下一代網(wǎng)絡的基本原則、功能結(jié)構和實現(xiàn)

2007/05/08

• 層數(shù)可能不是七;



• 單個層的功能可能與開放系統(tǒng)互連的基本參考模型不符;



• 開放系統(tǒng)互連的基本參考模型中某些規(guī)定的或禁止的條件/定義可能不適用;



• 所涉及的協(xié)議可以不是開放系統(tǒng)互連協(xié)議（典型的例子是IP）;



• 開放系統(tǒng)互連的基本參考模型的一致性要求可能不適用。

圖1 ITU-T Y.2011提出的功能模型

　　按照這種思路，ITU-T Y.2011接著考慮系統(tǒng)實現(xiàn)的功能，提出了一個高級模型，如圖1所示。該模型顯示了基于系統(tǒng)開發(fā)的目的功能是如何分組的。圖1所示的功能塊可以進一步劃分為子組，以利于方便地進行分組和對分布式系統(tǒng)的描繪。

　　3.下一代網(wǎng)絡的結(jié)構

　　本節(jié)介紹下一代網(wǎng)絡重點工作組在ITU-T指導下討論過的下一代網(wǎng)絡結(jié)構的情況。需要指出的是，最后的描述可能會依據(jù)進一步討論的結(jié)論有所變動。

　　下一代網(wǎng)絡的服務將包括兩個方面：基于會話的服務和非基于會話的服務。前者的例子諸如IP電話、電視會議和電視聊天，后者業(yè)務有媒體流和廣播等。此外，下一代網(wǎng)絡支持公用交換電話網(wǎng)/綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(PSTN/ISDN)替代物（ITU-T的術語即PSTN/ISTN的仿真）。

圖2 下一代網(wǎng)絡結(jié)構示意圖

　　圖2展示了下一代網(wǎng)絡結(jié)構。根據(jù)Y.2011建議書，下一代網(wǎng)絡的功能分為服務層和傳輸層。終端用戶功能由用戶-網(wǎng)絡接口（UNI）接到下一代網(wǎng)絡，而其他網(wǎng)絡則通過網(wǎng)絡—網(wǎng)絡接口（NNI）互相連接。

　　3.1 傳輸層功能

　　傳輸層功能為下一代網(wǎng)絡內(nèi)所有成分和物理上分開的功能提供連接。IP是下一代網(wǎng)絡最有前景的傳輸技術。因此，傳輸層將為下一代網(wǎng)絡外的末端用戶設備和通常駐留在網(wǎng)絡內(nèi)服務器上的控制器和啟動器提供連接。傳輸層還負責提供端對端的服務質(zhì)量控制。端對端的服務質(zhì)量是人們所期望的下一代網(wǎng)絡應具有的特性之一。

　　傳輸層分成接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩個部分，并由一種連接功能連接起來。

　�。�1）接入功能

　　接入功能管理末端用戶對網(wǎng)絡的接入。它涉及的接入技術有寬帶碼分多址（W-CDMA）和數(shù)字用戶線（xDSL）等。接入網(wǎng)包括相關的電纜接入、數(shù)字用戶線技術、無線技術、以太網(wǎng)技術和光學接入的功能。

　�。�2）接入傳輸功能

　　接入傳輸功能負責將信息通過接入網(wǎng)進行傳輸。它還提供直接處理用戶業(yè)務，包括緩沖管理、排隊和調(diào)度、包過濾、業(yè)務分級、標注、監(jiān)控和整形的服務質(zhì)量控制機制。

　�。�3）邊緣功能

　　當接入業(yè)務并入核心網(wǎng)時，邊緣功能負責進行業(yè)務處理。

　�。�4）核心傳輸功能

　　核心傳輸功能負責確保通過核心網(wǎng)的信息傳輸順利進行。根據(jù)與傳輸控制功能的相互作用，它提供鑒別網(wǎng)內(nèi)傳輸質(zhì)量的方法。它還提供直接處理用戶業(yè)務，包括緩沖管理、排隊和調(diào)度、包的過濾、業(yè)務分級、標注、監(jiān)控和整形、門控制和防火墻的服務質(zhì)量機制。

　�。�5）網(wǎng)絡接觸控制功能

　　網(wǎng)絡接觸控制功能執(zhí)行接入級的登錄以及進入下一代網(wǎng)絡服務的末端用戶功能的啟動。它提供網(wǎng)絡級的識別/認證，管理接入網(wǎng)的IP地址空間和確認接入會話，還向末端用戶發(fā)布下一代網(wǎng)絡服務和應用功能的接觸點。也即，網(wǎng)絡接觸控制功能協(xié)助末端用戶設備進行登錄和啟動使用下一代網(wǎng)絡。

　　（6）資源與準入控制功能

　　資源與準入控制功能提供準入控制和門控制功能，包括對網(wǎng)址、端口編譯（NAPTs）和不同服務場地碼點（DSCPs）的控制。準入控制通過網(wǎng)絡接觸控制功能來進一步核驗用戶身份。核驗資源的可用性是指準入控制功能驗證一個資源（如帶寬）申請的合理性，在檢查了已經(jīng)分配或占用的資源后，決定是否在剩余資源中批準配給。

　　資源與準入控制功能與傳輸功能相互作用來控制傳輸層內(nèi)的功能，包括：包過濾、業(yè)務分級、標注和監(jiān)控，帶寬保留和指配、網(wǎng)址和端口編譯、IP地址的反欺騙、網(wǎng)址和端口編譯/防火墻的通過和使用計量。

　�。�7）傳輸用戶身份功能

　　傳輸用戶身份功能塊將傳輸層內(nèi)的用戶和其他控制數(shù)據(jù)編譯成單一的“用戶身份”。該功能可以規(guī)定為駐留在下一代網(wǎng)絡內(nèi)任何部分的一組功能性合作數(shù)據(jù)庫并加以實現(xiàn)。

　�。�8）網(wǎng)間連接功能

　　網(wǎng)間連接功能提供與其他網(wǎng)絡的互聯(lián)能力，包括許多現(xiàn)存的網(wǎng)絡，如基于公用交換電話網(wǎng)/綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)的網(wǎng)絡。為其他網(wǎng)絡設置的網(wǎng)絡-網(wǎng)絡接口，用在控制與傳輸級兩者中，包括邊界處的網(wǎng)間連接。控制和傳輸級間的交互可以直接進行，或通過傳輸控制功能進行。

　�。�9）媒體處理功能

　　該系列的媒體資源處理功能為提供生成單音信號、譯碼和會議橋接類的服務進行媒體資源處理。

　　3.2 服務層功能

　　服務層功能提供基于會話的和非會話的服務，包括現(xiàn)況信息的描繪，即時消息交換的消息方法等。服務層功能還提供與現(xiàn)有的公用交換電話網(wǎng)/綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)服務和能力相關的全部網(wǎng)絡功能，以及與遺留雇主設備的接口。

　�。�1）服務和控制功能

　　它包括在服務級上的會話控制功能、登錄功能、確認和批準功能，控制媒體源（專門資源）的功能。

　　（2）服務用戶身份功能

　　該功能將服務層內(nèi)的用戶和其他控制數(shù)據(jù)編譯成單一的“用戶身份”。該功能可以規(guī)定為駐留在下一代網(wǎng)絡內(nèi)任何部分的一組功能性合作數(shù)據(jù)庫，并加以實現(xiàn)。

　�。�3）應用功能

　　下一代網(wǎng)絡支持開放的應用接口，可使第三方服務供應商為用戶提供增強的服務。全部應用功能（委托的和非委托的）和服務供應商，通過服務層內(nèi)的服務或網(wǎng)間連接器，接入下一代網(wǎng)絡資源。

　　3.3 管理功能

　　管理功能可以分布式地位于每個功能實體（FE）內(nèi)，與網(wǎng)絡要素（NE）管理、網(wǎng)絡管理和服務管理功能實體相交互。

　　管理功能包括計費和開單功能，給NGN運營商提供資源利用率數(shù)據(jù)以使他們能準確地給用戶開計費單。記費和開單功能支持離線記賬的數(shù)據(jù)收集和近實時的在線記賬類的數(shù)據(jù)收集。

　　3.4 末端用戶功能

　　對末端用戶的接口有物理接口和功能接口兩種方式，如圖2所示。下一代網(wǎng)絡對所有類型的雇主設備都支持，包括遺留下來的單線電話和復雜的集團網(wǎng)絡。末端用戶設備可以是移動的，也可以是固定的。

　　4. NGN的IP多媒體子系統(tǒng)

　　4.1 IP多媒體子系統(tǒng)概述

　　IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)是一組核心網(wǎng)絡功能實體和接口，主要由網(wǎng)絡服務供應商向用戶提供基于會話啟動協(xié)議（SIP）的服務組成。會話啟動協(xié)議是由互聯(lián)網(wǎng)工程特遣隊（IETF）制定的[4]。盡管在IP多媒體子系統(tǒng)與基礎傳輸功能之間有某些鏈路，而且這些鏈路是可以由接入體現(xiàn)的，但IP多媒體子系統(tǒng)大部分是獨立于接入網(wǎng)技術的。IP多媒體子系統(tǒng)是在互聯(lián)網(wǎng)工程特遣隊協(xié)議上建立的，它以特殊的形態(tài)和增強的性能，提供完備、強健的多媒體系統(tǒng)。

　　除了性能增強和運行形態(tài)之外，IP多媒體子系統(tǒng)需要一組垂直的接口來提供如下的能力:

• 會計、安全、登錄資料、服務控制等應用服務的公共接口，對服務構成模塊的公共接口;



• 協(xié)調(diào)的和增強的服務質(zhì)量;



• 在運營商控制下，基于會話的媒體啟用;



• 在服務、會話、和傳輸層中相關的會計和計費。

　　圖4 IP多媒體子系統(tǒng)功能實體和參考點

　　應用服務器（AS）

　　AS提供對IP多媒體子系統(tǒng)服務的控制。應用服務器可直接與一個服務呼叫會話控制功能（S-CSCF）連接，或為ISC參考點上的第三方基本應用，通過開放服務結(jié)構（OSA）連接器進行連接。ISC接口是基于會話啟動協(xié)議的，因此，會話啟動協(xié)議消息可以在此接口上轉(zhuǎn)發(fā)給服務呼叫會話控制功能，或進行反向轉(zhuǎn)發(fā)。應用服務器可以與母網(wǎng)用戶服務器(HSS)在Sh接口上交互來獲得用戶身份信息。應用服務器用于支持各種電話類的服務，如呼叫轉(zhuǎn)移和號碼翻譯，并且可以支持現(xiàn)況、會議控制和在線計費之類的服務。

　　開啟連接控制功能（BGCF）

　　BGCF接收由服務呼叫會話控制功能或另一個開啟連接控制功能轉(zhuǎn)發(fā)來的會話請求，并選擇一個即將在網(wǎng)內(nèi)開啟公用交換電話網(wǎng)的網(wǎng)絡。它可在其他網(wǎng)絡中選擇一個本地媒體連接控制功能，或同層的開啟連接控制功能。這種在其他網(wǎng)中選擇一個開啟連接控制功能的能力，能優(yōu)化被訪網(wǎng)到公用交換電話網(wǎng)的路由，這是運營商所希望和支持的。

　　呼叫會話控制功能（CSCTs）

　　CSCTs負責IP多媒體子系統(tǒng)的會話控制。它與其他網(wǎng)絡要素相協(xié)調(diào)來控制會話的特性、路由和資源分配。在IP多媒體子系統(tǒng)結(jié)構中有三種不同類型的呼叫會話控制功能:

• 服務呼叫會話控制功能（S-CSCF）——它是始發(fā)或收受會話的用戶設備主要的母網(wǎng)會話控制點。



• 詢問呼叫會話控制功能（I-CSCF）——它是從其他網(wǎng)絡到用戶設備所在的母網(wǎng)的接觸點。



• 代理呼叫會話功能控制（P-CSCF）——它是從用戶設備到IP多媒體子系統(tǒng)的接觸點。

　　母網(wǎng)用戶服務器（HSS）

　　HSS包含一個IP多媒體子系統(tǒng)注冊數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫含有與注冊有關的信息。這些信息支持網(wǎng)絡實體處理呼叫或會話。它支持IP多媒體子系統(tǒng)系統(tǒng)級的確認和批準，并掌握IP多媒體子系統(tǒng)用戶的身份。它還有儲存當前指定的服務呼叫會話控制的功能。

　　母網(wǎng)可包含一個或幾個母網(wǎng)用戶服務器，其數(shù)量取決于用戶數(shù)、設備容量和網(wǎng)絡的組織。

　　媒體連接控制功能(MGCF)

　　MGCF支持IP多媒體子系統(tǒng)與公用交換電話網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)，還支持會話啟動協(xié)議對ISUP的協(xié)議轉(zhuǎn)換并控制承載級轉(zhuǎn)換的媒體連接。

　　媒體連接器(MGW)

　　MGW在媒體連接控制功能的控制下，支持IP多媒體子系統(tǒng)與公用交換電話網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)。它終止電路交換網(wǎng)絡的承載信道和包交換網(wǎng)絡的媒體流，并完成媒體轉(zhuǎn)換功能如代碼轉(zhuǎn)換。此外，它支持雙音多頻的檢測和生成。

　　媒體資源功能控制器（MRFC）

　　MRFC控制媒體資源功能處理器的媒體流資源。它從一個應用服務器或會話啟動協(xié)議的端點，解譯信息并控制媒體資源功能處理器，來支持媒體服務。它可以與一個應用服務器放在一起，來提供專門的應用服務器服務。

　　媒體資源功能處理器

　　它在媒體資源功能控制器的控制下，提供資源，進行媒體處理。它支持媒體流的混合、單音和鈴聲的生成、代碼轉(zhuǎn)換、媒體分析及其他功能。

　　注冊定位器功能（SLF）

　　SLF起著分布式母網(wǎng)用戶服務器系統(tǒng)前端的作用。它可以在登錄和會話建立過程中，被詢問呼叫會話控制功能詢問，以得到包含所需用戶專門資料的母網(wǎng)用戶服務器的名字。它還可以在登錄過程中，被服務呼叫會話控制功能詢問，或被與Sh接口毗鄰的應用服務器詢問。

　　在單個母網(wǎng)用戶服務器環(huán)境或其他一定的母網(wǎng)用戶服務器環(huán)境中，如：一個地段服務器環(huán)境中，注冊定位器功能是不需要的。當配置一個應用服務器并操作它來使用一個預先設定的母網(wǎng)用戶服務器時，也不需要注冊定位器功能。

　　用戶設備（UE）

　　UE代表各式各樣用戶終端設備的功能。在接入網(wǎng)內(nèi)，它支持該網(wǎng)的特定功能。此外，它支持IP多媒體子系統(tǒng)委托方的用戶代理能力，支持IP多媒體子系統(tǒng)為登錄、邀請等定義的會話啟動協(xié)議。

　　4.3 IP多媒體子系統(tǒng)對會話啟動協(xié)議和會話描述協(xié)議的使用

　　IP多媒體子系統(tǒng)使用一種特定的會話啟動協(xié)議方式。它針對電信運營商的特殊需要，來確定碼頭和參數(shù)的擴展。下面給出一些特殊參數(shù)的例子:

• 新的確認參數(shù)，該參數(shù)是為Web確認碼頭定義的，用于登錄過程中讓完整鑰和密鑰通過，以便在用戶設備和代理呼叫會話控制功能之間建立完整性保護關系。
  
  
• 新的標記參數(shù)，該參數(shù)用于承載會話啟動協(xié)議碼頭內(nèi)的加密/去密字符串，以實現(xiàn)詢問呼叫會話控制功能的隱藏拓撲聯(lián)網(wǎng)連接功能。
  
  
• 新的icn-計費信息參數(shù)，該參數(shù)是為P-計費矢量碼頭定義的，用于收入IP連接性網(wǎng)絡計費信息。
  
  
• 新的用于P-接入網(wǎng)信息的參數(shù)，它提供服務于用戶設備的接入網(wǎng)上的信息。

　　IP多媒體子系統(tǒng)結(jié)構已經(jīng)引入了幾種私人碼頭（P-碼頭）到互聯(lián)網(wǎng)工程特遣隊協(xié)議中，以滿足電話需要。P-碼頭可選擇性地擴展到會話啟動協(xié)議中:

　　P-認定識別

　　它可使網(wǎng)絡(如一個代理呼叫會話控制功能)認定一個主叫用戶的公共用戶ID。

　　P-被叫方ID

　　它使收受用戶設備學習觸發(fā)呼叫的撥號公共用戶ID。

　　P-接入網(wǎng)信息

　　它使用戶設備提供其正在使用的有關接入網(wǎng)的信息（如一個蜂窩網(wǎng)的ID）。

　　P-被訪網(wǎng)ID

　　它使母網(wǎng)通過登錄來發(fā)現(xiàn)用戶所用的其他網(wǎng)的ID。

　　P-關聯(lián)統(tǒng)一資源鑒別器

　　它使母網(wǎng)（如一個服務呼叫會話控制功能）將一組與登錄狀態(tài)下的公共用戶ID相關聯(lián)的統(tǒng)一資源鑒別器(URI)復原。

　　P-計費功能地址

　　它分配計費功能實體的地址。

　　P-計費矢量

　　它使計費相關信息共享。

　　多媒體子系統(tǒng)結(jié)構對于使用會話描述協(xié)議還有某些特定的限制。它取消了會話描述協(xié)議加載的加密措施。對于一個初始的邀請，IP多媒體子系統(tǒng)要求會話描述協(xié)議加載，以便收入終端能力和按照優(yōu)先級次序排列的編解碼。對于視頻和音頻媒體類型，每一種媒體流的建議帶寬將包含在會話描述協(xié)議加載中。

　　5.多媒體子系統(tǒng)在下一代網(wǎng)絡應用中所需增強的部分

　　多媒體子系統(tǒng)的規(guī)范是為使用接入網(wǎng)而開發(fā)的，并且是基于對接入網(wǎng)的一定假設作出的。不同類型接入網(wǎng)的內(nèi)在差別，在多媒體子系統(tǒng)規(guī)范上有具體表現(xiàn)。

• 為支持基于xDSL的接入網(wǎng)，IP多媒體子系統(tǒng)可能還需要與IP連接性接入網(wǎng)的網(wǎng)絡接觸功能進行連接，以便接入地點信息。在基本的IP多媒體子系統(tǒng)的規(guī)范中不存在等效的接口。
  
  
• 必須考慮支持IPv4，這需要支持網(wǎng)址與端口編譯功能。這樣做至少有兩個理由：一是某些運營商必須面對IPv4地址的短缺問題；二是媒體流IP地址的保密性不能依賴RFC 3041(IPv6無籍地址自動配置的保密性延伸)。網(wǎng)址與端口編譯功能提供了隱藏終端地址的不同方案。
  
  
• 對網(wǎng)址與端口編譯功能的支持已包含在下一代網(wǎng)絡功能結(jié)構中。在IP多媒體子系統(tǒng)的規(guī)范中有必要延伸包含網(wǎng)址與端口編譯配置的有關工作。
  
  
• 放松對帶寬不足的限制，可以導致人們考慮對當前被視為強制性要求（如會話啟動協(xié)議的壓縮）的某些特性進行選擇性支持。
  
  
• 位置管理的差別，將影響攜帶以信令接口和計費接口所表示的位置信息的各個協(xié)議。
  
  
• 對于xDSL接入網(wǎng)，當資源保留程序必須在末端用戶的終端幫助下由一個網(wǎng)絡實體（即在基于會話啟動協(xié)議服務的情況下代理呼叫會話控制功能）啟動時，接入網(wǎng)中資源保留程序的差別將要求其都變?yōu)镮P多媒體子系統(tǒng)資源批準和保留程序。

　　上述的擴展正在由各個標準化實體進行檢驗，以便支持IP多媒體子系統(tǒng)在下一代網(wǎng)絡中的使用。對IP多媒體子系統(tǒng)結(jié)構的必要修改，專家希望用修改第三代伙伴計劃和第三代伙伴計劃2的IP多媒體子系統(tǒng)的基本標準來完成，并作為未來發(fā)布文件的一部分。

　　6. 結(jié)論

　　本文介紹了ITU-T建議書中的下一代網(wǎng)絡的一般原則和參考模型，考察了功能結(jié)構的一些最新概念。IP多媒體子系統(tǒng)結(jié)構及其標準化的功能實體和接口將被用于下一代網(wǎng)絡，以支持由網(wǎng)絡運營商所提供的基于會話啟動協(xié)議的服務。（譯自IEEE Commun Mag, Oct 2005, Vol 43, No 10, pp 49—56）

　　參考文獻

　　[1] ITU-T Rec. Y.2001, “General Overview of NGN”

　　[2] ITU-T Rec. Y.2001, “General Principles and General Reference Model for Next Generation Network”

　　[3] ITU-T Rec.X200,”Information Technology—Open systems Interconnection— Basic Reference Model: The Basic model,:1994.

　　[4] IETF RFC 3261, “SIP Session Initiation Protocol”.

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