（计算机应用技术专业论文）v52接口在下一代网络中的应用与实现.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 接入网的概念是随着通信网的数字化、光纤和数字用户传输系统的大量引 入而提出的，接入网对电信业务的发展起着重要的推动作用。v 5 接口作为一种 标准化的、完全开放的新型数字接口，被广泛应用于本地交换机与接入网之间。 本地交换机通过v 5 接口可以支持包括模拟和数字在内的多种类型的用户接入， 同时，v 5 接口的开放性使得本地交换机和接入网的技术和业务演进完全独立开 来，接入网的发展可以不受交换机的限制，促使接入网市场完全开放。 虽然v 5 接口技术在传统电路交换网络中已经发展得相当成熟，但是随着下 一代网络的迅速发展以及现有网络不可避免的向下一代网络演进的趋势，v 5 接 口的发展和应用将面临新的机遇和挑战。下一代网络是一种全新的网络架构体 系，它以分组交换技术为核心，采用承载与控制分离、控制与业务分离的思想， 通过分组交换网络传送包括话音、数据、视频、多媒体在内的多种综合业务。 尽管下一代网络具有传统电路交换网络无法比拟的优越性，但是，人们不可能 抛弃现有的网络而去建设一种全新的的网络。因此，为了保护投资，避免资源 浪费，这两种网络在很长一段时问内都将共存，并且以现有网络向下一代网络 演进的趋势发展。在下一代网络逐步替代传统电路交换网的过程中，v 5 2 接口 的按入方式和功能实现也将随着网络结构的改变而有所变化。 本文的主要研究工作是v 5 2 接口在下一代网络中的应用以及v 5 2 接口在 软交换中的设计与实现。论文首先在分析下一代网络、软交换和媒体网关的功 能和特点的基础上，介绍了现有网络向下一代网络演进的几种方案，并由此提 出v 5 2 接口在p s t n 网络向下一代网络演进过程中的两种应用方式；然后根据 v 5 2 接口的自身特点，并结合下一代网络体系结构的特征，重点对如何在软交 换中设计与实现v 5 2 接口进行了深入地探讨和研究。设计工作主要包括以下几 个方面：v 5 2 接口在n g n 体系架构下的总体解决方案的设计，v 5 2 接口在软 交换中的设计，v 5 2 接口的链路状态报告流程、系统启动流程以及v 5 用户基 本呼叫流程的设计；实现方面主要包括两个部分，即v 5 协议栈的实现和v 5 协议栈与外部模块的接口的实现；论文最后总结了本文的特色和创新之处，并 提出了今后进一步研究的方向。 关键词： v 5 2 接口下一代网络( n g n )软交换媒体网关 武汉理t 大学硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t hm ed i 舀t i z a t i o no fc o m m u n i c a d o nn e t w o r ka n dt h em a s s i v eu s a g eo f t h eo p t i c a if i b e ra i l dd i g i t a iu s e rt r a i i s m i s s i o ns y s t e m ，a c c e s sn e 研o r k ( a n ) ，w h i c hi s a g r e a ti m p e t u st ol h ed e v e l o p m e n to ft e l e c o m m u n i c a t i o ns e r v i c c ，w a si n t r o d u c e d i n t ot h et c l c c o m 删n i c a t i o nw o r l d n ev 5i n t e r f a c ei sw i d e l ya p p l i e d b e m e e nt h e 1 0 c a le ! 【c h a n g e ( l e ) a n da na sak i n do fs t a n d a r da l l dc o m p l e t e l yo p e nn e wd i 西t a l i n t e a c e o no n es i d e ，t h el ec a ns u p p o r tm a n yk i n d so fu s e ra c c e s st y p e si n c l u d i n g s i m u l a t i o na c c c s sa n dd i 酉t a la c c e s sb yp m v i d i n gv 5i n t e d a c ef i l n c t i o n 0 nt h eo i h e r s i d e ，b e c a u s eo ft h eo p e n n e s sc h a r a c t e r i s t i co fv 5i n t e r f a c e ，t h el ec a i lc o m m u n i c a t e w i t l la n yt y p eo fa nf r o ma i l ye q u i p m e mm a n u f a c t u r e r sa sl o n ga sb o t i is i d e sf o l l o w t h es 锄es p e c i f i c a t i o n so fv 5i n t c a c e ，w h i c hi sa d v a n t a g e o u st oc h et e c h n o l o g ya n d s e r v i c ce v o l u t i o nj nl ea n da ns e p a m t e l ya n dc a u s e st h ea nm a r k e tt oo p e n c o m p l e t e l y a l t l l o u g h t l l ev 5i n t e r f a c e t e c h o l o g y h a sa l r e a d yb e e n d e v e l o p e dq u i t e m a t u r e l y i i lt h et r a d i t i o n a lc i r c u i t s w i t c h i n gn e t w o r k ， t h e d e v e l 叩m e m a n d 叩p l i c a t i o no fv 5i n t e r f a c ew n lf a c en c wo p p o r t u n i t ya n dc h a l l e n g ea 1 0 n gw i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to fn e x tg e n e r a t j o nn e t w o r ka sw e l la st h e t r e n do ft h ee x i s t i n g n e 俩o r ke v o l v i n gt ot h en e x tg e n e r a t i o nn e t 、o r k r n l en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r ki s0 n e j ( i i l do fb f a n d n e wn e t w o r ka r c h i t e c t u r c ，i tu s e sp a c k e ts w i t c h i n ga st h ec o r e t e c i l l l o l o g y ，t a k e st h et h o u g i to fw l l i c ht h eb e a r i n ga i l dt h ec o n 昀ls e p a r a t e s ，t h e c o n t m la n dt h es e r v i c es 印a r a t e s ，t r a n s m i t t i n gm a n y1 【i n d so fc o m p r e h e n s i v es e r v i c e s i n c l u d i i l gv o j c e ，d a t a ，v i d e o ，m u l t i m e d i ae t c t h m u g hp a 芒k e t s w i t c h e dn e t w o r k t h o u g l lt h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r kh a st h es u p e r i 州t yw h i c h t h et m d i t i o n a lc i r c u i t s w i t c h i n gn e t w o r ki su n a b l et oc o m p a r e ，b u ti ti si m p o s s i b l et oa b a i i d o nt h ee x i s t i n g n e 呐o r kt ob u i l dan e wn e t w o r k t h e r e f o r e ，i no r d e r t op r o t e c ti n v e s t m e n ta i l da v o i d w a s t i n gt h ee x i s t i n gr e s o u r c e s ，t h e s et w ok i n d so fn e t w o r k sw i l lc o e x i s ti nv e r yl o n g p e r i o d0 ft i m ei nt h et e n d e n c yo ft h ee x i s t i n gn e t w o r ke v o l v i n gt ot h en e x tg e n e r a t i o n n e t 、v o r k i nt h ep r o c e s so ft h en e x tg e n e r a t i o nn e 咐o r ks u b s t j t u t j n gt h et r a d i t i o a l c i r c u “s w i t c h i n gn e t w o r kg r a d u a l l y ，t h ef i l n c t i o nr e a l i z a t i o na n dt h ew a yo fa c c e s s i i 武汉理工大学硕士学位论文 f o rv 5 2j n t e r f a c ew i l lb ec h a n g e di nt h en c x tg e n e r a t i o nn e t w o r ka r c h i t e c t u r e t l i i sa n i c l e sm a i l lr e s e a f c hw o r ki st h ea p p l i c a t i o no fv 5 2i n t e 珏a c ei nn e x t g e n e r a t i o nn e m o r ka sw e l l 豁t h ed e s i 9 1 la n dr e a l i z a t i o no fv 5 2i n t e r f a c ci t l l e s o f c s w i t c hs y s t e m t h ep a p e rf i r s ta n a i y s e st h ef u n c t i o n sa i l dc h a r a c t e f i s t i c so fn e x t g e n e r a t i o nn e t 、o f k ，s o f t s w i t c h 趾dm e d i ag a t e w a y ，a n di n 咖d u c e ss e v e r a lk i n d so f p l a n sf o rt h ee x i s t i n gn e t w o r kt on e x tg e n e r a t 主o nn e 柳o f kc v 0 王u t i o n ，a n df 0 m | h i s p m p o s e s 时oa p p l i c a t i o nw a y so fv 5 2i t e 舭ei nm ep s t nn e t w o r kt 0t h en e x t g e n e r a t i o n e t w o r ke v o l u t i o np r o c e s s 袖e na c c o 础gt ot i i ev 5 2i f i t e r f a c eo w n c h a r a c t e r i s t i ca n dt h es y s t e ms t m c t u r ec h a r a c t e r i s t i co ft h en e x g e n e r a t i o nn e t w o r k m ep 印e rm a l 【e sad e 印e x p l o r a t i o na n dd i s c u s s i o no nh o wt od e s i g i ia n dr e a l j z et h e v 5 2i n t e 腑ei nm cs 曲s w i t c hs y s t 吼皿ed e s 咖w o r km 血l yi n d u d e st h e f o l l o w i n gs e v e r a la s p e c t s ：t h ed e s i 印o fg e n e r a ls o l u t i o nf o rv 5 2i n t e r f a c ei nn g n 胁n e w o r k ，t h ed e s i g no fv 5 2i n t e r f a c ei ns o f t s w i t c hs y s t e m ，t h ed e s 硒o fm em r f l o w sf o fv 5 2i n t e 嘲c e ，j n c j u d i n gt l l el i n ks t a t u sr e p o n i n gn o t l l es y s l e mi n i t i a t j o n f l o wa n dm ev 5u s c rb 踮i c a u yc a l l i n gf l o w t h er e a l i z a t i o nw o r km a i l l l yi l l d u d e s 似op a n s ，n a m e l ym ei i n p l e m e n t a t i o no fv 5p r o l o c o ls t a c k 锄dt h ei m p k m e n t a t i o n o fi l l t e r f a c em o d u l eb e t w e c nv 5p r o t o c o ls t a c k 强de x t e m a lm o d u l e s t 1 l ep 印e r f i n a l l ys u m m a r i z e st h ec h a r a c t e r i s t j c 柚di 衄o v a t i o no ft h i sa n i c l e ，孤dg i v e ss o m e d i r e c t j o n sf o rf i l n l l c rs t i l d y 柚dr c s e a r c ho t h i ss u b j c c t k e yw o r d s ：v 5 2i m e 血c c n e x tg e n e f a t j o nn e 船o r k s o f i s w j t c hm e d i a g a t e w a y i l i 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题背景及意义n 儿2 1 随着i p 技术的迅猛发展，以互连网为代表的新技术革命正在深刻地改变着 传统电信网络的概念和体系。一方面，人们已经不再满足单一的语音业务，数 据业务的飞速增长，不仅大有赶超语音业务的趋势，而且专为语音业务而设计 的传统电路交换网络在承载数据业务方面已经显得力不从心；另一方面，传统 的基于电路交换的网络，由于带宽占用浪费、引入新业务复杂。已经不适合通 信网络发展的需要；同时，城域网的建设如火如荼，各地均建成了高速率大容 量的城域网，但是网上的业务应用却很少。如何利用现有的城域网资源进行新 的业务开发和提供，以及如何在城域网内通过提供丰富的1 p 电话功能以及增值 服务，形成新的业务收入来源，已成为运营商所关注的问题。有鉴于此，为了 适应通信技术发展的趋势，各设备制造商和运营商纷纷提出了下一代网络( n g n n e x tg e n e t a t i o nn e t w o r k ) 。 n g n 是以业务驱动为特征的网络，它将电信网、计算机网和有线电视网合 并在一起，让电信与电视和数据业务结为一体，灵活地构建于一个统一开放的 平台上，构成可以在现有三种网络上提供话音、数据、视频等业务的新网络。 从网络特征和网络发展看，它源于传统智能网中业务和呼叫控制相分离的基本 理念，并将承载网络分组化、用户接入多样化等网络技术思路在统一的网络体 系结构下实现。n g n 一方面大量采用创新技术，以i p 技术为中心，是可以同时 支持语音、数据和多媒体业务的融合网络；另一方面，n g n 不是现有电信网和 l p 网的简单延伸和叠加，也不是单项节点技术和网络技术，而是一种整体解决 方案。它继承了现有电信网络的技术优势，是一种以软交换为控制核心、以分 组交换网络为传输平台、结合多种接入方式的网络体系。 作为下一代网络的核心技术，软交换已经成为电信领域内最受关注的焦点 之一。无论是电信运营商还是设备制造商或者是致力于该领域的业务开发商， 都希望借助软交换技术在电信服务业的推广来发展和巩固自身的市场地位，并 获得直接的经济效益。软交换技术继承了传统交换的先进的体系结构，并采用 武汉理工大学硕士学位论文 i p 网络中的i p 包来承载话音、数据及多媒体流等多种信息，其思想是硬件软件 化，通过软件的方式来实现原有交换机控制、接续和业务处理功能。软交换与 其它网元之间使用标准的协议进行连接和通信，以便在下一代网络中更快地实 现各类复杂的协议及更方便地提供业务。 v 5 2 接日是广泛瘫瘸予接入网帮交换辊之澜一种标准纯的、竞念开放的、 用于支持窄带电信业务的数字化接口。在v 5 2 接口环境中，接入网代替了原来 的用户线分毒霹络，使得用户线更接近用户，大蝠降低用户线的投入成本；同 时，v 5 2 接日提供麓户在矮入潮和交换机之溺的2 m 中继时豫豹动态分配使用， 从丽w 以接入更多的愿户，掇裹交换设备的使用效率。由于v s ，2 接鞠的开放搜 帮标罐镁，使得交换飘帮按入溺产鼓在遂循该v 5 2 接誓蠢撩瓣纂稿上霹敬独立 地开发应用，打破了电信行业瓣直封闭的体系结构，有利于宽争和创新。 电信孵络从电路交换网终向以软交换为核心的下一代网络演进恐成为不争 豹事实。黧对传统电麓运营巍来说，魏簿缀荮穗辩决现有阏络囱下一代穗络静 戈缝融合与平滑演进龆是蓖斑需要面对的闯题，鞠如何将传统语啻随络过渡到 滋数撵袋糟篷务量为主懿赣潮络，嚣辩又髓鼓举魏零l 霜炎g n 带来豹好筵，尽 可能地减少网络过渡的费用。利用v 5 接口从网络边缘向n g n 逐步演进，被认 为是p s 钟吣p l l b l i c s w i t c h e d t c l e p h o n e n e m o r k ) 网络向n g n 网络演进的一种有效 方燕。逶遥v 5 菝日涟接p 辩n 潮窝宽带城域阚，攀l 箨宽繁缄域两实凝窄带接入 功能，开髓基础话音娥务，发展话音用户。而且，分组话音不会对原蠢l p 网络 帮p s l n 瓣络产生经麓影镌，渡务夔霞潮方式帮p s 科夔使月方式竞念一致，并 可以利用i p 网络的特性，提供诸如：广域c 戤姐淑e x 、固话号码漫游、亲情号 码等p s l n 网络不易实现的业务。 1 2豳内外研究现状溯w 矾e m e t 的出现，使得以糟技术为代表的数攥通信迅猛发展，数据业务的增 长速度已i 缀远远超过了语音通信。i p 技术已经成为了主流技术，传统网络向下 一代鼷终瓣溪送势不霹箱，n g n 基或为遴蕊照器关注耪探讨豹热门滔麓。许多 国际标准他组织均积极参与下一代网络技术的研究和标准的制定，全球各大电 接遮罄鼹灏设各疆珙鼹以及、艟务应用开发藏馨积极授隽于辩g n 技零磺究雾瓣 络试验。 2 武汉理t 大学硕士学位论文 1 2 1国外有关n g n 的研究 目前，在欧洲、北美、中东、亚太、拉美等地的许多国家的运营商大都对 以软交换为核心的下一代网络技术采取积极的态度，有的运营商在进行相关的 试验，有的则引入n g n 网络进行一定规模的商用。英国电信( b t ) 为了创造新 的收入来源和竞争长途语音业务，建立了全球第一个基于软交换技术的端到端 的电信级v o l p 网络。比利时电信( b e l g a c o m ) 主要是跟踪技术和设备的发展， 重点研究未来分组语音网络的体系架构和需求，开展n g n 技术培训，建立n g n 实验室，为开展现场实验进行技术准备，以及研究新型网络管理等。德国电信 则聚焦海外市场，重点开拓国际p 网的语音业务。美国电信运营商s p r i n t 公司 利用n g n 解决方案将其整个电话网络改造为基于分组的下一代网络，成为美国 第一个将整个现有电话网络( 包括本地和汇接) 分组化的运营商。另外，美国 最大的全球性固定和无线运营商v c r i z o n 宣布采用n g n 解决方案，大规模部署 分组交换技术，提供集成的话音和数据业务。巴西t e l e f o n i c a 公司测试了1 1 家 厂商的n g n 产品，包括西门子、北电、朗讯、3 c o m 等。测试表明，n g n 在支 持长途层、汇接层、端局层的分组语音等方面，已经有了满意的解决方案。在 日本，新的宽带网络运营商希望将软交换技术作为传统运营商竞争的武器。 下一代网络的标准化工作是国际和国内标准化组织当前的工作重点。目前， 主要从事n g n 标准化的国际标准组织包括r r u t 、1 r i s p a n 、3 g p p 和i e r f 。r r u t 从事n g n 研究的组织主要包括第1 3 研究组、第1 1 研究组和第1 5 研究组，它 们分别从框架、协议和承载等方面推进n g n 的研究工作。为了推进n g n 的研 究速度，u t 于2 0 0 4 年6 月成立n g n 焦点工作组( f g n g n ) 专门致力于n g n 标准方面的研究，f g n g n 共分为七个工作组，研究内容包括n g n 的业务需求 和研究范围、体系架构、q 0 s 、信令需求、网络安全、网络演进以及i p 电信网。 t i s 艄n 是2 0 0 3 年9 月由从事固定网络标准化的s p a n 组织和进行v 0 1 p 研究的 t i p h o n 组织进行合并而成的，是，r f 旗下从事n g n 标准化研究的主要机构。 1 r i s 蝌分为八个工作组，包括业务、体系、协议、号码与路由、服务质量、测 试、安全和网络管理工作组。3 g p p 是领先的3 g 技术规范机构，是由欧洲的e t s i 、 日本的a r i b 和r r c 、韩国的t 1 a 以及美国的t 1 在1 9 9 8 年底发起成立的，旨 在研究制定并推广基于演进的g s m 核心网络的3 g 标准，即w c d m a ， t d s c d m a ，e d g e 等。l m s 是由3 g p p 标准小组发起的电信网络架构标准， 武汉理工大学硕士学位论文 提供基于i p 的融合的多媒体网络基础架构和具有强大网络服务交付能力的环 境，帮助固定和无线网络运营商创建、部署和交付可以带来更高收入的交互式 多媒体服务，这些服务可以为用户提供能无缝跨越多种接入网的应用体验。目 前，i m s 已经得到其他电信网络标准组织的广泛采纳，成为业界下一代基于i p 的 网络基础架构基础。m t f 主要专注于下一代网络协议的研究，下一代网络中的 主要协议，如s i p 、m g c p 、s i g l r a n 以及承载层的i p v 6 等都是由i e t f 定义 的。t f 定义的协议标准具有较强的可操作性，s i p 、m g c p 、s i g 弧a n 等协 议已经成为其它各标准组织应用和参考的重要文件。 1 2 2 我国有关n g n 的研究 我国在9 0 年代末开始下一代网络发展战略的研究，信息产业部电信研究院 承担的“新时期电信网发展战略的总体思路”课题，为我国电信网的发展提出 了很好的建议。随着技术与业务的发展，n g n 的内容也在不断的发展与完善。 2 0 0 2 年初，中国高技术研究发展计划的通信技术主体组也启动了“新一代信息 网络( n g n ) 发展战略研究”的课题，此课题以“n g n ”为主题，在了解与掌 握国内外最新研究和发展动态的基础上，结合中国国情，深入研究和分析网络 技术发展过程中包括技术、业务、市场等方面的核心问题，提出切合我国实际、 符合世界潮流、具有前瞻性的网络技术发展主导趋势，并将结合国家8 6 3 计划 的实施，凝练出新一代信息网络关键技术及在我国的总体发展战略。 在n g n 网络总体标准的制订方面，目前我国正在对n g n 网络框架规范、 n g n 业务平台体系、n g n 网络管理技术、n g n 端到端的e 0 s 、n g n 网络安全、 n g n 广泛移动性技术等标准进行预研。在软交换相关标准方面，已开始研究软 交换网络框架体系；在网络管理方面，正在进行基于软交换的综合网络管理系 统( n m s ) 和综合接入设备管理系统( 队d m s ) 等标准的制订。 目前，国内各大运营商也都在积极进行n g n 的试验和一定规模的商用工作。 中国网通公司是我国第一个提出利用软交换技术来构建完整的商用语音网络运 营商，在2 0 0 1 年中期进行的宽带电话实验网项目招标工作中，明确要求采用软 交换技术。中国网通的宽带电话实验网项目，是目前国内也是全球第一个提出 利用软交换技术构建完整的商用语音网络的项目。早在2 0 0 0 年7 月，中国电信 就启动了n g n 试验工程，之后完成了现场技术试验。2 0 0 2 年起，中国电信在5 个城市进行了三年多的软交换技术试验、业务试验和试商用，其网络在2 0 0 5 年 4 武汉理工大学硕士学位论文 转入商用阶段，从长途网和北方地区开始逐步停止电路交换机的建设。中国铁 通于2 0 0 1 年完成了北京、上海、广州三地的n g n 分组中继长途话音试验网的 测试，并在重庆开展了n g n 本地话音商用试验网的测试和部署。中国联通于 2 0 0 2 年底完成了中国联通n g n 试验网络测试规范，并启动全国范围内6 个 城市的n g n 试验网工程。中国移动集团公司一直密切关注软交换技术和产品的 发展，近几年积极参加软交换的研讨和技术交流，肯定了软交换的划时代意义。 香港的电信运营商为了抢占市场，取得竞争优势，在n g n 方面加快步伐。香港 宽频和新世界电信先后宣布采用n g n 解决方案，加入香港本地话音业务的角逐， 提供分组话音、数据和未来的多媒体新业务。 虽然目前国内外的运营商对n g n 技术投入了很高的热情，并且软交换系统 在理论上提供了网络开放的体系架构，有利于业务的开发和提供，而且目前从 各厂家提供的解决方案来看，已能够进行多方面的业务提供。但是在发展以软 交换为核心的n g n 业务时应采取一种积极而谨慎的态度，根据网络的实际情况 和业务的发展来采取对策。 1 3 本文主要工作 随着技术条件的成熟，网络的融合特别是网络边缘部分的融合正成为电信 发展的大趋势。对于传统电信运营商来说，由于已经拥有庞大而完善p s t n 本地 接入网，并且这些网络正在产生大部分的业务收入来源，因此，在p s t n 网络向 下一代网络演进的过程中，采用基于n g n 的本地分组交换方案对传统的本地端 局进行替换和改造就显得至关重要。在我国的接入网建设中，遵循统一的技术 标准体制，强调统一的网管和集中管理，坚持以光纤接入为主、其它接入手段 为辅，铺设光纤尽量靠近用户，使中国的接入网建设得到了快速发展。几年来， 中国接入网的建设总量已接近2 0 0 0 万线，特别是具有开放型v 5 接口的有源光 网络己被大量使用。因此，可以利用v 5 接口的在容量、性能、容错及开放性等 方面的优势，使用v 5 接口作为p s t n 网络与分组网络之间的接口，实现p s t n 从网络边缘向n g n 演进。通过v 5 接口，利用i p 网络来实现窄带接入的功能， 对于打破垄断，创造有效的竞争环境，合理利用社会资源，提高运营商的运营 和管理水平、降低电信业务的社会服务成本有着重要的现实意义。同时，基于 分组的话音的业务特性比p s t n 更有优势、也更有竞争力，使运营商可以站在一 武汉理工大学硕士学位论文 个更高的起点参与竞争。在市场需求的推动下，将需求与市场相结合，渐次向 n g n 演进的能力，使得运营商站在更高的层次上发展。 在下一代网络逐步替代传统电路交换网的过程中，v 5 2 接口的接入方式和 功能实现也将随着网络结构的改变而有所变化。目前国内n g n 网络的建设属于 刚刚起步的阶段，对于在n g n 网络中v 5 2 接口实现的研究成果比较少。本文 将提出一种v 5 2 接口在n g n 体系架构下的实现方案。n g n 是一种以分组交换 技术为基础，以软交换技术为核心的综合性的开放网络，其主要特点之一是通 过核心的软交换技术实现控制与承载的分离，并且n g n 为网络中的各个通信实 体，如软交换、媒体网关等提供了统一的接口，各实体间采用标准的协议进行 通信。本文的设计思想是结合下一代网络的上述特点，并根据v 5 2 接口在本地 交换机上的实现原理，通过软交换对媒体网关进行控制，完成v 5 2 协议在接入 网与软交换之间的通信。 本文主要完成以下工作： 第一章绪论主要介绍课题背景及意义、国内外有关n g n 的研究现状、课题 的主要工作和论文的组织结构。 第二章主要阐述v 5 2 接口在n g n 中的应用，先对n g n 的体系结构、特点、 以及n g n 中的关键技术软交换和媒体网关进行了详细的介绍，然后给出传 统电路交换网络向下一代网络融合的几种方案，最后指出在p s t n 网络向下一代 网络演进过程中，v 5 2 接口在n g n 中的应用。 第三章简要地介绍了v 5 2 接口和v 5 协议，主要从v 5 2 接口的特点、功能 结构、协议体系等几个方面进行介绍，并对v 5 2 接口第三层的各个协议作了必 要的描述。 第四章详细介绍v 5 2 接口在软交换中的设计，先提出v 5 2 接口在n g n 体 系架构下的解决方案，然后重点描述v 5 接口在软交换中的设计，包括总体设计 和v 5 协议模块的详细设计，最后基于n g n 的特点，重新设计了v 5 2 接口的三 个主要流程，分别是链路状态报告流程、v 5 2 接口系统启动流程和v 5 用户基本 呼叫流程。 第五章介绍了v 5 2 接口在软交换中的实现，包括、r 5 协议模块的接口实现 和v 5 协议各状态机的实现。 论文最后总结了本文的特色和创新之处，并给出了今后工作进一步的方向。 6 武汉理工大学硕十学位论文 第2 章v 5 2 接口在n g n 中的应用 2 1n g n 概述 e t s i 首先对n g n 的概念作了阐述，e r r s i 定义n g n 是一种规范和部署网 络的概念，通过使用分层、分面和开放接口的方式给业务提供者和运营商提供 一个平台，借助此平台逐步演进，从而生成、部署和管理各种新业务。而且， e t s i 还认为n g n 支持终端特征方面既支持现有终端，又可支持未来的“n g n 感知”( n g n a w a r e ) 终端。 i t u t 也在2 0 0 4 年2 月的s g l 3 会议上给出了n g n 的定义；n g n 是一个 分组网络，它提供包括电信业务在内的多种业务，能够利用多种带宽和具有服 务质量( q o s ) 能力的传送技术，实现业务功能与底层传送技术的分离，它提供用 户对不同业务提供商网络的自由接入，并支持通用移动性，实现用户对业务使 用的一致性和统一性。在此基础上，u t 再辅以对n g n 的特征、能力、宏 观目标及研究领域等一系列延伸描述，以进一步加固对此定义的延伸理解。 n g n 应是能提供各种多媒体业务的综合网络，支持固定和移动的融合、传 统电信业务和广播业务的融合，是有线无线网络元素、计算机系统、家庭外围 设备、智能工具等组成的综合融合环境，而且能折衷满足不同业务质量及物理 接口的要求，在业务管理、网络管理、智能化、个性化服务方面均可提供完备 的机制。 尽管目前业界尚未对n g n 给出一个统一清晰的定义，但在一些基本点上已 达成共识：n g n 是基于分组交换的网络，且大多数人认为该分组交换应基于i p 协议；网络结构分层，各层问有开放的标准接口；业务承载网与业务网彼此分 离；核心传送网为高带宽光传送网；网络具有满意的服务质量保证和合理的安 全保证；网络是可维护、可运营的，并且是可赢利的多业务网络；网络应支持 包括终端移动性和用户移动性在内的广泛移动性等。 2 1 1n g n 的体系结构“儿” 在传统的基于时分多路复用( t d m ) 的p s t n 网络中，提供给用户的各项 武汉理工人学硕士学位论文 功能或业务都直接与交换机有关，业务和控制都由交换机完成。如果要增加新 业务，首先需修订标准，再对交换机进行改造，每提供一项新业务都需要较长 的时间周期。智能网出现后，实现了呼叫连接与业务提供的分离，交换机完成 呼叫连接，智能网完成业务提供，极大地提高了网络业务提供能力，缩短了新 业务的开发周期。然而，这种分离仅仅是第一步，随着承载的多样化，还必须 将呼叫控制与承载进一步分离。基于这种将控制与承载分离、业务与控制分离 的思想，下一代网络体系结构分为边缘接入层、核心传送层、网络控制层和业 务应用层，如图2 1 所示。 蝴层匦回叵业务层l _ _ j l 一 删羼困 丑曰 控制层l j l _ j 。 接入层 图2 1n g n 体系结构 ( 1 ) 接入层：提供丰富的接入手段，将各种网络和终端设备连接到分组网络， 集中用户业务并将它们传递至目的地。 ( 2 ) 传送层：将信息转换成为- 能够在网络上传递的信息格式。例如：将话音 信号分割成a 蹦信元或i p 包。此外，传输层可以将信息选路至目的地。 ( 3 ) 控制层：实现呼叫控制和连接管理，支配网络资源。此层决定用户收到 的业务，并能控制低层网络元素对业务流的处理。 ( 4 ) 业务层：在呼叫建立的基础上提供传统交换机的业务和其它增值业务， 警 武汉理工大学硕士学位论文 也可以提供开放的业务接口，由第三方来提供业务。 2 1 2n g n 的技术特征嘲 虽然不同技术背景和专业的人士对n g n 有不同的理解和诠释，但是基本 认同n g n 是泛指以i p 技术为核心、支持多媒体业务、智能化的、融合的、可 管理可运营的全业务网络，n g n 是电信发展的重大战略性趋势，其实现应该是 一个演进过程。n g n 的基本技术特征可归纳为以下几个方面。 首先，网络层趋于采用统一的l p 协议，以i p 为基础实现异质网络和异质终 端的互联通信。网络层的基本网元是路由器，基本控制协议是路由协议，提供 的基本服务是无连接服务，通过路由冗余保证数据传送的可靠性。 其次，链路层趋于采用电信级分组节点，采用边缘路由器和核心路由器相 结合的网络结构。高性能的核心路由器处理能力强，功能单一，专致力于数据 包的传递。边缘路由器路由能力要求较低，但除了路由功能外，还提供业务区 分、资源配置、接入控制等各种服务，并可和各种服务器交互。这样的结构将 网络智能外移至网络边缘，以确保核心网提供大量的快速数据通信。 第三，传送层趋于采用光传送技术，在物理层提供巨大而廉价的带宽，支 持任何业务和信号的透明传送。根据核心网、城域网或接入网的不同应用环境 以及充分重用已有基础设施的考虑，选用不同的光传送技术，最终目标是实现 光联网，并在光网中引入多颗粒交换功能，确保动态建立快速高效的光传送通 路。 第四，接入层采用多元化的宽带接入技术。考虑到接入环境的多样性以及 接入设旌投资的经济性，接入网必定是多种技术共存的格局，其中近年推出的 无线接入技术将是n g n 中的重要的接入技术。 第五，呼叫控制层和业务层独立于承载层。为了确保i p 通信网上的实时通 信业务具有和传统通信网同样的业务性能，n g n 借鉴通信网成熟的交换技术， 在i p 网络层之上设立一层网络控制层，该控制层和底层采用的承载技术无关。 为了能够快速灵活地提供增值业务，n g n 借鉴智能网的思路，在网络控制层之 上设立一层独立的业务层，并利用分布计算技术实现业务开发和提供。 第六，管理平面提供运营网络各种所需的管理功能。除了通常网管系统中 的网络管理和网元管理以外，还包括资源管理、安全管理、计费管理和业务管 武汉理工人学硕士学位论文 理等功能。这些管理平面功能分布于相应的各个网络层次，确保n g n 成为一个 安全、可靠、高质量的网络。 第七，开放式体系架构和标准接口。上述各个层次和功能平面构成了n g n 分布式的网络架构和开放式的应用环境，据此将定义各个接口的协议标准。 2 2n g n 关键技术介绍 2 2 1 软交换技术 软交换技术区别于传统电路交换网的电路“硬”交换，是基于包交换的网 络( 主要指口网) ，以软件来实现交换与呼叫控制管理的一门新的电信网络技术。 我国信息产业部电信传输研究所对软交换的定义是：“软交换是网络演进以及下 一代分组网络的核心设备之一，它独立于传输网络，主要完成呼叫控制、资源 分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，同时还可以向用户提供现有 电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。” t d m m g m g t d m 图2 2 电路交换模式与软交换模式 如图2 2 所示，在电路交换模式中，呼叫控制、业务提供以及交换矩阵均集 中在一个交换系统中，而软交换的主要设计思想是业务控制与传送接入分离， 各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，以便在网上更加灵活地提供业务。 更具体地讲，软交换基于“网络就是交换”的理念，是一个基于软件的分布式 武汉理工大学硕士学位论文 交换j 空制平台，将呼日q 控制功能从网关中分离出来，利用分组网络代替交换矩 阵，开放业务、控制、接入和交换间的接口，从而真正实现多厂家的网络运营 环境，并可以方便地在网上引入多种业务。 2 1 2 。1 1 较交换的技术内涵 虽然较交换这个名诿潦鸯交挟凝豹演透避程，毽憝较交换技零劳饕岗羧予 交换节点技术，其内涵包括节点技术、网络披术和业务技术3 个方谳。 ( 1 ) 软交换节点技术 较交羧零患帮软交换辍，它蹩宠残浮朝揆麓瓣一个款箨实嚣，莛软交换弼 络的核心功能实体，地位相当予p s 州中的交换梳，因此，其实瑰程缀大程度上 氆鉴了褥绫逶傣溺懿鼓拳。软交换慧点奄含3 个主要凌戆部转：1 ) 基本蜉蠲 控制裔限状态机，其功能絷似于p s t n 中的呼叫控制功能；2 ) 呼嘲接入、建立 和选路控制器；3 ) 媒体网芙控制器，其功能相当于p s l n 交换机中用于控制中 缝耄爨投、翅户凄爨羲等豹终豳莰惫控裁器。 ( 2 ) 软交换网络技术 软交换麓终攫豹是基予较交羧按期技寒熬、瑟离聪g n 熬分毒炎雾监努遴售 网络。麓基本特点包括以下几个方颟：1 ) 该网络采用邋应n g n 艨用环境的雕 络解决方案。将功能分布猩各个网络实体实现，采用集中式与分布式相结合的 方式，靼磐l q 必集串控截、承载与她务失努毒蕊控铡，裁矮较终羧铡_ 穗爨谈技 术实现网络功能分解和分艨；2 ) 该瓣络支持遁僖阏的平滑演进。谯榴当一段时 阉痰彀鼹变换网游与分组潮终共存，鍪颓按照羹囊网络静羡珞分除段逐步实现 网络的演进。为此，将采用基于蕊关的互通结构，呼叫控制和承载控制分离鲍 控制结构，以支持不同类型网络的慝操作，不同承载技术的选用，并适应朱来 嚣未知黻技本戆发爱；3 ) 该蒯终采爝按功能分勰豹分鼷 搴系结构。在鼹缀联采 用基予t a 住p 的计算机网络梅议簇扩震冀隗络功能，在露嘲控涮艨以 s i p ( s e s s i o nl n i l i a 娃姐p f o t o n 为棱心控案i 协议以支持多媒体呼叫遁恪，在鄹络管 理层僚滚通信网成熟的管瑗技术；4 ) 该两络确僚髓褥供电信缀的服务质熏。不 但要支持基于分组交换的数据传送，还要支持语音视频实时业务流的传邀，且 必须熊对实辩邋僖提供电臻缀豹q o s ，对数据般务提供有保障的暇务。 ( 3 ) 获交换泣务技术 软交换业努技术直接荧系到陬缮的可盈剩矬和可持续发震能力，跫运营商 武汉理工大学硕士学位论文 最为关注的问题。在技术要求上，必须具有在现有各种网络之上提供综合业务 的能力，必须具有快速响应用户需求灵活提供增值业务的能力，必须具有第三 方提供业务的能力。在业务要求上，必须能提供包含语音、文本、图像、视频 等多种数据形式的多媒体业务，必须能提供综合各种网络能力的融合业务，必 须能支持移动性业务和个性化业务的能力。在业务结构上，必须摆脱传统通信 网封闭的模式，采用基于标准接口的开放式业务体系结构，允许业务提供商方 便地使用网络能力，允许多业务厂商参与和竞争，以利于新技术的引入和新业 务的生成。 2 。2 。1 2 软交按主要珐熊汹嘲 软交换的主要功能包括以下几个方面： ( 1 ) 呼叫控制和处理功能。