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電力系統(tǒng)IMS業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)承載方案

李曉靜1，馮小芳1，李炳林2

(1 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司，南京 210019；2 中國(guó)電力科學(xué)研究院，北京 100192)

摘 要國(guó)家電網(wǎng)公司下一代交換網(wǎng)絡(luò)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行大量的技術(shù)體制論證研究工作，確定以IMS技術(shù)為前提進(jìn)行國(guó)家電網(wǎng)公司交換網(wǎng)的規(guī)劃部署研究工作。文章闡述了國(guó)家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)現(xiàn)狀，分別從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)、VPN設(shè)計(jì)以及IP地址規(guī)劃等方面提出適合國(guó)家電網(wǎng)公司IMS業(yè)務(wù)可持續(xù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)承載方案。

關(guān)鍵詞IMS業(yè)務(wù)承載；數(shù)據(jù)通信網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；VPN；IP地址

國(guó)家電網(wǎng)公司交換網(wǎng)當(dāng)前面臨網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的問(wèn)題，需要尋找便于開(kāi)發(fā)新業(yè)務(wù)、降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行成本、便于統(tǒng)一維護(hù)管理、解決當(dāng)前程控交換設(shè)備停產(chǎn)問(wèn)題的技術(shù)新途徑。國(guó)家電網(wǎng)公司下一代交換網(wǎng)絡(luò)研究團(tuán)隊(duì)在前期進(jìn)行了大量的技術(shù)體制論證研究工作，目前已確定以IMS技術(shù)為前提進(jìn)行了國(guó)家電網(wǎng)公司交換網(wǎng)的規(guī)劃部署研究工作。

以IMS技術(shù)為基礎(chǔ)的下一代交換網(wǎng)對(duì)國(guó)家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)提出了新的需求，本文結(jié)合國(guó)家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)和省級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)總體規(guī)劃設(shè)計(jì)方案，針對(duì)國(guó)家電網(wǎng)公司IMS業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)承載需求及建設(shè)模式進(jìn)行研究分析工作。

1　數(shù)據(jù)通信網(wǎng)現(xiàn)狀

國(guó)家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)已經(jīng)形成以西單總部、三地災(zāi)備中心、白廣路和區(qū)域匯聚節(jié)點(diǎn)為核心，以分部公司、省公司和直屬單位作為骨干的三層MPLS VPN網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)具有層次清晰的扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、統(tǒng)一的VPN部署方案、分等級(jí)的QoS部署方案以及適合國(guó)網(wǎng)的6VPE的IPv6解決方案。在后期的數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，要延續(xù)數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)的部署方案，保證數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

省級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為兩個(gè)層次：省級(jí)網(wǎng)絡(luò)和地市及以下網(wǎng)絡(luò)。省級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、VPN部署、QoS部署以及IPv6支持等方面方式多樣、能力不一，在后期的省級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，需要進(jìn)行統(tǒng)一改造，保證省級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的統(tǒng)一、穩(wěn)定發(fā)展。

2　IMS業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)承載方案

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)要求國(guó)家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)具備異地容災(zāi)和扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)已經(jīng)具備異地容災(zāi)和扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，省級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溴e(cuò)綜復(fù)雜，目前未完全具備異地容災(zāi)和扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)保持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不變，省級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)按照異地容災(zāi)和扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)原則進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1.1 骨干側(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

國(guó)家電網(wǎng)公司骨干側(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)以及省級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)PE設(shè)備設(shè)計(jì)。國(guó)家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)骨干側(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1中數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不變，本拓?fù)渲惺褂谩霸啤北硎?。省網(wǎng)PE1、PE2直接接入國(guó)網(wǎng)數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)，地市PE1、PE2直接接入省網(wǎng)PE1、PE2，與數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)在同一自治區(qū)域內(nèi)，要求所有PE設(shè)備具備支持ISIS、MPLS VPN部署能力。數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)、省公司以及地市PE設(shè)備部署ISIS路由協(xié)議，采用MPLS VPN區(qū)分IMS業(yè)務(wù)。

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，每個(gè)單位部署兩臺(tái)IMS CE設(shè)備承載IMS設(shè)備，兩臺(tái)IMS CE設(shè)備采用口字型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)接入省網(wǎng)PE1、PE2。每套IMS系統(tǒng)配置兩臺(tái)組網(wǎng)交換機(jī)，一臺(tái)組網(wǎng)交換機(jī)匯聚所有IMS設(shè)備的主用端口，另一臺(tái)組網(wǎng)交換機(jī)匯聚所有IMS設(shè)備的備用端口。IMS設(shè)備經(jīng)過(guò)IMS組網(wǎng)交換機(jī)匯聚后，分別上行兩臺(tái)IMS CE設(shè)備。IMS CE設(shè)備保護(hù)采用增強(qiáng)型VRRP，即VRRP+BFD的技術(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)生故障時(shí)50 ms切換。

2.1.2 接入側(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

國(guó)家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)接入側(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)包括地市PE設(shè)備以下的所有交換機(jī)以及IMS終端設(shè)備的設(shè)計(jì)。IMS終端設(shè)備可以分為SIP硬終端、AG以及IAD設(shè)備，終端設(shè)備通過(guò)省級(jí)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的接入網(wǎng)接入。

IMS終端設(shè)備接入采用如圖2所示方案。

該方案新增一臺(tái)PoE交換機(jī)作為IMS業(yè)務(wù)樓道交換機(jī)，樓道交換機(jī)利用現(xiàn)有樓層間線纜資源雙上行現(xiàn)有兩臺(tái)匯聚交換機(jī)，考慮網(wǎng)線傳輸距離短（小于90 m），優(yōu)先采用光纜資源。AG設(shè)備一般部署在機(jī)房，考慮節(jié)省線纜資源，就近接入現(xiàn)有匯聚交換機(jī)或新增匯聚交換機(jī)。新增的兩臺(tái)匯聚交換機(jī)作為地市IMS CE設(shè)備，部署VRRP協(xié)議實(shí)現(xiàn)冗余備份保護(hù)。地市、縣公司及其他機(jī)構(gòu)新增樓道交換機(jī)均首先通過(guò)現(xiàn)有光纜資源連至機(jī)房現(xiàn)有匯聚交換機(jī)，現(xiàn)有機(jī)房匯聚交換機(jī)再采用口字型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上聯(lián)至兩臺(tái)新增匯聚交換機(jī)。

2.2 VPN設(shè)計(jì)

本期工程在國(guó)家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中新增IMS VPN實(shí)現(xiàn)端到端承載IMS媒體和信令信息。在省PE和地市PE上，通過(guò)配置路由策略，匹配各省非可信終端地址，控制各省接入側(cè)非可信終端僅能訪問(wèn)SBC設(shè)備，保證核心網(wǎng)設(shè)備的安全。

IMS VPN部署方案如圖3所示。

終端用戶接入：在接入交換機(jī)上將話音業(yè)務(wù)劃到IMS VLAN內(nèi)（共用現(xiàn)有樓道接入交換機(jī)承載需劃分VLAN，新增獨(dú)立接入交換機(jī)承載不需劃分VLAN），接入交換機(jī)根據(jù)不同業(yè)務(wù)VLAN將IMS業(yè)務(wù)上傳至匯聚交換機(jī)（專門(mén)承載IMS業(yè)務(wù)），匯聚交換機(jī)透?jìng)鲾?shù)據(jù)，同時(shí)在出接口剝除VLAN標(biāo)簽，在地市PE設(shè)備處接入IMS VPN內(nèi)。

圖1　國(guó)家電網(wǎng)IMS承載網(wǎng)骨干側(cè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

骨干網(wǎng)接入：各地部署的IMS、SBC等設(shè)備，在省PE設(shè)備上接入到IMS VPN內(nèi)。為了保證IP電話系統(tǒng)不受端口掃描、蠕蟲(chóng)病毒等可能的攻擊，在接入時(shí)應(yīng)與辦公通用的信息VPN分離，對(duì)接專用IMS CE，整套系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行在IMS VPN內(nèi)。

2.3 IP地址規(guī)劃

為保證網(wǎng)絡(luò)安全，在實(shí)際部署時(shí)，IMS核心網(wǎng)元做到各類IP地址和業(yè)務(wù)流的物理端口隔離。對(duì)于IP地址的規(guī)劃，按照功能進(jìn)行劃分，即按照信令、媒體、運(yùn)營(yíng)和維護(hù)、用戶接入等功能需求，分別規(guī)劃IP地址，每種功能的IP地址盡量連續(xù)。根據(jù)各單位地址需求，將分配給IMS業(yè)務(wù)使用的一個(gè)A類地址段分配給各單位，各單位再?gòu)姆峙涞降牡刂范沃懈鶕?jù)不同的地址類型繼續(xù)分配。

本次工程IMS地址類型如下。

2.3.1 核心網(wǎng)設(shè)備地址

IMS信令：IMS核心網(wǎng)元CSCF、 HSS、DNS/ENUM、MGCF、MRFC、MRFP、MMTEL、SBC、MGW、UC AS等信令接口使用IMS核心網(wǎng)設(shè)備地址。

IMS媒體：IMS核心網(wǎng)元MRFP、MCU、SBC、MGW、UC AS等媒體接口使用IMS核心網(wǎng)設(shè)備地址。

2.3.2 業(yè)務(wù)平臺(tái)設(shè)備地址

融合視頻會(huì)議、即時(shí)消息與呈現(xiàn)等業(yè)務(wù)平臺(tái)使用業(yè)務(wù)平臺(tái)設(shè)備地址。

2.3.3 交換機(jī)設(shè)備地址

交換機(jī)設(shè)備互聯(lián)地址和Loopback地址使用交換機(jī)設(shè)備地址。

2.3.4 用戶終端地址

AG、IAD接入設(shè)備、SIP硬終端以及其他IP終端使用用戶終端地址。

2.3.5 IMS網(wǎng)元管理地址

運(yùn)營(yíng)和維護(hù)：網(wǎng)元CSCF、HSS、DNS/ENUM、MGCF、MRFC、MRFP、MMTEL、SBC、MGW、UC AS、AG等運(yùn)營(yíng)和維護(hù)接口使用IMS網(wǎng)元管理地址。

地址分配原則規(guī)劃如下。

（1）核心網(wǎng)設(shè)備地址、業(yè)務(wù)平臺(tái)設(shè)備地址以及交換機(jī)設(shè)備地址使用分配給各單位地址段的第一個(gè)B類地址段，一個(gè)B類地址段可以分為0～255個(gè)C類地址段。根據(jù)核心網(wǎng)設(shè)備數(shù)量、業(yè)務(wù)平臺(tái)設(shè)備數(shù)量以及交換機(jī)設(shè)備數(shù)量，地址需求量均為2個(gè)C，分別從該B類地址段中進(jìn)行分配，剩余地址分別作核心網(wǎng)設(shè)備地址、業(yè)務(wù)平臺(tái)設(shè)備地址以及交換機(jī)設(shè)備預(yù)留地址。

圖2　新建獨(dú)立樓道交換機(jī)承載示意圖

圖3　IMS VPN部署方案示意圖

（2）PE設(shè)備Loopback地址和互聯(lián)地址從“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及互聯(lián)鏈路”地址池中進(jìn)行分配；CE設(shè)備Loopback地址和上聯(lián)PE設(shè)備端口地址從“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及互聯(lián)鏈路”地址池中進(jìn)行分配?！秶?guó)網(wǎng)公司IPv4地址編碼及地址分配規(guī)范》規(guī)定了“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及互聯(lián)鏈路”使用地址段。

（3）用戶終端地址分配滿足各單位2017年的用戶終端地址需求，根據(jù)各單位2017年的預(yù)測(cè)用戶數(shù)m萬(wàn)，各單位分配m/5個(gè)連續(xù)的B類地址段供終端用戶使用。各單位按照省公司和各地市公司用戶終端地址需求量分配用戶終端地址，省公司用戶終端地址需求量需要包含省本部、二級(jí)單位及所轄變電站等需求，地市公司用戶終端地址需求量需要包含地市本部、地市二級(jí)單位、所轄變電站、營(yíng)業(yè)廳、縣公司及供電所等需求。考慮地址極端浪費(fèi)情況，各單位按照200個(gè)用戶分配一個(gè)C類地址段的原則分配連續(xù)的C類地址段給省公司和地市公司，省公司和地市公司按照實(shí)際用戶終端情況，本著節(jié)省地址的原則，合理拆分C類地址段（原則上一個(gè)C類地址段拆分不要超過(guò)8個(gè)子網(wǎng)段），進(jìn)行用戶終端地址分配。

（4）IMS網(wǎng)元管理使用獨(dú)立的IMS網(wǎng)管VPN，因此IMS網(wǎng)元管理地址需要與其它類型地址分開(kāi)，使用A類地址段最后一個(gè)B類地址段。根據(jù)核心網(wǎng)、AG設(shè)備網(wǎng)元數(shù)量，各單位IMS網(wǎng)元管理地址需求量為2個(gè)C類地址段，各單位依次使用B類地址段中的256個(gè)C類地址段，共使用200個(gè)C類地址段，剩余地址段作為預(yù)留。

（5）軟交換改造地址根據(jù)各單位實(shí)際改造地址需求從各單位分配的接入設(shè)備、用戶終端等地址池中進(jìn)行分配。

3　結(jié)束語(yǔ)

國(guó)家電網(wǎng)公司以IMS技術(shù)為前提進(jìn)行下一代交換網(wǎng)的規(guī)劃部署研究工作，IMS交換網(wǎng)是基于IP的下一代交換網(wǎng)技術(shù)，IMS業(yè)務(wù)承載要求承載網(wǎng)全I(xiàn)P化，對(duì)國(guó)家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)提出新的需求。文章在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、VPN以及IP地址規(guī)劃等多個(gè)方面給出解決方案，保證IMS業(yè)務(wù)的可靠承載。

Network carrying scheme of IMS service of the power system

LI Xiao-jing1, FENG Xiao-fang1, LI Bing-lin2

(1 Jiangsu Posts and Telecommunications Planning and Design Institute Co., Ltd., Nanjing 210019, China; 2 Chinese Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China)

Abstract The next generation switching network technology system research team of China State Grid Corp demonstrated a great deal of research work and determined taking the IMS technology as the precondition for switching network planning research of China State Grid Corp. This article expounds data communication network status of China State Grid Corp, giving the suitable bearing solution on the network structure design, VPN design, IP address planning and other aspects for sustainable development of the IMS service of China State Grid Corp.

Keywords IMS service bearing; data communication network; network architecture; VPN; IP address

* 基金項(xiàng)目：國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目（下一代行政調(diào)度交換網(wǎng)技術(shù)體制及演進(jìn)技術(shù)研究）。

收稿日期：2015-01-08

文章編號(hào)1008-5599（2015）02-0083-04

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

中圖分類號(hào)TN915