基于IMS网络的智能电网业务能力开放系统关键点研究

0 引言

智能电网对信息通信系统的业务能力需求在安全性、可靠性、可控能力及快速部署方面都提出了更高要求,新的业务和新的需求也促使电网信息通信积极发展新的技术,不断改变网络结构和业务能力提供方式,使信息通信业务能在一个融合的网络中,以一种全新的架构提供,从而保障智能电网的安全、高效、稳定。在IP技术高速发展的今天,IP多媒体子系统（IP Multimedia Subsystem,IMS）作为新一代的核心网络交换技术,可以有效解决语音、数据、视频业务的融合交换,基于IMS的智能电网业务业务能力开放,在综合考虑业务融合需求、安全可靠性、架构体系等问题的基础上,充分满足智能电网发展的需要^[1-4]。

 1 IMS交换网网络架构与业务能力

IMS是基于分组交换网络的多媒体系统,支持各种接入方式的语音、视频、数据网络业务。IMS网络结构分为接入层、传送层、控制层和业务层,其中,控制层负责信令交换,对业务层提供屏蔽各种底层网络要求的标准化协议^[5-6]。与传统的电路交换网通信比较,IMS通信网络的特点是与业务相关的应用功能和与业务无关的呼叫控制的彻底分离,无需了解底层网络的复杂调用过程,各种独立的业务软件开发只需针对IMS网络提供的接口就可以直接调用所需能力,从而有效缩短业务的开发时间,并且满足用户个性化业务需求。IMS网络架构如图1所示。

图1 IMS网络架构Fig.1 IMS architecture

IMS系统由分组信令（会话初始协议（Session Initiation Protocol,SIP））提供包含语音、视频、图片、文本等多媒体通信业务,具有接入无关、承载控制分离、会话与业务控制分离的特点,全局性的SIP协议贯穿业务到终端的全过程,在进行多媒体业务开放和多媒体业务部署时,业务服务器与核心网网元之间松耦合,能够提供标准、开放的接口,从而有效进行业务和能力之间的调用和组合,同时信令协议采用基于IP的SIP协议端到端的连接,保证业务能够在网络和终端之间,或终端和终端之间的有效传递,无需任何协议转换。

 2 智能电网业务能力开放形式

IMS网络提供的业务能力可以分为基本能力及增强能力2种。其中,核心网直接提供有保障的基本能力,但核心网只提供基本业务的连通功能和其他网络互通能力,只解决了业务融合、QoS、漫游控制等问题及提供业务触发管理机制。应用服务器提供增强能力,可以在架构上具有统一的业务服务层,提供所需的增值业务。IMS业务功能架构如图2所示。主要的功能实体包括AS、S-CSCF、HSS和MRFC等。

图2 IMS业务功能架构Fig.2 IMS business function architecture

IMS系统有3种业务提供方式。

1）SIP应用服务器的业务提供方式。SIP应用服务器通过基于SIP协议的IMS业务控制（IMS Service Control,ISC）接口与S-CSCF 直接相连,S-CSCF 以SIP 服务器的方式直接调用相关业务。由于SIP协议基于Client/Server 模式,是一种应用层控制多媒体会话的信令,能够完成多媒体会话的创建、修改和终止等控制,因此SIP应用服务器可以提供IP电话和基于IP的多媒体会话业务。

2）智能网业务环境（CAMEL/INAP SE）方式的业务提供。IMS的业务交换功能实体（IP Multimedia-Service Switch Function,IM-SSF）通过ISC接口与S-CSCF相连实现CAMEL应用部分（CAMEL Application Part,CAP）/智能网应用协议（Intelligent Network Application Protocol,INAP）与SIP协议之间的转换,IM-SSF一侧为CAP协议,另一侧为SIP协议,完成系统相应的转换,继续提供基于现有智能网业务环境的增值业务。

3）开放业务架构（Open Service Architecture,OSA）业务能力方式的业务提供。利用OSA提供的安全应用程序编程接口（Application Programming Interface,API）接入IMS核心网,OSA 业务能力服务器通过ISC接口与S-CSCF相连,实现OSA的API与SIP协议之间的转换,通过SIP方式执行一个或多个OSA业务。

目前,电信运营商大部分IMS业务都是基于SIP AS提供,并以SIP AS为基础,设计开发适合电信运营商需求的新型开放业务平台,而智能网业务环境（CAMEL/INAP SE）的业务提供模式仅提供原有的智能网能力,OSA是3GPP组织制定的3G网络业务框架,目标是提供一种可扩展的结构,将业务部署和承载网络分离,有利于多厂商互通和快速地部署新业务。在IMS网络中实现智能电网业务能力开放,OSA应该是较优的方式。

OSA的API不能直接连接SIP和扩展SIP的ISC接口,为完成不同协议之间的映射,加入了业务能力服务层,OSA 业务能力服务器提供了API与ISC接口的信令映射,OSA API通过 Parlay/OSA与 IMS 系统相连,向用户提供信息互联网增值业务。Parlay/OSA提供OSA接口与底层网络协议之间的映射,对业务的调用都是通过开放、标准的API,因此,基于OSA业务的开发独立于复杂的底层技术。在进行业务能力开放注册时,只需要向系统的OSA进行注册,就可以安全可靠的加入新业务,不会对原有的业务和应用产生任何影响。

Parlay组织为不具有信息专业知识的IT研发人员研发新的网络应用,推出了Parlay X Web Services规范,其目的是能够快速研发出各具特色的应用,因此,Parlay X Web Services是一组简单、抽象的功能完善的信息网络能力标准构件。Parlay X Web Service采用Web Service的发布、发现和绑定3种操作,提供各种基本的信息服务,作为OSA/Parlay的代理,通过Parlay访问底层信息网络资源,基于Web Service强大的业务集成能力,可以方便地将Parlay API提供的能力和互联网应用的其他业务能力有效的结合在一起。

 3 智能电网业务能力开放平台架构

智能电网业务能力开放平台通过IMS系统提供的通信能力,开放、管理平台,整合和开放IMS网络能力、数据能力、管理能力,将IMS网络中的通信能力及资源（如消息、语音、视频、会议、通信协同、用户数据等）以能力开放平台的方式,整合之后开放给智能电网系统内部第三方,可以优化智能电网业务流程和提供体验更好的各种应用^[7-9]。能力开放平台负责与IMS中各能力引擎的接口适配,并且将各能力封装为API后开放给应用侧用。

IMS业务能力可以直接与IMS核心网CSCF以及IMS AS进行对接,实现能力封装和能力开放,从而方便第三方结合实际业务需求场景进行应用开发^[10-12]。其中,平台采用SIP协议直接与IMS核心网对接,同时需满足ISC标准。IMS业务能力平台目的是为互联网信息增值业务应用提供IMS网络中基础的、标准的、使用简便的能力调用接口,实现IMS中的信息业务调用、管理、业务流程重构。其平台开放架构如图3所示。

图3 IMS 业务能力平台开放架构Fig.3 The business capability open architecture of IMS platform

基于电力IMS网络的业务能力开放平台总体架构采用基础能力和应用能力分离的模式。其中,基础能力为各种应用组合能力提供基础的用户、通信及应用能力管理（业务触发与消息分发）等功能,从而保证应用的可扩展性。

1）业务接入模块：主要实现业务系统的RESTful风格接口的接入控制,完成基于HTTPs的RESTful风格API接入,实现对后端分布在不同服务器上的基础控制服务模块的负荷分担。

2）服务总线模块：主要实现路由选择、协议代理、文本转化、安全策略和服务级别功能。

3）管理模块：主要实现用户、通信及应用能力管理（业务触发与消息分发）,主要提供用户注册注销等连接性和可用性管理,同时提供终端接入控制、接续控制等功能。接入控制需提供对SIP协议终端的接入管理,来源判断;接续控制需提供通信对话的建立、管理、拆除,及用于支持对话建立的用户寻址与路由功能;能力管理则主要提供应用能力的登记、业务触发控制等功能。

4）网络协议适配模块：解析服务总线模块提供参数信息,进行协议的转化完成SIP message的SIP信息格式,通过SIP与IMS核心网进行交互。在屏蔽整个IMS内部网络细节前提下,提供REST风格接口的接入并转换成SIP。

 4 智能电网业务能力开放应用

4.1 开发者接入以及业务能力使用分析

基于IMS的智能电网能力开放开发者的注册流程为：开发者在管理门户申请,注册成为开发者;开发者管理模块将注册信息配置到REST TOP;管理员审批申请;REST TOP保存开发者信息;REST TOP反馈给开发者管理注册成功;开发者管理门户返回开发者申请通过审批。

开发者在管理门户订购授权数据,并由管理人员配置到REST TOP。REST TOP对应用请进行校验处理,授权;提供开发者使用的业务能力;管理门户与开发者之间签约的SLA。

开发者签约能力流程描述如下：开发者在管理门户订购能力;管理门户写入REST TOP;管理员审批申请;REST TOP保存;REST TOP返回订购成功;门户返回开发者签约成功。

开发者的开发发布流程：开发者登录进入门户;开发者下载开发包及离线处理程序;开发者申请APP ID;门户申请分配APP ID;管理员登录REST TOP,检查申请,并审批通过;REST TOP保存开发者APP_ID;REST TOP反馈给门户告知APPID分配成功;门户通知开发者所分配的APP ID;开发者开发APP;开发者进行离线APP测试;开发者上传应用,请求审批;门户进行应用测试及审批;门户通知开发者测试完成;开发者向门户提交商用数据;门户将上线数据信息配