基于IMS網(wǎng)絡的核心網(wǎng)能力開放部署方式

邱巍，吳倩，吳海

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

基于IMS網(wǎng)絡的核心網(wǎng)能力開放部署方式

邱巍，吳倩，吳海

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

電信運營商基于已有通信網(wǎng)絡能力打造能力開放平臺，吸引第三方開發(fā)者開發(fā)更多、更豐富多彩的個性化通信服務給用戶，將為運營商帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。對能力開放的系統(tǒng)架構(gòu)、IMS網(wǎng)絡能力平臺的建設(shè)方案和能力開放方式進行分析，為能力開放實際部署提供參考。

能力開放；核心網(wǎng)；IMS

1 引言

在電信運營商傳統(tǒng)通信業(yè)務增長明顯放緩、OTT業(yè)務快速發(fā)展以及“互聯(lián)網(wǎng)+”、智慧城市等新理念提出的大環(huán)境下，電信運營商基于已有通信網(wǎng)絡能力打造能力開放平臺，吸引第三方開發(fā)者以更開放、更靈活的方式開發(fā)更多、更加豐富多彩的個性化通信服務給用戶，將為運營商帶來新的機遇和挑戰(zhàn)。

能力開放平臺通過對復雜的底層通信網(wǎng)絡能力進行能力封裝，對外提供開放的接口和一個統(tǒng)一的開發(fā)和執(zhí)行環(huán)境，支持快速引入新的應用和服務，以更低的平均運作成本提供和管理更為豐富的融合業(yè)務。

2 核心網(wǎng)能力開放方案分析

2.1 網(wǎng)絡開放能力

電信網(wǎng)絡能夠開放的主要能力如下。

· 網(wǎng)絡通信類：包括語音、視頻、短信、彩信、定位等。

· 信息數(shù)據(jù)類：包括通訊錄、用戶數(shù)據(jù)、終端信息等。

· 服務支撐類：包括營銷渠道、代收費、客服支持、終端適配、運維托管等。

· 基礎(chǔ)網(wǎng)絡與設(shè)施類：包括寬帶連接、IDC（internet data center，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）、內(nèi)容分發(fā)、存儲等。

其中網(wǎng)絡通信類、信息數(shù)據(jù)類的能力開放將更多依托核心網(wǎng)的能力。本文將對核心網(wǎng)能力開放的系統(tǒng)架構(gòu)、IMS（IP multimedia subsystem）核心網(wǎng)網(wǎng)絡能力平臺的建設(shè)方案和能力開放方式提供分析和建議。

2.2 核心網(wǎng)能力開放系統(tǒng)架構(gòu)

目前能力開放主要有以下兩種方式。

方式一：不單獨部署能力開放與管理平臺，運營商能力提供設(shè)備直接通過能力開放API向應用層提供網(wǎng)絡能力，具體如圖1所示。

圖1 能力開放方式一

此方式下，業(yè)務平臺直接與核心網(wǎng)交互，優(yōu)點是效率高，缺點是應用層與網(wǎng)絡設(shè)備直接進行適配，在網(wǎng)絡內(nèi)有多廠商設(shè)備的情況下，應用層需要適配不同廠商能力設(shè)備，并需要了解運營商網(wǎng)絡能力的實現(xiàn)機制和底層協(xié)議，對于應用層的要求較高。同時應用層與運營商網(wǎng)絡直接交互，安全性較差。本方式適合小范圍快速部署。

方式二：獨立部署能力開放平臺，面向應用層提供統(tǒng)一的開放接口，實現(xiàn)能力開放的統(tǒng)一管理以及應用層與運營商基礎(chǔ)網(wǎng)絡的安全隔離，具體如圖2所示。

圖2 能力開放方式二

方式二通過獨立的能力開放平臺將運營商基礎(chǔ)通信網(wǎng)的業(yè)務能力映射為簡單統(tǒng)一的開放接口，提供給應用層，應用層僅需通過調(diào)用該接口進行相應的應用集成和能力調(diào)用，而無需詳細了解運營商網(wǎng)絡能力實現(xiàn)機制和底層協(xié)議，對于應用層在實現(xiàn)上更為簡單。同時由能力開放平臺集中完成對能力開放的管理、鑒權(quán)、計費等功能，架構(gòu)和功能劃分更為清晰完整，適合全網(wǎng)部署。

根據(jù)目前國內(nèi)運營商實際網(wǎng)絡情況和管理要求，方式二更適合于多業(yè)務系統(tǒng)、多廠商場景下能力開放的全網(wǎng)部署，能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一開放、統(tǒng)一管理。采用方式二的核心網(wǎng)能力開放系統(tǒng)架構(gòu)建議如圖3所示。

對于各層的功能要求，本文結(jié)合目前業(yè)內(nèi)的一些研究成果和能力開放的要求建議如下。

（1）能力層

能力層由具備面向應用提供網(wǎng)絡能力的能力平臺構(gòu)成，目前可包括CS/PS/IMS/數(shù)據(jù)域/業(yè)務平臺類等網(wǎng)絡能力設(shè)備。基于能力開放業(yè)務開展應盡量減少對于現(xiàn)有網(wǎng)絡和設(shè)備的改造，避免影響現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務，能力層中的能力平臺設(shè)備不應改變其在基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡中的功能和實現(xiàn)機制。為實現(xiàn)能力開放的要求，相關(guān)能力平臺設(shè)備可通過在原有網(wǎng)元設(shè)備上疊加能力開放模塊/功能實現(xiàn)能力開放的調(diào)用，支持與能力開放平臺間的能力調(diào)用接口要求。對于由于能力開放的部署造成能力開放業(yè)務與基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡中自有業(yè)務/自有增值業(yè)務之間嵌套、沖突的情況，由于相關(guān)業(yè)務的控制在能力平臺設(shè)備實現(xiàn)，第三方應用并不了解網(wǎng)絡能力的具體實現(xiàn)機制，因此建議由能力平臺設(shè)備完成相關(guān)嵌套和沖突的處理。

圖3 獨立設(shè)置能力開放平臺的核心網(wǎng)能力開放系統(tǒng)架構(gòu)建議

（2）應用層

應用層即第三方應用，通過調(diào)用基礎(chǔ)網(wǎng)絡能力提供業(yè)務開發(fā)和應用，包括互聯(lián)網(wǎng)應用、企業(yè)ICT應用以及行業(yè)應用等。通常第三方應用并不了解基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡中相關(guān)能力的具體實現(xiàn)機制和協(xié)議，因此應在運營商網(wǎng)絡側(cè)提供相關(guān)模塊（即網(wǎng)絡能力開放平臺）實現(xiàn)對于基礎(chǔ)通信網(wǎng)業(yè)務能力的封裝，并映射為簡單統(tǒng)一的開放接口，提供給應用層，應用層僅需通過調(diào)用該接口進行相應的應用集成和能力調(diào)用。

（3）開放層

能力開放平臺位于能力層和應用層之間，既要支持與網(wǎng)絡能力平臺之間的交互，通過南向能力調(diào)用接口集成網(wǎng)絡側(cè)的能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡能力的封裝調(diào)用，又要提供面向應用的網(wǎng)絡能力開放API，實現(xiàn)網(wǎng)絡能力開放API的管理。同時能力開放平臺作為基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡與應用層間的網(wǎng)關(guān)，需要實現(xiàn)對能力調(diào)用層的安全認證、能力使用的授權(quán)和管理以及計費等功能，并完成應用層與運營商基礎(chǔ)網(wǎng)絡的安全隔離。

由于能力開放將更多面向第三方應用，因此建議在能力開放平臺上實現(xiàn)多層級的安全管控能力，防止網(wǎng)絡能力被盜用、濫用。同時能力開放平臺與應用層間的組網(wǎng)也應滿足安全防控要求，實現(xiàn)網(wǎng)絡側(cè)與應用層之間的安全隔離，避免應用層行為對于網(wǎng)絡安全造成沖擊。

根據(jù)上述分析可以看出，在采用方式二部署能力開放時，由于在能力層與應用層間增加了網(wǎng)絡能力開放平臺，因此能力開放的最終實現(xiàn)效果將受限于能力開放平臺的建設(shè)進度和能力開放平臺南向能力調(diào)用接口及北向API的實現(xiàn)效率，尤其在能力開放涉及多個業(yè)務系統(tǒng)和多個廠商的情況下，對于能力開放平臺的建設(shè)和接口開發(fā)效率、管理提出了更高的要求。

2.3 IMS能力平臺建設(shè)方案分析

從現(xiàn)階段的市場需求和已有部署案例來看，核心網(wǎng)實時音視頻業(yè)務的能力開放需求最強，可優(yōu)先發(fā)展。短信能力平臺可依托短信平臺進行升級支持。本文將以基本音視頻能力平臺建設(shè)為例，提供核心網(wǎng)能力平臺建設(shè)的方案建議。

目前對于基本音頻業(yè)務的能力開放有以下兩個方案。

方案一：基礎(chǔ)語音 AS（VoLTE AS、統(tǒng)一Centrex AS等）升級作為能力平臺，具體如圖 4所示。

圖4 基礎(chǔ)語音AS升級作為能力平臺方案

基礎(chǔ)語音AS可向IMS用戶提供基于IMS的多媒體電話業(yè)務，包括基本語音和視頻業(yè)務、補充業(yè)務（呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、呼叫保持、號碼顯示/限制、多方通話等）、傳真等。并可根據(jù)實際業(yè)務需求，配置相關(guān)模塊實現(xiàn)業(yè)務功能拓展，如配置VPMN（virtual private mobile network，虛擬專用移動網(wǎng)）業(yè)務模塊提供融合VPMN業(yè)務等。根據(jù)基礎(chǔ)語音AS支持的功能，基礎(chǔ)語音AS具備升級作為基本音視頻業(yè)務能力平臺的能力和可行性。同時由于IMS網(wǎng)絡均由歸屬域進行業(yè)務控制，因此具備向用戶提供歸屬域特色能力開放業(yè)務的優(yōu)勢。本方案要求所有呼叫控制均由 AS完成。以某運營商VoLTE用戶進行能力開放為例，由于在VoLTE部署初期4G覆蓋不足，可能會有VoLTE用戶回落至2G/3G網(wǎng)絡的場景，此時VoLTE用戶的相關(guān)呼叫如果有不經(jīng)過VoLTE AS進行呼叫控制的情況，則會造成該場景下用戶無法使用VoLTE AS提供的能力開放業(yè)務的情況，需要采用其他解決方案。如VoLTE用戶回落至2G/3G網(wǎng)絡時，其主叫由2G/3G網(wǎng)絡進行疏通，不經(jīng)過其歸屬VoLTE AS進行呼叫控制，此時在主叫側(cè)無法實現(xiàn)由VoLTE AS提供的能力開放業(yè)務。該用戶被叫時，由于該運營商采用的是被叫錨定的方式，即呼叫錨定至IMS網(wǎng)絡后，先進行VoLTE AS的業(yè)務控制，再根據(jù)SCC AS（service centralization and continuity application server，業(yè)務集中及連續(xù)性應用服務器）域選擇結(jié)果進行后續(xù)路由，由于被叫呼叫全程仍由用戶歸屬VoLTE AS進行控制，因此該用戶在被叫時仍可以使用VoLTE AS提供的能力開放業(yè)務。

方案二：SCP/SCP AS升級作為能力平臺。本方案要求能力開放的用戶均需要簽約智能網(wǎng)業(yè)務，成為智能網(wǎng)用戶。具體如圖5所示。

圖5 SCP/SCP AS升級作為能力平臺方案

SCP/SCP AS用于實現(xiàn)業(yè)務控制功能，包括呼叫控制和處理、數(shù)據(jù)與話務管理、號碼翻譯、媒體控制等，因此具備升級作為基本音頻業(yè)務能力平臺的能力和可行性。同時由于智能網(wǎng)用戶也是由其歸屬SCP進行智能業(yè)務控制，因此也可以實現(xiàn)用戶漫游場景的業(yè)務體驗一致性要求。但本方案由于目前智能網(wǎng)設(shè)備暫不支持視頻的控制和處理能力，因此如果由智能網(wǎng)SCP/SCP AS同時升級為基本音視頻能力平臺，需要智能網(wǎng)設(shè)備進行視頻功能的升級改造。同時智能網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)存在業(yè)務嵌套觸發(fā)的情況，在部署能力開放后，需考慮與現(xiàn)有業(yè)務嵌套沖突的可能性和解決方案。方案比較見表1。

根據(jù)上述分析，從VoLTE用戶的遷移趨勢以及可部署的難易度和業(yè)務應用場景的角度考慮，可以優(yōu)選基礎(chǔ)語音 AS作為基本音視頻業(yè)務的能力平臺，但需要解決部分場景業(yè)務使用受限的問題。如果采用SCP/SCP AS升級為能力平臺的方案，需要結(jié)合開放能力需求進行相應功能的升級并為用戶簽約智能網(wǎng)業(yè)務，同時需要分析研究現(xiàn)有智能網(wǎng)業(yè)務與能力開放業(yè)務嵌套的可能性和解決方案。

表1 基礎(chǔ)語音AS與SCP/SCP AS升級為能力平臺的方案比較

基于上述能力平臺建設(shè)的思路，建議綜合目前網(wǎng)絡中各網(wǎng)元的功能要求和業(yè)務需求考慮能力平臺的選擇，選擇原則建議如下：

· 設(shè)備符合未來網(wǎng)絡和業(yè)務發(fā)展需求，具備長期演進能力；

· 設(shè)備功能實現(xiàn)相對簡單，盡量避免能力開放對于設(shè)備已有功能的影響和部署；

· 同類業(yè)務的能力開放盡量在同類網(wǎng)元上實現(xiàn)，避免業(yè)務沖突或后續(xù)業(yè)務推廣時方案不一致、用戶體驗不一致。

2.4 其他能力開放拓展方式

由于IMS網(wǎng)絡的接入無關(guān)性以及固移融合網(wǎng)絡接入能力，除進行業(yè)務能力開放外，可以在終端側(cè)進一步拓展能力開放的應用范圍。

（1）SDK終端集成

目前通信網(wǎng)絡的終端主要是手機或固定電話等，通過提供嵌入式 SDK軟件包，可以將 IMS終端由傳統(tǒng)電話擴展到其他領(lǐng)域，如軟終端、電視機頂盒、攝像頭、物聯(lián)網(wǎng)終端等，使得網(wǎng)絡能力可應用在更大范圍的終端領(lǐng)域，實現(xiàn)多種終端互通，擴大網(wǎng)絡能力應用范圍。SDK集成方案的架構(gòu)如圖6所示。

應用案例1：通過在TV機頂盒集成SDK，實現(xiàn)電視屏幕與手機、游戲等多終端間的交互，提供更多終端類型和更為豐富的應用，提升和拓展用戶體驗。

應用案例2：通過在攝像頭集成SDK實現(xiàn)遠程監(jiān)控和簡單音視頻交互等，可應用在家庭和企業(yè)遠程監(jiān)控、智慧城市以及相關(guān)工業(yè)領(lǐng)域等。

SDK集成方式在實際部署中需要考慮的問題：在現(xiàn)階段，終端SDK集成通常是由核心網(wǎng)廠商根據(jù)業(yè)務需求提供，因此SDK實現(xiàn)與核心網(wǎng)設(shè)備廠商的能力開放實現(xiàn)有一定相關(guān)性。在網(wǎng)絡內(nèi)部署有多廠商設(shè)備的環(huán)境下，為保證用戶業(yè)務體驗的一致性，同類業(yè)務和功能的實現(xiàn)需要有統(tǒng)一的實現(xiàn)方案、功能要求和SDK標準。初期試用階段，為滿足業(yè)務快速上線和業(yè)務驗證需求，可以分廠商提供SDK。后續(xù)對于需要在多廠商環(huán)境使用并對于用戶體驗一致性要求較高的業(yè)務，可以根據(jù)已有商用情況編制統(tǒng)一標準，以保證用戶業(yè)務體驗的一致性。同時為實現(xiàn)對于SDK的管理和認證，建議統(tǒng)一設(shè)置終端管理平臺，完成SDK的配置、升級、認證等功能。

圖6 SDK集成方案架構(gòu)

（2）WebRTC的部署

WebRTC是一種內(nèi)嵌在瀏覽器中的高級實時音視頻通信技術(shù)，最初只是面向網(wǎng)頁開發(fā)者和使用者，無需額外插件和軟件下載即可通過互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器實現(xiàn)實時的音視頻通信能力。通過在 IMS網(wǎng)絡中部署WebRTC，將網(wǎng)絡能力開放給OTT，可以進一步拓展能力開放的范圍，實現(xiàn)IMS網(wǎng)絡與Web的互通，實現(xiàn)IT與CT的融合。3GPP在 TS23.228中定義了WebRTC接入IMS的相關(guān)架構(gòu)和流程，通過在 IMS域部署 eP-CSCF和eIMS-AGW 邏輯功能模塊，實現(xiàn)用戶通過支持WebRTC的瀏覽器接入IMS網(wǎng)絡進行實時通信。WebRTC IMS架構(gòu)（TS23.228）如圖7所示。

圖7 WebRTC IMS架構(gòu)（TS23.228）

WebRTC從用戶側(cè)提供的能力開放方式可以作為 AS北向能力開放接口方式的補充，兩者相輔相成，將為音視頻、消息等通信能力的開發(fā)提供更為靈活豐富的實現(xiàn)。

應用場景示例：在線購物實時客服，購物者與賣家協(xié)商時，可以直接通過瀏覽器進行面對面視頻溝通，查看實際貨品情況，減免誤解。此過程中，網(wǎng)購網(wǎng)站、購物者、賣家通過互聯(lián)網(wǎng) Web方式使用了運營商提供的電信級視頻通話能力，并無需相互暴露自己的私人信息（如手機號碼等），保護了隱私，也確保了實時溝通帶來的用戶體驗提升。基于IMS的WebRTC應用示例如圖8所示。

基于運營商具有傳統(tǒng)優(yōu)勢的基礎(chǔ)通信能力（如語音、視頻、消息等），WebRTC在IMS域中的部署可以為生態(tài)圈中的企業(yè)或個人開發(fā)合作者提供更為直接簡便的通信網(wǎng)絡能力調(diào)用，使各行業(yè)中基于Web的互聯(lián)網(wǎng)應用程序和軟件組件均可以像普通通信終端一樣，使用運營商提供的高質(zhì)量、高可靠性的通信能力。這也將更便于運營商通信能力開放的市場推廣，開拓和互聯(lián)網(wǎng)及其他行業(yè)的新商業(yè)模式。

由于目前 WebRTC的標準定義和產(chǎn)業(yè)鏈還不是很成熟，建議運營商可持續(xù)跟蹤相關(guān)進展，結(jié)合產(chǎn)業(yè)鏈成熟度和業(yè)務需求進一步分析引入時機。

3 部署建議

能力開放目前還處于起步和試用階段，業(yè)內(nèi)也對電信網(wǎng)絡的能力開放進行了有效的嘗試和應用，在實現(xiàn)方式上既有共性解決思路，也有個性化處理。本文對于能力開放部署的幾點建議如下。

· 在目前互聯(lián)網(wǎng)應用飛速發(fā)展的大環(huán)境下，電信運營商能力開放要獲得更好的應用和市場，除了進一步發(fā)揮運營商基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡高質(zhì)量高可靠性優(yōu)勢的同時，還要能夠滿足客戶快速、靈活業(yè)務開展的需求。因此在能力平臺建設(shè)和北向接口的實現(xiàn)上應簡單靈活、易于實現(xiàn)，以適應復雜多樣的應用需求，并減少對于網(wǎng)絡側(cè)能力平臺的頻繁改造需求。

· 在運營商網(wǎng)絡內(nèi)平臺種類多、廠商數(shù)量多的情況下，為實現(xiàn)不同廠商、不同域間（IMS、電路域、分組域、智能網(wǎng)、業(yè)務平臺等）網(wǎng)絡通信能力的協(xié)同調(diào)用和網(wǎng)內(nèi)用戶體驗的一致性，建議結(jié)合運營商能力開放總體部署需求，統(tǒng)一規(guī)劃構(gòu)建全網(wǎng)能力開放體系，通過統(tǒng)一開放出口，聚合網(wǎng)絡開放的能力，形成全網(wǎng)協(xié)同運營的能力開放環(huán)境，避免能力同質(zhì)化競爭。

· 為實現(xiàn)能力開放的快速上線，初期能力開放平臺可以按需分省部署，以實現(xiàn)業(yè)務的快速上線。同時結(jié)合后續(xù)全網(wǎng)能力開放的需求分析，建議研究設(shè)置一級能力開放平臺實現(xiàn)聚合各省網(wǎng)絡能力實現(xiàn)全網(wǎng)集中開放以及實現(xiàn)跨省能力調(diào)用的必要性、可行性和具體部署方式。

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邱巍（1976?），女，中國移動通信集團設(shè)計院有限公司高級工程師，主要從事通信網(wǎng)絡咨詢和規(guī)劃設(shè)計工作。

吳倩（1981?），女，中國移動通信集團設(shè)計院有限公司高級工程師，主要從事通信網(wǎng)絡咨詢和規(guī)劃設(shè)計工作。

吳海（1984?），男，中國移動通信集團設(shè)計院有限公司工程師，主要從事通信網(wǎng)絡咨詢和規(guī)劃設(shè)計工作。

Capability exposure deployment of IMS core network

QIU Wei, WU Qian, WU Hai
China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China

Based on existing communication network capacity, telecom operators build the capability exposure platform, third-party developers were attracted to develop more colorful personalized communication services to users, new opportunities and challenges was brought to telecom operators. The construction plan and capability exposure pattern of system architecture of capability exposure and IMS network capability platform was analyzed, references of actual deployment for capability exposure were provided.

capability exposure, core network, IP multimedia subsystem

TN915.81

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017084

2017?01?13；

2017?03?24