鄒 誼,袁 翔,張 巖
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IMS業(yè)務(wù)能力開放在電力通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究
鄒 誼1,袁 翔2,張 巖1
(1. 國網(wǎng)信息通信產(chǎn)業(yè)集團北京國電通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司,北京 100761;2. 北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換技術(shù)國家重點實驗室,北京 100876)
IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)是下一代交換網(wǎng)絡(luò)演進的核心方向,是解決話音、視頻、數(shù)據(jù)融和的核心方案。本文通過對現(xiàn)有電網(wǎng)接入方式進行的研究,結(jié)合當(dāng)前電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)信息化建設(shè)新的需求,闡述了將IMS業(yè)務(wù)能力開放應(yīng)用到建設(shè)下一代融和的電力通信網(wǎng)絡(luò)中的可行性,為電網(wǎng)未來信息化建設(shè)提供了新的思路和參考依據(jù)。
IMS;業(yè)務(wù)能力開放;電力系統(tǒng);通信網(wǎng)
適用于電力系統(tǒng)的語音通信網(wǎng)絡(luò)是電力網(wǎng)絡(luò)行政系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)的基礎(chǔ)支撐,維持著電網(wǎng)安全、穩(wěn)定的運行。為了保障電力系統(tǒng)內(nèi)部調(diào)度的通信,國家電網(wǎng)公司于上個世紀80年代開始組建通信專網(wǎng),后來為了公司內(nèi)部行政的需求,又組建了行政專網(wǎng)供公司內(nèi)部行政使用。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展,國家電網(wǎng)公司內(nèi)部形成了以電路交換技術(shù)為主,部分采用軟件交換技術(shù)的調(diào)度與行政網(wǎng)絡(luò)[1-6]。另外為了保障通信的可靠性,電網(wǎng)系統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)還與公眾電信網(wǎng)絡(luò)存在互通,實現(xiàn)專網(wǎng)與公網(wǎng)之間的通話。
由于電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)時間較為久遠,網(wǎng)絡(luò)設(shè)備多采用程控交換機,導(dǎo)致出現(xiàn)維護困難,以及維護費用高、與現(xiàn)有的公網(wǎng)通信存在互通效率低等問題。并且基于電路交換技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸速度低,對于部分數(shù)據(jù)速率要求更高的業(yè)務(wù)并不能通過電路交換網(wǎng)絡(luò)來提供,所以基于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、視頻多媒體業(yè)務(wù)的承載需求,國家電網(wǎng)公司又陸續(xù)組建了專線網(wǎng)、廣域網(wǎng)等業(yè)務(wù)網(wǎng)[7-10],造成了內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)互相割裂,難以互通,可維護性差,這些問題嚴重地制約了電力通信網(wǎng)的信息化建設(shè)。
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展,傳統(tǒng)以電路交換技術(shù)為主的電力通信網(wǎng)絡(luò)逐漸向以分組交換技術(shù)為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)演進。IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)作為NGN的重要解決方案,其基于IP的特性,使其有具有天然的語音、數(shù)據(jù)、視頻融合的能力[13]。IMS通過定義標準的基于SIP的ISC接口,實現(xiàn)了業(yè)務(wù)層與控制層的嚴格分離,由于這種業(yè)務(wù)與控制完全分離的機制,使得IMS網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)開放能力遠勝過PSTN網(wǎng)絡(luò),并且IMS在設(shè)計之初就考慮了對移動性的支持,也讓其成為解決移動與固網(wǎng)融和的重要方式。
IMS的引入為現(xiàn)有電力通信網(wǎng)絡(luò)的融合帶來了新的思路,其業(yè)務(wù)能力開放的特性使得新的業(yè)務(wù)更容易開發(fā)和管理。本文通過對IMS業(yè)務(wù)能力開放的分析,以及對能力開放模式的研究,結(jié)合電力通信系統(tǒng)的實際通信需求,討論了電力通信系統(tǒng)中如何應(yīng)用這些開放能力,以及如何利用基于IMS網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力的開放構(gòu)建電網(wǎng)下一代電力信息系統(tǒng),為電網(wǎng)信息系統(tǒng)的演進和建設(shè)提供參考依據(jù)。
隨著下一代電信技術(shù)的發(fā)展,國家電網(wǎng)公司于2009年提出了統(tǒng)一堅強電網(wǎng)的研究、規(guī)劃和試點建設(shè),該規(guī)劃基于現(xiàn)有通信技術(shù)的優(yōu)勢,結(jié)合當(dāng)前電力系統(tǒng)內(nèi)部新的管理和業(yè)務(wù)需求,提出了采用下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建下一代電力調(diào)度通信系統(tǒng)和行政交換系統(tǒng)。IMS技術(shù)作為核心技術(shù)被引進了電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。
IMS技術(shù)的引入,使得現(xiàn)有的電力通信系統(tǒng)不斷向著融合化、智能化、寬帶化的方向發(fā)展。一方面可以把當(dāng)前異構(gòu)的電力通信網(wǎng)絡(luò)進行融合,從而使得電力通信網(wǎng)絡(luò)變?yōu)橐粋€可管理的整體,使其更加容易維護。另一方面,通過對IMS業(yè)務(wù)開放能力的利用,使得電力系統(tǒng)可以更加方便和快捷的利用IMS網(wǎng)絡(luò)能力開發(fā)新的業(yè)務(wù)。
IMS技術(shù)的引入,也使得電力通信網(wǎng)絡(luò)在業(yè)務(wù)上出現(xiàn)了新的融和與創(chuàng)新需求。這種新的業(yè)務(wù)需求的出現(xiàn)對IMS業(yè)務(wù)能力開放提出了更高的要求。為了滿足新一代電力調(diào)度通信系統(tǒng)和行政交換系統(tǒng)的建設(shè),IMS業(yè)務(wù)能力開放應(yīng)考慮如何滿足以下需求。
(1)融合語音、視頻、數(shù)據(jù)的多媒體通信
現(xiàn)有的電力系統(tǒng)的語音、視頻、多媒體通信業(yè)務(wù)由不同的網(wǎng)絡(luò)進行承載,這就造成了綜合業(yè)務(wù)接入能力差,網(wǎng)絡(luò)運營成本高等問題。音頻一直以來被認為是最重要的通信手段,而視頻能力有著較好的直觀性,有利于較直觀的進行交流。隨著堅強電網(wǎng)的發(fā)展,電力系統(tǒng)對音視頻類多媒體承載需求不斷提高。其不僅需要滿足音視頻業(yè)務(wù)的高質(zhì)量、高穩(wěn)定、靈活切換而且需要支持多種不同終端的接入方式,從而滿足在智能堅強電網(wǎng)協(xié)同辦公、生產(chǎn)調(diào)度等不同業(yè)務(wù)場景的需求[14]。
(2)統(tǒng)一的視頻監(jiān)控應(yīng)用
在輸變電的環(huán)節(jié),輸變電視頻監(jiān)控是調(diào)度系統(tǒng)以及其他輔助系統(tǒng)的重要支撐,保證著電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。目前,各個網(wǎng)省、地市在不同時期根據(jù)自身對視頻監(jiān)控的需求,在部分變電站、輸電線路、機房等局部環(huán)境中已經(jīng)建立了視頻監(jiān)控系統(tǒng),但是現(xiàn)階段的視頻監(jiān)控系統(tǒng)由于采用多家廠商設(shè)備,各個設(shè)備之間互不統(tǒng)一、各個系統(tǒng)之間互不相通,資源互不共享,以至于難以對監(jiān)控信息進行統(tǒng)一的管理和操作。從長遠需求來看,需要從根本上改變現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)信息采集、信息處理、傳輸、系統(tǒng)控制等的方式和結(jié)構(gòu),建設(shè)統(tǒng)一的視頻監(jiān)控應(yīng)用,實現(xiàn)對全網(wǎng)資源進行統(tǒng)一的管理,為電網(wǎng)狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、應(yīng)急指揮系統(tǒng)統(tǒng)一建設(shè)提供視頻數(shù)據(jù)源。
(3)穩(wěn)定的數(shù)據(jù)協(xié)同業(yè)務(wù)
電力信息通信系統(tǒng)是維持電網(wǎng)穩(wěn)定運行的核心,其構(gòu)建需要各個系統(tǒng)之間的協(xié)同配合?,F(xiàn)有的電力系統(tǒng)的各項業(yè)務(wù)是建立在不同結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)之上的。各項業(yè)務(wù)之間的接口標準不統(tǒng)一,業(yè)務(wù)之間的通信需要大量的信息轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié),這些都大大降低了系統(tǒng)的運行系效率。采用IMS技術(shù)構(gòu)建的信息通信調(diào)度系統(tǒng)應(yīng)該實現(xiàn)數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)分離,各個系統(tǒng)之間應(yīng)該有著標準的業(yè)務(wù)開放接口,從而加強各系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)協(xié)作,實現(xiàn)電力系統(tǒng)指揮協(xié)調(diào)能力、資源調(diào)度能力、應(yīng)急處理能力、安全管控能力、分析預(yù)測能力的全面提升,提高電力系統(tǒng)管理的效率。
(4)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和維護
隨著智能堅強電網(wǎng)建設(shè)的深入開展,各部門對于數(shù)據(jù)共享和融和通信有著更高的要求。現(xiàn)階段,由于電力通信網(wǎng)的割裂,導(dǎo)致各種信息來源相對獨立,數(shù)據(jù)管理分散,很多數(shù)據(jù)不能及時在其他系統(tǒng)中得以展現(xiàn),造成某一個業(yè)務(wù)需求可能需要業(yè)務(wù)人員頻繁切換多個系統(tǒng),降低了辦公效率。為了解決此問題,新一代采用IMS技術(shù)的電力通信系統(tǒng)需要采用開放標準的架構(gòu)整合現(xiàn)有的通信資源和業(yè)務(wù)流程,對信息采用統(tǒng)一的管理和維護,從全網(wǎng)范圍內(nèi)解決數(shù)據(jù)共享分發(fā)的問題,并且促進整個行政系統(tǒng)以及調(diào)度系統(tǒng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一融和。
綜合上述分析,隨著電力通信系統(tǒng)的IMS建設(shè)不斷深化,圍繞IMS業(yè)務(wù)能力的諸如指揮調(diào)度系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等各項應(yīng)用需求不斷展開,各業(yè)務(wù)對IMS開放能力的要求不斷加深。為此需要探索開發(fā)新的IMS業(yè)務(wù)能力和IMS業(yè)務(wù)開放模式,為新業(yè)務(wù)的開發(fā)提供有力的支持。
2.1 IMS開放業(yè)務(wù)能力分析
IMS業(yè)務(wù)能力是在IMS網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)之上由IMS網(wǎng)絡(luò)實體共同提供的,IMS業(yè)務(wù)能力開放是指在可控可管理的基礎(chǔ)之上開放這些業(yè)務(wù)能力給予第三方或者自身業(yè)務(wù)方使用。IMS可以開放的業(yè)務(wù)能力一般分為兩類:一類是網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用平臺提供的基本能力,包括基本呼叫、多媒體呼叫、信息推送、終端狀態(tài)查詢等,以及由這些基本能力構(gòu)成的增強能力,包括會議、傳真、點擊撥號等能力;另一類是IMS終端所提供的能力,包括本地應(yīng)用管理、通訊錄服務(wù)等終端能力,呼叫、定位等終端網(wǎng)絡(luò)交互能力,以及涉及到用戶個人數(shù)據(jù)的用戶畫像[11-12]。這些業(yè)務(wù)能力都可以通過對IMS網(wǎng)絡(luò)進行抽象得到,并且通過可控的模式向業(yè)務(wù)方提供。
2.2 IMS業(yè)務(wù)能力開放模式
IMS能力開放模式是指對IMS業(yè)務(wù)能力開放的管理,通過設(shè)計不同的開放模式來滿足不同等級開發(fā)者的需求,有利于各層次開發(fā)者在統(tǒng)一的IMS核心網(wǎng)的基礎(chǔ)之上迅速開發(fā)自身業(yè)務(wù)。并且通過對多層次IMS能力的開放,使得通信網(wǎng)絡(luò)有著更好的安全性、穩(wěn)定性。
IMS業(yè)務(wù)能力具有三種開放模式,三種開放模式的對比見表1所示:
(1)SIP能力開放,具體是指開放IMS網(wǎng)絡(luò)SIP交互的能力,使得業(yè)務(wù)方能夠直接基于SIP協(xié)議開發(fā)業(yè)務(wù),并且業(yè)務(wù)直接通過SIP協(xié)議與IMS核心網(wǎng)進行交互。這種開發(fā)模式要求開發(fā)人員有著較好的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議開發(fā)經(jīng)驗,并且由于直接開放核心網(wǎng)的能力,使得業(yè)務(wù)使用過程會對核心網(wǎng)的安全穩(wěn)定造成影響,網(wǎng)絡(luò)安全需要業(yè)務(wù)方和網(wǎng)絡(luò)維護方共同負責(zé)。
(2)SDK能力開放,具體是指使用SDK控件屏蔽IMS核心網(wǎng)底層的復(fù)雜SIP協(xié)議,把IMS中各種業(yè)務(wù)能力封裝成程序包,從而滿足開發(fā)者的基礎(chǔ)開發(fā)要求。此種模式下,業(yè)務(wù)通過SDK控件直接與IMS核心網(wǎng)交互,由于其交互模式已經(jīng)由SDK控件限制,所以網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性由網(wǎng)絡(luò)維護方和控件開發(fā)方共同維護。
(3)WEB服務(wù)模式,具體是指把IMS核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)能力按照一定的接口規(guī)范封裝成WEB接口供業(yè)務(wù)方使用,例如面向 Parlay X 的 RESTful 約束規(guī)范,可向業(yè)務(wù)方提供開發(fā)諸如短信、彩信、支付等應(yīng)用的WEB接口。使用這種開方模式時,業(yè)務(wù)開發(fā)者只需關(guān)注被提供的接口使用模式,而無需關(guān)注協(xié)議細節(jié)方面,從而專心于業(yè)務(wù)邏輯的開發(fā),并且網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定也能得以保證。
下一代電力通信網(wǎng)的構(gòu)建應(yīng)該圍繞業(yè)務(wù)為中心,以業(yè)務(wù)能力管理、業(yè)務(wù)能力開放、業(yè)務(wù)能力融和為目標。通過逐步改造現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的方法實現(xiàn)電力通信網(wǎng)絡(luò)的IMS化,使之成為一個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)開放、業(yè)務(wù)能力易開放、業(yè)務(wù)易實現(xiàn)的IMS融和網(wǎng)絡(luò)。融合后的一種電力通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺架構(gòu)如圖1所示。
(1)基于IMS網(wǎng)絡(luò)實體構(gòu)建的智能電網(wǎng)通信層
智能電網(wǎng)通信網(wǎng)的IMS改造有一個平滑過渡的過程,故需要對電網(wǎng)通信系統(tǒng)的PSTN、IP網(wǎng)、軟交換網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)進行接入。由于IMS是采用基于網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)互通方案,使得IMS的接入方式不僅僅是有線網(wǎng),還可以是無線WLAN、蜂窩移動等方式。正是這種與接入無關(guān)的特性,使得國家電網(wǎng)公司復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能夠匯集到電力通信系統(tǒng)的IMS核心網(wǎng)。在電力通信系統(tǒng)核心網(wǎng)之中,通過使用SIP協(xié)議進行呼叫控制,用來建立、修改、終止IP網(wǎng)上的雙方或者多方的多媒體會話[15]。從而完成呼叫控制、安全管理、業(yè)務(wù)觸發(fā)、資源控制、網(wǎng)絡(luò)互通等網(wǎng)絡(luò)核心功能。相比其他協(xié)議,SIP協(xié)議是基于IP網(wǎng)絡(luò)的,其對多媒體業(yè)務(wù)有著很強的支持性。正是因為這種基于IP的特性,使得以SIP協(xié)議為核心的電力通信系統(tǒng)IMS核心網(wǎng)有著易于擴展和伸縮的特性,從而滿足各種網(wǎng)絡(luò)融合接入的要求。
表1 IMS業(yè)務(wù)能力開放模式對比
Tab.1 Comparison of IMS service capability open mode
圖1 基于IMS的電力通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺架構(gòu)
(2)業(yè)務(wù)能力開放構(gòu)件層
該層由兩部分構(gòu)成。第一部分是業(yè)務(wù)能力抽象,為業(yè)務(wù)能力開放管理平臺提供基礎(chǔ)支撐。該層通過各種應(yīng)用服務(wù)器匯集電力通信系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)的能力,抽象出如調(diào)度服務(wù)、即時消息、文件傳輸服務(wù)、話音服務(wù)、多媒體服務(wù)等諸多的業(yè)務(wù)能力。第二部分是業(yè)務(wù)能力管理,將各種服務(wù)集成到統(tǒng)一的總線之上,然后通過統(tǒng)一的接口暴露給管理平臺和業(yè)務(wù)能力開放模塊。該部分通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議適配模塊與不同邏輯實體進行通信,通過ESB服務(wù)總線實現(xiàn)IT/CT/互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和能力的統(tǒng)一接入、統(tǒng)一開放,從而實現(xiàn)電力通信系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的管理、服務(wù)的開放以及系統(tǒng)間服務(wù)的調(diào)用,達到電力通信系統(tǒng)核心網(wǎng)絡(luò)能力的統(tǒng)一管理和開放。而管理平臺通過接入ESB服務(wù)總線,統(tǒng)一的對使用業(yè)務(wù)能力的單位進行權(quán)限認證、授權(quán)和對IMS提供的業(yè)務(wù)能力進行管理。與此同時業(yè)務(wù)開放模塊通過接入ESB,向上提供三種等級的業(yè)務(wù)開放調(diào)用。通過對開放模式的劃分有利于電力系統(tǒng)內(nèi)部業(yè)務(wù)的開發(fā),以及對這三種模式所定義的不同安全性的維護。
3)業(yè)務(wù)實現(xiàn)層
該層通過由接入業(yè)務(wù)能力所管理的業(yè)務(wù)能力開放模塊進行業(yè)務(wù)的開發(fā)。對于電力系統(tǒng)內(nèi)部的支撐性業(yè)務(wù),例如指揮調(diào)度系統(tǒng)、呼叫系統(tǒng)、95598呼叫服務(wù)等,可以通過使用SIP能力開放模式進行細粒度的開發(fā)。對于電力通信網(wǎng)中的三方業(yè)務(wù),可以通過WEB API的方式進行開發(fā),從而通過對業(yè)務(wù)能力不同開放模式的使用,提高了電力通信網(wǎng)絡(luò)整體的安全性和穩(wěn)定性。
由于當(dāng)前電力系統(tǒng)內(nèi)部通信業(yè)務(wù)復(fù)雜,對于IMS業(yè)務(wù)平臺的部署則需要按照一定的需求,循序漸進部署IMS業(yè)務(wù)平臺??傮w來說可將IMS業(yè)務(wù)平臺的部署分為兩個階段,第一階段是針對需求度最高的業(yè)務(wù)(比如基本話音業(yè)務(wù)、基本數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))部署成熟的、通用型的IMS統(tǒng)一通信應(yīng)用業(yè)務(wù)平臺。第二階段則應(yīng)充分利用IMS開放平臺架構(gòu)的特色,根據(jù)各個部門具體的生產(chǎn)和辦公需求,快速、低成本開發(fā)部署適應(yīng)國家電網(wǎng)公司特色應(yīng)用的業(yè)務(wù)平臺,并且進一步提升第一階段的業(yè)務(wù)質(zhì)量。通過此種IMS業(yè)務(wù)平臺的部署方式,可以實現(xiàn)國家電網(wǎng)公司各項業(yè)務(wù)在IMS網(wǎng)絡(luò)上的平滑演進,同時增加了業(yè)務(wù)之間的聯(lián)系,增加了新業(yè)務(wù)開發(fā)的靈活性。
文章分析了當(dāng)前IMS業(yè)務(wù)能力以及業(yè)務(wù)能力開放的幾種模式,結(jié)合電力通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀,以及未來建設(shè)智能堅強電網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求,提出了基于IMS網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)能力開放屬性在電力通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用方式。通過該應(yīng)用方式對IMS網(wǎng)絡(luò)能力進行有效的聚集和管理,提高了智能電網(wǎng)中新業(yè)務(wù)的開發(fā)效率,為電力通信網(wǎng)絡(luò)的下一步演進以及電力調(diào)度通信系統(tǒng)和行政交換系統(tǒng)的改進提供了參考依據(jù)。
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Research on the Application of IMS Service Capability in Electric Power Communication Network
ZOU Yi1, YUAN Xiang2, ZHANG Yan3
(1. Beijing Guodiantong network technology co., LTD, State Grid Information & Telecommunication Group 100761, Beijing, China;2. Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing University of Posts and Telecommunications 100876, Beijing, China)
IP Multimedia Subsystem (IMS) is the core of the next generation of switching network evolution, it is the key to realize the integration of voice, video and data. In this paper, the existing power grid access mode is researched on. Based on the demand of current power system communication, we expound the feasibility of applying IMS service capability to the next generation of power communication network. It provides a new idea for the future information construction of power grid.
IMS; Open business capabilities; Electric power system; Communication network
TN915.43
A
10.3969/j.issn.1003-6970.2017.04.001
國家電網(wǎng)公司科技項目“IMS交換網(wǎng)業(yè)務(wù)創(chuàng)新及支撐系統(tǒng)的應(yīng)用研究”(SGJSXY00XDJS1600213)
鄒誼(1965-),男,高級工程師,主要研究方向:電力通信技術(shù)研究及管理;袁翔(1993-),男,碩士研究生,主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)智能化及電力通信技術(shù)研究;張巖(1983-),男,助理工程師,主要研究方向為從事電力通信技術(shù)管理。
本文著錄格式:鄒誼,袁翔,張巖. IMS業(yè)務(wù)能力開放在電力通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[J]. 軟件,2017,38(4):01-05