IMS网络管理系统特点及部署问题研究

宋阿芳，徐 伟

（1.中国电信股份有限公司上海研究院 上海 200135；2.中国电信股份有限公司上海分公司 上海 200120）

1 前言

IMS是下一代核心网发展的方向，是解决移动与固网融合，引入语音、数据、视频三重融合等差异化业务的重要方式，目前各大运营商均致力于IMS网络的发展建设。IMS网络相较于PSTN和软交换网络，具有网元种类和数目更多，功能进一步裂化，承载在IP网上等特点，IMS网络管理系统如何满足这些新需求，功能如何完善，系统如何部署，这些问题直接关系到新形势新网络下运维工作效率与IMS网络自身的发展。

2 IMS网络特点分析

2.1 IMS分布式的体系架构

IMS分布式的体系架构如图1所示。

相对软交换采用了业务/控制、承载/接入的相互分离的体系架构而言，IMS架构中设备进一步裂化，原软交换设备的功能在 IMS中分别由 CSCF、MRF/MGCF、IBCF、BGF、基本业务AS、HSS等设备承担，并通过数据网相连，通过设备之间的交互，完成呼叫控制、媒体交互、用户属性查询、业务执行等一系列业务实现过程，因此这就要求在网络维护时，不能仅关注个别网元设备，而应将各IMS设备之间的交互性、数据相关性以及和数通设备的联通性一并考虑，进行综合管理。

2.2 协议跟踪分析

在IMS网络中，采用了 SIP、H.248、DNS等协议，这些协议共同的特点是均基于IP网络承载、采用ASCⅡ文本编码。这些特点使得IMS网络中协议跟踪和分析功能实现起来更便捷。因此，可以将传统电话网络中七号信令监控系统中面向运行维护的那部分功能移植到IMS网管系统中实现，以提高管理效率，降低建设成本。

2.3 资源管理

IMS网络中既有传输资源又有IP资源，如何方便快速地、动态地把这些资源管理起来？在IMS网管中，拓展了资源管理模块，就是把和IMS维护密切相关的传输资源和IP资源管理直接纳入IMS网管系统进行管理，有利于提高运维工作效率，更直观便捷。和以往利用资源管理系统进行管理的方式相比，两者具有互补性，网管中的方式实时更新，便于和告警结合，内容也更细致，如本端设备E1信息就包含了单板类型、单板位置、E1端口位置等诸多信息。

2.4 网络联通性

IMS网元不仅数量多、功能各异，而且IMS设备和以前软交换、PSTN相比，更趋向于一个计算机范畴的服务器：功能较为单一、IP接口为主、体积小等，而不像传统的功能大而全的通信范畴的交换机。并且基于IP承载的特性使大量数据设备专门用于IMS组网，因此这些IMS网元之间是否处在有效的联通之中，是IMS网管必须实时监控的重要内容之一。

2.5 用户数据的分布

在IMS中用户数据不仅是号码和业务属性，用户有IP地址、用户标识、用户号码等，并且也不再集中于某个核心控制设备，而是分散在多个设备中。运维工作中，如果数据不统一，可能会造成对业务的影响，在日常工作中，运维人员如果周旋于多个设备的数据核查工作中，也势必会影响运维效率。IMS网管建议对用户数据进行关联核查，解决这一问题。

2.6 更强的话务统计分析功能

目前，国内IMS主要应用于传统网络的演进及多媒体业务的引入，这对IMS提出了一些组合统计的功能要求，要求IMS网络能够更精细地根据业务、目的码、IFC等各类条件进行业务量的统计，同时由于单个IMS网络覆盖范围比较大（可以是多个本地网），因此在实际应用中，对其话务统计的能力需求也较高。目前一般要求IMS核心网元至少能同时登记和进行2 048个统计任务，支持对20 000个以上的各种统计对象进行统计，并且尽量减少系统负荷。

3 IMS网管系统新功能的要求

针对以上技术特点，要求IMS网络管理系统除能实现传统电话网络管理系统相类似的拓扑管理、故障管理、性能管理、配置管理和安全管理中的各项功能外，还应实现以下一些新功能。

3.1 消息及信令跟踪分析的功能扩展

在软交换网络中已经实现了对 SIP、H.248协议的信令跟踪，但是在IMS网络中，由于话务控制及处理设备进一步裂化、业务流程更加复杂、采用IP寻址方式、接入无关等特性，因此IMS网络中消息及信令跟踪更加复杂。

·跟踪的协议扩展为H.248、SIP、七号信令、ENUM、DNS、Diameter、MAP+、INAP 等；

·跟踪的方式有所改变，可以根据某一中继模块、对指定用户 （按用户号码、SIP URI、TEL URI及模糊号码）、指定呼叫进行跟踪；

·跟踪的范围以BAC为边界；

·跟踪的粒度，跟踪内部消息详情，消息及信令跟踪分析功能的实现，以提高管理效率，降低建设成本。

3.2 动态的资源管理

IMS网管系统应对传输及IP资源进行动态的管理。传输资源管理主要指MGW设备光纤或E1传输的使用情况以及对接信息。主要有：本/对端网元名、本/对端设备E1信息（如单板类型、单板位置、E1端口位置）、本端ODF/DDF位置信息。使用情况：作为话路的E1应包含局向名称、本端对端信令点、电路归属群信息、起始结束CIC、E1电路状态（闭塞、故障、正常等）；作为信令的E1，应提供局向名称、本端对端信令点、链路SLC、链路归属组信息、信令链路状态。IP资源管理包括维护、信令和媒体3类IP地址的使用情况：本/对端网元名、IP地址、类型（维护、信令或者媒体）、掩码、网关、本端口位置信息、对端路由器端口位置信息。使用情况至少包括IP端口使用状态、对端可达性测试结果。

3.3 维护信息的快速采集

IMS设备形态各异、数量众多，为适应这一特征，IMS网管应该对网元维护信息采取更便捷的采集方式。IMS网管提出了一键式采集的概念，运维人员不必对网元各项维护信息逐项采集，就能立即获得设备的硬件配置、版本补丁信息、模块信息、故障告警、进程运行情况等信息，大大减轻了运维人员的工作负荷，并且有助于运维人员对网元的运行情况进行综合判断及分析。

3.4 网络连通性检测

IMS网实现了真正端到端IP化新特点：IMS信令扁平化采用了动态链路而非软交换网的静态链路，即发端网元通过ENUM/DNS寻址后将信令直发至目的网元。因此IMS业务对DNS（包括公网、CN2）依赖程度高，IMS设备互通兼容性要求非常高。故IMS网管应提供设备间的关联，并以拓扑图的形式显现。建议系统自动呈现网元之间的动态连线，包括IMS网元之间的信令心跳线、媒体线、网络层的互通性监测等，并反映各类故障。

其中，心跳包括S-CSCF和P-CSCF之间、和AS之间、和 BGCF之间、IBCF之间的 SIP心跳；I-CSCF和 HSS之间、S-CSCF和 HSS/SLF之间的 Diameter心跳；MGCF和MGW之间、AGCF和AG之间H.248心跳。IMS设备和数通设备之间需通过命令如Ping周期性地对网络层的互通性进行监测。

3.5 用户数据关联管理

IMS网络中，用户数据可能分布在多个网元内，如HSS、基本和补充业务服务器、AGCF、ENUM等，因此建议在IMS网管中能根据所输入的用户数据（如用户号码、SIP URI、tel URI等），提取所有IMS厂家设备分别在多个网元中相关的数据。这一功能不但能够对用户数据进行管理，进行周期性的核对，也能快速排除由用户数据不一致引起的故障。

3.6 精细高效的性能统计分析处理

IMS网元的裂变及功能上的差异，使得IMS性能统计可能落实到不同的网元上，并且针对不同的网元，性能统计分析的侧重点不同：如针对CSCF的注册注销的统计、漫游相关的统计、业务触发方面的统计；针对BGCF的网间互通话务统计、针对HSS的各类业务的用户数的统计。另外，对多个网元（S-CSCF、基本业务AS等）均能提供的性能指标，需要指出谁是主体谁是参考体，如呼叫接通率等。同时，由于IMS中用户标识、寻址方式、业务处理方式发生了变化，话务统计分析也更精细，如用户可以按本地网、目的码 （用户号码、SIP URI、tel URI,IP 地址+端口号）、PSI、IFC、各个业务（多媒体彩铃、VT等）进行统计；按运营商、局向、字冠、中继群等进行统计；可以按流量进行统计（如BAC、AS设备等）；或以上的组合进行性能测量。网元大容量、种类多的特征使得对话务测量也要求更高效迅速，能够进行测量结果的合成，节省系统开销，降低对系统处理能力的要求，提升话务分析效率。

4 IMS网管系统建设中需要关注的问题

4.1 管理范围界定

在以往的网管系统管理范围界定中，由于核心处理设备相对集中，因此网管系统的管理范围主要为网络的核心设备等，对方案中其他设备并未明确提出纳入管理范围。在IMS网管系统中，建议采用整体方案整体管理的思路，即厂商对其IMS解决方案中的设备及其形成的网络进行统一管理，避免出现责任分切、各管一段的状况，对于运营商来说，IMS核心设备提供商就是惟一的、整体的责任归口 人 。 因 此 ，IMS 被 管 对 象 应 包 括 CSCF、HSS、BGCF、MGCF、IM-MGW、IBCF、MRFC、MRFP、AGCF、ENUM、DNS、SLF、BAC、IM-SSF、CCF、AG、IMS 锚定服务器、业务发放网关、本厂商所提供的各类业务平台、IMS专用的各类数据交换机/路由设备、防火墙、数据库服务器、工单接口机等，及其形成的网络。厂商设备网管系统本身也包含在管理范围内。

对于数据设备的管理，由于IMS网络中一个主要的特点是基于IP分组网络进行业务承载，因此在组网应用中必然存在大量的数据设备，这些数据设备主要包括两部分：IP核心承载网络设备和边缘专用接入数据设备。其中IP核心承载网络一般都有独立的网管进行管理，IMS网管系统并不需要对这些设备进行直接管理，而只需定义与其网管系统的接口，以便在故障和性能分析时和数据网部分信息进行适当的关联。而边缘专用接入数据设备作为IMS网络和IP核心承载网的接口设备往往会成为管理上的盲点，给网络带来极大的安全隐患。由于这部分设备和IMS网络关联度非常高，因此将这部分设备纳入IMS网管系统进行统一的管理，实现对这部分设备的故障监控和性能分析。

对于IMS网络接入设备的管理主要包括：IAD/ONU、AG、家庭网关、BAC等的管理，应具体问题具体分析：BAC尽管是接入设备，但其具有部分呼叫处理等重要功能，且容量巨大（数十万甚至更多），考虑其重要性，建议将BAC纳入IMS网管系统；AG设备在软交换网络中通常是和软交换设备同时纳入软交换网管中，考虑到管理的传承性及日后综合网管的发展趋势，建议将IMS网络中的AG也纳入IMS网管。对于IAD/ONU设备、家庭网关等小型海量接入设备，这些设备具有海量、上电自动配置、厂家多型号多、放置在用户侧等特点，因此在软交换中就已经有专门独立的接入设备管理系统，和核心设备分别管理，因此在IMS中建议沿袭原有管理方式。

4.2 IMS网管系统建设模式

在IMS网络建设中，由于设备容量因素，一般省内会分为若干大区，按大区为单位进行网络建设，大区可能集中在省会城市，也可能分散在若干主要城市。因此，IMS网管也存在两种建设方式。

（1）模式一：以大区为单位进行建设

即每个大区中心建设一套IMS网管系统，将本大区所辖的各类相关设备纳入网管系统中进行统一管理，这种方式比较符合网管建设传统，能够较好地管理本大区中心的设备，并且由于目前传统运营商的OSS系统一般都以本地网为单位进行建设，采用该模式，比较容易实现IMS网管系统和其他OSS系统的衔接。但由于各大区中心系统相对独立，因此不利于省公司对IMS网络的集中管理，另外如果建设IMS全国级网管系统，系统对接数量也将大大增加。

（2）模式二：以省为单位进行建设

每个省统一建设一套IMS网管系统对省内各个IMS网络及网元设备进行统一管理，各大区中心、各本地网通过反拉的维护终端对本辖区内的设备和网络数据进行管理。这种方式有利于今后省公司对IMS网络进行集中管理。但由于因此IMS网络管理系统需向多个本地网的多个OSS系统提供北向接口，因此与其他系统互联的难度较大。

网管系统的建设模式要和网络的运维模式相匹配。IMS网络由于其跨区域组网的特征，其网络运维主体将逐步从本地网向省公司转移。因此建议采用模式二的网络建设模式，即以省为单位进行IMS网络管理系统的建设。同时加强IMS网络管理系统北向接口的标准化工作。

4.3 和固网网管、移动网网管、综合网管的关系

由于目前IMS网络尚处于初期发展阶段，规模及技术成熟度相较于固网及移动网络还有待进一步发展。因此建议IMS网管系统采取独立建设的方式，与移动网络管理系统、固网软交换网管系统并行，各自维护管理自身网元；同时IMS网管系统可向一些专项的维护管理系统如：综合告警管理系统、综合性能管理系统等开放北向接口，向其提供相关告警信息及性能数据，满足综合维护管理需求。

由于IMS网络具有接入无关性的特点，因此IMS目前被认为是能够使固网、移动最终实现真正融合的组网技术，并且固网和移动网最终会以IMS的接入网的形式出现，因此IMS网管最终可能会逐渐吸纳目前移动及固网网管，三者可能会经历操作终端融合、界面融合、系统融合等阶段，直至最终实现真正意义上的管理的融合。

5 结束语

本文根据IMS网络特点，对IMS网管系统在功能方面进行了完善和补充，同时在管理范围、建设模式以及和其他网管的关系方面给出了建议。随着IMS网络建设的开展及规模部署，在实际的运维过程中，IMS网管功能、管理范围等可能发生进一步变化，并突破以往的思路，在专业融合、系统融合方面进一步发展。

1 Poikselka M,Mayer G,Khartabil H等编著.赵鹏，周胜等译.IMS：移动领域的IP多媒体概念和服务.北京：机械工业出版社，2005

2 胡乐明，曹磊，陈洁编著.IMS技术原理及应用.北京：电子工业出版社，2006

3 孔令萍等编著.第三代移动通信网络管理.北京：人民邮电出版社，2010