IMS業務能力開放在電力通信網絡中的應用研究

鄒 誼，袁 翔，張 巖

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IMS業務能力開放在電力通信網絡中的應用研究

鄒 誼1，袁 翔2，張 巖1

(1. 國網信息通信產業集團北京國電通網絡技術有限公司，北京 100761；2. 北京郵電大學網絡與交換技術國家重點實驗室，北京 100876)

IP多媒體子系統（IMS）是下一代交換網絡演進的核心方向，是解決話音、視頻、數據融和的核心方案。本文通過對現有電網接入方式進行的研究，結合當前電力系統通信網絡信息化建設新的需求，闡述了將IMS業務能力開放應用到建設下一代融和的電力通信網絡中的可行性，為電網未來信息化建設提供了新的思路和參考依據。

IMS；業務能力開放；電力系統；通信網

0 引言

適用于電力系統的語音通信網絡是電力網絡行政系統和調度系統的基礎支撐，維持著電網安全、穩定的運行。為了保障電力系統內部調度的通信，國家電網公司于上個世紀80年代開始組建通信專網，后來為了公司內部行政的需求，又組建了行政專網供公司內部行政使用。經過近幾十年的發展，國家電網公司內部形成了以電路交換技術為主，部分采用軟件交換技術的調度與行政網絡[1-6]。另外為了保障通信的可靠性，電網系統的通信網絡還與公眾電信網絡存在互通，實現專網與公網之間的通話。

由于電力系統通信網絡組網時間較為久遠，網絡設備多采用程控交換機，導致出現維護困難，以及維護費用高、與現有的公網通信存在互通效率低等問題。并且基于電路交換技術的數據傳輸速度低，對于部分數據速率要求更高的業務并不能通過電路交換網絡來提供，所以基于數據業務、視頻多媒體業務的承載需求，國家電網公司又陸續組建了專線網、廣域網等業務網[7-10]，造成了內部通信網絡互相割裂，難以互通，可維護性差，這些問題嚴重地制約了電力通信網的信息化建設。

隨著網絡技術的不斷發展，傳統以電路交換技術為主的電力通信網絡逐漸向以分組交換技術為核心的下一代網絡（NGN）演進。IP多媒體子系統（IMS）作為NGN的重要解決方案，其基于IP的特性，使其有具有天然的語音、數據、視頻融合的能力[13]。IMS通過定義標準的基于SIP的ISC接口，實現了業務層與控制層的嚴格分離，由于這種業務與控制完全分離的機制，使得IMS網絡的業務開放能力遠勝過PSTN網絡，并且IMS在設計之初就考慮了對移動性的支持，也讓其成為解決移動與固網融和的重要方式。

IMS的引入為現有電力通信網絡的融合帶來了新的思路，其業務能力開放的特性使得新的業務更容易開發和管理。本文通過對IMS業務能力開放的分析，以及對能力開放模式的研究，結合電力通信系統的實際通信需求，討論了電力通信系統中如何應用這些開放能力，以及如何利用基于IMS網絡業務能力的開放構建電網下一代電力信息系統，為電網信息系統的演進和建設提供參考依據。

1 新一代電力通信網絡的業務需求分析

隨著下一代電信技術的發展，國家電網公司于2009年提出了統一堅強電網的研究、規劃和試點建設，該規劃基于現有通信技術的優勢，結合當前電力系統內部新的管理和業務需求，提出了采用下一代網絡技術構建下一代電力調度通信系統和行政交換系統。IMS技術作為核心技術被引進了電力系統通信網絡的建設。

IMS技術的引入，使得現有的電力通信系統不斷向著融合化、智能化、寬帶化的方向發展。一方面可以把當前異構的電力通信網絡進行融合，從而使得電力通信網絡變為一個可管理的整體，使其更加容易維護。另一方面，通過對IMS業務開放能力的利用，使得電力系統可以更加方便和快捷的利用IMS網絡能力開發新的業務。

IMS技術的引入，也使得電力通信網絡在業務上出現了新的融和與創新需求。這種新的業務需求的出現對IMS業務能力開放提出了更高的要求。為了滿足新一代電力調度通信系統和行政交換系統的建設，IMS業務能力開放應考慮如何滿足以下需求。

（1）融合語音、視頻、數據的多媒體通信

現有的電力系統的語音、視頻、多媒體通信業務由不同的網絡進行承載，這就造成了綜合業務接入能力差，網絡運營成本高等問題。音頻一直以來被認為是最重要的通信手段，而視頻能力有著較好的直觀性，有利于較直觀的進行交流。隨著堅強電網的發展，電力系統對音視頻類多媒體承載需求不斷提高。其不僅需要滿足音視頻業務的高質量、高穩定、靈活切換而且需要支持多種不同終端的接入方式，從而滿足在智能堅強電網協同辦公、生產調度等不同業務場景的需求[14]。

（2）統一的視頻監控應用

在輸變電的環節，輸變電視頻監控是調度系統以及其他輔助系統的重要支撐，保證著電網的安全穩定運行。目前，各個網省、地市在不同時期根據自身對視頻監控的需求，在部分變電站、輸電線路、機房等局部環境中已經建立了視頻監控系統，但是現階段的視頻監控系統由于采用多家廠商設備，各個設備之間互不統一、各個系統之間互不相通，資源互不共享，以至于難以對監控信息進行統一的管理和操作。從長遠需求來看，需要從根本上改變現有視頻監控系統信息采集、信息處理、傳輸、系統控制等的方式和結構，建設統一的視頻監控應用，實現對全網資源進行統一的管理，為電網狀態監測系統、應急指揮系統統一建設提供視頻數據源。

（3）穩定的數據協同業務

電力信息通信系統是維持電網穩定運行的核心，其構建需要各個系統之間的協同配合?，F有的電力系統的各項業務是建立在不同結構的網絡之上的。各項業務之間的接口標準不統一，業務之間的通信需要大量的信息轉換的環節，這些都大大降低了系統的運行系效率。采用IMS技術構建的信息通信調度系統應該實現數據與業務分離，各個系統之間應該有著標準的業務開放接口，從而加強各系統之間的數據協作，實現電力系統指揮協調能力、資源調度能力、應急處理能力、安全管控能力、分析預測能力的全面提升，提高電力系統管理的效率。

（4）統一的數據管理和維護

隨著智能堅強電網建設的深入開展，各部門對于數據共享和融和通信有著更高的要求?，F階段，由于電力通信網的割裂，導致各種信息來源相對獨立，數據管理分散，很多數據不能及時在其他系統中得以展現，造成某一個業務需求可能需要業務人員頻繁切換多個系統，降低了辦公效率。為了解決此問題，新一代采用IMS技術的電力通信系統需要采用開放標準的架構整合現有的通信資源和業務流程，對信息采用統一的管理和維護，從全網范圍內解決數據共享分發的問題，并且促進整個行政系統以及調度系統的數據統一融和。

2 IMS業務能力的開放方式分析

綜合上述分析，隨著電力通信系統的IMS建設不斷深化，圍繞IMS業務能力的諸如指揮調度系統、視頻監控系統等各項應用需求不斷展開，各業務對IMS開放能力的要求不斷加深。為此需要探索開發新的IMS業務能力和IMS業務開放模式，為新業務的開發提供有力的支持。

2.1 IMS開放業務能力分析

IMS業務能力是在IMS網絡的基礎之上由IMS網絡實體共同提供的，IMS業務能力開放是指在可控可管理的基礎之上開放這些業務能力給予第三方或者自身業務方使用。IMS可以開放的業務能力一般分為兩類：一類是網絡和應用平臺提供的基本能力，包括基本呼叫、多媒體呼叫、信息推送、終端狀態查詢等，以及由這些基本能力構成的增強能力，包括會議、傳真、點擊撥號等能力；另一類是IMS終端所提供的能力，包括本地應用管理、通訊錄服務等終端能力，呼叫、定位等終端網絡交互能力，以及涉及到用戶個人數據的用戶畫像[11-12]。這些業務能力都可以通過對IMS網絡進行抽象得到，并且通過可控的模式向業務方提供。

2.2 IMS業務能力開放模式

IMS能力開放模式是指對IMS業務能力開放的管理，通過設計不同的開放模式來滿足不同等級開發者的需求，有利于各層次開發者在統一的IMS核心網的基礎之上迅速開發自身業務。并且通過對多層次IMS能力的開放，使得通信網絡有著更好的安全性、穩定性。

IMS業務能力具有三種開放模式，三種開放模式的對比見表1所示：

（1）SIP能力開放，具體是指開放IMS網絡SIP交互的能力，使得業務方能夠直接基于SIP協議開發業務，并且業務直接通過SIP協議與IMS核心網進行交互。這種開發模式要求開發人員有著較好的網絡協議開發經驗，并且由于直接開放核心網的能力，使得業務使用過程會對核心網的安全穩定造成影響，網絡安全需要業務方和網絡維護方共同負責。

（2）SDK能力開放，具體是指使用SDK控件屏蔽IMS核心網底層的復雜SIP協議，把IMS中各種業務能力封裝成程序包，從而滿足開發者的基礎開發要求。此種模式下，業務通過SDK控件直接與IMS核心網交互，由于其交互模式已經由SDK控件限制，所以網絡的安全性和穩定性由網絡維護方和控件開發方共同維護。

（3）WEB服務模式，具體是指把IMS核心網的業務能力按照一定的接口規范封裝成WEB接口供業務方使用，例如面向 Parlay X 的 RESTful 約束規范，可向業務方提供開發諸如短信、彩信、支付等應用的WEB接口。使用這種開方模式時，業務開發者只需關注被提供的接口使用模式，而無需關注協議細節方面，從而專心于業務邏輯的開發，并且網絡的安全穩定也能得以保證。

3 適用于電力通信需求的IMS業務能力開放平臺架構

下一代電力通信網的構建應該圍繞業務為中心，以業務能力管理、業務能力開放、業務能力融和為目標。通過逐步改造現有通信網絡的方法實現電力通信網絡的IMS化，使之成為一個網絡架構開放、業務能力易開放、業務易實現的IMS融和網絡。融合后的一種電力通信網絡應用平臺架構如圖1所示。

（1）基于IMS網絡實體構建的智能電網通信層

智能電網通信網的IMS改造有一個平滑過渡的過程，故需要對電網通信系統的PSTN、IP網、軟交換網等網絡進行接入。由于IMS是采用基于網關的網絡互通方案，使得IMS的接入方式不僅僅是有線網，還可以是無線WLAN、蜂窩移動等方式。正是這種與接入無關的特性，使得國家電網公司復雜的異構網絡能夠匯集到電力通信系統的IMS核心網。在電力通信系統核心網之中，通過使用SIP協議進行呼叫控制，用來建立、修改、終止IP網上的雙方或者多方的多媒體會話[15]。從而完成呼叫控制、安全管理、業務觸發、資源控制、網絡互通等網絡核心功能。相比其他協議，SIP協議是基于IP網絡的，其對多媒體業務有著很強的支持性。正是因為這種基于IP的特性，使得以SIP協議為核心的電力通信系統IMS核心網有著易于擴展和伸縮的特性，從而滿足各種網絡融合接入的要求。

表1 IMS業務能力開放模式對比

Tab.1 Comparison of IMS service capability open mode

圖1 基于IMS的電力通信網絡應用平臺架構

（2）業務能力開放構件層

該層由兩部分構成。第一部分是業務能力抽象，為業務能力開放管理平臺提供基礎支撐。該層通過各種應用服務器匯集電力通信系統核心網絡的能力，抽象出如調度服務、即時消息、文件傳輸服務、話音服務、多媒體服務等諸多的業務能力。第二部分是業務能力管理，將各種服務集成到統一的總線之上，然后通過統一的接口暴露給管理平臺和業務能力開放模塊。該部分通過網絡協議適配模塊與不同邏輯實體進行通信，通過ESB服務總線實現IT/CT/互聯網服務和能力的統一接入、統一開放，從而實現電力通信系統核心網絡服務的管理、服務的開放以及系統間服務的調用，達到電力通信系統核心網絡能力的統一管理和開放。而管理平臺通過接入ESB服務總線，統一的對使用業務能力的單位進行權限認證、授權和對IMS提供的業務能力進行管理。與此同時業務開放模塊通過接入ESB，向上提供三種等級的業務開放調用。通過對開放模式的劃分有利于電力系統內部業務的開發，以及對這三種模式所定義的不同安全性的維護。

3）業務實現層

該層通過由接入業務能力所管理的業務能力開放模塊進行業務的開發。對于電力系統內部的支撐性業務，例如指揮調度系統、呼叫系統、95598呼叫服務等，可以通過使用SIP能力開放模式進行細粒度的開發。對于電力通信網中的三方業務，可以通過WEB API的方式進行開發，從而通過對業務能力不同開放模式的使用，提高了電力通信網絡整體的安全性和穩定性。

由于當前電力系統內部通信業務復雜，對于IMS業務平臺的部署則需要按照一定的需求，循序漸進部署IMS業務平臺?？傮w來說可將IMS業務平臺的部署分為兩個階段，第一階段是針對需求度最高的業務（比如基本話音業務、基本數據業務）部署成熟的、通用型的IMS統一通信應用業務平臺。第二階段則應充分利用IMS開放平臺架構的特色，根據各個部門具體的生產和辦公需求，快速、低成本開發部署適應國家電網公司特色應用的業務平臺，并且進一步提升第一階段的業務質量。通過此種IMS業務平臺的部署方式，可以實現國家電網公司各項業務在IMS網絡上的平滑演進，同時增加了業務之間的聯系，增加了新業務開發的靈活性。

4 結語

文章分析了當前IMS業務能力以及業務能力開放的幾種模式，結合電力通信網絡的發展現狀，以及未來建設智能堅強電網的業務需求，提出了基于IMS網絡的業務能力開放屬性在電力通信網絡中的應用方式。通過該應用方式對IMS網絡能力進行有效的聚集和管理，提高了智能電網中新業務的開發效率，為電力通信網絡的下一步演進以及電力調度通信系統和行政交換系統的改進提供了參考依據。

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Research on the Application of IMS Service Capability in Electric Power Communication Network

ZOU Yi1, YUAN Xiang2, ZHANG Yan3

(1. Beijing Guodiantong network technology co., LTD, State Grid Information & Telecommunication Group 100761, Beijing, China;2. Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing University of Posts and Telecommunications 100876, Beijing, China)

IP Multimedia Subsystem (IMS) is the core of the next generation of switching network evolution, it is the key to realize the integration of voice, video and data. In this paper, the existing power grid access mode is researched on. Based on the demand of current power system communication, we expound the feasibility of applying IMS service capability to the next generation of power communication network. It provides a new idea for the future information construction of power grid.

IMS; Open business capabilities; Electric power system; Communication network

TN915.43

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.04.001

國家電網公司科技項目“IMS交換網業務創新及支撐系統的應用研究”(SGJSXY00XDJS1600213)

鄒誼(1965-)，男，高級工程師，主要研究方向：電力通信技術研究及管理；袁翔(1993-)，男，碩士研究生，主要研究方向為網絡智能化及電力通信技術研究；張巖(1983-)，男，助理工程師，主要研究方向為從事電力通信技術管理。

本文著錄格式：鄒誼，袁翔，張巖. IMS業務能力開放在電力通信網絡中的應用研究[J]. 軟件，2017，38（4）：01-05