IMS技术在空管系统中的引入及应用

陈颖　江国安

摘 要：文章参照中国电信运营商现有网络对于IMS技术的应用，提出了符合民航系统的IMS网络建设的实现方法，包括业务需求分析、PSTN（传统公共电话交换网络）的融合方式、号码分析与路由规划、组网方案以及IMS技术应用等，有助于读者理解IMS系统的设计思路及引进和应用过程中可能存在的问题，同时就IMS技术如何在空管安全生产中应用进行探讨。

关键词：IMS；建设；PSTN；融合；应用

1 IMS技术应用现状

IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）最早由3GPP提出，主要在移动通信网络上提供多媒体业务，后被业界广泛认同，逐渐扩展为适用于固话、宽带、cable等多种接入方式的统一核心控制网络。目前IMS已经成为国际主流标准组织对下一代网络控制架构的共同选择，世界上各大运营商都在着手开展IMS网络的试点或商用建设，国内主流电信运营商也将IMS作为未来提供会话型多媒体业务的核心控制网络。

目前，我国三大运营商都已全业务运营，固网和移动网的融合而带来的基于IMS的全业务下一代网络，代表了未来的发展方向，这对于IMS在我国的应用和发展有着重大的现实意义。对于国内各大主流电信运营商，中国移动对于IMS网络建设最为积极。通过新增部署大量的IMS设备，直接为其移网客户提供丰富的手机多媒体业务，取得了良好的效果。中国电信、中国联通也紧跟其后开始进行IMS网络建设。中国电信由于原有的固网语音电话用户较多，因此其采用先建IMS网络以完成对原有的固网PSTN和NGN用户的融合，再进行对移网用户的融合，以实现多网合一的最终目的。

2 空管系统对于IMS系统应用的需求

空管固话系统由于建设时间不同，采用的技术也不同，因此存在着系统复杂、接口繁多、扩展性差、维护难度大、运营成本高及互联互通难以实现等问题。同时，受制于技术条件所限，其能实现的功能也局限于普通语音通信。而随着信息技术及语音交换技术的发展，传输、交换逐步向IP化发展，原有基于CS交换技术的程控交换设备已不能满足空管业务的不断发展。若一味不断的修补现有网络，而不针对架构问题进行解决，只会加大空管固话系统的复杂度及维护难度。因此，需要根据空管业务整体考虑空管语音系统未来的发展方向。

以民航广州地区的语音通信系统为例，该系统由中南空管局负责管理，主要依靠华为公司生产的32模块程控交换机（PSTN），使用年限过长，已接近其生命周期，无法对民航重要的语音通信业务良好保障，而且业务功能单一，急需进行升级。而IMS技术既符合当今通信技术发展的主流，除了能继承原来的程控交换机业务功能外，还能通过即时消息、电话会议、一号通、视频会议等新功能提升用户的工作效率，成为民航PSTN升级首选的技术。另外，民航使用的宽带、数据、视频等业务是相互独立的，不利于统一管理，而IMS技术能够很好地融合上述三者。民航通信业务发展也需要跟上技术的发展，使用户得到的服务质量与运营商保持同步。因此，建设IMS网络的需求就显得尤为迫切。

3 PSTN的融入方式

对于传统PSTN设备融入IMS网络一般有两种方式，一种是对PSTN的完全替代；另一种是将PSTN逐步融入。

电信运营商一般采用前者，这种方式通常是一次性购买整套的IMS设备和整网的LISENCE（许可），同时购买过度性的与NGN网络类似的的接入设备，把现网传统PSTN交换机用户一次性全部割接到IMS系统中，这种方式的优点在于IMS下的所有用户都能通过IMS核心进行注册，享受IMS提供的丰富的多媒体业务，有利于运营商业务的开展与发展用户与占领市场份额。但是，这种方法在初期的投资过高，而且随着将来IMS技术的发展，相关的过渡产品将面临淘汰，存在投资浪费的风险。

中南空管局对于IMS网络建设需求与电信部门有相似之处，但作为企事业单位，必须按照实际情况考虑建设成本。因此，中南空管局采用第二种方式将PSTN逐步融入IMS系统。通过新建一套华为IMS系统，使其支持IAD、SIP软/硬终端、UA5000（华为综合接入）等设备的接入，将原CC08程控交换机的部分重要用户割接到IMS网络中，按需灵活选择接入设备，采取IMS系统与CC08系统并存的方式实现民航用户整体的语音通信。将来随着业务的发展和用户的需求，再逐步对IMS系统进行扩容，将CC08交换机剩余的用户逐渐零散割接到IMS系统中，直到实现IMS系统对其完全替代，从而最大程度地节约建设成本，确保不造成资源的浪费。

4 号码分析与路由规划

民航广州地区IMS设备与CC08交换机作为一个整体与电信运营商互联，对于电信运营商的所有入中继，需要由其中一套系統作为汇接局，并将非本局业务汇接到另一套系统中。由于广州地区民航号码采用零散号码方式进行割接，而CC08交换机的路由分析表功能最多只能支持2000条记录，无法通过路由选择的方式实现汇接功能，因此只能通过IMS系统作为汇接局。

具体实现方法是将广州地区民航所有电话号码都在IMS的HSS（归属用户服务器）内进行设置，为每个号码都指定对应的路由，若被叫为IMS的号码时则直接在IMS本局落地，若被叫为CC08交换机的号码则通过两套系统对开的互联中继送往CC08交换机落地（需通过号码变换方式实现）。同时，在CC08交换机通过无条件前转功能，把需要割接到IMS系统的零散号码前转到IMS，从而实现IMS系统与CC08交换机作为一个整体为民航内部用户提供语音通信服务。

5 物理连接方案

由于民航IMS系统组网对于安全性要求很高，因此组网中IMS核心设备各网元以及交换机、路由器均采用双机备份方式进行。整网连接示意图如图1所示。

5.1 信令组网

通过一对汇聚交换机（1和2）进行信令端口汇聚，将I/S/P-CSCF、HSS、CCF、ENS、CCF等网元接入到民航IP承载网中，划分一个专用的VLAN1，构成IMS核心网中的信令网。

5.2 媒体组网

IMS系统的MRFP/MCU的媒体接口通过汇聚交换机（3和4），接入到民航IP承载网络，通过划分一个专用的VLAN2，构成IMS核心网中的媒体网。

5.3 接入层组网

广州民航的用户分布在多个不同地区，均由UA5000接入设备下带，通过2台路由器（A和B），经过民航IP承载网连接SBC服务器。

5.4 SBC与防火墙

SBC服务器位于核心机房局域网与民航内部IP承载网之间，其作为IMS终端用户的信令/媒体代理，同时对于SIP伪攻击等具有防护作用，保证用户的接入。

通过在SBC信令/媒体上行口接入信令网汇聚交换机（1，2），实现与IMS核心互通；在SBC信令/媒体下行接口接入一对路由器（A，B），通过中南空管IP承载网实现与接入网络互通。

SBC能够实现隐藏核心网的拓朴结构，可以避免核心网设备直接暴露给用户，从而免受黑客的直接攻击；SBC还能够不让其他运营商获悉民航核心网的拓朴结构，实现向用户和运营商都提供拓朴结构隐藏能力，同时还能隐藏网元的数量和能力。此外，SBC与民航外联网之间再配置一个防火墙进行隔离，防止不安全域对IMS核心设备的攻击。由此够确保民航IMS系统的网络安全。

5.5 业务发放/计费/网管组网建设方案

维护组网图如图2所示：

如图2，广州民航IMS业务发放/计费/网管接口的网元都接入到一对汇聚交换机（5和6）中，连接到民航现网的BOSS计费业务系统，通过BOSS系统实现对IMS系统话单进行自动读取分拣，同时实现BOSS系统对IMS系统电话的自动控制功能（如调级、停复机等）。

从网络安全角度考虑，业务发放、计费和网管所在的运维网络应与信令网、媒体网分属于不同的IP网段，两个网络之间通过在交换机设置安全策略使其互通，实现对IMS核心网的保护。

IMS各网元虽然都能独立登陆配置，但由于数量众多，存在维护不够直观、告警无法及时发现等问题。广州地区民航IMS系统采用华为IMS核心网元统一采用M2000进行管理，通过该系统可以对IMS各网元进行统一的软件管理、数据配置和备份、信令跟踪、告警实时监控、故障集中管理等功能。能够大大减小网管复杂度和维护难度，有利于日常的维护工作及加快故障排查的速度。同时，通过分级权限管理，能够防止严重的人为错误操作，更合理地控制风险。

6 IMS技术在空管安全生产中的应用

结合空管系统业务的实际情况，IMS技术可在空管安全生产中得到如下应用：

6.1 远端语音接入

当前空管系统远端语音接入主要由两种方式：一是租用远端用户所在地运营商的语音交换设备；二是使用空管传输网络将语音业务延伸至远端。第一种方式因为安全性原因，使用已越来越少，未来趋势将要更换；第二种方式因涉及传输、接入等设备，业务拓扑复杂，中间节点较多，造成部署繁琐，维护难度较大。当前民航中南地区远端语音接入典型方式如图3。

远端用户的语音接入所要经过的设备较多，涉及的配置较复杂，部署较慢。若通过IMS技术实现则要简单得多，仅需要两地网络连通即可，实现方式如图4所示。

使用IMS技术进行远端的语音接入部署，涉及设备较少，部署快速简单；同时，因为有防火墙（SBC）做隔离，安全性也能有保障。因此，基于IMS技术对远端语音进行接入，能符合空管系统对业务接入的要求。

6.2 视频会议系统接入

由于广州地区空管系统内有多套视频会议系统，承担着日常办公、管制会议、天气讲解、协调会商等业务需求，但存在着系统独自建设、重复浪费，各视频会议功能独立互不相连，部署需要建立多个网络等问题。而IMS基于IP的实现方式使其接入视频会议系统具有先天优势，且部署了IMS系统的语音接入后，视频会议的传输也一并解决了。在用户端看，有了电话线后视频会议的接入是极其方便快速的。而且，由于IMS的特性，视频会议的接入终端可以是硬件摄像头，也可以使用桌面智能終端，甚至手机、平板等也可接入IMS的视频会议，视频会议的召开不再局限于固定的地点。

当前空管系统业务发展迅速，业务需求往往不是单一的，新增的信息点可能需要进行多种业务的接入。若按以往思维进行业务部署，则可能会出现每种业务部署一套网络，不但建设成本较高，后期运维难度也较大。若考虑使用统一的接入网及核心网，则部署将简单快速，对后期运维造成的压力也降低。基于这方面的考虑，可以将PON技术与IMS技术做融合，使用PON做接入，IMS实现核心交换。如此一来，既能发挥PON技术万兆带宽的优势，又能做到业务的透明传输。

7 结束语

IMS技术顺应通信网络发展的趋势，确定了其在未来的全IP移动通信网的重要地位，在IMS之上可开发丰富的IP多媒体应用，是未来通信网络发展的核心，是部署新业务的基石，我国应用IMS技术行业和企业也正日益增多，本文中提出的IMS建设方案，目前已被民航通信业务主管部门采用并在广州地区正式付诸实施，可为民航其它地区固话网络升级以及其他行业企业通信管理部门引入IMS技术时所借鉴。