基于NGN的網絡融合技術研究

焦彥平, 李 唱, 李建華

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

基于NGN的網絡融合技術研究

焦彥平1, 李 唱2, 李建華3

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

隨著我軍現代化進程的不斷推進,靶場信息化水平大力提升,各個網絡正在逐步有機融合。通過分析下一代網絡(next generation network,NGN)的4層體系結構及其關鍵技術,結合我軍網絡的特點,論證靶場網絡轉向NGN體系的必然性及其可行性;給出了一種基于NGN的網絡融合體系結構,并在此之上介紹了其可提供的業務功能及QoS(quality of service)部署。

下一代網絡;軟交換;互聯網協議;網絡融合;服務質量

隨著信息技術的迅速發展以及在靶場建設中的應用,我軍靶場信息化水平大力提升,建立了一系列測發、通信等網絡。隨著靶場信息化建設的不斷發展、各項業務的急劇增長以及新技術的不斷更新,信息傳輸的業務承載層是以IP技術為基礎的融合數據、圖像、語言、圖文等綜合業務的IP網絡,正在向下一代網絡(NGN)平滑演進,靶場的多協議網絡正在逐步有機融合。本文在全面分析NGN體系結構及其關鍵技術的基礎上,論證了我軍靶場網絡NGN體系的必然性與可行性。

1 NGN概述

NGN[1]是以IP為中心,同時支持語音、數據和多媒體業務的融合網絡。ITU-T對NGN的定義是：它是一個分組網絡,可提供包括電信業務在內的多種業務,可利用多種帶寬和有服務質量[2-3](QoS)能力的傳輸技術,實現業務與傳輸的分離,它提供用戶對各個業務的自由接入,支持移動性,實現用戶對業務使用的一致性和統一性。NGN將傳統的交換機的功能模塊分離為獨立的網絡部件,各個部件可以各自獨立發展,之間的協議接口遵守相應的標準。

NGN具有4層架構,網絡架構如圖1所示。

圖1 NGN網絡分層架構

圖1 中,接入層包括各種接入網關、中繼網關和智能終端等,其作用是實現格式的轉換和傳送,最終完成數據在IP分組網的承載和傳輸。傳輸層提供IP包轉發的各種承載網功能實體。當前是以MPLS、IPv6技術為重點的下一代IP網和自動交換光傳送網。在IPv6網絡暫時無法部署的情況下,使用MPLS技術是NGN網絡最好的承載技術?？刂茖邮荖GN的核心,包括軟交換和信令網關等。主要完成對端到端數據傳輸過程中的路由判決和數據轉發功能,它是NGN網絡的交換核心,可在傳輸層的基礎上構建端到端的通信過程。業務層是一個開放的、綜合的業務接入平臺,由一系列應用服務器組成,提供各種增值服務,通過提供標準接口,可接入海量的服務而不必考慮其下層的兼容[4]。

2 靶場網絡轉向NGN體系的必然性

隨著靶場信息化建設的不斷推動,軍隊靶場必須突破傳統的方式,以體系理念來統領全局,適應新軍事變革的挑戰[5],并需建立一套協調、靈活、高效的運行機制[6]。目前,NASA和ESA已基本實現了信息傳輸IP化。

NGN就是以IP為中心,同時支持帶有服務質量保證的語音、數據和多媒體業務的融合網絡?；谲浗粨Q的NGN體系結構在國內外已有大量的研究,并在NGN技術發展和工程實施中得到相關驗證,但是針對靶場的NGN網絡的相關研究還很少。針對靶場的NGN相關技術的研究有助于克服靶場信息化建設和網絡完善中的重復建設,提高網絡的互聯互通、信息共享的效率,加強多方聯合參與[7]。針對靶場的NGN網絡研究主要基于以下幾個需求。

1)業務處理的需求。隨著網絡規模的擴大、業務的不斷增加,業務需求的多樣化對網絡提出了越來越高的要求,如何保障帶寬、高速、高質量的多媒體業務是網絡發展的趨勢。在這種背景下,網絡融合已經成為下一步的發展趨勢,在融合的大趨勢下,NGN的出現,具備了更多的業務能力和可能的業務組合,提高了信息共享的效率,并作為一個分組網絡,可向用戶提供具有QoS保證的網絡服務。

2)技術發展的需求。作為NGN體系的支撐技術,即IPv6技術,大容量、超遠距離、密集波分復用的光纖技術,光交換與智能光網技術,軟交換技術和網絡安全技術將在靶場信息化建設中逐步發展應用,這也為基于NGN的網絡體系轉型提供了重要的技術支撐。隨著技術的不斷發展和在靶場中的逐步應用,靶場的各個網絡也在逐步融合,靶場網絡向NGN的過渡也成為一種必然。

3)網絡發展的需求。隨著我軍信息化的快速發展,傳統的承載網方式有很大的局限性(比如不能適應多種業務等),很難得到長久的發展,只有進行技術革新,由新技術引領,才能實現網絡的可持續發展,才能適應我軍信息化的快速發展。而NGN具有的獨立應用業務、支持不同帶寬和多媒體業務、可實現多方網絡的兼容與分離、實現承載技術和應用業務互相不受影響、各自獨立發展等功能,這都將更好地支持網絡技術的持續發展,進一步滿足了各種業務對網絡的復雜要求和多協議網絡的互聯互通,提高了資源的利用率,克服了網絡的重復建設。

3 基于NGN的靶場多協議融合網絡體系結構

NGN網絡的技術主要表現在以下9個方面,如圖2所示。

圖2 NGN網絡的主要技術

在靶場信息化建設不斷推進的過程中,靶場建立了各大專用網絡,各網絡都以靶場通信網絡為依托,各大專用網絡正在向NGN體系平滑演進。關鍵技術的研究主要集中在以下幾個方面：

1)靶場IP網由IPv4向IPv6演進。從國際上IP網絡的發展趨勢看,IPv6代替IPv4是必然趨勢。如美國國防部已確定最終將IP協議作為全球信息柵格(global information grid,GIG)的網絡協議標準,2008年GIG將全部采用IPv6[8]。在國內,已有許多IPv6和IPv4混合網絡,獨立的IPv6案例也已在個別校園建立。IPv6與IPv4相比,網絡的整體吞吐量有了進一步地提高,服務質量得到很大改善,安全性有了更好的保證。

2)光纖高速傳輸和ASON(automatically switched optical network)組網技術。ASON能直接在光層上按需提供服務,能適應網絡拓撲的改變,能通過公共控制平臺加速服務,根據需要改變網絡大小,提供各種等級的服務和保護機制。靶場已安裝了一些具備ASON功能的設備,但是還要進一步研究構建ASON網絡的光纖網,設計靶場ASON網絡。

3)軟交換技術。軟交換的研究是通信技術的研究熱點之一,目前,軟交換技術已經被公認為NGN網絡的核心技術[9],國內外很多科研、生產機構都在從事這方面的研究,國際上一些著名的設備商都提供了各自的解決方案,研究了制定靶場獨特的NGN的控制層協議,可以將基于軟交換技術的語音、視頻、數據等統一交由NGN 4層結構中的控制層,由管理員或者授權用戶統一調配各項業務,方便了靶場網絡業務的管理,提升了利用效率,提供了更好的業務支持。

4)IP終端。在靶場物聯網建立同時,根據靶場各類儀器、設施、設備的聯網和統一的IP接口設計,能在方便接入靶場信息網絡的同時向靶場信息網絡獲得信息和實現遠程管理,使任務完成的方法更加靈活、方便。

根據以上分析,依托靶場網絡現有條件,初步設想出基于NGN靶場的網絡體系結構如圖3所示。

圖3 基于NGN的網絡體系結構

網絡中,所有的數據傳輸統一采用靶場IP網承載,原有不同協議、結構的網絡通過網關連接到靶場IP網,在控制方面,使用軟交換對網絡的各業務進行傳輸、呼叫控制,各個業務可以獨立發展,而不必考慮傳輸技術。此設計實現了靶場多協議網絡的融合,使靶場的各業務實現了互聯互通,克服了靶場網絡的重復建設。

下面以試驗任務××網為例給出網絡具體接入方式的描述,為其他網絡進行NGN改造時的具體接入和如何獲得外部服務提供參考。

1)試驗任務××網具體接入方式。首先,試驗任務××網與用戶接入IAD(integrated access device)和用戶網關,網關通過3層交換機與靶場IP傳輸網相連接,在中間加入2臺防火墻,起到了將NGN接入設備與IP核心網絡安全隔離的作用,增加了接入核心網絡的安全性;3層交換機與2臺防火墻采用網狀結構連接,運行VRRP協議,二者都正常時可以分擔負荷的方式進行工作,當一臺交換機出現故障后,另一臺交換機將承擔起全部負荷,使網絡仍能夠維持正常工作,提高了網絡的可靠性;軟交換對試驗任務××網中的用戶通信提供呼叫控制與連接控制。

2)試驗任務××網獲得外部服務的方式。試驗任務××網接入方式如圖4所示,試驗任務××網絡通過網關經交換機與靶場IP傳輸網互聯,在遠端的服務器也通過交換機與靶場IP傳輸網連接,試驗任務××網的用戶就通過試驗任務××網-網關-靶場IP傳輸網與服務器相連接,軟交換則負責其呼叫控制與連接控制,這樣在試驗任務××網中的用戶就能夠得到相應的支持,克服了異構網絡無法互聯互通,遠程資源無法共享的問題。此方式使試驗任務××網接入到靶場IP傳輸網中,并能共享連接到靶場IP傳輸網中的各類業務資源,提高了靶場網絡資源利用率。

圖4 試驗任務××網接入方式

4 靶場網絡系統提供的業務功能

根據上一節提出的基于NGN的網絡體系結構,該系統能夠依托現有的網絡作為傳輸的承載,提供多種業務功能：

1)對試驗任務、測控、測發等高可靠業務數據的承載。靶場網絡系統可以為各個試驗、測發和測控平臺等提供高可靠的數據轉發業務,實現了各個平臺的數據相互傳輸,提高了實驗任務的效率。同時,這些任務的數據不同于一般的數據,它具有實時性、準確率要求高的特點,也是網絡系統中最重要的業務。由于IP網絡本身不具有QoS的特性,這里可以在靶場IP傳輸網采用一些QoS模型和機制等對其優先保障。

2)對語音和視頻等有一定帶寬要求且高實時性業務的承載。靶場網絡系統可提供語音和視頻等業務,避免了語音和視頻等業務專網的建立,減少了網絡建設的開支。但是這類業務具有要求帶寬較寬且實時性較高的特點,并允許有一定的丟包率,故在靶場網絡系統中同樣可以設定其為次優先級,由于靶場網絡系統是一個輕載網絡,可以保障其業務的QoS。

3)對科研辦公等一些基本業務數據的承載。同樣,靶場網絡系統可以提供科研辦公等一些基本的數據業務,這類業務對實時性和帶寬等要求不是很高,在靶場IP傳輸網傳輸的過程中優先級最低,采取盡力轉發的策略即可。

5 融合網絡體系中的QoS部署

種業務均在系統中統一傳輸,這對靶場網絡的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絡QoS部署方案。

1)利用軟交換來對靶場網絡中的業務進行接納控制;

2)在靶場IP傳輸網部署Diffserv over MPLS模型來進行流量規劃,從而提高網絡的整體利用率和性能;

3)在靶場IP傳輸網中采用QoS路由,使得業務可以選擇滿足其QoS約束的路徑;

4)隊列調度和隊列管理使用的加權公平法(WFQ)與隨即早期檢測法(RED);

5)整形算法使用漏桶算法。

6 結束語

本文通過介紹和分析NGN的體系及其關鍵技術,結合我軍靶場網絡信息化飛速發展的需求,從業務處理、技術發展、網絡發展及典型業務承載可行性分析4個方面論證了現有靶場網絡向NGN體系結構過渡的必要性和優勢,介紹了其可提供的業務功能,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.支持普適服務的新一代網絡傳輸層架構[J].計算機學報,2009,32(3)：359-369.

[2]林闖,網元卓,任豐原.新一代網絡QoS研究[J].計算機學報,2008,31(9)：1525-1535.

[3]鄺祝芳,陳志剛.認知無線Mesh網絡中QoS約束的組播路由算法[J].軟件學報,2012,23(11)：3029-3044.

[4]于偉.NGN網絡QoS的分析和保障[D].濟南：山東大學, 2009：1-3.

[5]張仲連,王小偉,薄云蛟.軍隊靶場試驗體系研究[J].裝備學院學報,2013,24(2)：104-107.

[6]張繼勇,徐紅青,王嘯.軍事靶場運行機制研究[J].裝備學院學報,2012,23(4)：110-112.

[7]宋華文,孟沖.關于科學推進我國常規兵器靶場科研試驗綜合能力建設的思考[J].裝備指揮技術學院學報,2010,21 (2)：91-94.

[8]李學峰.美軍全球信息柵格網絡基礎設施建設研究[J].電腦知識與技術,2010,32(6)：9022-9023.

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

(編輯：孫陸青)

靶場網絡融合后提供了復雜的業務功能且各

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.