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1引言

隨著LTE網絡的建設運營，4G用戶發展迅猛，語音業務作為運營商的重要收入來源，在LTE網絡中仍將發揮至關重要的作用。在原有2G/3G網絡中，語音業務通過核心網CS（電路）域提供承載，由于LTE沒有CS域只有PS（分組）域，基于IMS網絡的volte技術作為4G網絡語音通話業務的終極解決方案，不僅能夠為用戶提供高清晰度語音通話服務，還能提供更清晰的視頻通信服務，使用戶獲得更豐富、出色的業務體驗。此外，VoLTE技術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GSMA的數據，截至2015年12月，全球部署了超過100個VoLTE網絡，其中40個已實現商用。業內預計，到2018年全球VoLTE用戶可望突破8億，而到2020年，VoLTE業務量在總話務量中的占比將超過70%。同時，隨著5G和物聯網等領域的快速發展，基于專用硬件架構和封閉式網元的傳統電信網絡，已經成為運營商拓展新業務的嚴重障礙。NFV能夠根據用戶和業務需求靈活動態地進行網絡資源配置，實現網絡資源的高效利用，有效降低CAPEX和OPEX成本。伴隨VoLTE的大規模商用部署以及為了應對物聯網未來的大量業務需求，作為目前全球唯一主要的CDMA運營商，為了全面融入3GPP主流技術陣營保持和提升競爭實力，中國電信于2016年采用NFV的方式啟動了VoLTE業務IMS網絡建設。

2vims網絡建設原則

2.1集約化原則。為支撐移動業務集約化運營需要，實現“一點受理，一點開通，一點計費”，新建IMS宜采用按照區域部署方式進行建設。2.2滿足時延要求。根據ITU-T的相關規范及運營經驗，建議VoLTE話音的端到端時延應控制在285ms之內，VoLTE信令端到端時延給用戶提供滿意的業務體驗。2.3網絡安全性要求。建議區域內雙節點部署，實現異地容災備份。2.4符合未來的演進方向采用NFV技術建設VoLTE業務IMS網絡，驗證vIMS網絡提供端到端VoLTE業務的能力，探索和積累虛擬化網絡在部署、測試和維護方面的經驗，為后期VoLTE業務的商用化部署打好基礎。

3vIMS網絡架構

3.1NFV技術優勢。NFV（NetworkFunctionVirtualization），即網絡功能虛擬化。通過使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術，實現軟件的靈活加載，實現在數據中心、網絡節點和用戶端等各個位置靈活的部署配置，并基于實際業務需求進行自動部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等，從而降低網絡昂貴的設備成本，降低業務部署的復雜度。NFV徹底顛覆了傳統電信網絡的架構，引入靈活的彈性資源管理機制。ETSI（歐洲電信標準協會）提出的NFV架構如圖1所示。從橫向看分為三層：(1)基礎設施層（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換為虛擬的計算/存儲/交換資源池。(2)虛擬網絡層（VNF，VirtualizedNetworkFunction）：虛擬網絡層對應的就是各個電信業務網絡，每個物理網元映射為一個虛擬網元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網絡定義的信令接口（3GPP+ITU-T)，VNF的業務網管依然采用NE-EMS-NMS體制。(3)運營支撐層：運營支撐層就是目前的OSS/BSS系統，需要為虛擬化進行必要的修改和調整。從縱向看，NFV分為兩個域：(1)業務網絡域：就是目前的各電信業務網絡。(2)管理編排域（MANO，ManagementandOrchestration）：MANO負責對整個NFVI資源的管理和編排，負責業務網絡和NFVI資源的映射和關聯，負責OSS業務資源流程的實施等，MANO內部包括VIM，VNFM和Orchestrator三個實體，分別完成對NFVI，VNF和NS（NetworkService：即業務網絡提供的網絡服務）三個層次的管理。3.2vIMS網絡區域劃分。中國電信建設vIMS網絡，根據NFV的三層解耦架構，要求一個區域節點由一個廠家端到端提供vIMS的解決方案。根據業務分布情況以及骨干網資源情況，VoLTE業務IMS網絡集約選點選取北京、上海、南京、廣州、成都、西安六個城市，分三個區域部署vIMS網絡，區域兩節點網絡互為容災備份。結合區域區隔，容量均衡原則，確定分區及每個節點所管轄的省份。建議集約設置三個區域，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網絡區域劃分方案3.3vIMS網元設置原則VoLTE業務IMS網絡按照區域制集中建設，區域層面包括S-CSCF、I-CSCF、MMTEL/CG、ENUM/DNS、MRFC、MRFP等網元，HSS、SBC/P-CSCF、MGCF、IM-MGW等網元設置在省層面。對設置在區域層面的IMS核心控制層的網元進行虛擬化，在省層面新建的SBC/P-CSCF設備采用傳統架構。各網元設置組網如圖2所示：3.4VoLTEIMS網絡的信令轉接需求VoLTE業務涉及LTE網絡及IMS網絡，其中LTE網絡包括無線網絡、EPC核心網絡，IMS網絡包括核心網元、接入網元及VoLTE業務平臺。其端到端的網絡邏輯架構如圖3所IMS網絡接口對DRA轉發包含以下兩方面的要求：一是IMS網絡內部的Sh接口、Cx接口和Zh接口消息的路由轉發；二是PCC消息的轉發，Gx接口和Rx接口消息轉發，以及兩個接口的綁定（綁定到同一個PCRF）。（1）Sh是業務平臺和IMSHSS之間的接口，使得服務和用戶相關的信息能夠傳遞給業務平臺或者存儲在IMSHSS中。Sh接口使用Diameter協議。（2）Cx接口是I/S-CSCF和IMSHSS之間的接口，用于IMS注冊和用戶數據處理。所選擇的協議是Diameter協議（3）Zh接口用于IMSHSS和BSF之間交互用戶鑒權相關信息，基于Diameter協議。（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協議。（5）P-CSCF/SBC（AF）通過Rx接口向PCRF發送信息，該信息使PCRF能夠生成IPQoS數據和計費策略，并通過Gx接口傳遞到PGW。Rx接口使用Diameter協議。3.5VoLTEIMS網絡的域選方案在純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和現網MGCF提出功能要求實現簡單的域選擇方案：（1）MMTELAS功能要求：MMTELAS支持VoLTE用戶的路由重選功能，在MMTELAS設置定時器,在用戶未注冊狀態下，或者在定時器內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網絡IMS網絡PCRFMMTELASVoLTE業務平臺UE業務配置網關EPC-HSSeNodeBS1-MMES1-US6aS11SGiRxGxIP-SM-GWMGCFIM-MGWMRFENUM/DNSS5/S8CxISCISCMgUtZhMwMrShUtShISCGmMj敗響應，或者定時器結束時仍然沒有收到呼叫成功響應的情況下，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用戶實現該功能，也可以采用用戶級別的功能設置針對部分VoLTE用戶實現該功能。該功能優先級別高于呼叫轉移。定時器和特定接入碼可根據實際情況進行配置與修改，可支持3-8位的接入碼長度。（2）域選擇至CDMA網絡時，MMTELAS應該能正確播放通知音：1）無響應場景域選擇至CDMA網絡，接收到用戶忙的后向響應，播放用戶忙通知音，其他情況播放不可及通知音。2）關機場景域選擇至CDMA網絡，MMTELAS收到CDMA網絡失敗響應后根據失敗響應向用戶播放相應通知音。3）MGCF功能要求：MGCF根據被叫字冠中的特定接入碼觸發至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，不下發業務數據，MGCF根據TLDN進行路由。同時，MGCF根據HLR返回響應獲取用戶位置信息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網絡放音的情況，MGCF應能抑制CDMA網絡通知音。

4虛擬化云資源池要求

4.1VIM要求。VIM是虛擬化基礎設施管理系統，VIM應具備基礎設施層NFVI(包括硬件資源和虛擬化資源)的管理，監控和故障上報，面向上層VNFM提供虛擬化資源池，管理軟件鏡像等功能。在試點建設中采用一個VIM管理一個物理機房的同類型硬件資源，一個VIM對應一個VNFM的模式，VIM與Hypervisor由同廠家集成，且要求兼容OpenStack。4.2Hypervisor要求。Hypervisor為虛擬機提供運行環境，支持鏡像文件的讀取，并基于鏡像文件創建虛擬機。它允許多個GuestOS同時運行在一個HostOS上，GuestOS共享主機的硬件，使得每個操作系統都有自己虛擬的處理器，內存和其他硬件資源。Hypervisor分兩種類型，一種是直接安裝在硬件上運行，另外一種類型是安裝在另外一個操作系統上。本次試點將采用兼容開源社區版本的KVM作為Hypervisor，它屬于第二種類型，具體功能應包括：（1）支持虛擬機的創建、刪除、上電、下電、查詢等基本操作。（2）支持虛擬機間的資源隔離。（3）支持虛擬機熱遷移。（4）支持分布式虛擬交換機。（5）支持虛擬機運行狀態的監控及向VIM的上報，包括運行、停止、故障，以及其他狀態信息，包括虛擬機的vCPU占用率，虛擬內存使用率，虛擬磁盤占用率，虛擬網卡的吞吐率等。（6）支持物理服務器運行狀態的監控及向VIM的上報，包括運行、停止、故障，以及其他狀態信息，包括物理服務器CPU，內存，磁盤以及網卡等關鍵部件的狀態及CPU利用率、內存利用率、網絡吞吐率、磁盤讀取速率、磁盤寫入速率、CPU溫度等信息。

5容災方案

5.1物理機容災備份。物理資源的部署應根據實際情況保持一定量的冗余，保證故障發生時，能夠快速創建虛擬機。另外服務器硬件本身也應該具備可靠性設計，服務器應滿足電源模塊支持N+N冗余，且可插拔，風扇模塊至少支持N+1冗余，并可插拔，如果采用機框式服務器，機框背板為無源設計，系統管理模塊為1+1冗余。需配置冗余的交換板或交換機。磁盤要求使用企業級SAS硬盤，并根據業務需要配置相應的RAID模式，并要求支持緩存斷電保護。5.2虛擬層容災備份。為了保證可靠性，系統中不允許存在單點故障。虛擬機之間應支持備份、遷移，當虛擬機所在物理機故障時應能實現虛擬機的自愈和重生；VNFC之間支持主備倒換，主備倒換時不影響業務，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至少支持主備雙機部署。5.3業務層容災方案。VoLTEIMS設備在整個網絡中處于核心層面，處理的用戶規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設備的安全性都至關重要。在實際運營中，由于人為操作失誤、設備故障、自然災害等原因，通信網絡節點的故障往往不可避免，且故障恢復的時間也較長，這就需要在網絡建設和運營過程中提前部署相關的容災備份，以保障VoLTE網絡的安全運行，將潛在可能的故障影響降低到最低程度。

6結束語

目前，中國電信基于NFV架構的VoLTE業務IMS網絡一階段建設已基本完成，vIMS的成功部署為中國電信虛擬化網絡在部署、測試和維護方面探索和積累了寶貴經驗，為承接CDMA語音和固定軟交換退網提供了網絡基礎。龍江電信將借助VoLTE技術積極應對來自互聯網OTT應用的沖擊，繼續保持和提升競爭實力，做好對市場業務發展的支撐，為龍江廣大用戶提供感知優良的網絡服務。

參考文獻：

[1]史健《NFV及vIMS的部署實施》愛立信學院，2016.

作者:王俊 單位:中國電信股份有限公司黑龍江分公司