TDM PBX接入IMS系統(tǒng)的方案與關(guān)鍵問(wèn)題探討

侯小軍，盧立銘，張華洪

（邁普通信技術(shù)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(wú)關(guān)的IP多媒體業(yè)務(wù)控制能力，同時(shí)提供了豐富的業(yè)務(wù)，因此部署IMS系統(tǒng)具有極強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)，中國(guó)移動(dòng)已經(jīng)在核心網(wǎng)絡(luò)部署IMS系統(tǒng)，以解決固網(wǎng)與移動(dòng)網(wǎng)的融合問(wèn)題。在核心網(wǎng)絡(luò)從TDM向IMS的演進(jìn)過(guò)程中，原PSTN中已經(jīng)存在的用戶(hù)接入TDM PBX（private branch exchange，專(zhuān)用交換機(jī)），在一定時(shí)期內(nèi)還不會(huì)被完全替換成IP PBX，因此如何讓這些已有TDM PBX的用戶(hù)能夠接入到IMS，并享受IMS帶來(lái)的新業(yè)務(wù)，是在IMS系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中必須要考慮的問(wèn)題。

本文簡(jiǎn)要介紹TDM PBX接入到IMS系統(tǒng)的基本原理和方案，同時(shí)描述需要處理的關(guān)鍵問(wèn)題，并對(duì)其中常用的拍叉簧事件的解決方案進(jìn)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(duì)IMS與PSTN的互通進(jìn)行了描述，如圖1所示。在PSTN用戶(hù)側(cè)，交換機(jī)為T(mén)DM PBX，在TDM PBX上，有許多在網(wǎng)用戶(hù)。未接入到IMS前，PBX通過(guò)TDM接入到原PSTN的核心網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)IMS SIP轉(zhuǎn)換以后，原來(lái)TDM PBX下的用戶(hù)可以接入到IMS網(wǎng)絡(luò)中，并使用IMS網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)。

IMS網(wǎng)絡(luò)與PSTN互通點(diǎn)設(shè)置在MGCF（media gateway control function，媒體網(wǎng)關(guān)控制功能）、SG（signal gateway，信令網(wǎng)關(guān)）、MGW（media gateway，媒體網(wǎng)關(guān)）處，其中 MGCF進(jìn)行IMS SIP與交換機(jī)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(shí)現(xiàn)對(duì)信令消息如No.7協(xié)議的底層適配等；MGW進(jìn)行IP網(wǎng)絡(luò)側(cè)語(yǔ)音編解碼和TDM網(wǎng)絡(luò)側(cè)PCM碼流之間的轉(zhuǎn)換，完成媒體層面的互通。

信令網(wǎng)關(guān)SG可獨(dú)立設(shè)置，也可與MGCF或MGW設(shè)置在一起。在通常情況下，SG、MGW、MGCF會(huì)集成在一起，這種集成一起的實(shí)體統(tǒng)稱(chēng)為SIP Gateway（SIP網(wǎng)關(guān)）。SIP Gateway具有信令轉(zhuǎn)換與媒體轉(zhuǎn)換的功能。在這種集成方式下，簡(jiǎn)化的網(wǎng)絡(luò)模型如圖2所示。

在圖2所示模型中，TDM PBX下的用戶(hù)B與C通過(guò)網(wǎng)關(guān)接入到IMS，用戶(hù)A直接接入到IMS。IMS網(wǎng)絡(luò)中，HSS（home subscriber server，用戶(hù)歸屬服務(wù)器）記錄每個(gè)IMS用戶(hù)的用戶(hù)信息和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。通過(guò)新增設(shè)一臺(tái)支持與IMS互通的 SIP Gateway，原有用戶(hù)（如用戶(hù) B、C）切換到IMS后，可以使用基本語(yǔ)音業(yè)務(wù)。同時(shí)，也可以使用IMS的部分增值業(yè)務(wù)，如IP Centrex、話(huà)務(wù)臺(tái)、三方通話(huà)、呼叫等待、呼叫轉(zhuǎn)接等。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)與問(wèn)題

2.2.1 用戶(hù)管理與注冊(cè)

在IMS網(wǎng)絡(luò)中，用戶(hù)通過(guò)SIP注冊(cè)的方式，注冊(cè)到IMS網(wǎng)絡(luò)。具體內(nèi)容可以參見(jiàn)RFC 3261或者參考文獻(xiàn)[2]。TDM PBX的用戶(hù)接入到IMS網(wǎng)絡(luò)后，為了能夠簽約并享用業(yè)務(wù)，TDM PBX的用戶(hù)就需要在IMS中被管理。

TDM PBX的用戶(hù)為了接入IMS系統(tǒng)，需要在HSS中配置這些用戶(hù)的號(hào)碼。SIP Gateway可以采用逐個(gè)代理注冊(cè)的方式，把TDM PBX下的所有用戶(hù)的號(hào)碼注冊(cè)到相應(yīng)服務(wù)器。為了優(yōu)化注冊(cè)過(guò)程，在HSS中，可以定義隱式注冊(cè)組，當(dāng)隱式注冊(cè)組中的一個(gè)號(hào)碼進(jìn)行注冊(cè)或注銷(xiāo)時(shí)，HSS根據(jù)保存的隱式注冊(cè)組的信息，將屬于同一隱式注冊(cè)組中的所有號(hào)碼進(jìn)行注冊(cè)或者注銷(xiāo)。

基于以上原理，對(duì)于TDB PBX用戶(hù)，可以只在HSS配置一個(gè)隱式注冊(cè)組。當(dāng)SIP Gateway代理注冊(cè)時(shí)，僅需要注冊(cè)一個(gè)號(hào)碼，則認(rèn)為T(mén)DM PBX上的所有用戶(hù)均注冊(cè)成功，從而極大地減少了SIP消息數(shù)量。當(dāng)SIP Gateway與TDM PBX之間的鏈路正常以后，SIP Gateway發(fā)送 Register消息，注冊(cè)到IMS。如果遇到故障或者鏈路不通等情況時(shí)，SIP Gateway發(fā)送Register消息，從IMS注銷(xiāo)。

2.2.2 信令轉(zhuǎn)換過(guò)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(duì)于基本呼叫與傳真，已經(jīng)制定了相關(guān)的國(guó)際及國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。以ISUP為例，在基本呼叫過(guò)程中與SIP協(xié)議的轉(zhuǎn)換流程如圖3所示。

這個(gè)流程的相關(guān)要點(diǎn)如下：

（1）TDM PBX發(fā)送IAM，開(kāi)始呼叫請(qǐng)求，信息包括主叫號(hào)碼、被叫號(hào)碼等；

（2）SIP Gateway轉(zhuǎn)換消息為 Invite，發(fā)起到 IMS的呼叫請(qǐng)求，信息包括主叫號(hào)碼、被叫號(hào)碼、媒體信息等；

（3）IMS系統(tǒng)回復(fù) 100 trying表示正在處理；

（4）IMS系統(tǒng)回復(fù) 183響應(yīng)，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(duì)183響應(yīng)進(jìn)行確認(rèn)；

（6）IMS回復(fù)PRACK的響應(yīng) 200 OK；

（7）SIP Gateway回復(fù)地址全消息 ACM給 TDM PBX，主叫開(kāi)始準(zhǔn)備接收彩鈴；

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

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

2.2.3 業(yè)務(wù)支持及問(wèn)題

IMS提供了豐富的業(yè)務(wù)，而且業(yè)務(wù)服務(wù)器可以靈活部署，這也是IMS體系的一大優(yōu)勢(shì)。對(duì)于絕大多數(shù)業(yè)務(wù)，如彩鈴、呼叫代答、調(diào)度、呼叫中心、呼叫限制、來(lái)電顯示等，在IMS核心與SIP Gateway之間進(jìn)行信令和媒體的轉(zhuǎn)換就能夠完成，這里不作過(guò)多描述，只是對(duì)存在的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析。這些問(wèn)題包括以下幾種。

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

·一些業(yè)務(wù)在使用時(shí)，需要TDM PBX用戶(hù)的拍叉簧事件通知，以更好地配合IMS完成業(yè)務(wù)流程。以呼叫轉(zhuǎn)接為例，假設(shè)用戶(hù)B是TDM PBX用戶(hù)，當(dāng)A和B通話(huà)時(shí)，B需要把呼叫轉(zhuǎn)接到另外一個(gè)用戶(hù)C。此時(shí)從流程上，需要用戶(hù)B拍叉簧操作，然后撥C的號(hào)碼。B在拍叉簧時(shí)，IMS系統(tǒng)需要查詢(xún)B的權(quán)限（即是否能夠轉(zhuǎn)接），同時(shí)對(duì)A放音。可以看出，TDM PBX必須上報(bào)拍叉簧事件到SIP Gateway，然后SIP Gateway與IMS進(jìn)行相應(yīng)信令轉(zhuǎn)換。

拍叉簧事件的通知，當(dāng)前沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在純TDM PBX模式下，業(yè)務(wù)在TDM PBX內(nèi)部完成，因此不需要向?qū)Χ嗽O(shè)備通知。但在IMS應(yīng)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(wú)法通知到IMS進(jìn)行處理，從而導(dǎo)致此類(lèi)業(yè)務(wù)不能夠在IMS系統(tǒng)中完成。

3 拍叉簧事件相關(guān)業(yè)務(wù)的解決方法

如前所述，在現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)里，沒(méi)有通知TDM PBX的拍叉簧事件到SIP Gateway的方法，目前TDM PBX也沒(méi)有實(shí)現(xiàn)此功能，因此會(huì)影響此類(lèi)業(yè)務(wù)在TDM PBX的用戶(hù)上部署。為了解決這個(gè)問(wèn)題，有以下主要方法。

·如果TDM PBX支持對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)，由PBX自行完成，即TDM PBX完成拍叉簧檢測(cè)，并進(jìn)行內(nèi)部業(yè)務(wù)處理，不用通知到SIP Gateway。其優(yōu)點(diǎn)是可以使用TDM PBX現(xiàn)有業(yè)務(wù)，不影響用戶(hù)的使用習(xí)慣，缺點(diǎn)是業(yè)務(wù)不能夠在IMS的統(tǒng)一控制下進(jìn)行。

· 用撥號(hào)代替拍叉簧，如TDM PBX撥 “*”，當(dāng)SIP Gateway檢測(cè)到后，則認(rèn)為是拍叉簧事件，并上報(bào)到IMS進(jìn)行后續(xù)處理。其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單易用，只需要擴(kuò)充SIP Gateway的功能即能夠完成，缺點(diǎn)是改變了用戶(hù)的使用習(xí)慣，需要對(duì)此TDM PBX下的用戶(hù)完成相應(yīng)的使用介紹或培訓(xùn)。

·通知拍叉簧事件到SIP Gateway，由SIP Gateway進(jìn)行相應(yīng)的信令轉(zhuǎn)換與媒體轉(zhuǎn)換，并協(xié)助IMS的業(yè)務(wù)服務(wù)器完成相關(guān)業(yè)務(wù)。其優(yōu)點(diǎn)是業(yè)務(wù)在IMS的統(tǒng)一控制下完成，因此對(duì)于用戶(hù)管理、業(yè)務(wù)控制在網(wǎng)絡(luò)中是統(tǒng)一的，而且用戶(hù)沒(méi)有使用習(xí)慣上的變化。缺點(diǎn)是需要定義拍叉簧事件的傳送方法，才能保證各廠(chǎng)家設(shè)備的兼容性，因此TDM PBX必須進(jìn)行軟件升級(jí)才能夠完成相應(yīng)工作。

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

4 TDM PBX用戶(hù)的拍叉簧事件通知方法

對(duì)于TDM PBX與SIP Gateway的信令交互，國(guó)內(nèi)主要有以下4種方式，即R2協(xié)議（即中國(guó)一號(hào)信令）、PRI協(xié)議（即中國(guó)數(shù)字一號(hào)信令）、ISUP協(xié)議、TUP協(xié)議。針對(duì)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(guò)擴(kuò)充或者定義某個(gè)字段的含義來(lái)表示拍叉簧事件，即當(dāng)TDM PBX需要向SIP Gateway通知拍叉簧事件時(shí)，使用定義的值進(jìn)行消息發(fā)送即可完成。由于拍叉簧操作是在通話(huà)過(guò)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(lái)完成。

4.1 PRI

見(jiàn)表1，根據(jù)Q.931標(biāo)準(zhǔn)，“鍵盤(pán)設(shè)施”信息單元專(zhuān)門(mén)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(pán)設(shè)施的信息，因此可以利用IA5的值“！”來(lái)表示拍叉簧事件。“鍵盤(pán)設(shè)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(huà)狀態(tài)下，因此需要選用在Information消息中的“鍵盤(pán)設(shè)施”信息單元中進(jìn)行傳遞。當(dāng)TDM PBX下的用戶(hù)進(jìn)行拍叉簧操作時(shí)，TDM PBX向 SIP Gateway發(fā)送 Information消息，其中“鍵盤(pán)設(shè)施”信息單元使用值“！”。

表1 鍵盤(pán)設(shè)施信息單元

4.2 ISUP

見(jiàn)表2，在ISUP協(xié)議中，“用戶(hù)到用戶(hù)信息”消息包含一個(gè)“用戶(hù)至用戶(hù)信息”參數(shù)，可以用來(lái)傳遞通信雙方的信息。

表2 ISUP中用戶(hù)到用戶(hù)信息字段

用戶(hù)到用戶(hù)信息字段，包含“協(xié)議鑒別語(yǔ)”，可以用來(lái)傳遞拍叉簧事件。“協(xié)議鑒別語(yǔ)”使用IA5字符集類(lèi)型（00000100），同 PRI的方案，也使用值“！”來(lái)表示拍叉簧事件。

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

4.3 TUP

在TUP協(xié)議中，使用國(guó)內(nèi)呼叫監(jiān)視消息NCB來(lái)通知拍叉簧事件。如參考文獻(xiàn)[5]所規(guī)定，NCB消息構(gòu)成見(jiàn)表3，H1、H0為標(biāo)題碼，H0為1101，表示消息為NCB。

表3 TUP中用戶(hù)到用戶(hù)信息字段

對(duì)于標(biāo)題碼H1，含義如下：

0000為備用；

0001為話(huà)務(wù)員信號(hào)（OPR）；

0010至 1111為保留；

使用“保留”值來(lái)定義拍叉簧事件，如1010。

當(dāng)TDM PBX下的用戶(hù)進(jìn)行拍叉簧操作時(shí)，TDM PBX向SIP Gateway發(fā)送NCB消息，其中標(biāo)題碼H1值填充為1010。

4.4 R2

在R2協(xié)議中，分為計(jì)發(fā)器信號(hào)與線(xiàn)路信號(hào)，計(jì)發(fā)器信令用于收號(hào)階段，不能夠使用。因此使用線(xiàn)路信號(hào)來(lái)通知拍叉簧事件。對(duì)于線(xiàn)路信號(hào)，又分為前向信號(hào)和后向信號(hào)，前向信號(hào)采用Af和Bf，后向信號(hào)采用Ab和Bb二位碼表示。信令代碼見(jiàn)表4。

表 4 R2線(xiàn)路信號(hào)

各信令的含義如下。

Af碼表示發(fā)話(huà)交換局狀態(tài)的前向信號(hào)：

·Af=0，主叫摘機(jī)（占用）狀態(tài)；

·Af=1，主叫掛機(jī)（拆線(xiàn)）狀態(tài)。

Bf碼表示故障狀態(tài)的前向信號(hào)：

·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(hù)掛機(jī)狀態(tài)的后向信號(hào)：

·Ab=0，表示被叫用戶(hù)摘機(jī)狀態(tài)；

·Ab=1，表示被叫用戶(hù)掛機(jī)（后向拆線(xiàn)）狀態(tài)。

Bb碼表示受話(huà)局狀態(tài)的后向信號(hào)：

·Bb=0，表示空閑狀態(tài)；

·Bb=1，表示占線(xiàn)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(fù)用的方法。“占用”信號(hào)在呼叫建立階段表示占用鏈路，而拍叉簧事件在通話(huà)階段，因此可以復(fù)用“占用”信號(hào)，即在通話(huà)狀態(tài)時(shí)收到線(xiàn)路“占用”信號(hào)，則表示是拍叉簧事件。

當(dāng)TDM PBX下的用戶(hù)進(jìn)行拍叉簧操作時(shí)，TDM PBX向SIP Gateway發(fā)送“占用”信號(hào)。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)TDM PBX接入IMS網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)進(jìn)行了分析，然后描述統(tǒng)一IMS業(yè)務(wù)存在的問(wèn)題，如拍叉簧事件不能夠通知等。最后，對(duì)拍叉簧事件在TDM PBX與SIP Gateway之間的通知方法，提出了相關(guān)解決方案。其中，拍叉簧事件通知方法，簡(jiǎn)單可行，易于實(shí)施，能夠滿(mǎn)足業(yè)務(wù)擴(kuò)充需要。

參考文獻(xiàn)

1 3GPP TS 24.229.基于會(huì)話(huà)初始協(xié)議（SIP）和會(huì)話(huà)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(guó)國(guó)內(nèi)電話(huà)網(wǎng)No.7信號(hào)方式技術(shù)規(guī)范.中華人民共和國(guó)郵電部，1990

4 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局，ISDN用戶(hù)—網(wǎng)絡(luò)接口第三層基本呼叫控制技術(shù)規(guī)范及測(cè)試方法.1998

5 YDN 038-1997.國(guó)內(nèi)No.7信令方式技術(shù)規(guī)范綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)用戶(hù)部分（ISUP）.中華人民共和國(guó)郵電部，1997

6 中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).統(tǒng)一IMS組網(wǎng)總體技術(shù)要求（第一階段），2009

7 中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì).會(huì)話(huà)初始協(xié)議（SIP）技術(shù)要求（第5部分：統(tǒng)一IMS網(wǎng)絡(luò)的SIP協(xié)議），2009