0 引言

智能電網(wǎng)對(duì)信息通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)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(yè)務(wù)和新的需求也促使電網(wǎng)信息通信積極發(fā)展新的技術(shù),不斷改變網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)能力提供方式,使信息通信業(yè)務(wù)能在一個(gè)融合的網(wǎng)絡(luò)中,以一種全新的架構(gòu)提供,從而保障智能電網(wǎng)的安全、高效、穩(wěn)定。在IP技術(shù)高速發(fā)展的今天,IP多媒體子系統(tǒng)（IP Multimedia Subsystem,IMS）作為新一代的核心網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù),可以有效解決語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)的融合交換,基于IMS的智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)能力開(kāi)放,在綜合考慮業(yè)務(wù)融合需求、安全可靠性、架構(gòu)體系等問(wèn)題的基礎(chǔ)上,充分滿足智能電網(wǎng)發(fā)展的需要^[1-4]。

 1 IMS交換網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與業(yè)務(wù)能力

IMS是基于分組交換網(wǎng)絡(luò)的多媒體系統(tǒng),支持各種接入方式的語(yǔ)音、視頻、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。IMS網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分為接入層、傳送層、控制層和業(yè)務(wù)層,其中,控制層負(fù)責(zé)信令交換,對(duì)業(yè)務(wù)層提供屏蔽各種底層網(wǎng)絡(luò)要求的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議^[5-6]。與傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)通信比較,IMS通信網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)是與業(yè)務(wù)相關(guān)的應(yīng)用功能和與業(yè)務(wù)無(wú)關(guān)的呼叫控制的徹底分離,無(wú)需了解底層網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜調(diào)用過(guò)程,各種獨(dú)立的業(yè)務(wù)軟件開(kāi)發(fā)只需針對(duì)IMS網(wǎng)絡(luò)提供的接口就可以直接調(diào)用所需能力,從而有效縮短業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)時(shí)間,并且滿足用戶個(gè)性化業(yè)務(wù)需求。IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 IMS網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.1 IMS architecture

IMS系統(tǒng)由分組信令（會(huì)話初始協(xié)議（Session Initiation Protocol,SIP））提供包含語(yǔ)音、視頻、圖片、文本等多媒體通信業(yè)務(wù),具有接入無(wú)關(guān)、承載控制分離、會(huì)話與業(yè)務(wù)控制分離的特點(diǎn),全局性的SIP協(xié)議貫穿業(yè)務(wù)到終端的全過(guò)程,在進(jìn)行多媒體業(yè)務(wù)開(kāi)放和多媒體業(yè)務(wù)部署時(shí),業(yè)務(wù)服務(wù)器與核心網(wǎng)網(wǎng)元之間松耦合,能夠提供標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放的接口,從而有效進(jìn)行業(yè)務(wù)和能力之間的調(diào)用和組合,同時(shí)信令協(xié)議采用基于IP的SIP協(xié)議端到端的連接,保證業(yè)務(wù)能夠在網(wǎng)絡(luò)和終端之間,或終端和終端之間的有效傳遞,無(wú)需任何協(xié)議轉(zhuǎn)換。

 2 智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)能力開(kāi)放形式

IMS網(wǎng)絡(luò)提供的業(yè)務(wù)能力可以分為基本能力及增強(qiáng)能力2種。其中,核心網(wǎng)直接提供有保障的基本能力,但核心網(wǎng)只提供基本業(yè)務(wù)的連通功能和其他網(wǎng)絡(luò)互通能力,只解決了業(yè)務(wù)融合、QoS、漫游控制等問(wèn)題及提供業(yè)務(wù)觸發(fā)管理機(jī)制。應(yīng)用服務(wù)器提供增強(qiáng)能力,可以在架構(gòu)上具有統(tǒng)一的業(yè)務(wù)服務(wù)層,提供所需的增值業(yè)務(wù)。IMS業(yè)務(wù)功能架構(gòu)如圖2所示。主要的功能實(shí)體包括AS、S-CSCF、HSS和MRFC等。

圖2 IMS業(yè)務(wù)功能架構(gòu)Fig.2 IMS business function architecture

IMS系統(tǒng)有3種業(yè)務(wù)提供方式。

1）SIP應(yīng)用服務(wù)器的業(yè)務(wù)提供方式。SIP應(yīng)用服務(wù)器通過(guò)基于SIP協(xié)議的IMS業(yè)務(wù)控制（IMS Service Control,ISC）接口與S-CSCF 直接相連,S-CSCF 以SIP 服務(wù)器的方式直接調(diào)用相關(guān)業(yè)務(wù)。由于SIP協(xié)議基于Client/Server 模式,是一種應(yīng)用層控制多媒體會(huì)話的信令,能夠完成多媒體會(huì)話的創(chuàng)建、修改和終止等控制,因此SIP應(yīng)用服務(wù)器可以提供IP電話和基于IP的多媒體會(huì)話業(yè)務(wù)。

2）智能網(wǎng)業(yè)務(wù)環(huán)境（CAMEL/INAP SE）方式的業(yè)務(wù)提供。IMS的業(yè)務(wù)交換功能實(shí)體（IP Multimedia-Service Switch Function,IM-SSF）通過(guò)ISC接口與S-CSCF相連實(shí)現(xiàn)CAMEL應(yīng)用部分（CAMEL Application Part,CAP）/智能網(wǎng)應(yīng)用協(xié)議（Intelligent Network Application Protocol,INAP）與SIP協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換,IM-SSF一側(cè)為CAP協(xié)議,另一側(cè)為SIP協(xié)議,完成系統(tǒng)相應(yīng)的轉(zhuǎn)換,繼續(xù)提供基于現(xiàn)有智能網(wǎng)業(yè)務(wù)環(huán)境的增值業(yè)務(wù)。

3）開(kāi)放業(yè)務(wù)架構(gòu)（Open Service Architecture,OSA）業(yè)務(wù)能力方式的業(yè)務(wù)提供。利用OSA提供的安全應(yīng)用程序編程接口（Application Programming Interface,API）接入IMS核心網(wǎng),OSA 業(yè)務(wù)能力服務(wù)器通過(guò)ISC接口與S-CSCF相連,實(shí)現(xiàn)OSA的API與SIP協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換,通過(guò)SIP方式執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)OSA業(yè)務(wù)。

目前,電信運(yùn)營(yíng)商大部分IMS業(yè)務(wù)都是基于SIP AS提供,并以SIP AS為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)適合電信運(yùn)營(yíng)商需求的新型開(kāi)放業(yè)務(wù)平臺(tái),而智能網(wǎng)業(yè)務(wù)環(huán)境（CAMEL/INAP SE）的業(yè)務(wù)提供模式僅提供原有的智能網(wǎng)能力,OSA是3GPP組織制定的3G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)框架,目標(biāo)是提供一種可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu),將業(yè)務(wù)部署和承載網(wǎng)絡(luò)分離,有利于多廠商互通和快速地部署新業(yè)務(wù)。在IMS網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)能力開(kāi)放,OSA應(yīng)該是較優(yōu)的方式。

OSA的API不能直接連接SIP和擴(kuò)展SIP的ISC接口,為完成不同協(xié)議之間的映射,加入了業(yè)務(wù)能力服務(wù)層,OSA 業(yè)務(wù)能力服務(wù)器提供了API與ISC接口的信令映射,OSA API通過(guò) Parlay/OSA與 IMS 系統(tǒng)相連,向用戶提供信息互聯(lián)網(wǎng)增值業(yè)務(wù)。Parlay/OSA提供OSA接口與底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的映射,對(duì)業(yè)務(wù)的調(diào)用都是通過(guò)開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)的API,因此,基于OSA業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)獨(dú)立于復(fù)雜的底層技術(shù)。在進(jìn)行業(yè)務(wù)能力開(kāi)放注冊(cè)時(shí),只需要向系統(tǒng)的OSA進(jìn)行注冊(cè),就可以安全可靠的加入新業(yè)務(wù),不會(huì)對(duì)原有的業(yè)務(wù)和應(yīng)用產(chǎn)生任何影響。

Parlay組織為不具有信息專(zhuān)業(yè)知識(shí)的IT研發(fā)人員研發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,推出了Parlay X Web Services規(guī)范,其目的是能夠快速研發(fā)出各具特色的應(yīng)用,因此,Parlay X Web Services是一組簡(jiǎn)單、抽象的功能完善的信息網(wǎng)絡(luò)能力標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件。Parlay X Web Service采用Web Service的發(fā)布、發(fā)現(xiàn)和綁定3種操作,提供各種基本的信息服務(wù),作為OSA/Parlay的代理,通過(guò)Parlay訪問(wèn)底層信息網(wǎng)絡(luò)資源,基于Web Service強(qiáng)大的業(yè)務(wù)集成能力,可以方便地將Parlay API提供的能力和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的其他業(yè)務(wù)能力有效的結(jié)合在一起。

 3 智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)能力開(kāi)放平臺(tái)架構(gòu)

智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)能力開(kāi)放平臺(tái)通過(guò)IMS系統(tǒng)提供的通信能力,開(kāi)放、管理平臺(tái),整合和開(kāi)放IMS網(wǎng)絡(luò)能力、數(shù)據(jù)能力、管理能力,將IMS網(wǎng)絡(luò)中的通信能力及資源（如消息、語(yǔ)音、視頻、會(huì)議、通信協(xié)同、用戶數(shù)據(jù)等）以能力開(kāi)放平臺(tái)的方式,整合之后開(kāi)放給智能電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部第三方,可以優(yōu)化智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)流程和提供體驗(yàn)更好的各種應(yīng)用^[7-9]。能力開(kāi)放平臺(tái)負(fù)責(zé)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(kāi)放給應(yīng)用側(cè)用。

IMS業(yè)務(wù)能力可以直接與IMS核心網(wǎng)CSCF以及IMS AS進(jìn)行對(duì)接,實(shí)現(xiàn)能力封裝和能力開(kāi)放,從而方便第三方結(jié)合實(shí)際業(yè)務(wù)需求場(chǎng)景進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)^[10-12]。其中,平臺(tái)采用SIP協(xié)議直接與IMS核心網(wǎng)對(duì)接,同時(shí)需滿足ISC標(biāo)準(zhǔn)。IMS業(yè)務(wù)能力平臺(tái)目的是為互聯(lián)網(wǎng)信息增值業(yè)務(wù)應(yīng)用提供IMS網(wǎng)絡(luò)中基礎(chǔ)的、標(biāo)準(zhǔn)的、使用簡(jiǎn)便的能力調(diào)用接口,實(shí)現(xiàn)IMS中的信息業(yè)務(wù)調(diào)用、管理、業(yè)務(wù)流程重構(gòu)。其平臺(tái)開(kāi)放架構(gòu)如圖3所示。

圖3 IMS 業(yè)務(wù)能力平臺(tái)開(kāi)放架構(gòu)Fig.3 The business capability open architecture of IMS platform

基于電力IMS網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)能力開(kāi)放平臺(tái)總體架構(gòu)采用基礎(chǔ)能力和應(yīng)用能力分離的模式。其中,基礎(chǔ)能力為各種應(yīng)用組合能力提供基礎(chǔ)的用戶、通信及應(yīng)用能力管理（業(yè)務(wù)觸發(fā)與消息分發(fā)）等功能,從而保證應(yīng)用的可擴(kuò)展性。

1）業(yè)務(wù)接入模塊：主要實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的RESTful風(fēng)格接口的接入控制,完成基于HTTPs的RESTful風(fēng)格API接入,實(shí)現(xiàn)對(duì)后端分布在不同服務(wù)器上的基礎(chǔ)控制服務(wù)模塊的負(fù)荷分擔(dān)。

2）服務(wù)總線模塊：主要實(shí)現(xiàn)路由選擇、協(xié)議代理、文本轉(zhuǎn)化、安全策略和服務(wù)級(jí)別功能。

3）管理模塊：主要實(shí)現(xiàn)用戶、通信及應(yīng)用能力管理（業(yè)務(wù)觸發(fā)與消息分發(fā)）,主要提供用戶注冊(cè)注銷(xiāo)等連接性和可用性管理,同時(shí)提供終端接入控制、接續(xù)控制等功能。接入控制需提供對(duì)SIP協(xié)議終端的接入管理,來(lái)源判斷;接續(xù)控制需提供通信對(duì)話的建立、管理、拆除,及用于支持對(duì)話建立的用戶尋址與路由功能;能力管理則主要提供應(yīng)用能力的登記、業(yè)務(wù)觸發(fā)控制等功能。

4）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議適配模塊：解析服務(wù)總線模塊提供參數(shù)信息,進(jìn)行協(xié)議的轉(zhuǎn)化完成SIP message的SIP信息格式,通過(guò)SIP與IMS核心網(wǎng)進(jìn)行交互。在屏蔽整個(gè)IMS內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)前提下,提供REST風(fēng)格接口的接入并轉(zhuǎn)換成SIP。

 4 智能電網(wǎng)業(yè)務(wù)能力開(kāi)放應(yīng)用

4.1 開(kāi)發(fā)者接入以及業(yè)務(wù)能力使用分析

基于IMS的智能電網(wǎng)能力開(kāi)放開(kāi)發(fā)者的注冊(cè)流程為：開(kāi)發(fā)者在管理門(mén)戶申請(qǐng),注冊(cè)成為開(kāi)發(fā)者;開(kāi)發(fā)者管理模塊將注冊(cè)信息配置到REST TOP;管理員審批申請(qǐng);REST TOP保存開(kāi)發(fā)者信息;REST TOP反饋給開(kāi)發(fā)者管理注冊(cè)成功;開(kāi)發(fā)者管理門(mén)戶返回開(kāi)發(fā)者申請(qǐng)通過(guò)審批。

開(kāi)發(fā)者在管理門(mén)戶訂購(gòu)授權(quán)數(shù)據(jù),并由管理人員配置到REST TOP。REST TOP對(duì)應(yīng)用請(qǐng)進(jìn)行校驗(yàn)處理,授權(quán);提供開(kāi)發(fā)者使用的業(yè)務(wù)能力;管理門(mén)戶與開(kāi)發(fā)者之間簽約的SLA。

開(kāi)發(fā)者簽約能力流程描述如下：開(kāi)發(fā)者在管理門(mén)戶訂購(gòu)能力;管理門(mén)戶寫(xiě)入REST TOP;管理員審批申請(qǐng);REST TOP保存;REST TOP返回訂購(gòu)成功;門(mén)戶返回開(kāi)發(fā)者簽約成功。

開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)發(fā)布流程：開(kāi)發(fā)者登錄進(jìn)入門(mén)戶;開(kāi)發(fā)者下載開(kāi)發(fā)包及離線處理程序;開(kāi)發(fā)者申請(qǐng)APP ID;門(mén)戶申請(qǐng)分配APP ID;管理員登錄REST TOP,檢查申請(qǐng),并審批通過(guò);REST TOP保存開(kāi)發(fā)者APP_ID;REST TOP反饋給門(mén)戶告知APPID分配成功;門(mén)戶通知開(kāi)發(fā)者所分配的APP ID;開(kāi)發(fā)者開(kāi)發(fā)APP;開(kāi)發(fā)者進(jìn)行離線APP測(cè)試;開(kāi)發(fā)者上傳應(yīng)用,請(qǐng)求審批;門(mén)戶進(jìn)行應(yīng)用測(cè)試及審批;門(mén)戶通知開(kāi)發(fā)者測(cè)試完成;開(kāi)發(fā)者向門(mén)戶提交商用數(shù)據(jù);門(mén)戶將上線數(shù)據(jù)信息配