下一代网络体系结构总的原则功能性结构和实现

下一代网络体系结构:总的原则,功能性结构和实现摘要本文从总的原则、功能的表现和典型的实现这几个方面来综述了NGN的体系结构。根据假设业务与承载相分离的总的参考模型，NGN可以用多功能群来表示。利用IP多媒体子系统，一个基于测程的服务的关键实现是引入增强的特征去达到固定网络和移动网络的要求。介绍考虑到现存网络的森罗万象和它的相关基础设施，其中包括寻址平面，地址分配，域名服务器的解析和例如电子邮件、文档传输程序、万维网的应用程序，我们可以假设基于IP的系统将会成为NGN的基础。所以，我们认为NGN是一个优化的基于IP的网络。然而，在第一代分组交换网络的设计时没有设想到现在提出的新的应用，部署要求，新的需要。考虑到这些，ITU-T确定了一些NGN中被认为必要的特征，为获得这些基本特征，ITU-T为NGN的体系结构基础提供了一个总的框架。人们普遍认可传统通信服务和NGN之间的差别是从独立垂直完整专用网络向能够承载任何服务的单一网络的转变。对于电话业务来说，这种转变包括从电路交换的基础设施向分组交换的基础设施的转变。当前的NGN活动旨在确保下一代基于IP的网络能够满足与公共通信网络有关的正常情况下的服务标准，不仅对电话业务而言，也包括现在和将来所有可能的多媒体应用。ITU-TRECOMMENDATIONY.2001：NGN的一个简要回顾Y．2001的主要目的是对NGN提供一个如下的总定义：下一代网络（NGN）：一个能够提供通信服务、能够利用业务与承载相分离的多带宽QoS使能运输技术的基于分组交换的网络。它为用户提供开放的网络接口并与业务提供商竞争。它支持通用移动性，这将使得用户可以享受始终如一、无处不在的服务。加粗的名词术语（仅仅为了本文的目的而强调）暗示了NGN的相关重要问题，业务与承载的分离被清楚的认识到，IP传输的附加服务质量也被提及，第二句话涉及创新服务提供能力，这包括使服务提供者方便地提供服务而用户自由地选择服务。最后一句话涉及在固定系统和移动系统之间移动性的拓展。在RECOMMENDATIONY.2001中定义的基础性的特征收录在C.S.Lee和D.Knight的姐妹篇中。ITU-TRECOMMENDATIONY.2011：NGN的总原则和通用参考模型Y.2011的主要目的是为发展NGN业务的功能模型提供一个基础。首先，它指出了NGN分层系统和定义在ITU-TRECOMMENDATIONY.2001中的OSIBRM之间的区别，例如，当考虑到OSIBRM的七个分层的数量和具体特征时，问题就会产生，就NGN系统而言，将会遭遇以下中情况：·可能不是分为七层·单层的功能可能与OSIBRM中的不对应·某些在OSIBRM中被规定的或者被禁止的条件/定义可能不适用·涉及的协议可能与OSI中的协议不同(IP是一个明显的例子)·OSIBRM遵守的要求可能不适用Y.2011的附属内容中细化了保留在NGN中的OSIBRM条款。服务和职能相互关联，因为职能提供了服务。将职能划分为两个不同的群或者计划会有很多便利，一个包括所有的控制职能，另一个包括所有的管理职能,同类型的职能群功能之间相互关联，定义了的特定职能群之间可以信息相互流通。出于这种考虑，Y.2001继续考虑系统功能的实现。尤其，它开发了一个如图一所示的高水平模型，图中展示了如何为了系统的发展而将职能进行分组。图中的功能块可能将被进一步分解为功能子群来获得一个方便实现的分组和分布式系统的描述。NGN体系结构这章强调了NGN体系结构的地位，正如ITU-TFGNGN中所讨论的那样。值得注意的是，根据进一步研究的结果最终描述可能被改变。NGN业务将包括基于测程的业务，例如IP电话、视频会议、视频聊天和不基于测程的业务，例如视频流和广播。另外，NGN可以替代公共交换电话网/一体化服务数字网PSTN/ISDN。（PSTN/ISDN是ITU定义的术语）图2展示了NGN体系结构的概观。根据Y.2011，NGN的功能被分为业务和运输层。终端用户的功能通过UNI连接到NGN而其他网络是通过NNI内部相连的,在划定NGN中商业边界和分界点时,清楚的认识UNI和NNI对安放大量现成用户设备很重要,考虑到第三方应用提供者,ANI形成一个边界。传输层职能传输层职能使NGN中所有的部分和物理上分离的职能具有了连通性,IP被认为是最有希望的NGN运输技术,所以,传输层将为NGN网络外的终端用户,驻留在NGN内部服务器上的控制者和权限分配者提供IP连接,传输层负责提供端到端的QoS,这是NGN一个诱人的特征,传输层被分为接入网和核心网,有一个职能连接这两部分。访问职能——访问职能管理终端用户到网络的接入,接入职能依赖接入技术,例如W-CDMA和xDSL,接入网包括与电缆接入,DSL技术,无线技术,以太网技术光纤接入有关的职能.接入传输职能——这些职能负责将信息跨越接入网传输,他们包括提供直接处理用户流量的QoS控制机制,包括缓冲器管理,队列,查表,分组过滤,流量分类,标记,管辖和成形。边缘职能——边缘职能用于当流量溢入核心网时的流量处理核心运输职能——这些职能负责保证信息在核心网的传输,他们根据与运输控制职能的互动提供辨别网络运输质量的方法,这些职能也提供能够直接处理用户流量的QoS机制,包括冲器管理,队列,查表,分组过滤,流量分类,标记,管辖,成形,门限控制和防火墙.网络接触控制职能——这些职能提供访问级别的注册和终端用户接入NGN业务的初始化，他们提供网络级别的识别/鉴别，管理接入网的IP地址空间，和鉴权访问会话，他们也想终端用户公布NGN的业务和应用职能的连接点，换句话说，网络连接控制职能帮助用户在NGN登记注册并且使用NGN。资源和准入控制职能——RACFs提供准入控制和门限控制功能，包括对NAPT和DSCPs的控制，准入控制涉及通过网络连接控制职能根据用户信息鉴权，他还涉及考虑到运行者具体的规定和资源的可获得性而根据用户信息鉴权，检查资源的可获得性意味着准入控制职能会证明一个资源请求是否允许被给予剩余的资源，而与已经被使用的资源相反。RACFs和运输职能相互作用来控制一个或多个运输层的一下功能：分组过滤，流量分类，标记和管理，带宽预留和分配，NAPT,反IP地址欺骗，NAPT/FW的往返移动，和使用计量。用户文件传输职能——这个功能块代表了将用户和其他控制信息编辑成运输层中的单个用户文件职能，这个职能可能会被指定为存在于NGN任何部分的合作数据库的功能来实现。入口职能——这些职能能够让其他网络相互联系，包括许多现存的网络，如基于PSTN/ISDN的网络和英特网，这些职能甚至能使其他管理者的NGN相互交织。其他网络的NNI都适用于控制和传输层，包括边界网管，控制和运输层之间的相互作用可能会直接发生或者通过运输控制功能。媒体处理职能——媒体处理功能是媒体资源提供服务的过程，如声音信号的产生，转码，和建立会议桥。服务层职能这些职能提供基于测程和非基于测程的服务，包括订阅/通知现场信息和消息形式的临时消息交换，业务层的职能同样提供与PSTN/ISDN业务功能性的连接和面向传统用户设备的接口。服务和控制功能——这些功能包括会话控制功能,登记功能,服务级别的认证和授权功能,他们包括控制媒体资源的功能(例如专用资源)。服务用户配置文件功能——这些功能代表了将用户数据编辑成服务层中的单个用户文件职能，这个职能可能会被指定为存在于NGN任何部分的合作数据库的功能来实现。应用功能——NGN支持开放的API来使第三方服务提供者运用NGN的能力为NGN的用户创造更高质量的服务,所有应用功能(被信任的和未被信任的)和第三方服务提供者接入NGN业务层容量和资源通过服务器或者业务层的关口。管理功能支持网络管理是NGN的运行的基础,管理功能是NGN运行者能够管理网络并且提供具有预期的质量,安全性,可靠性的服务。这些功能一分布式的方式分配给每个功能实体(FE),他们和网元管理,网络管理,业务管理功能实体相互作用。管理功能包括计费功能,NGN中这些功能相互联系来收集核算信息,这给NGN运营者提供了资源利用的数据来使他们合理收费,计费功能支持后处理(下线计费)和近实时的应用交互如那些预付费的服务(线上计费)。终端用户功能如图2所示,对终端用户的界面既是是物理界面又是功能性界面,现在还没有关于不同的用户界面的假设和连接NGN接入网的用户网的假设,NGN支持所有的用户设备类别,从单线传统电话到复杂的企业网络,终端用户设备既可以是移动的又可以是固定的。NGN的IP多媒体子系统IMS的介绍IMS是一系列的核心网FE和网络服务提供者用来给订阅者提供基于SIP的服务的界面,其中SIP是IETF定义的会话初始协议,对绝大部分来说,IMS独立于接入网技术,尽管IMS与下层的运输功能有关联,那可能是特定访问的。IMS建立在IETF协议上，它有具体的文件和完善来提供一个完整的，健全的多媒体系统，完善的和可操作的文件为操作控制，计费和安全提供支持。除了增强和文件，IMS要求一系列垂直界面来提供一下功能：·用以计费，安全，订阅数据，业务控制和例如显示功能的服务构建块的应用服务器的普通界面·协调和执行的QoS（会话层协商可以配合底层保证的资源，每个运行者的政策）·操作者控制下的基于会话的媒体网关·业务层，会话层和运输层相互关联的计费这些能力使IMS不同于普通因特网应用的会话控制。IMS基于这样一个模型，该模型中网络操作者和服务提供者分别控制网络和服务的接口，用户需要为网络和服务付费。这与普通的因特网相反，普通的因特网中网络是透明的并且所有的服务是由终点提供。由于环境更容易控制且受益于QoS的管理，信号标记的安全和用户的支持，理论上至少对QoS的用户体验将提升。IMS体系结构核心网络vs接入网络——如之前提到的，一个IMS是核心网络物理实体的集合。这个术语与核心和接入不同，来自于无线网络模块,该模块中一个或多个无线电接入网络与一个公共的核心相连。无线电接入网络提供了终端和核心里所提供的服务之间的连接。关于IMS,一个接入网络是在用户域名和核心传输网络间提供IP传输连接的实体的集合。接入网络根据底层技术、所有权或者行政划分来相互区分。一个接入网络依附到核心传输网络的点可能会按行政划分去选择。核心网络是在一个接入网络和另一个核心传输网络间、两个接入网络间或者另外两个核心传输网络间提供IP传输连接的实体的集合。同时，核心传输网络提供底层实体的连接，比如IMSs。核心传输网络也可以根据底层技术、所有权或者行政划分来相互区分。一个IMS基础的特征是支持用户的移动性。因此，核心网络和接入网络的区别在划分支持IMS所需要的功能时变得很重要。图3展示了划分网络集合的一个例子。当一个用户从一个接入网络到另一个接入网络，接入到同一个核心网络的服务可以被提供。对于非实时移动比如漫步和对于当接入技术支持移动性的实时移动比如切换都是对的。如图3所示，一个IMS也支持与受访问网络相对的家庭网络的概念。在这个范例中，家庭网络是支持包含IMS用户的IMS服务的核心网络。受访问网络是当前提供用户和他IMS服务连接的网络。因此，在图3中，运营商A拥有笔记本电脑用户的家庭网络，运营商C拥有将要漫步进运营商D网络的手机用户的家庭网络。IMS功能实体——图4展示了功能实体的集合以及包含IMS功能体系的参考点。每一个实体在接下来的部分会包含更多细节。图4也展示了IMS实体如何在家庭网络和受访问网络之间散布。应用服务（AS）——AS为IMS提供了服务控制。AS可能直接连接一个S-CSCF,或者它可能通过OSA入口在ISC参考点与第三方基础应用连接。ISC几面是基于SIP的。因此，SIP信息可能提前结束这个界面或服务电话控制功能。AS可能在SH界面与HSS相互配合去获得用户个人信息。应用服务用来支持各种电话类服务，比如呼叫转移和数字化翻译，并且可能也支持类似出席、会议控制和在线计费。出口网关控制功能（BGCF）——BGCF通过SCSCF或另一个BGCF提前收到会话请求，它选择PSTN网关将要在的网络。它选择