CN1777113A - 一种实现一体化网络服务的体系结构 - Google Patents

Abstract

一种实现一体化网络服务的体系结构，包含“网通层”和“服务层”两层，“网通层”包括接入层、核心层，为语音、数据、图像以及流媒体等业务提供一个一体化的网络通信平台，各种业务在“网通层”中以一种统一的方式进行传输；“服务层”负责各种业务的会话、控制和管理，不同的业务用同一个“服务层”承载。“网通层”采用间接通信模式，接入地址和路由地址相分离，接入层负责通信终端的接入，核心层解决位置管理和路由技术，移动性和路由以一种统一的基于IP的方式分别实现；“服务层”对各种服务业务、网络资源和用户采用唯一标识符识别，建立一体化多种服务分层名字解析映射模型，向用户提供一致的、普遍的服务。

Description

一种实现一体化网络服务的体系结构

所属技术领域

本发明涉及一种实现一体化网络服务的体系结构，属于计算机网络技术领域。

背景技术

现有的信息网络按照业务范围的不同，主要可以分为电信网(包括固定电话网和移动电话网)、电视网以及互联网。下面分别对这些网络进行简要描述。

现有的固定电话网主要是基于程控数字交换技术的网络，主要用于传输语音。程控数字交换网由用户驻地网、接入网与核心网组成，采用数字交换网络，在线路上以时分多路复用的形式传输信号，从而实现两个用户通信的目的。程控数字交换网一开始是为传输语音信号而设计，采用电路交换的方式，不能很好的支持数据传输和图像传输；另外，由于程控数字交换网是为固定用户终端设计的，因此它不能很好的支持用户终端的移动性。

移动通信技术作为通信领域的一个分支近年来发展非常迅速。目前大部分全球移动通信系统所采用的蜂窝电话技术是2G，它的传输技术主要是时分多址(TDMA)。2G的数据传输速率低，只有9.6Kbps。3G是第三代移动通信技术，传输技术主要是码分多址(CDMA)的三种形式：WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA，数据传输速率为高速运动状态下达到384Kbps，静止状态下达到2Mbps。移动通信技术较好的解决了用户终端的移动性问题，但是由于移动通信采用无线信道传输，因此数据传输速率都较低，并且由于较高的误码率，使得移动通信技术不适合于传输会议电视、视频图像等对服务质量要求很高的实时业务。

电视网主要用来传输图像，向用户单向传送电视节目。目前电视网中的有线电视网(CATV)在接入网采用光纤电缆混合网(HFC)技术，在干线网络中主要采用同步数字序列(SDH)技术来传输信号，相比于其它网络有频带宽、容量大、多功能、成本低、抗干扰能力强和连接千家万户的优势。目前的电视网是一个专门提供广播电视业务的网络，无法提供语音和数据业务，也无法进行双向通信。

近年来，随着Internet网的迅速发展，互联网已经成为三大网络(互联网、电信网、电视网)中发展最快的网络。互联网遵从TCP/IP的四层体系结构(包括子网层、网络层、传输层、应用层)，采用面向无连接的分组交换技术传输数据并提供“尽力而为”的服务。由于它面向无连接的特性，使得互联网在单一的数据传输中有着其它网络所无法比拟的优势：数据传输速率高；另外互联网所采取的四层体系结构使得它可以进行异构网络的互连。但这种无连接的特性也正是互联网从单一的数据传输网向多业务承载网演进的瓶颈。互联网提供的尽力而为服务特性根本不能保证传输的可靠性，并且由传输层的传输控制协议(TCP)引入的重传时延对于语音、视频等对实时性要求很高的业务来说也是不能忍受的。虽然说引入了一些服务质量(QoS)机制来解决互联网传输实时业务的问题，但这些机制在大规模网络上实施都存在着许多问题，不能从根本上解决互联网的问题。另外，互联网设计之初是为固定终端服务的，它不能很好的支持终端的移动性。

因此现有的信息网络采用面向业务的网络服务体系结构，分层进行建设和管理，新增重要业务和技术都是采用一个个独立的网络层面实施，每种业务都有自己的网络平台，不仅建网成本很高，而且由于每一层的管理和控制方法是在不同的历史条件和应用环境下发展起来的，各层的控制方法存在很大的差异，整个网络的管理变得十分复杂，运营成本十分高昂。随着IP成为主要业务量后，在语音时代有用的很多功能将变得毫无意义，多层结构中的很多层面将会逐步消失，整个功能结构层次变得简单和扁平化。信息网络的集成将从垂直方向向水平方向发展。

把语音、数据和图象综合起来传送，达到全业务信息的迅速交流和资源共享的效果，是实现知识经济乃至信息社会所必经的技术途径。现有的互联网、电视网和电信网早已分别建成，传统的行业分割使各种信息行业都在自行其事。在多种网络并存的情况下，各种服务纷繁复杂，浪费了资源又不利于用户的使用。因此，实现各种处理音频、视频和数据服务的统一非常迫切。

VoIp(Voice over IP)技术以互联网作为主要传输介质进行语音传送。首先，语音信号通过公用电话网络被传输到网关；然后网关再将话音信号转换压缩成数字信号传递进入Internet；而这些数字信号通过遍及全球而成本低廉的网络将信号传递到对方所在地的网关，再由这个网关将数字信号还原成为模拟信号，输入到当地的公共电话网络，最终将语音信号传给收话人。VoIP采用国际电信联盟标准部门(ITU-T)的H.323标准或者Internet工程任务组(IETF)的会话初始协议(SIP)，并且采用了资源预留协议(RSVP)、实时传输协议(RTP)以及RTP控制协议(RTCP)以保证音频流的实时性和服务质量。由于VoIP是基于用户数据报协议(UDP)进行传输的，因此当传输环境恶劣时大量的分组丢失会影响接收端的解码结果；另外时延抖动使接收设备还原语音变得很复杂，说话者和收话者之间语音信号的时延可能非常大，这会导致信息丢失(因为迟到的样点已经不能为数模转换器所用)，并且用户可以感觉到这种变化。

IPTV即交互式网络电视，利用宽带有线电视网的基础设施，以家用电视机作为主要终端电器，通过互联网络协议来提供包括电视节目在内的多种数字媒体服务。IPTV能根据用户的选择配置多种多媒体服务功能，实现媒体提供者和媒体消费者的实质性互动。现在的IPTV运营平台多以MPEG-2、MPEG-4等协议作为视频协议，带宽与图像质量矛盾突出，实现DVD质量需要占用的带宽太高，同时由于MPEG-2，MPEG-4所需码流较高，也使得IPTV运营的带宽、存储等成本居高不下。另外由于IPTV业务较传统的话音和数据业务有更高的同步、时延、抖动、误码率方面的要求，因此，针对IPTV业务端到端服务质量的要求，承载网需要在用户个人电脑(PC)、机顶盒(STB)和CS(中央服务器)、ES(边缘服务器)之间提供完善的QoS保证。在技术上，如何建立高QoS保障的、高可靠性的组播传送通道是运营商建设IPTV城域承载网的关键。

多媒体子系统(IMS)是3GPP在Release5版本标准中提出的支持IP多媒体业务的技术。IMS使用SIP呼叫控制机制来创建、管理和终结各种类型的多媒体业务，各种类型的客户端通过IMS都可以建立起端到端的IP通信，并可获得所需要的服务质量。除会晤管理外，IMS体系还涉及完成服务提供所必须的功能，例如：注册、安全、计费、漫游等。IMS能够支持2G和3G的移动接入方式。由于IMS是为移动终端接入设计的，而固定终端在呼叫流程、鉴权能力、接入安全和服务质量方面与移动终端有很大的不同，因此IMS不能很好的支持固定网络的接入。

以上种种方案各有优缺点，但从通信信息技术发展角度来考虑均不理想。因为它们都是只从现存三网已分别独立建网的现实和行业分割的传统上来考虑的，带有旧的″烙印″，在接入的问题上仍存在着不可克服的困难。未来的通信信息网络应该采用多业务综合的新的技术架构。

随着网络体系结构的演变和宽带多业务移动网络技术的发展，传统网络正在向下一代网络演进。下一代网络并不是一个新的网络，而是基于现有的多种网络演进融合而来的。当前电信界和计算机界对下一代网络有不同的看法。由于原有的网络基础不同、演进的路线不同，在标准制订过程中的侧重点和解决方案也多有不同。在电信界看来下一代网络的研究内容集中在传输层以及业务层：在传输层上主要集中在ASON(自动交换光网络)；在业务层上主要集中在软交换。在计算机界看来下一代网络就是NGI(下一代互联网)，NGI对传输层没有特殊要求，只需传输层提供尽可能的高带宽，工作重点在业务承载层和业务层：在业务承载层上的规范集中在IPv6(因特网协议版本6)协议；在业务层的规范主要体现在采用端到端控制的智能终端上。

为了加快下一代网络的标准化进程，ITU-T于2004年5月6日在日内瓦成立了下一代网络焦点组(FGNGN)，下设业务需求、体系架构与移动性、服务质量、控制与信令、安全、网络演进、未来的分组网络等7个工作组，平均每2个月举行一次会议，研究和制定与下一代网络相关的业界迫切需要的标准，现已推出了较为具体的标准草案：“FRA-NGN的功能架构模型”标准草案初步提出了下一代网络业务层和传输层的一些功能实体，该草案从逻辑功能实体的角度来定义和分析下一代网络的模型；“FRMOB移动性功能需求”标准草案将下一代网络的移动性分为网间移动、网内移动和接入网内移动三种情况，并提出了对移动性管理的要求以及功能体系结构；“CMIP可管理的用户网络能力”标准草案提出可管理IP网的业务是向用户提供网络资源控制和管理，可管理IP网应具有用户分组及业务分集、信息接入控制和安全、移动控制和管理、带宽分配和SLA协商、端到端QoS配置和优先权配置等多种功能。

计算机界标准化组织的代表IETF也为下一代网络制定了一系列的规范^[11]：IPv6分组在不同媒体上的承载方式，包括以太网、点对点协议(PPP)链路、光纤分布式数据接口(FDDI)、令牌环、ARCnet等；IPv6基本协议，包括RFC2460(互联网协议版本6)、RFC2675(IPv6巨型包)、RFC2507(IPv6头压缩)等；IPv6地址相关协议，包括RFC3513(IPv6地址结构)、RFC2374(IPv6可聚合全球单播地址)、RFC1887(IPv6单播地址分配)、RFC2375(组播地址分配)等；Ipv6组播相关协议，包括RFC2710(IPv6MLD)、RFC3306(基于单播地址的IPv6组播地址)等；业务相关协议，包括用于建立语音或者视频会话的SIP、用于控制媒体网关的媒体网关控制协议(MGCP)等。

虽然计算机界与电信界在下一代网络上的研究各有侧重，但是对于下一代网络的总体目标则比较一致：下一代网络是基于分组技术的网络，能够提供包括电信业务在内的多种业务；在业务相关功能与下层传送功能分离的基础上，能够利用多种宽带、有QoS(服务质量)支持能力的传送技术；能够为用户提供无限制地接入到多个运营商的可能；能够支持广泛的移动性，确保向用户提供一致的、普遍的业务。下一代网络的一个重要目标就是网络融合。

美国国家科学基金会目前正计划从根本上重新设计互联网，以解决现有的各种问题，打造一个更适合未来计算机环境的下一代互联网，并于2005年8月22日公布了一个名为“全球网络环境调查”(GENI)的项目。美国国家科学基金会认为下一代互联网的研究重点是网络安全、手机、无线和传感器网络共同组成的普适计算(pervasive computing)环境，因此GEM项目主要包括一个研究计划和搭建一个测试环境。GENI的研究计划主要包括：建立新的核心功能，设计新命名机制、地址和一致性的体系结构，设计新的网络管理范例；强化现有体系结构的安全性，设计高可靠性、可说明性的安全机制；设计一个新的体系结构，该体系结构可以和新的无线技术、光通信技术、普适计算技术互相合作；设计更高层次的服务提取结构，如信息目标、基于位置的服务、身份网络等；建立新的服务和应用，如更安全、健壮、可控的大范围分布式应用，设计分布式应用的原理和模式；建立新的网络体系结构原理，研究网络的复杂性、可量测性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种实现一体化网络服务的体系结构，用于实现服务一体化、网络一体化。一种实现一体化网络服务的体系结构允许包括固定用户和移动终端、移动子网、自组网用户等多种移动性接入，固定用户和移动用户享有同样的个性化业务服务，实现分布式网络资源的共享和查找服务，进行语音、数据、图像以及流媒体等业务的传输并提供精细粒度的服务质量，确保向用户提供一致的、普遍的业务。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种实现一体化网络服务的体系结构，它包含“网通层”和“服务层”两层：“网通层”包括接入层、核心层，为语音、数据、图像以及流媒体等业务提供一个一体化的网络通信平台，各种业务在“网通层”中以一种统一的方式进行传输；“服务层”负责各种业务的会话、控制和管理，这些业务包括各种由运营商或第三方增值服务商提供的网络服务业务，主要是语音、数据、图像以及流媒体等，不同的业务用同一个“服务层”承载。

“网通层”采用间接通信模式，接入地址和路由地址相分离，接入层负责通信终端的接入，采用接入地址转发数据；核心层解决位置管理和路由技术，采用路由地址转发数据；移动性和路由以一种统一的基于IP的方式分别实现。

“服务层”对各种服务业务、网络资源和用户采用唯一标识符识别，各个应用都要绑定于服务标识符，传输协议要绑定于端系统标识符，并且进行从用户层的标识符到服务标识符的解析、从服务标识符到端系统标识符的解析、从端系统标识符到IP地址的解析，从而建立一体化多种服务分层名字解析映射模型；采用一种基于散列值一体化服务发现机制的服务发现方案，建立起各服务目录间的服务信息交换或服务请求转发机制，向用户提供一致的、普遍的服务。

本发明的有益效果是：

一种实现一体化网络服务的体系结构很好的将用户、服务业务和网络资源三者统一为一个整体，很好的实现了网络一体化和服务一体化。“网通层”为语音、数据、图像以及流媒体等业务提供一个一体化的网络通信平台；采用间接通信模式，接入地址与路由地址分离，移动性和路由以一种统一的基于IP的方式分别实现，这种机制可以较好地解决多种固定和移动接入、移动性管理、多归属、路由优化问题。“服务层”通过建立一体化多种服务分层名字解析映射模型，实现一体化网络服务发现，从而可以进行多业务的传输并提供精细粒度的服务质量，确保向用户提供一致的、普遍的业务。

信息网络将成为信息社会的主要传播媒介和推动社会向前发展的巨大动力。我们从互联网协议体系结构和下一代网络发展趋势入手，提出了一种实现一体化网络服务的体系结构，以系统的、开放的、灵活的方式解决新的网络服务体系问题，实现了网络一体化和服务一体化，为更大规模互联网络的部署创建稳定的基础平台，必将为我国下一代信息网络的研究和建设贡献力量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是一种实现一体化网络服务的体系结构。

具体实施方式

下面给出本发明的实施例。

实施例；一种实现一体化网络服务的体系结构如图1所示。不同于OSI的七层体系机构以及TCP/IP的四层体系结构，

“网通层”包括接入层、核心层，为语音、数据、图像以及流媒体等业务提供一个一体化的网络通信平台。“网通层”采用间接通信模式，接入层采用接入地址转发数据，而在核心层采用内部的路由地址替代接入地址转发，到达通信对端接入路由器后，数据包的路由地址被置换回原来的接入地址；接入层负责通信终端的接入，核心层解决位置管理和路由技术，移动性和路由在核心网和接入网中以一种统一的基于IP的方式分别实现。“网通层”采用的间接通信模式包含以下四个方面：

(1)由一个路由管理者模块和一个地址管理者模块对接入层进行管理，这两种管理机制将路由信息和地址信息分开。地址管理者对通信终端的地址信息进行管理，并在需要时对接入层接入的通信终端进行初始化以及切换和地址更新等操作。路由管理者对端主机在“网通层”进行路由信息的创建、更新和删除。在数据包路由和重定向路由过程中由路由器转发包并执行地址交换。

(2)IP接入地址(IPca)只是被用来确定一个通信终端，只有在网络内传输数据包的时候才会用到IP路由地址(IPra)。

(3)通信源端的接入路由器(AR)发送它的数据包到通信对端(包的目的地址就是通信对端的接入地址)。接入路由器根据接入地址与路由地址映射机制将数据包的目的地址从接入地址改变为路由地址，这一处理过程由路由管理者管理。然后接入路由器根据路由表转发这一数据包到通信对端。由于接入路由器通告了通信对端所在子网前缀路由，该数据包可以被转发到通信对端所连接的接入路由器。通信对端所连接的接入路由器在接收到数据包后再一次将数据包的目的地址从路由地址改变为主机接入地址。接入路由器再转发这一目的地址是主机接入地址的数据包到通信对端。

(4)当一个通信终端从一个接入路由器移动到另一个接入路由器时(成为移动终端)，路由管理者被接入层的路由接入控制触发启动。管理者更新通信终端接入路由器中的路由缓存，并且在新的接入路由器中创建一条新的路由信息以便移动终端的接入。在进行更新和创建步骤之前，新的接入路由器分配给移动终端一个新的IP路由地址，并且向路由管理者通告，然后路由管理者触发新的接入路由器分配移动终端该IP路由地址。

“服务层”包括各种由运营商或第三方增值服务商提供的网络服务业务，主要是语音、数据、图像以及流媒体等。运营商或第三方增值服务商将通过一体化网络个性化服务模型向用户提供有保障的个性化服务。服务层还包括多种服务功能组件，其中有媒体转换、媒体分发、计费和位置服务、虚拟归属环境等服务组件和会话管理、资源管理、移动性管理、安全可信管理、服务质量管理、网络运维管理等管理组件。“服务层”采取的方法包含以下两个方面：

(1)各种服务业务、网络资源和用户采用唯一标识符识别。各个应用都要绑定于服务标识符，传输协议要绑定于端系统标识符，并且进行从用户层的标识符到服务标识符的解析、从服务标识符到端系统标识符的解析、从端系统标识符到IP地址的解析，从而建立一体化多种服务分层名字解析映射模型。这种多层名字解析映射模型最明显的特征是：对服务和主机实现了自动的、无缝的重新绑定。如果一个服务从一台主机移动到另一台主机，将重新对服务标识符进行解析；如果一个端主机的IP地址发生改变，则将重新对端系统标识符进行解析。重新绑定可以实现移动或多编码主机的连续操作，也可以实现多穴主机的平滑的失效恢复。

(2)采用一种基于散列值一体化服务发现机制的服务发现方案，建立起各服务目录间的服务信息交换或服务请求转发机制，从而实现有效的服务发现。该方案步骤如下：

步骤1，为服务信息生成散列值；为分布在广域网中的每个服务目录指定值域，并使得所有服务目录结点能够按照值域间的关系连接成一棵内容编址树；

步骤2，为服务请求生成散列值域，并保证满足它的服务信息的散列值属于该域中；将服务信息根据其散列值转发到相关结点存储，将服务请求根据其散列值域转发到有可能满足它的结点进行匹配操作并确定是否存在所需服务。

Claims (4)

1、一种实现一体化网络服务的体系结构，其特征是：包含网通层和服务层两层：网通层包括接入层、核心层，为语音、数据、图像以及流媒体等业务提供一个一体化的网络通信平台，各种业务在网通层中以一种统一的方式进行传输；服务层负责各种业务的会话、控制和管理，这些业务包括各种由运营商或第三方增值服务商提供的网络服务业务，主要是语音、数据、图像以及流媒体等，不同的业务用同一个服务层承载。

2、根据权利要求1所述的一种实现一体化网络服务的体系结构，网通层的特征是：网通层采用间接通信模式，接入地址和路由地址相分离，接入层负责通信终端的接入，核心层解决位置管理和路由技术，移动性和路由以一种统一的基于IP的方式分别实现。

3、根据权利要求1所述的一种实现一体化网络服务的体系结构，服务层的特征是：服务层对各种服务业务、网络资源和用户采用唯一标识符识别，各个应用绑定于服务标识符，传输协议绑定于端系统标识符，并且进行从用户层的标识符到服务标识符的解析、从服务标识符到端系统标识符的解析、从端系统标识符到IP地址的解析，建立一体化多种服务分层名字解析映射模型。

4、根据权利要求1或3所述的一种实现一体化网络服务的体系结构，服务层的特征是：采用一种基于散列值一体化服务发现机制的服务发现方案，建立起各服务目录间的服务信息交换或服务请求转发机制，实现有效的服务发现，向用户提供一致的、普遍的服务。