0 引言

智能電網對信息通信系統的業務能力需求在安全性、可靠性、可控能力及快速部署方面都提出了更高要求,新的業務和新的需求也促使電網信息通信積極發展新的技術,不斷改變網絡結構和業務能力提供方式,使信息通信業務能在一個融合的網絡中,以一種全新的架構提供,從而保障智能電網的安全、高效、穩定。在IP技術高速發展的今天,IP多媒體子系統（IP Multimedia Subsystem,IMS）作為新一代的核心網絡交換技術,可以有效解決語音、數據、視頻業務的融合交換,基于IMS的智能電網業務業務能力開放,在綜合考慮業務融合需求、安全可靠性、架構體系等問題的基礎上,充分滿足智能電網發展的需要^[1-4]。

 1 IMS交換網網絡架構與業務能力

IMS是基于分組交換網絡的多媒體系統,支持各種接入方式的語音、視頻、數據網絡業務。IMS網絡結構分為接入層、傳送層、控制層和業務層,其中,控制層負責信令交換,對業務層提供屏蔽各種底層網絡要求的標準化協議^[5-6]。與傳統的電路交換網通信比較,IMS通信網絡的特點是與業務相關的應用功能和與業務無關的呼叫控制的徹底分離,無需了解底層網絡的復雜調用過程,各種獨立的業務軟件開發只需針對IMS網絡提供的接口就可以直接調用所需能力,從而有效縮短業務的開發時間,并且滿足用戶個性化業務需求。IMS網絡架構如圖1所示。

圖1 IMS網絡架構Fig.1 IMS architecture

IMS系統由分組信令（會話初始協議（Session Initiation Protocol,SIP））提供包含語音、視頻、圖片、文本等多媒體通信業務,具有接入無關、承載控制分離、會話與業務控制分離的特點,全局性的SIP協議貫穿業務到終端的全過程,在進行多媒體業務開放和多媒體業務部署時,業務服務器與核心網網元之間松耦合,能夠提供標準、開放的接口,從而有效進行業務和能力之間的調用和組合,同時信令協議采用基于IP的SIP協議端到端的連接,保證業務能夠在網絡和終端之間,或終端和終端之間的有效傳遞,無需任何協議轉換。

 2 智能電網業務能力開放形式

IMS網絡提供的業務能力可以分為基本能力及增強能力2種。其中,核心網直接提供有保障的基本能力,但核心網只提供基本業務的連通功能和其他網絡互通能力,只解決了業務融合、QoS、漫游控制等問題及提供業務觸發管理機制。應用服務器提供增強能力,可以在架構上具有統一的業務服務層,提供所需的增值業務。IMS業務功能架構如圖2所示。主要的功能實體包括AS、S-CSCF、HSS和MRFC等。

圖2 IMS業務功能架構Fig.2 IMS business function architecture

IMS系統有3種業務提供方式。

1）SIP應用服務器的業務提供方式。SIP應用服務器通過基于SIP協議的IMS業務控制（IMS Service Control,ISC）接口與S-CSCF 直接相連,S-CSCF 以SIP 服務器的方式直接調用相關業務。由于SIP協議基于Client/Server 模式,是一種應用層控制多媒體會話的信令,能夠完成多媒體會話的創建、修改和終止等控制,因此SIP應用服務器可以提供IP電話和基于IP的多媒體會話業務。

2）智能網業務環境（CAMEL/INAP SE）方式的業務提供。IMS的業務交換功能實體（IP Multimedia-Service Switch Function,IM-SSF）通過ISC接口與S-CSCF相連實現CAMEL應用部分（CAMEL Application Part,CAP）/智能網應用協議（Intelligent Network Application Protocol,INAP）與SIP協議之間的轉換,IM-SSF一側為CAP協議,另一側為SIP協議,完成系統相應的轉換,繼續提供基于現有智能網業務環境的增值業務。

3）開放業務架構（Open Service Architecture,OSA）業務能力方式的業務提供。利用OSA提供的安全應用程序編程接口（Application Programming Interface,API）接入IMS核心網,OSA 業務能力服務器通過ISC接口與S-CSCF相連,實現OSA的API與SIP協議之間的轉換,通過SIP方式執行一個或多個OSA業務。

目前,電信運營商大部分IMS業務都是基于SIP AS提供,并以SIP AS為基礎,設計開發適合電信運營商需求的新型開放業務平臺,而智能網業務環境（CAMEL/INAP SE）的業務提供模式僅提供原有的智能網能力,OSA是3GPP組織制定的3G網絡業務框架,目標是提供一種可擴展的結構,將業務部署和承載網絡分離,有利于多廠商互通和快速地部署新業務。在IMS網絡中實現智能電網業務能力開放,OSA應該是較優的方式。

OSA的API不能直接連接SIP和擴展SIP的ISC接口,為完成不同協議之間的映射,加入了業務能力服務層,OSA 業務能力服務器提供了API與ISC接口的信令映射,OSA API通過 Parlay/OSA與 IMS 系統相連,向用戶提供信息互聯網增值業務。Parlay/OSA提供OSA接口與底層網絡協議之間的映射,對業務的調用都是通過開放、標準的API,因此,基于OSA業務的開發獨立于復雜的底層技術。在進行業務能力開放注冊時,只需要向系統的OSA進行注冊,就可以安全可靠的加入新業務,不會對原有的業務和應用產生任何影響。

Parlay組織為不具有信息專業知識的IT研發人員研發新的網絡應用,推出了Parlay X Web Services規范,其目的是能夠快速研發出各具特色的應用,因此,Parlay X Web Services是一組簡單、抽象的功能完善的信息網絡能力標準構件。Parlay X Web Service采用Web Service的發布、發現和綁定3種操作,提供各種基本的信息服務,作為OSA/Parlay的代理,通過Parlay訪問底層信息網絡資源,基于Web Service強大的業務集成能力,可以方便地將Parlay API提供的能力和互聯網應用的其他業務能力有效的結合在一起。

 3 智能電網業務能力開放平臺架構

智能電網業務能力開放平臺通過IMS系統提供的通信能力,開放、管理平臺,整合和開放IMS網絡能力、數據能力、管理能力,將IMS網絡中的通信能力及資源（如消息、語音、視頻、會議、通信協同、用戶數據等）以能力開放平臺的方式,整合之后開放給智能電網系統內部第三方,可以優化智能電網業務流程和提供體驗更好的各種應用^[7-9]。能力開放平臺負責與IMS中各能力引擎的接口適配,并且將各能力封裝為API后開放給應用側用。

IMS業務能力可以直接與IMS核心網CSCF以及IMS AS進行對接,實現能力封裝和能力開放,從而方便第三方結合實際業務需求場景進行應用開發^[10-12]。其中,平臺采用SIP協議直接與IMS核心網對接,同時需滿足ISC標準。IMS業務能力平臺目的是為互聯網信息增值業務應用提供IMS網絡中基礎的、標準的、使用簡便的能力調用接口,實現IMS中的信息業務調用、管理、業務流程重構。其平臺開放架構如圖3所示。

圖3 IMS 業務能力平臺開放架構Fig.3 The business capability open architecture of IMS platform

基于電力IMS網絡的業務能力開放平臺總體架構采用基礎能力和應用能力分離的模式。其中,基礎能力為各種應用組合能力提供基礎的用戶、通信及應用能力管理（業務觸發與消息分發）等功能,從而保證應用的可擴展性。

1）業務接入模塊：主要實現業務系統的RESTful風格接口的接入控制,完成基于HTTPs的RESTful風格API接入,實現對后端分布在不同服務器上的基礎控制服務模塊的負荷分擔。

2）服務總線模塊：主要實現路由選擇、協議代理、文本轉化、安全策略和服務級別功能。

3）管理模塊：主要實現用戶、通信及應用能力管理（業務觸發與消息分發）,主要提供用戶注冊注銷等連接性和可用性管理,同時提供終端接入控制、接續控制等功能。接入控制需提供對SIP協議終端的接入管理,來源判斷;接續控制需提供通信對話的建立、管理、拆除,及用于支持對話建立的用戶尋址與路由功能;能力管理則主要提供應用能力的登記、業務觸發控制等功能。

4）網絡協議適配模塊：解析服務總線模塊提供參數信息,進行協議的轉化完成SIP message的SIP信息格式,通過SIP與IMS核心網進行交互。在屏蔽整個IMS內部網絡細節前提下,提供REST風格接口的接入并轉換成SIP。

 4 智能電網業務能力開放應用

4.1 開發者接入以及業務能力使用分析

基于IMS的智能電網能力開放開發者的注冊流程為：開發者在管理門戶申請,注冊成為開發者;開發者管理模塊將注冊信息配置到REST TOP;管理員審批申請;REST TOP保存開發者信息;REST TOP反饋給開發者管理注冊成功;開發者管理門戶返回開發者申請通過審批。

開發者在管理門戶訂購授權數據,并由管理人員配置到REST TOP。REST TOP對應用請進行校驗處理,授權;提供開發者使用的業務能力;管理門戶與開發者之間簽約的SLA。

開發者簽約能力流程描述如下：開發者在管理門戶訂購能力;管理門戶寫入REST TOP;管理員審批申請;REST TOP保存;REST TOP返回訂購成功;門戶返回開發者簽約成功。

開發者的開發發布流程：開發者登錄進入門戶;開發者下載開發包及離線處理程序;開發者申請APP ID;門戶申請分配APP ID;管理員登錄REST TOP,檢查申請,并審批通過;REST TOP保存開發者APP_ID;REST TOP反饋給門戶告知APPID分配成功;門戶通知開發者所分配的APP ID;開發者開發APP;開發者進行離線APP測試;開發者上傳應用,請求審批;門戶進行應用測試及審批;門戶通知開發者測試完成;開發者向門戶提交商用數據;門戶將上線數據信息配