基于IMS重疊網(wǎng)絡(luò)的多路徑傳輸關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

鄭景圳

摘 要：現(xiàn)階段，為了使因特網(wǎng)、電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)有效融合，IMS成為良好的技術(shù)手段，并在接入網(wǎng)以及和核心網(wǎng)的合理演進(jìn)過程中發(fā)揮了十分重要的作用。本文從基于IMS的重疊網(wǎng)絡(luò)、多路傳輸協(xié)議等多個方面對以IMS重疊網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的多路徑傳輸相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了闡述。

關(guān)鍵詞：IMS；重疊網(wǎng)絡(luò)；多路徑傳輸；關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

從實(shí)際情況來看，現(xiàn)階段IMS并沒有實(shí)現(xiàn)大幅度地提升電信業(yè)務(wù)的效果，從整體上看IMS的應(yīng)用及其服務(wù)還處在初級階段，發(fā)展速度相對較慢，在技術(shù)層面還有許多難題需要克服。本文意在通過對以IMS重疊網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的多路徑傳輸相關(guān)技術(shù)的研究，將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量問題合理解決。

1 基于IMS的拓?fù)涓兄丿B網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

過去的IMS網(wǎng)絡(luò)，將網(wǎng)絡(luò)被分成業(yè)務(wù)平面、控制平面以及傳輸平面3種平面。業(yè)務(wù)平面發(fā)揮業(yè)務(wù)以及應(yīng)用等功能，控制平面發(fā)揮控制信令功能，而傳輸平面用于管控傳輸方面。本文在這里提出拓?fù)涓兄闹丿B網(wǎng)絡(luò)是在控制平面中增加OSF功能實(shí)體來達(dá)到在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重疊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的目的。這個框架內(nèi)OSFHE RACS等相關(guān)功能結(jié)構(gòu)協(xié)同管理重疊網(wǎng)絡(luò)，從而促使傳輸路徑的多樣化，充分發(fā)揮應(yīng)用層傳輸功能。

2 多路徑傳輸協(xié)議

2.1 SCTP協(xié)議

SCTP協(xié)議是一種通用的傳輸層單播協(xié)議，該協(xié)議面向連接，具有較強(qiáng)的可靠性。SCTP協(xié)議能夠采用很多個獨(dú)立路徑來進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。SCTP的端點(diǎn)可以由一個或多個IP地址構(gòu)成，其兩端點(diǎn)間的連接叫作偶聯(lián)，偶聯(lián)可以由多個路徑組合而成，這些路徑可以分為主路徑和從路徑。主路徑承擔(dān)傳輸數(shù)據(jù)作用，從路徑是用于重新傳輸或信息傳輸，并且還能以備用路徑方式實(shí)現(xiàn)路徑冗余。一般狀態(tài)下，相關(guān)數(shù)據(jù)只能沿主路徑傳輸，但在主路徑發(fā)生無法連接的情況時，就可以通過從路徑來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

2.2 CMT—SCTP協(xié)議

盡管SCTP從協(xié)議層面對多路徑傳輸進(jìn)行支持，但該協(xié)議本身卻禁止多路徑并行傳輸。SCTP設(shè)計(jì)的初衷是為了在可靠性不強(qiáng)的IP網(wǎng)絡(luò)中，采用多種網(wǎng)絡(luò)接口方式來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的傳輸服務(wù)。為使SCTP能夠?qū)崿F(xiàn)對多路徑并行傳輸?shù)闹С郑簧賹I(yè)人士相繼提出了多項(xiàng)改進(jìn)措施。CMT—SCTP協(xié)議是其中較為典型的方案，該協(xié)議對SCTP支持多路徑傳輸中存在的問題進(jìn)行了總結(jié)，主要包括發(fā)送端出現(xiàn)的快速重傳問題、擁塞窗口增長問題以及接收端存在的少量延遲確認(rèn)造成的消息流量增加的問題等。

3 支持多路徑傳輸?shù)膬?nèi)容分發(fā)IMS架構(gòu)

3.1 體系結(jié)構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)基于IMS核心架構(gòu)的下一代網(wǎng)絡(luò)能夠提供內(nèi)容分發(fā)機(jī)制，一定要以IMS架構(gòu)實(shí)際要求為前提來開展設(shè)計(jì)工作。IMS對終端的接入方面要求相對苛刻，一定要確保在IMS傳輸層管理下有效接入終端。在IMS重疊網(wǎng)絡(luò)中接入CDN緩沖代理服務(wù)器，可把它當(dāng)作一種特殊的MDF。盡管CDN技術(shù)對解決內(nèi)容分發(fā)問題起到了一定的作用，但如果突發(fā)訪問量非常大，特別是需要極大帶寬的流媒體服務(wù)等，CDN緩沖代理仍存在集中式網(wǎng)絡(luò)常有的單點(diǎn)效應(yīng)等問題。

本文提出一種以IMS重疊網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的內(nèi)容分發(fā)機(jī)制，利用整合CDN技術(shù)和P2P重疊網(wǎng)絡(luò)，來進(jìn)行高效的內(nèi)容分發(fā)。這種機(jī)制以IMS基本架構(gòu)為基礎(chǔ)，經(jīng)過OSF功能實(shí)體的增加，來構(gòu)建和管理重疊網(wǎng)絡(luò)。相比于標(biāo)準(zhǔn)流媒體服務(wù)IMS架構(gòu)，OSF能充分實(shí)現(xiàn)重疊網(wǎng)管理、資源搜索等功能，從而把重疊網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢有效發(fā)揮出來，對以往的不足之處進(jìn)行彌補(bǔ)。

3.2 媒體分發(fā)重疊網(wǎng)

作為DHT的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，OSF有效聯(lián)結(jié)諸多IMS自治域。DHT網(wǎng)絡(luò)可以保存流媒體資源相關(guān)位置數(shù)據(jù)信息，這些位置信息涵蓋了相關(guān)直播節(jié)目地址以及流媒體服務(wù)地址等。OSF只具有重疊網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)件和管理功能，不具備媒體內(nèi)容的存放功能，媒體內(nèi)容通常在CDN緩沖代理服務(wù)器或服務(wù)終端中存放著。CDN緩沖代理服務(wù)是一種對等節(jié)點(diǎn)，具有一定的特殊性，主要用于為終端提供備用資源。

正常情況下，流媒體數(shù)據(jù)可以在各個終端間實(shí)現(xiàn)共享，只是在服務(wù)初期通過CDN代理緩沖來促使流媒體服務(wù)快速響應(yīng)，而數(shù)據(jù)緩沖一定時間后就會在多路徑傳輸?shù)幕A(chǔ)上，同其他候選服務(wù)節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)，同時中止CDN代理緩沖服務(wù)器的資源獲取。值得一提的是，只有在特殊時刻才將代理緩沖服務(wù)器急速切回來，以達(dá)到快速恢復(fù)業(yè)務(wù)的目的。

4 多路徑傳輸無縫切換機(jī)制

4.1 支持MIH的IMS架構(gòu)

盡管IMS架構(gòu)的接入無關(guān)性為異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)融合提供了基本前提，但各標(biāo)準(zhǔn)化組織對于IMS異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的垂直切換方面并沒有制定出真正的實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。把IMS網(wǎng)絡(luò)與MIH有效結(jié)合，合理發(fā)揮IMS多接入特性的作用，以實(shí)現(xiàn)對接入網(wǎng)資源的充分利用，是實(shí)現(xiàn)下一代網(wǎng)絡(luò)垂直切換的最重要問題。為了將IMS與MIH有效地結(jié)合在一起，本文提出一種支持MIH的IMS架構(gòu)，在改進(jìn)現(xiàn)有IMS基礎(chǔ)上，將MIH特性有效利用，以達(dá)到IMS異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)無縫垂直切換的目的。相比于以往的多接入網(wǎng)絡(luò)，該架構(gòu)將HF、MIHIS和MMF合理引入進(jìn)來，從而促使異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)垂直切換功能的實(shí)現(xiàn)。

4.2 移動管理

為保證MIH輔助的IMS異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)垂直切換的順利完成，這就需要多個功能實(shí)體協(xié)調(diào)配合來實(shí)現(xiàn)。這種無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)包括UMTS、WIMAX以及WLAN等網(wǎng)絡(luò)。移動終端從UMTS蜂窩網(wǎng)絡(luò)輻射區(qū)域內(nèi)穿過，并進(jìn)入WIMAX與Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，從而脫離蜂窩網(wǎng)絡(luò)輻射區(qū)域。由于垂直切換十分復(fù)雜，這里將此切換過程劃分成鏈路事件訂閱、資源可用性審核、資源準(zhǔn)備、新鏈路建立以及舊鏈路拆除5個環(huán)節(jié)。

4.3 無線垂直切換

陰影衰落、移動衰落以及功率損失等是無線信號的主要衰落類型，在這些衰落現(xiàn)象的影響下，無線網(wǎng)絡(luò)連接的穩(wěn)定性與可靠性難以得到有效保證。無線鏈路質(zhì)量是進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)切換的主要參考因素，對無線信號設(shè)定鏈路質(zhì)量閾值，以便于及時判斷接入網(wǎng)鏈路狀態(tài)，而以上衰落因素常常出現(xiàn)，造成短期內(nèi)無線鏈路質(zhì)量存在波動現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)切換行為出現(xiàn)錯誤。

為有效減少這些情況的出現(xiàn)，應(yīng)以無線鏈路質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)和無線網(wǎng)絡(luò)切換算法為基本依據(jù)，進(jìn)行合理分析?，F(xiàn)階段評價無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的指標(biāo)相對較多，同時不同標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的指標(biāo)也都存在差異。常見的無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量評價指標(biāo)有信號強(qiáng)度、信噪比以及誤碼率等等。由于異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)評價的各種指標(biāo)差異性很大，這影響到無線網(wǎng)絡(luò)的垂直切換。所以，統(tǒng)一的鏈路評價指標(biāo)對無線垂直切換算法的順利實(shí)現(xiàn)起到巨大的促進(jìn)作用。

結(jié)語

新時代背景下，融合通信持續(xù)快速發(fā)展，IMS的商業(yè)價值也將引起廣大運(yùn)營商的重視。IMS良好的融合能力優(yōu)勢以及全I(xiàn)P的進(jìn)一步發(fā)展將其商業(yè)價值有效呈現(xiàn)出來。當(dāng)前以IP網(wǎng)絡(luò)為核心的IMS架構(gòu)面臨的首要任務(wù)就是服務(wù)質(zhì)量問題。筆者從基于IMS的重疊網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、多路傳輸協(xié)議、內(nèi)容分發(fā)機(jī)制以及無縫切換機(jī)制等方面著手，分析和研究了基于IMS重疊網(wǎng)絡(luò)的多路徑傳輸關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，以期為IMS服務(wù)質(zhì)量的解決貢獻(xiàn)一份力量。

參考文獻(xiàn)

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