关于下一代IP电信网开放用户接口的研究

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1前言

    与传统的电信网络相比，网络和业务的开放性是下一代网络（NGN）最重要的特点。实现这种开放性的必要条件在ITU-T最近提出的关于下一代网络的特征需求中已经得到了比较完整的描述，即：以分组交换为基础，实现业务和承载的分离，对媒体、承载、会话和业务控制的分离，以及接入和业务提供的分离。作者通过研究发现，为了将这些分离的功能形成开放的业务体系提供给用户，为了保证网络的可管理可运营，必须在实际的NGN中引入一系列的用户与网络间的业务会聚点。用户和网络业务会聚点之间的接口是下一代网络的用户—网络接口（UNI），它是一种单点接入一对多的逻辑接口，其功能定位类似于电信网络用户—网络接口。但是，这种接口的结构是基于Internet客户机服务器和服务代理体系的，而不是传统的单物理接口分层的体系结构。它不仅可以在稳定的承载平台上提供开放的业务，也满足用户和网络管理者业务集成和业务管理的需要。

    为了定义开放的用户—网络接口，本文第二节通过对下一代网络的功能分解和业务会聚的分析，定义了NGN四类不同的会聚点；在第三节中分析了当前网络中业务会聚的现状；第四节讨论了对业务会聚点通用的基本功能要求；最后提出了下一代网络的用户—网络接口的体系结构，这种结构将一对多的用户和网络业务结构描述为建立在业务会聚平台基础上的关系模型，是实现ITU-T确定的下一代网络的基本特征的重要基础。

    2NGN功能分解和业务会聚

    下一代网络通过功能分解实现在稳定的承载平台上支持业务的开放，而向用户提供这种开放的可管理的业务需要通过用户—网络接口上的业务会聚。

    下一代网络的开放性首先是建立在恰当的功能分解的基础上的，而分组交换是使得这种功能分解可行的前提。这种功能分解是在垂直和水平两个层面上进行的：垂直层面上的功能分解首先在网络业务平面进行分解，使得网络承载能力与业务提供能力相互独立；然后对于网络中的控制平面进行分解，使得网络对媒体流传输的控制、对承载功能的控制、对会话的控制和对业务的控制相互独立。在水平层面上的功能分解是对网络的物理平面进行的，实现接入网络域和业务网络域之间的相互独立。这样做的好处有：

    ·形成稳定的核心承载网络，它的承载能力（支持的媒体类型，带宽、路由和质量控制，覆盖的地理空间）是设备级稳定的，因此便于管理和优化。

    ·业务能力通过运营商业务服务器（软件）提供，不同网络、不同业务对媒体的控制、对承载的控制、对会话的控制和对业务的控制可以分别由不同的控制服务器提供。因此，运营商、用户或第三方业务提供商可以通过动态地组织网络的控制能力生成自己新的业务或业务元素，并运用已经存在的业务能力和业务元素集成新的业务。

    ·支持用户通过多种不同的接入网络和终端获得运营商的同一种服务，包括承载能力和提供的业务。也支持用户通过特定接入网络接入不同运营商的服务，支持用户通过不同的运营商网络接入第三方的业务提供商提供的业务（如开放业务接入），使得用户可以有业务选择权。

    ·支持访问运营商和驻地运营商的划分，以支持用户的漫游和游牧。访问运营商仅仅提供承载能力、业务转发能力和业务缓存能力，所有的业务控制从逻辑上看都是在驻地运营商网络中运行的。

    为了达到以上业务开放的目的，网络必须支持在功能分解的同时支持业务能力的会聚，即从业务使用者角度来看，用户、业务及其控制功能不应该是一系列独立的功能模块或是来自不同网络、不同运营商的分散的业务能力。

    从业务使用者的角度看，业务开放的下一代网络上需要四种类型的业务会聚点，或者说业务接入点（serviceaggregationpoint/serviceaccess point，SAP），如图1所示。这包括：

    ·接入网络的业务会聚点（accessserviceaggregationpoint，ASAP）：位于用户和接入网络之间。在这里用户可以得到需要的接入能力，包括承载能力和接入网络控制能力。这个会聚点要提供用户选择运营商的能力，但是运营商的用户业务在这里是透传的。

    ·访问网络的用户业务会聚点（visitinguserserviceaggregation point，VUSAP）：位于运营商访问网络和接入网络的边界。在这里用户可以得到访问运营商提供的会话能力、业务能力、驻地运营商缓存的会话能力、业务能力和第三方业务提供商通过运营商提供的业务能力。用户可以在这里选择第三方业务提供商，但是第三方的业务能力在这里是透传的。

    ·访问网络的承载业务会聚点（visitinguserbeareraggregation point，VUBAP）：位于运营商网络和接入网络的边界，或运营商承载网络之间的边界。在这里可以获得运营商提供的会聚的承载能力，包括接入控制，QoS机制，带宽、路由控制机制，以及端到端能力的映射。

    ·本地网络的业务集成会聚点（homeserviceintegrationaggregation point，HSIAP）：位于运营商网络之间，访问网络和本地网络之间，运营商网络和第三方业务提供商网络之间，或第三方业务提供商网络之间。在这里运营商可以提供、建立和执行自己的业务，这些业务集成了运营商的承载能力、业务能力和第三方提供的业务能力。

    对比前面分析的功能分解可以看到，接入网络的业务会聚点实现的是对水平层面功能分解的会聚，访问网络的用户业务会聚点实现的是垂直层面上承载能力和业务能力的会聚，承载业务会聚点提供核心网络用户流的入口，而本地网络的业务集成会聚点实现的是对不同的会话和业务控制功能的集成。

    在接入网络分成多级的情况下，接入网络的业务会聚点也可能需要分成多级，例如企业网络和家庭网络的情况。在第三方提供的业务分成多级的情况下，本地运营商的业务集成会聚点也会分成多级，但是，所有的接入网络业务会聚点的功能是相同的，所有的本地网络业务集成会聚点的功能也是相同的。

    值得注意的是，在下一代网络中对业务会聚点的访问必须是间接的访问，在这里接入网络业务会聚点起到门户的作用。即对网络内的逻辑业务访问点的存取是通过接入网络业务会聚点转接的，对本地网络业务集成会聚点的访问是通过访问网络业务会聚点转接的。这是同时保持业务开放性和对用户使用业务的可管理性的重要条件。

    正是这些业务会聚点的设立，下一代网络的功能分解的主要意义才得以体现，在稳定的承载网络上提供开放的会话、业务和应用才成为可能。这些业务会聚点分属于不同的网络和运营商、业务提供商。为了提供为业务使用者服务的业务能力，这些业务会聚点和它们之间的协议共同形成了下一代的开放UNI。

    3业务会聚发展的现状

    在当前的IP网络上已经能看到上述的各种业务会聚点的雏形，但是它们所具有的会聚功能许多是面向接入、面向业务、甚至是面向应用的，是离散的、没有一致的功能结构，它们距离形成下一代网络的用户—网络接口还有很大的距离。

    例如，处在Internet接入边界上的网络接入服务器(NAS)体现的是接入网络业务会聚的功能。一方面它通过PPP或PPPoE提供接入侧的连接控制，代理网络端的接入认证，动态接入地址的分配以及对会话的管理；同时对用户的Internet访问提供透传的功能。更复杂一些的例子是GPRS网络的GPRS网关业务提供点(GGSN)和CDMA网络的分组数据业务点（PDSN）。除了类似于NAS的功能之外，它们在接入侧还提供支持移动性的接入管道，并支持用户在不同的访问网络之间的漫游。

    从会话边界控制器（sessionboardcontroller，SBC）上也可以看到许多访问网络业务会聚点和承载业务会聚点的功能，尽管SBC的本意是支持对防火墙的穿越。它除了支持私有地址、公有地址和接口映射，提供VoIP信令协议和媒体流控制协议的透传之外，还支持业务的自感知、认证、保密、QoS资源控制和策略的实施。从网络配置上，SBC也被设置在运营商网络和接入网络之间、运营商和业务提供商网络之间，起到在接口上实现业务会聚的作用。在信令控制和媒体控制分离的SBC解决方案中，承载业务会聚和用户业务会聚通过不同的功能实体完成，这更接近于上述的VUSAP和VUBAP的结构。

    除了GGSN/PDSN之外，在3GPPR5/R6的多媒体业务系统（IMS）中I-CSCF（查询呼叫控制服务器）、P-CSCF（代理呼叫控制服务器）、S-CSCF（服务呼叫控制服务器）都是在会话层提供访问网络业务会聚能力和本地网络业务会聚能力的节点（有状态代理或无状态代理）。这种结构对于支持移动性、游牧性、实现本地业务提供模式以及提供用户虚拟本地环境（VHE）都有重要的意义。但是3GPP关于会聚点的定义是基于会话控制的，对用户的接口是透明的，因此它和全面的用户业务会聚还有一定的距离。

    本地网络业务集成会聚点的概念看起来也和传统的智能网（IN）的业务控制点（SCP）有一些相像。但是前者的基础是基于SIP的开放应用服务器体系和基于Parlay的开放业务接入（OSA）体系结构。目前这个结构已经广泛用于软交换开放业务体系（包括呼叫处理服务器、应用服务器和媒体服务器，许多人也称它为NGN）。我们已经可以看到许多支持本地网络业务会聚的解决方案，如业务引擎、应用引擎、iSCP（IPserviceconvergencepoint）等。

    由此可见，所有目前类似业务会聚的功能并没有为用户形成一个完整的用户网络接口。这些方案形成的是面向接入、面向业务、面向应用的孤岛，既没有达到ITU-T要求的一系列功能分离的目标，也没有在业务会聚点之间建立相应的业务机制。

    4对业务会聚的基本功能的要求

    本节讨论对业务会聚功能的基本要求，这些要求是任何一种业务会聚点都要具备的，同时也提出了业务会聚平台对业务会聚的支持，如图2所示。

    从本质上说，业务会聚点是通过标准的用户接口和互连接口来隔离网络的复杂性的。因此，从用户的角度看，每个业务会聚点是一系列业务能力的集合。因此，一个业务会聚点必须具有如下的功能：

    ·接收控制域内用户业务请求的接口。在NGN的环境下，具有两种不同的业务请求机制，第一种是通过包含独立的请求、应答和媒体传输机制的信令或协议方式提出业务请求的机制，第二种是通过传输的信息包中携带的控制信息提出业务请求的机制。对应的接口为请求/回答接口、携带业务接口。

    ·管理和控制域内业务提供者的机制，提供业务的注册、注销、转移和变更，具有业务命名体系和类似于DNS（域名服务器）的机制维护业务会聚树上所有的业务提供点的地址和状态。

    ·对用户请求的业务进行注册和认证的机制，包括对用户、终端、接入点、接入网络、会话和业务进行认证。认证可能涉及到多个网络运营实体，如接入提供商、核心运营商、业务提供商等。许可证的发放包括SLA（服务品质协议）、许可权及其有效范围和有效期。认证对用户的一个通信请求必须是一次性的。

    ·接入控制的机制，依据对用户业务请求认证的结果，为用户分配业务资源，或拒绝用户的业务请求。

    ·执行用户业务请求的机制，依照预定的通用控制逻辑或包含在用户请求中的专用控制逻辑执行用户的业务请求。包括用户对网络、业务、承载和应用的选择。由于业务请求的获得可以是通过信令的，或是对传输信息包中的控制信息自动感知的，对业务的触发也包含两种类型。

    ·背靠背用户代理的机制，即对于已知的业务，代理用户实现会话和业务在不同域之间的空间转换。例如穿越NAT、协议变换和穿越不同业务网络的情况。这种机制还可以用于支持网内加密、计费和网间的清算。

    ·传递用户业务请求的机制，对通往下一个业务会聚点的请求、高层业务请求和不明业务请求进行透传的机制。支持依据用户接入许可对用户业务请求进行过滤。

    ·业务会聚平台，可以支持业务会聚点及其业务能力的注册，支持访问业务会聚点的寻址、重定向，支持故障恢复和负载均衡，以及维护网络的业务树和用户的业务访问树。业务会聚平台通过专用的网络通信协议连接一个域内所有的业务会聚点，提供基于业务会聚能力的新业务开发功能和管理功能，但是不涉及业务会聚点自身的业务能力和集成能力。

    5NGN用户—网络接口

    根据以上的定义，NGN的用户—网络接口的功能是对网络的业务进行“最终的”会聚，它涉及到一个域内的所有业务会聚点和业务会聚平台，但是不涉及每个具体的业务本身。如图3所示。

    如果把一个业务会聚点定义为一个由该节点上相关的业务组件形成的局部业务视图，那么UNI提供的“最终”业务会聚是形成一个关联的业务视图。因此，UNI与各个业务会聚点上业务组件的关系可以描述成类似于关系式数据库的关系模型和建立在这个关系上的一组操作，如图4所示。

    NGN的用户-网络接口是用户与相关的业务会聚点的接口，它在物理上和协议上都是单点接入的接口，在逻辑上是一对多的接口。因此，NGN的用户—网络接口是一个动态的网络，网络上的节点是各种业务会聚点，其中至少包含一个接入网络会聚点、一个访问网络用户业务会聚点、一个访问网络承载业务会聚点、一个本地网络业务集成会聚点。

    用户在物理上单点接入，无论是对传统网络还是未来的NGN都是十分重要的。单点接入是指用户所有层次的业务请求都是通过单个接入点处理或代理的。在单点接入的情况下，网络的复杂性，特别是承载路由机制、寻址机制、移动控制机制、容错机制和质量控制机制等都被屏蔽了。

    逻辑上用户—网络的接口是用户和一系列业务会聚点的接口，这些业务会聚点分布在网络不同的地方。其中，最靠近用户的接入网络业务会聚点被看成是用户的物理接入点。由于接入网络业务会聚点是和其他业务会聚点一起建立在业务会聚平台上的，平台提供的业务可以使得接入业务会聚点对用户的某些业务请求进行转发或透传，送到相应的访问网络用户业务会聚点和承载业务会聚点处理。同样，访问网络的用户业务会聚点在执行相应的业务处理的同时，转发某些用户业务请求或访问网络业务请求到本地网络的业务会聚点执行。

    6小结

    从NGN的概念提出到ITU-T对NGN的特征形成共识，反映了电信界对于分组交换（IP）技术可能带来的业务模式创新能力的理解在不断加深。为了在围绕统一和稳定的核心承载网络的技术下由多种多样的接入网络支持开放的、客户化的业务，业务和承载的分离是必要的条件。但是，为了能够在分离的环境下支持开放的、可管理的业务，必须要建立一个接入无关、业务无关、应用无关的分布式的可管理的用户—网络接口环境。本文通过对下一代网络的需求的分析，提出了一种以支持ITU-TNGN特征为目标的，基于网格业务基础设施体系结构的，建立在业务会聚平台上的，由一系列接入业务会聚点、访问网络用户承载会聚点、访问网络用户业务会聚点、本地网络业务集成点和业务会聚平台组成的开放用户—网络接口的方案。