基于NGN的網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)研究

焦彥平, 李 唱, 李建華

(1.裝備學(xué)院科研部,北京101416; 2.裝備學(xué)院研究生管理大隊(duì),北京101416; 3.裝甲兵工程學(xué)院裝備技術(shù)研究所,北京100072)

基于NGN的網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)研究

焦彥平1, 李 唱2, 李建華3

(1.裝備學(xué)院科研部,北京101416; 2.裝備學(xué)院研究生管理大隊(duì),北京101416; 3.裝甲兵工程學(xué)院裝備技術(shù)研究所,北京100072)

隨著我軍現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn),靶場信息化水平大力提升,各個(gè)網(wǎng)絡(luò)正在逐步有機(jī)融合。通過分析下一代網(wǎng)絡(luò)(next generation network,NGN)的4層體系結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù),結(jié)合我軍網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn),論證靶場網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向NGN體系的必然性及其可行性;給出了一種基于NGN的網(wǎng)絡(luò)融合體系結(jié)構(gòu),并在此之上介紹了其可提供的業(yè)務(wù)功能及QoS(quality of service)部署。

下一代網(wǎng)絡(luò);軟交換;互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議;網(wǎng)絡(luò)融合;服務(wù)質(zhì)量

隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展以及在靶場建設(shè)中的應(yīng)用,我軍靶場信息化水平大力提升,建立了一系列測發(fā)、通信等網(wǎng)絡(luò)。隨著靶場信息化建設(shè)的不斷發(fā)展、各項(xiàng)業(yè)務(wù)的急劇增長以及新技術(shù)的不斷更新,信息傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)承載層是以IP技術(shù)為基礎(chǔ)的融合數(shù)據(jù)、圖像、語言、圖文等綜合業(yè)務(wù)的IP網(wǎng)絡(luò),正在向下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)平滑演進(jìn),靶場的多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)正在逐步有機(jī)融合。本文在全面分析NGN體系結(jié)構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上,論證了我軍靶場網(wǎng)絡(luò)NGN體系的必然性與可行性。

1 NGN概述

NGN[1]是以IP為中心,同時(shí)支持語音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的融合網(wǎng)絡(luò)。ITU-T對NGN的定義是：它是一個(gè)分組網(wǎng)絡(luò),可提供包括電信業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù),可利用多種帶寬和有服務(wù)質(zhì)量[2-3](QoS)能力的傳輸技術(shù),實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與傳輸?shù)姆蛛x,它提供用戶對各個(gè)業(yè)務(wù)的自由接入,支持移動(dòng)性,實(shí)現(xiàn)用戶對業(yè)務(wù)使用的一致性和統(tǒng)一性。NGN將傳統(tǒng)的交換機(jī)的功能模塊分離為獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)部件,各個(gè)部件可以各自獨(dú)立發(fā)展,之間的協(xié)議接口遵守相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

NGN具有4層架構(gòu),網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 NGN網(wǎng)絡(luò)分層架構(gòu)

圖1 中,接入層包括各種接入網(wǎng)關(guān)、中繼網(wǎng)關(guān)和智能終端等,其作用是實(shí)現(xiàn)格式的轉(zhuǎn)換和傳送,最終完成數(shù)據(jù)在IP分組網(wǎng)的承載和傳輸。傳輸層提供IP包轉(zhuǎn)發(fā)的各種承載網(wǎng)功能實(shí)體。當(dāng)前是以MPLS、IPv6技術(shù)為重點(diǎn)的下一代IP網(wǎng)和自動(dòng)交換光傳送網(wǎng)。在IPv6網(wǎng)絡(luò)暫時(shí)無法部署的情況下,使用MPLS技術(shù)是NGN網(wǎng)絡(luò)最好的承載技術(shù)?？刂茖邮荖GN的核心,包括軟交換和信令網(wǎng)關(guān)等。主要完成對端到端數(shù)據(jù)傳輸過程中的路由判決和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能,它是NGN網(wǎng)絡(luò)的交換核心,可在傳輸層的基礎(chǔ)上構(gòu)建端到端的通信過程。業(yè)務(wù)層是一個(gè)開放的、綜合的業(yè)務(wù)接入平臺(tái),由一系列應(yīng)用服務(wù)器組成,提供各種增值服務(wù),通過提供標(biāo)準(zhǔn)接口,可接入海量的服務(wù)而不必考慮其下層的兼容[4]。

2 靶場網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)向NGN體系的必然性

隨著靶場信息化建設(shè)的不斷推動(dòng),軍隊(duì)靶場必須突破傳統(tǒng)的方式,以體系理念來統(tǒng)領(lǐng)全局,適應(yīng)新軍事變革的挑戰(zhàn)[5],并需建立一套協(xié)調(diào)、靈活、高效的運(yùn)行機(jī)制[6]。目前,NASA和ESA已基本實(shí)現(xiàn)了信息傳輸IP化。

NGN就是以IP為中心,同時(shí)支持帶有服務(wù)質(zhì)量保證的語音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的融合網(wǎng)絡(luò)。基于軟交換的NGN體系結(jié)構(gòu)在國內(nèi)外已有大量的研究,并在NGN技術(shù)發(fā)展和工程實(shí)施中得到相關(guān)驗(yàn)證,但是針對靶場的NGN網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)研究還很少。針對靶場的NGN相關(guān)技術(shù)的研究有助于克服靶場信息化建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)完善中的重復(fù)建設(shè),提高網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通、信息共享的效率,加強(qiáng)多方聯(lián)合參與[7]。針對靶場的NGN網(wǎng)絡(luò)研究主要基于以下幾個(gè)需求。

1)業(yè)務(wù)處理的需求。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大、業(yè)務(wù)的不斷增加,業(yè)務(wù)需求的多樣化對網(wǎng)絡(luò)提出了越來越高的要求,如何保障帶寬、高速、高質(zhì)量的多媒體業(yè)務(wù)是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢。在這種背景下,網(wǎng)絡(luò)融合已經(jīng)成為下一步的發(fā)展趨勢,在融合的大趨勢下,NGN的出現(xiàn),具備了更多的業(yè)務(wù)能力和可能的業(yè)務(wù)組合,提高了信息共享的效率,并作為一個(gè)分組網(wǎng)絡(luò),可向用戶提供具有QoS保證的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

2)技術(shù)發(fā)展的需求。作為NGN體系的支撐技術(shù),即IPv6技術(shù),大容量、超遠(yuǎn)距離、密集波分復(fù)用的光纖技術(shù),光交換與智能光網(wǎng)技術(shù),軟交換技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)將在靶場信息化建設(shè)中逐步發(fā)展應(yīng)用,這也為基于NGN的網(wǎng)絡(luò)體系轉(zhuǎn)型提供了重要的技術(shù)支撐。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和在靶場中的逐步應(yīng)用,靶場的各個(gè)網(wǎng)絡(luò)也在逐步融合,靶場網(wǎng)絡(luò)向NGN的過渡也成為一種必然。

3)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求。隨著我軍信息化的快速發(fā)展,傳統(tǒng)的承載網(wǎng)方式有很大的局限性(比如不能適應(yīng)多種業(yè)務(wù)等),很難得到長久的發(fā)展,只有進(jìn)行技術(shù)革新,由新技術(shù)引領(lǐng),才能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展,才能適應(yīng)我軍信息化的快速發(fā)展。而NGN具有的獨(dú)立應(yīng)用業(yè)務(wù)、支持不同帶寬和多媒體業(yè)務(wù)、可實(shí)現(xiàn)多方網(wǎng)絡(luò)的兼容與分離、實(shí)現(xiàn)承載技術(shù)和應(yīng)用業(yè)務(wù)互相不受影響、各自獨(dú)立發(fā)展等功能,這都將更好地支持網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的持續(xù)發(fā)展,進(jìn)一步滿足了各種業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜要求和多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通,提高了資源的利用率,克服了網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)建設(shè)。

3 基于NGN的靶場多協(xié)議融合網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

NGN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)主要表現(xiàn)在以下9個(gè)方面,如圖2所示。

圖2 NGN網(wǎng)絡(luò)的主要技術(shù)

在靶場信息化建設(shè)不斷推進(jìn)的過程中,靶場建立了各大專用網(wǎng)絡(luò),各網(wǎng)絡(luò)都以靶場通信網(wǎng)絡(luò)為依托,各大專用網(wǎng)絡(luò)正在向NGN體系平滑演進(jìn)。關(guān)鍵技術(shù)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：

1)靶場IP網(wǎng)由IPv4向IPv6演進(jìn)。從國際上IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢看,IPv6代替IPv4是必然趨勢。如美國國防部已確定最終將IP協(xié)議作為全球信息柵格(global information grid,GIG)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),2008年GIG將全部采用IPv6[8]。在國內(nèi),已有許多IPv6和IPv4混合網(wǎng)絡(luò),獨(dú)立的IPv6案例也已在個(gè)別校園建立。IPv6與IPv4相比,網(wǎng)絡(luò)的整體吞吐量有了進(jìn)一步地提高,服務(wù)質(zhì)量得到很大改善,安全性有了更好的保證。

2)光纖高速傳輸和ASON(automatically switched optical network)組網(wǎng)技術(shù)。ASON能直接在光層上按需提供服務(wù),能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞母淖?能通過公共控制平臺(tái)加速服務(wù),根據(jù)需要改變網(wǎng)絡(luò)大小,提供各種等級的服務(wù)和保護(hù)機(jī)制。靶場已安裝了一些具備ASON功能的設(shè)備,但是還要進(jìn)一步研究構(gòu)建ASON網(wǎng)絡(luò)的光纖網(wǎng),設(shè)計(jì)靶場ASON網(wǎng)絡(luò)。

3)軟交換技術(shù)。軟交換的研究是通信技術(shù)的研究熱點(diǎn)之一,目前,軟交換技術(shù)已經(jīng)被公認(rèn)為NGN網(wǎng)絡(luò)的核心技術(shù)[9],國內(nèi)外很多科研、生產(chǎn)機(jī)構(gòu)都在從事這方面的研究,國際上一些著名的設(shè)備商都提供了各自的解決方案,研究了制定靶場獨(dú)特的NGN的控制層協(xié)議,可以將基于軟交換技術(shù)的語音、視頻、數(shù)據(jù)等統(tǒng)一交由NGN 4層結(jié)構(gòu)中的控制層,由管理員或者授權(quán)用戶統(tǒng)一調(diào)配各項(xiàng)業(yè)務(wù),方便了靶場網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的管理,提升了利用效率,提供了更好的業(yè)務(wù)支持。

4)IP終端。在靶場物聯(lián)網(wǎng)建立同時(shí),根據(jù)靶場各類儀器、設(shè)施、設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)和統(tǒng)一的IP接口設(shè)計(jì),能在方便接入靶場信息網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)向靶場信息網(wǎng)絡(luò)獲得信息和實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管理,使任務(wù)完成的方法更加靈活、方便。

根據(jù)以上分析,依托靶場網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有條件,初步設(shè)想出基于NGN靶場的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 基于NGN的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)中,所有的數(shù)據(jù)傳輸統(tǒng)一采用靶場IP網(wǎng)承載,原有不同協(xié)議、結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)連接到靶場IP網(wǎng),在控制方面,使用軟交換對網(wǎng)絡(luò)的各業(yè)務(wù)進(jìn)行傳輸、呼叫控制,各個(gè)業(yè)務(wù)可以獨(dú)立發(fā)展,而不必考慮傳輸技術(shù)。此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了靶場多協(xié)議網(wǎng)絡(luò)的融合,使靶場的各業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)了互聯(lián)互通,克服了靶場網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)建設(shè)。

下面以試驗(yàn)任務(wù)××網(wǎng)為例給出網(wǎng)絡(luò)具體接入方式的描述,為其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行NGN改造時(shí)的具體接入和如何獲得外部服務(wù)提供參考。

1)試驗(yàn)任務(wù)××網(wǎng)具體接入方式。首先,試驗(yàn)任務(wù)××網(wǎng)與用戶接入IAD(integrated access device)和用戶網(wǎng)關(guān),網(wǎng)關(guān)通過3層交換機(jī)與靶場IP傳輸網(wǎng)相連接,在中間加入2臺(tái)防火墻,起到了將NGN接入設(shè)備與IP核心網(wǎng)絡(luò)安全隔離的作用,增加了接入核心網(wǎng)絡(luò)的安全性;3層交換機(jī)與2臺(tái)防火墻采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)連接,運(yùn)行VRRP協(xié)議,二者都正常時(shí)可以分擔(dān)負(fù)荷的方式進(jìn)行工作,當(dāng)一臺(tái)交換機(jī)出現(xiàn)故障后,另一臺(tái)交換機(jī)將承擔(dān)起全部負(fù)荷,使網(wǎng)絡(luò)仍能夠維持正常工作,提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性;軟交換對試驗(yàn)任務(wù)××網(wǎng)中的用戶通信提供呼叫控制與連接控制。

2)試驗(yàn)任務(wù)××網(wǎng)獲得外部服務(wù)的方式。試驗(yàn)任務(wù)××網(wǎng)接入方式如圖4所示,試驗(yàn)任務(wù)××網(wǎng)絡(luò)通過網(wǎng)關(guān)經(jīng)交換機(jī)與靶場IP傳輸網(wǎng)互聯(lián),在遠(yuǎn)端的服務(wù)器也通過交換機(jī)與靶場IP傳輸網(wǎng)連接,試驗(yàn)任務(wù)××網(wǎng)的用戶就通過試驗(yàn)任務(wù)××網(wǎng)-網(wǎng)關(guān)-靶場IP傳輸網(wǎng)與服務(wù)器相連接,軟交換則負(fù)責(zé)其呼叫控制與連接控制,這樣在試驗(yàn)任務(wù)××網(wǎng)中的用戶就能夠得到相應(yīng)的支持,克服了異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)無法互聯(lián)互通,遠(yuǎn)程資源無法共享的問題。此方式使試驗(yàn)任務(wù)××網(wǎng)接入到靶場IP傳輸網(wǎng)中,并能共享連接到靶場IP傳輸網(wǎng)中的各類業(yè)務(wù)資源,提高了靶場網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

圖4 試驗(yàn)任務(wù)××網(wǎng)接入方式

4 靶場網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)功能

根據(jù)上一節(jié)提出的基于NGN的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu),該系統(tǒng)能夠依托現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)作為傳輸?shù)某休d,提供多種業(yè)務(wù)功能：

1)對試驗(yàn)任務(wù)、測控、測發(fā)等高可靠業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的承載。靶場網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以為各個(gè)試驗(yàn)、測發(fā)和測控平臺(tái)等提供高可靠的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù),實(shí)現(xiàn)了各個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)相互傳輸,提高了實(shí)驗(yàn)任務(wù)的效率。同時(shí),這些任務(wù)的數(shù)據(jù)不同于一般的數(shù)據(jù),它具有實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確率要求高的特點(diǎn),也是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最重要的業(yè)務(wù)。由于IP網(wǎng)絡(luò)本身不具有QoS的特性,這里可以在靶場IP傳輸網(wǎng)采用一些QoS模型和機(jī)制等對其優(yōu)先保障。

2)對語音和視頻等有一定帶寬要求且高實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)的承載。靶場網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可提供語音和視頻等業(yè)務(wù),避免了語音和視頻等業(yè)務(wù)專網(wǎng)的建立,減少了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的開支。但是這類業(yè)務(wù)具有要求帶寬較寬且實(shí)時(shí)性較高的特點(diǎn),并允許有一定的丟包率,故在靶場網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中同樣可以設(shè)定其為次優(yōu)先級,由于靶場網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一個(gè)輕載網(wǎng)絡(luò),可以保障其業(yè)務(wù)的QoS。

3)對科研辦公等一些基本業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的承載。同樣,靶場網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以提供科研辦公等一些基本的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),這類業(yè)務(wù)對實(shí)時(shí)性和帶寬等要求不是很高,在靶場IP傳輸網(wǎng)傳輸?shù)倪^程中優(yōu)先級最低,采取盡力轉(zhuǎn)發(fā)的策略即可。

5 融合網(wǎng)絡(luò)體系中的QoS部署

種業(yè)務(wù)均在系統(tǒng)中統(tǒng)一傳輸,這對靶場網(wǎng)絡(luò)的QoS能力提出了更高的要求,針對此問題本文給出一種靶場網(wǎng)絡(luò)QoS部署方案。

1)利用軟交換來對靶場網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)進(jìn)行接納控制;

2)在靶場IP傳輸網(wǎng)部署Diffserv over MPLS模型來進(jìn)行流量規(guī)劃,從而提高網(wǎng)絡(luò)的整體利用率和性能;

3)在靶場IP傳輸網(wǎng)中采用QoS路由,使得業(yè)務(wù)可以選擇滿足其QoS約束的路徑;

4)隊(duì)列調(diào)度和隊(duì)列管理使用的加權(quán)公平法(WFQ)與隨即早期檢測法(RED);

5)整形算法使用漏桶算法。

6 結(jié)束語

本文通過介紹和分析NGN的體系及其關(guān)鍵技術(shù),結(jié)合我軍靶場網(wǎng)絡(luò)信息化飛速發(fā)展的需求,從業(yè)務(wù)處理、技術(shù)發(fā)展、網(wǎng)絡(luò)發(fā)展及典型業(yè)務(wù)承載可行性分析4個(gè)方面論證了現(xiàn)有靶場網(wǎng)絡(luò)向NGN體系結(jié)構(gòu)過渡的必要性和優(yōu)勢,介紹了其可提供的業(yè)務(wù)功能,并針對其中QoS問題給出其部署方案。

References)

[1]楊冬,李世勇,王博,等.支持普適服務(wù)的新一代網(wǎng)絡(luò)傳輸層架構(gòu)[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2009,32(3)：359-369.

[2]林闖,網(wǎng)元卓,任豐原.新一代網(wǎng)絡(luò)QoS研究[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2008,31(9)：1525-1535.

[3]鄺祝芳,陳志剛.認(rèn)知無線Mesh網(wǎng)絡(luò)中QoS約束的組播路由算法[J].軟件學(xué)報(bào),2012,23(11)：3029-3044.

[4]于偉.NGN網(wǎng)絡(luò)QoS的分析和保障[D].濟(jì)南：山東大學(xué), 2009：1-3.

[5]張仲連,王小偉,薄云蛟.軍隊(duì)靶場試驗(yàn)體系研究[J].裝備學(xué)院學(xué)報(bào),2013,24(2)：104-107.

[6]張繼勇,徐紅青,王嘯.軍事靶場運(yùn)行機(jī)制研究[J].裝備學(xué)院學(xué)報(bào),2012,23(4)：110-112.

[7]宋華文,孟沖.關(guān)于科學(xué)推進(jìn)我國常規(guī)兵器靶場科研試驗(yàn)綜合能力建設(shè)的思考[J].裝備指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2010,21 (2)：91-94.

[8]李學(xué)峰.美軍全球信息柵格網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)研究[J].電腦知識(shí)與技術(shù),2010,32(6)：9022-9023.

[9]呂艷.淺談NGN與軟交換技術(shù)[J].黑龍江科技信息,2008, 35：102-102.

(編輯：孫陸青)

靶場網(wǎng)絡(luò)融合后提供了復(fù)雜的業(yè)務(wù)功能且各

Network Convergence Technology Research Based on the NGN

JIAO Yanping1, LI Chang2, LI Jianhua3
(1.Scientific Research Department,Equipment Academy,Beijing 101416,China; 2.Department of Graduate Management,Equipment Academy,Beijing 101416,China; 3.Equipment Institute of Technology,Academy of Armored Forces Engineering,Beijing 100072,China)

With the continuously advance the process of modernization of our army,the information technology level of the range is greatly enhanced,and individual networks are gradually converged.Through a more comprehensive analysis of four level architecture and the key technology of the next generation network(NGN),and with the characteristics of our army's network,the inevitability and feasibility of range network steering the NGN system is demonstrated,a convergence range network architecture based on the NGN is given,and on this basis,the business functions and the quality of service(QoS)are introduced.

next generation network(NGN);softswitch;internet protocol(IP);network convergence;quality of service(QoS)

TP 393

2095-3828(2014)01-0069-04

ADOI10.3783/j.issn.2095-3828.2014.01.016

2013-09-17

焦彥平(1962-),男,副研究員,碩士.主要研究方向：軟件工程.