着5G的深入建设国内的数字化转型开始进入加速发展期越来越多的企业关注和接触数字化和智能化,希望借此重塑自身商业模式,找到属于自己的转型升级之路。

其实,5G作为一项通信技术,它主要的目标在于开启“万物互联”时代。而连接,只是数字化转型的起点,毕竟连接的方式可以是很多种,例如Wi-Fi、卫星、4G、NB-IoT、lora等。

企业在建立连接的同时,更应该关注的是业务需求——自己的需求到底是什么?是为了连接而连接,还是为了需求而连接?

如果是基于需求而连接,那么,“接入无关”的IMS,就成了数字化转型成败的关键。

▉ 从电路交换到分组交换,IMS应运而生

自从上世纪60年代日本学者梅棹忠夫首次提出信息化之后,随着计算机和网络技术的快速发展,全球各国普遍接受了这一概念,并投入了大量资源予以建设,取得了一定的成果。

我国的信息化起步较晚,大约在上世纪90年代,才掀起了第一波信息化建设的高峰。

早期的国内企业信息化,重点建设对象是企业内部行政办公网络,包括内部固话网络、计算机局域网等。随着多媒体技术的兴起,视频会议、视频电话系统也逐渐流行起来,进入了不少企业单位。

从技术的角度来说,企业内部信息网络有三个明显的发展趋势:其一,从有线扩展到无线;其二,从低速发展为高速;其三,从多架构网络发展为统一融合的IP网络。

公共通信网络,也有同样的发展趋势。一方面,以电路交换为主的传统PSTN网络、2G CS移动电话网络需要进一步向前演进;另一方面,移动上网需求爆发,数据业务崛起,以3G PS、4G LTE为代表的分组交换网络出现并快速发展,最终带来了移动互联网的空前繁荣。

无论是专网通信,还是公网通信,都需要考虑电路交换向IP分组交换进行演进和融合的问题,要想办法满足跨平台多媒体业务的实现需求。

于是乎,一个全新的通信平台标准出现了,那就是——IMS

▉ IMS,究竟有什么用?

IMS,全名叫做IP Multimedia Subsystem,IP多媒体子系统。它最早在3GPP R5版本中提出,旨在为3G用户提供多媒体服务。后来,到了4G时代,它的技术标准逐渐成熟,得到各大主流运营商的广泛认可,并在全球范围内应用普及。

尤其是VoLTE业务的大规模商用与推广,让很多人认识了IMS。去年,国内运营商共同发布的5G消息(RCS)业务,再次将IMS推向了舞台中央。

IMS究竟是什么?为什么它能解决前面提到的融合通信需求?除了VoLTE和5G消息业务,它还能够给我们带来什么?

其实,IMS(IP Multimedia Subsystem)的命名本身,就已经向我们透露了一部分答案。

首先,IP,代表IMS基于IP承载,完全采用了IP技术。

IMS的核心协议是SIP(Session Initiation Protocol,会话初始协议)。这是IETF基于Internet量身定制的应用层控制协议。它独立于底层协议之上,非常开放灵活,具有很强的扩展性,特别适合多媒体通信。

其次,Multimedia(多媒体),是指IMS可以实现多媒体业务。

传统理解的多媒体业务是语音、图像、音频、视频等。IMS标准,对多媒体业务进行了更细致的划分,如下表所示:


最后,Subsystem(子系统),表明IMS是整个通信系统的一个重要组成部分,可以配合其它网络,实现功能。例如,IMS与LTE进行配合,可以实现VoLTE。IMS与5G配合,可以实现VoNR业务。IMS与即时消息配合,可以实现RCS。……

简单来说,IMS就是部署在IP网络上的“呼叫服务器”。通过它的控制协调,IP网络上的用户就可以互相进行视频电话这样的多媒体业务。

IMS的目标,是构建一个与接入无关、支持广泛多媒体业务的融合平台,为IP网络赋能,为客户需求服务。

也有人说,软交换不是也具备类似IMS的通信能力吗?

事实上,软交换远不如IMS。软交换作为程控交换向IP化过渡的产品,没有统一标准。而IMS是国际确立的下一代通信核心网标准,大家都在积极探索应用落地。不过,受制于专业要求高、投入研发代价大、时间周期长、商业模式不清晰等因素,IMS至今没有很好的应用落地解决方案。


▉ IMS的内部架构

IMS的内部架构较为复杂,网元和接口较多,业务流程也比较繁琐。

从宏观上来看,IMS体系架构采用分层设计的思想,总共分为四个层次结构,分别是业务层、控制层、传送层、接入层。

IMS网络架构图

这种分层架构,将业务应用、呼叫控制、传输承载行彻底分离,功能之间采用标准的业务开放接口,方便逐步进行部署。同时,它也实现了与接入无关,便于固网与移动网的融合。数据库进行集中存储的方式,也利于运维和管理。此外,它还能够有效支持QoS控制机制和网络安全机制。

具体网元方面,最需要关注的是CSCF(呼叫会话控制功能)网元。它是整个IMS网络的核心,支持SIP协议,处理SIP会话。

根据功能不同 ,CSCF分为三种类型:P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF。它们在组网时,物理上可以是合一的,也可以分别部署,主要取决于IMS的业务接入方式、接入点位置、业务容量和处理能力,以及用户业务具体需求等因素。

▉ IMS的垂直行业应用案例

IMS基于自身的平台能力,可以在包括能源、电力、教育、物流、金融等各行各业满足用户的定制化需求,发挥更大的商业价值。

我们以国家电网公司为例,具体看看IMS究竟是如何赋能企业数智化转型的。

国家电网的数字化转型

众所周知,国家电网是国内企业规模最大的公司之一。因为业务的需求,该公司在很早之前就建立了公司行政交换网。早期的时候,行政交换网经历了从模拟交换到数字交换。后来,为了适应打造全球一流能源互联网企业的目标,国家电网行政交换网从程控交换直接跳过NGN,向IMS演进。

2018年,国家电网全面建成覆盖总部和27家省级电力公司的IMS行政交换核心网,并逐步实现了互联互通。

如今,基于IMS技术设计的这张行政交换网,满足了企业即时通信、音视频会议、智能拨号方面的各种融合通信需求,实现了跨地区、跨部门之间的互联互通。IMS不仅提升了企业办公业务效率,还大幅降低了运维难度和成本。

对于国家电网公司来说,IMS的价值远远不止行政办公领域。公司的电网核心业务通信能力和安全生产保障能力,也在逐渐被IMS改造升级。

随着5G和全光网络的普及,像国家电网这样的工业、能源企业的通信方式正在发生变革。网络的带宽不断增加,网络的时延不断减小,使得以往在科幻片中才可以看到的数字智能生产场景变得触手可及。越来越多的电网生产数据、经营数据等实时信息,需要多媒体手段进行获取、传递和分析处理。

例如,借助AR头盔和蓝牙手表,以及AR眼镜等,可以对一线生产人员身体健康状况进行体征检测预警,对电子工单执行情况进行跟踪,进一步基于“四不两直”和“四个管住”对施工/抢修现场进行安全规范和场景识别,实现按需通信。

既可以通过实时视频和跨部门视频会议的形式,寻求后方的技术支持,也可以采集现场的影像信息,发给后方进行分析。这些技术手段,有助于安全生产管控及运检效率提升,以及故障问题的及时处理,保障电力网络运行安全。

AR头盔(鸿天科技)

再例如,借助基于IMS的调度指挥通信产品,支持应急场景下的智慧调度,支持对终端自主加密的安全认证接入,支持保密通信。在图形化管理下,便于快速构建前后方指挥通道,实现流畅沟通。

多媒体指挥调度系统(鸿天科技)

很多人可能会问,为什么国家电网要建设专网,而不是使用运营商的公网呢?

主要是因为公网采用了运营商网络的设计和建设管理经验,难以适用于国家电网专网业务和管理特性。此外,公网在安全可靠、自主可控、按需定制方面,也不如专网更能符合国家电网公司的需求。

实践证明,IMS技术作为国际普遍认可的通信技术标准,为国家电网公司“能源互联网”战略目标实现提供了有力的支撑,也为电力行业的数智化应用研究探索提供了优质的土壤。

2030碳达峰、2060碳中和,信息和通信(ICT)高度融合的网络将是国家电网实现这一目标的关键,没有标准引领多系统融合解决方案,信息孤岛、数据碎片化、网络烟囱及信息通信网络安全等问题很难解决。

对于其它各个行业来说,IMS在国家电网的应用落地具有很高的参考价值。各行业可以基于IMS和5G,打造安全可靠的专网万物互联应用场景,解决数字化转型面临的终端安全可信接入认证管控、多系统融合难、网络安全等问题。

▉ IMS的未来

基于扁平化结构的IMS网络,是固移融合的基础,也是统一协同的支撑。

全球统一的技术标准规范,国内外运营商的一致支持,都为IMS的持续发展扫清了障碍。IMS现在是世界公认的核心网主流技术标准,是现代通信网络不可或缺的组成部分。

尤其对于政企专网市场来说,IMS面对的是一个蓝海。几乎所有的企业,都对IMS有着原生的需求。IMS所赋予的多媒体能力,是企业信息化、数字化、智能化的基本出发点。没有IMS,企业的数字化转型将无从谈起。

目前,除了多媒体会话业务之外,IMS还在电信增值业务平台、应急指挥调度、企业级融合通信系统等领域进行了广泛使用,均有优异表现。

IMS厂家方面,华为中兴作为一线设备商,占有较大的市场份额。他们主要侧重5G网络及通信运营商应用服务。国外的话,诺基亚贝尔、爱立信、AT&T等公司,都在探索研究IMS的应用落地方案。

值得一提的是,国内新兴技术创新型企业,也在IMS领域开始发力。例如鸿天科技(www.hente.cn),主要提供软硬件分离企业级的轻量化、定制化、应用自主数字化班组的IMS解决方案。该企业专注IMS应用研发十余年,解决了制约应用落地多项关键技术,已经申报发明中国及美国专利50余项,2020年实现了全国首个广电700M电力5G应用落地项目案例。

鸿天IMS核心系统

未来,随着国家数字化转型的深入推进,企业专网通信市场的不断开启,相信IMS将会迎来更广阔的未来!

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文章转载自微信公众号:鲜枣课堂

作者 鲜枣课堂

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