IMS业务能力开放在电力通信网络中的应用研究

邹 谊，袁 翔，张 岩



IMS业务能力开放在电力通信网络中的应用研究

邹 谊1，袁 翔2，张 岩1

(1. 国网信息通信产业集团北京国电通网络技术有限公司，北京 100761；2. 北京邮电大学网络与交换技术国家重点实验室，北京 100876)

IP多媒体子系统（IMS）是下一代交换网络演进的核心方向，是解决话音、视频、数据融和的核心方案。本文通过对现有电网接入方式进行的研究，结合当前电力系统通信网络信息化建设新的需求，阐述了将IMS业务能力开放应用到建设下一代融和的电力通信网络中的可行性，为电网未来信息化建设提供了新的思路和参考依据。

IMS；业务能力开放；电力系统；通信网

0 引言

适用于电力系统的语音通信网络是电力网络行政系统和调度系统的基础支撑，维持着电网安全、稳定的运行。为了保障电力系统内部调度的通信，国家电网公司于上个世纪80年代开始组建通信专网，后来为了公司内部行政的需求，又组建了行政专网供公司内部行政使用。经过近几十年的发展，国家电网公司内部形成了以电路交换技术为主，部分采用软件交换技术的调度与行政网络[1-6]。另外为了保障通信的可靠性，电网系统的通信网络还与公众电信网络存在互通，实现专网与公网之间的通话。

由于电力系统通信网络组网时间较为久远，网络设备多采用程控交换机，导致出现维护困难，以及维护费用高、与现有的公网通信存在互通效率低等问题。并且基于电路交换技术的数据传输速度低，对于部分数据速率要求更高的业务并不能通过电路交换网络来提供，所以基于数据业务、视频多媒体业务的承载需求，国家电网公司又陆续组建了专线网、广域网等业务网[7-10]，造成了内部通信网络互相割裂，难以互通，可维护性差，这些问题严重地制约了电力通信网的信息化建设。

随着网络技术的不断发展，传统以电路交换技术为主的电力通信网络逐渐向以分组交换技术为核心的下一代网络（NGN）演进。IP多媒体子系统（IMS）作为NGN的重要解决方案，其基于IP的特性，使其有具有天然的语音、数据、视频融合的能力[13]。IMS通过定义标准的基于SIP的ISC接口，实现了业务层与控制层的严格分离，由于这种业务与控制完全分离的机制，使得IMS网络的业务开放能力远胜过PSTN网络，并且IMS在设计之初就考虑了对移动性的支持，也让其成为解决移动与固网融和的重要方式。

IMS的引入为现有电力通信网络的融合带来了新的思路，其业务能力开放的特性使得新的业务更容易开发和管理。本文通过对IMS业务能力开放的分析，以及对能力开放模式的研究，结合电力通信系统的实际通信需求，讨论了电力通信系统中如何应用这些开放能力，以及如何利用基于IMS网络业务能力的开放构建电网下一代电力信息系统，为电网信息系统的演进和建设提供参考依据。

1 新一代电力通信网络的业务需求分析

随着下一代电信技术的发展，国家电网公司于2009年提出了统一坚强电网的研究、规划和试点建设，该规划基于现有通信技术的优势，结合当前电力系统内部新的管理和业务需求，提出了采用下一代网络技术构建下一代电力调度通信系统和行政交换系统。IMS技术作为核心技术被引进了电力系统通信网络的建设。

IMS技术的引入，使得现有的电力通信系统不断向着融合化、智能化、宽带化的方向发展。一方面可以把当前异构的电力通信网络进行融合，从而使得电力通信网络变为一个可管理的整体，使其更加容易维护。另一方面，通过对IMS业务开放能力的利用，使得电力系统可以更加方便和快捷的利用IMS网络能力开发新的业务。

IMS技术的引入，也使得电力通信网络在业务上出现了新的融和与创新需求。这种新的业务需求的出现对IMS业务能力开放提出了更高的要求。为了满足新一代电力调度通信系统和行政交换系统的建设，IMS业务能力开放应考虑如何满足以下需求。

（1）融合语音、视频、数据的多媒体通信

现有的电力系统的语音、视频、多媒体通信业务由不同的网络进行承载，这就造成了综合业务接入能力差，网络运营成本高等问题。音频一直以来被认为是最重要的通信手段，而视频能力有着较好的直观性，有利于较直观的进行交流。随着坚强电网的发展，电力系统对音视频类多媒体承载需求不断提高。其不仅需要满足音视频业务的高质量、高稳定、灵活切换而且需要支持多种不同终端的接入方式，从而满足在智能坚强电网协同办公、生产调度等不同业务场景的需求[14]。

（2）统一的视频监控应用

在输变电的环节，输变电视频监控是调度系统以及其他辅助系统的重要支撑，保证着电网的安全稳定运行。目前，各个网省、地市在不同时期根据自身对视频监控的需求，在部分变电站、输电线路、机房等局部环境中已经建立了视频监控系统，但是现阶段的视频监控系统由于采用多家厂商设备，各个设备之间互不统一、各个系统之间互不相通，资源互不共享，以至于难以对监控信息进行统一的管理和操作。从长远需求来看，需要从根本上改变现有视频监控系统信息采集、信息处理、传输、系统控制等的方式和结构，建设统一的视频监控应用，实现对全网资源进行统一的管理，为电网状态监测系统、应急指挥系统统一建设提供视频数据源。

（3）稳定的数据协同业务

电力信息通信系统是维持电网稳定运行的核心，其构建需要各个系统之间的协同配合。现有的电力系统的各项业务是建立在不同结构的网络之上的。各项业务之间的接口标准不统一，业务之间的通信需要大量的信息转换的环节，这些都大大降低了系统的运行系效率。采用IMS技术构建的信息通信调度系统应该实现数据与业务分离，各个系统之间应该有着标准的业务开放接口，从而加强各系统之间的数据协作，实现电力系统指挥协调能力、资源调度能力、应急处理能力、安全管控能力、分析预测能力的全面提升，提高电力系统管理的效率。

（4）统一的数据管理和维护

随着智能坚强电网建设的深入开展，各部门对于数据共享和融和通信有着更高的要求。现阶段，由于电力通信网的割裂，导致各种信息来源相对独立，数据管理分散，很多数据不能及时在其他系统中得以展现，造成某一个业务需求可能需要业务人员频繁切换多个系统，降低了办公效率。为了解决此问题，新一代采用IMS技术的电力通信系统需要采用开放标准的架构整合现有的通信资源和业务流程，对信息采用统一的管理和维护，从全网范围内解决数据共享分发的问题，并且促进整个行政系统以及调度系统的数据统一融和。

2 IMS业务能力的开放方式分析

综合上述分析，随着电力通信系统的IMS建设不断深化，围绕IMS业务能力的诸如指挥调度系统、视频监控系统等各项应用需求不断展开，各业务对IMS开放能力的要求不断加深。为此需要探索开发新的IMS业务能力和IMS业务开放模式，为新业务的开发提供有力的支持。

2.1 IMS开放业务能力分析

IMS业务能力是在IMS网络的基础之上由IMS网络实体共同提供的，IMS业务能力开放是指在可控可管理的基础之上开放这些业务能力给予第三方或者自身业务方使用。IMS可以开放的业务能力一般分为两类：一类是网络和应用平台提供的基本能力，包括基本呼叫、多媒体呼叫、信息推送、终端状态查询等，以及由这些基本能力构成的增强能力，包括会议、传真、点击拨号等能力；另一类是IMS终端所提供的能力，包括本地应用管理、通讯录服务等终端能力，呼叫、定位等终端网络交互能力，以及涉及到用户个人数据的用户画像[11-12]。这些业务能力都可以通过对IMS网络进行抽象得到，并且通过可控的模式向业务方提供。

2.2 IMS业务能力开放模式

IMS能力开放模式是指对IMS业务能力开放的管理，通过设计不同的开放模式来满足不同等级开发者的需求，有利于各层次开发者在统一的IMS核心网的基础之上迅速开发自身业务。并且通过对多层次IMS能力的开放，使得通信网络有着更好的安全性、稳定性。

IMS业务能力具有三种开放模式，三种开放模式的对比见表1所示：

（1）SIP能力开放，具体是指开放IMS网络SIP交互的能力，使得业务方能够直接基于SIP协议开发业务，并且业务直接通过SIP协议与IMS核心网进行交互。这种开发模式要求开发人员有着较好的网络协议开发经验，并且由于直接开放核心网的能力，使得业务使用过程会对核心网的安全稳定造成影响，网络安全需要业务方和网络维护方共同负责。

（2）SDK能力开放，具体是指使用SDK控件屏蔽IMS核心网底层的复杂SIP协议，把IMS中各种业务能力封装成程序包，从而满足开发者的基础开发要求。此种模式下，业务通过SDK控件直接与IMS核心网交互，由于其交互模式已经由SDK控件限制，所以网络的安全性和稳定性由网络维护方和控件开发方共同维护。

（3）WEB服务模式，具体是指把IMS核心网的业务能力按照一定的接口规范封装成WEB接口供业务方使用，例如面向 Parlay X 的 RESTful 约束规范，可向业务方提供开发诸如短信、彩信、支付等应用的WEB接口。使用这种开方模式时，业务开发者只需关注被提供的接口使用模式，而无需关注协议细节方面，从而专心于业务逻辑的开发，并且网络的安全稳定也能得以保证。

3 适用于电力通信需求的IMS业务能力开放平台架构

下一代电力通信网的构建应该围绕业务为中心，以业务能力管理、业务能力开放、业务能力融和为目标。通过逐步改造现有通信网络的方法实现电力通信网络的IMS化，使之成为一个网络架构开放、业务能力易开放、业务易实现的IMS融和网络。融合后的一种电力通信网络应用平台架构如图1所示。

（1）基于IMS网络实体构建的智能电网通信层

智能电网通信网的IMS改造有一个平滑过渡的过程，故需要对电网通信系统的PSTN、IP网、软交换网等网络进行接入。由于IMS是采用基于网关的网络互通方案，使得IMS的接入方式不仅仅是有线网，还可以是无线WLAN、蜂窝移动等方式。正是这种与接入无关的特性，使得国家电网公司复杂的异构网络能够汇集到电力通信系统的IMS核心网。在电力通信系统核心网之中，通过使用SIP协议进行呼叫控制，用来建立、修改、终止IP网上的双方或者多方的多媒体会话[15]。从而完成呼叫控制、安全管理、业务触发、资源控制、网络互通等网络核心功能。相比其他协议，SIP协议是基于IP网络的，其对多媒体业务有着很强的支持性。正是因为这种基于IP的特性，使得以SIP协议为核心的电力通信系统IMS核心网有着易于扩展和伸缩的特性，从而满足各种网络融合接入的要求。

表1 IMS业务能力开放模式对比

Tab.1 Comparison of IMS service capability open mode

图1 基于IMS的电力通信网络应用平台架构

（2）业务能力开放构件层

该层由两部分构成。第一部分是业务能力抽象，为业务能力开放管理平台提供基础支撑。该层通过各种应用服务器汇集电力通信系统核心网络的能力，抽象出如调度服务、即时消息、文件传输服务、话音服务、多媒体服务等诸多的业务能力。第二部分是业务能力管理，将各种服务集成到统一的总线之上，然后通过统一的接口暴露给管理平台和业务能力开放模块。该部分通过网络协议适配模块与不同逻辑实体进行通信，通过ESB服务总线实现IT/CT/互联网服务和能力的统一接入、统一开放，从而实现电力通信系统核心网络服务的管理、服务的开放以及系统间服务的调用，达到电力通信系统核心网络能力的统一管理和开放。而管理平台通过接入ESB服务总线，统一的对使用业务能力的单位进行权限认证、授权和对IMS提供的业务能力进行管理。与此同时业务开放模块通过接入ESB，向上提供三种等级的业务开放调用。通过对开放模式的划分有利于电力系统内部业务的开发，以及对这三种模式所定义的不同安全性的维护。

3）业务实现层

该层通过由接入业务能力所管理的业务能力开放模块进行业务的开发。对于电力系统内部的支撑性业务，例如指挥调度系统、呼叫系统、95598呼叫服务等，可以通过使用SIP能力开放模式进行细粒度的开发。对于电力通信网中的三方业务，可以通过WEB API的方式进行开发，从而通过对业务能力不同开放模式的使用，提高了电力通信网络整体的安全性和稳定性。

由于当前电力系统内部通信业务复杂，对于IMS业务平台的部署则需要按照一定的需求，循序渐进部署IMS业务平台。总体来说可将IMS业务平台的部署分为两个阶段，第一阶段是针对需求度最高的业务（比如基本话音业务、基本数据业务）部署成熟的、通用型的IMS统一通信应用业务平台。第二阶段则应充分利用IMS开放平台架构的特色，根据各个部门具体的生产和办公需求，快速、低成本开发部署适应国家电网公司特色应用的业务平台，并且进一步提升第一阶段的业务质量。通过此种IMS业务平台的部署方式，可以实现国家电网公司各项业务在IMS网络上的平滑演进，同时增加了业务之间的联系，增加了新业务开发的灵活性。

4 结语

文章分析了当前IMS业务能力以及业务能力开放的几种模式，结合电力通信网络的发展现状，以及未来建设智能坚强电网的业务需求，提出了基于IMS网络的业务能力开放属性在电力通信网络中的应用方式。通过该应用方式对IMS网络能力进行有效的聚集和管理，提高了智能电网中新业务的开发效率，为电力通信网络的下一步演进以及电力调度通信系统和行政交换系统的改进提供了参考依据。

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Research on the Application of IMS Service Capability in Electric Power Communication Network

ZOU Yi1, YUAN Xiang2, ZHANG Yan3

(1. Beijing Guodiantong network technology co., LTD, State Grid Information & Telecommunication Group 100761, Beijing, China;2. Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing University of Posts and Telecommunications 100876, Beijing, China)

IP Multimedia Subsystem (IMS) is the core of the next generation of switching network evolution, it is the key to realize the integration of voice, video and data. In this paper, the existing power grid access mode is researched on. Based on the demand of current power system communication, we expound the feasibility of applying IMS service capability to the next generation of power communication network. It provides a new idea for the future information construction of power grid.

IMS; Open business capabilities; Electric power system; Communication network

TN915.43

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.04.001

国家电网公司科技项目“IMS交换网业务创新及支撑系统的应用研究”(SGJSXY00XDJS1600213)

邹谊(1965-)，男，高级工程师，主要研究方向：电力通信技术研究及管理；袁翔(1993-)，男，硕士研究生，主要研究方向为网络智能化及电力通信技术研究；张岩(1983-)，男，助理工程师，主要研究方向为从事电力通信技术管理。

本文著录格式：邹谊，袁翔，张岩. IMS业务能力开放在电力通信网络中的应用研究[J]. 软件，2017，38（4）：01-05