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IMS網絡中多業(yè)務場景下網絡容量測算方法探討

邱巍
（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

摘要本文將結合IMS網絡對于用戶和碼號的定義，不同種類業(yè)務間相互關系和面向的用戶群等信息進行分析和梳理，提供在多業(yè)務場景下的IMS核心網網絡容量測算方法建議。

關鍵詞IMS；業(yè)務模型；用戶預測；網絡容量

1　研究背景

目前，國內幾大運營商均已部署IMS網絡，為用戶提供多種業(yè)務。同時隨著國內4G牌照的發(fā)放，后續(xù)VoLTE的演進需求也將進一步推動IMS網絡的建設。

由于IMS終端類型以及業(yè)務種類的多樣性，在進行IMS用戶預測和網絡規(guī)劃時較為復雜。而目前對于多業(yè)務場景下IMS網絡容量測算缺乏統(tǒng)一的方法，給網絡規(guī)劃工作帶來一定困擾。本文將結合IMS網絡對于用戶和碼號的定義，不同種類業(yè)務間相互關系和面向的用戶群等信息進行分析和梳理，提供在多業(yè)務場景下的IMS核心網網絡容量測算方法建議，為IMS網絡的規(guī)劃提供參考。

2　IMS網絡架構

3GPP定義的IMS架構如圖1所示。各節(jié)點主要功能說明如表1所示。

IMS業(yè)務的觸發(fā)在S-CSCF實現，通過iFC機制實現動態(tài)業(yè)務觸發(fā)，AS完成業(yè)務邏輯后將請求返回給S-CSCF以進行后續(xù)路由。

3　IMS網絡容量測算方法

網絡規(guī)劃中主要有兩個容量指標：用戶容量和處理能力。

（1） 用戶容量：建議以用戶碼號（IMS網絡中為IMPI）作為核算用戶規(guī)模的標準。

（2） 處理能力：由于IMS網絡由同一核心網提供多種業(yè)務，因此核心網處理能力應為分業(yè)務處理能力的疊加，即核心網處理能力＝Σ分業(yè)務用戶數×分業(yè)務單用戶模型。

從上述計算可以看出，為準確進行網絡規(guī)劃和評估不同業(yè)務發(fā)展對于系統(tǒng)性能的影響，提供較為精確的分業(yè)務用戶容量測算和分業(yè)務的業(yè)務模型取定十分必要。本文將主要對于上述兩個指標中用戶容量的取定和計算方法進行分析和建議。

表1　IMS核心網各節(jié)點主要功能說明

圖1　IMS架構圖（3GPP TS 23.228 V13.0.0）

3.1用戶容量測算

3.1.1用戶數的定義

根據規(guī)范要求，每個IMS用戶（對應一個簽約）分配1個私有用戶標識（IMPI）和一個或多個公有用戶標識（IMPU）。IMPI是歸屬網絡運營者提供的唯一全球標識，可以在歸屬網絡中從網絡角度標識用戶簽約數據，用于對IMS用戶進行鑒權認證。因此，建議以用戶碼號IMPI作為核算IMS網絡用戶規(guī)模的基準。

3.1.2IMS用戶容量測算方法

在IMS網絡建設初期，在進行IMS用戶預測時，一般會首先預測計劃發(fā)展的用戶數，此處的用戶數往往是自然人的概念。但在IMS網絡中，一個自然人可能有多個需要在IMS域注冊的終端（固定終端、客戶端、移動終端等），不同的終端可能分別要配置不同的IMPI。因此在規(guī)劃網絡容量時，應首先確認需要分配IMPI的終端類型，再根據用戶預測結果，如發(fā)展多少個企業(yè)，每個企業(yè)大概的預計人數規(guī)模，以及每個用戶可能使用的需要分配獨立IMPI的終端的數量，根據上述預測結果確認網絡容量。隨著IMS提供業(yè)務種類的增加，為更為準確地進行網絡容量規(guī)劃和配置，建議對于用戶類別、業(yè)務類別、終端類型的對應關系進行梳理，以方便進行網絡容量的規(guī)劃。以某運營商為例，目前需要分配IMPI號

碼的終端主要有固定終端、客戶端（有單獨的IMPI）。IMS業(yè)務主要面向的用戶群大致分為兩類：集團客戶類和個人/家庭用戶類。將目前計劃開放的業(yè)務與面向的用戶群和終端類型進行了如表2所示的分類。

其中Centrex與MMTEL為基礎話音業(yè)務，Centrex面向集團客戶，MMTEL面向個人/家庭用戶。根據業(yè)務流程，多媒體彩鈴業(yè)務可以看作在基礎話音業(yè)務基礎上的疊加業(yè)務。這里疊加業(yè)務的概念是指在進行彩鈴業(yè)務的同時，也需要觸發(fā)基礎話音業(yè)務的AS才能完成一次呼叫。即用戶在使用多媒體彩鈴業(yè)務時必須簽約Centrex或MMTEL業(yè)務。

從上述分析可以看出，按照集團用戶和個人/家庭用戶兩類用戶群的用戶需求如下。

集團用戶：

（1） 硬終端：統(tǒng)一Centrex業(yè)務用戶數預測結果。

（2） 客戶端：企業(yè)飛信用戶數預測結果。

（3） 多媒體彩鈴業(yè)務可以看作是在基礎話音業(yè)務上提供的疊加業(yè)務，用戶數已包含在Centrex用戶規(guī)模中。

個人/家庭用戶：

（1） 硬終端：MMTEL業(yè)務用戶數中硬終端的預測結果。

（2） 客戶端：MMTEL業(yè)務用戶數中客戶端的預測結果。

（3） 多媒體彩鈴業(yè)務可以看作是在基礎話音業(yè)務上提供的疊加業(yè)務，用戶數已包含在MMTEL用戶規(guī)模中。

因此IMS簽約用戶數（IMPI）的預測算法為：

集團用戶硬終端數量（Centrex用戶規(guī)模為基數）＋集團用戶客戶端數量（企業(yè)飛信用戶）＋個人/家庭用戶的硬終端和客戶端數量（MMTEL用戶）。

本文將上述IMPI預測結果定義為IMS用戶容量需求，即：

IMS用戶容量需求＝Centrex用戶數+MMTEL用戶數＋企業(yè)飛信用戶數。

3.1.3IMS核心網容量規(guī)劃時的相關用戶參數定義和計算方法

在進行IMS核心網設備容量規(guī)劃時，涉及的幾個用戶數相關的參數定義如下。

分業(yè)務用戶數：網絡容量規(guī)劃的基礎數據，用于核算核心網處理能力需求。根據運營商提供的業(yè)務種類和業(yè)務定義進行分業(yè)務預測，其中應區(qū)分出基礎業(yè)務和在基礎業(yè)務基礎上提供的疊加業(yè)務，基礎話音業(yè)務的用戶數為測算網絡用戶容量的基礎。仍以某運營商為例，提供如表3所示的4種業(yè)務。

表2　業(yè)務分類

表3　分類業(yè)務預測表

在進行網絡用戶容量測算時，用戶容量需求應為：IMS用戶容量需求＝Centrex用戶數+MMTEL用戶數＋企業(yè)飛信用戶數

HSS簽約用戶數：考慮規(guī)劃期內對于IMS終端的預測規(guī)模有一定不確定性，因此建議HSS容量規(guī)劃時可考慮一定冗余以滿足相關碼號資源對HSS存儲容量的需求。即：HSS簽約用戶數=IMS用戶容量需求×冗余系數

在線用戶數：核心網設備處理能力應按照忙時的處理能力需求進行設備配置，因此在進行核心網處理能力測算時需要考慮在線率，即核心網忙時用戶處理能力需求應是考慮在線率（如客戶端等，需要取忙時在線率指標）后的用戶數。以某運營商為例，固定終端為一直在線，客戶端取定在線率，其在線用戶數的計算如下：

在線用戶數＝Centrex用戶數+MMTEL用戶數＋企業(yè)飛信用戶數×客戶端忙時在線率

需要注意的是，在核算而客戶端相關業(yè)務的處理能力需求時，要注意在線率在用戶容量或單用戶業(yè)務模型兩個指標中應只計算一次，不要重復計算。

3.2 核心網處理能力測算方法

3.2.1基礎模型參數的獲取

在IMS網絡建設初期，由于缺少IMS網絡內的網管統(tǒng)計數據，因此各業(yè)務的基礎模型參數參考現網同類業(yè)務的數據進行取定。

對于IMS業(yè)務模型取定的主要考慮因素有：

（1） 現網相似業(yè)務的業(yè)務模型和運行數據；

（2） IMS各類業(yè)務的流程；

（3） IMS業(yè)務的業(yè)務特征和用戶的使用習慣；

（4） 借鑒其他運營商的運營數據。

由于現網中同類或相似業(yè)務的實現是在不同網絡系統(tǒng)上完成，業(yè)務之間相關性不大。但對于IMS網絡，用戶簽約多個業(yè)務時，相關業(yè)務的實現是由同一核心網網絡完成。因此會造成在同一忙時的用戶分業(yè)務模型會有一定相關性，如某用戶在使用桌面電話時，不會同時使用客戶端呼叫等。考慮上述因素，建議隨著業(yè)務的開展和業(yè)務量的逐步增加，在能夠從網管獲取更為真實的用戶行為的模型統(tǒng)計數據時，應根據同一忙時的數據統(tǒng)計結果對話務模型數據進行進一步修正。

3.2.2處理能力指標定義

目前對于IMS的處理能力指標并無統(tǒng)一要求，為盡量能夠與用戶實際使用業(yè)務行為相統(tǒng)一，本文建議基于網管統(tǒng)計參數進行模型參數的取定。

以某運營商為例，現有網管統(tǒng)計數據主要分3類：注冊類、會話呼叫控制類和非會話3類。其中：

（1） 注冊類性能統(tǒng)計報表可獲得注冊、重注冊、注銷等注冊行為相關的統(tǒng)計數據。

（2） 會話呼叫控制類主要是提供話音會話類業(yè)務的統(tǒng)計結果，主要統(tǒng)計指標包括試呼次數、話務量、呼叫時長等。適用于Centrex、MMTEL、多媒體彩鈴等會話呼叫類業(yè)務。

（3） 非會話類目前主要是對于非會話的PGM業(yè)務發(fā)生的SIP信令消息數的統(tǒng)計結果。

在根據網管統(tǒng)計數據取定業(yè)務模型時，應注意取定同一忙時的上述3類統(tǒng)計數據作為模型參數取定的依據。如果不同類業(yè)務（如會話類和非會話類業(yè)務）對于系統(tǒng)性能的影響相差較大，則應在評估兩類業(yè)務占比和處理能力的影響后，權衡取定以哪類業(yè)務的忙時作為統(tǒng)計忙時。

根據該運營商目前IMS網絡開放的業(yè)務類型和網管統(tǒng)計數據類別，核心網設備處理能力可以按照會話類和非會話消息類兩類業(yè)務分別進行測算。具體方法如下：

（1） 對于會話類（包括Centrex、MMTEL、彩鈴、企業(yè)飛信呼叫業(yè)務等呼叫類業(yè)務），核心網設備處理能力沿用電路域中的指標：BHCA、忙時每用戶話務量和平均呼叫時長。

（2） 對于非會話消息類業(yè)務（目前主要包括PGM類事務處理），根據網管中可獲取的統(tǒng)計參數，建議可采用如下測算方式：以PGM的主要“忙時信令消息數”作為基礎模型參數指標。根據信令流程中各類SIP信令消息對于系統(tǒng)性能的影響情況，本文建議對于非會話類PGM業(yè)務，暫以Message、Subscribe、Notify 和Publish此4類SIP信令消息為主進行測算。其他信令消息對于系統(tǒng)性能的占用由廠家根據業(yè)務流程以及現網同類業(yè)務統(tǒng)計數據自行測算。在業(yè)務開展初期暫無PGM業(yè)務相關網管統(tǒng)計數據的情況下，上述4類信令消息數以規(guī)范中定義的業(yè)務流程中包含的信令消息數作為計算依據。后續(xù)隨著業(yè)務量增加、網管數據的豐富，則應以網管統(tǒng)計數據作為測算依據。在建設初期無網管統(tǒng)計數據情況下的測算方法如下：

取定PGM業(yè)務的主要事務數，目前主要分為以下4類事務：群組管理、狀態(tài)呈現中的用戶登錄、狀態(tài)呈現中的用戶狀態(tài)變化和消息。

上述4類事務的忙時事務數根據現網同類或相似業(yè)務的模型確定，再根據業(yè)務流程取定每類事務的信令消息數。按照以下公式進行計算忙時信令消息數：

PGM業(yè)務忙時信令消息數＝Σ分事務的忙時事務數×每事務中包含的4類信令消息（Message、Subscribe、Notify、Publish）的消息數。

在能夠獲取有效網管數據后，忙時信令消息數則可以直接從網管統(tǒng)計數據中獲取。

3.2.3 核心網處理能力需求核算

首先應先根據省內各業(yè)務的發(fā)展規(guī)劃確定省內的分業(yè)務用戶數。仍以某運營商為例，分業(yè)務預計的用戶數如表4所示。

表4　分業(yè)務用戶數預測

表5　核心網總容量需求

根據分業(yè)務的用戶數預測結果和分業(yè)務的單用戶業(yè)務模型，可以計算核心網的容量需求。按照上節(jié)中給出的處理能力指標定義，核心網處理能力應有會話和非會話兩類指標。按照上述用戶預測結果，核心網容量需求如表5所示。其中單用戶模型為取定的業(yè)務模型。

表5中核算的的處理能力需求單位為BHCA和忙時信令消息數，與采用的具體廠家設備無關。考慮到不同業(yè)務的BHCA對于系統(tǒng)性能開銷是不同的，因此在核算廠家設備配置時，則需要將不同業(yè)務的BHCA和忙時信令消息數對于設備的處理能力占用的折算系數代入，以獲得該廠家設備的處理能力需求值。

4　結論

隨著在IMS網絡上更多融合業(yè)務的部署，建立有效的業(yè)務模型測算和網絡規(guī)劃方法，將對提高IMS網絡規(guī)劃工作效率提供更好的支撐。雖然目前融合業(yè)務的IMS網絡仍處于初期部署階段，缺少有效統(tǒng)計數據，但隨著網絡業(yè)務和用戶的不斷增加，不斷完善相關測算方法將為后續(xù)IMS網絡的更好建設奠定基礎。

IMS network capacity calculation method under multi service scenario

QIU Wei
(China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing100080, China)

AbstractThis paper will advice the method on IMS core network capacity calculation in multimedia services scenarios, based on the analysis of the defi nition of IMS users and the relationships of different types of services.

KeywordsIMS; service model; user prediction; network capacity

收稿日期：2015-07-15

中圖分類號TN929.5

文獻標識碼A

文章編號1008-5599（2016）03-0049-05