采用IMS发展Internet用户的解决方案

摘要:文章介绍了一个采用IMS发展Internet用户的解决方案。该方案通过Push AS、重路由、计费等特殊设计，满足Internet用户不同于普通电信用户的组网需求。文章分析了Internet用户的话务模型和业务发展情况，指出Internet用户具有高申请率、低使用率的特点，适合采用Web自助开销户方式、预付费计费方式。IMS网络除了用于固网改造，发展Internet用户也是当前可行的应用方式。

关键词: IP多媒体子系统；会话推送服务器；基于IMS的多媒体电话业务；重路由

Abstract: This paper describes a solution that uses IMS to increase Internet access for subscribers. By using Push As, rerouting, charging, and other special techniques, this solution meets the networking needs of Internet users (which is different from the needs of telecom users). In this paper, we analyze a model based on the traffic of Internet access subscribers, and we discuss service development. There is a high number of Internet subscriber applications but a relatively low usage rate, which makes web self-registering, deregistering, and prepaid charging suitable.As well as being used for fixed-network reconstruction, IMS can also be used to increas the number of Internet subscribers.

Key words: IP multimedia subsystem (IMS); PUSH AS; multimedia telephony (MMTEL); rerouting

中图分类号：TP393文献标志码：A 文章编号：1009-6868 (2012) 04-0038-06

IP多媒体子系统(IMS)作为新一代核心网控制技术，是未来移动、固定网络融合的统一控制层，是引入语音、数据、视频三重融合等差异化业务的重要方式。IMS在标准上已经基本成熟，在运营商中已经开始尝试规模商用，但是应用方式在业界还处于探讨当中。IMS在中国的应用方式主要是替代软交换进行固网改造。比如中国电信各省公司已经完成IMS设备的集采工作，部分省公司的IMS设备已经割接了数十万用户。除了固网改造外，其他新的应用模式还在探讨中，比如按第三代合作伙伴计划(3GPP)标准，长期演进(LTE)的语音、视频类会话也将由IMS进行控制。但是LTE在中国的规模部署还需一段时间，因此除了固网改造之外，IMS网络如何接入、发展用户就是一个问题。另一方面，随着MSN、Skype、QQ等业务的发展，Internet通信业务对传统运营商的业务发展也构成了很大挑战。电信运营商如何应对IT业务的渗透，并实现转型是近几年业界讨论的热门话题。

2011年中兴通讯在海外某运营商的IMS网络已经实施并商用，该局点提供固网改造功能和IT的应用。作为竞争性运营商，在用户接入、用户规模上都没有明显优势，所以在引入IMS时考虑必须有创新的业务，在方案上对IMS进行了扩展。

1 IMS组网介绍

1.1 组网

该运营商的现网是一个下一代网络(NGN)改造后的软交换局，它可以接入综合业务接入网(MSAN)的固网用户、H.323标准的终端、SIP协议（非IMS标准）的终端。

IMS实施后，组网如图1所示，符合3GPP标准要求[1]。MSAN的固网用户，通过接入网关控制功能(AGCF)接入IMS网络。AGCF兼做协议转换功能，接入H.323标准的IP用户交换机（IP PBX）、综合业务接入设备(IAD)，SIP协议（非IMS标准）的IP PBX、IAD。新发展的Internet用户，使用局方定制的符合3GPP标准的软终端，包括Win PC、Mac PC、WinCE、iPhone、Android等多个版本，并通过会话边界控制器(SBC)接入代理-呼叫会话控制功能(P-CSCF)。IMS网络通过媒体网关控制功能(MGCF)、媒体网关(IM-MGW)与现网电路域互通。MGCF与现网软交换通过SIP-T协议互通，媒体面不经过MGW，IMS终端和软交换终端直接端到端互通。不同终端之间可能存在编解码不能互通的问题，IMS网络需要提供编解码转换功能[2]。编解码转换功能由多媒体电话应用服务器(MMTEL AS)实现，MMTEL AS识别会话需要编解码转换时，控制媒体网关做编解码转换。MMTEL AS内置了媒体资源控制功能(MRFC)，IM-MGW内置了媒体资源处理功能(MRFP)[2]。IMS通过业务交换功能(SSF AS)与业务控制点(SCP)互通，为IMS用户提供现网智能业务。在IMS网络中引入第三方AS，提供MMTEL AS之外的其他业务，比如Push AS提供的会话推送业务。

用户的号码编号方式分固网改造用户、新发展的互联网类用户两种情况。

固网改造用户与中国的固网改造基本类似，每用户SIP、Tel格式的IP多媒体公共标识(IMPU)各1个。

新发展的互联网类用户，有3种类型：

(A) PC用户。在这类用户中，每个用户有1个用Email地址构造的SIP格式的IMPU。比如用户的Email地址是12345@gmail.com，IMPU则为SIP:12345_gmail.com@ims.Ttelecom.net。PC用户只能在IMS域内呼叫，不能与IMS域外用户通话。

(B) 其他运营商的用户。这类用户的SIP、Tel格式的IMPU各配置1个，形式为SIP: MSISDN@Domain、TEL:MSISDN，MSISDN（移动台国际ISDN号码）是用户在其他运营商的号码。该类用户主叫业务不受限制，IMS域内呼叫该用户时直接在IMS域内接通，IMS域外用户呼叫该用户时按用户原网络接通，即寻呼原手机。

(C) 一号通用户。用户申请该运营商的一号通新号码，用户的SIP、Tel格式的IMPU各配置1个，形式为SIP:PSTN@Domain、TEL: PSTN，PSTN是运营商给用户新分配的号码。该类用户形式上看与固网用户相同，但是并没有固网终端接入。A类用户在电信网络上无法路由，B类用户的MSISDN是其他运营商的号码，也无法在电信网络上路由。通过MMTEL AS提供的主叫、被叫一号通业务，C类号码为A/B类用户提供了在电信网上可路由的号码。

对于Internet用户，在MMTEL AS上放号时，最大需签约3个别名组，并根据需要签约一号通业务。

1.2PUSH和重路由

软终端接入分组网后，不需要在IMS网络中注册。当有会话呼叫该用户时，如果用户的软终端已经注册，被叫流程和普通用户的流程相同。如果该用户在IMS网络没有注册，由会话推送应用服务器(PUSH AS)通知用户软终端。软终端启动IMS注册流程，注册成功后，进行会话的后续流程处理。引进PUSH AS后，IMS网络只需维护较少软终端的注册状态，实现用较少容量的设备控制大量的Internet用户到目的。

软终端未注册时，被叫流程如图2所示。实现方式如下：

(1) 用户手机已在分组域中注册，软终端已经将分组域的相关信息发送到了PUSH AS，而软终端在IMS域中未注册。

(2) 查询-呼叫会话控制功能(I-CSCF)收到会话初始邀请时正常处理；S-CSCF收到初始邀请时，用户未注册。

(3) 服务-呼叫会话控制功能(S-CSCF)按未注册方式触发（用户的初始过滤规则iFC签已注册参数）会话到MMTEL AS，MMTEL AS启动异常第三方注册流程（但不启动到S-CSCF的第三方注册订阅），从归属用户服务器(HSS)下载用户数据，完成被叫业务的处理。

(4) S-CSCF按未注册方式触发会话到PUSH AS，PUSH AS发现用户已经在分组域注册，发送推送消息给软终端。

(5) 会话推送过程可能时间较长，为防止后向网元定时器超时，PUSH AS同时发送“呼叫进行中”的消息给后向。

(6) 软终端收到会话推送消息后，启动IMS初始注册流程。

(7) IMS注册成功后，软终端回复会话推送成功消息给PUSH AS。PUSH AS发送不带原始对话标识(ODI)[3]的邀请给S-CSCF。

(8) S-CSCF按已注册用户的被叫会话流程完成呼叫的落地处理。

对于有MSISDN号码资源的用户，必须假定用户的手机在现网是正常工作的，IMS的引入不影响用户在原运营商的现网业务。如果会话没有推送成功，必须启动重路由功能。实现方式如下：

(1) 如果会话没有推送成功，PUSH AS给S-CSCF返回SIP协议的480错误响应，S-CSCF则返回480错误响应给MMTEL AS。

(2) MMTEL AS收到480错误响应（或者重路由定时器超时），启动会话重路由功能。MMTEL AS在被叫号码前加插重路由前缀，并向S-CSCF发送会话初始请求消息。

(3) S-CSCF通过号码分析去除重路由前缀，并将会话路由到MGCF出局。

1.3 计费

后付费用户的计费由计费网关提供运营商要求的话单给计费系统，并由其进行结算。

预付费用户在IMS域内通话免费，在IMS域外的会话需要计费。现网的预付费平台提供计费功能。网络假定用户所有会话都免费，是否收费由用户最终如何落地决定。在以下两种情况下需要触发预付费功能：

?被叫不是IMS用户

?被叫是IMS的用户，会话需要重路由出IMS域

MMTEL AS在做主叫业务时，如果是预付费用户，需要在被叫号码前加插预付费前缀。MMTEL AS做预付费用户的被叫业务时，如果有前转业务，需在前转号码前加插预付费前缀。MMTEL AS在加插预付费前缀的同时，还需在信令上加插预付费扩展头部。

S-CSCF将会话初始会话请求转发给I-CSCF，I-CSCF用去除预付费前缀后的被叫号码查询HSS。如果被叫是IMS用户，I-CSCF删除预付费前缀但不删除预付费扩展头部，并将初始会话请求发送到被叫S-CSCF。如果被叫非IMS用户，I-CSCF给主叫S-CSCF回复404错误，主叫S-CSCF将会话重路由到MGCF。MGCF删除预付费扩展头部，保留预付费前缀，并通过现网软交换出局。假定预付费前缀是5089，预付费实现流程如图3所示。

如果被叫是B类用户，会话推送不成功时需要重路由出局。如果会话初始请求消息中有预付费扩展头部，说明主叫是预付费用户，需要加插预付费前缀。预付费前缀加插在重路由前缀之后，被叫号码之前。

1.4 运营支撑系统

IMS提供业务开通节点与业务运营支撑系统(BOSS)接口，屏蔽IMS中多网元的组网细节，简化BOSS系统的改造工作。BOSS需要增加与第三方AS的对接接口，需要增加Internet用户的自服务Web门户，其组网如图4示意。

固网改造的用户，采用运营商营业厅受理。

Internet用户不需要在运营商营业厅受理。运营商通过平面广告、网络广告吸引用户，用户通过访问运营商网站，自助完成用户的开户、销户、预付费充值等操作。开放给Internet用户的业务是IMS网络业务的一个子集，比如不提供Centrex功能。用户根据需要自助选择业务。用户可以选择A、B、C3类号码，A、B类号码必选一种或同时选两种，C类号码缺省不选择。如果用户同时选择两类以上号码，则由Web系统自动产生一号通业务开通指令。

2 Internet用户的业务发展

分析

2.1 Internet用户增长分析

该IMS局割接部分固网用户后，计划试商用一段时间以验证组网的正确性和设备的稳定性。在试商用期间，同时在Internet中推广发展用户。从放号用户数看，Internet用户发展很快，设备的大部分容量已经用于Internet用户，并在1月份即进行了License扩容。表1采样了2011年12月和2012年1月的放号情况，这期间用户增长的趋势如图5所示。

从实际放号情况看，Internet用户基本上是B类号码，且大部分Internet用户只使用B类号码，只使用A号码的用户极少。固网改造用户SIP、Tel格式IMPU各1个，所以可以从总用户数、SIP IMPU数、Tel IMPU数间的差值，分析用户申请A/B/C3类用户号码的情况。以下以2012年1月30日的采样数据为例分析。

?Tel IMPU比总用户数大2 181，所以Internet用户的C类号码的申请率大约为0.38%。

?SIP IMPU比总用户数大32 760，再减去C类号码占用的SIP IMPU数，所以Internet用户的A类号码的申请率大约为5.33%。

图6反映了A类号码申请率的变化。在业务开展伊始，PC终端的使用比例较高，A类号码的申请率约为16%。这反映出首先愿意尝试新业务的用户，有着较高的即时通信应用体验。随着用户规模的增长，A类号码的申请率逐步下降，最后稳定在5%左右。Internet用户A类号码申请率较低，反映出从Internet发展的新用户以手机为主要通信工具。一方面说明虽然VoIP即时通信已经得到很快发展，但在语音通信总量中仍然处在较低水平；另一方面则说明了MSN等即时通信有其自身的优势，比如用户规模、创新应用对用户的粘性、多应用的集成等。运营商提供类似的即时通信业务时，相比MSN优势不足，还无法吸引大量用户使用。

图7反映了C类号码申请率的变化趋势。在业务开展一段时间后，C类号码的申请率达到高峰值，约为3.85%。之后申请C类号码的用户比例逐步下降，维持在0.38%的较低水平。Internet用户的C类号码申请率较低，反映出Internet用户主要以呼出业务为主，呼入业务选择由原运营商提供服务。申请C类号码时，一号通业务会修改主叫显示号码为新号码，并可以用新号码做被叫。C类号码的申请率较低，反映出Internet用户换号码的意愿不强，说明了号码对用户的粘性作用。在某种意义上，号码是用户的另一个名称，是运营商与即时通信竞争的优势，也是主流运营商与新兴运营商竞争的优势。

2.2 话务分析

固网改造用户，用户注册由接入设备控制，而接入设备基本保持正常工作，所以固网改造用户基本保持在线注册。Internet用户则不同，用户在需要使用业务时才到IMS网络注册，因此Internet用户的在线比例比较低。图8显示了Internet用户一天的在线比例变化情况。Internet用户在7点左右在线比例较低，约0.36%用户在线；21点、22点左右的在线比例较高，约0.61%；全天平均的用户在线比例约为0.5%。用户在线注册的波峰值是波谷值的1.7倍。从以上分析可以看出，Internet用户有高申请率、低使用率的特点。

图9显示了Internet在线用户、固网改造用户的话务量在一天内的变化情况，以每用户Erl分别统计。固网改造用户的相关峰值话务量约为0.023 Erl，24小时平均话务量约为0.0099 Erl。Internet在线用户的峰值话务量约为0.024 Erl，24小时平均话务量约为0.0122 Erl。Internet在线用户的忙时话务量与固网改造用户的忙时话务量基本相当，但在全天的平均话务量上，Internet在线用户比固网改造用户约高25%。Internet用户在需要使用业务时才到IMS网络注册，所以在线的Internet用户平均话务量要高于普通用户。

从图8、图9可以看出，Internet用户在线的波峰值的时间，与话务量的忙时时间基本吻合。虽然Internet在线用户的忙时话务量与固网改造用户基本相当，但Internet用户的在线比例很低，峰值只有0.61%。所以Internet用户的忙时话务量只有普通用户的0.6%左右。

固网改造用户的忙时在下午，Internet用户的忙时是在21点左右。一个可能的原因是Internet用户的作息习惯比较晚，另外可能与用户的接入方式有关。Internet用户主要使用手机终端，通过WLan/Wi-Fi方式接入。受WLan/Wi-Fi无线接入热点的限制，用户在白天不一定能接入到IMS。晚上在宾馆、家中，分组接入的条件相对来说则比较好，可以通过WLan/Wi-Fi接入IMS。

Internet用户通过Web自助开销户，图10显示了用户数净增长在一天中的变化情况。从图10可以看出，开户高峰在23点左右。运营商营业厅正常上班时间在白天，与Internet用户的受理时间需求不符。所以使用Web方式发展Internet用户，比营业厅受理方式更加合适。

3 结束语

与普通电信用户相比，Internet用户具有高申请率、低使用率的特点。低使用率表现在Internet用户的在线注册比例低，只有不到1%的用户在线。Internet用户的话务量与普通用户基本相当。

使用IMS网络发展Internet用户，需要考虑该类用户的业务使用特点。高申请率使得在组网时，HSS、MMTEL AS等存储用户数据的设备，需配置大容量数据库；低使用率的特点决定了设备的会话处理能力，可以按较低的话务模型配置。比如1 000万的Internet用户，只需配置相当于10万普通电信用户的处理能力即可。

使用IMS网络发展Internet用户，建议部署自服务Web门户。通过Web门户，可以实现快速发展Internet用户，同时降低运营成本。

计费方面，建议采用预付费方式。这是Internet用户低使用率特点的要求，也适合采用自服务开销户方式发展用户。

4 参考文献

[1] 3GPP TS 22.228. Service Requirements for the Internet Protocol (IP) Multimedia Core Network Subsystem (IMS); Stage 1 [S].

[2] 3GPP TS 23.228. IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2[S].

[3] 3GPP TS 23.218. IP Multimedia (IM) Session Handling;IM Call Model;Stage 2 [S].

收稿日期：2012-04-12

作者简介

朱蓉俊，浙江大学信息与电子工程学系毕业；现任中兴通讯核心网产品项目经理，长期从事数字程控交换机、媒体网关、软交换的研发，现从事IMS的MMTEL AS、短信网关的研发；获多项全球发明专利，并获国家专利奖1项。