黃天章，柳 強(qiáng)，郭海龍

(1.通信網(wǎng)信息傳輸與分發(fā)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北石家莊 050081;2.中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊 050081)

0 引言

隨著美國網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)概念的提出，目前作戰(zhàn)模式從以武器平臺(tái)為中心轉(zhuǎn)向了以信息平臺(tái)為中心。這種作戰(zhàn)模式對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)提出了許多新的需求，如支持可控可管和綜合業(yè)務(wù)，提供安全、集成、一體化的端到端信息服務(wù)，允許用戶隨時(shí)隨地通信和訪問共享數(shù)據(jù)等。上述這些能力只有通過構(gòu)建新一代的柵格化通信網(wǎng)絡(luò)才能實(shí)現(xiàn)。同時(shí)隨著通信、計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)以綜合業(yè)務(wù)為發(fā)展趨勢，現(xiàn)有的因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)從安全性、可控性、移動(dòng)性等方面，不能滿足目前和將來的通信需求;現(xiàn)有的電信網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)從業(yè)務(wù)開放性、數(shù)據(jù)綜合業(yè)務(wù)及帶寬性能等方面，也不能滿足目前和將來的業(yè)務(wù)需求。因此，構(gòu)建新一代的柵格化信息網(wǎng)絡(luò)［1］，解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)在管理性、安全性、高性能、移動(dòng)性等方面顯示的諸多問題，不僅是通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需要，也是通信技術(shù)的發(fā)展趨勢，是需求推動(dòng)和技術(shù)發(fā)展的必然。

1 應(yīng)用需求

新一代的柵格化通信網(wǎng)絡(luò)，不但需要具備支持綜合業(yè)務(wù)、統(tǒng)一通信、集成服務(wù)和集成應(yīng)用等主要通信網(wǎng)絡(luò)功能;同時(shí)，還要具備如下主要技術(shù)特征:①具備規(guī)模和功能擴(kuò)展性，通信網(wǎng)絡(luò)具有很大的地址空間容量，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模可以擴(kuò)展;接入網(wǎng)絡(luò)的終端種類和數(shù)量更多，網(wǎng)絡(luò)功能更強(qiáng);② 具備有效的平臺(tái)開放、網(wǎng)絡(luò)開放和業(yè)務(wù)服務(wù)開放，為高層指控業(yè)務(wù)提供更有效的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)服務(wù);③ 具備可控的管理、有效的運(yùn)營和及時(shí)的維護(hù);④ 具備數(shù)據(jù)加密、網(wǎng)絡(luò)對(duì)象識(shí)別、身份認(rèn)證和訪問授權(quán)等可信的安全性，具有完整性;⑤具備便捷的無線和移動(dòng)性，為用戶提供無處不在的無線和移動(dòng)通信應(yīng)用;⑥具備端到端高性能的通信能力。

面對(duì)上述復(fù)雜的需求，要用面向服務(wù)的新概念實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，才能適應(yīng)用戶的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用［2］。因此，具體需要構(gòu)建一個(gè)面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)(SONA)的通信網(wǎng)絡(luò)。

2 方案設(shè)計(jì)

下文說明面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

2.1 網(wǎng)絡(luò)組成

面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)由具體的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過物理鏈路互連而成，如圖1所示，不同的設(shè)備組合實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中不同的功能。

圖1 面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的通信試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)

其中主要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有:① 會(huì)話控制服務(wù)器:是面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)中的核心控制設(shè)備，完成呼叫控制、媒體網(wǎng)關(guān)接入控制和協(xié)議處理等功能，并實(shí)現(xiàn)相對(duì)獨(dú)立的業(yè)務(wù)服務(wù)體系，使業(yè)務(wù)服務(wù)獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)，支持SIP等多種協(xié)議。②認(rèn)證/DNS/DHCP服務(wù)器:用于完成各種用戶和接入設(shè)備的認(rèn)證、域名翻譯和地址分配等功能。③ 信令網(wǎng)關(guān)/媒體網(wǎng)關(guān):信令網(wǎng)關(guān)連接IP網(wǎng)與七號(hào)信令網(wǎng)的設(shè)備，主要完成IP網(wǎng)側(cè)協(xié)議與PSTN側(cè)七號(hào)信令的轉(zhuǎn)換功能。支持IUA、M3UA和SCTP等協(xié)議，媒體網(wǎng)關(guān)可以處理音頻、視頻和媒體會(huì)議等，支持H.248協(xié)議。④ 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力服務(wù)器:是體現(xiàn)面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一。負(fù)責(zé)各種定制的增值業(yè)務(wù)服務(wù)和智能業(yè)務(wù)服務(wù)的邏輯產(chǎn)生和管理，并且提供各種開放的API接口，為第3方柵格業(yè)務(wù)服務(wù)的開發(fā)提供2次開發(fā)平臺(tái)，可以引入新業(yè)務(wù)服務(wù);同時(shí)，融合網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，集中和共享網(wǎng)絡(luò)資源，向用戶提供虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)。⑤ IPv6/IPv4路由交換機(jī):是雙協(xié)議棧路由交換機(jī)，用于組成核心承載網(wǎng)絡(luò)或接入承載網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備和服務(wù)器互聯(lián)起來，完成通信網(wǎng)絡(luò)的信息傳送功能。

2.2 體系結(jié)構(gòu)

面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)劃分為3個(gè)層次，包括承載層、控制層和交互式服務(wù)層。其體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，不同的層完成不同的層次功能。

圖2 面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

①承載層:由IPv6/IPv4雙棧核心路由交換機(jī)互連組成核心承載網(wǎng)，為業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)和控制層提供承載層網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能;② 控制層［3，4］:以會(huì)話控制服務(wù)器為主，實(shí)現(xiàn)呼叫會(huì)話控制功能(CSCF)，依賴核心承載網(wǎng)為傳送手段，組成業(yè)務(wù)控制網(wǎng)絡(luò)，為業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)和交互式服務(wù)層提供策略、資源等控制層網(wǎng)絡(luò)服務(wù)功能;③交互式服務(wù)層:為用戶終端、業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)和柵格應(yīng)用提供交互式網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，是體現(xiàn)面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要層面。它是以網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力服務(wù)器為實(shí)體，整合承載層和控制層的能力，將統(tǒng)一的基于網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)功能在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)，向用戶提供統(tǒng)一的定制網(wǎng)絡(luò)服務(wù);向業(yè)務(wù)應(yīng)用和用戶終端提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)開發(fā)平臺(tái)，供用戶進(jìn)行2次個(gè)性化創(chuàng)作;融合網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，集中和共享分布在網(wǎng)絡(luò)上的資源，向用戶提供和開放虛擬化網(wǎng)絡(luò)服務(wù);能夠識(shí)別應(yīng)用，調(diào)整通信網(wǎng)絡(luò)資源，優(yōu)化應(yīng)用性能，更有效地向用戶提供和開放網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)。交互式服務(wù)層具體完成策略執(zhí)行、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、服務(wù)注冊、服務(wù)協(xié)作、服務(wù)開發(fā)支撐、服務(wù)合成以及服務(wù)管理等功能?？梢蕴峁┗诓呗缘臇鸥裢ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)資源管理服務(wù)等具體服務(wù)。

目前電信領(lǐng)域提出的下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)技術(shù)體系［5］和計(jì)算機(jī)領(lǐng)域提出的下一代互聯(lián)網(wǎng)(NGI)技術(shù)體系［6］可供設(shè)計(jì)參考。面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)方案采用的是改進(jìn)的NGN技術(shù)體系。其核心思想是:在保證通信網(wǎng)絡(luò)基本信息傳送功能的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)可控可管可信，以面向服務(wù)為重心，突出提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)的特點(diǎn)。

3 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系分析

下面對(duì)NGN、NGI和SONA 3種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系進(jìn)行逐個(gè)分析，并進(jìn)行比較。

3.1 NGN技術(shù)體系

NGN是國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化組織提出的，其技術(shù)特征包括:① 具有開放的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu);②具有可管理性和可維護(hù)性;③ 支持綜合業(yè)務(wù)和服務(wù)質(zhì)量保證;④具有網(wǎng)絡(luò)的融合性;⑤ 業(yè)務(wù)獨(dú)立于承載、業(yè)務(wù)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(dòng)性。NGN技術(shù)體系更側(cè)重于滿足通信網(wǎng)絡(luò)的可控可管和服務(wù)質(zhì)量方面的要求，更側(cè)重于在這些方面深入研究發(fā)展。

3.2 NGN局限性

NGN技術(shù)體系是由電信領(lǐng)域提出的，由于其應(yīng)用和設(shè)計(jì)的理念，決定了有其內(nèi)在局限性:① NGN是為了支持IP的應(yīng)用，在承載層統(tǒng)一采用了IP技術(shù)。在衛(wèi)通、微波等無線和窄帶寬信道場景下，采用何種技術(shù)，如何支持IP應(yīng)用，是NGN要解決的問題之一。解決得不好，就限制了承載網(wǎng)的性能和使用。②NGN提出網(wǎng)絡(luò)可管可控的目的是要計(jì)費(fèi)，既對(duì)網(wǎng)絡(luò)使用計(jì)費(fèi)，又對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的業(yè)務(wù)進(jìn)行計(jì)費(fèi)，這是非常大的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)理念問題，這個(gè)理念會(huì)顛覆很多問題，使得NGN對(duì)許多創(chuàng)新技術(shù)的應(yīng)用受到局限，從而對(duì)開放業(yè)務(wù)服務(wù)和提供網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)的技術(shù)方面發(fā)展帶來很大的制約。因此NGN從體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一開始，開放性技術(shù)方面就會(huì)存在一定的局限性。③NGN的標(biāo)準(zhǔn)是由ITU-T提出的。標(biāo)準(zhǔn)制定周期較長，間接地增加了NGN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)推廣的時(shí)間代價(jià)。

3.3 NGI技術(shù)體系

目前對(duì)NGI的研究大部分都是以互聯(lián)網(wǎng)存在問題的解決、網(wǎng)絡(luò)功能和性能的升級(jí)作為出發(fā)點(diǎn)［6，7］。NGI具有的特點(diǎn)包括:① 采用IP分組交換技術(shù);②維持網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)分離的基本屬性，支持多種業(yè)務(wù)類型的承載;③智能的分布逐漸從用戶端向網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備滲透，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部維持原有的扁平化設(shè)計(jì);④NGI通過提供劃分安全域、域間安全互連、網(wǎng)絡(luò)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(gòu)網(wǎng)絡(luò)的能力。支持通信終端的無縫快速移動(dòng)、多種多樣的終端接入技術(shù)和大規(guī)模的分布式泛在服務(wù)，以便隨時(shí)隨地給用戶提供無所不有的綜合服務(wù)。NGI更側(cè)重于向面向服務(wù)和應(yīng)用方面的研究與發(fā)展。

3.4 NGI局限性

NGI技術(shù)體系是由計(jì)算機(jī)領(lǐng)域提出的，由于其應(yīng)用和設(shè)計(jì)的理念，決定了有其內(nèi)在不適應(yīng)性:①由于NGI繼承了互聯(lián)網(wǎng)的開放性，現(xiàn)在的安全問題是否能完善解決，網(wǎng)絡(luò)可信安全能力能否達(dá)到用戶的要求等問題，還有待于研究和驗(yàn)證;② 由于NGI繼承了以路由可達(dá)、盡力而為為特點(diǎn)的IP技術(shù)，特別適合網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁、網(wǎng)絡(luò)抗毀重構(gòu)的環(huán)境。與NGN的面向連接、保證服務(wù)質(zhì)量為指導(dǎo)理念的應(yīng)用環(huán)境是互補(bǔ)的，既是優(yōu)點(diǎn)，又存在其保證服務(wù)質(zhì)量方面的不足;③NGI側(cè)重于研究如何提供業(yè)務(wù)層應(yīng)用，而對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳送功能，只要盡最大可能提高分組傳送的效率和網(wǎng)絡(luò)的抗毀性即可，至于IP技術(shù)如何適應(yīng)多種類型的無線鏈路(衛(wèi)通、微波等)并沒有更好的解決方案;④ 在NGI中，運(yùn)行于承載網(wǎng)絡(luò)之上的業(yè)務(wù)服務(wù)平臺(tái)還沒有做到全面可控可管。

3.5 SONA技術(shù)特點(diǎn)

在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上，構(gòu)建新一代柵格化通信網(wǎng)絡(luò)目前最迫切的工作是實(shí)現(xiàn)服務(wù)開放和業(yè)務(wù)開放。因此，結(jié)合對(duì)NGN和NGI的分析，給出了設(shè)計(jì)面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)通信網(wǎng)絡(luò)的基本思路:加強(qiáng)可控可管和服務(wù)質(zhì)量保證，繼承因特網(wǎng)的技術(shù)精髓和成功經(jīng)驗(yàn)，以面向網(wǎng)絡(luò)服務(wù)為重心，向用戶提供開放的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)。

SONA的技術(shù)特征包括:①劃分交互式服務(wù)層:以承載網(wǎng)服務(wù)、通信網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)、網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)、虛擬化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)等不同形式的封裝服務(wù)，開放通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)交互平臺(tái)，支持通信柵格的用戶需求;②全開放的分層體系結(jié)構(gòu):SONA網(wǎng)絡(luò)將功能模塊分離成為獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)部件，各個(gè)部件可以按相應(yīng)的功能劃分分層獨(dú)立發(fā)展，簡化了網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)，部件間的協(xié)議基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，易于實(shí)現(xiàn)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互通;③ 基于統(tǒng)一協(xié)議的分組網(wǎng)絡(luò):SONA網(wǎng)絡(luò)采用基于IP的分組交換網(wǎng)作為提供話音、數(shù)據(jù)、多媒體等業(yè)務(wù)的綜合性信息平臺(tái)，適合多種類型信息的傳送，降低了多種業(yè)務(wù)通信成本，提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率;④業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò):SONA網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與呼叫控制分離，呼叫控制與承載分離，在一個(gè)整合的網(wǎng)絡(luò)中承載語音、數(shù)據(jù)、多媒體等多種業(yè)務(wù)，使業(yè)務(wù)真正獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)，新的業(yè)務(wù)可以快速靈活地部署;⑤向用戶提供開放的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)，采用盡力而為作為網(wǎng)絡(luò)抗毀的保障手段，倡導(dǎo)簡單實(shí)用技術(shù)等。

3.6 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系比較

NGN、NGI和SONA技術(shù)體系比較如表1所示。

表1 NGN、NGI和SONA網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體系比較

總結(jié)NGN、NGI和SONA技術(shù)體系，在下一代網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)方面具有共同點(diǎn):以IP為網(wǎng)絡(luò)層承載;支持話音、數(shù)據(jù)和視頻統(tǒng)一的平臺(tái);開放網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，便于多元開發(fā)應(yīng)用;開放業(yè)務(wù)加載，便于多業(yè)務(wù)擴(kuò)展使用。但是，由于從各自領(lǐng)域和需求出發(fā)考慮下一代網(wǎng)絡(luò)，目前設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)和采用的技術(shù)均深刻帶著各自設(shè)計(jì)理念的烙印。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的通信試驗(yàn)網(wǎng)驗(yàn)證環(huán)境是:承載層由IPv6/IPv4路由交換機(jī)、以太網(wǎng)交換機(jī)組成;控制層由媒體網(wǎng)關(guān)/信令網(wǎng)關(guān)服務(wù)器、綜合接入設(shè)備、IP終端、PSTN交換機(jī)、傳統(tǒng)固定電話、歸屬用戶數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、DHCP服務(wù)器、DNS服務(wù)器、認(rèn)證服務(wù)器、會(huì)話控制服務(wù)器和媒體資源服務(wù)器構(gòu)成;交互式服務(wù)層功能由網(wǎng)絡(luò)能力服務(wù)器提供。

在試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)中，進(jìn)行的業(yè)務(wù)功能驗(yàn)證包括:話音和視頻同傳、通過綜合接入設(shè)備電話呼叫、數(shù)據(jù)傳輸、召開視頻會(huì)議以及白板使用等業(yè)務(wù)。

驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)有IPv4/IPv6雙棧路由交換技術(shù)、統(tǒng)一的業(yè)務(wù)控制信令SIP協(xié)議、媒體網(wǎng)關(guān)/信令網(wǎng)關(guān)和認(rèn)證技術(shù)等。IP雙棧核心承載體制、業(yè)務(wù)控制體系等體制在試驗(yàn)網(wǎng)上得到了驗(yàn)證，網(wǎng)絡(luò)能力服務(wù)器的功能還要深入地開發(fā)和試驗(yàn)。研制的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，都已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期結(jié)果。

5 結(jié)束語

設(shè)計(jì)面向服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的通信網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)是建立一個(gè)可控可管、保證QoS的通信網(wǎng)絡(luò)信息傳送平臺(tái)，并向用戶提供和開放多樣化的交互式網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)。

初期，主要實(shí)現(xiàn)集成服務(wù)，即融合網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，集中和共享網(wǎng)絡(luò)上的資源，向用戶提供虛擬化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，建立智能網(wǎng)業(yè)務(wù)服務(wù)平臺(tái)等多個(gè)定制業(yè)務(wù)平臺(tái)，增強(qiáng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)能力，滿足通信柵格的迫切需求。

后期要實(shí)現(xiàn)集成應(yīng)用，即網(wǎng)絡(luò)能夠識(shí)別應(yīng)用，從而能夠優(yōu)化應(yīng)用的性能并更有效地向用戶提供應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施已經(jīng)基本成熟的條件下，如何在其上為用戶提供業(yè)務(wù)平臺(tái)、應(yīng)用平臺(tái)和新的基于網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)服務(wù)，是下一代柵格化通信網(wǎng)絡(luò)成功的關(guān)鍵。

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

［2］梁凱鵬.面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.無線電工程，2011，41(2):7-9.

［3］李吉良.下一代網(wǎng)絡(luò)路由交換關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.無線電通信技術(shù)，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(lián)網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研究及探索［J］.計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，2008，31(9):1536-1548.

［7］盧彧.下一代互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)趨勢及發(fā)展策略［J］.現(xiàn)代電信科技，2006(7):17-19.