基于IMS 運維管理平臺的智能化故障處理研究

李 凱，完顏紹澎，顧舒嫻，于 佳

（1.國網江蘇省電力有限公司連云港供電分公司，江蘇 連云港 222002；2.南瑞集團有限公司（國網電力科學研究院有限公司），江蘇 南京 210000；3.南京蘇逸實業有限公司科技信息網絡分公司，江蘇 南京 210000）

0 引言

IP 多媒體子系統（IP Multimedia Subsystem，IMS）和軟交換均是下一代網絡（Next Generation Network，NGN）交換技術，這兩種技術在網絡中已經成熟應用，是當前主流的交換技術體制［1-2］。IMS 相比其他多媒體業務形式，開發環境和技術架構更具有優勢。

電力公司IMS 運維管理平臺的建設，將大大加強語音、數據業務支撐能力［3］。IMS 運維管理平臺的運維壓力主要集中在省級信通公司，隨著接入設備日益增長，現行的運行維護方式無法滿足管理需要，亟需先進的維護管理方式方法及智能化監控［4］。目前IMS 用戶的數據配置是在核心系統多個網元中進行的，難度和復雜程度都較大，僅僅依靠人工方式難以應付數量較大的配置需求，且IMS 運維管理平臺接入設備僅能通過廠家網管對設備工作狀態進行監控，無法在信令層面及業務層面進行測試監控，單純依靠設備層面的監控，難以有效保障語音業務的可用性［5-6］。需制定IMS 前臺接口規范，構建IMS 運維管理平臺，建立信令層面的語音網絡故障監控及維護系統，為IMS 語音交換系統運維管理及智能監控保駕護航。各類業務系統告警信息主要通過各自短信及網管進行告警消息通知［7］，通知不標準，手段技術各異，推送內容不夠豐富，須借助IMS 業務可擴展能力以及多媒體能力，提供語音、視頻、消息等多種方式融合的消息發布新業務，實現實時準確的消息發布。

為解決上述問題，對IMS 運維管理平臺進行優化，設計IMS 智能化故障處理系統，為提升電力公司運營安全穩定性提供保障。

1 IMS 網絡結構

隨著IMS 業務的發展，對IMS 網絡的維護管理、故障分析、服務質量保證的需求逐步增強［8］。為了確保IMS 網絡的可靠性和質量，需要進行大量的測試和驗證，而網絡信令監測是保障IMS 網絡高質量運行，快速響應網絡故障的重要技術手段。

IMS 網絡結構如圖1 所示，IMS 域的網絡信令監測范圍包括其中的業務層、控制層以及接入層。

圖1 IMS 網絡結構

業務層主要包括應用服務器、網關等設備。用戶的業務采用SIP 應用服務器的方式提供，第三方業務通過業務能力開放網關和業務能力引擎提供，智能網業務通過IP 多媒體業務交換功能提供。

控制層的設備包括多媒體資源控制器、歸屬用戶服務器、媒體網關等，實現的功能包括業務觸發、用戶鑒權、網絡互通、會話控制和路由等。

接入層的主要功能是完成用戶的業務接入，實現業務互通、媒體管理、QoS 管理等功能。

2 IMS 運維管理平臺

2.1 IMS 運維管理平臺總體架構

IMS 運維管理平臺沿用分層系統架構設計理念，通過多層架構可以限制系統功能間的依賴關系，使系統以更松散的方式耦合，從而更易于開發及維護［9］。由管理應用層（包括接入網業務管理Web 管理終端及其后臺服務）、控制層和終端層（包括IP 話機終端、模擬話機終端及其IAD／AG 接入設備）組成。其中管理應用層負責本系統的主體框架，是實現系統業務功能的基礎，其職責是處理用戶與軟件的前臺交互，顯示信息并提供后臺服務，因前后臺邏輯緊密，相互依賴，同處于本層便于系統整體的統籌開發。控制層將涉及與IMS 核心網網元設備和接入網設備交互的模塊服務單獨剝離，降低與上層間的依賴性，既可以保證未來設備接入時良好的可擴展性，在復用性上也具有明顯優勢。如業務發放和接入設備管理功能模塊一旦定義好統一的接口，就可以接入各廠家的設備，而不須為不同型號的設備接口進行重復地開發。最后終端層即為被管理的接入側終端類設備，其部署與替換對上層均無依賴性，不會對系統造成性能瓶頸。

管理應用層：采用B／S 系統架構實現，提供接入網運維管理界面操作交互功能，各級單位用戶可以通過瀏覽器以分權分域的方式在任何一臺客戶端上訪問IMS 接入網運維管理系統的界面，通過界面對各自歸屬終端控制進行業務發放、接入設備和安全管理等。

控制層： 接收管理應用層的業務發放和設備管理的操作請求，其中該層的業務發放網關通過北向接口接收業務操作請求，并根據請求通過南向接口向對IMS 核心網元進行數據配置操作；接入設備網管服務通過HTTP 協議接收設備管理操作請求，通過TR069 協議和開放MIB 信息的SNMP 協議分別對硬SIP 終端及IAD 設備、AG 設備對接，實現對終端層設備的配置下發、狀態監測及升級管理等，并通過北向接口向公司現有TMS 系統上報IMS 接入網設備的重要狀態、告警等信息。

終端層：主要是IMS 接入側終端類設備，包括硬SIP 話機終端、模擬話機終端、IAD 和AG 設備。硬SIP 話機終端和IAD／AG 設備一般通過控制層的接入網管服務交互實現設備的采集、監控和管理等功能。

2.2 IMS 運維管理平臺部署架構

IMS 運維管理平臺定位于提升各單位IMS 核心網業務發放和設備管理的運維效率，屬于IMS 管理維護業務類系統建設范疇。目前IMS 的運行維護與IMS 核心網行政劃分職責一致，均由所在單位負責。IMS 運維管理平臺采用分省部署模式建設，并負責本省各級單位的IMS 接入網運維管理［10］。分省部署模式是在省公司部署一套IMS 運維管理平臺，本省公司各級單位通過Web 運維客戶端遠程連接到省公司系統，根據分權分域規則實現對本單位歸屬終端用戶業務發放和設備管理。IMS 運維管理平臺部署如圖2 所示，平臺需要與位于IMS VPN 網絡的IMS 核心網連接，實現對IMS 核心網業務發放網關的控制，完成終端發放業務在各自所屬核心網側的數據配置；通過IP 話機終端、IAD／AG 接入設備的連接，完成用戶側設備配置及狀態信息采集，根據IMS建設總體要求，IP 話機終端及IAD／AG 接入設備也統一運行在IMS 網內，系統建議部署在同側。

圖2 IMS 平臺部署

2.3 IMS 運維管理平臺智能化故障處理功能設計

IMS 運維管理平臺智能化故障處理功能架構如圖3 所示，故障智能處理包括撥測管理和故障管理，撥測管理包括策略配置、IAD 撥測、終端撥測和查詢統計，故障管理包括故障單生成、故障單監控、故障處理和障礙消障。

圖3 IMS 運維管理平臺智能化故障處理功能架構

3 IMS 運維管理平臺智能化故障處理功能實現方案

3.1 故障處理總流程

IMS 智能故障處理主要是通過信令層的語音通道測試技術自動發現相關的終端故障，并且對發生的故障進行分析，根據分析結果給出故障解決方案或直接自動處理［11］。IMS 智能化故障處理的故障來源包括呼叫中心的客戶故障申報、告警采集之后的自動分析、關鍵終端的零感知自動撥測。IMS 智能化故障處理數據流程如圖4 所示。步驟為：

圖4 IMS 智能化故障處理數據流程

1）對于核心網告警，一旦分析出原因形成故障，在生成故障單處理的同時通知網絡管理員；

2）對應人工申告的障礙，生成故障單后做驗證撥測；

3）故障處理完成后做撥測驗證，確認無誤后做消障處理。

3.2 核心網故障分析流程

核心網故障分析流程如圖5 所示。步驟為：

1）通過SNMP 協議與U2000 進行監控，采集設備告警信息；

2）發現設備告警后判斷告警級別；

3）對告警進行分析，選擇處理策略，可在設備拓撲上展示；

4）若故障無法處理則生成報障單，轉人工處理，并調用多媒體通知能力進行告警消息推送。

圖5 核心網故障分析流程

3.3 IAD 監測流程

對IAD 的監測流程如圖6 所示。步驟為：

1） 系統通過TELNET 方式對IAD 進行周期性監測；

2）IAD 與模擬話機之間的關系可能存在變化，周期性采集IAD 與模擬話機之間的關系；

3）若發現被監測的IAD 出現故障，關聯查詢同一地區的IAD 是否正常（主動發起），同時檢查核心網是否存在告警，若存在則生成報障單，轉人工處理；

4）若IAD 為單點故障則判斷是否可以登錄控制臺且IAD 設備狀態非正常，若狀態異常則直接發起Reboot 命令重啟設備。

圖6 IAD 監測流程

3.4 關鍵用戶保障流程

關鍵用戶保障流程如圖7 所示。步驟為：

1）首先判斷終端保障等級屬于一類電話、二類電話或三類電話，其中電網控制電話、不可中斷電話和配網搶修電話屬于一類電話，重點用戶電話屬于二類電話，普通用戶電話屬于三類電話；

2）選擇保障策略，一二類電話探測的頻次更高，一二類電話采用更主動、實時的SIP OPTIONS 方式；

3）選擇告警策略，一二類電話故障為生產故障，全渠道告警，具備最高的優先級。

圖7 關鍵用戶保障流程

4 IMS 運維管理平臺智能化故障處理功能應用

圖8 是IMS 運維管理平臺智能化故障處理功能的界面展示，包括告警采集管理、操作維護、故障管理和撥測管理。圖9 是操作維護中智能化分析處理的結果顯示，在界面中，序號3 的故障處理策略是呼轉號碼配置錯誤，處理結果是已自動修復，請用戶重試。

圖8 IMS 運維管理平臺智能化故障處理界面

圖9 智能化分析處理結果

4 結語

利用電力公司通信管理與運維積累的經驗和需求，通過構建IMS 運維管理平臺，可以改變當前IMS主要依靠手工進行配置的低效方式，并及時發現IMS 的業務隱患，大幅提高通信運維效率和水平。完成基于IMS 網絡信令的監控和業務的監控，實現IMS 智能故障處理的功能，為IMS 語音交換系統運維管理及智能監控保駕護航。所述成果的進一步推廣應用，將為IMS 的運行、維護、管理提供全方位的支持，為電力通信的運維管理來顯著的經濟效益和社會效益，有效提升電力公司運營的安全穩定性。