下一代网络业务能力开放性研究

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下一代网络业务能力开放性研究


  基于PSTN、Internet、PLMN等多种异构网络融合、能够提供多媒体综合业务的、开放的下一代网络体系结构是目前电信界和网络界关注的热点。
  下一代网络由接入层、传送层、控制层以及业务层构成。其中，位于控制层的软交换是其控制核心，可向业务层提供屏蔽了各种下层网络细节的标准化协议甚至可编程应用编程接口(API)，如著名的Parlay API。开放式API将下层网络的能力封装成多种屏蔽了下层网络细节的业务控制功能(SCF)，如呼叫控制、用户交互、移动性管理等能力特征，向业务层提供，从而以API的方式开放了网络的能力。
在新的网络架构里，用户的多媒体综合业务需求大部分的内容服务不是由电信运营商直接提供而是由具体的内容提供商提供。
  在整个价值链条中，电信运营商核心价值在于提供公共网络平台和信息内容集成，通俗来讲就是“搭戏台+拉戏班”。
  在整个新的价值链中，位于核心的将是内容提供者而不是电信运营商[1]。在经营以及业务开发和提供策略上，电信运营商必须有充分的准备来积极应对这些巨大的变化，为此需要对下一代网络的业务能力开放性进行系统的研究。


1 NGN业务能力开放性情况
  目前，作为下一代网络核心技术之一的软交换，无论是标准还是设备都处在一个逐渐成熟的过程之中。很多运营商和厂商均在进行试验和试运行工作，以便取得软交换应用的第一手资料。但在业务能力开放性方面，目前软交换网络在新业务引入上存在以下问题：
(1)没有业务能力开放标准
  目前国、内外各种软交换设备乃至其相应的业务平台对第3方提供的接口是多样的，使得运营商难以基于众多的接口建设一个统一的增值业务运行平台，至于向外界提供标准化的接口则更难。因为没有明确标准化接口，导致厂商在开发业务时无所适从，而且各厂家即使业务类型一样，其内部流程也并非完全一致，给未来网内业务互通及融合埋下了隐患。
(2)缺乏统一的增值业务运行平台
  目前网络缺乏一个统一的、不依赖于某个软交换设备厂商的软交换增值业务运行平台。在国内外软交换网络中，各个厂商的产品都能够支持智能增值业务，但遗憾的是必须基于自身的业务平台，这就为运营商提供增值业务带来了很大困难。
  上述缺陷使运营商在多网融合的下一代网络环境下难以接纳更多的角色参与到新业务的定义、设计和运营中来，难以快速提供支持多网融合的个性化业务。因此，在下一代网络中，需要一种能够真正吸引网络运营商、业务运营商、业务开发商和最终用户的业务支撑体系，为参与各方搭建一个能够多赢的平台。
(3)缺乏统一的业务管理环境
  下一代网络是一个基于业务驱动的网络，业务是下一代网络的重点，而且下一代网络是一个融合的网络，下一代网络的业务不再像传统的电信智能业务那样具有单一性。下一代网络的业务是综合性的业务，具有很强的交互性、多样性和复杂性，传统的业务管理环境不可能胜任对下一代网中业务的管理。因此，下一代网的业务管理环境应该能为部署到增值业务运行平台中的业务提供与具体业务无关的管理平台，能为业务提供者、业务订购者以及最终用户对业务以及数据的管理提供一个安全而且集中的环境，并为网络监视、网络话务管理、网络数据收集等诸多功能提供相应的支持。
(4)缺少对策略管理的支持
  下一代网络是一种多元网络，网络规模比传统电信网络大，资源种类多，这使得策略控制方法在下一代网络中将得到广泛应用。例如：过载控制服务使用策略对网络上的业务过载进行控制；计费服务使用策略来决定所要采用的费率；呼叫管理服务使用策略为每个呼叫请求选择相应的呼叫代理(即软交换设备)，从而实现软交换设备的负载分担功能。
  由于策略管理不再局限于对网元设备的管理，现已扩展到对各种各样的网络资源、呼叫控制、计费等的管理，并且越来越多的业务使用策略规则作为执行规范，需要加强对策略管理的支持。
(5)缺乏开放的业务开发与验证环境
  随着电信市场的开放，越来越多的独立业务运营商和独立业务提供商希望进入电信市场，业务的开放性和分布化已成为网络发展的主流。在这种多厂商、多网融合的背景下，传统智能网中业务生成环境(SCE)的固有缺陷和封闭性本质决定了其很难适应新环境的发展。
  由于业务开发的多样性和开放性，为保证所开发的业务满足需求，需要对业务开发阶段所开发的业务软件进行逻辑验证和严格的测试。这就要求能够提供业务验证环境实现对业务的语法验证、仿真调试及测试等功能。
(6)缺少可扩展的计费支持
  下一代网络的业务不再是传统的、单一的基于话音的业务，而是能够向用户提供各种各样多媒体服务的业务，是基于融合网络的业务。这使得下一代网络不仅要提供原有的计费能力，还要为基于IP的融合性业务提供多种多样的计费支持(如：按服务质量计费、按使用计费、按流量计费以及混合计费等)。
   下一代网络是开放性的网络，它能将底层业务能力作为一种开放的服务提供给第3方业务开发、提供商。正是这种开放的业务提供方式使得业务提供商与网络提供商捆绑在一起向网络用户提供服务。业务提供商并没有具体的业务用户帐户信息，所有的计费操作均需要通过网络提供商进行，因此需要网络提供商将对用户的计费操作封装成统一的、开放的、安全的接口对外提供服务，从而提供可扩展的计费支持。通过封装，使得那些不具有计费和记帐能力的独立服务提供商和应用服务提供商可以通过接口所提供的接口调用，来使用下层网络所提供的计费、费率和记帐能力，对用户所使用的各种应用服务进行计费。这使得不具有计费和记帐能力的独立服务提供商和应用服务提供商均能提供具有灵活计费功能的业务。


2 开放的NGN业务体系结构
  根据上述分析，本文提出一种开放的下一代网络业务体系结构，如图1所示。





图1中，业务支撑环境位于下一代网络的业务层，主要包括SCE、业务管理环境(SME)和业务逻辑执行环境(SLEE)。SLEE提供各种增值业务和智能业务的业务逻辑驻留和执行环境，通过开放的API与软交换设备交互，间接利用底层的网络资源，从而实现业务与呼叫控制的分离。SLEE有利于新业务的引入。SLEE还提供开放的API标准，为第3方的业务开发提供创作平台。
  SME与SLEE相配合，主要负责业务的生命周期管理、业务的接入和定购、业务数据和用户数据的管理等。SME与SLEE之间通过开放接口标准来相互通信。
SCE以SLEE提供的开放API为基础，具有友好的图形化界面，可提供完备的业务开发环境和仿真测试环境。通过引入业务构件等技术，SCE可以提供不同能力和抽象层次的业务开发接口，从而适应不同业务开发者的需求。
  在业务支撑环境的一个域内(由一个业务运营商负责的一个完整的业务支撑环境可包含多个逻辑上独立的SLEE)，需要部署一个或多个SCE、一个或多个SLEE以及一个SME。SCE、SLEE以及SME可以部署在同一个物理节点上，也可以部署在不同的物理节点上。
  软交换向业务支撑环境中的SLEE提供标准的开放式网络API，如Parlay API[2]、JAIN。业务支撑环境中的SME向帐务中心提供其记录的计费信息、话单等帐务数据。业务支撑环境的SME应该能够接收来自高层管理系统的管理指令。
实际上，业务支撑环境还可能与信令网关、媒体网关、接入设备直接通信，但由于本文主要讨论基于开放式API的新一代业务支撑环境，因此不讨论与它们的接口。
  需要特别指出的是，图1只是功能实体的逻辑图。一个业务支撑环境域中的各功能实体可以位于同一个物理实体上，甚至业务支撑环境可以与软交换功能在同一个物理实体上，例如，某个运营商的软交换设备上可以提供业务支撑环境中的业务逻辑执行环境。
2.1 业务生成环境
  促成高效业务开发的一个关键因素是可编程的开放式API以及各种脚本语言(如SCML、CCXML、CPL[3]、VoiceXML、XTML等)，前者使得第3方业务开发者能够以类似IT行业的方式来开发电信业务，后者则进一步屏蔽了网络细节，简化了业务开发流程。如何以一种比较合理的体系来组织各种各样的业务生成技术，以适应不同层次的业务开发者的需要是一个亟待解决的问题。


2.1.1  业务生成技术
  下一代网络业务生成技术主要可以分为两大类别：开放式API和脚本语言。
(1)开放式API
  基于API的业务生成技术是指基于应用编程接口开发业务的方式。目前比较成熟的API有OSA/Parlay、JAIN、SIP Servlet等。
(2)脚本语言
  基于脚本语言的业务生成技术是指开发者通过编写特定的脚本语言来规定业务信息，进行业务开发。目前出现的用来开发下一代网络业务的脚本大部分是XML形式的，包含SCML[4]、CPL、VoiceXML、XTML[5]和CCXML[6]等。
开放式API用高级语言的形式来定义底层业务能力的接口，从而把业务开发向范围很广的计算机领域的开发人员开放；同时，像Parlay、JAIN这样屏蔽了底层异构网络细节的API可以使开发者专注于编程开发，不必关心底层技术；更重要的是，这种方式能够将计算机领域的技术(如面向对象、网络技术、分布式技术等)和电信领域的技术(语音处理、服务质量、计费等)综合起来，共同用于应用开发。不过，目前大部分API抽象层次还比较低，因此要求应用开发者不仅有编程能力，还得有一定的电信知识。
有两种方式可以降低开放式API的复杂性，一是在其上提供高层API的开发支持，另外则是在其上提供脚本语言开发环境。两种方式都进一步屏蔽了网络细节，提高了抽象层次。对开发者而言，不仅编程方面的能力要求降低了，而且对电信知识的要求也降低了(当然这也导致开发灵活程度的降低)。


2.1.2  基于Parlay的业务生成体系
  基于开放式API和基于脚本语言两种业务生成方式存在很大差别，不过将其融入同一业务生成体系是可行的，而且，由于下一代网络的业务开发者层次参差不齐，提供多种类型、多种层次的开发方式供不同的开发者选择也很有必要。
  本文提出的基于Parlay的下一代业务生成体系如图2所示。从图2可以看出，位于开发体系底层的是适配API层，由于第3方应用或应用服务器一般通过分布式技术(如CORBA)与Parlay网关交互，因此在这一层可以通过适配，将分布式技术细节向上层业务开发者屏蔽。同时，还可以将数据库、轻量目录访问协议(LDAP)服务器等接口也适配成统一的API形式，这样，上层业务开发者所见到的都是以高级编程语言(如JAVA、C++等)统一编写的API。





  在适配API层之上，开发流程主要往两个方向提高抽象层次：一是以脚本语言的方式抽象，另一个方向则是采用高层API的方式来组织。
2.2 业务执行环境
  业务执行环境为业务安全可靠地运行提供支持，主要包括以下功能：业务执行、业务管理、数据管理、话务管理、统计功能、日志管理、计费管理、接入控制。
  新一代业务支撑环境中的SLEE与传统智能网中的SCP的根本不同点在于SLEE的开放性。其开放的业务开发API使得第3方业务开发者能够开发业务；其开放的业务构件支持机制使得第3方能够独立地开发业务构件，并能在线地加入SLEE以增强能力；能与Web、Email、Instance Messaging、Presence等多种技术结合，易于提供综合业务。

2.3 业务管理环境
  业务管理环境为部署到业务执行环境中的业务管理提供与具体业务无关的管理平台，主要目的是为业务提供者、业务订购者以及最终用户对业务以及数据的管理提供一个安全且集中的环境，并支持网络监视、网络话务管理、网络数据收集。在业务支撑环境中，对业务以及系统的管理主要通过SME提供的人机接口来完成。当然，SCE、SLEE分别有自己的运行、管理和维护(OAM)工具。
  SME的主要功能为：业务配置、业务提供、业务运行控制、计费管理、业务监视。新一代业务支撑环境中的SME的功能与传统智能网中SMP的功能基本一致，不同点在于：SME要为业务开发者提供开放的管理业务开发API，并通过API管理SLEE以及运行于SLEE上的业务，另外应支持灵活多样的计费模式。

2.4 仿真、测试与验证环境
  为了减少应用服务器系统与软交换网络互连互通测试的工作量，在完成应用服务器系统的开发工作之后，与实际软交换网络互连之前，需要对应用服务器系统进行各种功能、性能以及兼容性方面的仿真、测试和验证，以保证应用服务器系统本身功能的稳定性、正确性以及良好的运行性能，包括对SME的各项管理功能、SCE的各项业务生成功能以及SLEE的各项业务运行支撑功能进行仿真、测试。
  SLEE是整个应用服务器系统的核心，为各种业务提供了统一的运行环境和必要的管理支持，各种业务均通过SLEE与底层网络以及上层管理环境进行交互。SLEE的绝大部分功能均是非界面性的，只有通过实际业务的运行以及管理才能体现出来。这就要求在对SLEE的各项功能和性能进行仿真、测试和验证时需要有底层网络(Parlay封装)和业务的支持。
  SME主要提供各种业务和数据管理功能，主要与SLEE进行各种管理交互。这就要求在对SME的各项功能和性能进行仿真、测试和验证时需要SLEE和业务的支持。
  SCE主要提供各种业务生成功能，通过与SME将开发出来的业务加载到SLEE上运行。一个新的业务在创建完以后，为了保证它的正确性(业务执行正确)和安全性(不会对现有的系统造成破坏)，需要对业务进行一系列的测试工作。这就要求在对SLEE的各项功能和性能以及开发出来的业务进行仿真、测试和验证时需要有底层网络(Parlay封装)、SME和SLEE的支持。
  可见，为了进行系统及业务仿真测试，需要一个仿真验证环境对各种仿真、测试和验证操作提供支持。该仿真验证环境应包括业务调试功能、业务测试功能、仿真网络环境、Parlay网关和图形界面。

2.5 通信中间件
  Parlay网关与应用服务器之间的通信接口采用CORBA中间件，以屏蔽网络的异质性，并具有分布性，避免了传统集中式网络的单点失效。为了提高网络性能，中间件应具有实时、QoS保障、容错、安全及防火墙穿透能力等特性。


3 开放的NGN业务
  网络的开放和融合带来业务的百花齐放，基于下一代网络的业务支撑平台应能对多种多样的业务应用提供支持，这些业务应用包括传统的电信话音业务、移动业务以及新兴的因特网业务等。下一代网络业务平台上的业务应用大体分为以下几类。
(1)分组话音和增强特性业务
  分组话音和增强特性业务实现传统交换机基本语音业务和增值业务，同时具备更具性价比的IP特性。典型应用包括：IP Centrex、呼叫等待、呼叫转移、会议呼叫、个人呼叫管理等。
(2)协同工作、融合业务
  NGN将数据、语音、视频融为一体。因此，多种媒体协同工作业务是NGN的天然产物。典型应用包括：统一消息、即时消息、点击拨号、点击传真以及各种基于位置信息的业务等。
(3)视频流业务
  NGN使在传统电话网上无法实时传送的图像、流媒体业务的实现成为可能。典型应用包括：在线点播、付费电视、E-Learning、E-Hospital、Video/Streaming/Web等多种形式。
(4)电子商务及娱乐类应用
  融合网络带来的高带宽资源、移动性和集中呼叫信令/媒体控制，不仅会吸引客户停留在网上，同时也能促进网上商业活动的繁荣。典型应用包括：VPN业务、IP呼叫中心、小额支付、移动电子商务以及交互式游戏业务等。


4 结束语
  基于开放式API的新一代业务支撑环境不仅能够支持各种单网和跨网业务，还可以使业务种类从传统智能网支持的语音业务扩展到多媒体业务以及多网融合后正在或将要出现的各种新业务。不但能实现不同网络、不同业务之间的资源共用，有效地降低提供业务的运营成本，而且使得业务的扩展更加灵活，能适应不断增长和变化的客户化需求。
  与传统智能网相比，新一代业务支撑环境的最大优势在于其开放性，不但支持控制层提供的开放式API以及进行了再抽象的SLEE API，还支持业务构件开发及使用的开放性；此外，新一代业务支撑环境还支持管理API的开放性，使得不同层次的人员能够加入到业务开发以及业务构件开发的行列中来，为下一代网络中业务的多样性和个性化提供了必要的条件。
  当然，下一代网络的开放给安全带来了极大的隐患，Parlay规范中的安全机制还很不完善，如认证方面。目前主要采用周期性认证和联合两个单向认证的方法，但都有弱点，为此需要将Parlay认证与消息级认证(如CORBA CSIv2)或者连接级认证(如SSL/TLS)结合起来。在授权与访问控制方面，与会话绑定的对象引用自动授权对接口的访问，但此对象引用极易被盗窃和修改；另外，对象池的循环使用也给安全带来了隐患，为此需要在结束会话访问后，阻塞对该对象的引用。
  在网络周边设备方面，Parlay网关的复杂性并不符合主机简单性的需求，为此需要安全Internet ORB间协议(IIOP)代理来代替Parlay网关来进行一定的处理，如限制参数长度、并发IIOP连接数、SSL连接建立最大失败数以及CORBA请求数等。最后，在Parlay Web服务方面，基于简单对象访问协议(SOAP)的HTTP隧道也有很大的安全漏洞。
  在性能方面，应用服务器是下一代网络中的业务运行环境，也是下一代网络的核心组成部分，因此需要具有有效的过载控制功能。现有Parlay API规范中用于过载控制的方法参数的定义主要针对callgap和percent两种算法，不适于令牌桶算法，需要研究与改进