導(dǎo)語：VoLTE業(yè)務(wù)vIMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1引言

隨著LTE網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)運(yùn)營，4G用戶發(fā)展迅猛，語音業(yè)務(wù)作為運(yùn)營商的重要收入來源，在LTE網(wǎng)絡(luò)中仍將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。在原有2G/3G網(wǎng)絡(luò)中，語音業(yè)務(wù)通過核心網(wǎng)CS（電路）域提供承載，由于LTE沒有CS域只有PS（分組）域，基于IMS網(wǎng)絡(luò)的volte技術(shù)作為4G網(wǎng)絡(luò)語音通話業(yè)務(wù)的終極解決方案，不僅能夠為用戶提供高清晰度語音通話服務(wù)，還能提供更清晰的視頻通信服務(wù)，使用戶獲得更豐富、出色的業(yè)務(wù)體驗。此外，VoLTE技術(shù)還能夠大幅度提升無線資源的頻譜效率，是2G/3G的3倍以上。根據(jù)GSMA的數(shù)據(jù)，截至2015年12月，全球部署了超過100個VoLTE網(wǎng)絡(luò)，其中40個已實(shí)現(xiàn)商用。業(yè)內(nèi)預(yù)計，到2018年全球VoLTE用戶可望突破8億，而到2020年，VoLTE業(yè)務(wù)量在總話務(wù)量中的占比將超過70%。同時，隨著5G和物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的快速發(fā)展，基于專用硬件架構(gòu)和封閉式網(wǎng)元的傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)成為運(yùn)營商拓展新業(yè)務(wù)的嚴(yán)重障礙。NFV能夠根據(jù)用戶和業(yè)務(wù)需求靈活動態(tài)地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源配置，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的高效利用，有效降低CAPEX和OPEX成本。伴隨VoLTE的大規(guī)模商用部署以及為了應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)未來的大量業(yè)務(wù)需求，作為目前全球唯一主要的CDMA運(yùn)營商，為了全面融入3GPP主流技術(shù)陣營保持和提升競爭實(shí)力，中國電信于2016年采用NFV的方式啟動了VoLTE業(yè)務(wù)IMS網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

2vims網(wǎng)絡(luò)建設(shè)原則

2.1集約化原則。為支撐移動業(yè)務(wù)集約化運(yùn)營需要，實(shí)現(xiàn)“一點(diǎn)受理，一點(diǎn)開通，一點(diǎn)計費(fèi)”，新建IMS宜采用按照區(qū)域部署方式進(jìn)行建設(shè)。2.2滿足時延要求。根據(jù)ITU-T的相關(guān)規(guī)范及運(yùn)營經(jīng)驗，建議VoLTE話音的端到端時延應(yīng)控制在285ms之內(nèi)，VoLTE信令端到端時延給用戶提供滿意的業(yè)務(wù)體驗。2.3網(wǎng)絡(luò)安全性要求。建議區(qū)域內(nèi)雙節(jié)點(diǎn)部署，實(shí)現(xiàn)異地容災(zāi)備份。2.4符合未來的演進(jìn)方向采用NFV技術(shù)建設(shè)VoLTE業(yè)務(wù)IMS網(wǎng)絡(luò)，驗證vIMS網(wǎng)絡(luò)提供端到端VoLTE業(yè)務(wù)的能力，探索和積累虛擬化網(wǎng)絡(luò)在部署、測試和維護(hù)方面的經(jīng)驗，為后期VoLTE業(yè)務(wù)的商用化部署打好基礎(chǔ)。

3vIMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

3.1NFV技術(shù)優(yōu)勢。NFV（NetworkFunctionVirtualization），即網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化。通過使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)軟件的靈活加載，實(shí)現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和用戶端等各個位置靈活的部署配置，并基于實(shí)際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行自動部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等，從而降低網(wǎng)絡(luò)昂貴的設(shè)備成本，降低業(yè)務(wù)部署的復(fù)雜度。NFV徹底顛覆了傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，引入靈活的彈性資源管理機(jī)制。ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）提出的NFV架構(gòu)如圖1所示。從橫向看分為三層：(1)基礎(chǔ)設(shè)施層（NFVI，NFVInfrastructure），是一個資源池，NFVI需要將物理計算/存儲/交換資源通過虛擬化轉(zhuǎn)換為虛擬的計算/存儲/交換資源池。(2)虛擬網(wǎng)絡(luò)層（VNF，VirtualizedNetworkFunction）：虛擬網(wǎng)絡(luò)層對應(yīng)的就是各個電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，每個物理網(wǎng)元映射為一個虛擬網(wǎng)元VNF，VNF所需資源需要分解為虛擬的計算/存儲/交換資源，由NFVI來承載，VNF之間的接口依然采用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)定義的信令接口（3GPP+ITU-T)，VNF的業(yè)務(wù)網(wǎng)管依然采用NE-EMS-NMS體制。(3)運(yùn)營支撐層：運(yùn)營支撐層就是目前的OSS/BSS系統(tǒng)，需要為虛擬化進(jìn)行必要的修改和調(diào)整。從縱向看，NFV分為兩個域：(1)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)域：就是目前的各電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。(2)管理編排域（MANO，ManagementandOrchestration）：MANO負(fù)責(zé)對整個NFVI資源的管理和編排，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)和NFVI資源的映射和關(guān)聯(lián)，負(fù)責(zé)OSS業(yè)務(wù)資源流程的實(shí)施等，MANO內(nèi)部包括VIM，VNFM和Orchestrator三個實(shí)體，分別完成對NFVI，VNF和NS（NetworkService：即業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)）三個層次的管理。3.2vIMS網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分。中國電信建設(shè)vIMS網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)NFV的三層解耦架構(gòu)，要求一個區(qū)域節(jié)點(diǎn)由一個廠家端到端提供vIMS的解決方案。根據(jù)業(yè)務(wù)分布情況以及骨干網(wǎng)資源情況，VoLTE業(yè)務(wù)IMS網(wǎng)絡(luò)集約選點(diǎn)選取北京、上海、南京、廣州、成都、西安六個城市，分三個區(qū)域部署vIMS網(wǎng)絡(luò)，區(qū)域兩節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)互為容災(zāi)備份。結(jié)合區(qū)域區(qū)隔，容量均衡原則，確定分區(qū)及每個節(jié)點(diǎn)所管轄的省份。建議集約設(shè)置三個區(qū)域，北（北京，南京）、中（上海，西安）、南（廣州，成都）。如表1所示：表1中國電信vIMS網(wǎng)絡(luò)區(qū)域劃分方案3.3vIMS網(wǎng)元設(shè)置原則VoLTE業(yè)務(wù)IMS網(wǎng)絡(luò)按照區(qū)域制集中建設(shè)，區(qū)域?qū)用姘⊿-CSCF、I-CSCF、MMTEL/CG、ENUM/DNS、MRFC、MRFP等網(wǎng)元，HSS、SBC/P-CSCF、MGCF、IM-MGW等網(wǎng)元設(shè)置在省層面。對設(shè)置在區(qū)域?qū)用娴腎MS核心控制層的網(wǎng)元進(jìn)行虛擬化，在省層面新建的SBC/P-CSCF設(shè)備采用傳統(tǒng)架構(gòu)。各網(wǎng)元設(shè)置組網(wǎng)如圖2所示：3.4VoLTEIMS網(wǎng)絡(luò)的信令轉(zhuǎn)接需求VoLTE業(yè)務(wù)涉及LTE網(wǎng)絡(luò)及IMS網(wǎng)絡(luò)，其中LTE網(wǎng)絡(luò)包括無線網(wǎng)絡(luò)、EPC核心網(wǎng)絡(luò)，IMS網(wǎng)絡(luò)包括核心網(wǎng)元、接入網(wǎng)元及VoLTE業(yè)務(wù)平臺。其端到端的網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)如圖3所IMS網(wǎng)絡(luò)接口對DRA轉(zhuǎn)發(fā)包含以下兩方面的要求：一是IMS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的Sh接口、Cx接口和Zh接口消息的路由轉(zhuǎn)發(fā)；二是PCC消息的轉(zhuǎn)發(fā)，Gx接口和Rx接口消息轉(zhuǎn)發(fā)，以及兩個接口的綁定（綁定到同一個PCRF）。（1）Sh是業(yè)務(wù)平臺和IMSHSS之間的接口，使得服務(wù)和用戶相關(guān)的信息能夠傳遞給業(yè)務(wù)平臺或者存儲在IMSHSS中。Sh接口使用Diameter協(xié)議。（2）Cx接口是I/S-CSCF和IMSHSS之間的接口，用于IMS注冊和用戶數(shù)據(jù)處理。所選擇的協(xié)議是Diameter協(xié)議（3）Zh接口用于IMSHSS和BSF之間交互用戶鑒權(quán)相關(guān)信息，基于Diameter協(xié)議。（4）Gx接口在PCRF和PGW之間，使得PCRF能夠直接控制PGW中的PCEF功能。Gx接口使用Diameter協(xié)議。（5）P-CSCF/SBC（AF）通過Rx接口向PCRF發(fā)送信息，該信息使PCRF能夠生成IPQoS數(shù)據(jù)和計費(fèi)策略，并通過Gx接口傳遞到PGW。Rx接口使用Diameter協(xié)議。3.5VoLTEIMS網(wǎng)絡(luò)的域選方案在純VoLTE終端的策略前提下，為了解決VoLTE用戶卡插回非VoLTE終端以及通過G模國際漫出場景下的被叫尋址問題，對MMTELAS和現(xiàn)網(wǎng)MGCF提出功能要求實(shí)現(xiàn)簡單的域選擇方案：（1）MMTELAS功能要求：MMTELAS支持VoLTE用戶的路由重選功能，在MMTELAS設(shè)置定時器,在用戶未注冊狀態(tài)下，或者在定時器內(nèi)接收到呼叫后向暫時無法接通失MMESGWPGW(PCEF)P-CSCF/BAC(AF)I/S/E-CSCFBGCFIMS-HSSLTE網(wǎng)絡(luò)IMS網(wǎng)絡(luò)PCRFMMTELASVoLTE業(yè)務(wù)平臺UE業(yè)務(wù)配置網(wǎng)關(guān)EPC-HSSeNodeBS1-MMES1-US6aS11SGiRxGxIP-SM-GWMGCFIM-MGWMRFENUM/DNSS5/S8CxISCISCMgUtZhMwMrShUtShISCGmMj敗響應(yīng)，或者定時器結(jié)束時仍然沒有收到呼叫成功響應(yīng)的情況下，MMTELAS能夠在被叫號碼前加插特定接入碼，向S-CSCF重新發(fā)起呼叫請求。要求MMTELAS既可以采用全局功能配置針對全局VoLTE用戶實(shí)現(xiàn)該功能，也可以采用用戶級別的功能設(shè)置針對部分VoLTE用戶實(shí)現(xiàn)該功能。該功能優(yōu)先級別高于呼叫轉(zhuǎn)移。定時器和特定接入碼可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行配置與修改，可支持3-8位的接入碼長度。（2）域選擇至CDMA網(wǎng)絡(luò)時，MMTELAS應(yīng)該能正確播放通知音：1）無響應(yīng)場景域選擇至CDMA網(wǎng)絡(luò)，接收到用戶忙的后向響應(yīng)，播放用戶忙通知音，其他情況播放不可及通知音。2）關(guān)機(jī)場景域選擇至CDMA網(wǎng)絡(luò)，MMTELAS收到CDMA網(wǎng)絡(luò)失敗響應(yīng)后根據(jù)失敗響應(yīng)向用戶播放相應(yīng)通知音。3）MGCF功能要求：MGCF根據(jù)被叫字冠中的特定接入碼觸發(fā)至HLR的位置查詢，刪除特定接入碼后獲得被叫號碼，通過與HLR之間的MAP接口查詢被叫號碼的TLDN，LOCREQTrigerType為34，HLR直接返回TLDN，不下發(fā)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，MGCF根據(jù)TLDN進(jìn)行路由。同時，MGCF根據(jù)HLR返回響應(yīng)獲取用戶位置信息MSCID并存儲。MGCF接收到18X或200OK，MGCF在18X或200OK中插入PANI，在PANI中攜帶用戶所在MSCID位置信息，并將18X或200OK發(fā)送至S-CSCF。PANI格式為P-Access-Network-Info:”3GPP2-1X”;ci-3gpp2=46003000000000(無LAI和CELLID)；MSCID=XXXXXX;TLDN=86XXXXXXXXXXX。對于CDMA網(wǎng)絡(luò)放音的情況，MGCF應(yīng)能抑制CDMA網(wǎng)絡(luò)通知音。

4虛擬化云資源池要求

4.1VIM要求。VIM是虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)，VIM應(yīng)具備基礎(chǔ)設(shè)施層NFVI(包括硬件資源和虛擬化資源)的管理，監(jiān)控和故障上報，面向上層VNFM提供虛擬化資源池，管理軟件鏡像等功能。在試點(diǎn)建設(shè)中采用一個VIM管理一個物理機(jī)房的同類型硬件資源，一個VIM對應(yīng)一個VNFM的模式，VIM與Hypervisor由同廠家集成，且要求兼容OpenStack。4.2Hypervisor要求。Hypervisor為虛擬機(jī)提供運(yùn)行環(huán)境，支持鏡像文件的讀取，并基于鏡像文件創(chuàng)建虛擬機(jī)。它允許多個GuestOS同時運(yùn)行在一個HostOS上，GuestOS共享主機(jī)的硬件，使得每個操作系統(tǒng)都有自己虛擬的處理器，內(nèi)存和其他硬件資源。Hypervisor分兩種類型，一種是直接安裝在硬件上運(yùn)行，另外一種類型是安裝在另外一個操作系統(tǒng)上。本次試點(diǎn)將采用兼容開源社區(qū)版本的KVM作為Hypervisor，它屬于第二種類型，具體功能應(yīng)包括：（1）支持虛擬機(jī)的創(chuàng)建、刪除、上電、下電、查詢等基本操作。（2）支持虛擬機(jī)間的資源隔離。（3）支持虛擬機(jī)熱遷移。（4）支持分布式虛擬交換機(jī)。（5）支持虛擬機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控及向VIM的上報，包括運(yùn)行、停止、故障，以及其他狀態(tài)信息，包括虛擬機(jī)的vCPU占用率，虛擬內(nèi)存使用率，虛擬磁盤占用率，虛擬網(wǎng)卡的吞吐率等。（6）支持物理服務(wù)器運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)控及向VIM的上報，包括運(yùn)行、停止、故障，以及其他狀態(tài)信息，包括物理服務(wù)器CPU，內(nèi)存，磁盤以及網(wǎng)卡等關(guān)鍵部件的狀態(tài)及CPU利用率、內(nèi)存利用率、網(wǎng)絡(luò)吞吐率、磁盤讀取速率、磁盤寫入速率、CPU溫度等信息。

5容災(zāi)方案

5.1物理機(jī)容災(zāi)備份。物理資源的部署應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況保持一定量的冗余，保證故障發(fā)生時，能夠快速創(chuàng)建虛擬機(jī)。另外服務(wù)器硬件本身也應(yīng)該具備可靠性設(shè)計，服務(wù)器應(yīng)滿足電源模塊支持N+N冗余，且可插拔，風(fēng)扇模塊至少支持N+1冗余，并可插拔，如果采用機(jī)框式服務(wù)器，機(jī)框背板為無源設(shè)計，系統(tǒng)管理模塊為1+1冗余。需配置冗余的交換板或交換機(jī)。磁盤要求使用企業(yè)級SAS硬盤，并根據(jù)業(yè)務(wù)需要配置相應(yīng)的RAID模式，并要求支持緩存斷電保護(hù)。5.2虛擬層容災(zāi)備份。為了保證可靠性，系統(tǒng)中不允許存在單點(diǎn)故障。虛擬機(jī)之間應(yīng)支持備份、遷移，當(dāng)虛擬機(jī)所在物理機(jī)故障時應(yīng)能實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的自愈和重生；VNFC之間支持主備倒換，主備倒換時不影響業(yè)務(wù)，VNF之間能支持主備或其他方式備份，VNF/VNFC支持反親和性部署；VNFO、VNFM、VIM至少支持主備雙機(jī)部署。5.3業(yè)務(wù)層容災(zāi)方案。VoLTEIMS設(shè)備在整個網(wǎng)絡(luò)中處于核心層面，處理的用戶規(guī)模至少百萬用戶級別，涉及的用戶范圍少則全省、多則整個區(qū)域十多個省的VoLTE用戶，所以不管是從用戶量方面還是從影響的范圍方面，VoLTE設(shè)備的安全性都至關(guān)重要。在實(shí)際運(yùn)營中，由于人為操作失誤、設(shè)備故障、自然災(zāi)害等原因，通信網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的故障往往不可避免，且故障恢復(fù)的時間也較長，這就需要在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)營過程中提前部署相關(guān)的容災(zāi)備份，以保障VoLTE網(wǎng)絡(luò)的安全運(yùn)行，將潛在可能的故障影響降低到最低程度。

6結(jié)束語

目前，中國電信基于NFV架構(gòu)的VoLTE業(yè)務(wù)IMS網(wǎng)絡(luò)一階段建設(shè)已基本完成，vIMS的成功部署為中國電信虛擬化網(wǎng)絡(luò)在部署、測試和維護(hù)方面探索和積累了寶貴經(jīng)驗，為承接CDMA語音和固定軟交換退網(wǎng)提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。龍江電信將借助VoLTE技術(shù)積極應(yīng)對來自互聯(lián)網(wǎng)OTT應(yīng)用的沖擊，繼續(xù)保持和提升競爭實(shí)力，做好對市場業(yè)務(wù)發(fā)展的支撐，為龍江廣大用戶提供感知優(yōu)良的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]史健《NFV及vIMS的部署實(shí)施》愛立信學(xué)院，2016.

作者:王俊 單位:中國電信股份有限公司黑龍江分公司