IMS在專用電話網中的應用及發展

張國波 李鑒 楊宏 康敏

摘要：針對基于電路交換技術體制的專用電話網現狀及升級換代需求，提出了基于IP多媒體子系統（IMS）的專用電話網網絡架構方案、主要網元部署原則、用戶接入方式及安全增強方案，并分析了典型業務處理流程。同時，結合NFV、AI等新興技術的發展應用，提出了專用電話網網絡下一步發展趨勢及目標網絡架構，為專用電話網網絡建設發展提供參考。

關鍵詞：IP多媒體子系統；專用網絡；安全增強；發展趨勢

中圖分類號：TN914.3文獻標志碼：A文章編號：1008-1739（2023）05-52-5

0引言

專用電話網主要面向特定行業用戶提供電話通信服務，目前仍有一部分專用電話網采用公共交換電話網（Public Switched Telephone Network，PSTN）技術體制，終端類型以模擬電話機為主，業務主要以話音業務為主。由于網絡運行多年，部分專用電話網存在的主要問題[1]包括：交換機等設備制式種類繁多，部分設備已逐步停產，設備老化導致故障率高，網絡維護保障困難；不同類別用戶通話信息敏感程度不同，難以滿足不同用戶的安全保密使用需求；由于技術體制限制，現有網絡對新業務支持力度受限，不能滿足用戶業務多樣化的使用需求。因此，針對這些問題專用電話網亟需進行升級改造。

IP多媒體子系統（IP Multimedia Subsystem，IMS）是一種基于分組交換的多媒體通信技術[2]。與傳統網絡相比，IMS網絡架構更加合理、清晰，具備提供話音、視頻、和數據等IP多媒體業務及并具有良好的可擴展性等特點。IMS技術在國內外得到了廣泛應用[3]，如中國電信、中國聯通已完成基于IMS技術的網絡改造，國家電網等行業專用電話網等網絡也進行了升級改造。因此，IMS技術可作為專用電話網升級改造的可選方案之一。

1網絡架構

專用電話網一般按照總部、區域和用戶接入三級組網，各區域網絡分別與總部及其他區域網絡互聯互通，交換設備采用PSTN交換機，用戶終端設備以模擬電話機為主。網絡組網方式如圖1所示。

IMS網絡組網一般有2種方案[4]：方案一為在全網集中部署1套IMS核心網設備，該方案適合規模較小、各區域分支機構較少的單位；方案2為分區部署套IMS核心網設備，該方案適合規模較大、各區域相對獨立的單位。根據專用電話網升級改造需求，為保證網絡升級平滑遷移及繼續沿用現有網絡運維保障機制，專用電話網升級改造仍按照總部、區域和用戶接入三級組網，網絡架構如圖2所示。

如圖2所示，在總部及各區域分別部署1套IMS核心網設備，并可采用1+1備份容災方式提升網絡可靠性。E.164號碼（E.164 number，ENUM）服務器/域名服務器（Domain Name Server，DNS）按照總部、區域2級部署?？偛縀NUM/DNS存儲管理跨區域的域名與IP地址信息，當進行跨區域呼叫、用戶漫游注冊的業務時，可以通過總部ENUM/DNS服務器進行跨區域的域名、網元IP地址、ENUM的查詢和解析；區域ENUM/DNS存儲管理所在區域的域名與IP地址信息、用戶的ENUM翻譯信息，完成與之對應的查詢和解析。為保證網絡的輕載性，ENUM/DNS、HSS等數據處理類網元冗余度一般取1.5。

呼叫會話控制功能（Call Session Control Function，CSCF）根據功能不同分為代理呼叫會話控制功能（Proxy-CSCF，P-CSCF）、查詢呼叫會話控制功能（Interrogating-CSCF，I-CSCF）與服務呼叫會話控制功能（Serving-CSCF，S-CSCF）。P-CSCF主要轉發終端與網絡間的會話初始協議（Session Initiation Protocol，SIP）消息，I-CSCF主要為終端分配為終端服務的S-CSCF及獲取S-CSCF地址，S-CSCF主要處理SIP消息及為終端提供呼叫會話控制。歸屬用戶服務器（Home Subscriber Server，HSS）主要用于存儲用戶標識、號碼、尋址、安全、位置和業務簽約等信息，與S-CSCF交互對終端認證注冊等。通過應用服務器（Application Server，AS）提供各種應用業務，根據需要在總部及各區域通過網關（Gateway，GW）與其他網系互聯互通。

會話邊界控制器（Session Border Controller，SBC）位于網絡邊緣，具備信令代理、媒體代理、網絡地址轉換（Network Address Translation，NAT）和防火墻等安全隔離功能。會話邊界控制器（Session Border Controller，SBC）部署在總部及各區域級網絡，所有終端的域內、域間通信媒體流需到SBC交換，如圖2中虛線條所示，SBC等大部分網元冗余度一般取1.25。SBC也可根據實際需要部署到用戶接入區，但一般需滿足以下條件[4]之一：

①該用戶接入區到區域級核心網所在地的距離遠，導致通信服務質量不佳；

②該用戶接入區SBC容量無法滿足話務要求，或者帶寬壓力較大；

③該用戶接入區存在與其他網絡互通需求。

用戶接入方式根據不同的用戶網絡環境及用戶需求主要有4種典型方式[5]，如圖3所示。

NFV作為通信技術與信息技術的結合體[7]，實質就是將多種類型的網絡設備借用虛擬化技術虛擬化形成虛擬機，然后將傳統的通信業務部署到虛擬機上。通過NFV能夠加快產品和新業務推廣，簡化通信網絡的維護過程，并能按需動態分配硬件資源，增加網絡功能、擴展靈活性。在現有網絡架構中，網絡功能與網絡設備存在強耦合關系，網絡設備又因廠商不同存在較大差異，導致新業務擴展的成本上升及缺乏靈活性，同時也不便于統一的網絡運維管理。

AI作為一門交叉學科，將計算機科學、控制論、信息論、哲學和語言學結合在一起，其本質就是基于機器來模擬人類智能，完成人類才能完成的智能工作。將AI引入通信網絡，能夠解決通信網絡中的難題，提升網絡效率和服務質量。目前，國內外電信運營商已開始“AI+電信網絡”戰略，AI在電信網絡中已得到初步應用[8]。

通過基于通用、共享的硬件資源，將網絡功能虛擬化，降低網絡成本，使網絡架構簡單易于維護并具有良好的擴展性，業務部署也能夠快速上線。同時，在網絡、業務和管理等各個層面深度融入AI技術，使網絡成為一個架構更簡單、更智能的網絡?；贗MS的專用電話網下一步發展的目標網絡架構如圖6所示。

如圖6所示，新的目標網絡架構將共用網絡基礎設施的硬件資源虛擬化，形成網元功能、業務應用共享的硬件資源。P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF和HSS等網元功能也進行虛擬化，成為全網統一調配使用的資源。電話、視頻、數據和各種增值業務等應用業務虛擬化，運行于虛擬化硬件資源平臺上。硬件資源管理主要實現硬件資源及虛擬資源的狀態監測及上報，網元功能管理主要實現虛擬網元的管理，包括添加、刪除、查詢和更改等，按需調度網元功能，虛擬化編排實現整個虛擬硬件資源及虛擬網元功能的管理及調配，進而實現完整的網絡服務。同時，充分利用AI賦能通信網絡，將AI技術引入新的目標網絡架構，在網絡、業務和管理等方面深度融合AI，如通過AI分析網絡運行參數，為網絡優化提供決策參考；通過語音識別、上下文場景交互等AI技術，提供智能客服等智能應用；通過AI技術分析用戶業務量、用戶業務喜好等數據信息，實現網絡智能管理編排等，進一步提升專用電話網服務保障質量。

5結束語

IMS技術作為一種新的通信技術得到了廣泛應用，針對專用電話網技術體制落后、網絡維護保障困難、難以滿足業務擴展需求的現狀，基于IMS的專用電話網能夠解決當前面臨的問題。同時，隨著新興技術的發展應用，針對現有網絡架構存在的不足，通過在網絡中深度融合NFV、AI等技術，能夠解決現有網絡架構存在的建設維護成本較高、網絡功能擴展靈活度不夠、運維管理較復雜等不足。因此，基于IMS的專用電話網及下一步發展的目標網絡架構能夠為當前專用電話網升級改造及持續發展提供有益參考。

參考文獻

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