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下一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)問題的研究

趙慧玲 單秀云 2002/11/19

1.引言

  隨著網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的演變和寬帶技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向下一代網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)勢(shì)不可擋。下一代網(wǎng)絡(luò)將具有更廣闊的業(yè)務(wù)范圍。其主要目標(biāo)是:支持實(shí)時(shí)的多媒體業(yè)務(wù),縮減服務(wù)投向市場(chǎng)的時(shí)間,支持多種接入方式和多種接入終端,支持移動(dòng)性,確保現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)以及具有經(jīng)濟(jì)、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

  目前,許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織均積極參與研究下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù),特別是ITU-T SG13研究組,牽頭立項(xiàng)NGN 2004 Project來研究NGN相關(guān)技術(shù)。2002年 11 月在日內(nèi)瓦召開的2001-2004研究期 會(huì)議上,下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)又成為會(huì)議討論的熱點(diǎn),與會(huì)期間不但組織了NGN的專題研討會(huì),還與特別研究組(SSG)召開了聯(lián)合研討會(huì),取得了多項(xiàng)研究成果,包括分析了NGN的特點(diǎn),提出了NGN的功能模型,分析了NGN對(duì)移動(dòng)性的要求,以及分析了NGN需要研究和解決的問題。

2.下一代網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

  下一代網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)很廣義的范疇,旨在改革現(xiàn)有電信網(wǎng)和信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施,以支持更廣泛的業(yè)務(wù),其特點(diǎn)是:

·基于分組傳輸平

·呼叫控制與承載相分離;

·支持各種業(yè)務(wù);

·可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)互通;

·支持移動(dòng)性

3.NGN的功能模型

  下一代網(wǎng)絡(luò)功能模型如圖1所示,包含四個(gè)層面,每個(gè)層面又可包含子層或其它部分。不同平面之間可以互相通信,具體如下:

-應(yīng)用平面:由應(yīng)用和中間件兩部分組成。其中中間件是GII定義的一些通用軟件。典型的中間件組件如鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)、目錄、安全、瀏覽、查找、導(dǎo)航、格式轉(zhuǎn)換等。應(yīng)用平面不僅向大眾用戶提供服務(wù),還向運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)和業(yè)務(wù)提供者提供服務(wù)支撐。

-網(wǎng)絡(luò)控制平面:提供端到端的呼叫/會(huì)話控制,對(duì)底層自動(dòng)交換傳送網(wǎng)絡(luò)(ASTN)的控制以及信令處理功能。

-傳輸平面:包含網(wǎng)絡(luò)的下三層功能,第一層的交換和傳輸,二層的轉(zhuǎn)接和交換以及三層的交換和/或路由功能(可選)。

-管理平面:提供遠(yuǎn)程和本地管理能力。

  此外,NGN體系還需具備與現(xiàn)有的電路交換網(wǎng)互通的互通功能(IWF)。


圖1 NGN功能模型

4.NGN網(wǎng)絡(luò)需要分析和解決的問題

4.1 NGN通用框架模型

  研究NGN通用體系原則,以體現(xiàn)NGN中控制功能與資源、業(yè)務(wù)和傳送等分離的特性。研究NGN網(wǎng)絡(luò)功能體系模型,該模型將提供如何應(yīng)用功能性方法定義NGN功能體系的準(zhǔn)則。

4.2 NGN網(wǎng)絡(luò)功能體系和協(xié)議

  重點(diǎn)考慮使用通用的參考模型來標(biāo)識(shí)運(yùn)營(yíng)商內(nèi)或運(yùn)營(yíng)商間支持NGN所需要的通信流程;定義與傳統(tǒng)終端所需要的互通功能;定義BICC協(xié)議用于中繼層面;確定跨越異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)如何支持端到端業(yè)務(wù)、呼叫控制和用戶移動(dòng)性;規(guī)定NGN終端中有關(guān)軟件升級(jí)機(jī)制、冗余和版本協(xié)商和管理的功能要求等。

4.3 服務(wù)質(zhì)量問題

  QoS是一個(gè)端到端的問題,主要研究不同端系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)端到端QoS的協(xié)商,定義上層協(xié)議控制低層的QoS參數(shù),以及傳送平面和接入平面的QoS保證措施。其中控制層面對(duì)低層的QoS控制又得從兩個(gè)層面來實(shí)現(xiàn):一是通過上下平面之間的“垂直”協(xié)議將上下層之間的QoS機(jī)制聯(lián)系起來,另外就是在“水平”層面實(shí)現(xiàn)不同域或網(wǎng)絡(luò)之間的QoS控制和協(xié)商。總體來說,研究的內(nèi)容主要包括:

·端到端電話業(yè)務(wù)的QoS等級(jí);

·端到端多媒體業(yè)務(wù)的QoS等級(jí),定義其框架,研究QoS注冊(cè)方法;

·如何使用網(wǎng)絡(luò)低層的QOS機(jī)制獲得高層QOS對(duì)低層QoS機(jī)制的研究;

·研究運(yùn)營(yíng)商間網(wǎng)絡(luò)低層QOS控制機(jī)制;

·研究QOS的端用戶規(guī)則。

4.4 業(yè)務(wù)平面

  NGN很重要的一個(gè)方面就是將業(yè)務(wù)控制和底層網(wǎng)絡(luò)分離,要實(shí)現(xiàn)此目標(biāo),需要業(yè)務(wù)平面向三方業(yè)務(wù)提供商提供開放的接口,如Parlay API和/或代理服務(wù)器,此外,業(yè)務(wù)必須能夠支持位置移動(dòng)性,即當(dāng)用戶漫游到其它網(wǎng)絡(luò)時(shí)仍然可以享受服務(wù)。具體研究?jī)?nèi)容包括:

·定義業(yè)務(wù)控制體系結(jié)構(gòu);

·研究如何實(shí)現(xiàn)漫游時(shí)的業(yè)務(wù)使用,以及不同網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)互聯(lián)。

·研究如何實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)業(yè)務(wù)的定制和管理;

·用戶移動(dòng)性對(duì)業(yè)務(wù)平面的影響。

4.5 網(wǎng)絡(luò)管理

  由于NGN網(wǎng)絡(luò)由固定網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)、IP網(wǎng)和接入網(wǎng)等組成,這導(dǎo)致了對(duì)這樣網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性,因此應(yīng)研究完善和增強(qiáng)核心網(wǎng)絡(luò)管理的體系;定義適用于NGN要求(故障管理、性能管理、客戶管理、計(jì)費(fèi)/帳務(wù)管理、業(yè)務(wù)量和路由管理等)的基本網(wǎng)絡(luò)管理業(yè)務(wù)和接口;應(yīng)用新的網(wǎng)絡(luò)管理體系概念和新的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù),例如TML等。

4.6 安全

  在NGN網(wǎng)絡(luò)中,網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)體系、QoS、網(wǎng)絡(luò)管理、移動(dòng)性、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)和帳務(wù)系統(tǒng),因此有必要 開發(fā)NGN的安全性體系和安全性導(dǎo)則, 以及開發(fā)NGN所需的安全性協(xié)議和API接口。

4.7 廣泛移動(dòng)性(Generalized mobility)

  廣泛移動(dòng)性是指當(dāng)用戶采用不同的接入技術(shù)時(shí)將作為一單個(gè)客戶來處理,允許用戶跨越現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)邊界使用和管理他們的業(yè)務(wù)。對(duì)用戶的移動(dòng)性要求包括: 用戶有能力改變接入點(diǎn)或終端,并作為mobile/nomadic用戶;用戶可以應(yīng)用各種接入技術(shù)從任何網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)接入到網(wǎng)絡(luò);用戶可以得到連續(xù)性的服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用,這些業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可以由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、業(yè)務(wù)提供商或第三方提供。對(duì)于移動(dòng)性應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)能力以支持個(gè)人的移動(dòng)性、終端的移動(dòng)性以及他們的組合。為了支持上述要求,ITU在NGN的研究中,應(yīng)充分考慮業(yè)務(wù)的需求,要求網(wǎng)絡(luò)具有識(shí)別(Identification )和認(rèn)證( authentication機(jī)制、接入控制和授權(quán)(Authorization)功能、位置(Location )管理、支持終端或會(huì)晤(session)的IP地址分配和管理功能、支持用戶VHE管理功能、支持用戶管理功能等。

5.NGN網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性問題研究

  現(xiàn)今的網(wǎng)絡(luò),不論是移動(dòng)網(wǎng)還是固定網(wǎng)均在向基于IP的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn),以支持多媒體業(yè)務(wù)。隨著網(wǎng)絡(luò)能力的提高,用戶可享受的服務(wù)越來越多,一種發(fā)展趨勢(shì)是不論通過何種技術(shù)手段訪問網(wǎng)絡(luò)的用戶均應(yīng)得到相同的服務(wù),這種情況在固定接入網(wǎng)中屢見不鮮,如XDSL,有線電纜接入等。然而,就目前看來,網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶仍然區(qū)分對(duì)待,不同用戶使用不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體系并且不能互通,這對(duì)于希望以最便捷方式在不同接入技術(shù)的網(wǎng)間移動(dòng)的用戶來說是個(gè)嚴(yán)重缺陷。未來服務(wù)提供的關(guān)鍵一步就是為用戶提供穩(wěn)定可靠的服務(wù),即當(dāng)用戶使用不同的接入技術(shù)時(shí)被作為同一個(gè)實(shí)體對(duì)待,使他們可以跨越當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)界限始終如一地享用所需服務(wù)。

  目前,用戶可以在結(jié)構(gòu)相同的公共無線接入網(wǎng)中漫游,而在固定網(wǎng)中漫游則受到很大限制,移動(dòng)性只適用于同類網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要未來能實(shí)現(xiàn)用戶在不同的固定接入網(wǎng)和公共無線接入網(wǎng)間的移動(dòng)(例如從UMTS到WLAN),并且可獲得相同的服務(wù),要實(shí)現(xiàn)此目標(biāo),需要實(shí)現(xiàn)各種接入手段的互操作性以及核心網(wǎng)互操作性,現(xiàn)在已有一些關(guān)于具體的互操作性的文章,例如 WLAN_--UMTS,但還沒有全球化。

1)各種接入手段的互操作

  未來網(wǎng)絡(luò)要想提供自由廣闊的服務(wù)環(huán)境,關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)各種接入技術(shù)的協(xié)調(diào)共存,解決各種不同技術(shù)之間的互聯(lián)以獲得互操作性,以及在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)集成。目前,主要考慮的接入系統(tǒng)包括以下幾種:

·各種公共蜂窩系統(tǒng),如W-CDMA,CDMA-2000,GPRS等。

·與移動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接的固定接入網(wǎng),包括XDSL,有線電纜,各種窄帶接入以及WLAN等。

·數(shù)字音訊廣播(DAB)

  以上各個(gè)系統(tǒng)使用的接入技術(shù)和帶寬能力均不相同,因此不可能期望某個(gè)多媒體終端同時(shí)支持各種接入,但用戶可通過多種終端訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù),要實(shí)現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境下的移動(dòng)性除了支持用戶移動(dòng)性外,還應(yīng)支持業(yè)務(wù)的移動(dòng)性。一般來說,用戶對(duì)移動(dòng)性的要求包括:

·用戶可改變接入點(diǎn)或終端,不過此功能僅適用于有移動(dòng)或漫游權(quán)利的用戶。

·用戶可從任一節(jié)點(diǎn)訪問網(wǎng)絡(luò),這需要網(wǎng)絡(luò)具備一定的認(rèn)證能力。

·用戶可得到始終如一的服務(wù),不過可能受限于用戶當(dāng)前所在位置,因此需要網(wǎng)絡(luò)提供者和業(yè)務(wù)提供商之間的配合。

·網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)甚至第三方的業(yè)務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)知道用戶是否可用和可達(dá)。

2)服務(wù)水平

下面列出了移動(dòng)性應(yīng)考慮的幾種服務(wù)水平:

·個(gè)人和終端的移動(dòng)性:

  個(gè)人移動(dòng)性是指用戶可改變其終端;而終端移動(dòng)性是指用戶與他的終端一起移動(dòng)。所謂用戶改變其網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn),就是說在個(gè)人移動(dòng)性中,用戶改變位置或終端或接入技術(shù),在終端移動(dòng)性中,用戶改變位置或接入技術(shù),但保持同樣的終端。

·游動(dòng)(Nomadism)

  游動(dòng)給用戶隨其移動(dòng)可改變網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn),當(dāng)接入點(diǎn)發(fā)生變化時(shí),用戶的會(huì)話會(huì)中斷,之后再重新建立。

·移動(dòng)性

  移動(dòng)性即用戶可隨位置移動(dòng)而改變網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)并且不中斷當(dāng)前會(huì)話,不過在某些情況下可能有短時(shí)間的通話中斷。

·漫游性

  漫游性即用戶能夠在非歸屬網(wǎng)絡(luò)即訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

  有人可能認(rèn)為上述要求只要通過對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一些擴(kuò)展就可解決。下面舉例說明此觀點(diǎn)并不正確。例如,一個(gè)用戶通過ADSL方式接入網(wǎng)絡(luò)并鑒權(quán)通過,于是他開始進(jìn)行多媒體會(huì)話,過了一會(huì)兒,這個(gè)用戶轉(zhuǎn)換成UMTS接入并且也鑒權(quán)通過,于是又開始新的多媒體會(huì)話,由于在兩網(wǎng)中用戶信息是不同的,所以移動(dòng)性和穩(wěn)定服務(wù)就無法提供,并且兩種方式下需要不同身份、登錄和密碼的鑒權(quán),而且由于XDSL接入方式“永遠(yuǎn)在線”的特性,使得即使用戶在用UMTS方式通信,仍然占用系統(tǒng)資源,從而導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。如果可支持應(yīng)用漫游功能和多接入的單用戶信息,則可簡(jiǎn)化跨網(wǎng)接入的認(rèn)證、鑒權(quán)和仲裁等功能。

3)移動(dòng)性對(duì)NGN網(wǎng)絡(luò)的要求

  要實(shí)現(xiàn)更加透明的固定-無線寬帶通信以及跨越不同接入技術(shù)的移動(dòng)性需要對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做出重大變革,進(jìn)一步擴(kuò)展控制層的網(wǎng)絡(luò)功能,主要包括:

·認(rèn)證和鑒權(quán)機(jī)制

  從用戶的角度來看,為了避免控制機(jī)制的重復(fù),可認(rèn)為此項(xiàng)功能在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證和鑒權(quán)機(jī)制中已有定義。

·接入控制和鑒權(quán)功能

  鑒權(quán)的結(jié)果決定是否接受用戶連接請(qǐng)求,下一步便是使接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)移動(dòng)用戶,包括用戶連接的QOS水平,該水平由用戶情況和接入網(wǎng)的技術(shù)限制決定。

·位置管理

  位置管理包括網(wǎng)絡(luò)位置和地理位置的管理。

·IP地置分配和管理

  解決方法是之一是讓用戶使用固定的IP地址,這就需要有專門的移動(dòng)性管理方案來授予用戶的本地IP地址.

·用戶環(huán)境管理

  用戶環(huán)境定義為整個(gè)“接入網(wǎng)+終端”。用戶環(huán)境決定了移動(dòng)用戶獲得服務(wù)的范圍。這項(xiàng)功能的作用是把主要的用戶環(huán)境特征抽象成數(shù)據(jù),以用于為移動(dòng)用戶提供相關(guān)的服務(wù)。這項(xiàng)功能對(duì)于在不同類環(huán)境之間操作顯得很重要。因?yàn)橥惌h(huán)境對(duì)于所有用戶內(nèi)涵相同,也就不需要這樣的數(shù)據(jù)。NGN更廣闊的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使得不同類環(huán)境之間的操作愈來愈多。這項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)了虛擬歸屬環(huán)境的第一步,即確定了用戶環(huán)境的特征,使得服務(wù)與當(dāng)前用戶環(huán)境相適應(yīng)。

·用戶信息管理

  以上功能都依靠一些用戶數(shù)據(jù)——個(gè)人數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和更新便是由用戶信息管理功能來完成。

·接入用戶數(shù)據(jù)

  此項(xiàng)功能提供用戶數(shù)據(jù)的過濾,即限制某些訊問實(shí)體獲得某些用戶數(shù)據(jù),從而保證用戶數(shù)據(jù)隱私。

4)NGN移動(dòng)性方面的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

  3GPP和3GPP2著重研究IMS演進(jìn),它們所提供的移動(dòng)性管理只對(duì)它們自己的系統(tǒng)有效,要實(shí)現(xiàn)在3GPP和3GPP2之間的IMS接入,需在兩個(gè)多媒體系統(tǒng)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)互通。

  IETF正在研究移動(dòng)IP技術(shù),以實(shí)現(xiàn)路由器間的宏觀移動(dòng)性,但如何把移動(dòng)IP應(yīng)用于其它情況(如無線網(wǎng))是個(gè)值得考慮的問題。

  ITU-T中的SSG負(fù)責(zé)IMT2000 的協(xié)調(diào)和集中問題,且已開始撰寫要求。

6.結(jié)論

  本文概述 ITU-T NGN 2004 Project目前在NGN方面取得地研究成果和最新進(jìn)展情況,包括下一代網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和功能模型,下一代網(wǎng)絡(luò)需要分析和解決的問題,以及下一代網(wǎng)絡(luò)如何支持移動(dòng)性。

  NGN是一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo),在此過程中有許多尚待解決的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體制方面的問題。隨著信息技術(shù)及設(shè)備的不斷改進(jìn),用戶必將在未來的網(wǎng)絡(luò)中得到更廣泛、更高質(zhì)量的服務(wù)。

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