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利用IMS技术实施组网方案探究

范文

程峻岭

【摘要】 ? ?IMS（IPMultimediaSubsystem）是基于IP技术基础上采用的一种主流多媒体网络架构，译为IP多媒体子系统。是由3GPP/3GPP2/IEEE等国际标准化组织在早期移动R5版本基础上重点提出并且形成标准。归根结底IMS是一种网络架构，一经论证并且纳入软交换系统框架下，就能够同时具备固定、移动接入能力。对于传统通信运营商来说，采用IMS技术对通信交换网络持续演进实施探究，能够最大程度的整合固网、移动网形成一张“全能网络”，有利于实现各种接入形式兼容，极大提升电信运营商多媒体融合业务的支撑能力。本文根据安徽电信IMS网络建设、组网的推进并实现商用的实际情况，就采用IMS技术实施组网方案进行探讨，为通信运营商大规模商用提供有益的探索。

【关键词】 ? ?IMS ? ?组网 ? 网络架构 ? ?业务融合

引言

随着通信新技术的快速变革，各种个性化、差异化、智能化通信业务需求日益强烈，传统TDM交换、软交换网络承载能力过弱，业务提供能力有限，亟待演进到下一代IMS网络。与此同时，全球互联网技术发展浪潮汹涌，推动传统电信运营商面对一系列需要解决的问题，尤其是新兴互联网业务的快速规模发展对传统电信业务构成了严峻的挑战。目前微信等互联网业务正在逐步改变用户的通信使用习惯，传统电信运营商面临着沦为流量管道的可能，全业务部署与推进IMS建设、组网与商用，是应对挑战的关键抉择，有鉴于此，采用IMS技术推动下一代交换网络组网商用并且实现多媒体业务融合已经成为必然趋势。

一、IMS的定义、技术及主要特点

IMS是一种全新的提供多媒体业务模式。目前，IMS技术在业界被公认为是演进到下一代网络的主流技术，它能够提供更丰富更智能的多媒体业务满足市场、客户不断增长的需求，也是统一构建固网、移动网为同一平台，集中提供语音、数据、视频等融合业务的最佳方式。IMS主要涉及IP技术、Multimedia技术、Subsystem技术。

IMS系统采用的是开放式网络架构，在技术上对控制层功能进行了进一步分解，实现了会话控制实体CSCF和承载控制实体MGCF在功能上的分离，使网络架构更加开放，配置业务功能灵活，实际上，也比传统软交换更"软"。它的技术特点主要有：1、归属地控制，呼叫控制和业务控制都是归属地网络完成，保证了业务提供一致性，容易实现私有业务平滑扩展，促进归属地运营商积极开发、提供吸引客户的各类业务，和传统软交换拜访地控制完全不同。2、接入无关性，支持多种固定/移动终端及设备独立接入网络，支持移动无缝切换和业务连续使用，为全业务运营提供了便捷。3、业务提供能力，打破传统业务条框部署模式，与控制层面完全分離，有利于灵活、快速的实现各种业务应用并推向市场，更利于实现业务融合，实现开放的业务提供方式。4、开放业务网络能力：与现有网络相比，IMS完全构建在IP系统架构上，业务应用更加灵活多样，业务能力更加稳定高效。

二、IMS整体架构、组网方案

2.1 整体架构

在安徽电信IMS网络中包括华为大区和中兴大区，核心网：IMS CORE核心设备均部署在省会合肥三个核心机房。主要网元包含： P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、HSS、SLF、DNS/ENUM、MRFC、MRFP、CCF、MMTEL AS、MGCF、AGCF。接入网：在每个本地网设置一对本地BAC设备，在省中心设置一对漫游BAC设备，分别用于本地IMS不可信终端以及全省可移动终端的呼叫代理。

2.2 信令媒体组网方案：

核心机房信令媒体组网实施如下：

1、每个网元单独开启一个VLAN，保证二层隔离，避免相同VLAN内的广播风暴和一些病毒相互传播感染。2、各网元的网关在信令汇聚交换机8905上，两台8905分别采用2条GE组成的链路捆绑，连接到CN2的CE交换机。两台8905和CN2的CE之间采用静态路由+BFD对接（为避免出现端口挂死的问题）。3、两交换机8905之间采用2条GE链路组成的链路捆绑（即Smartgroup）进行对接，相互备份，避免出现单条链路突发中断，导致VRRP切换。 4、两台8905之间采用OSPF协议，重新分布直连或静态路由。启用OSPF的目的：实现对上行链路的备份，例如8905和CE1之间链路出现中断，那么此时8905-1的数据流会通过OSPF的收敛，会将数据发生到8905-2上。5、如果在8905上接入了媒体和信令，那么需要在8905上配置Multi-VRF功能，隔离媒体和信令。如果信令和媒体分开，则无需配置Multi-VRF。上图中是媒体和信令分离，上图中红色的线条表示媒体，蓝色线条表示信令，媒体直接接入CN2的CE，而没有接入到8905上。6、 CN2侧的CE，需要配置静态路由+BFD指向8905;CE侧启用静态路由+BFD的网元包括：MGW媒体 MRFP媒体;7、 MSG9000媒体接口板直接通过光纤接入CE，启用VRRP 8、信令汇聚交换机8905需增加静态路由+BFD的网元有：HSS信令/MGCF/MGW/MRFP; 8905增加静态路由+VRRP的网元有：PCSCF/ICSCF/SCSCF/MMTEL/AGCF;8905不需要增加静态路由，由网元的接口地址ARP代理功能响应8905的ARP应答的网元有： CCF、ENUM、DNS、HSS数据同步等。

2.3 网管组网方案：

核心机房网管组网实施如下：

1、CSCF/SSS/AGCF/MGCF、HSS、MGW、MRFP、SSF/MSG9000、EDS、EMS网元之间采取vlan隔离，保证系统安全。主要用来防止多个网元在同一vlan相互病毒感染，广播风暴等。2、各个VLAN的网关在3952上，在3952上开启VRRP功能，VRRP的心跳线在2台3952之间的链路上。3、2台3952之间采用2条GE链路组成的链路捆绑（即smartgroup）进行对接，相互备份，避免出现单条链路突发中断，导致VRRP切换。4、两台3952A之间采用OSPF交互，重分布静态路由，建议所有VRRP组VRRP协议报文配置为2S一个，OSPF hello消息时间间隔定义为1S，BFD报文间隔150ms发3次。

2.4营帐/计费对接方案

营帐/计费对接实施如下：

1、网元营帐和计费分离，即启用不同的VLAN，保证系统安全。主要用来防止营帐网络和计费网络之间的广播风暴。2、各个网元的网关在3952上，在3952上开启VRRP功能，VRRP的心跳线在2台3952之间的链路上。3、2台3952之间采用2条GE链路组成的链路捆绑（即smartgroup）进行对接，相互备份，避免出现单条链路突发中断，导致VRRP切换。4、防火墙与MCE之间运行静态BFD+静态路由方式。

站点BAC/MGW对接实施如下：

1、BAC分成核心网侧和用户侧，其中核心网侧，采用口字形构造直连到CE，使用静态路由+BFD的形式。BAC用户侧，采用口字形结构直连到SR，使用静态路由+BFD的形式。

2、 BAC对核心网侧和用户侧都分别起信令loopback地址和媒体loopback地址，作为BAC分组group业务使用。且为实现用户分区接入，BAC上需要对应区县启用多个信令和媒体loopback地址。

3、各个站点配置一对5928E，连接网管。各个BAC/MGW的网关在5928E上，在5928E上开启VRRP功能，VRRP的心跳线在2台5928E之间的链路上， 5928E配置静态路由（或根据地市情况起2层）接入DCN。

4、2台5928E之间采用2条GE链路组成的链路捆绑（即smartgroup）进行对接，相互备份，避免出现单条链路突发中断，导致VRRP切换。

5、各地市MGW承载网信令通过SIPI直接出网线到CN2，使用静态路由+BFD的形式，媒体直接通过GIPI通过光纤连接到CN2，静态路由+BFD城域网。

以上利用IMS技术构建了安徽电信IMS整改架构，从核心机房信令媒体组网、核心机房网管组网、营帐/计费系统对接、站点BAC＼MGW对接五个方面，具体阐述了IMS组网的详细步骤，目前整个网络已经完成建设、组网，投入商用，对现有业务运营实现了升级换代。

三、IMS网络过载控制分析

无论是基于TDM的传统交换网，还是基于IP的分组交换网，在交换网络架构的更迭和功能的演进过程中，需要重點关注网络负荷是否过载，控制策略是否科学。日常通信网络运行过载的基本原因是初期规划、设计、建设容量不能满足日益发展的业务需求，由于受到城市发展，人口流动等不确定因素影响、建设项目成本以及用户消费习惯不确定性的制约，现有运行网络负荷容量很难一直保证用户的各类业务变化、增长需求，一旦出现网络负荷峰值且持续时间较长，整个网络运行处理能力出现明显下降，用户服务质量（QoS）很难确保实现。所以，如何进行高效管控网络环境负荷过载，是各种信息网络（IMS网络）亟待需要解决的焦点。

目前，利用IMS技术进行组网后，在网络中主要使用用户媒体和控制信令两类数据。用户媒体数据是用于传输和交互相关信息内容，具有传输数据量大、传输时延长;控制信令数据是用于控制各类用户终端与网络通信设备，或者不同网络通信设备之间的交互信息，由于随机性强、传输数据量小、传输时延短，由此保证了不同通信设备之间能够实现快速交互。

IMS网络主要在应用层采用SIP协议控制信令交互，当采用TCP传输时，TCP协议能够保证可靠的消息传输和网络拥塞控制;当采用UDP传输时，SIP协议能够完保证消息的可靠传输和网络拥塞控制，高效采用TCP协议或UDP协议实施传送数据。确定选用UDP传输数据时，在事务层中SIP协议设置多个SIP消息重传定时器，每发送单条请求消息就会同步启动一个重传计时器。一旦在指定的时间内没有收到前面请求返回的响应消息，它会自发请求重新传送该消息，进一步提高传输的可靠性，因此当主机每次发送单个请求消息后，可能需要对请求进行多次重传后才能收到回送的响应消息。SIP协议定义就是一个可以请求重传消息，不同次之间的时间间隔成倍增加，就是首次重传请求与初始请求之间的间隔为0.5秒，二次与首次重传请求之间的间隔为1秒，按此类推。采用这种简单拥塞控制，能够有效地减小重传请求对网络负荷的影响。由此看出，与TCP协议采用的拥塞控制机制相比，SIP协议采用的既不能迅速对网络拥塞做出反应，也不能根据拥塞反馈及时调整消息传输速率。因此，在IP网络中，与基于TCP或者RTP传输的媒体数据相比，基于UDP传输的SIP信令协议数据能够占用更多的网络带宽资源（因为当网络发生拥塞时，基于TCP或RTP的数据流会减小数据发送速率，而基于UDP的S1P消息不会减小数据发送速率）。这种方式是合理的，因此网络需要对信令协议提供较高的优先级。

综上所述，采用IMS技术进行下一带交换网络组网演进，制定通信网络负荷过载控制策略，为传统通信网络运营商提供了的全能力和全业务融合的发展前景，因此备受青睐。本文结合安徽电信IMS实际情况，从IMS定义、技术特点、整体架构、具体组网方案、负荷过载控制的角度来浅析IMS技术对下一代交换网络组网的深远影响，旨在努力提升安徽电信IMS的建设、维护和商用水平。伴随着通信市场智能业务强劲需求、用户承载规模化，IMS网络技术需要不断地演进和优化，以适应市场需求。

参 ?考 ?文 ?献

[1]孔亚青，胡笑斌.浙江电信IMS网络规划建设方案解析[J].电信技术，2014，S1

[2]王伟.IMS核心网发展策略探析[J].科技展望，2015，23

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