采用IMS發展Internet用戶的解決方案

摘要:文章介紹了一個采用IMS發展Internet用戶的解決方案。該方案通過Push AS、重路由、計費等特殊設計，滿足Internet用戶不同于普通電信用戶的組網需求。文章分析了Internet用戶的話務模型和業務發展情況，指出Internet用戶具有高申請率、低使用率的特點，適合采用Web自助開銷戶方式、預付費計費方式。IMS網絡除了用于固網改造，發展Internet用戶也是當前可行的應用方式。

關鍵詞: IP多媒體子系統；會話推送服務器；基于IMS的多媒體電話業務；重路由

Abstract: This paper describes a solution that uses IMS to increase Internet access for subscribers. By using Push As, rerouting, charging, and other special techniques, this solution meets the networking needs of Internet users (which is different from the needs of telecom users). In this paper, we analyze a model based on the traffic of Internet access subscribers, and we discuss service development. There is a high number of Internet subscriber applications but a relatively low usage rate, which makes web self-registering, deregistering, and prepaid charging suitable.As well as being used for fixed-network reconstruction, IMS can also be used to increas the number of Internet subscribers.

Key words: IP multimedia subsystem (IMS); PUSH AS; multimedia telephony (MMTEL); rerouting

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A 文章編號：1009-6868 (2012) 04-0038-06

IP多媒體子系統(IMS)作為新一代核心網控制技術，是未來移動、固定網絡融合的統一控制層，是引入語音、數據、視頻三重融合等差異化業務的重要方式。IMS在標準上已經基本成熟，在運營商中已經開始嘗試規模商用，但是應用方式在業界還處于探討當中。IMS在中國的應用方式主要是替代軟交換進行固網改造。比如中國電信各省公司已經完成IMS設備的集采工作，部分省公司的IMS設備已經割接了數十萬用戶。除了固網改造外，其他新的應用模式還在探討中，比如按第三代合作伙伴計劃(3GPP)標準，長期演進(LTE)的語音、視頻類會話也將由IMS進行控制。但是LTE在中國的規模部署還需一段時間，因此除了固網改造之外，IMS網絡如何接入、發展用戶就是一個問題。另一方面，隨著MSN、Skype、QQ等業務的發展，Internet通信業務對傳統運營商的業務發展也構成了很大挑戰。電信運營商如何應對IT業務的滲透，并實現轉型是近幾年業界討論的熱門話題。

2011年中興通訊在海外某運營商的IMS網絡已經實施并商用，該局點提供固網改造功能和IT的應用。作為競爭性運營商，在用戶接入、用戶規模上都沒有明顯優勢，所以在引入IMS時考慮必須有創新的業務，在方案上對IMS進行了擴展。

1 IMS組網介紹

1.1 組網

該運營商的現網是一個下一代網絡(NGN)改造后的軟交換局，它可以接入綜合業務接入網(MSAN)的固網用戶、H.323標準的終端、SIP協議（非IMS標準）的終端。

IMS實施后，組網如圖1所示，符合3GPP標準要求[1]。MSAN的固網用戶，通過接入網關控制功能(AGCF)接入IMS網絡。AGCF兼做協議轉換功能，接入H.323標準的IP用戶交換機（IP PBX）、綜合業務接入設備(IAD)，SIP協議（非IMS標準）的IP PBX、IAD。新發展的Internet用戶，使用局方定制的符合3GPP標準的軟終端，包括Win PC、Mac PC、WinCE、iPhone、Android等多個版本，并通過會話邊界控制器(SBC)接入代理-呼叫會話控制功能(P-CSCF)。IMS網絡通過媒體網關控制功能(MGCF)、媒體網關(IM-MGW)與現網電路域互通。MGCF與現網軟交換通過SIP-T協議互通，媒體面不經過MGW，IMS終端和軟交換終端直接端到端互通。不同終端之間可能存在編解碼不能互通的問題，IMS網絡需要提供編解碼轉換功能[2]。編解碼轉換功能由多媒體電話應用服務器(MMTEL AS)實現，MMTEL AS識別會話需要編解碼轉換時，控制媒體網關做編解碼轉換。MMTEL AS內置了媒體資源控制功能(MRFC)，IM-MGW內置了媒體資源處理功能(MRFP)[2]。IMS通過業務交換功能(SSF AS)與業務控制點(SCP)互通，為IMS用戶提供現網智能業務。在IMS網絡中引入第三方AS，提供MMTEL AS之外的其他業務，比如Push AS提供的會話推送業務。

用戶的號碼編號方式分固網改造用戶、新發展的互聯網類用戶兩種情況。

固網改造用戶與中國的固網改造基本類似，每用戶SIP、Tel格式的IP多媒體公共標識(IMPU)各1個。

新發展的互聯網類用戶，有3種類型：

(A) PC用戶。在這類用戶中，每個用戶有1個用Email地址構造的SIP格式的IMPU。比如用戶的Email地址是12345@gmail.com，IMPU則為SIP:12345_gmail.com@ims.Ttelecom.net。PC用戶只能在IMS域內呼叫，不能與IMS域外用戶通話。

(B) 其他運營商的用戶。這類用戶的SIP、Tel格式的IMPU各配置1個，形式為SIP: MSISDN@Domain、TEL:MSISDN，MSISDN（移動臺國際ISDN號碼）是用戶在其他運營商的號碼。該類用戶主叫業務不受限制，IMS域內呼叫該用戶時直接在IMS域內接通，IMS域外用戶呼叫該用戶時按用戶原網絡接通，即尋呼原手機。

(C) 一號通用戶。用戶申請該運營商的一號通新號碼，用戶的SIP、Tel格式的IMPU各配置1個，形式為SIP:PSTN@Domain、TEL: PSTN，PSTN是運營商給用戶新分配的號碼。該類用戶形式上看與固網用戶相同，但是并沒有固網終端接入。A類用戶在電信網絡上無法路由，B類用戶的MSISDN是其他運營商的號碼，也無法在電信網絡上路由。通過MMTEL AS提供的主叫、被叫一號通業務，C類號碼為A/B類用戶提供了在電信網上可路由的號碼。

對于Internet用戶，在MMTEL AS上放號時，最大需簽約3個別名組，并根據需要簽約一號通業務。

1.2PUSH和重路由

軟終端接入分組網后，不需要在IMS網絡中注冊。當有會話呼叫該用戶時，如果用戶的軟終端已經注冊，被叫流程和普通用戶的流程相同。如果該用戶在IMS網絡沒有注冊，由會話推送應用服務器(PUSH AS)通知用戶軟終端。軟終端啟動IMS注冊流程，注冊成功后，進行會話的后續流程處理。引進PUSH AS后，IMS網絡只需維護較少軟終端的注冊狀態，實現用較少容量的設備控制大量的Internet用戶到目的。

軟終端未注冊時，被叫流程如圖2所示。實現方式如下：

(1) 用戶手機已在分組域中注冊，軟終端已經將分組域的相關信息發送到了PUSH AS，而軟終端在IMS域中未注冊。

(2) 查詢-呼叫會話控制功能(I-CSCF)收到會話初始邀請時正常處理；S-CSCF收到初始邀請時，用戶未注冊。

(3) 服務-呼叫會話控制功能(S-CSCF)按未注冊方式觸發（用戶的初始過濾規則iFC簽已注冊參數）會話到MMTEL AS，MMTEL AS啟動異常第三方注冊流程（但不啟動到S-CSCF的第三方注冊訂閱），從歸屬用戶服務器(HSS)下載用戶數據，完成被叫業務的處理。

(4) S-CSCF按未注冊方式觸發會話到PUSH AS，PUSH AS發現用戶已經在分組域注冊，發送推送消息給軟終端。

(5) 會話推送過程可能時間較長，為防止后向網元定時器超時，PUSH AS同時發送“呼叫進行中”的消息給后向。

(6) 軟終端收到會話推送消息后，啟動IMS初始注冊流程。

(7) IMS注冊成功后，軟終端回復會話推送成功消息給PUSH AS。PUSH AS發送不帶原始對話標識(ODI)[3]的邀請給S-CSCF。

(8) S-CSCF按已注冊用戶的被叫會話流程完成呼叫的落地處理。

對于有MSISDN號碼資源的用戶，必須假定用戶的手機在現網是正常工作的，IMS的引入不影響用戶在原運營商的現網業務。如果會話沒有推送成功，必須啟動重路由功能。實現方式如下：

(1) 如果會話沒有推送成功，PUSH AS給S-CSCF返回SIP協議的480錯誤響應，S-CSCF則返回480錯誤響應給MMTEL AS。

(2) MMTEL AS收到480錯誤響應（或者重路由定時器超時），啟動會話重路由功能。MMTEL AS在被叫號碼前加插重路由前綴，并向S-CSCF發送會話初始請求消息。

(3) S-CSCF通過號碼分析去除重路由前綴，并將會話路由到MGCF出局。

1.3 計費

后付費用戶的計費由計費網關提供運營商要求的話單給計費系統，并由其進行結算。

預付費用戶在IMS域內通話免費，在IMS域外的會話需要計費。現網的預付費平臺提供計費功能。網絡假定用戶所有會話都免費，是否收費由用戶最終如何落地決定。在以下兩種情況下需要觸發預付費功能：

?被叫不是IMS用戶

?被叫是IMS的用戶，會話需要重路由出IMS域

MMTEL AS在做主叫業務時，如果是預付費用戶，需要在被叫號碼前加插預付費前綴。MMTEL AS做預付費用戶的被叫業務時，如果有前轉業務，需在前轉號碼前加插預付費前綴。MMTEL AS在加插預付費前綴的同時，還需在信令上加插預付費擴展頭部。

S-CSCF將會話初始會話請求轉發給I-CSCF，I-CSCF用去除預付費前綴后的被叫號碼查詢HSS。如果被叫是IMS用戶，I-CSCF刪除預付費前綴但不刪除預付費擴展頭部，并將初始會話請求發送到被叫S-CSCF。如果被叫非IMS用戶，I-CSCF給主叫S-CSCF回復404錯誤，主叫S-CSCF將會話重路由到MGCF。MGCF刪除預付費擴展頭部，保留預付費前綴，并通過現網軟交換出局。假定預付費前綴是5089，預付費實現流程如圖3所示。

如果被叫是B類用戶，會話推送不成功時需要重路由出局。如果會話初始請求消息中有預付費擴展頭部，說明主叫是預付費用戶，需要加插預付費前綴。預付費前綴加插在重路由前綴之后，被叫號碼之前。

1.4 運營支撐系統

IMS提供業務開通節點與業務運營支撐系統(BOSS)接口，屏蔽IMS中多網元的組網細節，簡化BOSS系統的改造工作。BOSS需要增加與第三方AS的對接接口，需要增加Internet用戶的自服務Web門戶，其組網如圖4示意。

固網改造的用戶，采用運營商營業廳受理。

Internet用戶不需要在運營商營業廳受理。運營商通過平面廣告、網絡廣告吸引用戶，用戶通過訪問運營商網站，自助完成用戶的開戶、銷戶、預付費充值等操作。開放給Internet用戶的業務是IMS網絡業務的一個子集，比如不提供Centrex功能。用戶根據需要自助選擇業務。用戶可以選擇A、B、C3類號碼，A、B類號碼必選一種或同時選兩種，C類號碼缺省不選擇。如果用戶同時選擇兩類以上號碼，則由Web系統自動產生一號通業務開通指令。

2 Internet用戶的業務發展

分析

2.1 Internet用戶增長分析

該IMS局割接部分固網用戶后，計劃試商用一段時間以驗證組網的正確性和設備的穩定性。在試商用期間，同時在Internet中推廣發展用戶。從放號用戶數看，Internet用戶發展很快，設備的大部分容量已經用于Internet用戶，并在1月份即進行了License擴容。表1采樣了2011年12月和2012年1月的放號情況，這期間用戶增長的趨勢如圖5所示。

從實際放號情況看，Internet用戶基本上是B類號碼，且大部分Internet用戶只使用B類號碼，只使用A號碼的用戶極少。固網改造用戶SIP、Tel格式IMPU各1個，所以可以從總用戶數、SIP IMPU數、Tel IMPU數間的差值，分析用戶申請A/B/C3類用戶號碼的情況。以下以2012年1月30日的采樣數據為例分析。

?Tel IMPU比總用戶數大2 181，所以Internet用戶的C類號碼的申請率大約為0.38%。

?SIP IMPU比總用戶數大32 760，再減去C類號碼占用的SIP IMPU數，所以Internet用戶的A類號碼的申請率大約為5.33%。

圖6反映了A類號碼申請率的變化。在業務開展伊始，PC終端的使用比例較高，A類號碼的申請率約為16%。這反映出首先愿意嘗試新業務的用戶，有著較高的即時通信應用體驗。隨著用戶規模的增長，A類號碼的申請率逐步下降，最后穩定在5%左右。Internet用戶A類號碼申請率較低，反映出從Internet發展的新用戶以手機為主要通信工具。一方面說明雖然VoIP即時通信已經得到很快發展，但在語音通信總量中仍然處在較低水平；另一方面則說明了MSN等即時通信有其自身的優勢，比如用戶規模、創新應用對用戶的粘性、多應用的集成等。運營商提供類似的即時通信業務時，相比MSN優勢不足，還無法吸引大量用戶使用。

圖7反映了C類號碼申請率的變化趨勢。在業務開展一段時間后，C類號碼的申請率達到高峰值，約為3.85%。之后申請C類號碼的用戶比例逐步下降，維持在0.38%的較低水平。Internet用戶的C類號碼申請率較低，反映出Internet用戶主要以呼出業務為主，呼入業務選擇由原運營商提供服務。申請C類號碼時，一號通業務會修改主叫顯示號碼為新號碼，并可以用新號碼做被叫。C類號碼的申請率較低，反映出Internet用戶換號碼的意愿不強，說明了號碼對用戶的粘性作用。在某種意義上，號碼是用戶的另一個名稱，是運營商與即時通信競爭的優勢，也是主流運營商與新興運營商競爭的優勢。

2.2 話務分析

固網改造用戶，用戶注冊由接入設備控制，而接入設備基本保持正常工作，所以固網改造用戶基本保持在線注冊。Internet用戶則不同，用戶在需要使用業務時才到IMS網絡注冊，因此Internet用戶的在線比例比較低。圖8顯示了Internet用戶一天的在線比例變化情況。Internet用戶在7點左右在線比例較低，約0.36%用戶在線；21點、22點左右的在線比例較高，約0.61%；全天平均的用戶在線比例約為0.5%。用戶在線注冊的波峰值是波谷值的1.7倍。從以上分析可以看出，Internet用戶有高申請率、低使用率的特點。

圖9顯示了Internet在線用戶、固網改造用戶的話務量在一天內的變化情況，以每用戶Erl分別統計。固網改造用戶的相關峰值話務量約為0.023 Erl，24小時平均話務量約為0.0099 Erl。Internet在線用戶的峰值話務量約為0.024 Erl，24小時平均話務量約為0.0122 Erl。Internet在線用戶的忙時話務量與固網改造用戶的忙時話務量基本相當，但在全天的平均話務量上，Internet在線用戶比固網改造用戶約高25%。Internet用戶在需要使用業務時才到IMS網絡注冊，所以在線的Internet用戶平均話務量要高于普通用戶。

從圖8、圖9可以看出，Internet用戶在線的波峰值的時間，與話務量的忙時時間基本吻合。雖然Internet在線用戶的忙時話務量與固網改造用戶基本相當，但Internet用戶的在線比例很低，峰值只有0.61%。所以Internet用戶的忙時話務量只有普通用戶的0.6%左右。

固網改造用戶的忙時在下午，Internet用戶的忙時是在21點左右。一個可能的原因是Internet用戶的作息習慣比較晚，另外可能與用戶的接入方式有關。Internet用戶主要使用手機終端，通過WLan/Wi-Fi方式接入。受WLan/Wi-Fi無線接入熱點的限制，用戶在白天不一定能接入到IMS。晚上在賓館、家中，分組接入的條件相對來說則比較好，可以通過WLan/Wi-Fi接入IMS。

Internet用戶通過Web自助開銷戶，圖10顯示了用戶數凈增長在一天中的變化情況。從圖10可以看出，開戶高峰在23點左右。運營商營業廳正常上班時間在白天，與Internet用戶的受理時間需求不符。所以使用Web方式發展Internet用戶，比營業廳受理方式更加合適。

3 結束語

與普通電信用戶相比，Internet用戶具有高申請率、低使用率的特點。低使用率表現在Internet用戶的在線注冊比例低，只有不到1%的用戶在線。Internet用戶的話務量與普通用戶基本相當。

使用IMS網絡發展Internet用戶，需要考慮該類用戶的業務使用特點。高申請率使得在組網時，HSS、MMTEL AS等存儲用戶數據的設備，需配置大容量數據庫；低使用率的特點決定了設備的會話處理能力，可以按較低的話務模型配置。比如1 000萬的Internet用戶，只需配置相當于10萬普通電信用戶的處理能力即可。

使用IMS網絡發展Internet用戶，建議部署自服務Web門戶。通過Web門戶，可以實現快速發展Internet用戶，同時降低運營成本。

計費方面，建議采用預付費方式。這是Internet用戶低使用率特點的要求，也適合采用自服務開銷戶方式發展用戶。

4 參考文獻

[1] 3GPP TS 22.228. Service Requirements for the Internet Protocol (IP) Multimedia Core Network Subsystem (IMS); Stage 1 [S].

[2] 3GPP TS 23.228. IP Multimedia Subsystem (IMS); Stage 2[S].

[3] 3GPP TS 23.218. IP Multimedia (IM) Session Handling;IM Call Model;Stage 2 [S].

收稿日期：2012-04-12

作者簡介

朱蓉俊，浙江大學信息與電子工程學系畢業；現任中興通訊核心網產品項目經理，長期從事數字程控交換機、媒體網關、軟交換的研發，現從事IMS的MMTEL AS、短信網關的研發；獲多項全球發明專利，并獲國家專利獎1項。