（通信与信息系统专业论文）分布式业务网络支撑技术研究.pdf

独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论 本人签名： 处，本人承担一切相关责任。 日期：z 型芝主! 兰 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被 查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、 缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守 此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位 本人签名： 导师签名： 适用本授权书。 日期：丝旌：主：2 生 日期：盖包之竺 北京邮电大学学位论文摘要 分布式业务网络支撑技术研究 摘要 i p 多媒体子系统( i m s ) 被认为是下一代网络的核心技术，是解 决固网和移动融合、多媒体业务整合的重要途径。但i m s 业务支撑 能力不灵活，功能实体多，系统结构复杂等问题制约了它的普及， 面临着来自互联网业务的严重挑战，甚至在某些领域已经被替代。 而互联网业务受到安全等问题的制约。因此，提出了结合p 2 p 和i m s 特点的分布式业务网络作为电信业务和互联网业务提供统一的、安 全的、灵活的业务支撑平台，它成为了下一代网络的重要演进方向。 其中，互联网业务特征实现机制、分布式业务网络的架构、节点功 能结构都被作为重要的支撑技术被列入了研究范畴之中。本文将这 些研究点分为以下两个部分进行研究。 第一部分从互联网业务特征实现机制和网络架构、功能节点结 构等方面入手。根据业务的不同特点能够提供不同业务支撑模式， 并设计功能节点和主要业务实现流程。第二部分在业务实现的基础 上进一步优化作为核心网结构。已经提出的分布式i m s 多采用平面 化的网络结构存在着互联互通和消息开销问题需要解决。 本文遵循以业务支撑为基本出发点，在此基础上进一步优化系 统结构的思路取得了一下创新性成果：将分布式i m s 作为核心网， 遵循p 2 p 和i m s 融合的思想设计网络结构和节点功能，提供多种灵 活的业务支撑模式；针对v o i p 和流媒体提出了各自的解决方案；项 目中遇到的问题针对移动设备和p 2 p 的n a t 穿越提出了各自的解决 方案，并在项目开发中对方案可行性进行验证；将等级化和 c o l o c a t i o n 预处理机制引入分布式i m s ，减少消息开销提高系统可 靠性。 关键词：i p 多媒体子系统对等网技术对等网络会话发起协议分 布式业务网络网络电话流媒体分布式i p 多媒体子系统 北京邮电大学学位论文 r e s e a r c ho ft h es u p p o r t i n gt e c h n o l o g yo f d i s t i u b u t e ds e r v i c en e t w o r k t h ei pm u l t i m e d i as u b s y s t e mi ss e e na st h ec o r et e c h n o l o g yo fn g n ( n e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k ) i m si sc o n s i d e r e da sa l li m p o r t a n tw a yt os o l v et h e f i x e d m o b i l en e t w o r kc o n v e r g e n c ea n dt h ec o m b i n a t i o no fm u l t i m e d i as e r v i c e s b u t o i lt h eo t h e rh a n d ，t h ei m sa l s oh a ss o m ep r o b l e m st h a tc o n s t r a i ni t sp o p u l a r i t y , s u c ha st h ei n f l e x i b l ec a p a b i l i t yo fs u p p o r t i n gn e ws e r v i c e ，t h ee x c e s s i v ef u c t i o n a l e n t i t i e s ，c o m p l e xs y s t e ms t r u c t u r e i m si sf a c i n gc h a l l e n g e s f r o mt h ei n t e r n e t t e c h n o l o g y i ns o m ea r e a ，i th a sa l r e a d yb e e nr e p l a c e d 。t h ei n t e r a c ts e r v i c ei t s e l f c o n s t r a i n e db ys e c u r i t yi s s u e s a sar e s u l t ，d i s t r i b u t e ds e r v i c en e t w o r k ( d s n ) ，w h i c h c o m b i n e st h ea d v a n t a g e so fp 2 pa n di m s ，p r o v i d eau n i f i e d ，s e c u r ea n df l e x i b l e s u p p o r tp l a t f o r mt h a ts u p p o r tt e l e c o m m u n i c a t i o n sa n d i n t e r n e ts e r v i c e sa tt h e m e a n t i m e i tw i l lb ea n i m p o r t a n te v o l u t i o n a r y d i r e c t i o no fn g n t h e i m p l e m e n t a t i o nm e c h a n i s m so ft h ei n t e r n e ts e r v i c e ，t h ed i s t r i b u t e ds e r v i c en e t w o r k a r c h i t e c t u r e ，f u n c t i o n n o d es t r u c t u r ea r er e s e a r c h e da si m p o r t a n t s u p p o r t i n g t e c h n o l o g i e s t h i sa r t i c l ed i v i d e st h e s er e s e a r c hp o i n t st ot h ef o l l o w i n gt w op a r t s t h ef i r s tp a r tb e g i n sw i t ht h ei m p l e m e n t a t i o nm e c h a n i s mo ft h ei n t e r n e ts e r v i c e a n dt h en o d ef u n c t i o ns t r u c t u r e d i f f e r e n ts u p p r o tm o d e l sa r ep r o v i d e da c c o r d i n gt o t h ed i f f e r e n tc h a r a c t e r i s t i c so ft h es e r v i c e ，a n dt h ef u n c t i o nn o d e sa n dt h em a i n s e r v i c ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s sa r ea l s od e s i g h e d t h es e c o n dp a r to p t i m i z e st h e d i s t r i b u t e di m sa r c h i t e c t u r ew h i c hp l a y sa st h ec o r eo fd s n t h ea r c h i t e c t u r eo f e x s i t i n gd i s t r i b u t e di m si sp l a n e i t h a si n t e r c o n n e c t i o na n dm e s s a g eo v e r h e a d p r o b l e m st or e s o l v e t h i sa r t i c l em a k e ss e r v i c es u p p o r t i n ga st h eb a s i c p o i n ta n do p t i m i z et h es y s t e m s t r u c t u r eb a s e do nt h i sp o i n t ，a n da c h i e v e dt h ef o l l o w i n gi n n o v a t i o n ：m a k i n gt h e h 北京邮电大学学位论文 a b s t r a c t d i s t r i b u t e di m sa st h ec o r en e t w o r ko fd s n ，d e s i g n i n gt h en e t w o r ka r c h i t e c t u r ea n d n o d es t r u c t u r eb a s e do nt h et h o u g h to ft h ei n t e g r a t i o no fp 2 pa n di m s ，p r o v i d i n g m u l t i p l ef l e x i b l es e r v i c es u p p o r tc a p a b i l i t y ；p r o p o s i n gs o l u t i o n sa i m e da tv o i pa n d s t r e a m i n gm e d i a ；a sf o rt h ep r o b l e m sd i s c o v e r e dd u r i n gt h ep r o g r a m ，t h ea r t i c l e p r o p o s e ss o l u t i o n so fw e a kc a p a c i t yo fm o b i l ed e v i c ea n d t h en a tt r a v e r s a lo fp 2 p o v e r l a ya n dt h ef e a s i b i l i t yo ft h es o l u t i o n si sb e e nt e s t e di nt h ep r o g r a m ；i n t r o d u c i n g ah i e r a r c h i c a la n dc o - l o c a t i o nm e c h a n i s mt ot h ed i s t r i b u t e di m s 。i nt h i sw a y , t h e m e s s a g eo v e r h e a di sr e d u c e da n dt h es y s t e mr e l i a b i l i t yi sp r o m o t e d k e yw o r d s ：i m sp 2 pp 2 p s i pd s nv o w s t r e a m i n gd i s t r i b u t e di m s i i i 北京邮电大学学位论文 目录 目录 摘要l a b s t r a c r 1 l 目j j 乏i v 第一章引言1 第二章背景介绍3 2 1sip 背景介绍3 2 2p 2 p 背景介绍4 2 3p 2 p sip 背景介绍5 2 3 1 技术特点和优势5 2 3 2p 2 p sip 系统应用6 2 4im s 背景介绍6 2 4 1in s 基本概念。6 2 4 2 im s 框架和功能实体介绍6 2 4 3im s 的优势8 2 4 4im s 的问题9 2 5 分布式im s 背景介绍9 2 5 1lm s 如何与p 2 p 融合9 2 5 2p 2 pim s 的组织方式1 0 2 6 分布式业务网1 5 第三章业务实现技术研究。1 7 3 1 主要业务场景分析1 7 3 2 系统结构详细设计1 9 3 2 1d h t 接口分析2 0 3 2 2 系统总体结构。2 l 3 2 3 业务支撑能力设计。2 2 3 2 4 多媒体会话业务2 4 3 2 5 流媒体业务。2 6 3 2 6 服务节点设计2 9 3 2 7 用户节点设计2 9 3 2 8 本节小结3 1 3 3 移动设备互通优化设计3 1 3 3 1 背景需求。3 2 3 3 2p r e s e n c e 介绍3 4 3 3 3 解决方案设计。3 4 3 4 客户端p 2 p 覆盖网n a t 穿越实现4 1 3 4 1n a t 问题由来4 1 3 4 2 t 主要类型4 2 3 4 3u p n p 技术4 2 3 4 4 开发背景4 4 i v 北京邮电大学学位论文 目录 3 4 5n a t 带来的问题4 4 3 4 6 详细设计4 5 3 4 7 模块测试4 7 3 5 本章小结5 l 第四章核心网络优化设计5 3 4 1 研究动机5 3 4 2 系统设计5 4 4 3 详细设计5 5 4 3 1c o io c a tio n 预处理机制5 5 4 3 2 用户身份标识设计。5 7 4 4 业务流程设计5 9 4 4 1 用户注册流程。5 9 4 4 2 会话建立流程6 0 4 5 性能分析评估。6 2 4 5 1 消息开销6 2 4 5 2 系统可靠性6 6 4 5 3c 对系统性能的影响。6 7 4 6 本章小结。6 8 第五章总结与展望。6 9 参考文献7 0 j 改谢7 3 攻读学位期间发表的学术论文目录。7 4 v 北京邮电大学学位论文第一章引言 第一章引言 近几年来，以软交换和分组交换技术为核心的下一代网络( n g n ) 发展和部 署成为业界最关注的热点。n g n 具有丰富的业务能力，通过业务呼叫控制分离 和呼叫控制承载分离实现相对独立的业务体系，使业务独立于网络。n g n 作为 业务驱动型网络支持在统一的网络平台，综合提供通信服务、信息服务、电子商 务、娱乐等丰富多彩的业务模式，通过层出不穷的新型业务改善人们沟通和生活 的方式。 i m s l l l ( i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ，i p 多媒体子系统1 作为n g n 的关键技术， 是一种全新的多媒体业务形式。它具有接入无关性以及控制和业务分离等特点， 能够满足现在的终端客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求，并被认为是解决 移动与固网融合，引入语音、数据、视频三重融合等差异化业务的重要方式1 2 1 。 i m s 可以支持视频聊天、语音聊天、p o c 、即时消息、视频共享等多种多媒体业 务。 以对等( p e e rt op e e r ，p 2 p ) 1 3 j 技术为代表的互联网技术已经被广泛的应用于 文件共享、网络电话、即时通信等领域。电信网和互联网之间存在水平关系和垂 直两种关系。一方面，互联网的不断普及，新的业务层出不穷，互联网业务与电 信的业务重叠并开始逐渐代替电信业务。另一方面，互联网需要电信网作为支撑， 电信网为互联网提供接入、传输等服务。所以，电信网和互联网之间是一种既竞 争又合作的关系。由于电信网络和互联网各自不同的特点，两者面临着各自不同 的问题和挑战。而电信网和互联网的融合被认为是解决这些问题的最佳途径和未 来技术的发展方向。由此，中国移动研究院提出了分布式业务网络1 4 j 的概念，并 被确立为下一代网络重要的研究方向之一。其中，互联网业务特征实现机制、分 布式业务网络的架构和节点功能结构被作为分布式业务网络的重要研究点。 第二章从s i p 、p 2 p 等基础知识介绍入手，引出p 2 p s i p 、i m s 等技术的介绍 和优缺点分析，最后介绍了分布式服务网，分析它和p 2 pi m s 的关系和发展现状。 第三章从分布式业务网络业务实现机制入手，从业务实现出发提出分布式业 务网的系统架构、服务节点和用户节点结构以及主要业务实现的方案。根据项目 开发经验，对业务实现过程中存在的移动设备处理能力差和用户终端n a t 穿越 问题进行了研究讨论，并相应提出可能的解决方案。 第四章从核心网分布化后的网络结构入手，为了减少分布化带来的消息数增 多和消息延迟问题，通过引入等级化的网络结构设计思想和预处理机制，细化了 北京邮电大学学位论文第一章引言 网络结构的设计，并对于优化后的网络性能进行了评估。 第五章对上述研究进行了总结，并对于此领域未来的研究方向进行了展望。 2 北京邮电大学学位论文第二章背景介绍 2 1slp 背景介绍 第二章背景介绍 s i p 是互联网工程任务组( i e t f 尸l 制定的多媒体通信应用层控制协议，用于建 立、修改和终止多媒体会话。s i p 协议借鉴了超文本传输协议( 哪) 、简单邮件 传输协议( s m t p ) 等，采用基于文本协议控制方式，支持代理、重定向、登记定 位用户等功能。因为s i p 具有良好的扩展性和开放性的多媒体信令协议已经广泛 使用在如m ，w e b 会议，交互式游戏等应用中。 在传统s i p 协议中，主要的网络元素有u a ( u s e r a g e n t ，用户代理) 、p r o x y ( 代理服务器) 、r e g i s t r a r ( 注册服务器) 以及l o c a t i o ns e v e r ( 位置服务器) 1 6 j 等。传统的s i p 架构如图2 1 所示。 s i p ：a l i c e b u p t e d u c n s i p ：b o b i e t f o r g 图2 1 传统s i p 结构 s i p 网络采用传统的客户端月艮务器( c s ) 的网络架构，把用户分为不同的域， 每个域的s i p 服务器管理本域内的用户。当用户使用s i p 服务时，首先需要在 s i p 服务器上注册，各个用户之间的通信需要由s i p 服务器完成路由任务，所以， 传统的s i p 服务器存在单点故障和性能瓶颈等诸多问题。 如图2 - 1 所示中，假定a l i c e 需要和b o b 进行会话，则其先向b o b 发送s i p 3 北京邮电大学学位论文第二章背景介绍 i n v i t e 消息a l i c e 在i n v i t e 消息的目标u r i 中写入b o b i n t e l c o m ，这条消 息被发往本地的p r o x y 。代理服务器收到这条消息之后，根据目标u r i 向d n s 查询被叫用户所在域i n t e l c o m 的具体位置，并且根据查询结果将这条消息转发 到i n t e l c o m 的代理服务器。 i n t e l c o r n 的代理服务器收到这条消息之后，确认b o b i n t e l t o m 是它所负责 的域内的用户后，向l o c a t i o ns e v e r 查询b o b 的具体位置。之后将这条i n v i t e 消息直接转发给b o b 。 b o b 的终端节点收到这个i n v i t e 请求之后，首先回复1 8 0r i n g i n g 消息， 表明自己正在等待用户的反应。如果b o b 决定建立这次会话，则b o b 的u a 会 在用户摘机后返回2 0 0o k 消息。a l i c e 收到2 0 0o k 后还要回复a c k 消息表示 确认，这个过程类似于t c p 中的三次握手机制。此后a l i c e 与b o b 之间的会话 建立，在会话中传递具体的多媒体业务数据。 当会话中的任意一方发出b y e 消息，会话随即中止。 2 2p 2 p 背景介绍 对等( p e e rt op e e r ，p 2 p ) 1 3 j 网络作为现有互联网的覆盖网络( o v e r l a y n e t w o r k ) ，通过系统之间的对等交换共享计算机的资源和服务，实现了分布式、 可靠、可扩展、健壮的网络应用模式。它与传统的客户端月艮务器( c s ) 架构有 着显著区别。在对等网络中，节点既充当服务器又充当客户端，具有低成本、易 使用等特点。由于互联网应用的不断发展，传统的客户端服务器( c s ) 模式渐 渐不能满足需求，对等网络逐渐受到重视，广泛的应用于文件共享、网络电话 ( v o i p ) 、即时通信( i m ) 等领域。 p 2 p 网络采用分布式对象定位机制，使得信息或媒体流在节点之间直接传送， 降低了中转开销，从而提高了网络的可扩展性，节省了网络带宽。p 2 p 系统已经 应用在文件下载，对等计算等领域，以其良好的可靠性，灵活性，可扩展性而在 语音、文件共享、下载的等方面广泛应用，如s k y p e 7 j 、b i t c o m e t 8 j 等成功互联网 案例中都有p 2 p 技术的应用。 随着p 2 p 的技术不断发展，先后出现了非结构化和结构化p 2 p 架构。结构化 的p 2 p 架构根据关键字进行节点的查找定位，目前结构化的p 2 p 网络采用的主 流的查询定位方式为分布式哈希表( d h t ，d i s t r i b u t e dh a s ht a b l e ) 技术【9 】，在不 需要服务器的情况下，每个客户端负责一个小范围的路由，并负责存储一小部分 数据，从而实现了整个d h t 网络的寻址和存储。d h t 使用关键字数值对的方 式，把节点管理的资源作为关键字k e y ，把节点的i p 地址作为数值，通过查询关 4 北京邮电大学学位论文第二章背景介绍 键字查找数值。d h t 技术的存储和查询分布式的进行，从而减轻了对某个单一 节点的依赖性，受节点加入和退出的影响较小。同时，由于路由跳数较少，不需 要泛洪算法，增强了整个网络的可扩展性。目前，主流的d h t 算法包括c h o r d i l o l ， c a n t l l l ，p a s t r y 1 2 1 ，t a p e s t r y 1 3 】等，在网络结构、消息类型、路由算法等诸多方面 相互不一致，彼此无法相互兼容。 2 3p 2 p sip 背景介绍 为了解决s i p 的问题，提出了将p 2 p 与s i p 结合起来实现多媒体实时通信系 统【1 4 】1 1 5 1 1 1 6 l f l 7 1 。通过在s i p 网络中使用p 2 p 技术将能提高整个s i p 应用系统的可 靠性和可扩展性，也就是p 2 p s i p 1 8 】。系统结构如图2 2 所示，用户a l i c e 和b o b 加入通过加入一个p 2 p 覆盖网，使用其提供的用户定位功能实现s i p 业务。 一 ，一、 一 ，( 5 一、旷、( 7t 7 l 、 l1 5 、一1 7 上 ( 1 4 )( 1 ) 2 3 1 技术特点和优势 对等网络会话初始化协议( p 2 p s i p ) 实现多媒体实时通信系统。以p 2 p 覆盖 网作为用户查找定位手段，以s i p 作为会话建立维护的基础协议，简单、易于扩 展、便于实现，解决了s i p 技术原有的单节点失效等问题。其具有以下特点： 1 )去中心化。没有中心s i p 服务器可以减少c s 结构网络中的单点故障和 性能瓶颈等问题。 5 、 )一：工 f 卜鬟 北京邮电大学学位论文第二章背景介绍 2 ) 3 ) 提高了整个网络的可靠性。采用p 2 p 全网络分布的架构可以提高整个 系统的健壮性。 降低了成本。在无需实现部署服务器的情况下，利用用户节点的处理资 源、存储资源和宽带资源实现了v o i p 等业务。 2 3 2p 2 p s ip 系统应用 p 2 p s i p 系统通过客户端组成的d h t 网络实现用户的注册、查询、定位等功 能，使用s i p 协议完成会话的建立维护等操作。它主要应用于大量用户设备进行 多媒体会话使用，并且通常会有用户随时退出的场景下。p 2 p s i p 系统的目标是 在无需服务器支持的情况下支持用户建立和进行多媒体会话业务，并提供良好的 用户体验，包括会话建立时间、会话质量等。 正是由于p 2 p s i p 技术本身的灵活性和应用场景的广泛性，i e t f 成立了 p 2 p s i p 工作组。在2 0 0 8 年底中国移动研究院公布的“分布式业务网络( d s 技术白皮书中，p 2 p s i p 也被作为关键技术列入重点研究范畴。 2 4im s 背景介绍 2 4 1i m s 基本概念 i p 多媒体子系统( i m s ，i pm u l t i m e d i as u b s y s t e m ) 最初是由3 g p p 在r e l e a s e 5 标准中提出的基于s i p 会话控制的网络体系架构，目的是满足用户对移动多媒体 业务的需求，从而丰富移动网的业务种类，加快业务提供过程。i m s 作为n g n 的关键技术，是一种全新的多媒体业务形式，它具有接入无关性以及控制和业务 分离等特点，能够满足现在的终端客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求，并 被认识是解决移动与固网融合，引入语音、数据、视频三重融合等差异化业务的 重要方式。i m s 可以支持视频聊天、语音聊天、p o c 、即时消息、视频共享等多 种多媒体业务。 2 4 2i m s 框架和功能实体介绍 本节主要介绍i m s 体系结构和主要协议，i m s 结构可以分为三层【1 9 l ，如下 图2 3 所示。 6 北京邮电大学学位论文第一二章背景介绍 c o n t r o l & c o n n e e t i v i t y a e s s - - - - - - - - - - - 一s i g m l i n g 一一一一m e d i i m o b i l ef i x e dc a b l e 图2 3i m s 结构图【1 9 l 主要功能实体包括【2 0 1 ： 幻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 ，c s c f ) 是i m s 内部的功能实体， 是整个i m s 网络的核心，主要负责处理多媒体呼叫会话过程中的信令控制。c s c f 根据功能分为以下三种： p c s c f ( p r o x y - c s c f ) 是i m s 内部的第一个激活点，所有s i p 信令流，无论 是来自u e 或者发给u e ，都必须经过p 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i m s 归属网络的入1 2 1 点，为到达此运营商网 络中的用户的所有连接服务，或者为位于此运营商网络服务域中的漫游用户服 务。i - c s c f 的主要功能有注册功能、路由功能、计费和资源利用功能。 s c s c f ( s e w m g - c s c f ) 为用户提供服务，是i m s 的核心所在，为u e 完成 会话控制和注册服务，即能够为会话控制服务维持会话状态，并且与服务平台和 计费功能进行交互。同一个运营商网络内，不同的s c s c f 可能完成不同的功能。 b ) h s s ( h o m es u b s c r i b e rs e w e r ) 是支持用于处理调用会话的i m s 网络实体 的主要用户数据库。它包含用户配置文件，执行用户的身份验证和授权，并可提 供有关用户物理位置的信息。 如果一个大型网络需要不止一台h s s 操作所有的用户，运营商还需要s l f ( s u b s c r i b e rl o c a t i o nf u n c t i o n ) 服务器，s l f 包含每台h s s 负责的用户地址空 间范围，可以用来定位保存用户相关数据的h s s 。 西应用服务器( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 提供i p 多媒体增值业务，a s 可以驻留 7 北京邮电大学学位论文第二章背景介绍 在用户的归属网络上，也可以位于第三方上。第三方可能是一个网络或者是一个 单独的应用服务器。这里的a s 用于概括s i pa s 、o s a 业务能力服务器s c s 和 c a m e li p 多媒体业务交换功能i m s s f 的行为。a s 使用s h 和s i 接口与h s s 通信( 根据a s 种类的不同) 。i m s 网络业务架构中定义了三类a p p l i c a t i o ns e r v e r ， 分别是s i pa s 、基于o s a p a r l a ys e r v e r 的a s 和传统移动智能网。 2 4 3lm s 的优势 i m s 系统具有以下优势1 2 l 】： 1 li m s 具有接入无关性 虽然3 g p pi m s 是为移动网络设计的，t i s p a n n g n 是为固定x d s l 宽带接 入设计的，但它们采用的i m s 网络技术却可以做到与接入无关，因而能确保对 f m c 的支持。从理论上可以实现不论用户使用什么设备、在何地接入i m s 网络， 都可以使用归属地的业务。 2 1 统一的业务触发机制，i m s 支持多种现有业务和未来业务扩展 i m s 核心控制部分不实现具体业务，所有的业务包括传统概念上的补充业务 都由业务应用平台来实现，i m s 核心控制只根据初始过滤规则进行业务触发，这 样消除了核心控制相关功能实体和业务之间的绑定关系，无论固定接入还是移动 接入都可以使用i m s 中定义的业务触发机制实现统一触发。 3 ) 统一的用户数据库 h s s ( 用户归属服务器) 是一个统一的用户数据库系统，既可以存储移动i m s 用户的数据，也可以存储固定i m s 用户的数据，数据库本身不再区分固定用户 和移动用户。特别是业务触发机制中使用的初始过滤规则，对i m s 中所定义的 数据库来讲完全是透明数据的概念，屏蔽了固定和移动用户在业务属性上的差 异。 钔以i m s 为基础，实现网络融合 随着通信网络的发展与演进，融合是不可避免的主题，固定和移动的融合 ( f m c ) 更是迫切要解决的问题。e t s i 给f m c 下的定义是：“固定移动融合是 一种能提供与接入技术无关的网络能力。但这并不意味着一定是物理上的网络融 合，而只关心一个融合的网络体系结构和相应的标准规范。这些标准可以用来支 持固定业务、移动业务以及固定移动混合的业务。固定移动融合的一个重要特征 是，用户的业务签约和享用的业务，将从不同的接入点和终端上分离开来，以允 许用户从任何固定或移动的终端上，通过任何兼容的接入点访问完全相同的业 务，包括在漫游时也能获得相同的业务。 e t s i 在给f m c 下定义的同时也对固 定移动网络的融合提出了相应的要求。 8 北京邮电大学学位论文第二章背景介绍 i m s 在软交换的基础上进一步继承和发展了业务与控制分离、控制与承载分 离的思想，比软交换进行了更充分的网络解聚，网络结构更加清晰合理。网络各 个层次的不断解聚是电信网络发展的总体趋势。网络的解聚使得垂直业务模式被 打破，有利于业务的发展；另外，不同类型网络的解聚也为网络在不同层次上的 重新聚合创造了条件。这种重新聚合，就是网络融合的过程。 2 4 4i m s 的问题 i m s 存在以下技术问题尚需解决： 1 ) 统一i m s 技术还不够成熟，由于需全面考虑移动网络和固定网络的融合， 相关网元和接口的功能需要增强和完善，目前还没有稳定的国际标准可 依； 2 ) 端到端o o s 保证体系不完善。业务的q o s 是端到端的服务质量，由终端、 接入网络和核心网络共同保证。统一i m s 架构基于i p 承载，而l p 网络 的q o s 尚不能满足电信级服务质量要求； 3 ) 统一用户数据库的架构与功能，为了实现多个业务平台之间的信息共享， 需要确定统一用户数据库的架构与功能； 4 、ls i p 扩展的制定，实现业务的过程中，可能涉及新的s i p 扩展； 5 ) i m s 网络设备和应用服务器设备都还不能满足运营商大规模建网的需 求。i m s 功能实体较多，整个网络维护运营的成本较高。 除了存在技术上的问题外，i m s 本身存在的最大软肋在于其始终缺乏有吸 引力的特色业务，而现有业务平台引擎又缺乏向i m s 迁移的市场动力，使得i m s 的未来发展存在不确定因素。尽管i m s 在国内外的试验网络取得明显进展。以 i m s 为核心的电信目标网络架构仍缺乏大规模现网部署的实际验证，同时面临互 联网技术的激烈竞争。 2 5 分布式lm s 背景介绍 2 5 1 lm s 如何与p 2 p 融合 i m s 的问题在上一节已经进行了讨论。同时p 2 p 技术也存在多种弊端制约了 自身的发展，首先，在p 2 p 网络中，两个节点之间业务通信需要选取中间的随机 任意节点作为桥梁，而这些节点信赖关系是脆弱的，如果这些节点是恶意节点， 将会对整个网络造成巨大的损失。尽管现在p 2 p 技术通过引入媒体加密，用户积 分等方式试图改善这一情况，但是无法避免某些节点提供很多服务，却不能享受 9 北京邮电大学学位论文第二章背景介绍 等额服务的情况出现。p 2 p 网络的非可信特点使得p 2 p 网络的盈利模式畸形占 用巨大的带宽资源，收益却非常小，这进一步影响了运营商的服务质量，运营商 逐步成为了一个传递数据的管道，基于流量的传统计费方式受到了严重挑战。运 营商不得不被动的投入大量设备来应付p 2 p 带来的巨大的网络流量，维持网络的 稳定，甚至出现封杀p 2 p 极端情况。 i m s 继承了电信业务的安全可靠的特点，却缺少灵活；p 2 p 虽然灵活缺缺乏 安全和可信机制。这就意味着i m s 和p 2 p 的融合是一个相互吸收技术优势，互 相弥补的过程。这期间存在着两种方式，一是p 2 p 中引入i m s ，另一种是在i m s 中引入p 2 p 。 p 2 p 网络中引入i m s 使得在业务和终端之间加入了一个控制的层面，从而让 整个p 2 p 网络成为一个可控的网络。i m s 的本质是一种以电信网络的方式，在 i p 网络上构建一个多媒体的系统。从这个定义上i m s 完全可以解决上面提到的 这些问题。首先，它是一个口网络上的多媒体的系统，完全可以解决互联网上 的基于i p 业务的问题。同时，它可以提供这种可运营、可计费，包括q o s 控制 的一些特制。可控的p 2 p 应该是一个可管理、可运营的网络1 2 2 1 。有了可管理、 可运营的p 2 p 网络之后，其它事情就相对简单，包括计费、信任关系、数据管理。 p 2 p 最大的优势就是分布处理、媒体并发的特点，采用i m s ，将能在p 2 p 网络发 挥这些特点的同时，在控制面利用现有的i m s 的架构实现很好的控制和管理。 如果将i m s 的、业务控制能力和p 2 p 的业务承载能力进行结合，在运营层面就 可以打造一个可控的p 2 p 的网络。如果运营商达到有效运营，则需要解决p 2 p 网络问题，需要构建基于i m s 的可控的p 2 p 网络【2 2 1 。i m s 平台下的p 2 p 网络架 构是半分布式的p 2 p 的拓朴。其中在信令面完全可控，由运营商或者是授权的第 三方的服务器提供。而业务的内容位于p 2 p 网络中，所有用户结点可以参与运行。 不同的运营商之间，不同的内容可以采用自己的p 2 p 拓朴算法，通过中间的互连 节点进行互通。 在i m s 中引入p 2 p 技术，通过p 2 p 技术和分布式计算技术，通过一组均质 化的节点来实现用户数据管理和会话控制，并结合电信网络可运营、可管理的框 架，实现业务核心网的功能。针对p 2 p 与i m s 结合的核心网控制架构的研究， 应该是在基于i m s 的核心网架构基础上，与p 2 p 技术进行有效地融合，并尽量 降低相互之间的影响，以便减少对相关设备的影响。 2 5 2p 2 plm s 的组织方式 本节将介绍将p 2 p 技术引入i m s 架构的几种方式瞄1 1 2 4 1 。通过将p 2 p 自组织 覆盖网络技术引入i m s 取代原有核心架构。当节点加入或节点失效时，传统集 1 0 北京邮电大学学位论文第二章背景介绍 中式结构需要运营商干预网络才能正常工作，而p 2 p 的自组织特性能够在零配置 的情况下完成任务，大大节省了运营成本和提高了系统的可靠性。同时p 2