利用IMS技術實施組網方案探究

程峻嶺

【摘要】 ? ?IMS（IPMultimediaSubsystem）是基于IP技術基礎上采用的一種主流多媒體網絡架構，譯為IP多媒體子系統。是由3GPP/3GPP2/IEEE等國際標準化組織在早期移動R5版本基礎上重點提出并且形成標準。歸根結底IMS是一種網絡架構，一經論證并且納入軟交換系統框架下，就能夠同時具備固定、移動接入能力。對于傳統通信運營商來說，采用IMS技術對通信交換網絡持續演進實施探究，能夠最大程度的整合固網、移動網形成一張“全能網絡”，有利于實現各種接入形式兼容，極大提升電信運營商多媒體融合業務的支撐能力。本文根據安徽電信IMS網絡建設、組網的推進并實現商用的實際情況，就采用IMS技術實施組網方案進行探討，為通信運營商大規模商用提供有益的探索。

【關鍵詞】 ? ?IMS ? ?組網 ? 網絡架構 ? ?業務融合

引言

隨著通信新技術的快速變革，各種個性化、差異化、智能化通信業務需求日益強烈，傳統TDM交換、軟交換網絡承載能力過弱，業務提供能力有限，亟待演進到下一代IMS網絡。與此同時，全球互聯網技術發展浪潮洶涌，推動傳統電信運營商面對一系列需要解決的問題，尤其是新興互聯網業務的快速規模發展對傳統電信業務構成了嚴峻的挑戰。目前微信等互聯網業務正在逐步改變用戶的通信使用習慣，傳統電信運營商面臨著淪為流量管道的可能，全業務部署與推進IMS建設、組網與商用，是應對挑戰的關鍵抉擇，有鑒于此，采用IMS技術推動下一代交換網絡組網商用并且實現多媒體業務融合已經成為必然趨勢。

一、IMS的定義、技術及主要特點

IMS是一種全新的提供多媒體業務模式。目前，IMS技術在業界被公認為是演進到下一代網絡的主流技術，它能夠提供更豐富更智能的多媒體業務滿足市場、客戶不斷增長的需求，也是統一構建固網、移動網為同一平臺，集中提供語音、數據、視頻等融合業務的最佳方式。IMS主要涉及IP技術、Multimedia技術、Subsystem技術。

IMS系統采用的是開放式網絡架構，在技術上對控制層功能進行了進一步分解，實現了會話控制實體CSCF和承載控制實體MGCF在功能上的分離，使網絡架構更加開放，配置業務功能靈活，實際上，也比傳統軟交換更"軟"。它的技術特點主要有：1、歸屬地控制，呼叫控制和業務控制都是歸屬地網絡完成，保證了業務提供一致性，容易實現私有業務平滑擴展，促進歸屬地運營商積極開發、提供吸引客戶的各類業務，和傳統軟交換拜訪地控制完全不同。2、接入無關性，支持多種固定/移動終端及設備獨立接入網絡，支持移動無縫切換和業務連續使用，為全業務運營提供了便捷。3、業務提供能力，打破傳統業務條框部署模式，與控制層面完全分離，有利于靈活、快速的實現各種業務應用并推向市場，更利于實現業務融合，實現開放的業務提供方式。4、開放業務網絡能力：與現有網絡相比，IMS完全構建在IP系統架構上，業務應用更加靈活多樣，業務能力更加穩定高效。

二、IMS整體架構、組網方案

2.1 整體架構

在安徽電信IMS網絡中包括華為大區和中興大區， 核心網：IMS CORE核心設備均部署在省會合肥三個核心機房。主要網元包含： P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、HSS、SLF、DNS/ENUM、MRFC、MRFP、CCF、MMTEL AS、MGCF、AGCF。接入網：在每個本地網設置一對本地BAC設備，在省中心設置一對漫游BAC設備，分別用于本地IMS不可信終端以及全省可移動終端的呼叫代理。

2.2 信令媒體組網方案：

核心機房信令媒體組網實施如下：

1、每個網元單獨開啟一個VLAN，保證二層隔離，避免相同VLAN內的廣播風暴和一些病毒相互傳播感染。2、各網元的網關在信令匯聚交換機8905上，兩臺8905分別采用2條GE組成的鏈路捆綁，連接到CN2的CE交換機。兩臺8905和CN2的CE之間采用靜態路由+BFD對接（為避免出現端口掛死的問題） 。3、兩交換機8905之間采用2條GE鏈路組成的鏈路捆綁（即Smartgroup）進行對接，相互備份，避免出現單條鏈路突發中斷，導致VRRP切換。 4、兩臺8905之間采用OSPF協議，重新分布直連或靜態路由。啟用OSPF的目的：實現對上行鏈路的備份，例如8905和CE1之間鏈路出現中斷，那么此時8905-1的數據流會通過OSPF的收斂，會將數據發生到8905-2上。5、如果在8905上接入了媒體和信令，那么需要在8905上配置Multi-VRF功能，隔離媒體和信令。如果信令和媒體分開，則無需配置Multi-VRF。上圖中是媒體和信令分離，上圖中紅色的線條表示媒體，藍色線條表示信令，媒體直接接入CN2的CE，而沒有接入到8905上。6、 CN2側的CE，需要配置靜態路由+BFD指向8905;CE側啟用靜態路由+BFD的網元包括：MGW媒體 MRFP媒體;7、 MSG9000媒體接口板直接通過光纖接入CE，啟用VRRP 8、信令匯聚交換機8905需增加靜態路由+BFD的網元有：HSS信令/MGCF/MGW/MRFP; 8905增加靜態路由+VRRP的網元有：PCSCF/ICSCF/SCSCF/MMTEL/AGCF;8905不需要增加靜態路由，由網元的接口地址ARP代理功能響應8905的ARP應答的網元有： CCF、ENUM、DNS、HSS數據同步等。

2.3 網管組網方案：

核心機房網管組網實施如下：

1、CSCF/SSS/AGCF/MGCF、HSS、MGW、MRFP、SSF/MSG9000、EDS、EMS網元之間采取vlan隔離，保證系統安全。主要用來防止多個網元在同一vlan相互病毒感染，廣播風暴等。2、各個VLAN的網關在3952上，在3952上開啟VRRP功能，VRRP的心跳線在2臺3952之間的鏈路上。3、2臺3952之間采用2條GE鏈路組成的鏈路捆綁（即smartgroup）進行對接，相互備份，避免出現單條鏈路突發中斷，導致VRRP切換。4、兩臺3952A之間采用OSPF交互，重分布靜態路由，建議所有VRRP組VRRP協議報文配置為2S一個，OSPF hello消息時間間隔 定義為1S，BFD報文間隔150ms發3次。

2.4營帳/計費對接方案

營帳/計費對接實施如下：

1、網元營帳和計費分離，即啟用不同的VLAN，保證系統安全。主要用來防止營帳網絡和計費網絡之間的廣播風暴。2、各個網元的網關在3952上，在3952上開啟VRRP功能，VRRP的心跳線在2臺3952之間的鏈路上。3、2臺3952之間采用2條GE鏈路組成的鏈路捆綁（即smartgroup）進行對接，相互備份，避免出現單條鏈路突發中斷，導致VRRP切換。4、防火墻與MCE之間運行靜態BFD+靜態路由方式。

站點BAC/MGW對接實施如下：

1、BAC分成核心網側和用戶側，其中核心網側，采用口字形構造直連到CE，使用靜態路由+BFD的形式。BAC用戶側，采用口字形結構直連到SR，使用靜態路由+BFD的形式。

2、 BAC對核心網側和用戶側都分別起信令loopback地址和媒體loopback地址，作為BAC分組group業務使用。且為實現用戶分區接入，BAC上需要對應區縣啟用多個信令和媒體loopback地址。

3、各個站點配置一對5928E，連接網管。各個BAC/MGW的網關在5928E上，在5928E上開啟VRRP功能，VRRP的心跳線在2臺5928E之間的鏈路上， 5928E配置靜態路由（或根據地市情況起2層）接入DCN。

4、2臺5928E之間采用2條GE鏈路組成的鏈路捆綁（即smartgroup）進行對接，相互備份，避免出現單條鏈路突發中斷，導致VRRP切換。

5、各地市MGW承載網信令通過SIPI直接出網線到CN2，使用靜態路由+BFD的形式，媒體直接通過GIPI通過光纖連接到CN2，靜態路由+BFD城域網。

以上利用IMS技術構建了安徽電信IMS整改架構，從核心機房信令媒體組網、核心機房網管組網、營帳/計費系統對接、站點BAC＼MGW對接五個方面，具體闡述了IMS組網的詳細步驟，目前整個網絡已經完成建設、組網，投入商用，對現有業務運營實現了升級換代。

三、IMS網絡過載控制分析

無論是基于TDM的傳統交換網，還是基于IP的分組交換網，在交換網絡架構的更迭和功能的演進過程中，需要重點關注網絡負荷是否過載，控制策略是否科學。日常通信網絡運行過載的基本原因是初期規劃、設計、建設容量不能滿足日益發展的業務需求，由于受到城市發展，人口流動等不確定因素影響、建設項目成本以及用戶消費習慣不確定性的制約，現有運行網絡負荷容量很難一直保證用戶的各類業務變化、增長需求，一旦出現網絡負荷峰值且持續時間較長 ，整個網絡運行處理能力出現明顯下降，用戶服務質量（QoS）很難確保實現。所以，如何進行高效管控網絡環境負荷過載，是各種信息網絡（IMS網絡）亟待需要解決的焦點。

目前，利用IMS技術進行組網后，在網絡中主要使用用戶媒體和控制信令兩類數據。用戶媒體數據是用于傳輸和交互相關信息內容，具有傳輸數據量大、傳輸時延長;控制信令數據是用于控制各類用戶終端與網絡通信設備，或者不同網絡通信設備之間的交互信息，由于隨機性強、傳輸數據量小、傳輸時延短，由此保證了不同通信設備之間能夠實現快速交互。

IMS網絡主要在應用層采用SIP協議控制信令交互，當采用TCP傳輸時，TCP協議能夠保證可靠的消息傳輸和網絡擁塞控制;當采用UDP傳輸時，SIP協議能夠完保證消息的可靠傳輸和網絡擁塞控制，高效采用TCP協議或UDP協議實施傳送數據。確定選用UDP傳輸數據時，在事務層中SIP協議設置多個SIP消息重傳定時器，每發送單條請求消息就會同步啟動一個重傳計時器。一旦在指定的時間內沒有收到前面請求返回的響應消息，它會自發請求重新傳送該消息，進一步提高傳輸的可靠性，因此當主機每次發送單個請求消息后，可能需要對請求進行多次重傳后才能收到回送的響應消息。SIP協議定義就是一個可以請求重傳消息，不同次之間的時間間隔成倍增加，就是首次重傳請求與初始請求之間的間隔為0.5秒，二次與首次重傳請求之間的間隔為1秒，按此類推。采用這種簡單擁塞控制，能夠有效地減小重傳請求對網絡負荷的影響。由此看出，與TCP協議采用的擁塞控制機制相比，SIP協議采用的既不能迅速對網絡擁塞做出反應，也不能根據擁塞反饋及時調整消息傳輸速率。因此，在IP網絡中，與基于TCP或者RTP傳輸的媒體數據相比，基于UDP傳輸的SIP信令協議數據能夠占用更多的網絡帶寬資源（因為當網絡發生擁塞時，基于TCP或RTP的數據流會減小數據發送速率，而基于UDP的S1P消息不會減小數據發送速率）。這種方式是合理的，因此網絡需要對信令協議提供較高的優先級。

綜上所述，采用IMS技術進行下一帶交換網絡組網演進，制定通信網絡負荷過載控制策略，為傳統通信網絡運營商提供了的全能力和全業務融合的發展前景，因此備受青睞。本文結合安徽電信IMS實際情況，從IMS定義、技術特點、整體架構、具體組網方案、負荷過載控制的角度來淺析IMS技術對下一代交換網絡組網的深遠影響，旨在努力提升安徽電信IMS的建設、維護和商用水平。伴隨著通信市場智能業務強勁需求、用戶承載規模化，IMS網絡技術需要不斷地演進和優化，以適應市場需求。

參 ?考 ?文 ?獻

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