電力IMS接入網演進及綜合接入方式

卜憲德，李守用，李炳林，田文鋒

（1.國網智能電網研究院，江蘇 南京210003；2.南京南瑞集團公司國際業務分公司，江蘇 南京210003）

1 引言

目前，國家電網公司交換網面臨網絡轉型的問題，需要尋找便于開發新業務、降低網絡運行成本、便于統一維護管理、解決當前程控交換設備停產問題的技術新途徑。由于公司的網絡規模龐大、結構復雜，對網絡的安全性要求很高，因此從2012年開始對下一代交換網中應用廣泛的軟交換和IMS技術做了詳盡的分析和論證，最終明確了交換網技術以IMS技術為最終發展方向，并采用“先核心、后接入”的原則建設IMS交換網。

IMS接入網是IMS交換網的重要組成部分，位于通信網的最底層，是為用戶提供業務服務的窗口。根據國際電信聯盟（ITU）關于接入網框架的建議（G.902），接入網有3種主要接口，即用戶網絡接口（UNI）、業務節點接口（SNI）和維護管理接口（Q3）。接入網實際上由業務節點接口和用戶網絡接口之間的一系列傳送實體（如線路設施和傳輸設施）組成，為供給通信業務而提供所需傳送承載能力的實施系統。

接入網所覆蓋的范圍也由3個接口定界。網絡側經業務節點接口與業務節點（SN）相連；用戶側經用戶網絡接口與用戶相連；管理方面則經Q3接口與電信管理網（TMN）相連。圖1為接入網的接口示意。

圖1 G.902所定義的接入網范圍

根據G.902的建議，籠統地講，接入網就是指骨干網絡到用戶終端之間的所有設備，包含AG設備、IAD設備、IP PBX設備、電路交換機、PBX交換機，接入網終端包含POTS話機、SIP話機以及軟終端。

圖2 IMS系統架構

2 接入網現狀

目前，原交換網絡呈樹型拓撲，為“4級匯接、5級交換”的結構，接入網主要覆蓋第5級縣供電企業，設備廠商品牌繁多，大部分設備運行8年以上，廠商維保困難，備品備件嚴重不足。接入網設備一般具備本地網管功能，沒有建設統一的專業交換設備網管系統。業務主要以解決行政辦公電話為主，同時作為公司調度交換網的備用系統，絕大多數是窄帶業務，種類單一。受制于網絡技術和網絡能力，國網公司交換網的業務無法部署多媒體等新業務。

3 IMS網絡架構

3.1 IMS接入設備與核心網的關系

電力系統下一代行政/調度交換網的目標網絡是以IMS為核心控制層的交換網絡。IMS系統的總體結構如圖2所示。

IMS網絡由業務層、控制層、接入層組成，不同層面之間采用開放接口協議，提供以IP為承載的、基于SIP的多媒體會話業務的控制能力和業務提供能力。接入層位于IMS網絡的底層，直接接入用戶終端，接入層設備通過IP承載網絡實現與核心層設備的互通。

3.2 IMS系統接入層設備

在IMS網絡中，IMS的接入設備和終端設備包括以下幾方面。

（1）SIP IAD

支持傳統POTS話機的接入，采用SIP接入IMS網絡。因為該設備端口數量固定，而且單臺設備一般不會超過100線，故常常應用在用戶總量較少的場合。

（2）SIP AG

支持傳統POTS話機的接入，采用SIP接入IMS網絡。AG可以通過擴展機框來增加容量，接入用戶數量范圍在100線以上，甚至多達10萬線，故應用在用戶數量較多的場合。

（3）H.248 AG/IAD

支持傳統POTS話機的接入，用戶側的接口與SIP AG和SIP IAD相同，但是采用H.248協議接入AGCF，再進入IMS網絡。

（4）IP PBX

專用交換機，同時具備電話接入和電話交換功能，可通過多種方式接入IMS網絡；而且IP PBX也同時提供E1中繼接口，可以不經過MGW設備直接完成與通信運營商的互聯互通。因為IP PBX安裝在用戶側，并且提供較多的業務功能，用戶可以自行設置其業務功能屬性（AG所提供的業務功能需要經過IMS業務平臺），所以在需要個性化設置語音業務的單位使用。

（5）SIP硬終端

外觀類似普通的POTS話機，部分SIP終端可以提供視頻通話的功能。SIP硬終端的優點是可以通過以太網接口接入IP網絡，不需要AG設備就可以直接組網通話；SIP硬終端的缺點是價格高（一般是普通話機的5～10倍）；需要用戶進行終端設置（用戶需要設置本機IP地址和SIP服務器地址才能使用）；需要額外的電源供電。

（6）SIP軟終端

支持IMS SIP并且通過xDSL、WLAN、LAN接入IMS網絡的一種軟件客戶端，通常安裝在PC等設備上。軟客戶端具備移動性，Web客戶端也是軟終端的一種形式。

在IMS網絡的核心交換和控制平臺建成后，對于程控交換設備老化退網的問題還需要通過部署接入層設備來解決，例如部署AG、IAD、SIP硬終端等方式替換退網程控交換設備。

4 設備接入方式

4.1 AG設備接入方式

AG屬于大容量的用戶接入設備，安裝在大樓內的接入機房內，安裝位置靠近用戶配線架，以利于用戶線的端子分配和跳線。AG最常見的組網應用是作為IMS核心網的接入網關，完成普通POTS話機的接入。按照公司要求，各省公司都設有互為熱備份的2臺匯聚交換機（CE1和CE2），完成本區域的業務匯聚和上行，AG應采用雙上行鏈路，通過2臺CE進入IP承載網，完成與IMS核心網的信令交互，并且通過IP承載網完成與其他AG設備，或者IAD設備、SIP終端的媒體流的互通。AG雙上聯接入方式如圖3所示。

圖3 AG雙上聯接入方式

4.2 IAD設備接入方式

IAD主要適用于小容量的場景進行IMS語音的服務。通過IAD設備接入用戶的POTS話機，IAD的上行通過IP數據網，接入IMS網絡的邊緣設備SBC，經過SBC的安全審核后，用戶數據完成用戶IMS核心設備和其他用戶數據的互通。這種模式具有成本低、安裝靈活的優點。IAD設備接入方式如圖4所示。

圖4 IAD設備接入方式

4.3 IP PBX接入方式

IP PBX負責企業內部所有終端的接入，這些終端不但包含POTS話機、IP話機終端，也可以由AG和IAD設備匯聚的各類語音終端。IP PBX通過公網完成與IMS控制平臺的互聯，SIP通過SBC設備完成與P-CSCF網元的連接。因為IP PBX還可以提供E1接口，故還可以與其他的PSTN運營商相互連接，為本企業用戶提供呼叫他網用戶的通道。IP PBX設備接入方式如圖5所示。

4.4 SIP終端接入方式

按照現有的設備資源和布線資源，SIP終端采用獨立接入交換機，接入匯聚交換機匯聚后，進入語音專用的2臺CE設備。接入交換機對語音數據進行VLAN標簽的標記，并將數據轉發到語音CE中。該方式的優點在于采用專用的語音接入交換機，并且對終端進行PoE供電，設備的可靠性和承載網的QoS均能得到保證，但要對現有大樓的布線系統進行改造，并新增PoE接入交換機。SIP終端設備接入方式如圖6所示。

圖5 IP PBX接入方式

圖6 SIP話機接入方式

5 網管系統

網管系統需具備拓撲管理、告警管理、配置管理、性能管理、系統管理、安全管理和操作維護等功能，并提供北向接口功能。

5.1 總體原則

（1）“帶內網管”原則

IMS接入網設備網管系統采用“帶內網管”，網管和核心網采用同一VPN。因此接入網設備應該支持VLAN的劃分，以確保網管數據能夠安全進入IMS核心網的VPN。

（2）“分權分域”原則

分權分域是對網管系統各個不同角色的網管人員的操作權限做出合理的限定。系統管理員擁有網管系統最高的權限，不但可以瀏覽網元的運行狀態和參數，而且可以將網元的運行參數進行修改，激活或關閉部分網元。一般網管人員的權限則被限定在網元參數和運行狀態瀏覽的范圍內，或者可以更改部分網元的參數。分域原則是網管人員只能操作本區內的下屬網元的參數和狀態，不能跨區瀏覽和設置。例如國網江蘇南京公司的網管人員只能瀏覽南京市內的設備參數和狀態，不能瀏覽其他地市的網絡設備。

5.2 建設方案

IMS接入設備網管系統分二級建設：在省會城市建設省網管中心，在各個地市建設地市網管中心。省網管中心集中部署網管服務器，由網管服務器提供全部的網管功能，應根據網管數據的存儲容量，合理確定用于存儲的磁盤陣列，根據數據的安全性，確定存儲設備的冗余性和備份方式。

網管人員通過部署在工作站上的網管系統客戶端程序登錄接入網網管系統。工作站部署在省網管中心和地市網管中心。接入網網管系統拓撲如圖7所示。

圖7 接入網網管系統拓撲

6 結束語

本文提出的IMS接入網設備綜合接入方案適用于公司各種接入設備及終端應用場景，為電力企業IMS接入網建設提供了技術依據。

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