IMS技术在电力通信网络跨域融合中的应用

李 立，李 威，宁 亮，张 磊，柳 璐

（国网辽宁省电力有限公司，沈阳 110000）

0 引言

网络通信技术不断升级，国家全面建设更加先进的电力通信网络架设，丰富电网内新的业务并增加新的需求。但新技术架设的电力通信网络与现有网络之间通信设备、协议不同会导致网络冲突，影响其通信效果[1,2]。IMS技术也称IP多媒体子系统技术，其是在IP网络的基础上实现网络间多媒体互通的技术。IMS技术是实现网络跨域融合的基础，但该技术在应用过程中对通信、数据以及差异化业务之间的融合依然存在很多不足[3]，因此很多学者纷纷研究IMS技术在网络融合中的应用方法。如李战国等人提出了基于IMS技术的三网融合方法，该方法依据三网融合网络运行特点，构建其多媒体视频业务管理模型[4]，实现三网的视频媒体业务的融合。但该方法入手角度不够宽泛，三网之间的通信不仅仅涵盖视频业务也包含数据通信、会话通信等多个业务，因此该方法应用效果不佳。曾春香等人从政企、家庭以及个人所用的网络出发，利用IMS网络建设互通的网络环境[5]，实现三网在全业务运营情况下的互通。但该方法在应用过程中对业务会话处理不够及时，导致会话连通率不高，因此应用效果不佳。面对上述问题，本文研究IMS技术在电力通信网络跨域融合中的应用方法，以提升跨域网络融合效果。

1 基于IMS技术的电力通信网络跨域融合方法

1.1 IMS技术体系结构

IMS（IP Multimedia Subsystem）也称IP多媒体子系统，其是移动、3GPP/3GPP2和固定网络联通的核心[6]。该技术可提供多个媒体业务通信的控制、IP承载以及网络接入和协议转换等。IMS技术支持多种移动接入、固定接入、会话型业务以及SIP信令通信呼叫控制等多种业务，其体系结构如图1所示。

图1 IMS技术体系结构示意图

IMS技术体系结构由若干个数据源为其提供数据支撑然后连接IMS空间服务器、IMS应用服务器后与网络内的Web服务器内的IMS应用服务器连接，再通过该IMS应用服务器和用户端的用户业务连接，实现跨域网络间的业务连通。

1.2 基于IMS技术的电力通信网络跨域融合技术架构

以IMS技术体系结构为基础，设计基于IMS技术的电力通信网络跨域融合技术架构，如图2所示。

图2 基于IMS技术的电力通信网络跨域融合技术架构示意图

基于IMS技术的电力通信网络跨域融合技术架构共分为接入层、传输层、会话控制层和业务层构成。利用接入层将固定SIP终端、无线SIP终端、区域网络IP终端和宽带TDM终端经由终端适配器接口连接媒体网关控制协议内，通过对不同终端的通信协议进行转换后，将不同终端IP接入到电力通信网络内。然后连接传输层Go接口，该接口为电力通信传输提供公共开放策略服务，依据该电力通信公共开放策略连接NGN分组核心网络、媒体网关以及多媒体资源管理器，利用多媒体资源管理器将电力通信业务传输到会话控制层内的媒体网关控制内，采用会话控制层内的策略判决功能判断公共开放策略是否合理，然后利用代理呼叫会话控制功能对当前电力通信业务的会话资源进行预留处理，并服务电力通信业务会话后，连接出口网关控制模块。利用出口网关控制模块控制电力通信业务会话和多媒体业务传输到归属用户服务器和域名服务器内。媒体业务传输到归属用户服务器和域名服务器内的电力通信业务经过网络跨域信号融合后传输到业务层内的业务交换功能实体、SIP应用服务器和OSA应用服务器内，实现电力通信网络跨域融合过程。

1.3 电力通信网络跨域融合方法

1.3.1 媒体网关控制协议转换方法

当跨域、多个电力通信网络接入IMS体系内时，不同区域和属性的电力通信网络应用的通信传输协议不同。不同通信协议网络之间无法进行通信交流，因此需对跨域电力通信网络的媒体网关控制协议进行转换处理[7,8]。媒体网关是连接跨域电力通信网络的中转站，其负责转换跨域异构的网络通信协议，设计媒体网关控制协议转换程序如图3所示。

图3 媒体网关控制协议转换流程

媒体网关利用内置的协议转换器加载不同电力通信传输协议模板后，判断该协议传输的电力通信数据是否需要加密处理，则对该电力通信数据进行加密计算后判断该电力通信数据封装方式，反之则直接判断电力通信数据的封装方式[9]。将由高到低或者由低到高封装的电力通信数据保存到信息域内，对信息域内的电力通信数据赋予标识并存储后，调取其表示然后计算电力通信数据的校验码，按照其校验码对电力通信数据进行拼接后，组件电力通信数据的协议帧，至此完成跨域通信传输协议转换过程。

1.3.2 多媒体会话资源预留

在跨域网络接入到IMS内时，电力用户通信时的资源消耗与资源竞争都是动态的[10]。为提升跨域网络电力用户通信服务质量，保留跨域网络多媒体会话资源是其基础。对媒体会话资源预留步骤如下：

第一步：计算多媒体会话资源值。

令t表示时刻，该时刻的任务Ti在第j类资源内的预测值表达公式如下：

当前时刻起始的多媒体会话资源的任务等级为Qg时，则该任务资源的预测值表达如式(3)所示：

利用式(3)结果更新电力通信网络内的资源预留，则表达如式(4)所示：

第二步：选择性调整多媒体会话资源预留机制。

电力通信多媒体会话资源在网络环境中，某些多媒体会话任务会造成服务器的资源过度使用[11]，影响网络的通信服务，因此需选择性调整多媒体会话资源的任务级别。令λj表示网络内效益和资源比，并设置其初始数值为0，然后按照以下步骤调整多媒体会话资源预留机制。

所有的多媒体会话任务Ti均选择最高的服务级别即Qi=Qmax，然后将其他级别放入候选级别集合内。对多媒体会话实际的资源消耗量和资源向量进行规格化，其如式(5)所示：

计算时刻为t时，网络执行所有多媒体会话资源消耗值，其如式(6)所示：

式(6)中，n表示执行多媒体会话资源量，且i∈n。当式(6)数值大于1时，将其设置为Yi。令ϑ表示多媒体会话任务候选服务级别增量参数，其如式(7)所示：

1.3.3 基于可重构光分插复用器的网络跨域融合方法

会话控制层内的归属用户服务器和域名服务器向业务层传输电力通信任务时，使用可重构光分插复用器对不同服务器传输的电力通信信号进行融合处理。

可重构光分插复用器连接软件定义网络，利用软件定义网络获取电力通信的下路目标子带信息，然后利用DSP控制器控制下路的射频信号[13]，然后利用强度调制器获取电力通信的目标子带下路，生成下路射频信号Ziw(t)，其如式(8)所示：

式(8)中，V表示可调整参数，其取值区间为0-1之间；I、Q分别表示电力通信信号的实部和虚部；fci表示电力通信的中心频率；ζ表示调整因子。

当式(8)传输的信号为实值信号时，其下路信号表达公式如式(9)所示：

式(9)中，Bi(nT)表示电力通信网络的下路信号；xi(nT)表示实值编码信号，n表示信号数量；T表示周期；γi、φi分别表示信号传输幅值和相位；(-1)n表示信号实域畸变。

当电力通信传输的目标子带的编码信号为复值时[14,15]，则下路信号B′i(nT)表达如式(10)所示：

利用式(9)和式(10)结果对电力通信信号畸变进行补偿后，利用信号可重构光分插复用器信号调解功能对电力通信信号进行调解后，完成电力通信跨域网络信号的融合。

2 实验分析

以某省电力通信网络为实验对象，使用本文方法对该省内若干个市的电力通信网络进行跨域融合处理，验证本文方法的应用效果。该省内的电力通信网络具备一个软交换机和一个主控交换机，市级的电力通信网络内的通信设备以华为设备为主，且每个市级的电力通信网络均具备独立的软交换机和主控交换机。全省电力通信网络具备60多个汇接局，12万个2Mbps端口。市级电力通信网络结构如图4所示。

图4 市级电力通信网络结构示意图

2.1 稳定性测试

以电力通信会话的主叫号码显示业务比例和音频连通比例作为衡量指标，测试融合后的电力通信跨域网络运行的稳定性，结果如表1所示。

表1 电力通信跨域网络运行稳定性测试结果（%）

分析表1可知，电力通信业务发起次数越多，其主叫号码显示业务比例和音频业务连通比例数值逐渐呈现降低趋势。在业务发起次数为1400个之前时，主叫号码显示业务比例均为100%，随着业务发起次数逐渐增加，主叫号码显示业务比例逐渐降低，但降低幅度稍小。在业务发起次数为1000个之前时，音频业务连通比例为100%，随着业务发起次数的增加，音频业务连通比例降低幅度略高于主叫号码显示比例。在业务发起次数为2000个时，音频业务连通比例和主叫号码显示比例均高于98%。该数值说明：应用本文方法对该省不同市跨域电力通信网络进行融合后，网络间的业务连通比例较高，融合后的电力通信网络具备较好的稳定性。

2.2 多媒体会话资源预留测试

以一组电力通信数据作为实验对象，将该数据包在3G网络、IEEE802.16网络和跨域融合后网络内传输，计算该数据包传输的延迟数值，结果如图5所示。

图5 多媒体会话资源预留测试结果

分析图5可知，该电力通信数据包在3G网络内传输时，数据包较为分散，但不存在较大幅度动荡情况。当该电力通信数据在IEEE802.16网络内传输时，该电力通信数据包出现较大幅度的动荡趋势，且其传输的延迟时间区间扩大数值较大。当该电力数据传输到跨域融合后的网络内时，其通信的延迟数值大幅下降，数据包动荡情况消失，表明此时跨域融合后的电力通信网络调整了网络内的资源预留情况，有效地保障电力通信数据包的正常发送。综上结果：应用本文方法对电力网络进行跨域融合后，其可有效调整电力通信传输时的资源预留，保障电力数据的稳定传输。

2.3 网络信号跨域融合测试

以跨域融合网络传输的上行信号和下行信号的信号串扰数值作为衡量指标，测试在多个通信信号同时传输时的信号串扰数值，并设置信号串扰阈值为0.10。测试结果如图6所示。

图6 网络信号跨域融合测试结果

分析图6可知，跨域融合网络传输电力信息时的信号串扰数值与通信信号数值成正比例关系。通信信号数量为400个左右之前时，跨域融合网络的上行信号和下行信号的信号串扰数值均为0，说明此时跨域融合网络内的信号并不存在干扰情况。随着通信信号数量的增加，上行信号和下行信号的信号串扰数值均成小幅度上升趋势，但其信号串扰数值始终低于信号串扰阈值。该结果说明：使用本文方法融合的跨域网络信号串扰程度较为轻微，对电力通信信号的传输融合效果较好。

3 结语

为解决不同区域电力通信网络联通的问题。本文研究IMS技术在电力通信网络跨域融合中的应用，并以某省电力通信网络为实验对象，对本文方法进行了验证。验证结果说明：应用本文方法融合后的电力通信跨域网络运行稳定性较好的同时，也具备较好的多媒体会话资源预留能力，有效融合电力通信网络的上行信号和下行信号，具备较好的应用效果。