全IP下一代网络体系结构研究

维普资讯 http://www.cqvip.com 新技术　２００７．３数据通信　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈ　ｎｏｌｏｇｙ　全ＩＰ下一代网络体系结构研究冰　郎为民馏张昆’　宋壮志’（１．通信指挥学院武汉４３００１　０：　２．华中科技大学电子与信息工程系武汉４３００７４）　摘要：下一代固定和移动电话网体系结构将建立在全ＩＰ的基础上，从某种意义上说，它将是一种可　编程的、基于ＩＰ的网络，这必然要求下一代网络为应用开发提供强大的、方便的、定义明确的ＡＰＩ。文章　首先介绍了全ＩＰ下一代网络的ＡＰＩ体系结构，描述了系统构件智能化程度的演变趋势，给出了下一代网络　的分层结构与功能结构。　关键词：全ＩＰ下一代网络；应用编程接口（ＡＰＩ）；分层结构；功能结构　１引言　系结构将建立在ＩＰ的基础上。提出全ＩＰ网　的、基于ＩＰ的网络，这必然要求ＸＧ为应用开发提供　思想本身并非仅仅是一个基本概　】的首　提供商来说，ＡＰＩ。对于一些业务　人们逐渐认识到，下一代固定和移动电话网体　强大的、方便的、定义明确的ＡＰＩ是指所有第三方都可用的ＡＰＩ，　要动机是由于目前它是支持绝大多数创新性和赢利　念。目前，公共ＡＰＩ子集。另一方面，专用　业务的最佳体系结构选择。提出全ＩＰ网络的第二个　它包括标准的、开放的ＡＰＩ是指由某个公司控制、仅仅在公司内部或合作　原因是基本ＩＰ在技术上相对比较简单，ＩＰ本身具有　ＡＰＩ。图１给出了下一代网络ＡＰＩ体　统一提取功能，能够隐藏和分担协议栈的复杂性，　伙伴内部可用的ＡＰＩ　并使得ＩＰ网络的应用开发变得容易。这将导致大量　系结构的一种高级分类方法。Ｉｎｔｅｍｅｔ应用的快速开发和部署，其中的一些应用　（如Ｅ—ｍａｉｌ、短消息、内容分发）可以直接与ＰＳＴＮ　ｒ－Ｉ　∞　蕊１　Ｅ　Ｅ　《勰■≮嚣暑薯　口ｊ　邋赞髓的专甩ＡＰＩ　网络目前或潜在的市场进行竞争。提出全ＩＰ网络的　第二个原因是随着新型Ｉｎｔｅｍｅｔ应用的出现，电信网　络必须与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ进行有效集成，要么允许用户通过　网络接人Ｉｎｔｅｍｅｔ应用，要么允许与Ｉｎｔｅｍｅｔ应用在某　些方面进行互操作，基于ＩＰ的下一代网络体系结构　的应用能够使得这种集成更为简单。　圆圈圈圈圈圈圈　图１由分层ＡＰＩ定义的下一代网络体系结构　２下一代网络的ＡＰＩ体系结构　从历史的角度来看，电信网络是由一个复杂　在某种意义上，下一代网络必须是一种可编程　的、智能的核心网和简单的终端组成。核心网高度　收稿日期：２００７—０５—２３　ｆ　１　７　基金项目：国家自然科学基金资助项目（６０５７２０４９）　维普资讯 http://www.cqvip.com 新技术　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　数据通信２ｏ０７．３　集成，能够满足严格的性能和可靠性要求；终端设　的一项可选方案。主要由于以下因素决定的：新协　备可由市场大量提供，并提供固定的、易于使用的　议的标准化进程滞后；核心要素（路由器）复杂性　用户接口。这与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ形成鲜明对比，Ｉｎｔｅｒｎｅｔ主要　不断提高，且缺乏开放性；边缘网络计算具有很好　考虑通过相对简单的核心路由器使得非常复杂终　的经济性。有趣的是，这些都是传统电信网络存在　端设备进行互连，导致了系统总体在性能和可靠　的缺点。同样，移动终端和无线接入网（ＲＡＮ）的　性方面有所下降。这种智能核心网和简单核心网　智能化程度不断提高，与基站和基站控制器相对集　之间的折衷已经引起广泛关注，成为体系结构中　中设计相比，控制功能实体逐步实现分布化。下一　的关键决策。　代网络体系结构顺应这些历史性的发展趋势。　图２描述了系统构件的智能演进情况。过去１０　年中，核心网中交换和路由功能实体的智能化程度　３下一代网络的分层结构　在降低，２０世纪７０年代通用信道信令（ＣＣＳ）的引　全ＩＰ下一代网络的分层结构如图３所示。它包　入，智能网（ＩＮ）体系结构的出现更是加剧了这种　括叠加层、控制层、核心层和接人层。下一代网络　趋势。在智能网体系结构中，电信交换机的业务逻　体系结构包括一个核　５，ＩＰ网络，该网络的智能化程　辑被去除，并将其移到分布式数据库中。　度极低。因此，大部分核心网络功能（如路由）是　事实上，ＳＳ７和ＩＮ体系结构标志着控制层的出　由现有的和即将出现的ＩＰ技术来完成的。在核心网　现，控制层变得越来越成熟，且越来越趋于分布　络之上是高级控制层，它无法提供路由和呼叫路径　式。２０世纪９０年代的下一代网络（ＮＧＮ）设计，可　建立功能，高级控制层将这些功能转移到了核心网　能称为分组话音（ＶｏＰ）更为合适一些，它使用分　络。高级控制层主要关注那些能够为应用和叠加网　组传输网络（通常是ＡＴＭ而不是ＩＰ网络），该网络是　络要素所用的功能，如接入ＡＡＡ的决策点、移动性　由负责所有呼叫处理的高层呼叫代理（或软交换）　管理代理、策略管理的作用与规则等。控制层和核　控制的。呼叫代理也为外部应用服务器提供业务逻　心网络之间的疏耦合意味着高级控制层通常不参与　辑和接口。更新的体系结构要求直接使用Ｉｎｔｅｒｎｅｔ协　分组转发和处理的快速路径建立过程。　议（￣ＩＳＩＰ协议和移动ＩＰ协议），将功能配置在分布　式服务器（如本地代理和寄存器）上。　ｌ　分稚武　智能　广控制　她｝　制ｌ　ｆｌｔ２系统构件智能化程度的演变趋势　，ＡＮ　３Ｇ珥ｏ　￣￣ＬＡＮ／其他　另一方面，在ＩＰ网络中，叠加网络的使用正在　图３下一代网络分层结构示意图　稳步增长，它可以作为配置和使用核心路由器功能　１　８　维普资讯 http://www.cqvip.com 新技术　２ｏ０７．３数据通信　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　核心网下面是接入网络集合，这些网络用于满　活性较大，且以不同的组合方式进行混合，组合方　足不同的市场机会和需求。４Ｇ　ＲＡＮ是目前的无线　式主要取决于接入网络技术和网络某一部分的特定　接入网（ＲＡＮ）向更高数据速率进化的产物，支持　拓扑需求。　互操作业务、多媒体业务以及通过ＩＰ网络互连的分　布式控制要素。由于实时条件在该层非常关　键，因而在核心网络和接入网络之间需要相对严格　的协调和耦合。核心网络也为专门网络提供支持业　务和连接，如由下一代网络运营商运营的企业网、　多Ｄ￣／Ａｄ　Ｈｏｃ网或对等网络等。这些专门的网络可能　需要本地控制，尤其是对于关键特征（如ＡＡＡ）的　控制。在某些区域中提供匿名性服务，同时又保证　服务质量（ＱｏＳ）和可靠性，是目前需要重点研究　的问题。　下一代网络体系结构具有一个叠加层，提供高　层功能并为应用提供业务，如应用层组播（ＡＬＭ）、　位置业务和内容分发业务。叠加层可以分为两个等　・图４下一代网络的功能结构　核心网络层由纯ＩＰ区分核心网络组成，这些网　还包括用于连接外部网络（￣ｌｌｎｔｅｒｎｅｔ）的网关，并　级，靠近核心网络的低等级功能（￣ＩＡＬＭ）和高等　络通常提供原始带宽用于连接网络的不同部分。它　级功能（如位置业务）。　使用必要的预防措施来防止来自外部网络的拒绝服　４下一代网络的功能结构　图４给出了下一代网络的功能结构。若对水平　务攻击（ＤＯＳ）。　协助其他层完成其任务和使命的网络业务称为　方向４个抽象层及其功能进行细分，功能可分成多　支持业务。支持业务可分为两个等级。ｌ级支持业　个垂直集合，每个集合被称之为“面”，包括跨越　务大多与网络的传输功能有关；２级支持业务为终　所有层或跨越数层的关键能力。这些面是安全、　端业务正常工作提供必要的功能。１级业务包括网　ＱｏＳ／资源控制和其他类似功能（如传输、移动性、　络级ＡＡＡ业务、漫游业务、宏移动性管理业务和　组网和业务控制等）。需要注意的是，图４只给出了　ＱｏＳ执行功能，ＱｏＳ执行功能主要用于对网络的不同　系统的一个平面。的平行面包括运行、管理和　部分进行配置以提供符合网络策略和用户配置文件　维护面以及用户设备面。每个平面和每层与其他面　的服务质量。　都相互，从而形成一个面向对象的网络体系结　构，这种结构易于维护和升级。　２级支持业务提供了便于终端业务开展的丰富　的业务集合，包括允许应用发现业务并与之进行交　低层（Ｌ１、Ｉ＿２和Ｌ２．５）是接入网络层，主要提　互以提供更多高级组合业务的业务注册。该层为终　供物理和媒体接入控制（ＭＡＣ）级连接、必要的接　端业务提供应用层ＡＡＡＩ￣务、便于应用和内容分发　入控制、广域移动性和具有ＱｏＳ保证的交换能力。　及其他优化业务开展的叠加网络、证书业务和一系　如３Ｇ　低层中最高的是基于ＩＰ的接入网络，它提供ＩＰ连接　列网关，这些网关能够提供与传统网络业务（性、必要的接入控制、集成的ＱｏＳ管理、地址分配、　网络中的话音、视频业务和与ＰＳＴＮ的组网业务）业　　使用快速移动ＩＰ协议的子网间切换能力。这两层灵　务级集成。１　９　维普资讯 http://www.cqvip.com 新技术　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　数据通信２０ｏ７．３　新的ＩＰ基础结构来支持。运营商也希望通过将所有　服务转向ＩＰ网络来降低运营成本。全ＩＰ体系结构是　开发创新性和赢利性业务的最好选择。下一代网络　能使运营商在新网络基础上调用服务平台和ＩＰ多媒　体子系统，同时整合各种运营业务，并且能更快地　推出各种新服务。总的来看，全球网络运营商将缓　慢地开始推进全ＩＰ下一代网络。对固定线路网络而　言，转向基于ＩＰ的基础结构是宽带服务的自然演　进，包括ＩＰ电话，它们将取代目前的电话网。移动　网则将以较慢的速度同时转向ＩＰ结构，但是标准化　工作将加快速度。　图５全ＩＰ下一代网络体系结构的一个实例　参考文献　图３和４中所示的总体结构和功能结构还有许多　可能的实体可举。图５给出了以物理网络和业务要　１郎为民．下一代网络技术原理与应用．北京：机械工业出版　素作为实例的体系结构视图。需要注意的是，ＩＰ在　社．２００６　所有层（包括无线接入网和业务层）中用作基本传　２郎为民．下一代移动通信系统：３Ｇ／Ｂ３Ｇ．北京：机械工业出　输机制，通常假定连接基于ＩＰ的下一代网络和传统　版社，２００７　３郎为民．３Ｇ　ＣＤＭＡ网络中的全ＩＰ技术．北京：机械工业出版　网络（甚至与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ连接）时使用了正确的网关和　社．２００７　防火墙。同时，功能互连或物理互连可能是跨层的　（如从终端用户业务到核心网络），这种跨层连接便　作者介绍：郎为民，华中科技大学电信系博士，通信　于通过跨层ＡＰＩ来实现跨层改进。　指挥学院讲师，研究方向为下一代网络、射频识别和信息安　全；张昆，通信指挥学院讲师，研究方向为下一代网　５结论　络；宋壮志，通信指挥学院副教授，研究方向为电子　目前，￣［１ＩＰ电视这类大量消耗带宽服务将需要　线路和下一代网络。一　简讯　通光信息公司获得“装备、物质网络采购资格认证’’证书　江苏通光信息有限公司近日获得了由中国人民总参谋部通信部和中国长城互联网颁发的《　装备、物质网络采购资格认证》。　根据和总部有关文件精神，为加快信息化建设，不断满足通信与指控装备采购需求，促　使装备与采购工作的顺利开展。总参谋部通信部选择了部分优秀供应商参与市场采购。总　参通信部对这些供应商进行了相关资质的审核，通过审核的企业将获得统一颁发的《装备、物质　网络采购资格认证》，并可在中国长城互联网和内发布产品信息。　通光牌光缆获得“中国名牌产品”称号，其中的海底光缆及接头盒、制导光缆和野战光缆等系列产品　已多次运用在我国建设工程中。　２０