基于IMS 运维管理平台的智能化故障处理研究

李 凯，完颜绍澎，顾舒娴，于 佳

（1.国网江苏省电力有限公司连云港供电分公司，江苏 连云港 222002；2.南瑞集团有限公司（国网电力科学研究院有限公司），江苏 南京 210000；3.南京苏逸实业有限公司科技信息网络分公司，江苏 南京 210000）

0 引言

IP 多媒体子系统（IP Multimedia Subsystem，IMS）和软交换均是下一代网络（Next Generation Network，NGN）交换技术，这两种技术在网络中已经成熟应用，是当前主流的交换技术体制［1-2］。IMS 相比其他多媒体业务形式，开发环境和技术架构更具有优势。

电力公司IMS 运维管理平台的建设，将大大加强语音、数据业务支撑能力［3］。IMS 运维管理平台的运维压力主要集中在省级信通公司，随着接入设备日益增长，现行的运行维护方式无法满足管理需要，亟需先进的维护管理方式方法及智能化监控［4］。目前IMS 用户的数据配置是在核心系统多个网元中进行的，难度和复杂程度都较大，仅仅依靠人工方式难以应付数量较大的配置需求，且IMS 运维管理平台接入设备仅能通过厂家网管对设备工作状态进行监控，无法在信令层面及业务层面进行测试监控，单纯依靠设备层面的监控，难以有效保障语音业务的可用性［5-6］。需制定IMS 前台接口规范，构建IMS 运维管理平台，建立信令层面的语音网络故障监控及维护系统，为IMS 语音交换系统运维管理及智能监控保驾护航。各类业务系统告警信息主要通过各自短信及网管进行告警消息通知［7］，通知不标准，手段技术各异，推送内容不够丰富，须借助IMS 业务可扩展能力以及多媒体能力，提供语音、视频、消息等多种方式融合的消息发布新业务，实现实时准确的消息发布。

为解决上述问题，对IMS 运维管理平台进行优化，设计IMS 智能化故障处理系统，为提升电力公司运营安全稳定性提供保障。

1 IMS 网络结构

随着IMS 业务的发展，对IMS 网络的维护管理、故障分析、服务质量保证的需求逐步增强［8］。为了确保IMS 网络的可靠性和质量，需要进行大量的测试和验证，而网络信令监测是保障IMS 网络高质量运行，快速响应网络故障的重要技术手段。

IMS 网络结构如图1 所示，IMS 域的网络信令监测范围包括其中的业务层、控制层以及接入层。

图1 IMS 网络结构

业务层主要包括应用服务器、网关等设备。用户的业务采用SIP 应用服务器的方式提供，第三方业务通过业务能力开放网关和业务能力引擎提供，智能网业务通过IP 多媒体业务交换功能提供。

控制层的设备包括多媒体资源控制器、归属用户服务器、媒体网关等，实现的功能包括业务触发、用户鉴权、网络互通、会话控制和路由等。

接入层的主要功能是完成用户的业务接入，实现业务互通、媒体管理、QoS 管理等功能。

2 IMS 运维管理平台

2.1 IMS 运维管理平台总体架构

IMS 运维管理平台沿用分层系统架构设计理念，通过多层架构可以限制系统功能间的依赖关系，使系统以更松散的方式耦合，从而更易于开发及维护［9］。由管理应用层（包括接入网业务管理Web 管理终端及其后台服务）、控制层和终端层（包括IP 话机终端、模拟话机终端及其IAD／AG 接入设备）组成。其中管理应用层负责本系统的主体框架，是实现系统业务功能的基础，其职责是处理用户与软件的前台交互，显示信息并提供后台服务，因前后台逻辑紧密，相互依赖，同处于本层便于系统整体的统筹开发。控制层将涉及与IMS 核心网网元设备和接入网设备交互的模块服务单独剥离，降低与上层间的依赖性，既可以保证未来设备接入时良好的可扩展性，在复用性上也具有明显优势。如业务发放和接入设备管理功能模块一旦定义好统一的接口，就可以接入各厂家的设备，而不须为不同型号的设备接口进行重复地开发。最后终端层即为被管理的接入侧终端类设备，其部署与替换对上层均无依赖性，不会对系统造成性能瓶颈。

管理应用层：采用B／S 系统架构实现，提供接入网运维管理界面操作交互功能，各级单位用户可以通过浏览器以分权分域的方式在任何一台客户端上访问IMS 接入网运维管理系统的界面，通过界面对各自归属终端控制进行业务发放、接入设备和安全管理等。

控制层： 接收管理应用层的业务发放和设备管理的操作请求，其中该层的业务发放网关通过北向接口接收业务操作请求，并根据请求通过南向接口向对IMS 核心网元进行数据配置操作；接入设备网管服务通过HTTP 协议接收设备管理操作请求，通过TR069 协议和开放MIB 信息的SNMP 协议分别对硬SIP 终端及IAD 设备、AG 设备对接，实现对终端层设备的配置下发、状态监测及升级管理等，并通过北向接口向公司现有TMS 系统上报IMS 接入网设备的重要状态、告警等信息。

终端层：主要是IMS 接入侧终端类设备，包括硬SIP 话机终端、模拟话机终端、IAD 和AG 设备。硬SIP 话机终端和IAD／AG 设备一般通过控制层的接入网管服务交互实现设备的采集、监控和管理等功能。

2.2 IMS 运维管理平台部署架构

IMS 运维管理平台定位于提升各单位IMS 核心网业务发放和设备管理的运维效率，属于IMS 管理维护业务类系统建设范畴。目前IMS 的运行维护与IMS 核心网行政划分职责一致，均由所在单位负责。IMS 运维管理平台采用分省部署模式建设，并负责本省各级单位的IMS 接入网运维管理［10］。分省部署模式是在省公司部署一套IMS 运维管理平台，本省公司各级单位通过Web 运维客户端远程连接到省公司系统，根据分权分域规则实现对本单位归属终端用户业务发放和设备管理。IMS 运维管理平台部署如图2 所示，平台需要与位于IMS VPN 网络的IMS 核心网连接，实现对IMS 核心网业务发放网关的控制，完成终端发放业务在各自所属核心网侧的数据配置；通过IP 话机终端、IAD／AG 接入设备的连接，完成用户侧设备配置及状态信息采集，根据IMS建设总体要求，IP 话机终端及IAD／AG 接入设备也统一运行在IMS 网内，系统建议部署在同侧。

图2 IMS 平台部署

2.3 IMS 运维管理平台智能化故障处理功能设计

IMS 运维管理平台智能化故障处理功能架构如图3 所示，故障智能处理包括拨测管理和故障管理，拨测管理包括策略配置、IAD 拨测、终端拨测和查询统计，故障管理包括故障单生成、故障单监控、故障处理和障碍消障。

图3 IMS 运维管理平台智能化故障处理功能架构

3 IMS 运维管理平台智能化故障处理功能实现方案

3.1 故障处理总流程

IMS 智能故障处理主要是通过信令层的语音通道测试技术自动发现相关的终端故障，并且对发生的故障进行分析，根据分析结果给出故障解决方案或直接自动处理［11］。IMS 智能化故障处理的故障来源包括呼叫中心的客户故障申报、告警采集之后的自动分析、关键终端的零感知自动拨测。IMS 智能化故障处理数据流程如图4 所示。步骤为：

图4 IMS 智能化故障处理数据流程

1）对于核心网告警，一旦分析出原因形成故障，在生成故障单处理的同时通知网络管理员；

2）对应人工申告的障碍，生成故障单后做验证拨测；

3）故障处理完成后做拨测验证，确认无误后做消障处理。

3.2 核心网故障分析流程

核心网故障分析流程如图5 所示。步骤为：

1）通过SNMP 协议与U2000 进行监控，采集设备告警信息；

2）发现设备告警后判断告警级别；

3）对告警进行分析，选择处理策略，可在设备拓扑上展示；

4）若故障无法处理则生成报障单，转人工处理，并调用多媒体通知能力进行告警消息推送。

图5 核心网故障分析流程

3.3 IAD 监测流程

对IAD 的监测流程如图6 所示。步骤为：

1） 系统通过TELNET 方式对IAD 进行周期性监测；

2）IAD 与模拟话机之间的关系可能存在变化，周期性采集IAD 与模拟话机之间的关系；

3）若发现被监测的IAD 出现故障，关联查询同一地区的IAD 是否正常（主动发起），同时检查核心网是否存在告警，若存在则生成报障单，转人工处理；

4）若IAD 为单点故障则判断是否可以登录控制台且IAD 设备状态非正常，若状态异常则直接发起Reboot 命令重启设备。

图6 IAD 监测流程

3.4 关键用户保障流程

关键用户保障流程如图7 所示。步骤为：

1）首先判断终端保障等级属于一类电话、二类电话或三类电话，其中电网控制电话、不可中断电话和配网抢修电话属于一类电话，重点用户电话属于二类电话，普通用户电话属于三类电话；

2）选择保障策略，一二类电话探测的频次更高，一二类电话采用更主动、实时的SIP OPTIONS 方式；

3）选择告警策略，一二类电话故障为生产故障，全渠道告警，具备最高的优先级。

图7 关键用户保障流程

4 IMS 运维管理平台智能化故障处理功能应用

图8 是IMS 运维管理平台智能化故障处理功能的界面展示，包括告警采集管理、操作维护、故障管理和拨测管理。图9 是操作维护中智能化分析处理的结果显示，在界面中，序号3 的故障处理策略是呼转号码配置错误，处理结果是已自动修复，请用户重试。

图8 IMS 运维管理平台智能化故障处理界面

图9 智能化分析处理结果

4 结语

利用电力公司通信管理与运维积累的经验和需求，通过构建IMS 运维管理平台，可以改变当前IMS主要依靠手工进行配置的低效方式，并及时发现IMS 的业务隐患，大幅提高通信运维效率和水平。完成基于IMS 网络信令的监控和业务的监控，实现IMS 智能故障处理的功能，为IMS 语音交换系统运维管理及智能监控保驾护航。所述成果的进一步推广应用，将为IMS 的运行、维护、管理提供全方位的支持，为电力通信的运维管理来显著的经济效益和社会效益，有效提升电力公司运营的安全稳定性。