（计算机应用技术专业论文）基于软交换的集群媒体服务器的研究.pdf

北京邮叱太学博【j 学位论义 摘要 基于软交换的集群媒体服务器的研究 摘要 近年来，可以提供集语音、图像和数据于一体的多媒体综合业务的n g n ( n e x t g e n e r a t i o nn e t w o r k ) 已经成为电信和计算机领域研究和开发的重要热点。在n g n 体系架 构下，多媒体业务平台包含多种设备，媒体服务器在软交换设备的控制下为多媒体业务 提供各种媒体资源和媒体操作环境，是该平台中的关键设备之一。这种在软交换控制下提 供资源功能的媒体服务器被称为基于软交换的媒体服务器。 本论文受高等学校博士学科点专项科研基金资助课题( n o 2 0 0 3 0 0 1 3 0 0 6 ) 、电子信息 产业发展基金重点项目( 下一代网络核心业务平台) 、国家移动通信产品研究开发专项 基金项目( 下一代移动智能网络的开发及应用) 、电子信息产业发展基金项目( 移动通 信增值服务平台及应用系统) 等资助，对基于软交换的媒体服务器进行了研究，在研究成 果的基础上目前已经完成了一个基于软交换的媒体服务器原型系统的开发。 论文对研究过程中取得的主要创新成果进行了详细阐述。这些创新工作简要归纳如 下： ( 一) 对基于软交换的媒体服务器的主要控制信令协议h 2 4 8 和s i p ( s e s s i o ni n i t i a t i o n p r o t o c 0 1 ) 进行了研究。自主设计了一个h 2 4 8 协议栈，在该协议栈的实现方案中 引进了分布式的设计思路，分布式的体系架构和清晰的功能模块划分使得该协议 栈系统在灵活性和可扩展等方面比集中式协议栈更具有优势。为了设计可适用于 多协议环境下的会话控制呼叫模型，对通过h 2 4 8 和s i p 之闯的协议协作来完成 多媒体会话的建立、调整和删除进行了研究。抽象了一个协作模型。依据此模型， 对两方多媒体会话和多方多媒体会话中各信令交互阶段h 2 4 8 和s i p 之间的协作 进行了详细阐述。对h 2 4 8 和s i p 协议之间协作的研究可以应用到下一代网络的 众多工程技术领域。结合我国信息产业部基于软交换的媒体服务器总体技术要 求和该设备在新的系统框架下的服务特征，提出了一种新型的基于软交换的集 群媒体服务器( s c m s ，s o f t s w i t e h - b a s e dc l u s t e r e dm u l t i m e d i as e r v e r ) 的系统结 构。s c m s 继承了现有流媒体服务器的诸多优点并使系统更加灵活，更加具有可 扩展性和具有更强大的功能。 ( 二) 针对s c m s 的系统结构和软件结构，利用随机p e t r i 网理论建立了s c m s 的性能 模型，为了验证模型的有效性，在s c m s 原型系统平台上设计了两种业务的运行 实验，对实验结果的分析表明，模型能够真实地摇述服务器的性能状况，是一个 有效的数学模型。性能模型对构建一个健壮、性能卓越的s c m s 系统具有重要价 北京邮 邑人学博1 擘位论文摘要 值，模型还可以进一步用于对s c m s 中一些关键算法的性能评价等领域。 ( 三) 负载均衡算法是s c m s 资源控制节点中的关键算法之一。在分析s c m s 对负载均 衡算法要求基础上，本文提出了一种l r v ( l i m i t e dr e s o u r c ev e c t o r ) 负载均衡 算法并提供了算法的软件实现方法，该算法考虑了系统中资源的协调使用并有效 防止了系统性能的剧烈变化。通过在s c m s 负载均衡系统p e t r i 网模型上的大量 仿真模拟，对l r v 负载均衡算法与其他传统负载均衡算法在异构环境下的均衡能 力、系统吞吐量、系统响应时白j 和性能平稳性几个方面做了比较和分析。结果表 明，l r v 算法具有优越的性能，对s c m s 的异构环境有良好的适应能力。 ( 四) 针对s c m s 中资源处理机对接纳控制的要求，提出了一种新型的n d q a s ( n e w d y n a m i c q u o t a - b a s e d a d m i s s i o n w i t hs u b - r a t i n g ) 接纳控制算法，该算法继承了基 于资源分区的接纳算法的优点并在此基础引入了新的思路。在算法评价模型上对 n d q a s 进行了大量仿真实验，结果表明，该算法是一个优秀算法。为了实时动 态确定系统获得最大收益时算法所需的最佳资源分区，提出了两种近似的分析计 算方法。对计算结果的分析显示，两种方法可以有效快速的找到一个近似的最佳 资源分区方案，近似分析方法对算法在系统中的实现具有重要价值。 ( 五) 为s c m s 原型系统提供一个高可用性系统方案是该设备进入n g n 实际应用的前 提和基础。本文分析了s c m s 原型系统的系统结构并据此提出了h a s c m s ( h i g h a v a i l a b i l i t ys o f t s w i t c h b a s e dc l u s t e r e dm u l t i m e d i as e r v e r ) 的解决方案。利用随机 回报网理论对h a s c m s 方案迸行了建模和仿真实验。实验结果表明，该方案可 以显著提高系统的可用性，是一个有效方案。基于可用性模型分析了系统修复速 率、资源处理机数量、以及资源处理机故障特征对s c m s 可用性的影响，分析结 论可以进一步指导s c m s 的可用性设计。 论文的研究成果对n g n 相关领域的其他设备的研究也具有良好参考价值。 关键词：媒体服务器集群软交换n g n 性能模型负载均衡接纳控制高可用性 s i p 协议h ，2 4 8 协议 2 望! 坐! 型! ! 竺! ! ! ! ! i ! 坚型! ! ：! ! ! ! 望! ! ! ! ! 堡! ! ! 里! 竺! 翌婴! ! ! ! ! ! ! ! ! 一垒! ! ! ! 生 r e s e a r c ho ns o f t s w i t c h b a s e d c l u s t e r e dm e d i as e r v e r a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，n g n ( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) t h a tc a r ls u p p o r tm u l t i m e d i as e r v i c e sh a s b e c o m ear e s e a r c hh o t s p o ti nt e l e c o ma n dc o m p u t e rf i e l d ，i nt h en g na r c h i t e c t u r e ，m u l t i m e d i a s e r v i c ep l a t f o r mi n c l u d e sm a n yk i n d so fd e v i c e s m e d i as e r v e ri sak e yd e v i c eo nt h i sp l a t f o r m b e c a u s ei tc a l lp r o v i d em e d i ar e s o u r c ed a t aa n dm u l t i m e d i ao p e r a t i o ne n v i r o n m e n tu n d e rt h e c o n t r o lo fs o f t s w i t c hd e v i c e t h em e d i as e r v e ru n d e rt h ec o n t r o lo fs o f t s w i t c hd e v i c ei sn a m e d s o f t s w i t c h - b a s e dm e d i as e r v e ri nt h i st h e s i s t h em a i nw o r ko ft h i st h e s i sh a db e e nf o c u s e do nt h er e s e a r c ho fs o f t s w i t c h b a s e dm e d i a s e r v e r , w i t ht h es u p p o r tb ys p e c i a l i z e dr e s e a r c hf u n df o rt h ed o c t o r a lp r o g r a mo fh i g h e r e d u c a t i o n ( n o 2 0 0 3 0 0 13 0 0 6 ) ，d e v e l o p m e n tf u n dk e yp r o j o c tf o re l e c t r o n i ca n di n f o r m a t i o n i n d u s t r y ( c o r es e r v i c ep l a t f o r mf o rn e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ) ，n a t i o n a ls p e c i a l i z e dr & d p r o j c o tf o rt h ep r o d u c to fm o b i l ec o m m u n i c a t i o n s ( d e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o no fn e x t g e n e r a t i o nm o b i l ei n t e l l i g e n tn e t w o r k ) ，d e v e l o p m e n tf u n dp r o j e c tf o re l e c t r o n i ca n d i n f o r m a t i o ni n d u s t r y ( v a l u e a d ；t e ds e r v i c ep l a t f o r ma n da p p l i c a t i o ns y s t e mf o rm o b i l e c o m m u n i c a t i o n s ) n o w , t h ep r o t o t y p es y s t e mo fs o f t s w i t c h - b a s e dm e d i as e r v e rt h a ti sb a s e do n o u rr e s e a r c hh a db e e ni m p l e m e n t e di no u rl a b n 塘p r i n c i p a lc o n t r i b u t i o n so f t h e w o r kp r e s e n t e di nt h i st h e s i sa r e ： ( 1 ) t h ep r o t o c o lt h e o r yo fh 2 4 8a n ds i pt h a ta r em a i ns i g n a lp r o t o c o l si ns o f l s w i t c h - b a s e d m e d i as e r v e rh a db e e ns t u d i e di no u rw o r k ah 2 4 8s t a c kh a db e e nd e s i g n e db yu s i nt h e h 2 4 8s t a c k , t h em a i ni n n o v a t i o ni st h a td i s t r i b u t e dd e s i g nw a si n t r o d u c e di n t o t h i sp r o j e c t d i f f e r e n tf r o mc o l i m i l o nh 2 4 8s t a c k 。t h i ss t a c kh a sad i s t r i b u t e ds o f t w a r ef r a m e w o r ka n d t h ec l e a rm o d u l a r i z a t i o nd e s i g nt h a tm a k ei t s e l fp r o m i n e n ti nm a n ya s p e c t ss u c ha sa g i l i t y a n de x p a n d a b i l i t y i no r d e rt od e s i g nac a l lm o d e li ns o f t s w i t c h b a s e dm e d i as e r v e ru n d e r m u l t i p r o t o c o le n v i r o n m e n t ，h o wt oc o n t r o lam u l t i m e d i as e s s i o nt h r o u g ht h ei n t e r a c t i o n b e t w e e nh2 4 8a n ds i pi ss t u d i e di nt h i st h e s i s as i m p l i f i e di n t e r a c t i o nm o d e lw 雏b u i l tt o h e l pt h ed i s c u s s i o n ，a n dt h ei n t e r a c t i o no ne v e r ys i g n a l l i n gs t a g eo ft w o p a r t i e s a n d m u l t i - p a r t i e sm u l t i m e d i as e s s i o nw a sd e s c r i b e di nd e t a i l t h er e s u l to ft h es t u d yc a nb e u s e di nm a n yt e c h n i q u ea n de n g i n e e r i n gf i e l d si nn g n w i t ht h ec o n s i d e f a 工i o no ft h e c h i n as t a n d a r dt h a ti sf r o mm i n i s t r yo fi n f o r m a t i o ni n d u s t r ya n dn a m e dg e n e r a l 3 里! ! 堡! ! ! ! ! 竺堕! ! 垒1 91 1 墨型! 生! ! ! ! 堡! ! ! ! 堕! ! ! 旦生! ! 翌竺! ! ! ! 苎! ! ! ! 垒! 竺! ! ! ! t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t sf o rm e d i as e r v e rb a s e do ns o f t s w i t c h ， a n da l s ow i t ht h ec o n s i d e r a t i o no ft h ed e v i c e sn e w s e r v i n gc h a r a c t e r s ，t h i st h e s i sp r o p o s e d an e wa r c h i t e c t u r ef o rs o f f s w i t c h b a s e dm e d i as e r v e rn a m e ds c m s ( s o f i s w i t c h - b a s e d c l u s t e r e dm u l t i m e d i as e r v e r ) c o m p a r e dw i t hc u r r e n ts t r e a mm e d i as e r v e r , s c m sw i l l h a v es t r o n g e rf u n c t i o n s ，h i 曲e rf l e x i b i l i t ya n db e t t e rs c a l a b i l i t y ( 2 ) b a s e do nt h es y s t e ma r c h i t e c t u r ea n dt h es o f t w a r es t r u c t u r eo ft h es c m s ，t h i st h e s i s e m p l o y e ds t o c h a s t i cp e t r in e tt h e o r yt ob u i l dap e r f o r m a n c em o d e lf o rt h es e r v e r i no r d e r t ov e r i f yt h ev a l i d i t yo f t h em o d e l ，t w ot y p e so fe x p e r i m e n t so nt h ep l a t f o r mo fs c m sh a d b e e nd e s i g n e d t h er e s u l t so fe x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h em o d e lcanr e f l e c tt h er e a l p e r f o r m a n c es i t u a t i o no ft h es y s t e ma n dt h u si ti sv a l i df o rt h es e r v e r t h em o d e lw i l lh e l p t ob u i l dar o b u s ta n dh i 曲一p e r f o r m a n c es y s t e ma n di ta l s oc a nb eu s e di nt h ee v a l u a t i o no f s o m ek e ya l g o r i t h m si ns c m s ( 3 ) l o a db a l a n c i n gi s ak e yt e c h n i q u ei nr e s o u r c ec o n t r o ln o d ei ns c m s b a s e do nt h e a n a l y s i so fl o a db a l a n c i n gr e q u i r e m e n t si ns c m s ，t h i st h e s i sp r o p o s e dal i m i t e dr e s o u r c e v e c t o rl o a d - b a l a n c i n ga l g o r i t h ma n da l s op r o v i d e dt h es o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o nm e t h o df o r t h ea l g o r i t h m t h ei d e at ob a l a n c et h el o a do fc l u s t e r sb yu t i l i z i n ga l ls y s t e mr e s o u r c e s h a r m o i o u s l yw a si n t r o d u c e di n t ot h ea l g o r i t h m ，a n dt oa v o i dv i o l e n ts h a k i n go ft h es y s t e m p e r f o r m a n c eh a da l s ob e c o m eap u r p o s eo f t b ea l g o r i t h m al o to f s i m u l a t i o n so nt h ep e 嫡 n e tm o d e lo fl o a db a l a n c es y s t e mh a db e e nc o n d u c t e da n dt h e a l g o r i t h mh a db e e n c o m p a r e dw i t hs o m et r a d i t i o n a la l g o r i t h m so nb a l a n c i n ga b i l i t yf o rh e t e r o g e n e i t y , s y s t e m t h r o u g h p u t ，a n dr e q u e s tr e s p o n s et i m ea n dp e r f o r m a n c es t a b i l i t y t h er e s u l t so fs i m u l a t i o n s s h o wt h a tt h ea l g o r i t h mc a nm a k es y s t e mg e th i g h e rp e r f o r m a n c ea n di th a se x c e l l e n t a b i l i t yt od e a lw i t lt h eh e t e r o g e n e i t yo f c l u s t e r e dm e d i as e r v e r ( 4 ) o nt h eb a s i so ft h ea d m i s s i o nc o n t r o lr e q u i r e m e n t so fr e s o u r c ep r o c e s sn o d ei ns c m s ，t h i s t h e s i sp r o p o s e dan e wd y n a m i cq u o t a - b a s e da d m i s s i o nc o n t r o la l g o r i t h mw i t hs u b - r a t i n g t h es t r o n g p o i n to fq u o t a - b a s e da l g o r i t h mh a db e e ni n h e r i t e di nt h ea l g o r i t h ma n da tt h e s r m et i m es o m en e wi d e a sh a da l s ob e e ni n t r o d u c e di n t oi t s i m u l a t i o n so ft h ea l g o r i t h m h a db e e nc o n d u c t e do nt h ep e t r in e tm o d e la n dt h er e s u l t ss h o wt h a tt h i sa l g o r i t h mh a s e x c e l l e n tp e r f o r m a n c e i no r d e rt of m dt h eo p t i m a lr e s o u r c eq u o t as e t t i n gi nr e a lt i m e ，t h i s t h e s i sp r o p o s e dt w oa p p r o x i m a t i o na n a l y s i sm e t h o d s i tc a nb es e e nf r o ma n a l y s i sr e s u l t s t h a tt h e s et w om e t h o d sc a nb eu s e dt og e to p t i m a lq u o t av a l u e sa p p r o x i m a t e l y ，q u i c k l ya n d e f f e c t i v e l y t h e s et w oa p p r o x i m a t i o na n a l y s i sm e t h o d sw i l lp l a yi m p o r t a n tr o l e si nt h e a l g o r i t h mi m p l e m e n t a t i o ni ns y s t e m 4 里! ! ! ! 翌! ! ! ! ! ! ! 堕呈! j ! ! 量芏! 生! ! ! ! 堡! ! ! ! ! 堡! ! ! ! ! 堕! ! 竺竺竺! ! 苎! ! 竺 垒! ! ! ! ! ! ! ( 5 ) t op r o v i d eah i g h a v a i l a b i l i t ys y s t e ms o l u t i o nf o rs c m sp r o t o t y p es y s t e mi st h eb a s i sa n d p r e c o n d i t i o no fa p p l y i n gs c m si nn g n t h i st h e s i sa n a l y z e dt h ea r c h i t e c t u r e o ft h e s c m sp r o t o t y p es y s t e ma n dp r o p o s e dah i 曲一a v a i l a b i l i t ys y s t e ms o l u t i o nf o ri t s t o c h a s t i c r e w a r dn e tt h e o r yw a se m p l o y e dt om o d e lt h es o l u t i o na n dal o to fs i m u l a t i o n sh a db e e n c o n d u c t e do nt h em o d e l r e s u l t so fs i m u l a t i o ne x p e r i m e n t ss h o wt h a tt h eh i ：g ha v a i l a b i l i t y s y s t e ms o l u t i o nc a ni m p r o v et h ea v a i l a b i l i t yg r e a t l ya n dt h u si t i sv a l i d t h ei n f l u e n c e so n t h ea v a i l a b i l i t ym a d eb yt h es y s t e mr e p a i rr a t e ，t h en u m b e ro ft h er e s o u r c ep r o c e s s o r sa n d t h ef a u l tc h a r a c t e ro ft h er e s o u r c ep r o c e s s o rh a db e e na n a l y z e do nt h em o d e l t h ea n a l y s i s c o n c l u s i o ni si m p o r t a n tt ot h ea v a i l a b i l i t yd e s i g no fs c m s t h ec o n t r i b u t i o n si 1 1t h i st h e s i sa r ea l s ou s e f u lf o rt h ed e s i g no fo t h e rd e v i c e si nn g n k e y w o r d s ：m e d i as e r v e r c l u s t e rs o f t s w i t c h b a l a n c ea d m i s s i o nc o n t r o l h i 曲a v a i l a b i l i t y 5 n g n p e r f o r m a n c em o d e l l o a d s i p p r o t o c o l h ，2 4 8p r o t o c o l 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。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 太 敛壁 摹乃奄 本人签名：丕：! ! 开期：! ! ! ：! ：! 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：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名 导师签名 关 另 星 隧 r 期： 同期： 北京邮电大学博士学位论文第一章n g n 多媒体业务平台与攥体服务器 第一章n g n 多媒体业务平台与媒体服务器+ 近年来，以互联网为代表的新技术革命j 下在深刻地改变着传统电信业界的理念和网络 体系结构，其迅猛的发展遽度是人类历史上所有行业中发展最快的。人们对未来通信网络 的期望随着技术的进步f 逐渐变成现实。 计算机技术与多媒体技术的不断进展以及它们与电信网络技术的迅速融合同样对人 们的通信概念产生了深远影响。在满足“可以在任何时间、任何地点与任何入进行通信” 的通信需求基础上，人们日益期待能够享受到丰富多彩的业务。这种丰富多彩的业务不仅 包含语音，而且包含文本、图像、视频等各种媒体以及这些媒体之间的互动与合成。 目前的电信业务网络在很大程度上限制了业务的多样化、个性化，不能满足人们的需 求。这些传统的电信业务网对多媒体业务的支持通常采用的是专用业务网，电信运营商必 须花费大量的资源对这些不同的业务网进行维护和管理，并且由于网络资源的不丌放，无 法有效地引入新的业务开发机制。 下一代网络( n g n ) 的网络体系架构为在一个开放的业务平台上提供多样化、个性化 业务提供了条件。为了推动对n g n 业务层的研究，国际上众多标准化组织都设立了专门 的研究团队，其中包括国际软交换协会( i s c ) ，i 叫t ，p a r l a yg r o u p ，e t s i ，3 g p p 和i e t f 。在我国，这项工作也已经于1 9 9 9 年年底启动，它由信息产业部网络与交换标准 研究组具体负责。目前针对n g n 的业务层，我国的标准化研究组织已经陆续提出了软 交换设备总体技术要求、基于软交换的媒体服务器总体技术要求、基于教交换的应 用服务器设备技术要求、 p a r l a y 应用程序接口( a p i ) 技术规范等系列标准。 媒体服务器是在n g n 体系架构下实现多媒体业务不可或缺的关键设备之一。媒体服 务器为多媒体业务提供各种媒体资源和媒体操作环境，与目前i n t e r n e t 上现存的流媒 体服务器不同的是，n g n 的体系架构对媒体服务器产生了许多新的技术要求，深入分析 这些技术要求是研究n g n 架构下媒体服务器的实现技术的前提和基础。 随着n o n 技术的成熟以及n g n 网络在我国和世界上其他国家的陆续建设，媒体服 务器将迎来一个广阔的应用前景。从本质上来说，n g n 是一个开放的网络体系架构。它 将传统交换机的功能模块分离成独立的网络构件，各构件之闻在标准的协议下进行通信和 协作，共同完成任务。这种开放的体系架构为各种符合标准的通信设备独立进入网络应用 本章受以下论文支持： 1 吴乃是，朱晓民，廖建新。下一代网络多媒体业务平台及其关键设备【j 】通信t 廿= 界, 2 0 0 3 ( 1 2 6 ) 2 马旭涛，朱晓民，炅乃星，廖建新f 一代网络中a a a 服务器关键技术研究【j 计算机j ：程与虑 l j v 0 1 4 0 ，n o 3 2 ，2 0 0 4 北京邮电人学博j 学位论文 第一辛n g n 多媒体业务、r 舟1 j 媒体j 戤务器 提供了巨大商机。 本章的组织结构如下。第一节介绍了传统智能网技术的主要缺陷。传统智能网是目前 为电信网络提供业务的一种主要机制，它的技术缺陷已经阻碍了电信增值业务的进一步发 展，成为困扰电信运营商的大难题；第二节分析和介绍了下一代网络对业务层的基本需 求，这些需求促进了对业务层各方面的研究；第三节对支持多媒体业务的软交换系统框架 进行了介绍，主要介绍了框架中的业务层，在这个业务层中，第二节的基本需求将得到满 足；第四节阐述了基于软交换的媒体服务器总体技术要求，介绍了我国信息产业部的基 于软交换的媒体服务器总体技术要求标准的主要内容，它是本论文的重要基础；第五节 对基于软交换的媒体服务器的应用前景进行了概述：最后列出了本章的参考文献。 1 。1 传统智能网技术的主要缺陷 在过去几年中，通信网络在全球范围内得到了快速发展。从1 9 9 8 年到2 0 0 2 年，全球固 定电话主线年均增长率为7 。1 l ，移动电话用户数年均增长率为4 5 。4 4 。从1 9 9 7 年底到 2 0 0 1 年底，电话用户总数从1 0 0 9 亿增长到1 9 8 5 亿，将近翻了一番，i n t e r n e t 用户数 则从接近l 亿发展到5 亿。在这些电信业发展的黄金时期，智能网技术的成熟及其所提供 增值业务被广泛应用功不可没，它甚至一度成为为电信网络提供增值业务的主要技术。但 是进入2 1 世纪以来，电信业失去了往日的辉煌，虽然电信业务的收入仍然在增长，但增 速已经下降，电信公司的市值显著缩水。造成这种状况的原因很多，其中一个关键原因是 缺少适合人们需要的、能进一步刺激电信业发展的新业务与新应用，而智能网在技术上存 在缺陷，难以承担更大的使命。 智能网实质上是一个在通信网络基础上为集中、快速提供电信新业务而设置的附加的 网络体系结构【2 】。这种附加在通信网络之上的业务网络虽然达到了业务与交换相分离、业 务的快速开发与部署等初衷，但当面对愈来愈丰富的业务需求时，它固有的技术缺陷逐渐 被暴露出来1 3 1 。 在体系结构方面，智能网技术在其发展过程中一直基于i t u t 提出的智能网概念模型 ( i n c m ，i n t e l l i g e n t n e t w o r k c o n c e p t u a l m o d e l ) ，采用了渐进方式演进，每一阶段针对一个 特定的方面提出新的增强性建议。因此，从一开始，智能网就注定要与具体的承载网绑定 在一起，成为承载网内的实体，不同承载网内的智能网技术必须采用不同的协议。 在呼叫控制模型方面，智能网技术定义了一个统一的抽象呼叫模型，这种呼叫控制模 型对于多方、多媒体、多协议的呼叫存在着很大的不足。 在系统控制方面，智能网技术采用的是集中控制的方式，这种集中式部署并不利于系 北京邮 乜人学博【学位论文 第一章n g n 多媒体业务、卜台! 媒体服务器 统扩展和资源的复用。 在业务的多样性和个性化方面，智能网技术提供的都是标准化的通用业务，种类不够 丰富，个性化难以实现。业务在投放后，对业务的修改管理和维护都是由电信运营商来完 成，用户的参与受到限制。 在业务的开发方面，智能网业务逻辑中的可复用软件功能块( s m ，s e r v i c ei n d e p e n d e n t b u i l d i n gb l o c k ) 很难实现标准化，因此，为了达到业务创建的方便性。不同的智能网厂商 都必须开发和生产适合于自己系统的业务生成环境。 在发达国家，智能网的这些缺陷目前已经严重阻碍了电信增值业务的进一步发展，成 为困扰电信运营商的一大难题。 1 2 下一代网络对业务层的基本需求 i n t e r n e t 的快速发展对电信业务网络的演进带来了巨大启示，同时，i n t e 鼢娓t 对封闭的电信网业务体系结构也发起了有力的挑战。这个挑战不仅体现在网络传输能力、 交换能力、网络结构的复杂性和接口的复杂性上，更体现在业务能力上。 电信业务是电信网络运营的核心，电信业务必须满足各种用户的通信需求和质量需 求，电信网络必须建立在资源复用和可管理的基础上，这已经成为电信业界的共识【4 】。 但是，基于i n t e r n e t 的开放业务也遇到了严重问题，由于缺乏对资源和用户的有效管 理，i n t e r n e t 是一个难以提供可运营级业务的网络。因此，开发具有开放电信业务能 力的n g n 已经成为下一代网络研究中的一个焦点。 n g n 业务层首先应该是开放的，同时提供的业务具有可运营特性。开放，指的是底 层网络能力向网络应用的开放，经过授权，应用可以方便的对网络进行控制。可运营，指 的是使得业务成为有用户合约的、有管理的、有质量保证的和可以收费的完整的商业经营 对象。基于这两个特征，n g n 对业务层产生了以下基本需求。 业务接口能力 网络必须提供一组业务接口供用户访问，这组业务接口要提供以下能力：用户认证、 鉴权、加密、业务访问和计费。这组接口将代理网络业务接受用户发出的请求、跟踪用户 位鼍的变化、建立会话、控制媒体流、维护业务逻辑、提供智能和增值业务以及为其他各 种业务提供集成能力。电信运营商对用户和业务接口拥有管理权。 业务可开放、可扩充、并且相对独立 网络运营商可以随时向网络增加新的业务，并且无须建立新的平台就可以在短时间内 北京邮屯大学博j ：g - 位论文 第一章_ n g n 多媒体业务平台与媒体服务器 对新业务进行投放。值得注意的是，这种业务层的开放性与传统的b i s d n 不同，传统的 b i s d n 追求通用，即实现一个通用的平台支持各种可能的业务需求。n g n 业务层的开放 性不追求通用，它的目标是构建一个可以叠加的业务体系结构，在这种结构中的业务具有 相对的独立性，业务之间的交互复杂性可以得到有效解决。 多方多业务的提供和实时计费 业务接口提供的业务将包括语音、数据、视频和多媒体以及它们的组合，不同业务具 有不同的计费特征，n g n 业务层应提供灵活的计费方式，这些方式包括：传统的后付费 方式、涉及多个业务提供方的预付费、实时计费、主叫付费、被叫付费、分帐和实时折扣 等。 对业务的投放和激活是可管理的 n g n 业务层需提供多种创建业务的方式，可以由运营商自己创建新的业务，也可以 由第三方创建薪业务，新业务投放后在运行中还可以进行实时的修改。个性化业务的激活、 更改和终止所关联到的部分将涉及业务控制点、终端、接入网络、访问网络，因此对业务 投放和激活管理提出了更高的要求。 高级应用资源可以复用 电信发展的一个重要标志就是传输和交换等各种资源复用能力的提高，这种复用能 力在n g n 业务层也必须得到体现，高级应用资源将要求可以被复用。 业务对网络的无关性和业务的一次开发、随处运行 n g n 并不是一个单一的网络，面是一个现有网络的融合，排除用户终端的限制，业 务应该能够为所有的网络服务。在n g n 中，第三方业务厂商将成为业务提供的主体，他 们希望开发后的业务能够实现一次开发随处运行。 图1 1 ：n g n 的业务结构 4 北京邮电人学博j ：学位论义 第一章n g n 多媒体业务、r 台! 媒体服势器 在上述需求特征的基础上，n g n 的业务结构将呈现为二维结构，一方面用户可以使 用各种网络业务，另一方面又支持用户创建、投放和管理新业务。这种业务结构如图1 1 所示。 1 3 支持多媒体业务的软交换系统框架 对支持多媒体业务的n g n 体系，国内外研究者已经作了大量的研究工作，这些研究 成果集中体现在各国际和国内标准化组织的n g n 标准文稿中。 在众多从事n g n 研究和标准化工作的国际技术组织中，与n g n 业务应用层密切相 关的主要包括i s c ，i t u t ，p a r l a yg r o u p ，e t s i ，3 g p p 和i e t f 。i s c 提出了基于s i p 的n g n 业务功能参考模型1 5 】。p a r l a yg r o u p ，e t s i 和3 g p p 则联合推出了o s a p a r l a y 开放业务体系结构，并将其作为u m t s 核心网络的重要组成部分【6 】。i e t f 致力于研究n g n 业务，应用层的关键协议，如s i p t ，h 2 4 8 n ( m e g a c o ) ，m g c p 9 1 等。i t u ts g l 3 对 n g n 的框架体系、业务需求、网络功能、互通、服务质量、移动性管理、n g n 的演进方 式等各方面提出了总体要求并明确了n g n 业务层的基本框架【l o 】。 为了推动我国n g n