IMS核心網(wǎng)業(yè)務(wù)資源評(píng)估方法探討

馬金蘭 張慧嫦 李力卡

[摘要]文章對(duì)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)資源評(píng)估進(jìn)行研究。首先對(duì)IMS核心網(wǎng)資源指標(biāo)進(jìn)行簡單分析，通過具體業(yè)務(wù)對(duì)IMS核心網(wǎng)業(yè)務(wù)資源的評(píng)估思路進(jìn)行探討，然后采用示例的方法，提出一套業(yè)務(wù)資源評(píng)估分析的方法，在業(yè)務(wù)上線前進(jìn)行資源評(píng)估與分析，可以作為實(shí)際評(píng)估的一種參考依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]IMSIP多媒體子系統(tǒng)核心網(wǎng)資源評(píng)估

1引言

IMS被廣泛應(yīng)用于業(yè)務(wù)融合和轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的下一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中。中國電信進(jìn)行IMS現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)工作，其中廣東電信結(jié)合網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及市場需求，側(cè)重于解決現(xiàn)網(wǎng)問題、提供家庭新終端和多媒體應(yīng)用，重點(diǎn)關(guān)注業(yè)務(wù)嵌套、彩色e家、多媒體會(huì)議、多媒體彩鈴等融合業(yè)務(wù)的試點(diǎn)。IMS網(wǎng)絡(luò)的引入將帶來新的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)需要lMS核心網(wǎng)資源的支撐。核心網(wǎng)資源的評(píng)估需要結(jié)合業(yè)務(wù)流程與核心網(wǎng)資源情況進(jìn)行，但是目前的規(guī)劃不考慮業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)流程的差異，而是根據(jù)普通用戶業(yè)務(wù)流程進(jìn)行資源預(yù)留，存在與業(yè)務(wù)結(jié)合不緊會(huì)引起估計(jì)偏差較大的情況。本文根據(jù)基本業(yè)務(wù)流程、IMS業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)組織與業(yè)務(wù)流程對(duì)業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)資源評(píng)估進(jìn)行研究，提出一套業(yè)務(wù)資源評(píng)估分析的方法，在業(yè)務(wù)上線前進(jìn)行資源評(píng)估與分析，以規(guī)避業(yè)務(wù)使用過程的資源瓶頸，保障業(yè)務(wù)上線所需資源。

2IMS核心網(wǎng)資源分析

IMS網(wǎng)元的性能指標(biāo)主要包括：呼NCAPS、并發(fā)用戶數(shù)、信令帶寬(bps)、媒體帶寬(bps)、放音資源通道數(shù)、媒體端口占用數(shù)、電路占用數(shù)。各網(wǎng)元IMS網(wǎng)絡(luò)中的角色不一，因此，不同網(wǎng)元所關(guān)注的性能指標(biāo)各有側(cè)重。譬如CSCF，主要關(guān)注CAPS和信令帶寬，由于媒體不在CSCF上經(jīng)過，因此無需關(guān)注媒體方面的性能；而對(duì)MGW來說，媒體性能卻是其主要關(guān)注指標(biāo)。JMS核心網(wǎng)網(wǎng)元需重點(diǎn)關(guān)注的資源見表1。

3資源評(píng)估思路

結(jié)合業(yè)務(wù)流程進(jìn)行業(yè)務(wù)資源評(píng)估的思路如下：

步驟1：定義標(biāo)準(zhǔn)的會(huì)話流程。在分析各種業(yè)務(wù)對(duì)核心網(wǎng)絡(luò)資源的占用情況前，先定義一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的會(huì)話流程，作為步驟2推算業(yè)務(wù)對(duì)IMS核心網(wǎng)絡(luò)資源的占用折算表的基礎(chǔ)。

步驟2：通過業(yè)務(wù)信令和標(biāo)準(zhǔn)會(huì)話流程的比較，推算業(yè)務(wù)與標(biāo)準(zhǔn)會(huì)話的CPU占用折算關(guān)系。具體方法是分析業(yè)務(wù)的具體信令流程，分別以每個(gè)網(wǎng)元為處理點(diǎn)對(duì)比處理該業(yè)務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)會(huì)話的信令數(shù)，將信令個(gè)數(shù)的對(duì)比值作為CPU折算的基本系數(shù)，從而推算業(yè)務(wù)對(duì)各網(wǎng)元的CPU占用折算關(guān)系。

步驟3：通過實(shí)驗(yàn)室或者現(xiàn)網(wǎng)測試情況修正該業(yè)務(wù)與標(biāo)準(zhǔn)會(huì)話的CPU占用折算關(guān)系。信令折算可以很直觀地從信令個(gè)數(shù)進(jìn)行比較，但是各種新業(yè)務(wù)畢竟不是基本業(yè)務(wù)的簡單疊加，對(duì)于不同的信令和業(yè)務(wù)，設(shè)備內(nèi)部處理流程不完全相同，不同廠家設(shè)備對(duì)相同信令的內(nèi)部處理流程也不一樣。因此，需要通過實(shí)驗(yàn)室或者現(xiàn)網(wǎng)測試情況修正該業(yè)務(wù)與基本業(yè)務(wù)CPU占用的折算關(guān)系。

步驟4：分析業(yè)務(wù)對(duì)各網(wǎng)元重要資源的占用。IMS核心網(wǎng)絡(luò)的重要資源包括CAPS、靜態(tài)用戶數(shù)、并發(fā)用戶數(shù)、信令帶寬、媒體帶寬、媒體端口占用數(shù)、電路占用數(shù)、放音資源數(shù)等，不同的業(yè)務(wù)由于涉及的網(wǎng)元，或者主被叫處在不同的網(wǎng)絡(luò)，會(huì)導(dǎo)致占用不同的網(wǎng)絡(luò)資源。前面三個(gè)步驟已經(jīng)得到CPU占用的折算比，由于目前只有CAPS是占用設(shè)備的CPU資源，因此，CAPS的折算比可以通過前面步驟得出。本步驟重點(diǎn)對(duì)網(wǎng)元其他重要資源進(jìn)行分析，并與標(biāo)準(zhǔn)流程進(jìn)行比較，得出業(yè)務(wù)對(duì)其他資源占用的折算比。

根據(jù)上述資源評(píng)估方法可以得出與標(biāo)準(zhǔn)流程相比較的業(yè)務(wù)資源占用折算比，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)流程對(duì)設(shè)備的具體資源占用情況，就可以得出業(yè)務(wù)所需的具體資源。由于標(biāo)準(zhǔn)流程所占用的具體資源和設(shè)備情況不同，因此，本文重點(diǎn)探討資源評(píng)估方法，不針對(duì)不同設(shè)備進(jìn)行具體評(píng)估。

4資源評(píng)估方法示例

根據(jù)第3章所述的評(píng)估思路，結(jié)合彩色e家業(yè)務(wù)進(jìn)行示例，詳細(xì)地描述IMS核心網(wǎng)業(yè)務(wù)資源方法。

4.1步驟一：定義標(biāo)準(zhǔn)的會(huì)話流程

圖1為一個(gè)IMS網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)會(huì)話流程，由于ENUM/DNS的查詢由基本呼叫流程觸發(fā)，AS類業(yè)務(wù)不會(huì)直接引起額外的ENUM/DNS資源需求的增加。由于業(yè)務(wù)開放引起的用戶數(shù)量增加，只需要根據(jù)增加的用戶數(shù)量對(duì)其提出相應(yīng)的資源要求即可。

本文不對(duì)ENUM/DNS的資源需求做詳細(xì)評(píng)估，因此，該流程沒有包括DNS/ENUM的信令流程。各網(wǎng)元的信令分析如下：

(1)對(duì)于SBC網(wǎng)元、P-CSCF網(wǎng)元，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)話流程主被叫側(cè)都是8對(duì)(含收發(fā)，INVITE/180/PACK/2000K/2000K/ACK/BYE/ACK)SIP消息。

(2)對(duì)于S-CSCF網(wǎng)元，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)話流程，由于任何呼叫都要I-MMTEL AS，因此主被叫側(cè)可以看成是是16對(duì)SlP消息。

(3)對(duì)于I-CSCF網(wǎng)元，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)話流程為3對(duì)SIP和2次LIR(1組LIR/LIA流程)，按照5對(duì)消息來計(jì)算。

(4)對(duì)于SLF網(wǎng)元，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)話流程為1組LIR/UA流程。

(5)對(duì)于HSS網(wǎng)元，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)話流程為1組LIR/LIA流程。

(6)對(duì)于MGCF網(wǎng)元，1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)話流程為8條SIP消息。當(dāng)被叫在CS域時(shí)，S-CSCF無需再查詢I-CSCF，也沒有后續(xù)的I-CSCF與SLF以及HSS的交互過程。

4.2步驟二：根據(jù)業(yè)務(wù)信令推算業(yè)務(wù)與標(biāo)準(zhǔn)會(huì)話的CPU占用折算關(guān)系

彩色e家業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)流程如下：

(1)寬帶多媒體終端語音實(shí)現(xiàn)流程(如圖2)

(2)CP提供廣告內(nèi)容，運(yùn)營商管理員審核通過后發(fā)布流程(如圖3)

(3)CP提供信息內(nèi)容，運(yùn)營商審核通過后發(fā)布流程(如圖4)

(4)終端上報(bào)統(tǒng)計(jì)結(jié)果流程(如圖5)

彩色e家可以看成語音流程和短消息業(yè)務(wù)的疊加，語音流程等同于基本會(huì)話流程，CP提供廣告內(nèi)容，CP提供信息內(nèi)容和上報(bào)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的流程可以看成是短信業(yè)務(wù)流程。其中CP提供廣告內(nèi)容和CP提供信息內(nèi)容可以折算為1/2個(gè)短信業(yè)務(wù)，上報(bào)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以折算為1個(gè)短信業(yè)務(wù)。根據(jù)短信業(yè)務(wù)的信令流程，短信業(yè)務(wù)與基本語音業(yè)務(wù)比較占用IMS核心網(wǎng)網(wǎng)元的折算關(guān)系如表2。

因此，設(shè)N=等效的CP提供廣告內(nèi)容、信息內(nèi)容CAPS/彩色e家呼叫CAP，則彩色e家業(yè)務(wù)與基本會(huì)話相比占用IMS核心網(wǎng)網(wǎng)元CPU的折算關(guān)系如表3。

4.3步驟三：修正業(yè)務(wù)與基本業(yè)務(wù)CPU占用的折算關(guān)系

通過測試對(duì)折算關(guān)系進(jìn)行修正，測試的方法通常是通過模擬軟件，模擬主被叫，發(fā)生呼叫。模擬呼叫和正常的呼叫流程完全一致。驗(yàn)證一般選擇在實(shí)驗(yàn)機(jī)房進(jìn)行，驗(yàn)證的步驟如下：

將測試用戶均分為4部分，分別為主叫1群，主叫2群，被叫1群，被叫2群。主叫1群和被叫1群用戶不簽約任何業(yè)務(wù)，發(fā)起呼叫，增加呼叫量保證設(shè)備的CPU與平

時(shí)的基本開銷相比有一個(gè)較明顯的增加(如5％等)，記錄此時(shí)的呼叫強(qiáng)度記錄為初始呼叫強(qiáng)度和各個(gè)網(wǎng)元的初始CPU和初始內(nèi)存使用情況。

初始呼叫強(qiáng)度的基礎(chǔ)上加大主叫1群和被叫1群用戶之間的呼叫強(qiáng)度，使得設(shè)備的CPU與初始CPU相比有一個(gè)比較明顯的增量(如5％等)，記錄此時(shí)的呼叫強(qiáng)度和比初始呼叫強(qiáng)度的增量，記錄為呼叫強(qiáng)度增量1。類似的記錄各個(gè)網(wǎng)元的CPU增量1和內(nèi)存使用增量1。

將主叫1群和被叫1群的呼叫強(qiáng)度調(diào)回初始呼叫強(qiáng)度，同時(shí)發(fā)起主叫2群和被叫2群之間的呼叫，呼叫強(qiáng)度為之前記錄的呼叫強(qiáng)度增量，此時(shí)主叫2群或被叫2群用戶簽上所需測試的業(yè)務(wù)。待設(shè)備CPU穩(wěn)定后，記錄設(shè)備CPU和內(nèi)存較初始CPU和初始內(nèi)存的增量情況，記錄為CPU增量2和內(nèi)存使用增量2。

由于設(shè)備本身的設(shè)計(jì)，內(nèi)存的使用在很多情況下都是靜態(tài)占用，所以內(nèi)存的增量數(shù)據(jù)可能為零。所以在最后比較階段，主要是比較CPU增量2和CPU增量1，用其比值修正步驟二分析的折算值。內(nèi)存增量僅作參考。

4.4步驟四：根據(jù)呼叫模型及與折算關(guān)系分析業(yè)務(wù)

對(duì)網(wǎng)元資源的占用

(1)CAPS

通常設(shè)備提供的性能都是基于一定的呼叫模型的，計(jì)算業(yè)務(wù)對(duì)CAPS性能的占用情況需要結(jié)合其呼叫模型和該業(yè)務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)會(huì)回的CPU占用折算關(guān)系。彩色e家業(yè)務(wù)具體折算方法見步驟2。

注意：呼叫模型可能會(huì)用Erl(愛爾蘭)，或者用戶BHCA/CAPS代替，用以下公式轉(zhuǎn)換即可，用戶Erl=用戶BHCA*Z/3609=用戶CAPS*Z，本文中提到的Erl是指單向的，指主叫或者被叫。

I-CSCF/SLF/HSS網(wǎng)元主要是在被叫流程中使用，且當(dāng)被叫為域外用戶時(shí)也不需要使用，因此需要參看話務(wù)模型，根據(jù)域內(nèi)域外話務(wù)的比例再仔細(xì)核算CAPS。需要注意，由于業(yè)務(wù)都是疊加在普通話務(wù)基礎(chǔ)上的，因此計(jì)算業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)元資源的占用情況時(shí)需要減去基本話務(wù)那部分，否則就是重復(fù)計(jì)算。

(2)靜態(tài)用戶數(shù)

通常需要存貯用戶資料的設(shè)備才會(huì)有靜態(tài)用戶數(shù)的要求，如HSS、MMTEL AS等，由于靜態(tài)用戶數(shù)通常就是使用業(yè)務(wù)的用戶數(shù)，因此不需要特別計(jì)算，將規(guī)劃的該業(yè)務(wù)用戶數(shù)作為需求即可。

(3)并發(fā)用戶數(shù)

BAC是最明顯的需要計(jì)算并發(fā)用戶數(shù)的設(shè)備。比如，彩色e家用戶數(shù)為x，每用戶的Erl為Y，用戶平均呼叫時(shí)長為z秒。則并發(fā)的用戶數(shù)為X*Y=35000。

(4)信令帶寬

信令帶寬=用戶數(shù)×*用戶Erl*信令個(gè)數(shù)N*信令平均長度/平均呼叫時(shí)長z，以彩色e家為例。X為100W，Erl=0.035，信令個(gè)數(shù)為10，平均信令長度取800BYTE，呼叫時(shí)長為90s，信令帶寬=1000000*0.035*10*800/90=3111111BPS。如果主被叫都經(jīng)過同一個(gè)網(wǎng)元?jiǎng)t信令帶寬需要乘以2。

(5)媒體帶寬

媒體帶寬=并發(fā)用戶數(shù)*媒體帶寬，媒體帶寬需要確認(rèn)該業(yè)務(wù)是純語音還是包括視頻，G.711的語音，按照100000Bite算。其他各類業(yè)務(wù)的視頻帶寬可以按照如下計(jì)算：

多媒體會(huì)議：高清(H.264)/標(biāo)清(H.263)，每一方預(yù)留1MBite，是語音100kBite的10倍。

(6)媒體端口占用數(shù)

媒體端口占用數(shù)等于域內(nèi)、域外互通呼叫中經(jīng)過MGW或媒體服務(wù)器的并發(fā)呼叫數(shù)，因此對(duì)每一個(gè)業(yè)務(wù)來說，應(yīng)該根據(jù)業(yè)務(wù)本身區(qū)分域內(nèi)域外呼叫。

(7)電路占用數(shù)

電路占用數(shù)等同于電路域并發(fā)用戶數(shù)，在IMS域和其他域通過電路互通時(shí)使用，IMS和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、固定網(wǎng)絡(luò)通過IP方式互通的情況下不需要占用電路。

(8)放音資源數(shù)

放音資源數(shù)主要是放音的通路，類似于并發(fā)用戶數(shù)，注意此時(shí)并發(fā)用戶數(shù)雖然也是用戶總數(shù)*用戶Erl，由于放音的時(shí)長只是整個(gè)呼叫中的一部分，因此Erl也應(yīng)該相應(yīng)下降。

根據(jù)上述方法，最后得出彩色e家業(yè)務(wù)與標(biāo)準(zhǔn)會(huì)話相比占用資源的折算關(guān)系如表4。

5結(jié)束語

IMS的引入將豐富用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，這對(duì)運(yùn)營商來說是新的機(jī)會(huì)，但是新網(wǎng)絡(luò)的引入對(duì)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與運(yùn)營來說又是新的課題。本文采用示例的方法，通過具體業(yè)務(wù)對(duì)IMS核心網(wǎng)業(yè)務(wù)資源的評(píng)估思路進(jìn)行探討，提出一套業(yè)務(wù)資源評(píng)估的方法。由于網(wǎng)元設(shè)備的處理能力消耗并不是線性發(fā)展的，本文對(duì)IMS核心網(wǎng)業(yè)務(wù)資源評(píng)估方法的研究可能與實(shí)際情況不能精確匹配，同時(shí)，具體業(yè)務(wù)資源的評(píng)估是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，因此，本文不是進(jìn)行具體的業(yè)務(wù)資源的評(píng)估，而是提出一種評(píng)估的方法，作為實(shí)際評(píng)估的一種參考依據(jù)。

作者簡介

馬金蘭：畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，2009年獲華南理工大學(xué)工程碩士學(xué)位，工程師，任職于中國電信股份有限公司廣東研究院網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營支撐部，主要從事軟交換網(wǎng)絡(luò)、CDMA核心網(wǎng)絡(luò)與IMS核心網(wǎng)絡(luò)的研究。

張慧嫦：畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，工程師，任職于中國電信股份有限公司廣東研究院網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營支撐部，專業(yè)方向?yàn)閭鹘y(tǒng)交換及軟交換設(shè)備的維護(hù)及業(yè)務(wù)支撐。

李力卡：畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，任職于中國電信股份有限公司廣東研究院網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營支撐部，任核心網(wǎng)絡(luò)室主任，高級(jí)工程師。