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電力系統(tǒng)IMS業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)承載方案

李曉靜1，馮小芳1，李炳林2

(1 江蘇省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限責(zé)任公司，南京 210019；2 中國電力科學(xué)研究院，北京 100192)

摘 要國家電網(wǎng)公司下一代交換網(wǎng)絡(luò)研究團隊進行大量的技術(shù)體制論證研究工作，確定以IMS技術(shù)為前提進行國家電網(wǎng)公司交換網(wǎng)的規(guī)劃部署研究工作。文章闡述了國家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)現(xiàn)狀，分別從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計、VPN設(shè)計以及IP地址規(guī)劃等方面提出適合國家電網(wǎng)公司IMS業(yè)務(wù)可持續(xù)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)承載方案。

關(guān)鍵詞IMS業(yè)務(wù)承載；數(shù)據(jù)通信網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；VPN；IP地址

國家電網(wǎng)公司交換網(wǎng)當(dāng)前面臨網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的問題，需要尋找便于開發(fā)新業(yè)務(wù)、降低網(wǎng)絡(luò)運行成本、便于統(tǒng)一維護管理、解決當(dāng)前程控交換設(shè)備停產(chǎn)問題的技術(shù)新途徑。國家電網(wǎng)公司下一代交換網(wǎng)絡(luò)研究團隊在前期進行了大量的技術(shù)體制論證研究工作，目前已確定以IMS技術(shù)為前提進行了國家電網(wǎng)公司交換網(wǎng)的規(guī)劃部署研究工作。

以IMS技術(shù)為基礎(chǔ)的下一代交換網(wǎng)對國家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)提出了新的需求，本文結(jié)合國家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)和省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)總體規(guī)劃設(shè)計方案，針對國家電網(wǎng)公司IMS業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)承載需求及建設(shè)模式進行研究分析工作。

1　數(shù)據(jù)通信網(wǎng)現(xiàn)狀

國家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)已經(jīng)形成以西單總部、三地災(zāi)備中心、白廣路和區(qū)域匯聚節(jié)點為核心，以分部公司、省公司和直屬單位作為骨干的三層MPLS VPN網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)具有層次清晰的扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、統(tǒng)一的VPN部署方案、分等級的QoS部署方案以及適合國網(wǎng)的6VPE的IPv6解決方案。在后期的數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)建設(shè)過程中，要延續(xù)數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)的部署方案，保證數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)分為兩個層次：省級網(wǎng)絡(luò)和地市及以下網(wǎng)絡(luò)。省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、VPN部署、QoS部署以及IPv6支持等方面方式多樣、能力不一，在后期的省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)建設(shè)過程中，需要進行統(tǒng)一改造，保證省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的統(tǒng)一、穩(wěn)定發(fā)展。

2　IMS業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)承載方案

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計要求國家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)具備異地容災(zāi)和扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)已經(jīng)具備異地容災(zāi)和扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓撲錯綜復(fù)雜，目前未完全具備異地容災(zāi)和扁平化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計，數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)保持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不變，省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)按照異地容災(zāi)和扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)原則進行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計。

2.1.1 骨干側(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

國家電網(wǎng)公司骨干側(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計包括數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)以及省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)PE設(shè)備設(shè)計。國家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)骨干側(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計如圖1所示。

圖1中數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不變，本拓撲中使用“云”表示。省網(wǎng)PE1、PE2直接接入國網(wǎng)數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)，地市PE1、PE2直接接入省網(wǎng)PE1、PE2，與數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)在同一自治區(qū)域內(nèi)，要求所有PE設(shè)備具備支持ISIS、MPLS VPN部署能力。數(shù)據(jù)通信骨干網(wǎng)、省公司以及地市PE設(shè)備部署ISIS路由協(xié)議，采用MPLS VPN區(qū)分IMS業(yè)務(wù)。

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計中，每個單位部署兩臺IMS CE設(shè)備承載IMS設(shè)備，兩臺IMS CE設(shè)備采用口字型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)接入省網(wǎng)PE1、PE2。每套IMS系統(tǒng)配置兩臺組網(wǎng)交換機，一臺組網(wǎng)交換機匯聚所有IMS設(shè)備的主用端口，另一臺組網(wǎng)交換機匯聚所有IMS設(shè)備的備用端口。IMS設(shè)備經(jīng)過IMS組網(wǎng)交換機匯聚后，分別上行兩臺IMS CE設(shè)備。IMS CE設(shè)備保護采用增強型VRRP，即VRRP+BFD的技術(shù)實現(xiàn)發(fā)生故障時50 ms切換。

2.1.2 接入側(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計

國家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)接入側(cè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計包括地市PE設(shè)備以下的所有交換機以及IMS終端設(shè)備的設(shè)計。IMS終端設(shè)備可以分為SIP硬終端、AG以及IAD設(shè)備，終端設(shè)備通過省級數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的接入網(wǎng)接入。

IMS終端設(shè)備接入采用如圖2所示方案。

該方案新增一臺PoE交換機作為IMS業(yè)務(wù)樓道交換機，樓道交換機利用現(xiàn)有樓層間線纜資源雙上行現(xiàn)有兩臺匯聚交換機，考慮網(wǎng)線傳輸距離短（小于90 m），優(yōu)先采用光纜資源。AG設(shè)備一般部署在機房，考慮節(jié)省線纜資源，就近接入現(xiàn)有匯聚交換機或新增匯聚交換機。新增的兩臺匯聚交換機作為地市IMS CE設(shè)備，部署VRRP協(xié)議實現(xiàn)冗余備份保護。地市、縣公司及其他機構(gòu)新增樓道交換機均首先通過現(xiàn)有光纜資源連至機房現(xiàn)有匯聚交換機，現(xiàn)有機房匯聚交換機再采用口字型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上聯(lián)至兩臺新增匯聚交換機。

2.2 VPN設(shè)計

本期工程在國家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中新增IMS VPN實現(xiàn)端到端承載IMS媒體和信令信息。在省PE和地市PE上，通過配置路由策略，匹配各省非可信終端地址，控制各省接入側(cè)非可信終端僅能訪問SBC設(shè)備，保證核心網(wǎng)設(shè)備的安全。

IMS VPN部署方案如圖3所示。

終端用戶接入：在接入交換機上將話音業(yè)務(wù)劃到IMS VLAN內(nèi)（共用現(xiàn)有樓道接入交換機承載需劃分VLAN，新增獨立接入交換機承載不需劃分VLAN），接入交換機根據(jù)不同業(yè)務(wù)VLAN將IMS業(yè)務(wù)上傳至匯聚交換機（專門承載IMS業(yè)務(wù)），匯聚交換機透傳數(shù)據(jù)，同時在出接口剝除VLAN標(biāo)簽，在地市PE設(shè)備處接入IMS VPN內(nèi)。

圖1　國家電網(wǎng)IMS承載網(wǎng)骨干側(cè)網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

骨干網(wǎng)接入：各地部署的IMS、SBC等設(shè)備，在省PE設(shè)備上接入到IMS VPN內(nèi)。為了保證IP電話系統(tǒng)不受端口掃描、蠕蟲病毒等可能的攻擊，在接入時應(yīng)與辦公通用的信息VPN分離，對接專用IMS CE，整套系統(tǒng)獨立運行在IMS VPN內(nèi)。

2.3 IP地址規(guī)劃

為保證網(wǎng)絡(luò)安全，在實際部署時，IMS核心網(wǎng)元做到各類IP地址和業(yè)務(wù)流的物理端口隔離。對于IP地址的規(guī)劃，按照功能進行劃分，即按照信令、媒體、運營和維護、用戶接入等功能需求，分別規(guī)劃IP地址，每種功能的IP地址盡量連續(xù)。根據(jù)各單位地址需求，將分配給IMS業(yè)務(wù)使用的一個A類地址段分配給各單位，各單位再從分配到的地址段中根據(jù)不同的地址類型繼續(xù)分配。

本次工程IMS地址類型如下。

2.3.1 核心網(wǎng)設(shè)備地址

IMS信令：IMS核心網(wǎng)元CSCF、 HSS、DNS/ENUM、MGCF、MRFC、MRFP、MMTEL、SBC、MGW、UC AS等信令接口使用IMS核心網(wǎng)設(shè)備地址。

IMS媒體：IMS核心網(wǎng)元MRFP、MCU、SBC、MGW、UC AS等媒體接口使用IMS核心網(wǎng)設(shè)備地址。

2.3.2 業(yè)務(wù)平臺設(shè)備地址

融合視頻會議、即時消息與呈現(xiàn)等業(yè)務(wù)平臺使用業(yè)務(wù)平臺設(shè)備地址。

2.3.3 交換機設(shè)備地址

交換機設(shè)備互聯(lián)地址和Loopback地址使用交換機設(shè)備地址。

2.3.4 用戶終端地址

AG、IAD接入設(shè)備、SIP硬終端以及其他IP終端使用用戶終端地址。

2.3.5 IMS網(wǎng)元管理地址

運營和維護：網(wǎng)元CSCF、HSS、DNS/ENUM、MGCF、MRFC、MRFP、MMTEL、SBC、MGW、UC AS、AG等運營和維護接口使用IMS網(wǎng)元管理地址。

地址分配原則規(guī)劃如下。

（1）核心網(wǎng)設(shè)備地址、業(yè)務(wù)平臺設(shè)備地址以及交換機設(shè)備地址使用分配給各單位地址段的第一個B類地址段，一個B類地址段可以分為0～255個C類地址段。根據(jù)核心網(wǎng)設(shè)備數(shù)量、業(yè)務(wù)平臺設(shè)備數(shù)量以及交換機設(shè)備數(shù)量，地址需求量均為2個C，分別從該B類地址段中進行分配，剩余地址分別作核心網(wǎng)設(shè)備地址、業(yè)務(wù)平臺設(shè)備地址以及交換機設(shè)備預(yù)留地址。

圖2　新建獨立樓道交換機承載示意圖

圖3　IMS VPN部署方案示意圖

（2）PE設(shè)備Loopback地址和互聯(lián)地址從“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及互聯(lián)鏈路”地址池中進行分配；CE設(shè)備Loopback地址和上聯(lián)PE設(shè)備端口地址從“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及互聯(lián)鏈路”地址池中進行分配?！秶W(wǎng)公司IPv4地址編碼及地址分配規(guī)范》規(guī)定了“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及互聯(lián)鏈路”使用地址段。

（3）用戶終端地址分配滿足各單位2017年的用戶終端地址需求，根據(jù)各單位2017年的預(yù)測用戶數(shù)m萬，各單位分配m/5個連續(xù)的B類地址段供終端用戶使用。各單位按照省公司和各地市公司用戶終端地址需求量分配用戶終端地址，省公司用戶終端地址需求量需要包含省本部、二級單位及所轄變電站等需求，地市公司用戶終端地址需求量需要包含地市本部、地市二級單位、所轄變電站、營業(yè)廳、縣公司及供電所等需求?？紤]地址極端浪費情況，各單位按照200個用戶分配一個C類地址段的原則分配連續(xù)的C類地址段給省公司和地市公司，省公司和地市公司按照實際用戶終端情況，本著節(jié)省地址的原則，合理拆分C類地址段（原則上一個C類地址段拆分不要超過8個子網(wǎng)段），進行用戶終端地址分配。

（4）IMS網(wǎng)元管理使用獨立的IMS網(wǎng)管VPN，因此IMS網(wǎng)元管理地址需要與其它類型地址分開，使用A類地址段最后一個B類地址段。根據(jù)核心網(wǎng)、AG設(shè)備網(wǎng)元數(shù)量，各單位IMS網(wǎng)元管理地址需求量為2個C類地址段，各單位依次使用B類地址段中的256個C類地址段，共使用200個C類地址段，剩余地址段作為預(yù)留。

（5）軟交換改造地址根據(jù)各單位實際改造地址需求從各單位分配的接入設(shè)備、用戶終端等地址池中進行分配。

3　結(jié)束語

國家電網(wǎng)公司以IMS技術(shù)為前提進行下一代交換網(wǎng)的規(guī)劃部署研究工作，IMS交換網(wǎng)是基于IP的下一代交換網(wǎng)技術(shù)，IMS業(yè)務(wù)承載要求承載網(wǎng)全IP化，對國家電網(wǎng)公司數(shù)據(jù)通信網(wǎng)提出新的需求。文章在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、VPN以及IP地址規(guī)劃等多個方面給出解決方案，保證IMS業(yè)務(wù)的可靠承載。

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

* 基金項目：國家電網(wǎng)公司科技項目（下一代行政調(diào)度交換網(wǎng)技術(shù)體制及演進技術(shù)研究）。

收稿日期：2015-01-08

文章編號1008-5599（2015）02-0083-04

文獻標(biāo)識碼A

中圖分類號TN915