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支持QoS的下一代网络结构框架研究


    具体来说,WCDMA R4及NGN均可采用DiffServ+MPLS以及适当的过量配置策略实现多业务共享承载的IP网QoS保证,此时要求边缘路由器或BAS设备具备将层2 VLAN标识映射为DiffServ IP业务级别DSCP的能力,或者3G-R4/NGN业务网元自身支持DiffServ等级的标识(对业务网元设备提出了更高的要求)。同时各级路由器都具备按照预定义的DiffServ PHB进行基于业务优先级聚合的QoS控制:包括流分类、流量测量、流量监管、流量整形、拥塞管理(队列机制,按DiffServ优先级算法进行IP包队列调度的能力)、拥塞避免(随机早期检测)。对于支持MPLS的LER/LSR,要求进一步支持DSCP与MPLS VPN Lable的映射,并在未来逐步引入DiffServ over MPLS及基于动态业务感知和策略服务器控制(COPS)的全网流量工程,从而不断优化IP承载网的资源配置。

  网络安全性

  NGN的软交换需要采用非标准的认证机制以确认接入网关(AG/IAD)的身份有效性,其对NGN用户的认证实际就隐含在对AG/IAD设备的认证过程中,而WCDMA R4则由HLR、MSC server、UTRAN及终端UE的配合,提供了完备而强大的标准的双向鉴权加密机制来确保接入用户的身份可靠性、数据完整性及业务私密性。至于MSC server对接入MGW的合法性认证,则可以通过WCDMA R4核心设备间SCTP连接所具备的加强连接建立认证以及H.248协议加密能力得到支持。

  在开放的公共IP承载网中,WCDMA R4与NGN均可考虑通过核心设备端到端IPSec或外挂路由器间的隧道IPSec方式提供网络层的身份认证及信息完整性保护,同时均可考虑引入层2及层3 VPN(VLAN及IP VPN)实现WCDMA R4及NGN实时业务与其他非实时业务的逻辑隔离以更彻底地杜绝网络安全隐患。

  但对于NGN企业用户而言,由于其IAD/PC在企业网边界涉及应用层业务的NAT以及防火墙的ALG穿透,加大了端到端的IP Sec及VPN安全性保护实现难度,并且需要引入专门的代理设备来完成控制面信令的承载地址信息转换,以及承载面动态地址的映射与过滤。WCDMA R4核心网由于所有核心设备均可直接采用公网IP地址,网元间的通讯没有NAT设备的介入,因而也不存在NGN的ALG传透所带来的安全性问题。

  五、NGN与WCDMA R4在组大网制式方面的比较

  承载网组网

  在采用IP及ATM SVC方式作为承载网的情况下,当WCDMA R4及NGN远地用户之间,以及WCDMA R4及NGN用户与传统PSTN/PLMN用户的承载面语音及数据业务流均在媒体网关之间(分别对应接入媒体网关之间,以及接入媒体网关与网关媒体网关之间)直接基于目的MGW的IP地址或ATM地址进行端到端的平面式寻址和路由,其寻址转接过程完全取决于公共IP/ATM网的承载网的内部拓扑结构,呼叫控制层完全不需要关心。
  因此就承载网组网制式而言,WCDMA R4与NGN基本上完全相同。
  信令网组网

  相比承载网组网而言,WCDMA R4与NGN的信令网首先在信令承载模式上有不同要求,NGN软交换间信令一般均采用宽带IP承载,而WCDMA R4则可选择采用宽带IP或仍然沿用已有的分级 TDM SS7信令网作为其承载,因为信令面的窄带承载并不防碍用户承载面媒体网关间的宽带承载使用和端到端寻址。

  在均采用宽带IP作为信令控制面承载的前提下,WCDMA R4与NGN的信令网组网方面还是存在一定差别的。固定NGN网络中一般采用SIP或H.323作为局间信令,而对应与远地软交换之间的信令一般选择平面式的寻址,该寻址方式的最大特点即是呼叫始发节点的局间呼叫信令可以通过特定的机制一步直接定位到呼叫目的节点,整个呼叫仅涉及到网内两个服务端局软交换之间的直接交互,地址解析的过程与呼叫过程完全独立。NGN网络地址解析的方式包括传统H.323 VoIP网络中常用的网守GK模式,软交换若本地无法完成地址解析则通过RAS协议向所属GK查询远端目的软交换的地址,GK一般按网络规模分级,上级GK维护下级GK的入口地址,这样GK之间通过RAS进行分级汇接查询,总能确保网络中任一端局软交换总能寻址定位到另一端局软交换,并与该软交换进行直接的信令交互。上述平面寻址方式中GK实际上承担了分级路由服务器的角色,当然NGN路由服务器还可以采用其他协议或制式,如分级的ENUM服务器或DNS服务器方式(将E.164转换为URI或IP地址),此时路由服务器间采用DNS查询协议分级搜索。软交换对路由服务器的访问查询协议没有明确规定,可以为H.323 RAS、LDAP或者DNS查询等。至于路由服务器的路由信息建立和更新,可以通过传统的人工维护方式(如GK),也可采用TRIP等先进的动态电话路由机制实现自动的路由更新。

  与NGN的呼叫信令面组网不同,WCDMA R4的信令网需要考虑呼叫独立的移动信令网(MAP/CAP),以及呼叫信令网(BICC)两种完全不同的情况:
  - 对于呼叫独立的信令网,所有MAP/CAP均传输在基于M3UA/SCTP/IP链路的SIGTRAN承载上,由于SCTP是用来在IP中模拟类似SS7网络中的MTP2静态链路,而M3UA必须基于信令点DPC来寻址,这些都决定了其关联配置必须采用静态模式,对于大规模的3G IP信令网仍然需要分级式设置STP,只不过这些STP仅对外提供SCTP链路而非MTP2链路。MAP/CAP等漫游信令的GT翻译在均在这些STP上执行。

  - 对于呼叫信令网而言,在基于SCTP连接承载的BICC信令的情况下,局间寻址是基于本局对号码及相临局路由的分析结果,同时由于SCTP连接的静态配置特征及不适合于每呼叫的频繁拆建,决定了不可能在端局软交换间直接建立SCTP的两两关联,因此当网络达到一定规模后,也必然需要专门的汇接局TMSC server来进行BICC呼叫的汇接处理,只不过不同于传统TDM网络汇接局的情况是,该TMSC server并不需要负责控制任何承载面媒体网关的资源控制,仅需负责呼叫地址的分析及控制信令流的转接即可。由于SIP-T未被3GPP选做R4 的局间必选控制协议,因此基于IP承载的R4的控制面大网的STP及TMSC server一般会采用分级汇接的方式来构建。

  综上所述,我们对WCDMA R4与固网NGN的关系可以得出如下的分析结论:

  - WCDMA R4与固定NGN的基本网络架构是一致的,其骨干网络IP路由及传输网部分是可以合一共享。但同时WCDMA R4与固定NGN的接入网及端局核心网设备实体功能及接口并不相同,在物理上一般不存在设备融合的必要性。

  - 在可商用可运营的关键问题方面,WCDMA R4接入网部分拥有比固定NGN接入网更加完善和成熟的网络安全和QoS管理机制,并且不存在NGN接入网中可能遇到的IPv4地址资源短缺和NAT穿越问题,因而总体而言WCDMA R4比固定NGN更接近规模商用和运营的要求。

  - 承载网组网制式方面,WCDMA R4与NGN基本上完全相同;在均采用宽带IP作为信令控制面承载的前提下,信令承载模式上有不同要求,WCDMA R4与NGN的信令网组网方面还是存在一定差别的。

  可以看到要实现WCDMA R4与NGN真正意义上的融合是较为困难的,因此在R5中通过引入IMS网络从而可以考虑实现固网和移动网络完全的融合。

  作者简介:

  曹磊, 博士,现在中国电信集团广州研发中心从事无线通信技术研究工作,曾参与多项国家项目研究与开发并获奖,被邀请到日本做合作研究,发表文章十余篇。

  胡乐明,教授级高工,中国电信集团广州研发中心副院长,政府特殊津贴获得者,曾获得广州市科技进步大奖,为我国通信行业著名专家。

 

转载地址:http://www.voipchina.cn/technology/2004-11-05/38777.shtml

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