下一代网络的业务模型和提供技术

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下一代网络的业务模型和提供技术




  随着新技术不断涌现和通信产业竞争态势的日益加剧，业务驱动网络发展的趋势已经明朗，业务和市场决定新技术的取舍成为人们的共识。因此，业务提供已成为下一代网络(NGN)的关键技术之一，人们已清醒地认识到，能否快速高效地生成和部署有市场前景的增值业务将是NGN能否成功的核心问题。


1 NGN业务模型
  NGN业务模型的重要基点是将业务运营和网络运营分离，引入独立于网络运营商的业务运营商。前者提供网络层及以下的服务，后者提供应用层服务。为了充分利用网络运营商和用户之间可靠的客户关系，业务层应架构在网络控制层或边缘接入层之上，通过网络运营商作为代理建立与用户的商业关系。
根据这样的模型可以建立起良性的业务生态价值链。业务提供的参与方将包括网络运营商、接入服务商、业务运营商、软件开发商、内容提供商以致用户本身，各方密切合作共同实现增值业务。同时每一方都将从中获利，由此形成多方共赢的格局。价值链越长，参与方越多，就越容易充分调动各方的积极性，建立起一个可赢利的、可持续发展的业务体系。
  支持上述模型最重要的业务技术就是开放式应用编程接口(API)技术，其基本思想是将底层网络能力抽象为一系列标准软件接口，供编程人员调用，使业务开发者无需知道通信网技术和协议细节，只需根据业务控制逻辑本身就可以编制应用程序，从而实现业务层和网络层的分离。
  这样的业务结构允许独立的软件厂商利用开放的网络能力和资源灵活地开发业务控制逻辑，称之为第3方业务提供。众多软件厂商的介入可以形成快速开发多样业务的环境，以满足市场和用户的需要。日本的iMode技术被成功应用在很大程度上就是因为有大量第3方业务开发商的积极参与。


2 NGN业务技术

2.1  开放式分布技术
2.1.1 Parlay/OSA技术
  为了促进电信业的竞争，英国电信部在20世纪90年代宣布英国电信(BT)必须允许第3方业务提供商访问其交换机，这意味着必须开放交换机的控制接口，将对运营商网络的安全和完整性带来巨大的挑战。自然，BT不愿意公开这些控制接口而让第3方直接进入其网络。为此，BT联合微软、北电和西门子等制造厂商发起成立了Parlay组织，研究开发安全的开放式交换机接口，该接口屏蔽了交换机的原有控制接口，但是业务提供者却可以利用该接口向交换机发出控制指令。实际上就是开放原来封闭的智能网业务控制接口，形成一个更有竞争性的增值业务开发环境。Parlay的英文原意就是赌博中连本带利增值的意思。
  随着研究的进展，Parlay标准已不仅仅是开放智能网业务交换功能(SSF)和业务控制功能(SCF)之间的接口，还包括诸如传讯、QoS协商、计费、移动网中的位置管理等其他网络的访问能力。其功能和适用网络的类型随着Parlay版本的升级不断扩充，已成为NGN最为重要的技术。
Parlay模型由3个部分组成：
(1)客户端应用
  第3方开发的业务逻辑程序，通过Parlay接口访问相应的网络功能。由第3方单位管理。
(2)框架接口
  提供Parlay可靠运行必须的安全和管理功能。由网络运营商管理。
(3)业务接口
  提供访问底层网络的具体能力，如呼叫控制、用户交互等。由业务运营商管理。
  需要注意的是，Parlay标准定义的是控制底层网络资源的API，并非网络协议。两者的差别在于：协议面向具体的网络，由严格定义的一组消息和通信规则组成；API面向软件编程者，由一组抽象的操作或过程组成。在不同的网络中完成同样的功能所用的协议可能完全不同，但是所用的API则完全相同。这样，原来对通信网技术知之甚少的软件人员也可以利用Parlay接口自如地开发应用业务程序。
Parlay API接口是用对象管理组织(OMG)提出的中性的IDL语言定义的，理论上可以用任何技术实现，事实上最直接的实现方法自然就是采用OMG定义的CORBA中间件技术，它可以很好地支持分布式第3方业务逻辑的远程控制。但如何提高效率、加快响应速度是CORBA应用于多媒体实时业务控制必须解决的问题，OMG正在对此进行研究。
  在Parlay组织成立后不久，3GPP和ETSI启动了3G系统UMTS的开放式业务架构的研究，称之为OSA。两者非常类似，最初的OSA标准就是由Parlay 1.2和2.1加上少量的3GPP新增功能组成的。其后，两个组织决定从Parlay 3.0和OSA R5开始统一发布接口标准，命名为Parlay/OSA[1]，这奠定了固定和移动NGN业务层融合的技术基础。两者的差别在于，Parlay是单纯的接口标准；OSA是一种业务结构，不但包括业务接口，还包括体系结构以及Parlay至移动网络协议，如MAP、CAP等的映射。
2.1.2 JAIN技术
  与BT发起Parlay研究的同时，SUN公司也发起了Java语言的电信应用编程接口，称之为JAIN。两者的设计思想类似，应用目标都是支持包括电话网、移动网和Internet在内的多重网络环境下开发综合应用业务。两者的差别是，Parlay的着重点在于第3方业务提供，因此定义了完备的安全管理框架接口；JAIN的重点在于开发位于可编程交换机内部的应用程序，定义了完备的至各类网络协议映射的协议API。目前已成立联合工作组同步两者的研究进程，原则上业务API和框架接口将采用Parlay标准，协议API将采用JAIN标准[2]。
2.1.3 Web业务技术
  Web业务(Web Services)[3]这一名词首先由微软提出，在2000年问世。需要注意的是，它并非一种新的Web工具，而是一种全新的分布计算环境。其基本思想是利用开放式的标准技术，在Internet上实现分布式软件开发、软件工程和软件使用。这里，“业务”指的是分布在Internet中的各种软件，无论是单位用户还是个人用户都可以根据业务需求，利用Web业务技术调用在网上已有的业务软件，构成自己的应用软件。不同单位的应用软件之间、单位和客户应用软件之间也可以通过Web业务技术互相调用，以支持电子商务、客户关系模型等应用。虽然它和只能提供数据服务的普通Web含义完全不同，然而采用的协议和接口依然属于已经广泛使用的Web技术。
  和CORBA、DCOM等已有的分布计算技术相比，Web业务技术有许多独特的优势。首先是采用开放的标准Web技术，解决了原来各种分布计算技术由于采用各自的专用技术而难以互通的问题；其次是采用基于文本协议的业务调用和发布机制，系统简单，调试方便；第3，由于Internet到处可及，所有计算设备基本上都装备有Web功能，因此在网上部署应用该项技术成本很低。正因为如此，Web业务受到IT业的高度重视，被认为是下一代Internet(NGI)业务提供的核心技术，W3C和其他组织正在加速进行技术标准化工作。
Web业务的基础技术是XML，这是由W3C定义的用于描述数据的一种可扩展标记语言。
  和超文本链接标记语言(HTML)不同，它描述的只是数据内容本身，并不涉及数据的显示，因此可以用来描述任何广义的内容。在 Web业务中，就是用XML来描述远程调用操作及其执行结果。该描述装载在简单对象访问协议(SOAP)中，SOAP协议消息通常在最常用的HTTP中传送。由于XML文本描述和实现无关，因此采用不同操作系统、不同编程语言的平台之间都可以通过Web业务互相交互。Web业务本身的发布和描述也是用XML实现的。
  由于第3方Parlay应用程序也是网络中的分布式软件，因此必然将及时地反映最新的分布计算技术。Parlay 4.1版本的主要内容就是定义了支持Web业务的Parlay X接口。在此接口上，Parlay API请求和响应将映射为XML描述，用SOAP消息传送。相应地，应用程序也将按Web业务方式编程。进一步，应用程序还可以利用Web业务技术调用Internet上的其他应用软件，实现和Internet融合的增值业务。

2.2 SIP技术
  多年来，业界对于会话启动协议(SIP)和H.323标准究竟哪一个更好一直争论不休。原先工业界的倾向是支持H.323，因为它源于ISDN，技术成熟，适合于运营商使用，而且微软的NetMeeting组件也采用H.323标准。近年来，随着SIP及其应用研究的不断完善，业界已经将天平转向SIP。尤其是3GPP将SIP选定为未来3G全IP网络多媒体子系统的控制协议[4]， 微软也已在取代NetMeeting的新的MSN组件中采用SIP，SIP作为NGN网络控制核心协议的地位已成定局。
  鉴于SIP在未来网络中的重要地位，业界倾注了大量的热情研究SIP的各种网络应用，提出了一些典型应用的解决方案，并给出了SIP的扩展机制。由于SIP遵从Internet的一般原则，是一个客户/服务器模式的协议，因此SIP网络业务都是通过相应的服务器实现的。
(1)代理服务器技术
  代理服务器是SIP网络的基本网元，完成呼叫请求的消息选路和转发功能，其地位类似于传统电信网中的交换机，只是功能比较简单，常常是无状态的。因此，一个直接的提供网络业务的方法就是以某种方式在代理服务器中置入控制程序，指令代理服务器对指定的呼叫进行特殊的转发处理，以实现诸如呼叫转移、呼叫筛选等基本补充业务。这样的控制程序一般比较简单，其执行由收到的SIP消息触发。IETF定义了多种代理服务器控制机制。
  由IPTEL工作组定义的呼叫处理语言(CPL)是一种非常简单的脚本语言，没有循环，不支持用户定义的变量，采用XML结构描述如何对呼叫请求消息选择路由。用户可以在浏览器上编辑CPL脚本，并将它发送到代理服务器上执行。代理服务器可以利用Java Servlet技术实现脚本的触发。服务器上将装备一个启动Servlet和相当于Java虚拟机的Servlet引擎，当代理服务器收到SIP消息后，由启动Servlet触发内置CPL脚本的解释，然后根据解释结果决定如何处理该消息的转发。
  代理服务器也可以采用SIP公共网关接口(CGI)技术进行控制。和Web服务器一样，输入的SIP消息通过公共网关接口触发后台处理程序，从而确定消息的转发决策。由于SIP协议结构类似HTTP，因此SIP CGI的实现并不困难。另一种功能更强的控制机制是SIP Servlet技术，主要面向业务运营商。这种方式的控制逻辑通常比较复杂，由Java Bean组件组成，或直接用Java语言编写。控制逻辑的执行也由输入SIP消息经由启动Servlet触发。
(2)应用服务器技术
  上述代理服务器技术主要是提供基于呼叫重定向的基本补充业务，对于更为复杂的增值业务常要设置相应的业务应用服务器。
为了支持增值业务，SIP本身的功能常需要增强。为此，SIP提供了3种扩展机制：头部扩展、方法扩展和消息体扩展，分别用于定义新的消息参数、操作和消息体内容类型。

2.3 智能终端技术
  在传统电话网中，普遍使用的电话机属于没有智能的盲终端，演进到NGN后，多媒体业务和网络融合业务涉及大量的终端控制和处理功能，有些业务还要求通过对等方式在终端之间直接交互实现，它们都要求终端具有相当的智能。
  这些终端需要具备呼叫控制、媒体控制、协议处理、安全接入、用户界面等功能，由内置CPU控制，犹如一台简易型PC，但是对技术复杂度和成本等却有很苛刻的要求。特别是移动终端，由于体积、功耗限制，必须考虑特殊的平台技术和协议技术。3GPP和制造商已提出相关标准和技术。
(1)移动执行环境和SIM卡应用工具技术
  它们是3GPP标准。其中，移动执行环境(MexE)是WAP和Java技术的结合。WAP是专为移动终端设计的，因此它具有较强的针对移动终端的控制能力。而Java则可提供底层图形控制接口，使编程者可以控制终端屏幕的象素，特别适应于网络游戏应用。两者结合可显著提高终端智能，既可工作于客户/服务器方式，也可工作于终端间直接交互的对等方式。
  MExE技术支持在移动终端上的应用，SIM卡应用工具(SAT)技术则支持在用户识别模块(SIM)卡上的应用，它定义了SIM卡和终端之间的应用编程接口，从而可以在SIM卡上直接开发业务应用程序。SAT也支持从网络下载小的应用程序，称之为现场编程。
(2)J2ME和BREW技术
  J2ME又称为无线Java，是SUN公司专门设计用于运行资源受限的微型 Java环境，应用目标是作为手机的开放式软件平台。J2ME和移动运营商的无线Java服务器配合，可为用户提供全新图形化的移动增值业务。
  BREW是由高通公司提供的无线设备应用平台，在其上可方便地进行无线应用开发、设备配置和计费等，也可下载网络应用，定制手机功能。是当前和J2ME激烈竞争的技术。


3 进一步研究方向
  经过多年的探索，基于开放式分布计算技术的NGN业务发展方向已经基本成形，相关标准也在积极开发之中，同时业界还在不断地进行如下新的业务技术及模型研究：
(1)多点多媒体通信业务研究
  随着网络技术的发展和网络资源的丰富，多点通信必然是业务发展的重要方向。其实，SIP原来的设计意图就是一个多点通信的会话控制协议，但是目前主要只是作为点到点通信的应用，H.323系统的多点通信能力虽然比较强，但是其可扩展性还有待改进。目前正在积极研究大规模多点会议模型、SIP会议控制技术和通用会议控制协议以及IP多播技术的应用。
(2)虚拟归属环境技术研究
  虚拟归属环境(VHE)是移动智能网提出的概念，但是在第2代移动网络中并没有很好地得到解决。它是未来个人通信极其重要的业务要求，也是NGN需重点考虑的问题之一。目前正在积极研究NGN中的VHE应用平台、VHE业务中间件技术、基于Web 业务和代理技术的VHE解决方案以及支持VHE的用户文档技术。
(3)环境认知业务技术研究
  迄今为止，网络业务基本上遵循“请求—触发—接纳”的控制模式，而且大多基于呼叫和连接控制能力。未来NGN涉及异构网络环境和不同的网络终端，如何根据网络环境和终端能力提供最佳的服务是值得关注的问题。进一步，在业务执行过程中环境的变化应该反映到业务平面，触发业务策略的变化，以保证业务的质量和连续性。这一点到目前为止尚未很好考虑，目前ITU-T正在内容传送业务上进行这方面的研究。
(4)新的分布技术应用研究
  Parlay开放式API和CORBA分布计算的结合是比较定型的业务技术模型，但它的技术性能、对Internet的适应性以及对异构网络的有效支持尚有待检验。随着新的分布计算技术的出现和应用，学术界正在积极探索引入这些技术后的新的业务体系结构。除了已成为热点的Web 业务技术以外，网格技术[5]和移动代理[6]技术与Parlay的结合也正在研究之中，前者期望更好地支持在业务层的网络融合，后者期望提高开放式业务结构的性能和提供更好的个性化业务。


4 结束语
  随着下一代网络试验和部署的推进，人们对NGN业务的开发愈益关注，已经开发的即时消息(IM)、多媒体消息(MMS)、网络游戏等都是被认为有良好市场前景的网络业务。对于业务模型和技术的深入研究必将有力地促进NGN的良性发展，加快通信网络融合和演进的步伐。