面向服務網絡架構的通信網絡設計分析

黃天章，柳 強，郭海龍

(1.通信網信息傳輸與分發技術重點實驗室，河北石家莊 050081;2.中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊 050081)

0 引言

隨著美國網絡中心戰概念的提出，目前作戰模式從以武器平臺為中心轉向了以信息平臺為中心。這種作戰模式對通信網絡提出了許多新的需求，如支持可控可管和綜合業務，提供安全、集成、一體化的端到端信息服務，允許用戶隨時隨地通信和訪問共享數據等。上述這些能力只有通過構建新一代的柵格化通信網絡才能實現。同時隨著通信、計算機和網絡技術的迅猛發展，通信網絡以綜合業務為發展趨勢，現有的因特網體系結構從安全性、可控性、移動性等方面，不能滿足目前和將來的通信需求;現有的電信網體系結構從業務開放性、數據綜合業務及帶寬性能等方面，也不能滿足目前和將來的業務需求。因此，構建新一代的柵格化信息網絡［1］，解決現有網絡在管理性、安全性、高性能、移動性等方面顯示的諸多問題，不僅是通信網絡發展的需要，也是通信技術的發展趨勢，是需求推動和技術發展的必然。

1 應用需求

新一代的柵格化通信網絡，不但需要具備支持綜合業務、統一通信、集成服務和集成應用等主要通信網絡功能;同時，還要具備如下主要技術特征:①具備規模和功能擴展性，通信網絡具有很大的地址空間容量，網絡規模可以擴展;接入網絡的終端種類和數量更多，網絡功能更強;② 具備有效的平臺開放、網絡開放和業務服務開放，為高層指控業務提供更有效的網絡和業務服務;③ 具備可控的管理、有效的運營和及時的維護;④ 具備數據加密、網絡對象識別、身份認證和訪問授權等可信的安全性，具有完整性;⑤具備便捷的無線和移動性，為用戶提供無處不在的無線和移動通信應用;⑥具備端到端高性能的通信能力。

面對上述復雜的需求，要用面向服務的新概念實現通信網絡，才能適應用戶的網絡應用［2］。因此，具體需要構建一個面向服務網絡架構(SONA)的通信網絡。

2 方案設計

下文說明面向服務網絡架構的通信網絡的網絡設計。

2.1 網絡組成

面向服務網絡架構的通信網絡由具體的網絡設備通過物理鏈路互連而成，如圖1所示，不同的設備組合實現網絡中不同的功能。

圖1 面向服務網絡架構的通信試驗網絡

其中主要網絡設備有:① 會話控制服務器:是面向服務網絡架構通信網絡中的核心控制設備，完成呼叫控制、媒體網關接入控制和協議處理等功能，并實現相對獨立的業務服務體系，使業務服務獨立于網絡，支持SIP等多種協議。②認證/DNS/DHCP服務器:用于完成各種用戶和接入設備的認證、域名翻譯和地址分配等功能。③ 信令網關/媒體網關:信令網關連接IP網與七號信令網的設備，主要完成IP網側協議與PSTN側七號信令的轉換功能。支持IUA、M3UA和SCTP等協議，媒體網關可以處理音頻、視頻和媒體會議等，支持H.248協議。④ 網絡服務能力服務器:是體現面向服務網絡架構的重要網絡設備之一。負責各種定制的增值業務服務和智能業務服務的邏輯產生和管理，并且提供各種開放的API接口，為第3方柵格業務服務的開發提供2次開發平臺，可以引入新業務服務;同時，融合網絡基礎設施，集中和共享網絡資源，向用戶提供虛擬化網絡功能服務。⑤ IPv6/IPv4路由交換機:是雙協議棧路由交換機，用于組成核心承載網絡或接入承載網絡，將網絡中的設備和服務器互聯起來，完成通信網絡的信息傳送功能。

2.2 體系結構

面向服務網絡架構的通信網絡設計劃分為3個層次，包括承載層、控制層和交互式服務層。其體系結構如圖2所示，不同的層完成不同的層次功能。

圖2 面向服務網絡架構的通信網絡體系結構

①承載層:由IPv6/IPv4雙棧核心路由交換機互連組成核心承載網，為業務網絡和控制層提供承載層網絡服務功能;② 控制層［3，4］:以會話控制服務器為主，實現呼叫會話控制功能(CSCF)，依賴核心承載網為傳送手段，組成業務控制網絡，為業務網絡和交互式服務層提供策略、資源等控制層網絡服務功能;③交互式服務層:為用戶終端、業務網絡和柵格應用提供交互式網絡服務，是體現面向服務網絡架構的重要層面。它是以網絡服務能力服務器為實體，整合承載層和控制層的能力，將統一的基于網絡的業務功能在網絡服務能力服務器中實現，向用戶提供統一的定制網絡服務;向業務應用和用戶終端提供網絡服務開發平臺，供用戶進行2次個性化創作;融合網絡基礎設施，集中和共享分布在網絡上的資源，向用戶提供和開放虛擬化網絡服務;能夠識別應用，調整通信網絡資源，優化應用性能，更有效地向用戶提供和開放網絡應用服務。交互式服務層具體完成策略執行、服務發現、服務注冊、服務協作、服務開發支撐、服務合成以及服務管理等功能。可以提供基于策略的柵格通信網絡資源管理服務等具體服務。

目前電信領域提出的下一代網絡(NGN)技術體系［5］和計算機領域提出的下一代互聯網(NGI)技術體系［6］可供設計參考。面向服務網絡架構通信網絡的設計方案采用的是改進的NGN技術體系。其核心思想是:在保證通信網絡基本信息傳送功能的基礎上，加強可控可管可信，以面向服務為重心，突出提供網絡應用服務的特點。

3 網絡技術體系分析

下面對NGN、NGI和SONA 3種網絡技術體系進行逐個分析，并進行比較。

3.1 NGN技術體系

NGN是國際電信聯盟電信標準化組織提出的，其技術特征包括:① 具有開放的網絡體系結構;②具有可管理性和可維護性;③ 支持綜合業務和服務質量保證;④具有網絡的融合性;⑤ 業務獨立于承載、業務與控制分離、控制與承載分離、承載與接入分離;⑥具有通用移動性。NGN技術體系更側重于滿足通信網絡的可控可管和服務質量方面的要求，更側重于在這些方面深入研究發展。

3.2 NGN局限性

NGN技術體系是由電信領域提出的，由于其應用和設計的理念，決定了有其內在局限性:① NGN是為了支持IP的應用，在承載層統一采用了IP技術。在衛通、微波等無線和窄帶寬信道場景下，采用何種技術，如何支持IP應用，是NGN要解決的問題之一。解決得不好，就限制了承載網的性能和使用。②NGN提出網絡可管可控的目的是要計費，既對網絡使用計費，又對網絡上的業務進行計費，這是非常大的網絡設計理念問題，這個理念會顛覆很多問題，使得NGN對許多創新技術的應用受到局限，從而對開放業務服務和提供網絡層服務的技術方面發展帶來很大的制約。因此NGN從體系結構設計一開始，開放性技術方面就會存在一定的局限性。③NGN的標準是由ITU-T提出的。標準制定周期較長，間接地增加了NGN網絡技術推廣的時間代價。

3.3 NGI技術體系

目前對NGI的研究大部分都是以互聯網存在問題的解決、網絡功能和性能的升級作為出發點［6，7］。NGI具有的特點包括:① 采用IP分組交換技術;②維持網絡與業務分離的基本屬性，支持多種業務類型的承載;③智能的分布逐漸從用戶端向網絡邊緣設備滲透，網絡內部維持原有的扁平化設計;④NGI通過提供劃分安全域、域間安全互連、網絡邊緣的智能安全接入等安全能力滿足用戶安全需求;⑤具備兼容各種異構網絡的能力。支持通信終端的無縫快速移動、多種多樣的終端接入技術和大規模的分布式泛在服務，以便隨時隨地給用戶提供無所不有的綜合服務。NGI更側重于向面向服務和應用方面的研究與發展。

3.4 NGI局限性

NGI技術體系是由計算機領域提出的，由于其應用和設計的理念，決定了有其內在不適應性:①由于NGI繼承了互聯網的開放性，現在的安全問題是否能完善解決，網絡可信安全能力能否達到用戶的要求等問題，還有待于研究和驗證;② 由于NGI繼承了以路由可達、盡力而為為特點的IP技術，特別適合網絡拓撲變化頻繁、網絡抗毀重構的環境。與NGN的面向連接、保證服務質量為指導理念的應用環境是互補的，既是優點，又存在其保證服務質量方面的不足;③NGI側重于研究如何提供業務層應用，而對于網絡傳送功能，只要盡最大可能提高分組傳送的效率和網絡的抗毀性即可，至于IP技術如何適應多種類型的無線鏈路(衛通、微波等)并沒有更好的解決方案;④ 在NGI中，運行于承載網絡之上的業務服務平臺還沒有做到全面可控可管。

3.5 SONA技術特點

在現有通信網絡技術的基礎上，構建新一代柵格化通信網絡目前最迫切的工作是實現服務開放和業務開放。因此，結合對NGN和NGI的分析，給出了設計面向服務網絡架構通信網絡的基本思路:加強可控可管和服務質量保證，繼承因特網的技術精髓和成功經驗，以面向網絡服務為重心，向用戶提供開放的網絡服務和業務應用服務平臺。

SONA的技術特征包括:①劃分交互式服務層:以承載網服務、通信網絡控制服務、網絡管理服務、虛擬化網絡服務以及網絡應用服務等不同形式的封裝服務，開放通信網絡服務交互平臺，支持通信柵格的用戶需求;②全開放的分層體系結構:SONA網絡將功能模塊分離成為獨立的網絡部件，各個部件可以按相應的功能劃分分層獨立發展，簡化了網絡規劃和設計，部件間的協議基于統一標準，易于實現各種異構網絡的互通;③ 基于統一協議的分組網絡:SONA網絡采用基于IP的分組交換網作為提供話音、數據、多媒體等業務的綜合性信息平臺，適合多種類型信息的傳送，降低了多種業務通信成本，提高了網絡資源利用率;④業務驅動的網絡:SONA網絡實現業務與呼叫控制分離，呼叫控制與承載分離，在一個整合的網絡中承載語音、數據、多媒體等多種業務，使業務真正獨立于網絡，新的業務可以快速靈活地部署;⑤向用戶提供開放的網絡服務和業務應用服務平臺，采用盡力而為作為網絡抗毀的保障手段，倡導簡單實用技術等。

3.6 網絡技術體系比較

NGN、NGI和SONA技術體系比較如表1所示。

表1 NGN、NGI和SONA網絡技術體系比較

總結NGN、NGI和SONA技術體系，在下一代網絡目標方面具有共同點:以IP為網絡層承載;支持話音、數據和視頻統一的平臺;開放網絡平臺，便于多元開發應用;開放業務加載，便于多業務擴展使用。但是，由于從各自領域和需求出發考慮下一代網絡，目前設計的體系結構和采用的技術均深刻帶著各自設計理念的烙印。

4 試驗結果分析

面向服務網絡架構的通信試驗網驗證環境是:承載層由IPv6/IPv4路由交換機、以太網交換機組成;控制層由媒體網關/信令網關服務器、綜合接入設備、IP終端、PSTN交換機、傳統固定電話、歸屬用戶數據庫服務器、DHCP服務器、DNS服務器、認證服務器、會話控制服務器和媒體資源服務器構成;交互式服務層功能由網絡能力服務器提供。

在試驗網絡中，進行的業務功能驗證包括:話音和視頻同傳、通過綜合接入設備電話呼叫、數據傳輸、召開視頻會議以及白板使用等業務。

驗證的關鍵技術有IPv4/IPv6雙棧路由交換技術、統一的業務控制信令SIP協議、媒體網關/信令網關和認證技術等。IP雙棧核心承載體制、業務控制體系等體制在試驗網上得到了驗證，網絡能力服務器的功能還要深入地開發和試驗。研制的網絡設備，都已經達到設計要求，試驗達到了預期結果。

5 結束語

設計面向服務網絡架構的通信網絡的目標是建立一個可控可管、保證QoS的通信網絡信息傳送平臺，并向用戶提供和開放多樣化的交互式網絡應用服務平臺。

初期，主要實現集成服務，即融合網絡基礎設施，集中和共享網絡上的資源，向用戶提供虛擬化網絡服務，建立智能網業務服務平臺等多個定制業務平臺，增強業務系統的服務能力，滿足通信柵格的迫切需求。

后期要實現集成應用，即網絡能夠識別應用，從而能夠優化應用的性能并更有效地向用戶提供應用。在網絡基礎設施已經基本成熟的條件下，如何在其上為用戶提供業務平臺、應用平臺和新的基于網絡的業務服務，是下一代柵格化通信網絡成功的關鍵。

［1］汪陶先.信息柵格與通信柵格［J］.現代通信技術，2004(4):1-6.

［2］梁凱鵬.面向服務的網絡管理運控系統設計與實現［J］.無線電工程，2011，41(2):7-9.

［3］李吉良.下一代網絡路由交換關鍵技術研究［J］.無線電通信技術，2008，34(2):1-5.

［4］ITU-T Y.2021 IMS for Next Generation Networks［S］，2006.

［5］ITU-T Y.2011 General principles and general reference model for Next Generation Networks［S］，2004.

［6］吳建平.下一代互聯網體系結構基礎研究及探索［J］.計算機學報，2008，31(9):1536-1548.

［7］盧彧.下一代互聯網演進趨勢及發展策略［J］.現代電信科技，2006(7):17-19.