采用IMS发展Internet用户的解决方案

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        本文付费下载自CNKI论文期刊网。发表自《中兴通信技术》2012年08期。【作者】 朱蓉俊；

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【机构】 中兴通讯股份有限公司；

【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PushAS、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；

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（IPPBX）、综合业务接入设备(IAD)，SIP协议（非IMS标准）的IPPBX、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WinPC、MacPC、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(SSFAS)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SIPSTN@Domain、TELSTN，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MMTELAS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。

1.2 PUSH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PUSHAS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。

图2 未注册软终端的被叫过程

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PUSHAS，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

MMSTEL 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。

图3 预付费业务实现流程

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。

图4 运营支撑系统

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。

表1：放号用户数

图5 按周统计的用户增长趋势

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、SIPIMPU数、TelIMPU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2181，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32760，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。

图6 A类号码申请率趋势

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。

图7 C类号码申请率趋势

在业务开展一段时间后，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0.023Erl，24小时平均话务量约为0.0099Erl。Internet在线用户的峰值话务量约为0.024Erl，24小时平均话务量约为0.0122Erl。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。

图8 Internet用户一天的在线比例

图9 Internet用户一天的话务变化

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。

图10 按小时统计的净增加用户数

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1000万的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。