下一代網(wǎng)絡(luò )的基本原則、功能結構和實(shí)現
2007/05/08
摘要圖1 ITU-T Y.2011提出的功能模型
按照這種思路,ITU-T Y.2011接著(zhù)考慮系統實(shí)現的功能,提出了一個(gè)高級模型,如圖1所示。該模型顯示了基于系統開(kāi)發(fā)的目的功能是如何分組的。圖1所示的功能塊可以進(jìn)一步劃分為子組,以利于方便地進(jìn)行分組和對分布式系統的描繪。
3.下一代網(wǎng)絡(luò )的結構
本節介紹下一代網(wǎng)絡(luò )重點(diǎn)工作組在ITU-T指導下討論過(guò)的下一代網(wǎng)絡(luò )結構的情況。需要指出的是,最后的描述可能會(huì )依據進(jìn)一步討論的結論有所變動(dòng)。
下一代網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)將包括兩個(gè)方面:基于會(huì )話(huà)的服務(wù)和非基于會(huì )話(huà)的服務(wù)。前者的例子諸如IP電話(huà)、電視會(huì )議和電視聊天,后者業(yè)務(wù)有媒體流和廣播等。此外,下一代網(wǎng)絡(luò )支持公用交換電話(huà)網(wǎng)/綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)(PSTN/ISDN)替代物(ITU-T的術(shù)語(yǔ)即PSTN/ISTN的仿真)。
圖2 下一代網(wǎng)絡(luò )結構示意圖
圖2展示了下一代網(wǎng)絡(luò )結構。根據Y.2011建議書(shū),下一代網(wǎng)絡(luò )的功能分為服務(wù)層和傳輸層。終端用戶(hù)功能由用戶(hù)-網(wǎng)絡(luò )接口(UNI)接到下一代網(wǎng)絡(luò ),而其他網(wǎng)絡(luò )則通過(guò)網(wǎng)絡(luò )—網(wǎng)絡(luò )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(luò )內所有成分和物理上分開(kāi)的功能提供連接。IP是下一代網(wǎng)絡(luò )最有前景的傳輸技術(shù)。因此,傳輸層將為下一代網(wǎng)絡(luò )外的末端用戶(hù)設備和通常駐留在網(wǎng)絡(luò )內服務(wù)器上的控制器和啟動(dòng)器提供連接。傳輸層還負責提供端對端的服務(wù)質(zhì)量控制。端對端的服務(wù)質(zhì)量是人們所期望的下一代網(wǎng)絡(luò )應具有的特性之一。
傳輸層分成接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩個(gè)部分,并由一種連接功能連接起來(lái)。
(1)接入功能
接入功能管理末端用戶(hù)對網(wǎng)絡(luò )的接入。它涉及的接入技術(shù)有寬帶碼分多址(W-CDMA)和數字用戶(hù)線(xiàn)(xDSL)等。接入網(wǎng)包括相關(guān)的電纜接入、數字用戶(hù)線(xiàn)技術(shù)、無(wú)線(xiàn)技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)和光學(xué)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(guò)接入網(wǎng)進(jìn)行傳輸。它還提供直接處理用戶(hù)業(yè)務(wù),包括緩沖管理、排隊和調度、包過(guò)濾、業(yè)務(wù)分級、標注、監控和整形的服務(wù)質(zhì)量控制機制。
(3)邊緣功能
當接入業(yè)務(wù)并入核心網(wǎng)時(shí),邊緣功能負責進(jìn)行業(yè)務(wù)處理。
(4)核心傳輸功能
核心傳輸功能負責確保通過(guò)核心網(wǎng)的信息傳輸順利進(jìn)行。根據與傳輸控制功能的相互作用,它提供鑒別網(wǎng)內傳輸質(zhì)量的方法。它還提供直接處理用戶(hù)業(yè)務(wù),包括緩沖管理、排隊和調度、包的過(guò)濾、業(yè)務(wù)分級、標注、監控和整形、門(mén)控制和防火墻的服務(wù)質(zhì)量機制。
(5)網(wǎng)絡(luò )接觸控制功能
網(wǎng)絡(luò )接觸控制功能執行接入級的登錄以及進(jìn)入下一代網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的末端用戶(hù)功能的啟動(dòng)。它提供網(wǎng)絡(luò )級的識別/認證,管理接入網(wǎng)的IP地址空間和確認接入會(huì )話(huà),還向末端用戶(hù)發(fā)布下一代網(wǎng)絡(luò )服務(wù)和應用功能的接觸點(diǎn)。也即,網(wǎng)絡(luò )接觸控制功能協(xié)助末端用戶(hù)設備進(jìn)行登錄和啟動(dòng)使用下一代網(wǎng)絡(luò )。
(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(mén)控制功能,包括對網(wǎng)址、端口編譯(NAPTs)和不同服務(wù)場(chǎng)地碼點(diǎn)(DSCPs)的控制。準入控制通過(guò)網(wǎng)絡(luò )接觸控制功能來(lái)進(jìn)一步核驗用戶(hù)身份。核驗資源的可用性是指準入控制功能驗證一個(gè)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(lái)控制傳輸層內的功能,包括:包過(guò)濾、業(yè)務(wù)分級、標注和監控,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(guò)和使用計量。
(7)傳輸用戶(hù)身份功能
傳輸用戶(hù)身份功能塊將傳輸層內的用戶(hù)和其他控制數據編譯成單一的“用戶(hù)身份”。該功能可以規定為駐留在下一代網(wǎng)絡(luò )內任何部分的一組功能性合作數據庫并加以實(shí)現。
(8)網(wǎng)間連接功能
網(wǎng)間連接功能提供與其他網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)能力,包括許多現存的網(wǎng)絡(luò ),如基于公用交換電話(huà)網(wǎng)/綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )。為其他網(wǎng)絡(luò )設置的網(wǎng)絡(luò )-網(wǎng)絡(luò )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(jìn)行,或通過(guò)傳輸控制功能進(jìn)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(huì )議橋接類(lèi)的服務(wù)進(jìn)行媒體資源處理。
3.2 服務(wù)層功能
服務(wù)層功能提供基于會(huì )話(huà)的和非會(huì )話(huà)的服務(wù),包括現況信息的描繪,即時(shí)消息交換的消息方法等。服務(wù)層功能還提供與現有的公用交換電話(huà)網(wǎng)/綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)服務(wù)和能力相關(guān)的全部網(wǎng)絡(luò )功能,以及與遺留雇主設備的接口。
(1)服務(wù)和控制功能
它包括在服務(wù)級上的會(huì )話(huà)控制功能、登錄功能、確認和批準功能,控制媒體源(專(zhuān)門(mén)資源)的功能。
(2)服務(wù)用戶(hù)身份功能
該功能將服務(wù)層內的用戶(hù)和其他控制數據編譯成單一的“用戶(hù)身份”。該功能可以規定為駐留在下一代網(wǎng)絡(luò )內任何部分的一組功能性合作數據庫,并加以實(shí)現。
(3)應用功能
下一代網(wǎng)絡(luò )支持開(kāi)放的應用接口,可使第三方服務(wù)供應商為用戶(hù)提供增強的服務(wù)。全部應用功能(委托的和非委托的)和服務(wù)供應商,通過(guò)服務(wù)層內的服務(wù)或網(wǎng)間連接器,接入下一代網(wǎng)絡(luò )資源。
3.3 管理功能
管理功能可以分布式地位于每個(gè)功能實(shí)體(FE)內,與網(wǎng)絡(luò )要素(NE)管理、網(wǎng)絡(luò )管理和服務(wù)管理功能實(shí)體相交互。
管理功能包括計費和開(kāi)單功能,給NGN運營(yíng)商提供資源利用率數據以使他們能準確地給用戶(hù)開(kāi)計費單。記費和開(kāi)單功能支持離線(xiàn)記賬的數據收集和近實(shí)時(shí)的在線(xiàn)記賬類(lèi)的數據收集。
3.4 末端用戶(hù)功能
對末端用戶(hù)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(luò )對所有類(lèi)型的雇主設備都支持,包括遺留下來(lái)的單線(xiàn)電話(huà)和復雜的集團網(wǎng)絡(luò )。末端用戶(hù)設備可以是移動(dòng)的,也可以是固定的。
4. NGN的IP多媒體子系統
4.1 IP多媒體子系統概述
IP多媒體子系統(IMS)是一組核心網(wǎng)絡(luò )功能實(shí)體和接口,主要由網(wǎng)絡(luò )服務(wù)供應商向用戶(hù)提供基于會(huì )話(huà)啟動(dòng)協(xié)議(SIP)的服務(wù)組成。會(huì )話(huà)啟動(dòng)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的,但IP多媒體子系統大部分是獨立于接入網(wǎng)技術(shù)的。IP多媒體子系統是在互聯(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。
除了性能增強和運行形態(tài)之外,IP多媒體子系統需要一組垂直的接口來(lái)提供如下的能力:
圖3 網(wǎng)絡(luò )配分案例
如圖3所示,與一個(gè)被訪(fǎng)問(wèn)的網(wǎng)不同,IP多媒體子系統還支持母網(wǎng)的概念。在這個(gè)例子中,母網(wǎng)是支持具有登錄權的IP多媒體子系統的核心網(wǎng)。被訪(fǎng)問(wèn)的網(wǎng)是當前向用戶(hù)提供IP多媒體子系統服務(wù)連接的網(wǎng)。圖3中的運營(yíng)商A擁有許多疊接網(wǎng)用戶(hù)的母網(wǎng),而運營(yíng)商C擁有移動(dòng)電話(huà)的母網(wǎng),而用戶(hù)正在運營(yíng)商D的網(wǎng)絡(luò )中漫游。
(2)IP多媒體子系統功能實(shí)體
圖4給出了構成IP多媒體子系統功能結構的功能實(shí)體和參考點(diǎn),還表明了IP多媒體子系統的實(shí)體在母網(wǎng)和被訪(fǎng)網(wǎng)之間是如何分布的。
圖4 IP多媒體子系統功能實(shí)體和參考點(diǎn)
應用服務(wù)器(AS)
AS提供對IP多媒體子系統服務(wù)的控制。應用服務(wù)器可直接與一個(gè)服務(wù)呼叫會(huì )話(huà)控制功能(S-CSCF)連接,或為ISC參考點(diǎn)上的第三方基本應用,通過(guò)開(kāi)放服務(wù)結構(OSA)連接器進(jìn)行連接。ISC接口是基于會(huì )話(huà)啟動(dòng)協(xié)議的,因此,會(huì )話(huà)啟動(dòng)協(xié)議消息可以在此接口上轉發(fā)給服務(wù)呼叫會(huì )話(huà)控制功能,或進(jìn)行反向轉發(fā)。應用服務(wù)器可以與母網(wǎng)用戶(hù)服務(wù)器(HSS)在Sh接口上交互來(lái)獲得用戶(hù)身份信息。應用服務(wù)器用于支持各種電話(huà)類(lèi)的服務(wù),如呼叫轉移和號碼翻譯,并且可以支持現況、會(huì )議控制和在線(xiàn)計費之類(lèi)的服務(wù)。
開(kāi)啟連接控制功能(BGCF)
BGCF接收由服務(wù)呼叫會(huì )話(huà)控制功能或另一個(gè)開(kāi)啟連接控制功能轉發(fā)來(lái)的會(huì )話(huà)請求,并選擇一個(gè)即將在網(wǎng)內開(kāi)啟公用交換電話(huà)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )。它可在其他網(wǎng)絡(luò )中選擇一個(gè)本地媒體連接控制功能,或同層的開(kāi)啟連接控制功能。這種在其他網(wǎng)中選擇一個(gè)開(kāi)啟連接控制功能的能力,能優(yōu)化被訪(fǎng)網(wǎng)到公用交換電話(huà)網(wǎng)的路由,這是運營(yíng)商所希望和支持的。
呼叫會(huì )話(huà)控制功能(CSCTs)
CSCTs負責IP多媒體子系統的會(huì )話(huà)控制。它與其他網(wǎng)絡(luò )要素相協(xié)調來(lái)控制會(huì )話(huà)的特性、路由和資源分配。在IP多媒體子系統結構中有三種不同類(lèi)型的呼叫會(huì )話(huà)控制功能:
母網(wǎng)用戶(hù)服務(wù)器(HSS)
HSS包含一個(gè)IP多媒體子系統注冊數據庫,該數據庫含有與注冊有關(guān)的信息。這些信息支持網(wǎng)絡(luò )實(shí)體處理呼叫或會(huì )話(huà)。它支持IP多媒體子系統系統級的確認和批準,并掌握IP多媒體子系統用戶(hù)的身份。它還有儲存當前指定的服務(wù)呼叫會(huì )話(huà)控制的功能。
母網(wǎng)可包含一個(gè)或幾個(gè)母網(wǎng)用戶(hù)服務(wù)器,其數量取決于用戶(hù)數、設備容量和網(wǎng)絡(luò )的組織。
媒體連接控制功能(MGCF)
MGCF支持IP多媒體子系統與公用交換電話(huà)網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng),還支持會(huì )話(huà)啟動(dòng)協(xié)議對ISUP的協(xié)議轉換并控制承載級轉換的媒體連接。
媒體連接器(MGW)
MGW在媒體連接控制功能的控制下,支持IP多媒體子系統與公用交換電話(huà)網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)。它終止電路交換網(wǎng)絡(luò )的承載信道和包交換網(wǎng)絡(luò )的媒體流,并完成媒體轉換功能如代碼轉換。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(gè)應用服務(wù)器或會(huì )話(huà)啟動(dòng)協(xié)議的端點(diǎn),解譯信息并控制媒體資源功能處理器,來(lái)支持媒體服務(wù)。它可以與一個(gè)應用服務(wù)器放在一起,來(lái)提供專(zhuān)門(mén)的應用服務(wù)器服務(wù)。
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(jìn)行媒體處理。它支持媒體流的混合、單音和鈴聲的生成、代碼轉換、媒體分析及其他功能。
注冊定位器功能(SLF)
SLF起著(zhù)分布式母網(wǎng)用戶(hù)服務(wù)器系統前端的作用。它可以在登錄和會(huì )話(huà)建立過(guò)程中,被詢(xún)問(wèn)呼叫會(huì )話(huà)控制功能詢(xún)問(wèn),以得到包含所需用戶(hù)專(zhuān)門(mén)資料的母網(wǎng)用戶(hù)服務(wù)器的名字。它還可以在登錄過(guò)程中,被服務(wù)呼叫會(huì )話(huà)控制功能詢(xún)問(wèn),或被與Sh接口毗鄰的應用服務(wù)器詢(xún)問(wèn)。
在單個(gè)母網(wǎng)用戶(hù)服務(wù)器環(huán)境或其他一定的母網(wǎng)用戶(hù)服務(wù)器環(huán)境中,如:一個(gè)地段服務(wù)器環(huán)境中,注冊定位器功能是不需要的。當配置一個(gè)應用服務(wù)器并操作它來(lái)使用一個(gè)預先設定的母網(wǎng)用戶(hù)服務(wù)器時(shí),也不需要注冊定位器功能。
用戶(hù)設備(UE)
UE代表各式各樣用戶(hù)終端設備的功能。在接入網(wǎng)內,它支持該網(wǎng)的特定功能。此外,它支持IP多媒體子系統委托方的用戶(hù)代理能力,支持IP多媒體子系統為登錄、邀請等定義的會(huì )話(huà)啟動(dòng)協(xié)議。
4.3 IP多媒體子系統對會(huì )話(huà)啟動(dòng)協(xié)議和會(huì )話(huà)描述協(xié)議的使用
IP多媒體子系統使用一種特定的會(huì )話(huà)啟動(dòng)協(xié)議方式。它針對電信運營(yíng)商的特殊需要,來(lái)確定碼頭和參數的擴展。下面給出一些特殊參數的例子:
IP多媒體子系統結構已經(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(mǎn)足電話(huà)需要。P-碼頭可選擇性地擴展到會(huì )話(huà)啟動(dòng)協(xié)議中:
P-認定識別
它可使網(wǎng)絡(luò )(如一個(gè)代理呼叫會(huì )話(huà)控制功能)認定一個(gè)主叫用戶(hù)的公共用戶(hù)ID。
P-被叫方ID
它使收受用戶(hù)設備學(xué)習觸發(fā)呼叫的撥號公共用戶(hù)ID。
P-接入網(wǎng)信息
它使用戶(hù)設備提供其正在使用的有關(guān)接入網(wǎng)的信息(如一個(gè)蜂窩網(wǎng)的ID)。
P-被訪(fǎng)網(wǎng)ID
它使母網(wǎng)通過(guò)登錄來(lái)發(fā)現用戶(hù)所用的其他網(wǎng)的ID。
P-關(guān)聯(lián)統一資源鑒別器
它使母網(wǎng)(如一個(gè)服務(wù)呼叫會(huì )話(huà)控制功能)將一組與登錄狀態(tài)下的公共用戶(hù)ID相關(guān)聯(lián)的統一資源鑒別器(URI)復原。
P-計費功能地址
它分配計費功能實(shí)體的地址。
P-計費矢量
它使計費相關(guān)信息共享。
多媒體子系統結構對于使用會(huì )話(huà)描述協(xié)議還有某些特定的限制。它取消了會(huì )話(huà)描述協(xié)議加載的加密措施。對于一個(gè)初始的邀請,IP多媒體子系統要求會(huì )話(huà)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(lèi)型,每一種媒體流的建議帶寬將包含在會(huì )話(huà)描述協(xié)議加載中。
5.多媒體子系統在下一代網(wǎng)絡(luò )應用中所需增強的部分
多媒體子系統的規范是為使用接入網(wǎng)而開(kāi)發(fā)的,并且是基于對接入網(wǎng)的一定假設作出的。不同類(lèi)型接入網(wǎng)的內在差別,在多媒體子系統規范上有具體表現。
上述的擴展正在由各個(gè)標準化實(shí)體進(jìn)行檢驗,以便支持IP多媒體子系統在下一代網(wǎng)絡(luò )中的使用。對IP多媒體子系統結構的必要修改,專(zhuān)家希望用修改第三代伙伴計劃和第三代伙伴計劃2的IP多媒體子系統的基本標準來(lái)完成,并作為未來(lái)發(fā)布文件的一部分。
6. 結論
本文介紹了ITU-T建議書(shū)中的下一代網(wǎng)絡(luò )的一般原則和參考模型,考察了功能結構的一些最新概念。IP多媒體子系統結構及其標準化的功能實(shí)體和接口將被用于下一代網(wǎng)絡(luò ),以支持由網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商所提供的基于會(huì )話(huà)啟動(dòng)協(xié)議的服務(wù)。(譯自IEEE
Commun Mag, Oct 2005, Vol 43, No 10, pp 49—56)
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