资源占用的折算比。

根据上述资源评估方法可以得出与标准流程相比较的业务资源占用折算比，结合标准流程对设备的具体资源占用情况，就可以得出业务所需的具体资源。由于标准流程所占用的具体资源和设备情况不同，因此，本文重点探讨资源评估方法，不针对不同设备进行具体评估。

4资源评估方法示例

根据第3章所述的评估思路，结合彩色e家业务进行示例，详细地描述IMS核心网业务资源方法。

4.1步骤一：定义标准的会话流程

图1为一个IMS网络内部标准会话流程，由于ENUM/DNS的查询由基本呼叫流程触发，AS类业务不会直接引起额外的ENUM/DNS资源需求的增加。由于业务开放引起的用户数量增加，只需要根据增加的用户数量对其提出相应的资源要求即可。

本文不对ENUM/DNS的资源需求做详细评估，因此，该流程没有包括DNS/ENUM的信令流程。各网元的信令分析如下：

(1)对于SBC网元、P-CSCF网元，1个标准会话流程主被叫侧都是8对(含收发，INVITE/180/PACK/2000K/2000K/ACK/BYE/ACK)SIP消息。

(2)对于S-CSCF网元，1个标准会话流程，由于任何呼叫都要I-MMTEL AS，因此主被叫侧可以看成是是16对SlP消息。

(3)对于I-CSCF网元，1个标准会话流程为3对SIP和2次LIR(1组LIR/LIA流程)，按照5对消息来计算。

(4)对于SLF网元，1个标准会话流程为1组LIR/UA流程。

(5)对于HSS网元，1个标准会话流程为1组LIR/LIA流程。

(6)对于MGCF网元，1个标准会话流程为8条SIP消息。当被叫在CS域时，S-CSCF无需再查询I-CSCF，也没有后续的I-CSCF与SLF以及HSS的交互过程。

4.2步骤二：根据业务信令推算业务与标准会话的CPU占用折算关系

彩色e家业务实现流程如下：

(1)宽带多媒体终端语音实现流程(如图2)

(2)CP提供广告内容，运营商管理员审核通过后发布流程(如图3)

(3)CP提供信息内容，运营商审核通过后发布流程(如图4)

(4)终端上报统计结果流程(如图5)

彩色e家可以看成语音流程和短消息业务的叠加，语音流程等同于基本会话流程，CP提供广告内容，CP提供信息内容和上报统计结果的流程可以看成是短信业务流程。其中CP提供广告内容和CP提供信息内容可以折算为1/2个短信业务，上报统计结果可以折算为1个短信业务。根据短信业务的信令流程，短信业务与基本语音业务比较占用IMS核心网网元的折算关系如表2。

因此，设N=等效的CP提供广告内容、信息内容CAPS/彩色e家呼叫CAP，则彩色e家业务与基本会话相比占用IMS核心网网元CPU的折算关系如表3。

4.3步骤三：修正业务与基本业务CPU占用的折算关系

通过测试对折算关系进行修正，测试的方法通常是通过模拟软件，模拟主被叫，发生呼叫。模拟呼叫和正常的呼叫流程完全一致。验证一般选择在实验机房进行，验证的步骤如下：

将测试用户均分为4部分，分别为主叫1群，主叫2群，被叫1群，被叫2群。主叫1群和被叫1群用户不签约任何业务，发起呼叫，增加呼叫量保证设备的CPU与平

时的基本开销相比有一个较明显的增加(如5％等)，记录此时的呼叫强度记录为初始呼叫强度和各个网元的初始CPU和初始内存使用情况。

初始呼叫强度的基础上加大主叫1群和被叫1群用户之间的呼叫强度，使得设备的CPU与初始CPU相比有一个比较明显的增量(如5％等)，记录此时的呼叫强度和比初始呼叫强度的增量，记录为呼叫强度增量1。类似的记录各个网元的CPU增量1和内存使用增量1。

将主叫1群和被叫1群的呼叫强度调回初始呼叫强度，同时发起主叫2群和被叫2群之间的呼叫，呼叫强度为之前记录的呼叫强度增量，此时主叫2群或被叫2群用户签上所需测试的业务。待设备CPU稳定后，记录设备CPU和内存较初始CPU和初始内存的增量情况，记录为CPU增量2和内存使用增量2。

由于设备本身的设计，内存的使用在很多情况下都是静态占用，所以内存的增量数据可能为零。所以在最后比较阶段，主要是比较CPU增量2和CPU增量1，用其比值修正步骤二分析的折算值。内存增量仅作参考。

4.4步骤四：根据呼叫模型及与折算关系分析业务

对网元资源的占用

(1)CAPS

通常设备提供的性能都是基于一定的呼叫模型的，计算业务对CAPS性能的占用情况需要结合其呼叫模型和该业务和标准会回的CPU占用折算关系。彩色e家业务具体折算方法见步骤2。

注意：呼叫模型可能会用Erl(爱尔兰)，或者用户BHCA/CAPS代替，用以下公式转换即可，用户Erl=用户BHCA*Z/3609=用户CAPS*Z，本文中提到的Erl是指单向的，指主叫或者被叫。

I-CSCF/SLF/HSS网元主要是在被叫流程中使用，且当被叫为域外用户时也不需要使用，因此需要参看话务模型，根据域内域外话务的比例再仔细核算CAPS。需要注意，由于业务都是叠加在普通话务基础上的，因此计算业务对网元资源的占用情况时需要减去基本话务那部分，否则就是重复计算。

(2)静态用户数

通常需要存贮用户资料的设备才会有静态用户数的要求，如HSS、MMTEL AS等，由于静态用户数通常就是使用业务的用户数，因此不需要特别计算，将规划的该业务用户数作为需求即可。

(3)并发用户数

BAC是最明显的需要计算并发用户数的设备。比如，彩色e家用户数为x，每用户的Erl为Y，用户平均呼叫时长为z秒。则并发的用户数为X*Y=35000。

(4)信令带宽

信令带宽=用户数×*用户Erl*信令个数N*信令平均长度/平均呼叫时长z，以彩色e家为例。X为100W，Erl=0.035，信令个数为10，平均信令长度取800BYTE，呼叫时长为90s，信令带宽=1000000*0.035*10*800/90=3111111BPS。如果主被叫都经过同一个网元则信令带宽需要乘以2。

(5)媒体带宽

媒体带宽=并发用户数*媒体带宽，媒体带宽需要确认该业务是纯语音还是包括视频，G.711的语音，按照100000Bite算。其他各类业务的视频带宽可以按照如下计算：

多媒体会议：高清(H.264)/标清(H.263)，每一方预留1MBite，是语音100kBite的10倍。

(6)媒体端口占用数

媒体端口占用数等于域内、域外互通呼叫中经过MGW或媒体服务器的并发呼叫数，因此对每一个业务来说，应该根据业务本身区分域内域外呼叫。

(7)电路占用数

电路占用数等同于电路域并发用户数，在IMS域和其他域通过电路互通时使用，IMS和移动网络、固定网络通过IP方式互通的情况下不需要占用电路。

(8)放音资源数

放音资源数主要是放音的通路，类似于并发用户数，注意此时并发用户数虽然也是用户总数*用户Erl，由于放音的时长只是整个呼叫中的一部分，因此Erl也应该相应下降。

根据上述方法，最后得出彩色e家业务与标准会话相比占用资源的折算关系如表4。

5结束语

IMS的引入将丰富用户的业务体验，这对运营商来说是新的机会，但是新网络的引入对网络规划与运营来说又是新的课题。本文采用示例的方法，通过具体业务对IMS核心网业务资源的评估思路进行探讨，提出一套业务资源评估的方法。由于网元设备的处理能力消耗并不是线性发展的，本文对IMS核心网业务资源评估方法的研究可能与实际情况不能精确匹配，同时，具体业务资源的评估是一项复杂的工程，因此，本文不是进行具体的业务资源的评估，而是提出一种评估的方法，作为实际评估的一种参考依据。

作者简介

马金兰：毕业于北京邮电大学，工学学士，2009年获华南理工大学工程硕士学位，工程师，任职于中国电信股份有限公司广东研究院网络运营支撑部，主要从事软交换网络、CDMA核心网络与IMS核心网络的研究。

张慧嫦：毕业于北京邮电大学，工学学士，工程师，任职于中国电信股份有限公司广东研究院网络运营支撑部，专业方向为传统交换及软交换设备的维护及业务支撑。

李力卡：毕业于北京邮电大学，工学学士，任职于中国电信股份有限公司广东研究院网络运营支撑部，任核心网络室主任，高级工程师。