运营商IMS网间互通演进方案

邱巍

【摘 要】对于如何从现有运营商网间互通架构逐步向全IMS互通的目标方案演进提出了两种技术方案，并从网元设置、路由组织、数据配置和优缺点等方面进行了较为全面的分析和研究，为后续实际网络部署提供了参考。

【关键词】IMS；互联互通；IBCF；TrGW

1 引言

IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒体子系统）作为下一代网络的核心技术，可提供统一的控制核心，支持多种固定/移动接入方式，能够更为灵活快速地提供业务能力。目前部分运营商已经开始进行IMS网络的部署，向用户提供基于IMS的多媒体业务。随着网络的后续融合演进，将逐步实现通过统一的IMS网络同时接入固定和移动用户。

目前国内三家主要运营商均为全业务运营商，除固话业务外，三家运营商均建有各自的移动网络。各运营商用户间话音业务的互联互通采用传统电路交换关口局互通的方式实现，在现阶段可以满足互联互通需求。但随着各运营商网络逐步向IMS演进，电路域用户逐步萎缩，采用传统电路交换关口局实现互通已不能满足未来网络演进需求。虽然目前国际、国内标准对于IMS的运营商网间互通、IMS与现有其他网络的互通提供了规范，但对于如何从现有网间互通架构逐步实现向全IMS互通的目标方案演进的相关分析和研究仍为空白。本文将对IMS用户的网间互联互通方案提供分析和研究，为后续实际部署提供参考。

2 现有网间互联互通方式

2.1 现有运营商间互通方式

目前运营商网间互通方式为各运营商设置各自的互联互通关口局，运营商间均通过关口局实现互通，关口局网间采用TDM方式承载。现有运营商网间互通架构如图1所示：

目前运营商间采用“就远出网”的互通原则，即本地用户间的呼叫经由本地关口局互通，长途呼叫则通过主叫所在网络根据被叫号码路由到被叫归属地，再经由当地关口局路由至被叫归属网络。

2.2 IMS与其他网络互通方式

目前部分运营商已经进行了IMS网络的部署，IMS用户与其他运营商用户间的网间互通仍通过现有关口局实现互通，即本运营商IMS用户和其他网络用户与其他运营商用户的网间互通均经由关口局实现，IMS与本运营商CS（Circuit Switched，电路交换）网络/PSTN（Public Switched Telephone Network，公共交换电话网络）间的语音互通节点为MGCF/IM-MGW（IMS侧）和关口局（CS/PSTN侧）。逻辑架构如图2所示。

IMS网络与其他网络的互通节点主要为MGCF/IM-MGW，并需要配置IMS出口网关BGCF节点，各网元具体功能要求如下：

BGCF（Breakout Gateway Control Function，出口网关控制功能）主要用于出本IMS域的呼叫路由。BGCF收到来自S-CSCF的呼叫请求后，根据互通规则配置或进行被叫分析，选择合适的下一跳路由。BGCF可与I/S-CSCF物理合设。

MGCF（Media Gateway Control Function，媒体网关控制功能）用于IMS域与CS/PSTN域间互通时控制面信令的转接（PSTN/CS域侧ISUP/BICC协议与IMS侧SIP协议的交互和互通），并控制IM-MGW完成用户面与媒体面的互通、号码规整、号码分析和路由、放音、放音抑制等功能。

IM-MGW（IP Multimedia Media Gateway，IP多媒体网关）负责在MGCF的控制下完成IMS域与CS/PSTN域间互通时用户面的转换，提供编解码转换、承载资源管理和放音功能。

目前同一运营商内IMS用户与其他网络用户间的路由方式为：

（1）IMS用户呼叫非IMS用户时

IMS用户呼叫非IMS用户路由为：主叫侧S-CSCF向ENUM/DNS查询被叫号码映射，被叫号码为非IMS号码，ENUM/DNS返回查询失败响应，S-CSCF将会话请求路由至BGCF，BGCF根据路由策略选择一个MGCF进行后续路由。

（2）非IMS用户呼叫IMS用户时

非IMS用户呼叫IMS用户路由：主叫CS/PSTN用户发起呼叫，根据路由配置原则接续至IMS网络MGCF。MGCF通过本地配置数据或查询ENUM/DNS获得被叫归属域I-CSCF，I-CSCF查询HSS得到被叫用户注册的S-CSCF，S-CSCF触发业务到AS，AS进行业务逻辑控制，实现主被叫业务接续。

2.3 运营商网间互通演进需求分析

目前运营商网间采用设置传统关口局的方式实现互联互通。对于已经建设了IMS网络的运营商，通过在本网内设置MGCF/IM-MGW节点完成协议和编解码转换等功能后，仍由现有关口局实现与其他运营商间的互通。但随着传统用户逐步向全IMS目标网络的迁移，由于IMS网络与传统CS/PSTN等网络在路由组织和协议等技术实现方面具有较大差别，仍采用通过现有关口局实现网间互通的方式，将增加不必要的协议和编解码转换等功能要求，延长了業务时延，加大了故障点风险等，降低了互通效率。而目前国际、国内标准虽然对于IMS网间互通、IMS与现有其他网络的互通提供了规范，但对于如何从现有网间互通架构逐步向全IMS互通的目标方案演进的相关分析和研究仍为空白，本文将从网络架构、网元设置、互通路由方式等方面对上述演进方案进行分析和研究。

3 运营商IMS网间互通演进方案分析

3.1 IMS网间互通目标架构

目前3GPP TS 29.165标准中对于IMS网间互通的目标架构定义如图3所示。

在图3中，两个IMS网间的接口被简称为II-NNI（Inter-IMS Network to Network Interface）。IMS网间互通节点主要为IBCF和TrGW，主要网元功能如下：

IBCF（Interconnection Border Control Function，互联边界控制功能），控制面节点，用于实现不同IMS网络间的拓扑隐藏网关功能、应用层网关功能、SIP信令消息筛选和生成计费话单等功能。IBCF通过Ix接口实现对TrGW的控制。

TrGW（Transition Gateway，翻译网关）用于运营商间的用户面互通，受IBCF节点控制，实现网络地址翻译、IPv4/IPv6地址转换等功能。

网间互通接口主要包括Ici和Izi。Ici实现IBCF间的通信，并在IMS网间实现SIP信令消息的前转。Izi实现IMS网间通过TrGW实现媒体流互通。II-NNI接口也可以根据运营商间的协议用于用户漫游时的网间互通。

3.2 运营商IMS网间互通演进方案分析

本节将从网元设置、路由方式和配置要求等内容进行分析和建议。

（1）方案一：新建IBCF/TrGW，IBCF/TrGW与现有MGCF/关口局共同实现网间互通

本方案引入IMS互通节点IBCF/TrGW，并和现有IMS与其他网络互通的MGCF/关口局共同实现网间互通，逐步向IMS互通的目标方案过渡。

由于IMS网络中的SIP信令路由基于SIP URI，E.164的TEL URI無法在IMS域路由，因此在网络中需设置ENUM（E.164 Number URI Mapping）节点完成TEL URI向SIP URI的转换，用于后续路由。同时设置DNS（Domain Name System，域名系统）节点负责IMS网络节点的IP地址解析。考虑目前各运营商核心网采用各自的专用承载网方式实现互通，实现跨运营商DNS互查难度较大，也有安全风险，因此不建议采用跨运营商DNS互查方式。在本方案中，将根据网间是否实现跨运营商ENUM互查，提供以下两种实现方式的分析。

1）方式一：实现跨运营商ENUM互通查询，根据被叫用户域名对被叫用户所在网络进行定位。具体网络架构和路由如下，其中MGCF/IM-MGW与关口局采用融合设置的方式，也可以独立设置，如图4所示。

新增网元设置要求：

设置运营商间互通ENUM节点，实现IMS呼叫过程中运营商间用户E.164号码与SIP URI的映射。

设置IMS互通节点IBCF和TrGW。

IMS用户运营商网间互通路由如图5所示。本场景下IMS用户间的呼叫流程为：

主叫用户归属S-CSCF根据被叫E.164号码查询ENUM/DNS（各运营商网内现有ENUM需要配置其他运营商号段至互通ENUM的路由和数据配置）。

通过运营商间互通ENUM（互通ENUM需要配置相关运营商的号码段路由信息等）查询成功，获取被叫SIP URI信息。

主叫S-CSCF根据SIP URI域名信息等，按照配置的路由策略（可通过查询DNS）将会话请求路由至网间互通IBCF，IBCF根据路由策略将会话路由至被叫归属网络进行后续路由。

从上述流程看，由于运营商间可以互查ENUM，主叫侧可以判断被叫是否为IMS用户，从而可以实现仅IMS用户间通过IBCF/TrGW实现互通。

IMS用户呼叫非IMS用户时（包括本网和他网用户），在S-CSCF查询ENUM失败后会将会话请求路由至BGCF，由BGCF根据路由策略路由至MGCF/关口局实现后续路由，路由和数据配置要求同现网。

非IMS用户呼叫IMS用户时，与现网路由方式一致。网间呼叫时经由互联互通关口局送至被叫归属网络后进行后续路由。

根据上述分析可以看出，实现跨运营商间ENUM互查的方式，主叫侧可以获知被叫是否为IMS用户，从而可以实现仅IMS用户间通过IBCF/TrGW互通。IMS用户与其他网络用户间、非IMS用户间的互通仍通过MGCF/关口局实现。在IMS用户和CS/PSTN用户仍并存的场景下，本方式的优点是可以充分利用现有关口局资源，路由和数据配置相对简单。缺点是运营商的用户数据可以被其他运营商访问，安全性和保密性差，有一定实施难度。

2）方式二：跨运营商间ENUM不互通。本方式下的运营商间的互通架构如图6，其中MGCF/IM-MGW与关口局采用融合设置的方式，也可以独立设置。

新增网元设置要求：设置IMS网间互通节点IBCF和TrGW。

本场景下，IMS用户呼叫其他运营商用户时均通过IBCF/TrGW实现网间互通，其他网络用户呼叫其他运营商用户时仍通过现有关口局实现互通。具体路由流程为：

IMS用户呼出时，本运营商IMS用户间的路由遵循本网路由原则。IMS用户呼叫本网非IMS用户或其他运营商用户时，有以下两种路由方式：

路由方式一：主叫侧S-CSCF查询ENUM/DNS，非本运营商IMS号码返回查询失败，S-CSCF将会话请求路由至BGCF，由BGCF根据配置的路由策略选择后续路由：

被叫为本运营商号码，路由至MGCF/关口局进行后续路由；

被叫为非本运营商号码，路由至IBCF，由IBCF根据路由原则进行后续路由。

本路由方式的数据配置要求：

BGCF配置被叫号码路由数据，即BGCF根据被叫号码，选择MGCF、或本省/外省的IBCF。

IBCF需要配置其他运营商号段的路由信息。

本方案需要每套BGCF/IBCF配置全国他网号段，数据配置和维护工作量大。

路由方式二：本网ENUM/DNS配置其他运营商所有号码段（包括IMS和非IMS用户）与对应运营商网络域名的数据，主叫S-CSCF通过查询ENUM/DNS进行后续路由。即主叫侧S-CSCF查询ENUM/DNS，对于本运营商非IMS用户返回查询失败，S-CSCF将会话请求路由至BGCF，BGCF选择一个MGCF进行后续路由。对于非本运营商号码，ENUM/DNS返回号码段与对应运营商网络域名的解析结果，S-CSCF根据域名查询DNS，路由至本省/外省IBCF，送至被叫归属网络进行后续路由。

按照上述配置，IMS呼叫其他运营商用户时，由于无法获知被叫是否为IMS用户，因此所有呼叫均经由IBCF/TrGW出本运营商IMS网络至被叫网络。对于被叫为非IMS用户的场景，需要被叫所在网络的IBCF具备根据被叫号码选择后续路由的机制。

非IMS用户呼叫IMS用户以及其他运营商用户（含IMS用户和其他网络用户）时，与现网路由方式一致。网间呼叫经由互联互通关口局送至被叫归属网络后进行后续路由。

根据上述分析可以看出，采用跨运营商ENUM不互通的方式时，由于主叫侧无法获知被叫是否为IMS用户，因此IMS用户呼叫其他运营商用户时均通过IBCF/TrGW疏通，同时需要S-CSCF/BGCF/IBCF等相关节点支持根据运营商号码段进行路由的机制。非IMS用户的网间互通方式与现网一致，仍通过互联互通关口局实现业务疏通。

在IMS用户和CS/PSTN用户仍并存的场景下，采用方案二可以利用现有关口局资源。但数据配置和路由较为复杂，增加IBCF/TrGW的互通要求，对现网有较大改造要求。

（2）方案二：新建IBCF/TrGW，并仅由IBCF/TrGW实现互通

本方案主要涵盖两种场景：

场景一，运营商仅提供IMS网络服务；

场景二，运营商除IMS网络外，还提供CS/PSTN等其他网络服务。

对于场景一，仅提供IMS网络服务的运营商间互通的架构如下，同样有实现跨运营商网间ENUM互查和不互查两种方式。

1）方式一：跨运营商ENUM互查。仅通过IBCF/TrGW实现运营商网间互通架构如图7所示。

新增网元设置要求：

设置运营商间互通ENUM节点，实现IMS呼叫过程中运营商间用户E.164号码与SIP URI的映射。

设置IMS互通节点IBCF和TrGW。

此种场景下，不同运营商IMS用户间互通流程如下：

主叫用户归属S-CSCF根据被叫E.164号码查询ENUM（各运营商网内现有ENUM需要配置其他运营商号段至互通ENUM的路由和数据配置）。

通过运营商间互通ENUM（互通ENUM需要配置相关运营商的号码段路由信息等）查询成功，获取被叫SIP URI信息。

主叫S-CSCF根据SIP URI域名信息等，按照配置的路由策略（或通过查询DNS）将会话请求路由至网间互通IBCF，IBCF根据被叫SIP URI信息至被叫归属网络进行后续路由。具体如图8所示。

2）方式二：跨运营商间ENUM不互通。本方式下的运营商间的互通架构如图9所示。

网元设置要求：设置IMS互通节点IBCF和TrGW。

此种场景下，不同运营商IMS用户间互通流程如图10所示。

主叫侧S-CSCF查询ENUM/DNS，非本运营商IMS号码返回查询失败。

S-CSCF（是否经过BGCF根据运营商路由策略确认）将会话请求路由至IBCF，由IBCF根据配置的路由策略路由至被叫归属网络进行后续路由。

对于场景二，由于所有用户的网间呼叫均经由IBCF/TrGW，因此无论被叫是否为IMS用户均在主叫侧路由至IBCF/TrGW进行后续路由，由被叫归属网络根据用户类型进行接续。在此场景下，如果采用跨运营商ENUM互查方式，主叫側在查询ENUM收到失败响应后需要有机制判断被叫是本运营商非IMS号码还是其他运营商非IMS号码，会增加配置复杂度，因此不建议采用跨ENUM互查方式。本场景运营商间的互通架构如图11所示。

网元设置：设置IMS互通节点IBCF和TrGW。

IMS用户呼出时的流程说明如下：本网IMS用户间的呼叫与现网路由一致。

被叫为本运营商其他网络用户的路由：

主叫侧S-CSCF查询ENUM/DNS；

ENUM/DNS返回查询失败，S-CSCF将会话请求路由至BGCF；

BGCF根据路由策略选择一个MGCF/关口局进行后续路由。

被叫为其他运营商用户的路由：要求在本网ENUM配置其他运营商所有号段（含IMS和非IMS号段）与对应运营商域名的解析数据。

主叫侧S-CSCF查询ENUM/DNS；

ENUM/DNS返回号码段与运营商域名的解析结果；

S-CSCF根据域名查询DNS，路由至本网内本省/外省IBCF，送至被叫归属网络进行后续路由。

非IMS用户呼出时，根据现有路由原则可先路由至关口局/MGCF，再经IBCF路由至被叫归属网络进行后续路由。

本节提供的运营商间仅通过IBCF/TrGW实现互通的方案，适用于运营商间仅有IMS用户互通，或传统CS/PSTN用户萎缩至仅有少部分存量的场景。

4 互联互通方案的选择建议

根据上述分析可以看出，在IMS用户和传统CS/PSTN用户同时大量并存的场景下，运营商网间互通实施较为复杂，本文提供的两个方案可适用于不同场景。在编制具体实施方案时，需要结合目前运营商间的路由要求、运营商网内的路由方式、是否有携号转网的需求等综合进行考虑。需要考虑的主要因素包括但不限于以下内容：

（1）兼顾现有业务开展、网间互通方式和网络的平滑演进要求。

（2）保障网间业务质量和资源有效利用。

（3）确保网络和用户信息安全。

（4）简化路由和数据配置的复杂度。

（5）满足网间计费结算要求等。

由于互联互通要求不同运营商之间要相互协商和配合才能实现，因此在实际操作时，需要结合业务发展、网间互通政策和规范要求以及实际实施环境，灵活选择无论在技术上还是实际操作上都可行的互通方案。

5 结束语

随着各运营商语音用户逐步从传统电路域网络向IMS网络迁移，网间互通如何从现有通过关口局互通方式向全IMS的目标互通架构演进也提上日程。本文对于相关网络演进的技术方案进行了全面的分析和建议，可为实际商用部署提供重要参考。后续也可以结合具体业务、网间路由原则、计费结算要求等更多因素进一步细化和完善，保证互联互通演进的顺利推进。

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