IMS技術在空管系統中的引入及應用

陳穎　江國安

摘 要：文章參照中國電信運營商現有網絡對于IMS技術的應用，提出了符合民航系統的IMS網絡建設的實現方法，包括業務需求分析、PSTN（傳統公共電話交換網絡）的融合方式、號碼分析與路由規劃、組網方案以及IMS技術應用等，有助于讀者理解IMS系統的設計思路及引進和應用過程中可能存在的問題，同時就IMS技術如何在空管安全生產中應用進行探討。

關鍵詞：IMS；建設；PSTN；融合；應用

1 IMS技術應用現狀

IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統）最早由3GPP提出，主要在移動通信網絡上提供多媒體業務，后被業界廣泛認同，逐漸擴展為適用于固話、寬帶、cable等多種接入方式的統一核心控制網絡。目前IMS已經成為國際主流標準組織對下一代網絡控制架構的共同選擇，世界上各大運營商都在著手開展IMS網絡的試點或商用建設，國內主流電信運營商也將IMS作為未來提供會話型多媒體業務的核心控制網絡。

目前，我國三大運營商都已全業務運營，固網和移動網的融合而帶來的基于IMS的全業務下一代網絡，代表了未來的發展方向，這對于IMS在我國的應用和發展有著重大的現實意義。對于國內各大主流電信運營商，中國移動對于IMS網絡建設最為積極。通過新增部署大量的IMS設備，直接為其移網客戶提供豐富的手機多媒體業務，取得了良好的效果。中國電信、中國聯通也緊跟其后開始進行IMS網絡建設。中國電信由于原有的固網語音電話用戶較多，因此其采用先建IMS網絡以完成對原有的固網PSTN和NGN用戶的融合，再進行對移網用戶的融合，以實現多網合一的最終目的。

2 空管系統對于IMS系統應用的需求

空管固話系統由于建設時間不同，采用的技術也不同，因此存在著系統復雜、接口繁多、擴展性差、維護難度大、運營成本高及互聯互通難以實現等問題。同時，受制于技術條件所限，其能實現的功能也局限于普通語音通信。而隨著信息技術及語音交換技術的發展，傳輸、交換逐步向IP化發展，原有基于CS交換技術的程控交換設備已不能滿足空管業務的不斷發展。若一味不斷的修補現有網絡，而不針對架構問題進行解決，只會加大空管固話系統的復雜度及維護難度。因此，需要根據空管業務整體考慮空管語音系統未來的發展方向。

以民航廣州地區的語音通信系統為例，該系統由中南空管局負責管理，主要依靠華為公司生產的32模塊程控交換機（PSTN），使用年限過長，已接近其生命周期，無法對民航重要的語音通信業務良好保障，而且業務功能單一，急需進行升級。而IMS技術既符合當今通信技術發展的主流，除了能繼承原來的程控交換機業務功能外，還能通過即時消息、電話會議、一號通、視頻會議等新功能提升用戶的工作效率，成為民航PSTN升級首選的技術。另外，民航使用的寬帶、數據、視頻等業務是相互獨立的，不利于統一管理，而IMS技術能夠很好地融合上述三者。民航通信業務發展也需要跟上技術的發展，使用戶得到的服務質量與運營商保持同步。因此，建設IMS網絡的需求就顯得尤為迫切。

3 PSTN的融入方式

對于傳統PSTN設備融入IMS網絡一般有兩種方式，一種是對PSTN的完全替代；另一種是將PSTN逐步融入。

電信運營商一般采用前者，這種方式通常是一次性購買整套的IMS設備和整網的LISENCE（許可），同時購買過度性的與NGN網絡類似的的接入設備，把現網傳統PSTN交換機用戶一次性全部割接到IMS系統中，這種方式的優點在于IMS下的所有用戶都能通過IMS核心進行注冊，享受IMS提供的豐富的多媒體業務，有利于運營商業務的開展與發展用戶與占領市場份額。但是，這種方法在初期的投資過高，而且隨著將來IMS技術的發展，相關的過渡產品將面臨淘汰，存在投資浪費的風險。

中南空管局對于IMS網絡建設需求與電信部門有相似之處，但作為企事業單位，必須按照實際情況考慮建設成本。因此，中南空管局采用第二種方式將PSTN逐步融入IMS系統。通過新建一套華為IMS系統，使其支持IAD、SIP軟/硬終端、UA5000（華為綜合接入）等設備的接入，將原CC08程控交換機的部分重要用戶割接到IMS網絡中，按需靈活選擇接入設備，采取IMS系統與CC08系統并存的方式實現民航用戶整體的語音通信。將來隨著業務的發展和用戶的需求，再逐步對IMS系統進行擴容，將CC08交換機剩余的用戶逐漸零散割接到IMS系統中，直到實現IMS系統對其完全替代，從而最大程度地節約建設成本，確保不造成資源的浪費。

4 號碼分析與路由規劃

民航廣州地區IMS設備與CC08交換機作為一個整體與電信運營商互聯，對于電信運營商的所有入中繼，需要由其中一套系統作為匯接局，并將非本局業務匯接到另一套系統中。由于廣州地區民航號碼采用零散號碼方式進行割接，而CC08交換機的路由分析表功能最多只能支持2000條記錄，無法通過路由選擇的方式實現匯接功能，因此只能通過IMS系統作為匯接局。

具體實現方法是將廣州地區民航所有電話號碼都在IMS的HSS（歸屬用戶服務器）內進行設置，為每個號碼都指定對應的路由，若被叫為IMS的號碼時則直接在IMS本局落地，若被叫為CC08交換機的號碼則通過兩套系統對開的互聯中繼送往CC08交換機落地（需通過號碼變換方式實現）。同時，在CC08交換機通過無條件前轉功能，把需要割接到IMS系統的零散號碼前轉到IMS，從而實現IMS系統與CC08交換機作為一個整體為民航內部用戶提供語音通信服務。

5 物理連接方案

由于民航IMS系統組網對于安全性要求很高，因此組網中IMS核心設備各網元以及交換機、路由器均采用雙機備份方式進行。整網連接示意圖如圖1所示。

5.1 信令組網

通過一對匯聚交換機（1和2）進行信令端口匯聚，將I/S/P-CSCF、HSS、CCF、ENS、CCF等網元接入到民航IP承載網中，劃分一個專用的VLAN1，構成IMS核心網中的信令網。

5.2 媒體組網

IMS系統的MRFP/MCU的媒體接口通過匯聚交換機（3和4），接入到民航IP承載網絡，通過劃分一個專用的VLAN2，構成IMS核心網中的媒體網。

5.3 接入層組網

廣州民航的用戶分布在多個不同地區，均由UA5000接入設備下帶，通過2臺路由器（A和B），經過民航IP承載網連接SBC服務器。

5.4 SBC與防火墻

SBC服務器位于核心機房局域網與民航內部IP承載網之間，其作為IMS終端用戶的信令/媒體代理，同時對于SIP偽攻擊等具有防護作用，保證用戶的接入。

通過在SBC信令/媒體上行口接入信令網匯聚交換機（1，2），實現與IMS核心互通；在SBC信令/媒體下行接口接入一對路由器（A，B），通過中南空管IP承載網實現與接入網絡互通。

SBC能夠實現隱藏核心網的拓樸結構，可以避免核心網設備直接暴露給用戶，從而免受黑客的直接攻擊；SBC還能夠不讓其他運營商獲悉民航核心網的拓樸結構，實現向用戶和運營商都提供拓樸結構隱藏能力，同時還能隱藏網元的數量和能力。此外，SBC與民航外聯網之間再配置一個防火墻進行隔離，防止不安全域對IMS核心設備的攻擊。由此夠確保民航IMS系統的網絡安全。

5.5 業務發放/計費/網管組網建設方案

維護組網圖如圖2所示：

如圖2，廣州民航IMS業務發放/計費/網管接口的網元都接入到一對匯聚交換機（5和6）中，連接到民航現網的BOSS計費業務系統，通過BOSS系統實現對IMS系統話單進行自動讀取分揀，同時實現BOSS系統對IMS系統電話的自動控制功能（如調級、停復機等）。

從網絡安全角度考慮，業務發放、計費和網管所在的運維網絡應與信令網、媒體網分屬于不同的IP網段，兩個網絡之間通過在交換機設置安全策略使其互通，實現對IMS核心網的保護。

IMS各網元雖然都能獨立登陸配置，但由于數量眾多，存在維護不夠直觀、告警無法及時發現等問題。廣州地區民航IMS系統采用華為IMS核心網元統一采用M2000進行管理，通過該系統可以對IMS各網元進行統一的軟件管理、數據配置和備份、信令跟蹤、告警實時監控、故障集中管理等功能。能夠大大減小網管復雜度和維護難度，有利于日常的維護工作及加快故障排查的速度。同時，通過分級權限管理，能夠防止嚴重的人為錯誤操作，更合理地控制風險。

6 IMS技術在空管安全生產中的應用

結合空管系統業務的實際情況，IMS技術可在空管安全生產中得到如下應用：

6.1 遠端語音接入

當前空管系統遠端語音接入主要由兩種方式：一是租用遠端用戶所在地運營商的語音交換設備；二是使用空管傳輸網絡將語音業務延伸至遠端。第一種方式因為安全性原因，使用已越來越少，未來趨勢將要更換；第二種方式因涉及傳輸、接入等設備，業務拓撲復雜，中間節點較多，造成部署繁瑣，維護難度較大。當前民航中南地區遠端語音接入典型方式如圖3。

遠端用戶的語音接入所要經過的設備較多，涉及的配置較復雜，部署較慢。若通過IMS技術實現則要簡單得多，僅需要兩地網絡連通即可，實現方式如圖4所示。

使用IMS技術進行遠端的語音接入部署，涉及設備較少，部署快速簡單；同時，因為有防火墻（SBC）做隔離，安全性也能有保障。因此，基于IMS技術對遠端語音進行接入，能符合空管系統對業務接入的要求。

6.2 視頻會議系統接入

由于廣州地區空管系統內有多套視頻會議系統，承擔著日常辦公、管制會議、天氣講解、協調會商等業務需求，但存在著系統獨自建設、重復浪費，各視頻會議功能獨立互不相連，部署需要建立多個網絡等問題。而IMS基于IP的實現方式使其接入視頻會議系統具有先天優勢，且部署了IMS系統的語音接入后，視頻會議的傳輸也一并解決了。在用戶端看，有了電話線后視頻會議的接入是極其方便快速的。而且，由于IMS的特性，視頻會議的接入終端可以是硬件攝像頭，也可以使用桌面智能終端，甚至手機、平板等也可接入IMS的視頻會議，視頻會議的召開不再局限于固定的地點。

當前空管系統業務發展迅速，業務需求往往不是單一的，新增的信息點可能需要進行多種業務的接入。若按以往思維進行業務部署，則可能會出現每種業務部署一套網絡，不但建設成本較高，后期運維難度也較大。若考慮使用統一的接入網及核心網，則部署將簡單快速，對后期運維造成的壓力也降低。基于這方面的考慮，可以將PON技術與IMS技術做融合，使用PON做接入，IMS實現核心交換。如此一來，既能發揮PON技術萬兆帶寬的優勢，又能做到業務的透明傳輸。

7 結束語

IMS技術順應通信網絡發展的趨勢，確定了其在未來的全IP移動通信網的重要地位，在IMS之上可開發豐富的IP多媒體應用，是未來通信網絡發展的核心，是部署新業務的基石，我國應用IMS技術行業和企業也正日益增多，本文中提出的IMS建設方案，目前已被民航通信業務主管部門采用并在廣州地區正式付諸實施，可為民航其它地區固話網絡升級以及其他行業企業通信管理部門引入IMS技術時所借鑒。