IMS应用于中国电信的组网策略

2012-07-03张小平

山西电子技术 2012年1期

张小平

(中国电信集团股份有限公司山西分公司，山西阳曲 030100)

传统的移动TDM 交换机面临容量小、节点数量多、部分设备老化、运维成本增加，并且部分厂家不再提供设备维保等问题。而基于传统TDM 交换技术的电信网络所固有的承载方式、多制式互通的复杂性、增值业务开发技术的封闭性，导致电信运营商很难接受的投入产出比在现有TDM 网络基础上进一步挖掘新的业务增长点。

IMS(IP 多媒体子系统)的提出为下一代基于IP的移动网络提供了面向分组数据包交换的多媒体服务及平台，由于采用SIP 作为核心控制协议，并通过SIP 进行业务管理，IMS可以使运营商充分利用SIP的优势，更快速更灵活地开发管理移动多媒体业务。

1 IMS 及其架构介绍

IMS(IP Multimedia Subsystem):IMS是由3GPP 标准组织定义的一种与接入无关、基于IP 承载、提供端到端QOS的多媒体会话型业务控制架构。IMS 被认为是下一代网络的核心技术，也是解决移动与固网融合，引入语音、数据、视频三重融合等差异化业务的重要方式。现阶段，IMS 主要由IMS 核心控制层网络、IMS 业务层网络及IMS 接入与终端网元构成。

IMS 核心控制层网络:又称IMS 核心层，该层网络负责存储IMS用户的签约数据，为各类IMS 终端与接入设备提供统一的接入认证鉴权，并完成会话控制、资源分配、协议处理、路由、计费、业务触发等功能。IMS 控制层的功能实体包括P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、AGCF、HSS、SLF、MGCF、MGW、BGCF、MRFC、MRFP、ENUM/DNS 等。

IMS 业务层网络:主要完成IMS 业务的提供、执行IMS业务能力的抽象与开放，支持自营业务、第三方业务等多种业务提供方式。IMS 业务层网络主要由各类IMS 业务能力引擎平台、业务应用服务器平台及业务能力开放网关构成。

IMS 接入和终端网元:IMS 接入网元是指可支持传统POTS 话机接入、网络上行协议接口采用SIP 或H.248 协议的接入设备，主要包括SIP AG、SIP IAD、PON 语音模块、H.248 AG、H.248 IAD 等设备;IMS 终端是指各类采用SIP协议，通过固定或移动方式接入IMS的终端话机、软件客户端，主要包括SIP 硬终端、SIP 软终端和IMS 移动手机客户端。

IMS 可信接入设备:如果IMS 接入网元部署于运营商可控的局端或接入网机房，则该设备被视为IMS 可信接入设备，该类设备无需通过BAC 可直接接入IMS 网络。

IMS 非可信接入设备:如果IMS 接入网元部署于用户家中或运营商不可控小区楼道机房，则该设备被视为IMS 非可信接入设备，该类设备需通过BAC 接入IMS 网络。

2 电信IMS 组网架构

面对竞争激烈的移动市场，中国电信的CDMA 网络肩负着更多使命，除了普通语音业务外，中国电信更看重视频业务，而IMS 将能够为中国电信用户提供更加优秀的移动视频业务体验。此外，IMS 还可以实现业务嵌套与业务能力开放，对于逐渐被管道化的电信运营商来说，这两种能力是实现智能管道的必备条件。

图1 IMS 系统架构示意图

IMS 技术对控制层功能做了进一步分解，实现了呼叫会话控制功能(CSCF，Call Session Control Function)和媒体网关控制功能(MGCF，Media Gate-Way Control Function)在功能上的分离，使网络架构更为开放、灵活，所以IMS 实际上比传统软交换更“软”。

图1为中国电信IMS 网络系统架构，重点网元包括:

(1)CSCF(Call Session Control Function):是P-CSCF、ICSCF、S-CSCF的统称。

(2)P-CSCF(Porxy-CSCF):是IMS用户接入IMS 网络的入口节点，主要负责信令和消息的代理。

(3)I-CSCF(Interrogation–CSCF):是各个IMS 归属域的入口节点，负责用户注册S-CSCF的指配和查询。

(4)S-CSCF(Serving-CSCF):是IMS 网络中的中心节点，提供注册服务、会话控制、相关的选路和业务触发等功能，并维持会话状态信息。

(5)HSS(Home Subscriber Server):负责存储IMS用户的相关信息及其相关业务信息。

(6)ENUM/DNS:ENUM 服务器处理S-CSCF、P-CSCF、AS的查询，将Tel URI 中的E.164 地址翻译成在统一IMS 核心网中可路由的SIP URI;DNS 服务器主要提供域名查询服务，P-CSCF、S-CSCF、MGCF 等设备可以直接查询DNS 获得被叫或注册用户归属域的I-CSCF 地址;通过查询指定网元的标识得到该网元的实际IP 地址。在IMS 核心网内ENUM服务器与DNS 一般合适于同一物理实体上。

(7)MGCF(Media Gateway Contorl Function):提供IMS与PSTN、软交换、C 网CS域互通时的信令转换与控制功能。

(8)AGCF(Aceess Gateway Control Function):负责H.248方式接入的网元(PON、AG、IAD)接入IMS。

(9)BGCF(Broader Gateway Control Function):BGCF 主要用于IMS 网络与PSTN、软交换、C 网CS域互通时进行MGCF的选择。该网元实体一般与S-CSCF 合设。

3 组网原则

为满足IMS 业务的承载需求，应遵循以下组网原则:

(1)IMS 核心层和业务层网络依托中国电信IP 综合承载网进行构建，通过IP 综合承载网的NGN VPN 实现核心层和业务层网元间的互访。

(2)IMS 核心层及业务层网元的业务口统一在IP 综合承载网NGN VPN 内接入，在信令和媒体层实现与移动核心网和业务平台的互通;IMS 核心层及业务层网元的网管口和IMS 网管系统统一在IP 综合承载网NGN MGNT VPN 接入，在网管层面实现网管系统对网元的管理;IMS 核心层及业务层网元的IT 口统一在IP 综合承载网IT VPN 接入，通过IT VPN 与DCN 间的互联实现IT 口与集团、省两级IT 支撑系统的互通。

(3)BAC应直接接入到MCE，用来汇聚IMS 非可信接入终端的信令和媒体信息，在PI-0 VPN 接入用来汇聚互联网软硬终端和通过CTNET 无线接入的终端的流量，在PI-1 VPN 接入用来汇聚通过CTWAP 无线接入的移动终端的流量。

(4)IMS 核心层网元的业务口、核心层及业务层网元的IT 口直接接入到MCE 上，其中IT 口也可以直接接入到DCN设备上;IMS 核心层和业务层网元的网管口需经过开启三层功能的交换机汇聚后接入到MCE，用于网管汇聚的交换机应尽量专用;IMS 业务层网元的业务口和互联网访问口需经过开启了三层功能的SCE 汇聚后接入到MCE，其中，出于安全考虑，IMS 业务层网元的互联网访问口需经过防火墙再接入到MCE。

(5)原则上IMS 网元使用现有的MCE 资源进行上联，如果现有MCE的端口资源不足，可以考虑在省会或者省第二城市新增一对MCE。如果MCE 需要新增，在试点实施中可以考虑利用IMS 系统自带的SCE 接入部分IMS 核心层的业务口，在新的MCE 部署到位后，再割接到新的MCE 上。

4 IMS 核心层及业务层网元接入要求

(1)IMS 核心层网元的业务口、核心层及业务层网元的IT 口直接接入到MCE 上，其中IT 口也可以直接接入到DCN设备上;IMS 核心层和业务层网元的网管口需经过开启三层功能的交换机汇聚后接入到MCE，用于网管汇聚的交换机应尽量专用;IMS 业务层网元的业务口和互联网访问口需经过开启了三层功能的SCE 汇聚后接入到MCE。

(2)在具备能力情况下，MCE 与IMS 核心层网元的业务口互联优先采用模式一:网元采用逻辑地址对外提供服务，采用静态路由+BFD方式实现负载分担;在不满足模式一情况下，采用模式二:通过VRRP 实现主备倒换。

(3)若通过汇聚三层交换机接入，为避免光路单通，三层交换机和MCE 间起OSPF 协议，MCE-MCE 间启用OSPF，MCE 配置静态粗汇总路由注入OSPF 进行路由引导，避免BGP 路由注入OSPF。

图2 核心层及业务层的接入示意图

5 IMS 接入及终端网元的接入与组网要求

IMS 接入及终端网元根据是否需要通过BAC 接入可以分成两大类，一类是通过城域网VPN 固定接入的可信接入设备，另一类是非可信接入设备。非可信接入设备按照接入方式的不同又可细分成三种类型，一类是通过互联网方式(含固定接入、CTNET 接入、WIFI 接入和其他运营商的无线接入方式)接入的IMS 软硬用户终端;一类是通过中国电信CTWAP 无线方式接入的IMS用户终端，如VT 终端;一类是中国电信固定接入的IMS用户终端，如内置IMS 终端的家庭网关或IAD、PON的语音模块。

5.1 IMS 可信接入设备的接入及组网要求

对于有IP方式固网软交换的城域网，比照固网软交换可信接入设备的接入方式实现IMS 可信接入设备在城域网内的接入。对于无固网软交换的城域网，通过NGN VPN 在城域网延伸方式接入IMS 可信接入设备。

图3 IMS 及终端网元的接入示意图

5.2 非可信接入设备的接入及组网要求

(1)BAC 根据用途的不同可以分成三类:第一类是汇聚互联网(PI-0)软硬终端的BAC，第二类是汇聚通过CTWAP无线接入的移动终端(VT 终端)的BAC，第三类是汇聚固定接入终端的BAC。在BAC 部署时，三类BAC 可以根据具体情况进行物理合设或分设。

(2)鉴于到互联网接入的软硬IMS 终端属地归属特性不是很强，所以会以省为单位部署BAC 汇聚这部分终端的业务流量。

(3)对于CTWAP 无线方式接入的移动终端(VT 终端)，考虑到PDSN是以省为单位进行集中部署的，因此仍会采用以省为单位部署BAC 汇聚这部分终端的业务流量。

(4)对于固定接入的IMS 终端，都分布在城域网内，考虑到初期业务量不是很大，因此会在试点阶段BAC 采用以省为单位进行部署，随着这类终端在城域网内的大量部署，可以考虑在试点后把这类BAC 逐步下放到城域网进行分散部署。在一个省内，可以支持部分地市以省为单位部署BAC，部分地市BAC 下放的混合模式。