TDM PBX接入IMS系統(tǒng)的方案與關鍵問題探討

侯小軍，盧立銘，張華洪

（邁普通信技術股份有限公司 成都610041）

1 引言

IMS（IP multimedia subsystem，IP 多媒體子系統(tǒng)）提供了基于IP承載的、以SIP為核心控制協(xié)議的、與接入無關的IP多媒體業(yè)務控制能力，同時提供了豐富的業(yè)務，因此部署IMS系統(tǒng)具有極強的競爭優(yōu)勢。在我國，中國移動已經(jīng)在核心網(wǎng)絡部署IMS系統(tǒng)，以解決固網(wǎng)與移動網(wǎng)的融合問題。在核心網(wǎng)絡從TDM向IMS的演進過程中，原PSTN中已經(jīng)存在的用戶接入TDM PBX（private branch exchange，專用交換機），在一定時期內(nèi)還不會被完全替換成IP PBX，因此如何讓這些已有TDM PBX的用戶能夠接入到IMS，并享受IMS帶來的新業(yè)務，是在IMS系統(tǒng)實施過程中必須要考慮的問題。

本文簡要介紹TDM PBX接入到IMS系統(tǒng)的基本原理和方案，同時描述需要處理的關鍵問題，并對其中常用的拍叉簧事件的解決方案進行討論。

2 TDM PBX接入到IMS的基本原理

2.1 互通原理描述

[1]對IMS與PSTN的互通進行了描述，如圖1所示。在PSTN用戶側，交換機為TDM PBX，在TDM PBX上，有許多在網(wǎng)用戶。未接入到IMS前，PBX通過TDM接入到原PSTN的核心網(wǎng)絡。通過IMS SIP轉換以后，原來TDM PBX下的用戶可以接入到IMS網(wǎng)絡中，并使用IMS網(wǎng)絡的服務。

IMS網(wǎng)絡與PSTN互通點設置在MGCF（media gateway control function，媒體網(wǎng)關控制功能）、SG（signal gateway，信令網(wǎng)關）、MGW（media gateway，媒體網(wǎng)關）處，其中 MGCF進行IMS SIP與交換機信令如ISUP之間的協(xié)議映射，完成呼叫信令層面的互通；SG主要實現(xiàn)對信令消息如No.7協(xié)議的底層適配等；MGW進行IP網(wǎng)絡側語音編解碼和TDM網(wǎng)絡側PCM碼流之間的轉換，完成媒體層面的互通。

信令網(wǎng)關SG可獨立設置，也可與MGCF或MGW設置在一起。在通常情況下，SG、MGW、MGCF會集成在一起，這種集成一起的實體統(tǒng)稱為SIP Gateway（SIP網(wǎng)關）。SIP Gateway具有信令轉換與媒體轉換的功能。在這種集成方式下，簡化的網(wǎng)絡模型如圖2所示。

在圖2所示模型中，TDM PBX下的用戶B與C通過網(wǎng)關接入到IMS，用戶A直接接入到IMS。IMS網(wǎng)絡中，HSS（home subscriber server，用戶歸屬服務器）記錄每個IMS用戶的用戶信息和業(yè)務數(shù)據(jù)。通過新增設一臺支持與IMS互通的 SIP Gateway，原有用戶（如用戶 B、C）切換到IMS后，可以使用基本語音業(yè)務。同時，也可以使用IMS的部分增值業(yè)務，如IP Centrex、話務臺、三方通話、呼叫等待、呼叫轉接等。

2.2 關鍵技術與問題

2.2.1 用戶管理與注冊

在IMS網(wǎng)絡中，用戶通過SIP注冊的方式，注冊到IMS網(wǎng)絡。具體內(nèi)容可以參見RFC 3261或者參考文獻[2]。TDM PBX的用戶接入到IMS網(wǎng)絡后，為了能夠簽約并享用業(yè)務，TDM PBX的用戶就需要在IMS中被管理。

TDM PBX的用戶為了接入IMS系統(tǒng)，需要在HSS中配置這些用戶的號碼。SIP Gateway可以采用逐個代理注冊的方式，把TDM PBX下的所有用戶的號碼注冊到相應服務器。為了優(yōu)化注冊過程，在HSS中，可以定義隱式注冊組，當隱式注冊組中的一個號碼進行注冊或注銷時，HSS根據(jù)保存的隱式注冊組的信息，將屬于同一隱式注冊組中的所有號碼進行注冊或者注銷。

基于以上原理，對于TDB PBX用戶，可以只在HSS配置一個隱式注冊組。當SIP Gateway代理注冊時，僅需要注冊一個號碼，則認為TDM PBX上的所有用戶均注冊成功，從而極大地減少了SIP消息數(shù)量。當SIP Gateway與TDM PBX之間的鏈路正常以后，SIP Gateway發(fā)送 Register消息，注冊到IMS。如果遇到故障或者鏈路不通等情況時，SIP Gateway發(fā)送Register消息，從IMS注銷。

2.2.2 信令轉換過程

由于歷史原因，TDM PBX存在多種信令的接入方式，如ISUP、TUP、R2、PRI等。對于基本呼叫與傳真，已經(jīng)制定了相關的國際及國家標準。以ISUP為例，在基本呼叫過程中與SIP協(xié)議的轉換流程如圖3所示。

這個流程的相關要點如下：

（1）TDM PBX發(fā)送IAM，開始呼叫請求，信息包括主叫號碼、被叫號碼等；

（2）SIP Gateway轉換消息為 Invite，發(fā)起到 IMS的呼叫請求，信息包括主叫號碼、被叫號碼、媒體信息等；

（3）IMS系統(tǒng)回復 100 trying表示正在處理；

（4）IMS系統(tǒng)回復 183響應，表示地址全，被叫正振鈴，信息包括IMS的媒體等，可以播放提示音、彩鈴等給主叫；

（5）SIP Gateway用PRACK對183響應進行確認；

（6）IMS回復PRACK的響應 200 OK；

（7）SIP Gateway回復地址全消息 ACM給 TDM PBX，主叫開始準備接收彩鈴；

（8）被叫摘機，IMS 發(fā)送 200 OK 給 SIP Gateway；

（9）SIP Gateway發(fā)送 ANM（摘機）消息給主叫。至此呼叫已經(jīng)建立，雙方開始通話。

2.2.3 業(yè)務支持及問題

IMS提供了豐富的業(yè)務，而且業(yè)務服務器可以靈活部署，這也是IMS體系的一大優(yōu)勢。對于絕大多數(shù)業(yè)務，如彩鈴、呼叫代答、調度、呼叫中心、呼叫限制、來電顯示等，在IMS核心與SIP Gateway之間進行信令和媒體的轉換就能夠完成，這里不作過多描述，只是對存在的相關問題進行分析。這些問題包括以下幾種。

·由于終端及TDM PBX功能的限制，無法使用部分高級功能，如視頻通話、發(fā)送即時消息、好友狀態(tài)獲取等。

·一些業(yè)務在使用時，需要TDM PBX用戶的拍叉簧事件通知，以更好地配合IMS完成業(yè)務流程。以呼叫轉接為例，假設用戶B是TDM PBX用戶，當A和B通話時，B需要把呼叫轉接到另外一個用戶C。此時從流程上，需要用戶B拍叉簧操作，然后撥C的號碼。B在拍叉簧時，IMS系統(tǒng)需要查詢B的權限（即是否能夠轉接），同時對A放音。可以看出，TDM PBX必須上報拍叉簧事件到SIP Gateway，然后SIP Gateway與IMS進行相應信令轉換。

拍叉簧事件的通知，當前沒有統(tǒng)一的標準。在純TDM PBX模式下，業(yè)務在TDM PBX內(nèi)部完成，因此不需要向對端設備通知。但在IMS應用模式下，由于SIP Gateway收不到TDM PBX通知的拍叉簧事件，因此也無法通知到IMS進行處理，從而導致此類業(yè)務不能夠在IMS系統(tǒng)中完成。

3 拍叉簧事件相關業(yè)務的解決方法

如前所述，在現(xiàn)有的標準里，沒有通知TDM PBX的拍叉簧事件到SIP Gateway的方法，目前TDM PBX也沒有實現(xiàn)此功能，因此會影響此類業(yè)務在TDM PBX的用戶上部署。為了解決這個問題，有以下主要方法。

·如果TDM PBX支持對應業(yè)務，由PBX自行完成，即TDM PBX完成拍叉簧檢測，并進行內(nèi)部業(yè)務處理，不用通知到SIP Gateway。其優(yōu)點是可以使用TDM PBX現(xiàn)有業(yè)務，不影響用戶的使用習慣，缺點是業(yè)務不能夠在IMS的統(tǒng)一控制下進行。

· 用撥號代替拍叉簧，如TDM PBX撥 “*”，當SIP Gateway檢測到后，則認為是拍叉簧事件，并上報到IMS進行后續(xù)處理。其優(yōu)點是簡單易用，只需要擴充SIP Gateway的功能即能夠完成，缺點是改變了用戶的使用習慣，需要對此TDM PBX下的用戶完成相應的使用介紹或培訓。

·通知拍叉簧事件到SIP Gateway，由SIP Gateway進行相應的信令轉換與媒體轉換，并協(xié)助IMS的業(yè)務服務器完成相關業(yè)務。其優(yōu)點是業(yè)務在IMS的統(tǒng)一控制下完成，因此對于用戶管理、業(yè)務控制在網(wǎng)絡中是統(tǒng)一的，而且用戶沒有使用習慣上的變化。缺點是需要定義拍叉簧事件的傳送方法，才能保證各廠家設備的兼容性，因此TDM PBX必須進行軟件升級才能夠完成相應工作。

對于第三種方法，由于解決了拍叉簧事件上報到SIP Gateway并與IMS交互，因而能夠提供與普通IMS接入用戶一致的體驗效果，具有重要的意義。本文的后續(xù)章節(jié)將結合具體協(xié)議來分析是否能夠擴充，以及提出擴充的具體方法。

4 TDM PBX用戶的拍叉簧事件通知方法

對于TDM PBX與SIP Gateway的信令交互，國內(nèi)主要有以下4種方式，即R2協(xié)議（即中國一號信令）、PRI協(xié)議（即中國數(shù)字一號信令）、ISUP協(xié)議、TUP協(xié)議。針對這些協(xié)議，本章節(jié)將分別提出拍叉簧事件通知的解決方法，其核心思想是利用現(xiàn)有協(xié)議所定義的消息，通過擴充或者定義某個字段的含義來表示拍叉簧事件，即當TDM PBX需要向SIP Gateway通知拍叉簧事件時，使用定義的值進行消息發(fā)送即可完成。由于拍叉簧操作是在通話過程中完成的，因此定義消息不能使用呼叫建立階段或者呼叫釋放階段的消息，而只能使用通知、指示、信息交互的協(xié)議消息來完成。

4.1 PRI

見表1，根據(jù)Q.931標準，“鍵盤設施”信息單元專門用于在通信雙方之間傳遞IA5字符。

拍叉簧操作的信息，就是鍵盤設施的信息，因此可以利用IA5的值“！”來表示拍叉簧事件。“鍵盤設施”信息單元在Setup消息和Information消息中都存在。由于Setup是用于呼叫建立階段，而所要通知的拍叉簧事件在通話狀態(tài)下，因此需要選用在Information消息中的“鍵盤設施”信息單元中進行傳遞。當TDM PBX下的用戶進行拍叉簧操作時，TDM PBX向 SIP Gateway發(fā)送 Information消息，其中“鍵盤設施”信息單元使用值“！”。

表1 鍵盤設施信息單元

4.2 ISUP

見表2，在ISUP協(xié)議中，“用戶到用戶信息”消息包含一個“用戶至用戶信息”參數(shù)，可以用來傳遞通信雙方的信息。

表2 ISUP中用戶到用戶信息字段

用戶到用戶信息字段，包含“協(xié)議鑒別語”，可以用來傳遞拍叉簧事件。“協(xié)議鑒別語”使用IA5字符集類型（00000100），同 PRI的方案，也使用值“！”來表示拍叉簧事件。

當TDM PBX下的用戶進行拍叉簧操作時，TDM PBX向SIP Gateway發(fā)送“用戶到用戶信息”消息，其中“用戶到用戶信息”信息字段的“協(xié)議鑒別語”中使用值“！”。

4.3 TUP

在TUP協(xié)議中，使用國內(nèi)呼叫監(jiān)視消息NCB來通知拍叉簧事件。如參考文獻[5]所規(guī)定，NCB消息構成見表3，H1、H0為標題碼，H0為1101，表示消息為NCB。

表3 TUP中用戶到用戶信息字段

對于標題碼H1，含義如下：

0000為備用；

0001為話務員信號（OPR）；

0010至 1111為保留；

使用“保留”值來定義拍叉簧事件，如1010。

當TDM PBX下的用戶進行拍叉簧操作時，TDM PBX向SIP Gateway發(fā)送NCB消息，其中標題碼H1值填充為1010。

4.4 R2

在R2協(xié)議中，分為計發(fā)器信號與線路信號，計發(fā)器信令用于收號階段，不能夠使用。因此使用線路信號來通知拍叉簧事件。對于線路信號，又分為前向信號和后向信號，前向信號采用Af和Bf，后向信號采用Ab和Bb二位碼表示。信令代碼見表4。

表 4 R2線路信號

各信令的含義如下。

Af碼表示發(fā)話交換局狀態(tài)的前向信號：

·Af=0，主叫摘機（占用）狀態(tài)；

·Af=1，主叫掛機（拆線）狀態(tài)。

Bf碼表示故障狀態(tài)的前向信號：

·Bf=0，表示正常狀態(tài)；

·Bf=1，表示故障狀態(tài)。

Ab碼表示被叫用戶掛機狀態(tài)的后向信號：

·Ab=0，表示被叫用戶摘機狀態(tài)；

·Ab=1，表示被叫用戶掛機（后向拆線）狀態(tài)。

Bb碼表示受話局狀態(tài)的后向信號：

·Bb=0，表示空閑狀態(tài)；

·Bb=1，表示占線或閉塞狀態(tài)。

可以看出，各字段含義均有定義。為了傳送拍叉簧事件，只有采用復用的方法。“占用”信號在呼叫建立階段表示占用鏈路，而拍叉簧事件在通話階段，因此可以復用“占用”信號，即在通話狀態(tài)時收到線路“占用”信號，則表示是拍叉簧事件。

當TDM PBX下的用戶進行拍叉簧操作時，TDM PBX向SIP Gateway發(fā)送“占用”信號。

5 結束語

本文對TDM PBX接入IMS網(wǎng)絡的技術進行了分析，然后描述統(tǒng)一IMS業(yè)務存在的問題，如拍叉簧事件不能夠通知等。最后，對拍叉簧事件在TDM PBX與SIP Gateway之間的通知方法，提出了相關解決方案。其中，拍叉簧事件通知方法，簡單可行，易于實施，能夠滿足業(yè)務擴充需要。

參考文獻

1 3GPP TS 24.229.基于會話初始協(xié)議（SIP）和會話描述協(xié)議（SDP）的 IP 多媒體呼叫控制協(xié)議（R8），2008

2 RFC3261.SIP:session initiation protocol，2002

3 CF001-9001.中國國內(nèi)電話網(wǎng)No.7信號方式技術規(guī)范.中華人民共和國郵電部，1990

4 國家技術監(jiān)督局，ISDN用戶—網(wǎng)絡接口第三層基本呼叫控制技術規(guī)范及測試方法.1998

5 YDN 038-1997.國內(nèi)No.7信令方式技術規(guī)范綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)用戶部分（ISUP）.中華人民共和國郵電部，1997

6 中國通信標準化協(xié)會.統(tǒng)一IMS組網(wǎng)總體技術要求（第一階段），2009

7 中國通信標準化協(xié)會.會話初始協(xié)議（SIP）技術要求（第5部分：統(tǒng)一IMS網(wǎng)絡的SIP協(xié)議），2009