（通信與信息系統(tǒng)專業(yè)論文）基于rsvpte協(xié)議擴展的ims承載網(wǎng)qos機制的研究.pdf

重慶郵電大學碩士論文摘要 摘要 i m s 是3 g p p 提出的用于提供各種實時應用和服務的體系結(jié)構(gòu)，需要端到端q o s 的支持。在i m s 框架下，核心網(wǎng)絡的信令和數(shù)據(jù)都基于疋承載，所以i m s 的q o s 有賴于其承載網(wǎng)m 網(wǎng)絡的q o s 。但傳統(tǒng)的p 承載網(wǎng)還不能滿足i m s 承載網(wǎng)的q o s 要求，因此對i m s 承載網(wǎng)q o s 的研究就顯得尤為重要。 多協(xié)議標簽交換m p l s 是i m s 承載網(wǎng)絡q o s 的核心技術(shù)，它將第二層的高速 交換能力和第三層選路、尋址的靈活性結(jié)合起來，保障了疋網(wǎng)絡的o o s 。但是， m p l s 在可靠性方面存在著天生的缺陷，影響了其在i m s 承載網(wǎng)中的應用，因而如 何改善m p l s 的可靠性成為了i m s 承載網(wǎng)q o s 機制研究的一個重點。 為了提高可靠性，m p l s 采用了保護恢復機制，當工作l s p 中斷時，通過信令 協(xié)議的支持將業(yè)務切換到備份l s p 上傳輸來保證數(shù)據(jù)包能正確到達目的地。目前， m p l s 的信令協(xié)議主要有兩種：c r - l d p 和r s v p - t e ，但i e t f 已經(jīng)中止對c r o l d p 的開發(fā)，將r s v p t e 作為m p l s 中唯一的信令協(xié)議。因而，論文選擇了r s v p t e 協(xié)議作為信令擴展對象，重點對基于r s v p r e 協(xié)議擴展的i m s 承載網(wǎng)絡q o s 機制 進行了設計與實現(xiàn)。 在i m s 承載網(wǎng)q o s 機制的設計中，論文采用的設計思路是對r s v p t e 協(xié)議作 進一步的擴展，增加了兩個對象：e x c l u d e 對象和c o n s t ra n t 對象，重點研 究在建立備份l s p 時怎樣利用這兩個對象來實現(xiàn)路由排除功能。具體過程是利用 r s v p t e 協(xié)議中的r r o 對象來收集工作l s p 上經(jīng)過的節(jié)點，并把這些節(jié)點的p 地址放入e x c l u d e 對象中，再把e x c l u d e 對象放在p a t h 消息中傳送，在建立。 備份l s p 時排除這些資源。而c o n s t r a i n t 對象包含了約束參數(shù)，用來確保所建 立的備份l s p 能夠滿足工作l s p 上業(yè)務的要求。通過這兩個對象，使m p l s 網(wǎng)絡 在建立備份l s p 時，保證其不會與工作l s p 相交，提高了m p l s 網(wǎng)絡的可靠性， 進而提高i m s 承載網(wǎng)的q o s 。 論文最后采用n s 2 仿真平臺分別對原始r s v p - t e 和擴展后的r s v p - t e 進行仿 真。仿真結(jié)果表明，在工作l s p 發(fā)生故障時，采用擴展后的r s v p - t e 協(xié)議的網(wǎng)絡， 在丟包率和業(yè)務中斷時間方面，具有更好的性能。 關鍵詞：m s 承載網(wǎng)，q o s ，m p l s ，r s v p t e 協(xié)議 重慶郵電大學碩士論文 摘要 a b s 訂a c t i m si st h es y s t e ma r c h i t e c t u r ep r o p o s e db yt h e3 g p pt op r o v i d ev a r i o u sr e a l - t i m e a p p l i c a t i o n sa n ds e r v i c e s i tn e e d se n d - t o - e n dq o ss u p p o r t i nt h ei m sf r a m e w o r k ，t h e s i g n a l i n ga n dd a t ao ft h ec o r en e t w o r kb a s eo nt h ei pb e a r e r t h e r e f o r e ，t h ei m sq o s d e p e n d so ni pn e t w o r kq o s b u tt h et r a d i t i o n a li pb e a r e rn e t w o r ki su n a b l et om e e tt h e f u t u r er e q u i r e m e n t so ft h ei m sq o s s o e s p e c i a l l yi m p o r t a n t m u l t i - p r o t o c o ll a b e ls w i t c h i n g ( m p l s ) i st h ec o l et e c h n i q u eo ft h ei m sb e a r e r n e t w o r kq o s ，w h i c hc o m b m et h eh i g hs p e e ds w i t c ho fl a y e r2w i t ht h ef l e x i b i l i t yi n r o u t i n ga n da d d r e s s i n go fl a y e r3 ，t og u a r a n t e et h eq o s o fi pn e t w o r k h o w e v e r , m p l s h a sai n h e r e n td e f e c ti nr e l i a b i l i t y , w h i c ha f f e c t si t sa p p l i c a t i o ni ni m sb e a r e rn e t w o r k t h e r e f o r e ，h o wt oi m p r o v et h er e l i a b i l i t yo fm p l si so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp o i n t si n t h er e s e a r c ho fq o sm e c h a n i s mi ni m sb e a r e rn e t w o r k m p l su s e st h ep r o t e c t i o nr e c o v e r ym e c h a n i s mt oi m p r o v er e l i a b i l i t y w h e nt h e w o r k i n gl s pf a i l e d ，i tg u a r a n t e e st h ep a c k e t st ob ef o r w a r d e dt ot h ed e s t i n a t i o nc o r r e c t l y b ys w i t c h i n gt h e 倘c t ot h eb a c k u pl s pi nt h es u p p o r to fs i g n a l l i n gp r o t o c 0 1 t h e ma r e t w om a i ns i g n a l i n g 皿o t o c o lo fm p l sa tp r e s e n t ：c r - l d pa n dr s v p t e h o w e v e r , i e t fh a ss t o p p e dt h ed e v e l o p m e n tf o rc d - l d p , a n du s er s v p - t e 私t h eo n l ys i g n a l i n g p r o t o c o lo fm p l s t h e r e f o r e ，t h i sp a p e rc h o o s er s v p - t ep r o t o c o la st h eo b j e c to f s i g n a l i n ge x t e n s i o na n df o c u so nt h ed e s i g na n di m p l e m e n to ft h eq o sm e c h a n i s mi n i m sb e a r e rn e t w o r kb a s e do nt h ee x t e n s i o no f r s v p - t ep r o t o c 0 1 i nt h ed e s i g no fi m sb e a r e rq o s ，t h ed e s i g ni d e ao ft h i sp a p e ri st oe x t e n dr s v p - t e p r o t o c o lf u r t h e r i ta d d st w oo b j e c t s ：e x c l u d eo b j e c ta n dc o n s t r a i n to b j e e t ，t o r s v p - t ea n df o e n so nh o wt om a k eu s eo ft h e s et w oo b j e c t st oa c h i e v ee x c l u d e - r o u t e f u n c t i o nw h e ne s t a b l i s h i n gt h eb a c k u pl s et h es p e c i f i cm e t h o di s 嘴t h em u t i n gr e c o r d f u n c t i o no fr r oo b j e c to fr s v p - t et oc o l l e c tt h er o u t e r so nt h ew o r k i n gl s p , a n dc o p y t h e 諍a d d r e s s e so ft h e s et o u t e r si n t oe x c l u d eo b j e c tt h e nd e l i v e rt h ee x c l u d e o b j e c ti n t h ep a t hm e s s a g ea n de x c l u d et h e s e i e s o u l f c e sf r o mb u c k u pl s pi nt h e e s t a b l i s h m e n to fb a c k u pl s et h ec o n s t r a i n t o b j e c tc o n t a i n sc o n s t r a i n tp a r a m e t e r s ， t oa 夠u r et h ee s t a b l i s h e db a c k u pl s pc a nm e e tt h er e q u i r e m e n t so fb u s i n e s s0 1 it h e w o r k i n gl s e t h r o u g ht h e s et w oo b j e c t st o e n s u r et h eb a c k u pl s pd i s j o i nw i t ht h e w o r k i n gl s pi nm p l s ，i n c r e a s et h er e l i a b i l i t yo fm p l sn e t w o r ka n di m p r o v e di m s 重慶郵電大學碩士論文 摘要 b e a r e rn e t w o r kq o s t h i sp a p e rs i m u l a t e st h eo r i g i n a lr s v pp r o t o c o la n dt h ee x t e n d e dr s v p - t e p r o t o c o lo nn s 2s i m u l a t i o np l a t f o r m t h er e s u l t so ft h es i m u l a t i o ns h o wt h a t , w h e nt h e r e a r ef a u l t so nt h ew o r k i n gl s p , t h en e t w o r kw i l lo p e r a t em u c hb e t t e ro np a c k e tl o s sa n d b u s i n e s si n t e r r u p t i o nt i m e ，u s i n gt h ee x t e n d e dr s v p t e p r o t o c 0 1 k e yw o r d s ：i m sb e a r e rn e t w o r k , q o s ，m p l s ，r s v p t ep r o t o c 0 1 i i i 重慶郵電大學碩士論文第一章緒論 1 1 研究背景 第一章緒論 從通訊行業(yè)的現(xiàn)狀看，多種業(yè)務網(wǎng)絡的同時運營( p s t n ，2 g 移動網(wǎng)，3 g 移動網(wǎng)) ， 讓運營商承擔了巨大的運行維護成本。技術(shù)的發(fā)展和成功的商業(yè)應用，使網(wǎng)絡融合 的重任歷史性地降臨于技術(shù)。未來的網(wǎng)絡將具有以邛技術(shù)為核心的承載網(wǎng)絡?？v 觀當前網(wǎng)絡技術(shù)和未來趨勢，i m s 是目前業(yè)界公認的網(wǎng)絡融合的控制平臺。i m s 被 3 g p p 從r e l e a s e5 階段引入，r e l e a s e 6 階段進一步完善，成為多媒體業(yè)務的控制平臺。 分布式的特點，接入無關的特性，和標準開放的業(yè)務控制接口，使得i m s 被各個標 準組織重視，成為下一代網(wǎng)絡的核心層面。 i m s 為未來的多媒體應用提供一個通用的業(yè)務平臺，是向全m 網(wǎng)業(yè)務提供體系 邁進的重要一步。在網(wǎng)絡融合的發(fā)展趨勢下，3 g p p ，e t s i 和i t u - t 都在研究基于i m s 的網(wǎng)絡融合方案，目的是使i m s 成為基于s i p 會話的通用平臺，同時支持固定和移動 的多種接入方式，實現(xiàn)固定網(wǎng)和移動網(wǎng)的融合。歐洲e t s i 的t i s p a n 提出，基于i m s 的體系架構(gòu)是n g n 的主體架構(gòu)，認為i m s 代表了n o n 網(wǎng)絡發(fā)展的方向。 一個網(wǎng)絡的q o s 決定了它是否可以滿足商用需求，因此q o s 是i m s 需要重點考慮 的問題。i m s 承載于分組域之上，而在口網(wǎng)絡上提供實時多媒體業(yè)務，存在的主要 問題是沒有q o s 保證?？诰W(wǎng)絡本身只是“盡力而為”地將數(shù)據(jù)包從某個源端點高效傳 送到某個目的端點，而不能為用戶的每一次連接提供端到端的可靠性、低時延和時 延抖動、低丟包率等q o s 保證。例如，語音、視頻等實時業(yè)務對m 承載網(wǎng)的可靠性 提出了毫秒級的倒換要求，即必須確保網(wǎng)絡在單點故障情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)毫秒級別 的保護倒換，盡量縮短網(wǎng)絡的業(yè)務中斷時間。因此，建翊s 的一個主要目的是給 予實時多媒體業(yè)務q o s 保證。 刀s 網(wǎng)絡的q o s 是端到端的q o s ，由終端、接入網(wǎng)絡、核心承載網(wǎng)和訂s 本 身的q o s 機制共同保證。同時在i m s 的框架下，核心網(wǎng)絡的信令和數(shù)據(jù)都基于口 承載，因此i m s 提供給用戶的服務質(zhì)量，在很大程度上取決于i m s 所基于的口網(wǎng) 絡的q o s 。雖然目前i m s 已經(jīng)給出了根據(jù)業(yè)務需求對承載網(wǎng)進行控制的機制，但首 先需要承載網(wǎng)絡能夠提供相應的q o s 保證機制。但是d 網(wǎng)的無連接和不保證q o s 的特性，使得i m s 承載網(wǎng)的q o s 很難滿足i m sq o s 的要求，因此對球網(wǎng)絡的q o s 機制進行研究，使其能滿足 m sq o s 的要求，就成為1 m s 中最需要解決的問題。 本文主要是從q o s 中的可靠性這個方面來研究如何通過擴展r s v p - t e 協(xié)議來提高 重慶郵電大學碩士論文第一章緒論 i m s 承載網(wǎng)絡的q o s ，從而提高i m s 系統(tǒng)的q o s ，并加以驗證。 1 2 本文工作 因為傳統(tǒng)的p 技術(shù)在q o s 方面還存在較多缺陷，不能滿足i m s 承載網(wǎng)的q o s 要求。為了解決這個問題，必須對其承載網(wǎng)p 網(wǎng)絡的q o s 技術(shù)進行研究和改進， 以滿足實時業(yè)務的要求。i m s 網(wǎng)絡引入了m p l s 技術(shù)來提高其承載網(wǎng)的q o s ，m p l s 具備快速轉(zhuǎn)發(fā)、q o s 保證、多業(yè)務支持等優(yōu)勢，因此逐漸成為i m s 承載網(wǎng)中q o s 的關鍵技術(shù)。但是在m p l s 網(wǎng)絡，數(shù)據(jù)包都要通過事先建立的l s p 來傳送，當由于 故障造成一條l s p 不通時，若無另外一條備用l s p ，會造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹袛?。如?在l s p 中斷時仍能正確地將數(shù)據(jù)包送達目的地，一直是m p l s 流量工程研究的重點 之一。 m p l s 網(wǎng)絡一般采用保護恢復機制來提高網(wǎng)絡的可靠性，在工作l s p 中斷時， 通過把業(yè)務切換到備份l s p 上傳輸來保證數(shù)據(jù)包能正確到達目的地。m p l s 全局保 護具有局部保護所沒有的優(yōu)點，而采用m p l so a m 技術(shù)的全局保護恢復機制，大 大縮短故障的檢測時間，克服了其恢復時間長的特點，且在其他方面有著快速重路 由f r r 所沒有的優(yōu)點，因此有必要在網(wǎng)絡中實施全局保護恢復機制。但是在全局保 護中，如果備份l s p 和工作l s p 相交，那么當這些共同的資源發(fā)生故障時，就會降 低網(wǎng)絡的整體性能。 r s v p t e 協(xié)議是m p l s 中用于建立l s p 的信令協(xié)議，因此可以通過對其進行 擴展來解決上述問題。論文在分析了r s v p t e 的基本原理和工作過程的基礎上， 結(jié)合i m s 承載網(wǎng)本身的特點，具體提出了i m s 承載網(wǎng)中基于r s v p t e 協(xié)議擴展的 q o s 機制，并對提出的方案作出驗證。 論文增加了兩個r s v p t e 協(xié)議對象：e x c l u d e 對象和c o n s t r a i n t 對象， 重點研究在建立保護路徑時怎樣利用這兩個對象來實現(xiàn)路由排除功能。利用擴展后 的r s v p - t e 協(xié)議建立的保護路徑，不會和工作路徑相交，從而在網(wǎng)絡中的路由器或 鏈路資源發(fā)生故障時，不會出現(xiàn)工作路徑和備份路徑都不可用的情況，從而增強網(wǎng) 絡的可靠性和穩(wěn)定性，提高了蹦s 承載網(wǎng)的q o s 。 本文在理論分析的基礎上，通過修改r s v p t e 模塊中相應的c + + 代碼，以及 編寫相應的t c l 腳本文件，利用所搭建的n s 2 仿真平臺，對原始的r s v p - t e 協(xié)議以 及擴展后的r s v p - t e 協(xié)議分別進行了仿真驗證，并對仿真結(jié)果進行了分析。仿真 結(jié)果表明，擴展后的r s v p - t e 協(xié)議比與原始r s v p - t e 協(xié)議具有更好的整體性能， 解決了m p l s 可靠性差的問題。 2 重慶郵電大學碩士論文第一章緒論 1 3 論文結(jié)構(gòu) 本文共分六章，各章的內(nèi)容安排如下： 第一章，緒論。這一部分主要介紹了論文的研究背景，指出q o s 是i m s 體系 中最重要的方面，而i m s 承載網(wǎng)的o o s 又對整個i m s 的q o s 至關重要，本文的研 究即是針對i m s 承載網(wǎng)q o s 進行的。最后給出了論文的研究內(nèi)容以及本文的結(jié)構(gòu)。 第二章，i m sq o s 體系架構(gòu)的研究。這一部分主要研究了i m sq o s 體系架構(gòu)。 首先概述了i m so o s 的體系架構(gòu)，接著指出i m s 的q o s 需要本身的q o s 機制、接 入網(wǎng)和承載網(wǎng)來共同保證，引出了本文重點研究的內(nèi)容圳s 承載網(wǎng)q o s 機制的 設計與實現(xiàn)。 第三章，m p l s 技術(shù)及r s v p - t e 協(xié)議研究。因為m p l s 是i m s 承載網(wǎng)q o s 的 核心技術(shù)，因此這一部分主要是對m p l s 技術(shù)及其信令協(xié)議r s v p - t e 協(xié)議進行研 究，指出m p l s 網(wǎng)絡在可靠性方面存在的問題，并提出利用m p l s 信令協(xié)議 r s v p - t e ，通過保護恢復機制來提高m p l s 可靠性的思路，為第四章基于r s v p t e 協(xié)議擴展的i m s 承載網(wǎng)q o s 機制的設計打下基礎。 第四章，i m s 承載網(wǎng)q o s 機制的設計與實現(xiàn)。在前面分析基礎上，重點對i m s 承載網(wǎng)的q o s 機制進行設計與實現(xiàn)，給出了基于r s v p t e 協(xié)議擴展來提高i m s 承 載網(wǎng)q o s 的具體方案和實現(xiàn)過程，詳細給出了如何在r s v p - t e 協(xié)議增加兩個對象： e x c l u d e 對象和c o n s t r a i n t 對象，以及如何利用這兩個對象來實現(xiàn)路由排除 功能，提高m p l s 網(wǎng)絡的可靠性，從而提高了i m s 承載網(wǎng)絡的q o s 。 第五章，仿真驗證及結(jié)果分析。這一部分通過搭建n s 2 仿真平臺，對原始 r s v p t e 協(xié)議和擴展后的r s v p t e 協(xié)議的性能分別進行仿真的過程，并對仿真結(jié) 果進行了分析。 第六章，總結(jié)和展望。這一章總結(jié)了全文的工作與不足之處，探討了進一步的 研究方向。 3 重慶郵電大學碩士論文第二章i m sq o s 體系架構(gòu)的研究 第二章im sq o s 體系架構(gòu)的研究 2 1 lm s 體系的結(jié)構(gòu) 3 g p p 首先在w c d m a 的網(wǎng)絡演進思路中提出了i m s 的概念，并定義了i m s 的網(wǎng)絡架構(gòu)，目的是為移動用戶提供基于口的多媒體業(yè)務，使移動用戶也可以使用 更多的類似固網(wǎng)或和固網(wǎng)相同的業(yè)務，從而大大豐富了移動網(wǎng)的業(yè)務種類。 i m s 的體系結(jié)構(gòu)【l j 如圖2 1 所示，功能實體大致分為以下幾類：會話管理類實體 ( c s c f 3 、路由類實體( g g s n ，s g s 、數(shù)據(jù)庫類實體( 如h s s ，s l f ) 、網(wǎng)間配合類實 體( j t n b g c f ，m g c f ，m g w ，s g v o 、服務類實體( 如a s ，m r f c ，m r f p ) 、支撐類 實體( 如p d f ) ，其中玎v i s 承載網(wǎng)q o s q b 所涉及到的實體主要是會話管理類實體、路由 類實體和支撐類實體。 圖2 1i m s 的體系結(jié)構(gòu) 呼叫會話控制功能c s c f 呼叫會話控制功能( c s c f , c a l ls e s s i o nc o n t r o lf u n c t i o n ) 實體是整個i m s 網(wǎng)絡的 核心，主要負責處理多媒體呼叫會話過程中的s i p 信令。其功能包括：多媒體會話 控制、地址轉(zhuǎn)換、以及對業(yè)務協(xié)商進行服務轉(zhuǎn)換等，相當于s i p 服務器。根據(jù)c s c f 在網(wǎng)絡中所處的位置不同，它所承擔的作用也不一樣，它可以分為以下三種類型： 1 ) 代理c s c f 口一c s c f 3 p - c s c f ( p r o x y - c s c f ) 是連接i m s 終端) 和i m s 網(wǎng)絡的入口節(jié)點，是用戶終 4 重慶郵電大學碩士論文 第二章i m sq o s 體系架構(gòu)的研究 端在p 多媒體子系統(tǒng)內(nèi)的第一個接觸點。所有i m s 終端發(fā)起和終止于i m s 終端的 會話消息都要通過p c s c f 。p c s c f 實際上扮演了一個代理服務器的角色，它接收 s i p 請求與響應，并向i m s 網(wǎng)絡或i m s 用戶轉(zhuǎn)發(fā)。p c s c f 可以處于拜訪網(wǎng)絡或歸 屬網(wǎng)絡。 2 ) 查詢c s c f ( i - c s c f ) i - c s c f ( i n t e r r o g a t i n g - c s c f ) 是處在外地網(wǎng)絡的i m s 終端進入本地i m s 網(wǎng)絡的入 口節(jié)點，i - c s c f 路由外地終端的s i p 請求和響應到本地s - c s c f 。i - c s c f 處于歸屬 網(wǎng)絡，在特殊情況下，也可以處于拜訪網(wǎng)絡。在一個網(wǎng)絡中可以有多個i - c s c f 。 3 ) 服務c s c f ( s c s c f ) s - c s c f ( s e r v i n g - c s c f ) 是s i p 信令平面的中心節(jié)點，其作用類似于軟交換系統(tǒng) 中的軟交換設備。s - c s c f 為i m s 終端執(zhí)行會話控制服務，并保持會話狀態(tài)。所有 i m s 終端發(fā)出與接收的s i p 信令都要通過s c s c f ，s c s c f 總是處于歸屬網(wǎng)絡。 服務g p r s 支持節(jié)點s g s n s g s n ( s e r v i n gg p r ss u p p o r tn o d e ) 將來自m s 的q o s 需求傳送給g g s n ：根據(jù) 網(wǎng)絡資源情況實現(xiàn)接納控制，對于實時業(yè)務類進行資源預留，提供保證的q o s ：對 用戶數(shù)據(jù)監(jiān)控，保證與t c a 一致，實現(xiàn)流量監(jiān)控功能；對承載業(yè)務分配共享資源， 實現(xiàn)資源管理；根據(jù)對應承載的q o s 業(yè)務能力，進行標記，實現(xiàn)業(yè)務映射功能。 網(wǎng)關g p r s 支持節(jié)點g g s n g g s n ( g a t e w a yg p r ss u p p o r t n o d e ) 根據(jù)網(wǎng)絡負荷情況，修改商定的q o s 參數(shù)， 并將結(jié)果反饋給s g s n ，實現(xiàn)接納控制作用；對承載業(yè)務分配共享資源，實現(xiàn)資源 管理；對從s g s n 來的q o s 請求進行授權(quán)認證，實現(xiàn)c o p s 的p e p 功能；對用戶 數(shù)據(jù)監(jiān)控，保證與t c a 的一致性，實現(xiàn)流量監(jiān)控功能；根據(jù)對應承載的q o s 業(yè)務 能力，進行標記，實現(xiàn)業(yè)務映射功能；根據(jù)用戶業(yè)務質(zhì)量需求，實現(xiàn)業(yè)務q o s 等級 的分類功能；實現(xiàn)d i f f s e r v 邊緣節(jié)點功能( 包括r s v p 代理功能) ，實現(xiàn)與外部網(wǎng)絡 疋承載業(yè)務的互通功能； 同時，s g s n 和g g s n 可以根據(jù)業(yè)務流類型和業(yè)務處理優(yōu)先級的協(xié)商結(jié)果，通 過d i f f s e r v 技術(shù)將不同業(yè)務類型所對應的o o s 業(yè)務按照不同類型映射為相應的碼 字。 策略決策點p d f p d f 主要負責實現(xiàn)基于服務的本地策略( s b l p ) 控制，根據(jù)從p - c s c f 處獲得的 會話和媒體信息來制定策略；存儲會話和媒體相關信g ( i p 地址、端口號、帶寬等) ； 產(chǎn)生授權(quán)令牌用于標識p d f 和會話；在收到一個來自g g s n 的承載授權(quán)請求時， 根據(jù)相關信息提供授權(quán)決策；在會話變更過程修改會話及媒體信息時，更新相應的 授權(quán)決策等。一 重慶郵電大學碩士論文第二章u v l sq o s 體系架構(gòu)的研究 2 2 im s 端到端的o o s 疋多媒體子系統(tǒng)( n v l s ) 是3 g p p 提出的用于支持p 多媒體業(yè)務的子系統(tǒng)，它可 以提供具有嚴格q o s 保證的數(shù)據(jù)、語音、圖像、視頻等多種移動多媒體業(yè)務，因此 它對q o s 的要求很高，需要端到端q o s 的支持 2 1 。 要實現(xiàn)端到端的q o s ，既需要接人網(wǎng)、核心承載網(wǎng)和外部網(wǎng)絡的不同域之間的 共同保證，還需要p 承載和業(yè)務應用層的相互配合才能達成，i m s 采用基于策略的 q o s 架構(gòu)來提供這種域間、上下層之間的相互協(xié)同，為用戶提供全方位的、有質(zhì)量 保證的服務。 下面我們分別來描述i m s 本身基于策略q o s 構(gòu)架及其對接入網(wǎng)和承載網(wǎng)的q o s 要求。 2 2 1im s 基于策略管理的o o s 機制 i m s 網(wǎng)絡中的q o s 機制完成i m s 媒體業(yè)務流將要使用的承載業(yè)務的授權(quán)和控 制，它基于在i m s 會話中所協(xié)商的s d p 參數(shù)，這種交互被稱為基于業(yè)務的本地策 略。i m s 端到端q o s 體系架構(gòu)基于業(yè)務的策略控制機制來實現(xiàn)，用于提供q o s 動 態(tài)控制，保證m 傳送層中的q o s 參數(shù)如帶寬、傳輸速率、端到端時延、端到端抖 動以及誤碼率能夠提前得到保證。 i m s 基于策略的q o s 構(gòu)架【3 】【4 】如圖2 2 所示，涉及到的功能實體有p - c s c f 、策 略判決功能p d f 、策略執(zhí)行功能p e p ( g g s n ) 和u e 等。 層間交互信令 圖2 2 基于策略的q o s 管理框架 p - c s c f 在i m s 網(wǎng)絡中的負責多媒體會話過程拜訪網(wǎng)絡的資源管理和授權(quán)。 6 重慶郵電大學碩士論文第二章i m sq o s 體系架構(gòu)的研究 p - c s c f 與p d f 通過g q 參考點傳輸策略配置信息，p - c s c f 相當于應用功能，將關 于含有s d p 凈荷的s i p 消息的策略信息發(fā)送給p d f ，這些信息包括：目的p 地址 和端口、傳輸協(xié)議i d 、媒體傳輸方向、信號源方向、媒體要素所在的組、媒體類型 信息、帶寬參數(shù)、是否分叉等。 g o 參考點在p d f 與g g s n 之間用于媒體授權(quán)，3 g p p 采用c o p s p r 作為g o 接口的通信協(xié)議。在p d f 進行q o s 協(xié)商和授權(quán)的過程中，p e p 需要對p d f 的資源 授權(quán)請求進行檢驗，對于符合策略規(guī)則的用戶會話流，p d f 生成跨越多個p d p 上 下文的s i p 會話的授權(quán)令牌，l i e 以此令牌標識獲得相應級別的服務。 u e 和g g s n 都采用i pq o s 到u m t sq o s 的映射與轉(zhuǎn)換，當q o s 服務觸發(fā)了 一個策略事件( 如p e p 接受到r s v p t e 消息要求預留資源) 后，p d p 從策略數(shù)據(jù)庫 中獲得相應的策略，并將其翻譯為對q o s 機制進行配置和執(zhí)行的一組行為。p e p 根 據(jù)p d p 的策略判決結(jié)果完成針對網(wǎng)絡設備的具體操作。基于策略的q o s 管理完成 了接納控制、資源預留等操作。i m s 網(wǎng)絡中p d f 完成p d p 的功能，而p e p 的功能 由g g s n 完成。 基于策略q o s 管理的實現(xiàn)流程i s 如下： q o s 資源授權(quán)：主叫用戶向p c s c f 建立呼叫請求，然后把請求轉(zhuǎn)發(fā)給被叫 用戶，被叫用戶接受返回s i p1 8 3 消息，被叫p c s c f 分析消息中的s d p ，把流標 識符、數(shù)據(jù)速率、q o s 類型發(fā)送到p d f 進行授權(quán)認證，返回一個令牌標識會話與對 網(wǎng)絡資源的請求。被叫用戶把令牌、流標識符加入s i p1 8 3 中發(fā)送到主叫用戶，主叫 用戶側(cè)也會產(chǎn)生相應的令牌。 資源預留過程：主叫用戶和被叫用戶將會話級q o s 映射為u m t sq o s ，然后 發(fā)送p d p 上下文激活請求到各自的g g s n ，g g s n 內(nèi)部的p e p 模塊通過g o 接口將 流標識、令牌等信息傳送給p d f 。p d f 根據(jù)令牌與開始的授權(quán)信息比較，若相符p d f 向g g s n 發(fā)送授權(quán)容許的信息，g g s n 中的p e p 執(zhí)行資源預留，完成后向用戶端返 回p d p 上下文接受消息，完成咖s 級資源預留。 t 躉) q o s 承諾批準：被叫用戶開始接聽會話，發(fā)送s i p 2 0 0o k 到主叫用戶，p - c s c f 接收到s i p2 0 0o k 消息后，通知g g s n 把通路打開，g g s n 此時容許業(yè)務流通過 g g s n ，被叫用戶此時也打開通路。 q o s 承諾刪除：當p d f 不容許業(yè)務流穿過g g s n 時，關閉g g s n 的通路。 2 2 2im s 對接入網(wǎng)o o s 的要求 i m s 的核心特點之一就是與接入的無關性，可以同時支持移動接入和固定接入 6 1 ，但是實際上i m s 并沒有實現(xiàn)完全的與接入的無關性。技術(shù)上，i m s 為網(wǎng)絡融合 7 提供了基礎，但是由于移動接入方式和固定接入方式的不同，因此這兩種方式在傳 輸帶寬、q o s 機制以及鑒權(quán)方式上存在一些差別： 傳輸帶寬的不同，移動接入方式由于帶寬資源有限，所以要求p - c s c f 支持 s i p 的壓縮，而對于固定接入方式則沒有這種要求。因此不同接入方式對于i m s 的 功能實體的要求有所差異。 o o s 機制的不同，對于移動接入，移動終端本身具有完成q o s 映射的機制， 但是對于固定接入如x d s l ，則需要p c s c f 代理實現(xiàn)。因此，兩者接入網(wǎng)絡的資源 預留程序是不同的，因此需要作進一步的研究。 鑒權(quán)方式的不同。在移動網(wǎng)絡中，移動終端都配有s i m 卡，其中包含了用戶 的識別信息和一些加密和鑒權(quán)的算法，用戶可以進行鑒權(quán)。但是固定終端是沒有類 似的鑒權(quán)裝置的，這就要考慮替代的鑒權(quán)過程。 3 g p p 提出i m s 的目的是為移動用戶提供m 多媒體業(yè)務，目前i m s 已經(jīng)支持2 ( 1 、 3 g 移動接入方式，移動接入的技術(shù)已經(jīng)成熟，但是還不能支持固定接入方式。 為了解決固定接入問題，n s 腳斟引入了網(wǎng)絡附著子系統(tǒng)( n a s s ) 與資源及接納 控制子系統(tǒng)( p a c s ) ，負責為上層業(yè)務層提供獨立的用戶接入管理功能。n a s s 實現(xiàn) p 地址分配、接入認證和授權(quán)、業(yè)務數(shù)據(jù)的配置和管理、以及相關的位置管理等。 在移動或者游牧的場景下，n a s s 負責控制終端的接入，完成對用戶附著于接入網(wǎng) 絡的管理。r a c s 主要完成策略控制、資源預留、接納控制、網(wǎng)絡地址轉(zhuǎn)換( n a t ) 和防火墻穿越等功能，以及檢查n a s s 保存的簽約數(shù)據(jù)的授權(quán)。 正是由于固定接入和移動接入之間以及固定終端和移動終端之間存在很大差 異，因此i m s 接入網(wǎng)需要在原有i m s 規(guī)范的基礎上進一步研究以下內(nèi)容： i m s 要求強制使用p v 6 ，而其他固定接入網(wǎng)絡不強制要求支持i p v 6 ，這意味 著必須考慮i p v 4 ，也就要求必須支持n a p t 功能。 固定網(wǎng)絡不強制要求最終用戶設備支持u i c c ( u n i v e r s a li n t e g r a t e dc i r c u i t c a r d ) ，這意味著必須考慮替代的鑒權(quán)過程，即固定網(wǎng)絡終端可以通過其他方式進行 鑒權(quán)。 在移動網(wǎng)絡中，由于接口資源有限，在一些協(xié)議功能方面需要特別的處理， 例如采用s i p 壓縮功能等。而對于固定網(wǎng)絡，將不著重考慮帶寬的限制，這將會導 致把當前的一些必選功能作為可選項。 在信令接口和計費接口上，移動網(wǎng)絡與固定網(wǎng)絡由于位置管理存在差異，所 有涉及位置信息的協(xié)議都會受到影響。 在接入網(wǎng)中，固定網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡資源預留過程的差異需要更改i m s 資源授 權(quán)和預留過程。 8 重慶郵電大學碩士論文第二章i m sq o s 體系架構(gòu)的研究 2 2 3 im s 對承載網(wǎng)q o s 的要求 i m s 只是一個控制的網(wǎng)絡，其提供給終端用戶的業(yè)務質(zhì)量還取決于承載網(wǎng)絡的 q o s 和承載網(wǎng)絡能力，因此i m s 網(wǎng)絡的q o s 取決于其承載網(wǎng)絡的q o s 。 但是由于傳統(tǒng)的p 承載網(wǎng)目前所承載的主要是e m a i l 、w 曲b r o w s i n g 等非實時 業(yè)務，承載技術(shù)在q o s 方面還存在較多缺陷，不能滿足i m s 承載網(wǎng)絡的q o s 要求， 而且并不承諾保證服務質(zhì)量，因此直接利用當前的p 網(wǎng)絡來承載 m s 業(yè)務是肯定 不行的，因為與目前口承載網(wǎng)上承載的大量業(yè)務相比，i m s 要提供的是實時的、有 保障的服務，甚至包括緊急服務。要做的這些，僅靠i m s 本身的機制是無法保證 q o s 的，這就要求下面的數(shù)據(jù)承載網(wǎng)有所配合。 i m s 上融合了語音和數(shù)據(jù)業(yè)務，并且結(jié)合了口網(wǎng)的靈活性和s i p 的可擴展性，使 得i m s 支持的業(yè)務更加豐富。垤s 中定義了4 種q o s 類別的業(yè)務【刀，即會話級業(yè)務、 流級業(yè)務、交互級業(yè)務和背景級業(yè)務。它們主要區(qū)別在于業(yè)務對時延的敏感程度， 如會話級業(yè)務對時延最敏感，而背景級業(yè)務對時延最不敏感。會話級和流級業(yè)務主 要用于傳輸實時業(yè)務流，兩者的區(qū)別也是業(yè)務對時延的敏感程度。實時會話業(yè)務( 如 視頻電話) 是對時延最敏感的應用，這些數(shù)據(jù)流應以會話級來傳送。交互級和背景級 業(yè)務主要用于w v c w 、電子郵件和f 1 p 等傳統(tǒng)i n t e m e t 應用，由于對時延要求不是很嚴 格，可通過信道編碼和重傳機制使差錯率更低。交互級業(yè)務主要用于交互式電子郵 件或交互式w 曲瀏覽等交互式應用，而背景級業(yè)務多用于電子郵件的后臺下載或后 臺文件的下載等后臺業(yè)務。因此，碑承載網(wǎng)，尤其是骨干網(wǎng)在承載i m s 業(yè)務時必須 充分考慮到業(yè)務存在的差異，綜合運用各種q o s 技術(shù)。 由于i m s 業(yè)務和網(wǎng)絡本身的特點，與其他業(yè)務網(wǎng)絡相比，i m s 在帶寬、q o s 、 安全性等方面對承載網(wǎng)提出了更高的要求嗍： 在帶寬方面，由于不同的業(yè)務對帶寬的需求是不同的，因此i m s 的承載網(wǎng)絡需 要滿足不同業(yè)務的帶寬需求，實時性比較強的流媒體、視頻電話等業(yè)務對帶寬的需 求最大；而一些對實時性要求不高帶寬占用不大的如e - m a i l 、w a p 瀏覽等業(yè)務對帶 寬的需求就較小。 在q o s 方面，由于 m s 要提供的是具有嚴格q o s 保證的數(shù)據(jù)、語音、圖像、 視頻等多種實時多媒體業(yè)務，因此m 承載網(wǎng)必須滿足這些實時性較高業(yè)務的承載要 求，例如要滿足語音、視頻業(yè)務在時延和抖動等方面對q o s 的要求?？煽啃砸彩?q o s 的一個重要方面，因此，i m s 網(wǎng)絡不僅強調(diào)業(yè)務的可用性和可控性，還強調(diào)承 載網(wǎng)的可靠性和生存性，i m s 承載的實時語音業(yè)務不允許出現(xiàn)業(yè)務中斷，要求承載 網(wǎng)具有毫秒級的快速收斂能力。 9 重慶郵電大學碩士論文第二章i m sq o s 體系架構(gòu)的研究 在安全性方面，承載網(wǎng)應該能夠有效防范各種非法攻擊和病毒沖擊，保證i m s 網(wǎng)絡安全穩(wěn)定地運行。另外，i m s 的媒體流和信令流對安全性的要求也是不同的， 信令流相對更高一些。 在可擴展性方面，由于固網(wǎng)業(yè)務和移動業(yè)務統(tǒng)- ni p 承載網(wǎng)上，這就要求口 承載網(wǎng)必須具備組建大網(wǎng)的能力。 在業(yè)務策略驅(qū)動方面，基于i m s 的業(yè)務統(tǒng)一使用s i p 進行業(yè)務的端到端控制， 包括會話的創(chuàng)建、關閉和媒體流的轉(zhuǎn)發(fā)，這就要求p 承載網(wǎng)必須具有接受來自于 s - c s c f 或是軟交換等業(yè)務控制層控制的能力，具有在任何時候允許控制層關閉一 個連接的能力。 在運營管理方面，向i m s 演進的疋承載網(wǎng)應當實現(xiàn)基于單一會話的控制和承 載，這就要求網(wǎng)絡必須具有精細到會話級別的運營和管理能力。 2 3 本章小結(jié) q o s 問題是i m s 應用中的重點，也是難點，本章主要對i m sq o s 的體系架構(gòu) 進行了探討。在i m s 端到端的q o s 中，分為幾個方面：本身的q o s 機制，接入網(wǎng) 的q o s 機制和核心承載網(wǎng)的q o s 機制，其中承載網(wǎng)的q o s 在整個i m sq o s 中最為 重要。相對于一些傳統(tǒng)的業(yè)務網(wǎng)，i m s 對p 承載網(wǎng)的q o s 提出了更高的要求，這 也是本文為什么要研究i m s 承載網(wǎng)q o s 的主要動機。 l o 重慶郵電大學碩士論文 第三章m p l s 及r s v p t e 協(xié)議的研究 第三章m p l s 及r s v p - t e 協(xié)議的研究 從第二章中可以看出， m s 承載網(wǎng)的q o s 在整個i m sq o s 中的重要性，因此 本文將重點放在i m s 承載網(wǎng)的q o s 機制上。通過引入m p l s 技術(shù)【9 】，在面向無連接 的m 網(wǎng)絡中增加了m p l s 面向連接的屬性，能有效支持語音、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務的 傳送，并使網(wǎng)絡具有良好的可擴展性，易于管理和維護，以提高i m s 承載網(wǎng)的q o s 水平。本章將對口承載網(wǎng)的關鍵技術(shù)m p l s 技術(shù)及其信令協(xié)議r s v p t e 的原理與 工作過程作一簡單介紹，為第四章的設計與實現(xiàn)打下理論基礎。 3 1 m p l s 技術(shù)研究 3 1 1m p l s 的核心概念 m p l s 體系中引入了相當多的新概念，這些概念及其作用介紹如下： 標簽( l a b e l ) ：標簽是由一段簡短且長度固定的字節(jié)所組成，主要是為了辨別 不同的數(shù)據(jù)流，它只在兩個相鄰的l s r 問有意義，對于其它l s r 而言沒有任何意 義。 m p l s 標簽的格式如圖3 1 所示，各個字段的意義如下： l a b e l - 該字段為2 0 b i t ，包含標簽的實際值。 e x p 該字段為3 b i t ，保留給試驗使用。目前有的廠商利用該字段作為優(yōu)先級 的定義，即通過該字段的編碼可以提供8 個級別的m p l sc o s ( 業(yè)務等級) s ：該字段為l b i t ，用來表示是否為標簽棧的最后一個標簽。因為棧里可以有多 個標簽，所以該位置為“l(fā) ”表示相應的標簽是標簽棧中的最后一個標簽，置為t 叮時 則表示該標簽不是標簽棧中的最后一個標簽。 ”億：代表生存期，和p1 幾的作用一致。 ll a b e l ( 2 0 b i t ) i e x p ( 3 b i 0 ls ( 1b i 0 t t l ( 8 b i 0i 圖3 1m p l s 的標簽結(jié)構(gòu) 標簽交換路由器( l s r ) ：支持m p l s 的路由器，是負責第三層轉(zhuǎn)發(fā)和第二層 標簽交換的設備，是m p l s 網(wǎng)絡的核心設備。路徑上發(fā)、收相鄰的每一對l s r 在標 簽的數(shù)值和意義上必須一致。 標簽邊緣路由器( l e r ) ：l e r 是一個m p l s 域轉(zhuǎn)發(fā)分組的傳統(tǒng)路由器。它的 重慶郵電大學碩士論文第三章m p l s 及r s v p t e 協(xié)議的研究 作用是分析p 分組頭，用于決定相應的傳送級別和標簽交換路徑( l s p ) 。 標簽交換路徑( l s p ) - 指所有具有某個特定等價轉(zhuǎn)發(fā)類f e c 的數(shù)據(jù)包在傳輸 時經(jīng)過的l s r 集合構(gòu)成的傳輸通路。它可以是靜態(tài)的，也可以通過路由信息動態(tài)建 立。 轉(zhuǎn)發(fā)等價類( f e c ) ：具有相同f e c 的數(shù)