固定专网用户IMS接入方案研究

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【作者】 李鹏；

【机构】 中国铁通集团有限公司技术与计划部；

【摘要】 目前,如何对现有固定专网进行设备更新改造及网络演进已成为非常急迫的问题,采用IMS(IP多媒体子系统)技术无疑是最符合未来网络发展和演进的方式。文章介绍IMS网络架构及固定用户IMS接入设备,通过具体实例提出现有专网用户接入IMS网络时的调整目标和调整原则,最后详细给出网络方案、路由方案、码号方案及业务解决方案。

【关键词】 固定； 专网； IMS； 接入；

当前我国电信运营商的公用固定电话交换网主要以软交换为主，作为今后固定移动网络统一融合的演进方向，IMS IP多媒体子系统网络商用试验也正在积极推进。而专用固定电话交换网（以下简称专网）目前则以PSTN公共交换电话网为主，设备在网运行时间普遍在十年以上，超过设备折旧年限部分，设备故障率居高不下。且设备厂家已逐步停止了对传统PSTN交换机的研发生产及后续的维保。已影响到专网用户的正常使用。为此对现有专网进行设备更新改造及网络演进是非常必要的。在演进过程中专网的目标网络必须满足专网用户在通信安全性可靠性和实时性方面的特殊要求，在业务能力上除了提供基本的语音业务外，还应该提供专网殊业务固定专网的演进思路有多种。本文将以某固定专网交换局为例对专网用户如何接入IMS网络的方案进行分析研究。

1 IMS

1.1 IMS网络架构

IMS是由3GPP第三代合作伙伴计划，首先提出的一个国际公认的标准化架构，随着相关标准的不断成熟，IMS得到了国内外主流运营商的一致认可。纷纷将其作为现有固定移动等分散网络向统一融合网络转型的重要方向。相比传统PSTN网络及NGN下一代网络网络，IMS具有开放的网络架构，提供了基于IP承载的与接入无关的IP多媒体控制能力。IMS采用了统一的业务触发机制、统一的用户数据库、基于SIP会话发起协议协议的业务处理方式，可以提供语音、视频、会话、多媒体会议、消息状态呈现等会话型业务及IPTV、Web与IMS融合业务等非会话型业务。IMS网络按照主要功能可划分为业务层核心控制层承载层接入层，其架构如图1所示。

1 业务层

通过集中部署的应用服务器为用户提供多媒体电话、统一Centrex、虚拟用户交换机、多媒体彩铃、融合一号通、多媒体会议、点击拨号、消息等业务所有的业务逻辑均在业务层实现业务。提供商可以通过标准的接口向网络提供服务，有利于新业务的快速生成和应用。

2 核心控制层

负责业务的会话控制，提供QoS服务质量保障和计费管理。在全IP的基础上融合固网与移动网，实现对移动网与固网的控制和业务互通。

3 承载层

提供控制与业务的通路，为IMS网络设备提供IP专网承载。

4 接入层

支持2G、3G、LAN局域网、WLAN无线局域网、xDSL数字用户线路、PON无源光纤网等多种接入技术提供接入及移动性管理。

1.2固定用户接入IMS

基于端到端的IP连接，支持多种固定和移动接入方式。其中，固定用户IMS接入涉及的设备主要包括SIP AG（SIP接入网关）、SIP IAD（SIP综合接入设备）、SIP GW（SIP网关）AGCF(接入网关控制功能)等。

1）SIP AG

SIP AG的主要功能是支持电路型业务接入IMS网络，由IMS网络向用户提供业务。SIP AG由网络侧接口与相关用户侧接口之间的一系列传送实体组成，可经由网管接口进行管理，提供用户事件（摘机、拨号和挂机等）检测、语音编解码、回声抑制、向用户发送各种信号音等功能。AG设备一般容量较大，能提供几十~几千线POTS（模拟电话业务电话）或传真设备接入，并采用多种手段保障大容量话音业务的可靠性和可维护性。

2）SIP IAD

SIP IAD主要是将用户语音、传真等需求接入到IMS网络中，由IMS网络向用户提供业务，多应用于基于宽带接入提供语音业务的场景。IAD设备一般容量较小，位于用户端，无需专门的机房。通常安装在离用户较近的地方，如楼道、家庭、办公室等。

3）SIP GW

SIP GW作为IMS用户接入层设备，主要功能是将用户语音业务接入到分组交换网络中，在分组交换网络中完成相应功能。SIP GW下行通过TDM（时分复用模式）中继接入用户已有TDM PBX（用户级交换机）；上行通过SIP协议经由SBC（会话边界控制器）转接至IMS网络。小容量的SIP GW设备可部署在集团客户内部，专门为某个集团客户的TDM PBX提供接入服务，也可集中在机房部署大容量SIP GW设备，同时为多个集团客户的TDMPBX提供接入。

4）AGCF

AGCF主要针对窄带接入设备（如H.248 AG/IAD）通过AGCF接入IMS，包括现网传统的PSTN交换机、PBX、V5/ISDN、H.323终端及原软交换SIP软/硬终端都无需改造可直接通过AGCF接入IMS，由IMS继承现网已有的基本语音业务、PSTN仿真业务、以及智能业务等。

2 固定专网用户接入方案分析

2.1 网络现状

某固定专网程控交换局（端局/汇接局/长途局混合局，共有约20000线用户）已经在网连续运行12年，是该地区专网通信枢纽。目前该局专网交换机有4个模块，其中：1#为中心主控模块，是整个交换机控制部分，并提供各局间中继，同时下挂多个窄带接入网OLT（光缆终端设备）、ONU（光网络单元设备）及TDM PBX、呼叫中心设备。2#、3#、4#模块为用户模块网络现状如图2所示。

由于设备使用时间长，机型陈旧、可维护性很差，目前用户模块的稳定性和可维护性均存在问题，自2008年以来经常出现整个用户模块用户起机无声、模块主控单元主机宕机、备机不能切换至主机从而造成模块瘫痪等故障，严重影响用户的使用。该专网交换机机型厂家已不再生产，主要控制板件已停产，后续维修板件很困难。一旦交换设备出现故障对安全影响很大。考虑到更好地为专网客户提供优质服务，需要对该交换局进行调整改造。

2.2 调整目标

虽然本案例中网络调整只针对个别局点，但其调整的思路及目标应符合固定专网整体的发展演进思路，即在网络层面上，结构更清晰，功能更灵活，引入新业务更便利实现基于全IP的多种方式的接入，整个网络可控、可管，能保证QoS。在业务层面上，能为专网用户提供更丰富的宽、窄带业务，满足用户多样的使用感受。在管理层面上，实现全网用户数据集中管理、运维集中管理、业务集中管理等目标。

2.3 调整原则

在进行具体网络调整时要注意并把握以下原则：

1）兼顾投资保护和技术进步两方面，不能为了调整而调整，也不能因为现状的羁绊而失去技术转型的机会。作为保护投资的一种手段，网络的演进应该从即将退网的交换机开始。对于尚未达到使用年限且能正常使用的交换设备、接入网络资源等，应充分利旧，减少改造投入。

2）确保满足专网系统在通信安全性、可靠性和实时性上的特殊要求。相对于公网，专网系统对通信安全、可靠、实时性上的要求更高。

3）保证专网用户业务体验的一致性。考虑到专网的安全性和业务可靠性要求，初期主要提供PSTN基本电话业务和部分补充业务，后期根据业务需求和网络情况对专网特色业务需求进行定制开发，以实现相应功能。

4）保证原有专网用户长、短号码均不改号，平滑割接入IMS网络。

5）根据专网用户业务需求及现网设备情况，采用整号段接入、整局退网割接方式部署接入设备接入IMS。新增用户按号段至少（千群位接入）IMS对现有交换局下弹性编码情况可采取集中数据库分析汇接局分析、或局间分析的方法。

2.4 方案分析

2.4.1 网络方案

由于本次改造的专网局为混合局，从尽量减少对专网路由组织调整角度考虑，需要将DC2（二级长途交换中心）下带的专网用户割接至IMS网络，DC2中继等对外连接功能保持不变。

目前，1#、2#、3#、4#模块下用户号段较离散，若单模块割接，无法对离散用户号码进行路由，因此需要将1#、2#、3#、4#模块下所有用户均割接至IMS网络。同时，IMS网络还应能够实现对新增专网用户的接入。

1）1#模块下挂的窄带接入网

可采取以下方式：a）较新型号的设备可更换主控板和上行板，并进行软件升级，升级为SIP AG设备。b）较老旧的设备则直接替换为SIP AG，上行新增IP接口连接至SBC。c）通过AGCF方式接入IMS网络。在窄带OLT和IMS核心网之间部署V5 AG，支持V5下行接口及V5UA（接入网与IP互通V5.2用户适配层协议），V5UA是SIGTRAN（信令传输）协议栈的一种协议，它使用SCTP（流控制传输协议）或其他合适的传输协议，在IP上传输V5.2消息流程。V5 AG下行通过V5协议连接OLT，上行通过H.248协议接入IMS核心网元AGCF。AGCF代理接入网内用户注册到IMS核心CSCF。接入网内用户接口方式不变。IMS核心网原S-CSCF需升级支持AGCF接入。d） TDM PBX、呼叫中心等中继接入用户可保持用户侧设备不变，通过SIP GW方式接入IMS网络。SIP GW作为接入网关完成协议转换等功能，用户PBX原有上行中继接入SIP GW，SIP GW上行IP接口通过IP城域网连接至SBC设备。

2）原2#、3#、4#模块下的用户

可通过SIP IAD或SIP AG设备接入CM-IMS（中国移动IMS网络）当用户数量较小时，可选择SIP IAD接入SIP IAD可独立设置，也可集成在ONU中。当用户数量较大时，可选择SIP AG。其中，SIP IAD和SIP AG应能够为POTS话机进行代理IMS注册。

3）新增专网IMS用户

a）采用XDSL接入方式

通过局端分离器将语音与数据分离，数据部分保持不变，接入IP城域网。语音部分接入SIP IAD/AG，并通过IP城域网连接至SBC设备。此外，还可以将XDSL DSLAM（数字用户线路接入复用器）功能模块内置到PON ONU中，通过PON接入系统进入IMS。ONU出DSL接口，采用用户原有双绞线资源和DSL调制解调器接入。XDSL接入系统应能通过BRAS/SR（宽带接入服务器/业务路由器）为用户分配IP地址，分配方式可以采用静态配置和PPPoE（以太网上的点对点协议）动态分配。

b）采用LAN/WLAN接入方式。

LAN/WLAN可直接通过SBC设备接入IMS系统，也可以通过接入路由器/AP接入用户侧ONU，通过PON接入系统进入IMS。LAN/WLAN接入系统应能为用户分配IP地址，分配方式可以采用静态配置和DHCP（动态主机设置协议)动态分配。当LAN/WLAN接入系统无法为用户分配IP地址时，应由PON接入系统为用户分配IP地址。当LAN/WLAN接入系统为用户分配私网IP地址时，应能为用户提供NAT/NAPT（网络地址转换/网络地址端口转换）功能。

c）采用PON接入方式

ONU设备内置IAD功能，以POTS接口或IP接口接入用户，ONU根据物理端口添加VLAN（虚拟局域网）标签。各类业务上行至OLT设备，由OLT设备根据VLAN标签将语音流量与数据流量分离，数据流量接入BRAS，语音流量通过IP城域网连接至SBC设备。城域网BRAS/SR设备为用户分配IP地址，根据用户类型的不同，分配方式可以采用静态配置和动态分配。

d）采用IPPBX接入方式

IP PBX应支持将POTS话机、SIP硬终端等通过PON系统或者MSTP/PTN（多业务传送平台/分组传送网）接入SBC设备。IP PBX应能为连接在其上的POTS话机进行代理IMS注册，支持SIP Digest（摘要）鉴权方式。固定专网调整改造后网络图如图3所示。

2.4.2 路由方案

割接后的专网用户与IMS域内用户之间的呼叫路由如下：

1）割接后的专网住宅用户拨打IMS域内的用户

主叫归属SBC-->主叫归属P-CSCF(代理CSCF)-->主叫归属S-CSCF(服务CSCF)-->被叫归属I-CSCF（查询CSCF）-->被叫归属S-CSCF-->被叫所在地P-CSCF-->被叫所在地SBC。

2）割接后的专网办公用户拨打IMS域内的用户

主叫归属AG-->主叫归属AGCF-->主叫归属S-CSCF-->被叫归属I-CSCF-->被叫归属S-CSCF-->被叫所在地P-CSCF-->被叫所在地SBC。

3）IMS域内的用户拨打割接后的专网住宅用户

主叫所在SBC-->主叫所在P-CSCF-->主叫归属S-CSCF-->被叫归属I-CSCF-->被叫归属S-CSCF-->被叫归属地P-CSCF-->被叫归属地SBC。

4） IMS域内的用户拨打割接后的专网办公用户

主叫所在SBC-->主叫所在P-CSCF-->主叫归属S-CSCF-->被叫归属I-CSCF-->被叫归属S-CSCF-->被叫归属地AGCF-->被叫归属地AG。

2.4.3 码号方案

IMS码号系统与PSTN码号系统相比，在类型上和格式上均存在较大差别。由于码号与IMS网络中用户鉴权、寻址、业务触发、路由、开通和计费等方面均紧密相关，因此IMS需要定义一套合理完整的码号系统。

IMS用户码号系统包括IMPI（IMS私有用户标识）和IMPU（IMS公有用户标识两类标识）。IMPI唯一标识一个IMS用户，用于对IMS用户进行鉴权认证。IMPI仅在用户注册时使用。IMPU与MSISDN（移动用户号码）、PSTN电话号码类似，是用于呼叫寻址用户的号码。其他用户通过IMPU呼叫该用户，IMPU可以采用SIP URI（统一资源标识符）格式或TEL（固定电话URI格式），其中SIP URI能直接对IMS用户进行呼叫和路由寻址，而TEL URI则是为了保证与PSTN用户的互通以及保持一致的用户体验而引入，当主叫用户不具备使用SIP URI进行呼叫的能力时可以使用TEL URI呼叫IMS用户。此时需要IMS网络能够将TEL URI映射为SIP URI，并根据SIP URI进行路由寻址。每个IMS用户分配1个IMPI和一个或多个IMPU。当存在多个IMPU时，所有IMPU构成一个隐式注册集。

对于固定专网用户，短号在迁移之后不变，仍采用原有编码方式。将全部专网用户作为一个Centrex群，专网用户短号作为Centrex中集团短号，保持用户短号互拨的习惯，由专网专用业务平台实现长短号转换。

2.4.4 业务实现

1）基本业务及增值业务

目前，IMS网络可以支持PSTN基本语音业务及一些补充业务，如：主叫号码识别显示（CLIP）、主叫号码识别限制（CLIR）、无条件呼叫前转（CFU）、遇用户忙呼叫前转（CFB）、遇无应答呼叫前转（CFNRy）、用户未注册呼叫前转、呼叫等待（CW）、呼叫保持（HOLD）、多方通话（MPTY）、黑名单/白名单等。对一些IMS网络暂时无法支持的PSTN补充业务则需要进行相应的业务开发。而对于现有IMS网络传真业务质量较差的问题，则需要从协议、承载网及终端等方面进行改进。

在增值业务方面，当前IMS网络已有的增值业务均可供割接后的专网用户使用。

2）专网业务

对于现有专网业务（如专网特服114业务）可采用如下解决方案：a）对专网114分配对应的公网号码，如XXXXX114。b）未割接的专网用户拨打114的路由不变。c）割接至IMS网络的用户呼叫公网114时，可拨打10114，业务平台改号为XXXX114（XXXX为当地区号），路由出IMS网络，由现网根据现有路由原则进行路由。d）割接至IMS网络的用户呼叫专网114时，可拨打114，由业务平台改号为对应的公网号码XXXXX114，路由出IMS网络，由现网根据现有路由原则疏通至公专网关口局，由关口局路由至专网。

对于现有固定专网中接入网特色业务（如共线电话、2/4线音频业务等）仍由原接入网提供，理论上与IMS网络无关，但仍需进行对接测试以验证可行性。

3 结束语

当前，对现有固定专网进行设备更新改造及网络演进已变得非常急迫，而采用IMS技术无疑是最符合未来网络发展和演进的方式。但在具体实施时，则需要稳步推进。一方面因为现有IMS尚未完全成熟，在标准网络业务管理体制等多个方面均亟待完善。另一方面专网对通信安全性可靠性和实时性方面有更高的要求，也需要先期进行大量的测试验证。相信通过以上问题的逐步解决，现有固定专网最终可以实现向目标网络的平滑演进。

参考文献

1 赵飞 张文隽 .FTTH语音业务接入IMS的技术研究[J].电信科学2011915-19.

2 张智江 李永 刘洪宁 刘韵洁 .IMS业务关键技术与实现[M].北京人民邮电出版社2008.

李鹏 1974 男 高级工程师 硕士 主要负责核心网接入网等方面的项目管理工作

收稿日期2012-05-04