NGN、軟交換和IMS的關(guān)系

　　摘要：下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)是業(yè)界的熱點話題，其中關(guān)于IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)、軟交換(Softswitch)的定位和未來發(fā)展方向需要達成共識。軟交換和IMS都是屬于NGN的業(yè)務(wù)網(wǎng)。軟交換從設(shè)備的實現(xiàn)而言，應(yīng)該可以平滑演進到IMS，但是從網(wǎng)絡(luò)的演進而言，由于軟交換將主要支持傳統(tǒng)的公共交換電話網(wǎng)/綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(PSTN/ISDN)業(yè)務(wù)，而它的基本業(yè)務(wù)和補充業(yè)務(wù)都是在本地實現(xiàn)，因此要實現(xiàn)向IMS的平滑演進有一定難度。

　　接納控制是人們在NGN中引入的一個全新的概念，位于業(yè)務(wù)控制層和承載傳送層之間。通過實行資源接納控制，向上向業(yè)務(wù)層屏蔽傳送網(wǎng)絡(luò)的具體細節(jié)，支持業(yè)務(wù)控制與傳送功能相分離，向下感知傳送網(wǎng)絡(luò)的資源使用情況，通過接納和資源控制，確保正確合理地使用傳送網(wǎng)絡(luò)資源，從而保證業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)，并防止帶寬和業(yè)務(wù)被盜用的現(xiàn)象發(fā)生。

　　對資源接納控制的研究已成為國內(nèi)外標(biāo)準化組織的熱點課題，ITU-T、TISPAN、3GPP、3GPP2以及中國標(biāo)準化協(xié)會(CCSA)都對其進行了不同程度的研究。各組織對資源接納控制的稱謂不同，功能架構(gòu)和研究的范圍等也有一定程度的差別。資源接納控制首先在TISPAN中明確提出，其相關(guān)功能稱為資源接納控制子系統(tǒng)(RACS)，目前已經(jīng)發(fā)布了R1階段的規(guī)范ETSI ES 282 003 v1.6.8。ITU-T中相關(guān)功能稱為資源接納控制功能(RACF)，在2004年6月啟動的下一代網(wǎng)絡(luò)熱點組(FGNGN)中展開研究，2005年11月FGNGN工作結(jié)束后，相關(guān)工作繼續(xù)在ITU-T的其他研究組中進行。ITU-T SG13研究組主要研究RACF的功能架構(gòu)，其R1階段的草案Y.RACF已經(jīng)在2006年7月份的會議上通過；SG11組對RACF涉及到的物理實體之間的接口和協(xié)議進行研究，目前已經(jīng)制訂了5個接口的7個規(guī)范草案，還有兩個規(guī)范已經(jīng)納入計劃。3GPP中與資源接納控制相關(guān)功能被稱為策略和計費控制(PCC)，目前已經(jīng)發(fā)布了3GPP R7版本的規(guī)范3GPP TS 23.203 v1.0.0。中國對資源接納控制功能的研究基本上與ITU和TISPAN的研究保持同步，在2006年的3月召開的網(wǎng)絡(luò)總體工作組(WG1)13次會議和信令與協(xié)議工作組7次會議上分別通過了《電信級IPQoS體系架構(gòu)》和涉及的3個接口協(xié)議的技術(shù)報告，部分成果已經(jīng)轉(zhuǎn)化為文稿提交給TISPAN和ITU-T中的相關(guān)研究組。

1 功能架構(gòu)和實體

　　1.1 TISPAN RACS的功能架構(gòu)

　　TISPAN RACS R1階段的功能架構(gòu)如圖1所示[1]。

　　RACS由兩個實體組成：基于業(yè)務(wù)的策略決策功能(SPDF)和接入資源接納控制功能(A-RACF)。SPDF向應(yīng)用層提供統(tǒng)一的接口，屏蔽底層網(wǎng)絡(luò)拓撲和具體的接入類型，提供基于業(yè)務(wù)的策略控制。SPDF根據(jù)應(yīng)用功能(AF)的請求選擇本地策略，并將請求映射成IPQoS參數(shù)，發(fā)送給A-RACF和邊界網(wǎng)關(guān)功能(BGF)，以請求相應(yīng)的資源。

　　A-RACF位于接入網(wǎng)中，具有接納控制和網(wǎng)絡(luò)策略匯聚的功能。從SPDF接收請求，然后基于所保存的策略實現(xiàn)接納控制，接受或拒絕對傳送資源的請求。A-RACF通過e4參考點從網(wǎng)絡(luò)附著子系統(tǒng)(NASS)獲得網(wǎng)絡(luò)附著信息和用戶QoS清單信息，從而可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)位置信息(例如接入用戶的物理節(jié)點的地址)確定可用的網(wǎng)絡(luò)資源，同時在處理資源分配請求時參考用戶QoS清單信息。

　　傳送層中包含3種功能實體，其中BGF是一個包到包(Packet-to-packet)網(wǎng)關(guān)，可位于接入網(wǎng)和核心網(wǎng)之間(實現(xiàn)核心邊界網(wǎng)關(guān)功能)，也可以位于兩個核心網(wǎng)之間(實現(xiàn)互聯(lián)邊界網(wǎng)關(guān)功能)。BGF在SPDF的控制下完成網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換(NAT)、門控、QoS標(biāo)記、帶寬限制、使用測量以及資源同步功能。資源控制執(zhí)行功能(RCEF)實施A-RACF通過Re參考點傳送過來的接入運營商定義的二層/三層(L2/L3)媒體流策略，完成門控、QoS標(biāo)記、帶寬限制等功能。二層終結(jié)功能(L2TF)是接入網(wǎng)中終結(jié)二層連接的功能實體。RCEF和L2TF是兩個不同的功能實體，通常在物理設(shè)備IP邊緣(Edge)上一起實現(xiàn)。R1階段沒有對接入節(jié)點進行研究。

　　1.2 ITU-T RACF的功能架構(gòu)

　　ITU-T RACF的功能體系架構(gòu)如圖2所示[2]。

　　和TISPAN RACS的功能架構(gòu)一樣，RACF也由兩部分組成：策略決策功能實體(PD-FE)和傳送資源控制功能實體(TRC-FE)。PD-FE和傳送技術(shù)無關(guān)，和業(yè)務(wù)控制功能(SCF)也無關(guān)。PD-FE基于網(wǎng)絡(luò)策略規(guī)則、SCF提供的業(yè)務(wù)信息、網(wǎng)絡(luò)附著屬功能(NACF)提供的傳送層簽約信息，以及TRC-FE提供的資源接納決策結(jié)果，然后作出網(wǎng)絡(luò)資源接納控制的最后決策。PD-FE基于每個流對PE-FE進行門控制，基于業(yè)務(wù)使用策略規(guī)則。TRC-FE和業(yè)務(wù)無關(guān)，但和傳送技術(shù)相關(guān)。TRC-FE負責(zé)收集和維護傳送網(wǎng)的拓撲和資源狀態(tài)信息，基于拓撲、連接性、網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點資源的可用性，以及基于接入網(wǎng)中傳送層簽約信息等網(wǎng)絡(luò)信息控制資源的使用，對傳送網(wǎng)絡(luò)實行接納控制。PD-FE通過Rt參考點請求TRC-FE檢測或者決定所請求的媒體流路徑上的QoS資源。

　　傳送層由策略執(zhí)行功能實體(PE-FE)和傳送資源執(zhí)行功能實體(TRE-FE)組成。PE-FE是包到包網(wǎng)關(guān)，可以位于用戶終端設(shè)備(CPE)和接入網(wǎng)絡(luò)之間、接入網(wǎng)和核心網(wǎng)之間或者不同運營商網(wǎng)絡(luò)之間，是支持動態(tài)QoS控制、端口地址轉(zhuǎn)換(NAPT)控制和NAT穿越的關(guān)鍵節(jié)點。TRE-FE執(zhí)行TRC-FE指示的傳送資源策略規(guī)則，其范圍和功能以及Rn參考點有待進一步研究，不在R1階段的研究范圍之內(nèi)。

2 TISPAN RACS和ITU-T RACF的異同點

　　2.1 功能實體和參考點

　　從功能上看，PD-FE和SPDF相對應(yīng)，但SPDF還包括TRC-FE的部分功能，如收集傳送層資源使用情況。TRC-FE和A-RACF相對應(yīng)，但不完全相同，TRC-FE的位置更加靈活，可以位于接入網(wǎng)絡(luò)中，也可以位于核心網(wǎng)絡(luò)中，而A-RACF是接入網(wǎng)中的一個功能。根據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中位置的不同，PE-FE分別和核心邊界網(wǎng)關(guān)功能(C-BGF)、互聯(lián)邊界網(wǎng)關(guān)功能(I-BGF)以及RCEF相對應(yīng)[3]。

　　由于功能定義的差異，在參考點方面相應(yīng)地也有一些不同。首先，由于RACF架構(gòu)中PD-FE可能需要給PE-FE推送一些關(guān)于底層網(wǎng)絡(luò)的信息，如物理連接標(biāo)識符和邏輯連接標(biāo)識符，而這些信息需從NACF中獲取，因此RACF和NACF的連接點為PD-FE，而TISPAN架構(gòu)中RACS和NASS的連接點為A-RACF[4]。

　　ITU-T RACF的架構(gòu)考慮了接入網(wǎng)、核心網(wǎng)以及外部網(wǎng)絡(luò)全程的QoS控制，而TISPAN RACS架構(gòu)在R1中只考慮對接入網(wǎng)進行控制，對IP核心網(wǎng)、外部網(wǎng)絡(luò)等未定義。為此，相對于RACS，RACF增加了新的參考點，包括同一個運營商網(wǎng)絡(luò)內(nèi)多個PD-FE實例之間的Rd參考點，不同運營商之間PD-FE實例之間的Ri參考點，同一運營商核心網(wǎng)中多個TRC-FE實例之間的Rp參考點。RACF架構(gòu)中涉及的參考點和RACS之間的對應(yīng)關(guān)系，如表1所示

　　2.2 接入網(wǎng)類型和終端

　　RACF定義了3種類型的終端，第1類是沒有QoS協(xié)商能力的CPE，在發(fā)起業(yè)務(wù)請求的時候不能直接請求QoS資源；第2類是具有業(yè)務(wù)層QoS協(xié)商能力的CPE，如能發(fā)出會話描述的支持會話初始協(xié)議(SIP)的電話，通過業(yè)務(wù)層信令執(zhí)行QoS的協(xié)商；第3類是具有傳送層QoS協(xié)商能力的CPE，如通用移動通信系統(tǒng)(UMTS)終端，支持資源預(yù)留協(xié)議(RSVP)或者其他傳送層信令(如PDP上下文、ATM PNNI/Q.931等信令)，能通過傳送設(shè)備，如不對稱數(shù)字用戶線接入復(fù)用器(DSLAM)、服務(wù)通用分組無線業(yè)務(wù)支持節(jié)點/網(wǎng)關(guān)通用分組無線業(yè)務(wù)支持節(jié)點(SGSN/GGSN)等，直接執(zhí)行傳送層QoS的協(xié)商。因此，RACF中的CPE考慮了移動這種情況，而目前TISPAN RACS中只考慮了數(shù)字用戶線(xDSL)方式的接入網(wǎng)，終端類型包括上述的第1類和第2類。

　　2.3 資源控制模式

　　RACF支持“拉(Pull)”和“推(Push)”兩種方式的QoS資源控制模式[5]，以適應(yīng)不同類型的CPE。

　　所謂Pull方式是指SCF為CPE發(fā)起的業(yè)務(wù)向RACF請求QoS資源授權(quán)和資源預(yù)留，傳送功能收到傳送層QoS信令消息時主動向RACF請求決策。這種方式適用于第3類具有傳送層QoS協(xié)商能力的CPE，可以通過傳送層QoS信令顯式地請求QoS資源預(yù)留。

　　所謂Push方式是指SCF為CPE發(fā)起的業(yè)務(wù)向RACF請求QoS資源授權(quán)和資源預(yù)留，如果該請求能夠滿足，則RACF主動將決策推送給傳送實體(TE)以獲得相應(yīng)的傳送資源。這種方式適用于第1類和第2類CPE，對于第1類CPE，SCF代表CPE決定所請求的業(yè)務(wù)的QoS需求；對于第2類CPE，SCF從應(yīng)用層信令中提取QoS需求。

　　目前RACS只支持Push模式。

　　2.4 選擇機制

　　為了能夠在相關(guān)功能實體之間傳遞QoS請求，功能實體首先需要選擇通信方，RACF定義了兩種機制：靜態(tài)機制和動態(tài)機制[5]。所謂靜態(tài)機制是指功能實體通過靜態(tài)配置的本地信息確定對端實體(例如SCF到PD-FE，PD-FE到PE-FE、TRC-FE)的IP地址或者域名。所謂動態(tài)機制是指功能實體通過動態(tài)信息(如根據(jù)業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)屬性組合)確定對端實體和對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址，或使用用戶標(biāo)識查詢域名服務(wù)器(DNS)。目前RACF要求必須支持靜態(tài)機制，動態(tài)機制任選。

　　RACS中AF可以通過與NASS的接口或者本地配置獲得SPDF的IP地址或者域名，SPDF通過本地配置獲取A-RACF和BGF的地址。

　　2.5 組網(wǎng)和互聯(lián)

　　ITU-T考慮了兩種引入RACF之后實現(xiàn)端到端QoS的組網(wǎng)模式[6]，當(dāng)接入網(wǎng)和核心網(wǎng)屬于不同運營商時，可以由應(yīng)用層SCF完成不同運營商之間的QoS協(xié)商，SCF分別和接入網(wǎng)以及核心網(wǎng)的PD-FE通過Rs參考點進行交互，接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的PD-FE之間沒有交互；也可以在RACF層完成QoS協(xié)商，SCF通過Rs參考點僅僅和核心網(wǎng)的PD-FE交互，接入網(wǎng)和核心網(wǎng)的PD-FE之間通過Ri參考點互通。不同運營商的核心網(wǎng)之間的互聯(lián)與上述一致。

　　TISPAN是在假設(shè)核心網(wǎng)絡(luò)部分的QoS可以得到保證的情況下，專注于解決接入網(wǎng)部分的QoS，因此未涉及到端到端的QoS實現(xiàn)。核心網(wǎng)和接入之間通過C-BGF進行互聯(lián)，核心網(wǎng)之間通過I-BGF進行互聯(lián)

　　2.6 和NACF/NASS的交互

　　ITU-T RACF和NACF之間交互的信息描述目前不清晰，而TISPAN中明確規(guī)定了A-RACF如何對應(yīng)來自NASS和SPDF的信息，從而完成對資源接納的控制。

3 未來研究重點

　　總的來說，TISPAN RACS的研究比ITU-T RACF啟動早，但是ITU-T RACF的研究范圍更全面，因此統(tǒng)一不同組織定義的架構(gòu)將是各個組織今后研究的重點。

　　TISPAN RACS在R2階段提出的研究內(nèi)容包括：完善和ITU-T、3GPP一致的功能架構(gòu)，支持多域多運營商情況下可實施的場景，支持NGN中出固定寬帶接入外的其他接入方式，實現(xiàn)NASS和SPDF間的信息交換，支持端到端的QoS等。

　　ITU-T RACF中需要進一步研究的問題包括：完善和TISPAN、3GPP以及3GPP2定義的資源控制架構(gòu)的一致性，統(tǒng)一不同運營商之間Ri參考點上傳送的網(wǎng)絡(luò)QoS信息，實現(xiàn)端到端的信令流，完成TRE-FE的功能定位以及TRC-FE和TRE-FE之間參考點Rn的定義，對在線計費的支持，和NASF之間的交互等。

　　參考文獻

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　　[5] ETSI TISPAN 10bTD107 Current technical analysis of RACF and RACS[S].

　　[6] ETSI TISPAN 10tTD069 Comparison of some issues of RACS-RACF-PCC architectures[S].