基于IMS網絡的核心網能力開放部署方式

邱巍，吳倩，吳海

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

基于IMS網絡的核心網能力開放部署方式

邱巍，吳倩，吳海

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

電信運營商基于已有通信網絡能力打造能力開放平臺，吸引第三方開發者開發更多、更豐富多彩的個性化通信服務給用戶，將為運營商帶來新的機遇和挑戰。對能力開放的系統架構、IMS網絡能力平臺的建設方案和能力開放方式進行分析，為能力開放實際部署提供參考。

能力開放；核心網；IMS

1 引言

在電信運營商傳統通信業務增長明顯放緩、OTT業務快速發展以及“互聯網+”、智慧城市等新理念提出的大環境下，電信運營商基于已有通信網絡能力打造能力開放平臺，吸引第三方開發者以更開放、更靈活的方式開發更多、更加豐富多彩的個性化通信服務給用戶，將為運營商帶來新的機遇和挑戰。

能力開放平臺通過對復雜的底層通信網絡能力進行能力封裝，對外提供開放的接口和一個統一的開發和執行環境，支持快速引入新的應用和服務，以更低的平均運作成本提供和管理更為豐富的融合業務。

2 核心網能力開放方案分析

2.1 網絡開放能力

電信網絡能夠開放的主要能力如下。

· 網絡通信類：包括語音、視頻、短信、彩信、定位等。

· 信息數據類：包括通訊錄、用戶數據、終端信息等。

· 服務支撐類：包括營銷渠道、代收費、客服支持、終端適配、運維托管等。

· 基礎網絡與設施類：包括寬帶連接、IDC（internet data center，互聯網數據中心）、內容分發、存儲等。

其中網絡通信類、信息數據類的能力開放將更多依托核心網的能力。本文將對核心網能力開放的系統架構、IMS（IP multimedia subsystem）核心網網絡能力平臺的建設方案和能力開放方式提供分析和建議。

2.2 核心網能力開放系統架構

目前能力開放主要有以下兩種方式。

方式一：不單獨部署能力開放與管理平臺，運營商能力提供設備直接通過能力開放API向應用層提供網絡能力，具體如圖1所示。

圖1 能力開放方式一

此方式下，業務平臺直接與核心網交互，優點是效率高，缺點是應用層與網絡設備直接進行適配，在網絡內有多廠商設備的情況下，應用層需要適配不同廠商能力設備，并需要了解運營商網絡能力的實現機制和底層協議，對于應用層的要求較高。同時應用層與運營商網絡直接交互，安全性較差。本方式適合小范圍快速部署。

方式二：獨立部署能力開放平臺，面向應用層提供統一的開放接口，實現能力開放的統一管理以及應用層與運營商基礎網絡的安全隔離，具體如圖2所示。

圖2 能力開放方式二

方式二通過獨立的能力開放平臺將運營商基礎通信網的業務能力映射為簡單統一的開放接口，提供給應用層，應用層僅需通過調用該接口進行相應的應用集成和能力調用，而無需詳細了解運營商網絡能力實現機制和底層協議，對于應用層在實現上更為簡單。同時由能力開放平臺集中完成對能力開放的管理、鑒權、計費等功能，架構和功能劃分更為清晰完整，適合全網部署。

根據目前國內運營商實際網絡情況和管理要求，方式二更適合于多業務系統、多廠商場景下能力開放的全網部署，能夠實現統一開放、統一管理。采用方式二的核心網能力開放系統架構建議如圖3所示。

對于各層的功能要求，本文結合目前業內的一些研究成果和能力開放的要求建議如下。

（1）能力層

能力層由具備面向應用提供網絡能力的能力平臺構成，目前可包括CS/PS/IMS/數據域/業務平臺類等網絡能力設備。基于能力開放業務開展應盡量減少對于現有網絡和設備的改造，避免影響現網業務，能力層中的能力平臺設備不應改變其在基礎通信網絡中的功能和實現機制。為實現能力開放的要求，相關能力平臺設備可通過在原有網元設備上疊加能力開放模塊/功能實現能力開放的調用，支持與能力開放平臺間的能力調用接口要求。對于由于能力開放的部署造成能力開放業務與基礎通信網絡中自有業務/自有增值業務之間嵌套、沖突的情況，由于相關業務的控制在能力平臺設備實現，第三方應用并不了解網絡能力的具體實現機制，因此建議由能力平臺設備完成相關嵌套和沖突的處理。

圖3 獨立設置能力開放平臺的核心網能力開放系統架構建議

（2）應用層

應用層即第三方應用，通過調用基礎網絡能力提供業務開發和應用，包括互聯網應用、企業ICT應用以及行業應用等。通常第三方應用并不了解基礎通信網絡中相關能力的具體實現機制和協議，因此應在運營商網絡側提供相關模塊（即網絡能力開放平臺）實現對于基礎通信網業務能力的封裝，并映射為簡單統一的開放接口，提供給應用層，應用層僅需通過調用該接口進行相應的應用集成和能力調用。

（3）開放層

能力開放平臺位于能力層和應用層之間，既要支持與網絡能力平臺之間的交互，通過南向能力調用接口集成網絡側的能力，實現網絡能力的封裝調用，又要提供面向應用的網絡能力開放API，實現網絡能力開放API的管理。同時能力開放平臺作為基礎通信網絡與應用層間的網關，需要實現對能力調用層的安全認證、能力使用的授權和管理以及計費等功能，并完成應用層與運營商基礎網絡的安全隔離。

由于能力開放將更多面向第三方應用，因此建議在能力開放平臺上實現多層級的安全管控能力，防止網絡能力被盜用、濫用。同時能力開放平臺與應用層間的組網也應滿足安全防控要求，實現網絡側與應用層之間的安全隔離，避免應用層行為對于網絡安全造成沖擊。

根據上述分析可以看出，在采用方式二部署能力開放時，由于在能力層與應用層間增加了網絡能力開放平臺，因此能力開放的最終實現效果將受限于能力開放平臺的建設進度和能力開放平臺南向能力調用接口及北向API的實現效率，尤其在能力開放涉及多個業務系統和多個廠商的情況下，對于能力開放平臺的建設和接口開發效率、管理提出了更高的要求。

2.3 IMS能力平臺建設方案分析

從現階段的市場需求和已有部署案例來看，核心網實時音視頻業務的能力開放需求最強，可優先發展。短信能力平臺可依托短信平臺進行升級支持。本文將以基本音視頻能力平臺建設為例，提供核心網能力平臺建設的方案建議。

目前對于基本音頻業務的能力開放有以下兩個方案。

方案一：基礎語音 AS（VoLTE AS、統一Centrex AS等）升級作為能力平臺，具體如圖 4所示。

圖4 基礎語音AS升級作為能力平臺方案

基礎語音AS可向IMS用戶提供基于IMS的多媒體電話業務，包括基本語音和視頻業務、補充業務（呼叫轉移、呼叫等待、呼叫保持、號碼顯示/限制、多方通話等）、傳真等。并可根據實際業務需求，配置相關模塊實現業務功能拓展，如配置VPMN（virtual private mobile network，虛擬專用移動網）業務模塊提供融合VPMN業務等。根據基礎語音AS支持的功能，基礎語音AS具備升級作為基本音視頻業務能力平臺的能力和可行性。同時由于IMS網絡均由歸屬域進行業務控制，因此具備向用戶提供歸屬域特色能力開放業務的優勢。本方案要求所有呼叫控制均由 AS完成。以某運營商VoLTE用戶進行能力開放為例，由于在VoLTE部署初期4G覆蓋不足，可能會有VoLTE用戶回落至2G/3G網絡的場景，此時VoLTE用戶的相關呼叫如果有不經過VoLTE AS進行呼叫控制的情況，則會造成該場景下用戶無法使用VoLTE AS提供的能力開放業務的情況，需要采用其他解決方案。如VoLTE用戶回落至2G/3G網絡時，其主叫由2G/3G網絡進行疏通，不經過其歸屬VoLTE AS進行呼叫控制，此時在主叫側無法實現由VoLTE AS提供的能力開放業務。該用戶被叫時，由于該運營商采用的是被叫錨定的方式，即呼叫錨定至IMS網絡后，先進行VoLTE AS的業務控制，再根據SCC AS（service centralization and continuity application server，業務集中及連續性應用服務器）域選擇結果進行后續路由，由于被叫呼叫全程仍由用戶歸屬VoLTE AS進行控制，因此該用戶在被叫時仍可以使用VoLTE AS提供的能力開放業務。

方案二：SCP/SCP AS升級作為能力平臺。本方案要求能力開放的用戶均需要簽約智能網業務，成為智能網用戶。具體如圖5所示。

圖5 SCP/SCP AS升級作為能力平臺方案

SCP/SCP AS用于實現業務控制功能，包括呼叫控制和處理、數據與話務管理、號碼翻譯、媒體控制等，因此具備升級作為基本音頻業務能力平臺的能力和可行性。同時由于智能網用戶也是由其歸屬SCP進行智能業務控制，因此也可以實現用戶漫游場景的業務體驗一致性要求。但本方案由于目前智能網設備暫不支持視頻的控制和處理能力，因此如果由智能網SCP/SCP AS同時升級為基本音視頻能力平臺，需要智能網設備進行視頻功能的升級改造。同時智能網現網存在業務嵌套觸發的情況，在部署能力開放后，需考慮與現有業務嵌套沖突的可能性和解決方案。方案比較見表1。

根據上述分析，從VoLTE用戶的遷移趨勢以及可部署的難易度和業務應用場景的角度考慮，可以優選基礎語音 AS作為基本音視頻業務的能力平臺，但需要解決部分場景業務使用受限的問題。如果采用SCP/SCP AS升級為能力平臺的方案，需要結合開放能力需求進行相應功能的升級并為用戶簽約智能網業務，同時需要分析研究現有智能網業務與能力開放業務嵌套的可能性和解決方案。

表1 基礎語音AS與SCP/SCP AS升級為能力平臺的方案比較

基于上述能力平臺建設的思路，建議綜合目前網絡中各網元的功能要求和業務需求考慮能力平臺的選擇，選擇原則建議如下：

· 設備符合未來網絡和業務發展需求，具備長期演進能力；

· 設備功能實現相對簡單，盡量避免能力開放對于設備已有功能的影響和部署；

· 同類業務的能力開放盡量在同類網元上實現，避免業務沖突或后續業務推廣時方案不一致、用戶體驗不一致。

2.4 其他能力開放拓展方式

由于IMS網絡的接入無關性以及固移融合網絡接入能力，除進行業務能力開放外，可以在終端側進一步拓展能力開放的應用范圍。

（1）SDK終端集成

目前通信網絡的終端主要是手機或固定電話等，通過提供嵌入式 SDK軟件包，可以將 IMS終端由傳統電話擴展到其他領域，如軟終端、電視機頂盒、攝像頭、物聯網終端等，使得網絡能力可應用在更大范圍的終端領域，實現多種終端互通，擴大網絡能力應用范圍。SDK集成方案的架構如圖6所示。

應用案例1：通過在TV機頂盒集成SDK，實現電視屏幕與手機、游戲等多終端間的交互，提供更多終端類型和更為豐富的應用，提升和拓展用戶體驗。

應用案例2：通過在攝像頭集成SDK實現遠程監控和簡單音視頻交互等，可應用在家庭和企業遠程監控、智慧城市以及相關工業領域等。

SDK集成方式在實際部署中需要考慮的問題：在現階段，終端SDK集成通常是由核心網廠商根據業務需求提供，因此SDK實現與核心網設備廠商的能力開放實現有一定相關性。在網絡內部署有多廠商設備的環境下，為保證用戶業務體驗的一致性，同類業務和功能的實現需要有統一的實現方案、功能要求和SDK標準。初期試用階段，為滿足業務快速上線和業務驗證需求，可以分廠商提供SDK。后續對于需要在多廠商環境使用并對于用戶體驗一致性要求較高的業務，可以根據已有商用情況編制統一標準，以保證用戶業務體驗的一致性。同時為實現對于SDK的管理和認證，建議統一設置終端管理平臺，完成SDK的配置、升級、認證等功能。

圖6 SDK集成方案架構

（2）WebRTC的部署

WebRTC是一種內嵌在瀏覽器中的高級實時音視頻通信技術，最初只是面向網頁開發者和使用者，無需額外插件和軟件下載即可通過互聯網瀏覽器實現實時的音視頻通信能力。通過在 IMS網絡中部署WebRTC，將網絡能力開放給OTT，可以進一步拓展能力開放的范圍，實現IMS網絡與Web的互通，實現IT與CT的融合。3GPP在 TS23.228中定義了WebRTC接入IMS的相關架構和流程，通過在 IMS域部署 eP-CSCF和eIMS-AGW 邏輯功能模塊，實現用戶通過支持WebRTC的瀏覽器接入IMS網絡進行實時通信。WebRTC IMS架構（TS23.228）如圖7所示。

圖7 WebRTC IMS架構（TS23.228）

WebRTC從用戶側提供的能力開放方式可以作為 AS北向能力開放接口方式的補充，兩者相輔相成，將為音視頻、消息等通信能力的開發提供更為靈活豐富的實現。

應用場景示例：在線購物實時客服，購物者與賣家協商時，可以直接通過瀏覽器進行面對面視頻溝通，查看實際貨品情況，減免誤解。此過程中，網購網站、購物者、賣家通過互聯網 Web方式使用了運營商提供的電信級視頻通話能力，并無需相互暴露自己的私人信息（如手機號碼等），保護了隱私，也確保了實時溝通帶來的用戶體驗提升。基于IMS的WebRTC應用示例如圖8所示。

基于運營商具有傳統優勢的基礎通信能力（如語音、視頻、消息等），WebRTC在IMS域中的部署可以為生態圈中的企業或個人開發合作者提供更為直接簡便的通信網絡能力調用，使各行業中基于Web的互聯網應用程序和軟件組件均可以像普通通信終端一樣，使用運營商提供的高質量、高可靠性的通信能力。這也將更便于運營商通信能力開放的市場推廣，開拓和互聯網及其他行業的新商業模式。

由于目前 WebRTC的標準定義和產業鏈還不是很成熟，建議運營商可持續跟蹤相關進展，結合產業鏈成熟度和業務需求進一步分析引入時機。

3 部署建議

能力開放目前還處于起步和試用階段，業內也對電信網絡的能力開放進行了有效的嘗試和應用，在實現方式上既有共性解決思路，也有個性化處理。本文對于能力開放部署的幾點建議如下。

· 在目前互聯網應用飛速發展的大環境下，電信運營商能力開放要獲得更好的應用和市場，除了進一步發揮運營商基礎通信網絡高質量高可靠性優勢的同時，還要能夠滿足客戶快速、靈活業務開展的需求。因此在能力平臺建設和北向接口的實現上應簡單靈活、易于實現，以適應復雜多樣的應用需求，并減少對于網絡側能力平臺的頻繁改造需求。

· 在運營商網絡內平臺種類多、廠商數量多的情況下，為實現不同廠商、不同域間（IMS、電路域、分組域、智能網、業務平臺等）網絡通信能力的協同調用和網內用戶體驗的一致性，建議結合運營商能力開放總體部署需求，統一規劃構建全網能力開放體系，通過統一開放出口，聚合網絡開放的能力，形成全網協同運營的能力開放環境，避免能力同質化競爭。

· 為實現能力開放的快速上線，初期能力開放平臺可以按需分省部署，以實現業務的快速上線。同時結合后續全網能力開放的需求分析，建議研究設置一級能力開放平臺實現聚合各省網絡能力實現全網集中開放以及實現跨省能力調用的必要性、可行性和具體部署方式。

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邱巍（1976?），女，中國移動通信集團設計院有限公司高級工程師，主要從事通信網絡咨詢和規劃設計工作。

吳倩（1981?），女，中國移動通信集團設計院有限公司高級工程師，主要從事通信網絡咨詢和規劃設計工作。

吳海（1984?），男，中國移動通信集團設計院有限公司工程師，主要從事通信網絡咨詢和規劃設計工作。

Capability exposure deployment of IMS core network

QIU Wei, WU Qian, WU Hai
China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China

Based on existing communication network capacity, telecom operators build the capability exposure platform, third-party developers were attracted to develop more colorful personalized communication services to users, new opportunities and challenges was brought to telecom operators. The construction plan and capability exposure pattern of system architecture of capability exposure and IMS network capability platform was analyzed, references of actual deployment for capability exposure were provided.

capability exposure, core network, IP multimedia subsystem

TN915.81

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017084

2017?01?13；

2017?03?24