电力系统IMS业务网络承载方案



电力系统IMS业务网络承载方案

李晓静1，冯小芳1，李炳林2

(1 江苏省邮电规划设计院有限责任公司，南京 210019；2 中国电力科学研究院，北京 100192)

摘 要国家电网公司下一代交换网络研究团队进行大量的技术体制论证研究工作，确定以IMS技术为前提进行国家电网公司交换网的规划部署研究工作。文章阐述了国家电网公司数据通信网现状，分别从网络架构设计、VPN设计以及IP地址规划等方面提出适合国家电网公司IMS业务可持续发展的网络承载方案。

关键词IMS业务承载；数据通信网；网络架构；VPN；IP地址

国家电网公司交换网当前面临网络转型的问题，需要寻找便于开发新业务、降低网络运行成本、便于统一维护管理、解决当前程控交换设备停产问题的技术新途径。国家电网公司下一代交换网络研究团队在前期进行了大量的技术体制论证研究工作，目前已确定以IMS技术为前提进行了国家电网公司交换网的规划部署研究工作。

以IMS技术为基础的下一代交换网对国家电网公司数据通信网提出了新的需求，本文结合国家电网公司数据通信骨干网和省级数据通信网总体规划设计方案，针对国家电网公司IMS业务网络承载需求及建设模式进行研究分析工作。

1　数据通信网现状

国家电网公司数据通信骨干网已经形成以西单总部、三地灾备中心、白广路和区域汇聚节点为核心，以分部公司、省公司和直属单位作为骨干的三层MPLS VPN网络。数据通信骨干网具有层次清晰的扁平化网络架构、统一的VPN部署方案、分等级的QoS部署方案以及适合国网的6VPE的IPv6解决方案。在后期的数据通信骨干网建设过程中，要延续数据通信骨干网的部署方案，保证数据通信骨干网持续、稳定发展。

省级数据通信网网络拓扑结构分为两个层次：省级网络和地市及以下网络。省级数据通信网在网络架构、VPN部署、QoS部署以及IPv6支持等方面方式多样、能力不一，在后期的省级数据通信网建设过程中，需要进行统一改造，保证省级数据通信网的统一、稳定发展。

2　IMS业务网络承载方案

2.1 网络架构设计

网络架构设计要求国家电网公司数据通信网具备异地容灾和扁平化网络架构。数据通信骨干网已经具备异地容灾和扁平化网络架构，省级数据通信网网络拓扑错综复杂，目前未完全具备异地容灾和扁平化网络架构。数据通信网网络架构设计，数据通信骨干网保持现有网络架构不变，省级数据通信网按照异地容灾和扁平化的网络架构建设原则进行网络架构设计。

2.1.1 骨干侧网络架构设计

国家电网公司骨干侧网络架构设计包括数据通信骨干网以及省级数据通信网PE设备设计。国家电网公司数据通信网骨干侧网络架构设计如图1所示。

图1中数据通信骨干网网络架构不变，本拓扑中使用“云”表示。省网PE1、PE2直接接入国网数据通信骨干网，地市PE1、PE2直接接入省网PE1、PE2，与数据通信骨干网在同一自治区域内，要求所有PE设备具备支持ISIS、MPLS VPN部署能力。数据通信骨干网、省公司以及地市PE设备部署ISIS路由协议，采用MPLS VPN区分IMS业务。

数据通信网网络架构设计中，每个单位部署两台IMS CE设备承载IMS设备，两台IMS CE设备采用口字型网络架构接入省网PE1、PE2。每套IMS系统配置两台组网交换机，一台组网交换机汇聚所有IMS设备的主用端口，另一台组网交换机汇聚所有IMS设备的备用端口。IMS设备经过IMS组网交换机汇聚后，分别上行两台IMS CE设备。IMS CE设备保护采用增强型VRRP，即VRRP+BFD的技术实现发生故障时50 ms切换。

2.1.2 接入侧网络架构设计

国家电网公司数据通信网接入侧网络架构设计包括地市PE设备以下的所有交换机以及IMS终端设备的设计。IMS终端设备可以分为SIP硬终端、AG以及IAD设备，终端设备通过省级数据通信网的接入网接入。

IMS终端设备接入采用如图2所示方案。

该方案新增一台PoE交换机作为IMS业务楼道交换机，楼道交换机利用现有楼层间线缆资源双上行现有两台汇聚交换机，考虑网线传输距离短（小于90 m），优先采用光缆资源。AG设备一般部署在机房，考虑节省线缆资源，就近接入现有汇聚交换机或新增汇聚交换机。新增的两台汇聚交换机作为地市IMS CE设备，部署VRRP协议实现冗余备份保护。地市、县公司及其他机构新增楼道交换机均首先通过现有光缆资源连至机房现有汇聚交换机，现有机房汇聚交换机再采用口字型网络结构上联至两台新增汇聚交换机。

2.2 VPN设计

本期工程在国家电网公司数据通信网中新增IMS VPN实现端到端承载IMS媒体和信令信息。在省PE和地市PE上，通过配置路由策略，匹配各省非可信终端地址，控制各省接入侧非可信终端仅能访问SBC设备，保证核心网设备的安全。

IMS VPN部署方案如图3所示。

终端用户接入：在接入交换机上将话音业务划到IMS VLAN内（共用现有楼道接入交换机承载需划分VLAN，新增独立接入交换机承载不需划分VLAN），接入交换机根据不同业务VLAN将IMS业务上传至汇聚交换机（专门承载IMS业务），汇聚交换机透传数据，同时在出接口剥除VLAN标签，在地市PE设备处接入IMS VPN内。

图1　国家电网IMS承载网骨干侧网络拓扑图

骨干网接入：各地部署的IMS、SBC等设备，在省PE设备上接入到IMS VPN内。为了保证IP电话系统不受端口扫描、蠕虫病毒等可能的攻击，在接入时应与办公通用的信息VPN分离，对接专用IMS CE，整套系统独立运行在IMS VPN内。

2.3 IP地址规划

为保证网络安全，在实际部署时，IMS核心网元做到各类IP地址和业务流的物理端口隔离。对于IP地址的规划，按照功能进行划分，即按照信令、媒体、运营和维护、用户接入等功能需求，分别规划IP地址，每种功能的IP地址尽量连续。根据各单位地址需求，将分配给IMS业务使用的一个A类地址段分配给各单位，各单位再从分配到的地址段中根据不同的地址类型继续分配。

本次工程IMS地址类型如下。

2.3.1 核心网设备地址

IMS信令：IMS核心网元CSCF、 HSS、DNS/ENUM、MGCF、MRFC、MRFP、MMTEL、SBC、MGW、UC AS等信令接口使用IMS核心网设备地址。

IMS媒体：IMS核心网元MRFP、MCU、SBC、MGW、UC AS等媒体接口使用IMS核心网设备地址。

2.3.2 业务平台设备地址

融合视频会议、即时消息与呈现等业务平台使用业务平台设备地址。

2.3.3 交换机设备地址

交换机设备互联地址和Loopback地址使用交换机设备地址。

2.3.4 用户终端地址

AG、IAD接入设备、SIP硬终端以及其他IP终端使用用户终端地址。

2.3.5 IMS网元管理地址

运营和维护：网元CSCF、HSS、DNS/ENUM、MGCF、MRFC、MRFP、MMTEL、SBC、MGW、UC AS、AG等运营和维护接口使用IMS网元管理地址。

地址分配原则规划如下。

（1）核心网设备地址、业务平台设备地址以及交换机设备地址使用分配给各单位地址段的第一个B类地址段，一个B类地址段可以分为0～255个C类地址段。根据核心网设备数量、业务平台设备数量以及交换机设备数量，地址需求量均为2个C，分别从该B类地址段中进行分配，剩余地址分别作核心网设备地址、业务平台设备地址以及交换机设备预留地址。

图2　新建独立楼道交换机承载示意图

图3　IMS VPN部署方案示意图

（2）PE设备Loopback地址和互联地址从“网络设备及互联链路”地址池中进行分配；CE设备Loopback地址和上联PE设备端口地址从“网络设备及互联链路”地址池中进行分配。《国网公司IPv4地址编码及地址分配规范》规定了“网络设备及互联链路”使用地址段。

（3）用户终端地址分配满足各单位2017年的用户终端地址需求，根据各单位2017年的预测用户数m万，各单位分配m/5个连续的B类地址段供终端用户使用。各单位按照省公司和各地市公司用户终端地址需求量分配用户终端地址，省公司用户终端地址需求量需要包含省本部、二级单位及所辖变电站等需求，地市公司用户终端地址需求量需要包含地市本部、地市二级单位、所辖变电站、营业厅、县公司及供电所等需求。考虑地址极端浪费情况，各单位按照200个用户分配一个C类地址段的原则分配连续的C类地址段给省公司和地市公司，省公司和地市公司按照实际用户终端情况，本着节省地址的原则，合理拆分C类地址段（原则上一个C类地址段拆分不要超过8个子网段），进行用户终端地址分配。

（4）IMS网元管理使用独立的IMS网管VPN，因此IMS网元管理地址需要与其它类型地址分开，使用A类地址段最后一个B类地址段。根据核心网、AG设备网元数量，各单位IMS网元管理地址需求量为2个C类地址段，各单位依次使用B类地址段中的256个C类地址段，共使用200个C类地址段，剩余地址段作为预留。

（5）软交换改造地址根据各单位实际改造地址需求从各单位分配的接入设备、用户终端等地址池中进行分配。

3　结束语

国家电网公司以IMS技术为前提进行下一代交换网的规划部署研究工作，IMS交换网是基于IP的下一代交换网技术，IMS业务承载要求承载网全IP化，对国家电网公司数据通信网提出新的需求。文章在网络架构、VPN以及IP地址规划等多个方面给出解决方案，保证IMS业务的可靠承载。

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

* 基金项目：国家电网公司科技项目（下一代行政调度交换网技术体制及演进技术研究）。

收稿日期：2015-01-08

文章编号1008-5599（2015）02-0083-04

文献标识码A

中图分类号TN915