IMS网络中多业务场景下网络容量测算方法探讨

邱巍（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）



IMS网络中多业务场景下网络容量测算方法探讨

邱巍
（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）

摘要本文将结合IMS网络对于用户和码号的定义，不同种类业务间相互关系和面向的用户群等信息进行分析和梳理，提供在多业务场景下的IMS核心网网络容量测算方法建议。

关键词IMS；业务模型；用户预测；网络容量

1　研究背景

目前，国内几大运营商均已部署IMS网络，为用户提供多种业务。同时随着国内4G牌照的发放，后续VoLTE的演进需求也将进一步推动IMS网络的建设。

由于IMS终端类型以及业务种类的多样性，在进行IMS用户预测和网络规划时较为复杂。而目前对于多业务场景下IMS网络容量测算缺乏统一的方法，给网络规划工作带来一定困扰。本文将结合IMS网络对于用户和码号的定义，不同种类业务间相互关系和面向的用户群等信息进行分析和梳理，提供在多业务场景下的IMS核心网网络容量测算方法建议，为IMS网络的规划提供参考。

2　IMS网络架构

3GPP定义的IMS架构如图1所示。各节点主要功能说明如表1所示。

IMS业务的触发在S-CSCF实现，通过iFC机制实现动态业务触发，AS完成业务逻辑后将请求返回给S-CSCF以进行后续路由。

3　IMS网络容量测算方法

网络规划中主要有两个容量指标：用户容量和处理能力。

（1） 用户容量：建议以用户码号（IMS网络中为IMPI）作为核算用户规模的标准。

（2） 处理能力：由于IMS网络由同一核心网提供多种业务，因此核心网处理能力应为分业务处理能力的叠加，即核心网处理能力＝Σ分业务用户数×分业务单用户模型。

从上述计算可以看出，为准确进行网络规划和评估不同业务发展对于系统性能的影响，提供较为精确的分业务用户容量测算和分业务的业务模型取定十分必要。本文将主要对于上述两个指标中用户容量的取定和计算方法进行分析和建议。

表1　IMS核心网各节点主要功能说明

图1　IMS架构图（3GPP TS 23.228 V13.0.0）

3.1用户容量测算

3.1.1用户数的定义

根据规范要求，每个IMS用户（对应一个签约）分配1个私有用户标识（IMPI）和一个或多个公有用户标识（IMPU）。IMPI是归属网络运营者提供的唯一全球标识，可以在归属网络中从网络角度标识用户签约数据，用于对IMS用户进行鉴权认证。因此，建议以用户码号IMPI作为核算IMS网络用户规模的基准。

3.1.2IMS用户容量测算方法

在IMS网络建设初期，在进行IMS用户预测时，一般会首先预测计划发展的用户数，此处的用户数往往是自然人的概念。但在IMS网络中，一个自然人可能有多个需要在IMS域注册的终端（固定终端、客户端、移动终端等），不同的终端可能分别要配置不同的IMPI。因此在规划网络容量时，应首先确认需要分配IMPI的终端类型，再根据用户预测结果，如发展多少个企业，每个企业大概的预计人数规模，以及每个用户可能使用的需要分配独立IMPI的终端的数量，根据上述预测结果确认网络容量。随着IMS提供业务种类的增加，为更为准确地进行网络容量规划和配置，建议对于用户类别、业务类别、终端类型的对应关系进行梳理，以方便进行网络容量的规划。以某运营商为例，目前需要分配IMPI号

码的终端主要有固定终端、客户端（有单独的IMPI）。IMS业务主要面向的用户群大致分为两类：集团客户类和个人/家庭用户类。将目前计划开放的业务与面向的用户群和终端类型进行了如表2所示的分类。

其中Centrex与MMTEL为基础话音业务，Centrex面向集团客户，MMTEL面向个人/家庭用户。根据业务流程，多媒体彩铃业务可以看作在基础话音业务基础上的叠加业务。这里叠加业务的概念是指在进行彩铃业务的同时，也需要触发基础话音业务的AS才能完成一次呼叫。即用户在使用多媒体彩铃业务时必须签约Centrex或MMTEL业务。

从上述分析可以看出，按照集团用户和个人/家庭用户两类用户群的用户需求如下。

集团用户：

（1） 硬终端：统一Centrex业务用户数预测结果。

（2） 客户端：企业飞信用户数预测结果。

（3） 多媒体彩铃业务可以看作是在基础话音业务上提供的叠加业务，用户数已包含在Centrex用户规模中。

个人/家庭用户：

（1） 硬终端：MMTEL业务用户数中硬终端的预测结果。

（2） 客户端：MMTEL业务用户数中客户端的预测结果。

（3） 多媒体彩铃业务可以看作是在基础话音业务上提供的叠加业务，用户数已包含在MMTEL用户规模中。

因此IMS签约用户数（IMPI）的预测算法为：

集团用户硬终端数量（Centrex用户规模为基数）＋集团用户客户端数量（企业飞信用户）＋个人/家庭用户的硬终端和客户端数量（MMTEL用户）。

本文将上述IMPI预测结果定义为IMS用户容量需求，即：

IMS用户容量需求＝Centrex用户数+MMTEL用户数＋企业飞信用户数。

3.1.3IMS核心网容量规划时的相关用户参数定义和计算方法

在进行IMS核心网设备容量规划时，涉及的几个用户数相关的参数定义如下。

分业务用户数：网络容量规划的基础数据，用于核算核心网处理能力需求。根据运营商提供的业务种类和业务定义进行分业务预测，其中应区分出基础业务和在基础业务基础上提供的叠加业务，基础话音业务的用户数为测算网络用户容量的基础。仍以某运营商为例，提供如表3所示的4种业务。

表2　业务分类

表3　分类业务预测表

在进行网络用户容量测算时，用户容量需求应为：IMS用户容量需求＝Centrex用户数+MMTEL用户数＋企业飞信用户数

HSS签约用户数：考虑规划期内对于IMS终端的预测规模有一定不确定性，因此建议HSS容量规划时可考虑一定冗余以满足相关码号资源对HSS存储容量的需求。即：HSS签约用户数=IMS用户容量需求×冗余系数

在线用户数：核心网设备处理能力应按照忙时的处理能力需求进行设备配置，因此在进行核心网处理能力测算时需要考虑在线率，即核心网忙时用户处理能力需求应是考虑在线率（如客户端等，需要取忙时在线率指标）后的用户数。以某运营商为例，固定终端为一直在线，客户端取定在线率，其在线用户数的计算如下：

在线用户数＝Centrex用户数+MMTEL用户数＋企业飞信用户数×客户端忙时在线率

需要注意的是，在核算而客户端相关业务的处理能力需求时，要注意在线率在用户容量或单用户业务模型两个指标中应只计算一次，不要重复计算。

3.2 核心网处理能力测算方法

3.2.1基础模型参数的获取

在IMS网络建设初期，由于缺少IMS网络内的网管统计数据，因此各业务的基础模型参数参考现网同类业务的数据进行取定。

对于IMS业务模型取定的主要考虑因素有：

（1） 现网相似业务的业务模型和运行数据；

（2） IMS各类业务的流程；

（3） IMS业务的业务特征和用户的使用习惯；

（4） 借鉴其他运营商的运营数据。

由于现网中同类或相似业务的实现是在不同网络系统上完成，业务之间相关性不大。但对于IMS网络，用户签约多个业务时，相关业务的实现是由同一核心网网络完成。因此会造成在同一忙时的用户分业务模型会有一定相关性，如某用户在使用桌面电话时，不会同时使用客户端呼叫等。考虑上述因素，建议随着业务的开展和业务量的逐步增加，在能够从网管获取更为真实的用户行为的模型统计数据时，应根据同一忙时的数据统计结果对话务模型数据进行进一步修正。

3.2.2处理能力指标定义

目前对于IMS的处理能力指标并无统一要求，为尽量能够与用户实际使用业务行为相统一，本文建议基于网管统计参数进行模型参数的取定。

以某运营商为例，现有网管统计数据主要分3类：注册类、会话呼叫控制类和非会话3类。其中：

（1） 注册类性能统计报表可获得注册、重注册、注销等注册行为相关的统计数据。

（2） 会话呼叫控制类主要是提供话音会话类业务的统计结果，主要统计指标包括试呼次数、话务量、呼叫时长等。适用于Centrex、MMTEL、多媒体彩铃等会话呼叫类业务。

（3） 非会话类目前主要是对于非会话的PGM业务发生的SIP信令消息数的统计结果。

在根据网管统计数据取定业务模型时，应注意取定同一忙时的上述3类统计数据作为模型参数取定的依据。如果不同类业务（如会话类和非会话类业务）对于系统性能的影响相差较大，则应在评估两类业务占比和处理能力的影响后，权衡取定以哪类业务的忙时作为统计忙时。

根据该运营商目前IMS网络开放的业务类型和网管统计数据类别，核心网设备处理能力可以按照会话类和非会话消息类两类业务分别进行测算。具体方法如下：

（1） 对于会话类（包括Centrex、MMTEL、彩铃、企业飞信呼叫业务等呼叫类业务），核心网设备处理能力沿用电路域中的指标：BHCA、忙时每用户话务量和平均呼叫时长。

（2） 对于非会话消息类业务（目前主要包括PGM类事务处理），根据网管中可获取的统计参数，建议可采用如下测算方式：以PGM的主要“忙时信令消息数”作为基础模型参数指标。根据信令流程中各类SIP信令消息对于系统性能的影响情况，本文建议对于非会话类PGM业务，暂以Message、Subscribe、Notify 和Publish此4类SIP信令消息为主进行测算。其他信令消息对于系统性能的占用由厂家根据业务流程以及现网同类业务统计数据自行测算。在业务开展初期暂无PGM业务相关网管统计数据的情况下，上述4类信令消息数以规范中定义的业务流程中包含的信令消息数作为计算依据。后续随着业务量增加、网管数据的丰富，则应以网管统计数据作为测算依据。在建设初期无网管统计数据情况下的测算方法如下：

取定PGM业务的主要事务数，目前主要分为以下4类事务：群组管理、状态呈现中的用户登录、状态呈现中的用户状态变化和消息。

上述4类事务的忙时事务数根据现网同类或相似业务的模型确定，再根据业务流程取定每类事务的信令消息数。按照以下公式进行计算忙时信令消息数：

PGM业务忙时信令消息数＝Σ分事务的忙时事务数×每事务中包含的4类信令消息（Message、Subscribe、Notify、Publish）的消息数。

在能够获取有效网管数据后，忙时信令消息数则可以直接从网管统计数据中获取。

3.2.3 核心网处理能力需求核算

首先应先根据省内各业务的发展规划确定省内的分业务用户数。仍以某运营商为例，分业务预计的用户数如表4所示。

表4　分业务用户数预测

表5　核心网总容量需求

根据分业务的用户数预测结果和分业务的单用户业务模型，可以计算核心网的容量需求。按照上节中给出的处理能力指标定义，核心网处理能力应有会话和非会话两类指标。按照上述用户预测结果，核心网容量需求如表5所示。其中单用户模型为取定的业务模型。

表5中核算的的处理能力需求单位为BHCA和忙时信令消息数，与采用的具体厂家设备无关。考虑到不同业务的BHCA对于系统性能开销是不同的，因此在核算厂家设备配置时，则需要将不同业务的BHCA和忙时信令消息数对于设备的处理能力占用的折算系数代入，以获得该厂家设备的处理能力需求值。

4　结论

随着在IMS网络上更多融合业务的部署，建立有效的业务模型测算和网络规划方法，将对提高IMS网络规划工作效率提供更好的支撑。虽然目前融合业务的IMS网络仍处于初期部署阶段，缺少有效统计数据，但随着网络业务和用户的不断增加，不断完善相关测算方法将为后续IMS网络的更好建设奠定基础。

IMS network capacity calculation method under multi service scenario

QIU Wei
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing100080, China)

AbstractThis paper will advice the method on IMS core network capacity calculation in multimedia services scenarios, based on the analysis of the defi nition of IMS users and the relationships of different types of services.

KeywordsIMS; service model; user prediction; network capacity

收稿日期：2015-07-15

中图分类号TN929.5

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）03-0049-05