（计算机应用技术专业论文）supanet与wimax的无缝接入研究.pdf

嚣奄交通大学硕士研究生学位论文第1 爽 摘要 针对现有的i n t e r n e t 在体系结构上存在着用户数据传输平台层次结构复杂、 传输效率低下和服务质量难以保证的缺点，四川省网络通信技术重点实验室提 出了“单物理层用户数据传输与交换平台体系结构( s u p a ) ”。采用怡外信令控制 思想将用户数据传输与交换平台简化为荜物理层结构，为用户提供有服务质量 保证的、殛向连接的传输服务。 s u p a n e t 可能更多的在骨干网中应用，然后连接各种接入网，为用户提供数 据传输服务。s u 鼢的最大优点就是通过带外信令技术和物理帧时稽交换技术， 提供严格o o s 能力保证的服务。丽w i m a x 自诞生之初就肩负为用户提供便捷的、 高性能的，且带服务质量保证的宽带接入服务。所以，实现s u p a n e t 和w i m a x 的互联就成为现实需要，它们的结合能够使s u p a 的触角延伸到更远的地方，能 够将服务质量保证延伸到用户，真正为用户提供端到端带o o s 保证的业务。能 够在同一网络中同时开展语音、视频和数据业务，迎合“三网合一 的需求。 - 本文新设计的亘联方案，采用网关连接s u p a n e t 和v i m a x 网络。采用带外 信令技术，将网关划分成信控平蘧和用户平丽。信控平顽负责s u p a 信令与w i m a x 信令的相互转换，并根据具体的q o s 需求建立端到端的虚连接。虚连接建立后， 数据在用户平面中进行传输，隧关对数据帧进行适配。同时，为了提高网络管 理效率，创新性地将w i m a x 基站集成到网关中来。 本文确立了互联方案的部署形式和工作流程，对互联关键设备网关进 行了详细的逻辑功能设计。详细设计了在进行网络互联时，阚关在信掇平面的 信令流程和信令消息转换过程，并设计了信息单元的转换方法。根据网关的工 作状态，制定了详细的网关状态转移图。最后，通过o p n e t 网络仿真软件，对 方案进行了仿真实验。证甓新设计酌互联方案能够先用户建立端到端的虚连接， 并通过虚连接提供严格的q o s 保证，证明方案是正确可行的。 关键词：s u p a ；w i 姒x ；服务质量( q o s ) ；虚连接；服务流 西南交通大学硕研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t s i c h u a nn e t w o r kc o m m u n i c a t i o nk e yl a b o r a t o r y ( s c - n e t c o ml a b ) i n t r o d u c e d an o v e la r c h i t e c t u r ec a l l e ds u p a ( s i n g l ep h y s i c a ll a y e ru s e r - d a t at r a n s f e rp l a t f o r m a r c h i t e c t u r e ) ，w h i c hc a l li m p r o v et h eu s e rd a t at r a n s f e re f f i c i e n c ya n do v e r c o m et h e s h o r t c o m i n g so fe x i s t i n ga r c h i t e c t u r e si ni n t e r a c tw i t hr e g a r dt oq o sp r o v i s i o n i n g i t u s et h eo u t - b a n ds i g n a l i n gc o n c e p tt os i m p l i f i et h eu s e r - d a t at r a n s f e rp l a t f o r m ( u - p l a t f o r m ) i n t oas i n g l ep h y s i c a ll a y e r , w h i c hc a i lg r e a t l yi m p r o v ee f f i c i e n c ya s w e l la sq o sp r o v i s i o n i n gf o ru s e rd a t ai nt h eu p l a t f o r m 、 s u p a n e ti su s e di nt h eb a c k b o n en e t w o r km o r m a l l y i ti n t e r c o n n e c t sa l lk i n d s o f a c c e s sn e t w o r k sa n dp r o v d i n gn e t w o r ks e r v i c e s 啪q o sg u a r a n t e e 砌em o s t a d v a n t a g eo fs u p ai st h ec o n c e p to fo u t - - b a n ds i g n a l i n ga n de t h e m e t - - l i k ep h y s i c a l f r a m et i m e s l o ts w i t c h i n g m o r e v o e r , t h ep u r p o s eo fw i m a xi sp r o v i d i n gw i r e l e s s b r o a d b a n da c c e s si sc o n v e n i e n t , h i g h - p e r f o r m a n c ea n dw i t hq o sg u a r a n t e e s o ， s t 鹰a n e tt ob ei n t e r c o n n e c t e dw i mw i m a xi sp r a c t i c a ln e e d s i tc a ne x t e n s s u p a ss c o p ea n db r i n g st h ee n d - t o - e n ds e r v i c e sw i t hq o sp r o v i d i n gt ot h eu s e r s i t c a l lp r o v i d e sa l lk i n d so fs e r v i c es i m u l t a n e o u sa n dm e e t st h er e q u i r e m e n t so f m i g r a t i o nf r o me x i s t i n gs e p a r a t e dc a b l e t e l e p h o n es w i t c h i n gn e t w o r k , a n d c o m p u t e rn e t w o r k st oac o n v e r g e dn e t w o r k 。 ” t h ei n t e r e o n n e e t i o ns c h e m ew h i c hi se s t a b l i s h e di nt h i sp a p a e ru s i n gt h e g a t e w a yc o n n e c t st h es u p a n e ta n d t h ew i m a xn e t w o r k u s i n go u t - b a n d s i g n a l i n gt e c h n o l o g y , t h eg a t e w a yi sd i v i d e di n t oc o n t r o l - p l a n ea n du s e r - p l a n e 。飘l e c o n t r o l - p l a n ei nc h a r g eo f t h ec o v e r s i o no ft h es i g n a l i n ga n db u i l d i n gt h ee n d - t oe n d v i r t u a lc o n n e c t i o na c c o r d i n gt ot h es p e c i f i cq o sr e q u i r e m e n t s 。髓eu s e rd a t at r a n s f e r v i at h eu s e r - p l a n eo ft h eg a t e w a y , a n dt h eg a t e w a yc o n v e r t st h ed a t af o r m a t ，s i n c e t h ee s t a b l i s h m e n to fv i r t u a lc o n n e c t i o n m e a n w h i l e ，i no r d e rt oi m p r o v en e t w o r k m a n a g e m e n te f f i c i e n c y , g a t e w a yh a sb e e ni n t e g r a t e dt h ew i m a xb a s es t a t i o n t h i ss c h e m ew h i c hw a sd e s i g n e dn o to n l ym a i n t a i n st h ei n d e p e n d e n c eo f s u 洲e ta n dw i m a x b u ta l s op r o v i d e st h ee n d t o e n ds e r v i c e s 诵mq o s p r o v i d i n g i nt h i sp a p e r , t h ed e p l o y m e n to ft h ei n t e r c o n n e c t e dn e t w o r ka n dt h es p e c i f i c w o r k f l o wi se s t a b l i s h e d n l ed e t a i l e dl o g c id e s i g no ft h ek e ye q u i p m e n t g a t e w a y 西南交通大学硕士研究生学位论文第l l l 页 h a sb e e nd o n e 。ad e t a i l e dc o v e r s i o np r o c e s so ft h es i n g a l i n gt r a n s f e ru n d e rt h e c o n t r 0 1 p l a n eh a sb e e nd e s i g n e d ，a n dt h ec o n v e r s i o nm e t h o do fi n f r o m a t i o nu n i t s t r a n s l a t i o nh a sb e e nd e s i g n e d 。n l ed e a t a i ls t a t et r a n s t i o n so ft h eg a t e w a yh a v eb e e n e s t a b l i s h e dt o o 。f i n a l l y , as i m u l a t i o nh a sb e e nd o n eu n d e rt h e0 鞭啜耍a p p l i c a t i o n , a n dt h er e s u l ts h o w st h a tt h ei n t e r c o r m e c t i o ns c h e m ei sc o r r e c ta n dw o r k , i tc a n p r o v i d et h ee n d - t o - e n ds e r v i c e 砸mq o sg u a r a n t e eb e t w e e ns u p a su s g ra n d w i m a x sl a s e r k e yw o rd s ：s u p a ；w i m a x ；q o s ( q u a l i t yo fs e r v i c e ) ；v i r t u a lc o n n e c t i o n ；s e r v i c e f l o w 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密函使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“) 学位论文作者签名：雨、砖群、指导老师签名：官军 日期：勋咿pj ，弦 。 日期：川r o 。 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声臻：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所 得的成果。除文中已经注明弓i 用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均己在 文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： i 将w i d a x 网络与s u p a n e t 互联，使w i m a x 获得更高的网络传输速率和更 好的服务质量。另外，w i m a x 为s u p a n e t 提供了灵活便捷，而且带o o s 保证的网 络接入服务。 2 设计了s u p a n e t 与w i m a x 互联网络的部署形式。 3 。剖新性地将w i m a x 基站集成到阏关中来，使得网关可以对基站进行本地 化管理。 4 。使用带外信令技术将网关划分为信控平面和用户平面，并设计了详细的 工作流程。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 本课题的研究背景 第1 章绪论 本课题的研究的大背景是四川1 省网络通信技术重点实验室关于下一代 i n t e r n e t 体系结构的研究工作。通信技术高速化和网络应用数据的多媒体化传 输使传统的i n t e r n e t 技术难以满足实时音、视频数据的传输服务质量需求。因 此，实验室提出了单物理层用户数据传输与交换平台体系结构( s u p a s i n g l e p h y s i c a ll a y e ru s e r d a t at r a n s f e r s w i t c h i n gp l a t f o r ma r c h i t e c t u r e ) “1 _ 1 。 s u p a 采用带外信令控制思想，将控制与管理信息的传输与交换平台( 简称信控 平台) 与用户数据传输与交换平台( 简称用户数据平台) 相分享，最大限度地 简化为单物理层用户数据平台，以提高对用户数据的传输与交换效率，克服了 服务质量难以保证的难题幢- t “。s u p a 是面向综合数据业务传输的高速核心网络， 能否与其他网络系统互连互通是s u p a 未来能否走向成功的关键。 s u p a 堪称网络体系结构的革命，s u p a 提供了更高的网络传输能力，更好的 服务质量保证，适应用于未来网络的多种应用，迎合“三网合一”需求。s u p a 的应用模式主要是作为骨干传输网，与现有网络相整合，为用户提供更好的网 络传输服务。而w i m a x 作为一种新兴的宽带无线接入技术，相对于传统的最后 一公里接入手段，有着独到的优势“”。由于w i m a x 提供面向连接、带o o s 保证的 服务，这先天的优势注定它将能和s u p a 很好地协同工作。w i m a x 与s u p a n e t 的 互联，不仅能将s u p a 带到更远，让更多的人享受到w i m a x 便捷的宽带接入的同 时，也能够获得到s u p a 带来的网络革命体验。 以上所述正是本课题的研究对象s u p a n e t 与w i m a x 的互联。 1 1 1“三网合一 的大趋势 光通信技术的快速发展特别是d w d m 技术将单根光纤的传输速率提高到 4 0 8 0 g b p s ，很快将达到1 6 0 g b p s ，从而使单根光纤的传输能力达到t b p s 数量级， 相当于大、中城市电话网、有线电视网和计算机网络的干线总吞吐率。这一传 输能力意味着在单根光纤上能够同时传输1 5 ，6 2 5 ，0 0 0 路未压缩的普通话路 ( 6 4 k b p s 每路) ，或者同时传输7 ，1 4 2 套未压缩有线电视节目( 1 4 0 m b p s 每套) ， 或者同时传输1 0 0 0 套未压缩的高清晰度电视节目( 1 0 4 g b p s 每套) n 螂，。换言之， 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 光纤通信技术已经能够支持大中城市综合数字业务网络信息传输的需要，如果 计算机网络技术能够适应d w d m 高速传输能力的需要，将有可能将传统的有线电 视网络、电话交换网络和计算机网络3 个独立的网络合并为一个分组化、数字 化的综合业务网络n ”。 另外，要实现“三网合一 ，在同一个网络中实现针对不同业务的应用，提 供严格的q o s 保证能力是关键。 1 1 2 现有网络体系结构存在的问题 1 因特网体系结构不适合高速综合业务数据网络的需要 i n t e r n e t 是上一世纪七十年代发展起来的网络技术，计算机网络当初设计 的目的以传输文本数据为主，因此对正确性要求高，但实时性要求低。而当时 的低通信线路速率( k b p s m b p s ) 虽然能够满足其要求，但误码率高( i 0 1 0 咱) ， 必须在网络体系结构中设置数据链路层通过分帧和检错重传来提高传输的正确 性。因此i s o r m 和i n t e r n e t 的体系结构都采用三层用户数据传输平台结构。 加上i n t e r n e t 的网络层采用无连接的i p 协议，可能造成报文丢失和错序，因此， 只能通过t c p 进行端到端重新排序和检错重传来提高数据的正确性。对于文本 数据传输，端到端重传造成的传输时延是可以接受的技术；但是，当多媒体数 据流在网络应用中比重逐渐增加时，由于其服务质量的需要与文本数据正好相 反( 吞吐率、传输时延和时延抖动要求高，而少量数据丢失与误码影响相对较 小) ，因此，难以保障音、视数据的服务质量。正因为如此，i n t e r n e t 提供的网 络服务被网络界广泛称为“尽其所能”的服务( b e s te f f o r ts e r v i c e ) 7 1 0 1 2 ，。 i e t f 先后制订了多个文本，提出了用“资源预留、“集成服务 和“区分 服务”等方法和技术来解决服务质量问题，但结果都不十分理想，最多在轻负 载下有所改善。其根本原因在于在i p 层上进行资源预留和保障服务质量必须依 赖数据链路层提供的服务，然后再利用数据链路层对物理层参数的控制能力来 保障服务质量，而且物理层自身还必须具备对音、视数据传输十分重要的物理 通信参数控制能力，而不幸的是多数现有数据链路层协议与物理层技术的组合 不具备支持i p 进行服务质量控制的能力，。 2 两层结构的用户数据传输平台网络也未解决好相关问题 多年以来人们就一直在探索用带外信令控制的思想，将用户数据传输平台 的层次结构简化的技术。b - i s d n 、帧中继( f r a m er e l a y ，f r ) 和近年出现的多协 议标签交换技术( m u l t i p r o t o c o l 。l a b e ls w i t c h i n g ，m p l s ) 都属于这类研究成 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 果，将用户数据传输平台简化为两层。但是，上述技术在解决高效交换与服务 质量保障问题上存在着不同程度的问题l 。 ( 1 ) 综合业务数字网络( b - ls d n ) 2 0 世纪九十年代，国际电信联盟( i t u ) 提出了一系列宽带综合业务数字网 络( b - i s d n ) 的建议。b - i s d n 采用带外信令控制技术，将网络层排除在用户数 据传输平台之外，在数据链路层提供了以5 3 字节固定长的信元( c e l l ) 为基础 的数据复用与交换技术，为多媒体数据提供永久虚电路( p e r m a n e n tv i r t u a l c i r c u i t ，p v c ) 和交换虚电路( s w i t c h e dv i r t u a lc i r c u i t ，s v c ) 服务。 尽管b - i s d n 取得了很大的成功，能够提供比i n t e r n e t 更好的服务质量。 但b - i s d n 仍存在一系列问题： 信控、管理平台使用通信网络中专用协议( 如7 号信令) 为基础的协议 栈，在大型网络上配置管理以及与i n t e r n e t 的互联都极为复杂，较难被 i n t e r n e t 界认同。 a t m 信元长度较短，其净荷部分( p a y l o a d ) 仅4 8 字节长( 有效载荷率 仅9 0 ) ，与用户网络中使用最广的数据链路层协议( p p p ，e t h e r n e tm a c ) 数 据单元或网络层的i p 报文长度相比太短，需要进行分段和重组进行适配。 a t m 信元( 5 3 字节) 与物理层s d h 净荷( 2 6 1 字节) 之间接口也需要分 段和重组。 ( 2 )多协议标签交换( m p l s ) 与b - i s d n 类似，m p l s 也采用带外信令控制的思想。由于它将现有的 i n t e r n e t 协议栈保留在信控、管理平台上，并予以增强，从而保证能够与现有 i n t e r n e t 互联互通。另一方面，m p l s 并未定义任何数据链路层协议，而试图在 现有的数据链路层服务之上增加标签交换子层，将用户数据传输平台变为通用 的面向连接的两层传输平台。首先，它不必处理相对复杂的i p 报头( 而代之以 相对简单的标签) ，4 1 6 字节的地址字段被2 0 比特的标签取代，可节省路径表 空间，其传输效率比三层的i n t e r n e t 高。其次，面向连接的服务更适应多媒体 应用中流传输的需要。 应当指出：m p l s 本身并未直接提供服务质量保障的机制，而只是将标签 ( l a b e l ) 与它所依托的通信子网中的服务质量保障机制，即所谓“前传等价类 ( f o r w a r de q u i v a l e n c ec l a s s ，f e c ) 挂钩。换言之，如果通信子网中具有提 供服务质量保障的能力，m p l s 即能够提供服务质量保障，反之，在服务质量的 保障方面m p l s 并未增加任何新功能。 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 事实上，目前的艘l s 主要依托a t m 信元予层或帧巾继子网，由于该两类网 络本身提供了较好的服务质量保障机制，因此服务质量保障问题较容易得到解 决；当数据链路层为无连接m a c 或共享同一连接的p p p 时，由于他们仅提供无 连接或共事露一连接的服务，缀难将标签连接与数据链路层服务挂钩，医此对 标签子层的支持则较弱，服务质量较难得到保障。 进一步分析表明：服务质量实质上最终袭现为物理层传输质量参数，如吞 吐速率( t h r o u g h p u t ) 、传输时延( t r a n s i td e l a y ) 、传输时延抖动( j i t t e r ) 等， 采用m p l s 即使数据链路层能很好地支持服务质量保障( 如：a t m 信元服务) ，如 果物理层缺少槌应麴支持，也很难确保用户数据的服务质量。趿此，即使是采 用a t m 信元交换或帧中继( f r ) 数据链路层技术，如果物理层采用t d m ( 如 s d h p d h ) 技术，只要数据链路层能够为一条虚连接分配足够的时槽( t i m e s l o t ) ， 用户数据流要求的数据吞吐率完全可以得到保障；反之，如果物理层不其备支 持服务质量保障的机制，即使是a t m 或f r 也难以保障应用数据流要求的服务质 量。换言之，能否提供良好的服务质量保障，闯题的关键还在予物理层持，。 因此，目前关予m p l s 交换技术的研究，由于依赖子现有的数据链路层和物 理层技术，并没有解决好服务质量保障问题。 1 1 3s u p a 的提出 麸以上分析可知，无论是现有翁i n t e r n e t 网络体系结构还是b - i s d n 、m p l s 等两种两层交换技术均无法满足未来“三网含一”的需求；且未来的骨干光网 必然是以d w d m 为基础，这使得探讨一种基于d w d m 的多粒度交换技术和实现高 速综合业务传输与交换的光纤网络体系结构和技术仃，。 四川省网络通信技术重点实验室从2 0 0 0 年开始以d w d m 为对象，在现有交 换技术和黼络体系结构鲶基础上，提出了“瑟淘以太鼷的物理帧时槽交换弦 ( e p f t s - - e t h e r n e t o r i e n t e dp h y s i c a lf r a m et i m e s l o ts w i t c h i n g ) 技术， 并以此为基础提戡了单物理层用户数据传输与交换平台体系结构( s u p a s i n g l e p h y s i c a ll a y e r u s e r d a t a t r a n s f e r s w i t c h i n g p l a t f o r m a r e h i t e c t u r e ) 。几年的研究与实验结果表明#e p f t s 是一种适合d w d m 的多粒 度交换技术，以之为基础构建s u p a n e t 是一种兼顾t n t e r n e t 框架丽又能够适应 未来光纤通网络的可行的技术路线；s u p a n e t 信令控制和管理平台内的组播路由 通信技术，以提高数据传送效率，节省网络带宽，减辍服务器和网络负载，减 少拥塞，保障用户的服务质量，实现s u p a 域内的可靠组播，满足未来“三网合 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 一罗的需求旧”，。 1 1 4w ig a x 无线宽带接入系统 随着技术的不断发展和用户需求的增加，“最后一公里的接入网技术从有 线接入向无线接入发展，并逐渐由窄带接入向宽带接入发展t 2 3 , i s 1 7 ，。， w i m a x 标准是一种无线城域网技术，它提供固定的和移动的宽带无线接入服 务范围高达5 0 k m ，用户与基站之间不求视距传播，每基站提供的数据速率最高 可达2 8 0 m b p s ，足以支持数百个采用t 1 e 1 型连接的企业和数千个采用d s l 型连 接的家庭洲，。根据是否支持移动性，8 0 2 1 6 标准可分为固定宽带无线接入空中 接口标准和移动宽带无线接入标准空中接口。其中8 0 2 1 6 d 属于固定无线接入 空中接口标准，而8 0 2 1 6 e 属于移动宽带无线接入空中接口标准。8 0 2 1 6 e 被业 界视为目前唯一能与3 g ( 第三代蜂窝移动通信系统) 竞争的下一代宽带无线技 术。8 0 2 1 6 e 的目标是能够向下兼容8 0 2 1 6 d ，并在此基础上提供移动支持，工 作组现阶段主要精力将放在支持移动性的8 0 2 1 6 e 标准的研究制定当中。w i m a x 包括固定宽带无线接入的i e e e 8 0 2 1 6 d 标准和移动宽带无线接入的 i e e e 8 0 2 1 6 e 标准一。 i e e e 8 0 2 1 6 工作组的主要内容是开发宽带无线接入系统标准，包括空中接 口的m a c 层和物理层进行了定义，以及其相关功能的标准；m a c 层提供服务质量 ( o o s ) 保证机制，可支持语音和视频等实时性业务，并且m a c 层功能独立于具体 的物理层规范，其主要功能为对无线链路进行高效的管理，支持点对多点( p m p ) 和网状网( m e s h ) 拓扑结构。标准还对物理层使用多种调制技术和接入技术做 出规范“姗，。 w i m a x 相对传统的接入技术有着诸多优势。 1 宽带无线接入。覆盖范围大 w i m a x 采用无线形式提供宽带接入服务，免去了有线接入中线缆铺设的复杂 性，快速实现宽带接入。而且，w i m a x 标准是为在各种传播环境( 包括视距、近 视距和非视距) 中获得最优性能而设计的。物理层采用o f d m ( 正交频分多址) 技术，有效地抵抗符号间干扰，实现高速传输。而且，基站的覆盖范围最大可 达5 0 千米，可以实现更大无线覆盖范围。即使在链路状况最差的情况下，也能 提供可靠的性能旧一。 2 基于面向连接的应用。提供有力的o o s 保证机制 w i m a x 与其他宽带无线接入技术相比，最大的特点就是采用面向连接技术， 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 对业务类型分类并实施严格的o o s 保证。可以同时提供语音、视频和数据传输 业务，满足未来网络“三网合一 的应用要求t 铊，。 3 。网络高容量。可扩展 w i m a x 宽带无线接入系统能够提供高速的数据传输能力，信道划分灵活。 可见，s u p a n e t 和w i m a x 网络技术能够同时提供包括语音、视频和数据传输 等多项业务应用，适应未来“三网合一。因此，实现s u p a n e t 和w i m a x 的高效 互联，为用户提供优质的端到端的互联网应用正是本课题研究的对象。 1 2 本课题的主要研究工作 到目前为止，s u p a n e t 的相关研究都集中在骨干传输部分的研究，并没有过 多地考虑和现有网络体系，特别是无线接入系统互联的相关的问题。本课题的 主要目的就是探索一种s u p a n e t 与w i m a x 的网络体系结构互联的模型。在基本 确立的s u p a n e t 框架下，设计出一个利用s u p a n e t 作为骨干，w i m a x 作为宽带无 线接入的网络应用框架。 因为s u p a n e t 和w i m a x 均面向连接并提供o o s 保证，因此两网络互联后， 要实现o o s 保证的延续，实现端到端的具有高o o s 要求的业务应用，为最终用 户提供一个方便快捷、服务质量得以保障的i n t e r n e t 应用环境。方案既要保证 s u p a n e t 的优越性，同时也要体现w i i a x 的灵活性；在w i m a x 作为边缘网络接入 到s u p a n e t 中，即不损失w i m a x 固有的优势的同时也要保证s u p a n e t 和w i m a x 系统中各节点的一致性。 本课题主要研究s u p a n e t 与w i m a x 互联模式。确定一个具体的能够实现s u p a 与w i m a x 端到端的带o o s 保证的互联方案，包括网络部署模式、网络工作过程 等具体设计。最后，对所设计的互联方案进行仿真实验，验证方案的正确性和 可行性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 1 3 论文组织结构 本文主要是对利用s u p a n e t 作为骨干网，w i 凇x 作为接入网的一种网络应用 模式进行研究，设计出一个s u p a n e t 与w i m a x 互联的技术方案。基于w i m a x 的 在无线宽带接入方面的优势，使得s u p a n e t 得以受广泛的应用和使之延伸到更 远的地方；同时，w i m a x 依赖于s u p a n e t 的高速率、高服务质量保证的先天优势， 使得其能为最终用户提供更好的接入服务。 全文共分为四章，具体章节安排如下： 第l 章绪论。主要介绍了本论文的研究背景，介绍了“三网合一 的需求 以及发展趁势，分析了现有网络体系结构对“三瞩舍一”支持鲍不是和s u p a 网 络体系结构产生的原因。另外，简要介绍了w i b l a x 的特点，分析了其与s u p a n e t 互联的意义和必要性。 第2 章s u p a 与w i m a x 。对s u p a 和w i l d a x 两网络体系结构的关键技术作了 分析，阐述了两网络的o o s 保证机制，论述了s u p a 与w i m a x 网络体系结构的异 圈。 第3 章s u p a n e t 与w i k l a x 互联方案设计。对多种互联方案进行了探讨和对 比分析，确立了具体的互联方案，设计了网络的部署形式和具体的网络工作过 程。详细设计了信令消息的转换和信息单元的转换，详细描述了网关工作过程 中的状态转移。 第4 章o p n e t 下的互联方案仿真。对设计的互联方案进行在o p n e t 隧终仿 真软件下的仿真实验。验证了互联方案工作过程的正确性，消息格式和信息元 素转换的正确性，以及网关对资源管理的正确性。 最后是本文的结论与展望。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章s u p a 与w im a x 2 1s u p a 关键技术 i 2 1 1s u p a 的带外信令技术 一 通常被传输的信息可分为用户数据和控制管理信息。最初两类信息在同一 信道内传输，即使用同一频带，故称之为带内( i n b a n d ) 信令传输；考虑到两 类信息的性质不同，在某些情况下两类信息的重要性和实时性的要求也不同， 于是在某些通信系统中将两类数据分别在不同的信道( 频带) 内传输，这就是 带外( o u t - b a n d ) 信令传输。 在o s i r m 中，由中间( 中继) 系统组成的网络部分通常被称为“通信子网 ( s u b - n e t w o r k ) ，是为端系统( e n d - s y s t e m ) 提供传输与交换服务的网络部分。 出于类似的考虑，网络界将通信技术中的带内、带外传输的概念延伸到通信子 网中。由于网络使用层次结构来描述的，习惯上将通信子网中的数据传输与交 换的层次结构称为平台。如果两类数据在通信子网中的传输与交换都是在同一 平台进行的，则称之为采用“带内信令 传输与交换技术；否则称为“带外信 令”技术( 注：此时的“带 已不再意味着“通信频带 ，而意味着“平台”) 。 用户数据传输交换平台简称用户平台平面( u p l a t f o r m u s e r - d a t at r a n s f e r s w i t c h i n gp l a t f o r m ) ；控制与管理信息使用的称为“信控、管理平台 ( s g a t - p 1 a t f o r m s i g n a l i n g m a n a g e m e n tp l a t f o r m ) 3 3 。 出于对上述两层平台结构的分析，四川省网络通信技术实验室提出可以利 用带外信令技术进一步将u - p l a t f o r m 简化为单物理层平台，以便解决i n t e r n e t 和m p l s 在服务质量保障问题上由于必须依靠现有数据链路层技术和物理层的服 务质量保障机制所面临的窘境n 一，。 2 1 2s u p a 的层次模型 四川省网络通信技术重点实验室在研究下一代城域网技术时，提出了三维 以太城域网( 3 d e m a n ) 体系结构乜3 ，后来又将3 d e m a n 体系结构推广到包括广 域网在内更广的网络范围，产生了通用的“单物理层用户数据传输平台体系结 构 。采用s u p a 体系结构的网络被称为s u p a n e t t ”。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 s u p a 的体系结构将o s i r m 和i n t e r n e t 中的通信子网的3 层传输与交换平 台的简化为单物理层结构，但在信控、管理平台上保留了i n t e r n e t 的协议栈， 以便保持与i n t e r n e t 的互联互通和保护全球在i n t e r n e t 上的投资。s u p a n e t 可以工作于两种模式：缺省i n t e r n e t 模式和s u p a 模式例。缺省模式与现有的 i n t e r n e t 工作过程完全相同，无需做进一步说明。图2 - i 为工作于s u p a 模式下 s u p a n e t 域内的接口与协议层次结构示意图。 用户系统支持s u p a 的边界路由器 。二l”：； i n t e m e tr po o s n p i js n 唆：搿p 咚i 。嘿l l s n 嘤r 。，i pg 。o ，s 。n ps u p a 城l ： 啦川o s p fs p 七o r j o 系统 1 3 ( i l ) l ) f rilqrrltemp j叫胖s p t - e l m o ； 勺佾托 纠j # b g pt m e p 的池议丘： i n pl ；i【j f ) p 耐。f _胖i i ，i t ( p ，i ：d p 玖绐 _ ；：j f r i l i l t n l l p 。i 。l l h 襽 h e m e tm ( h c r n c t 、1 a (l h e m c tm 、( t e r a c t 嘲 i h e n l c f f h v i c , 3 1 a v e r i h e r n e lp v l c ：l | l ；l v c r ii , t h e r n e lp w i c a l l a v e r 议l ：次| 、) m f l l r i 柏、1 ) 、r ) m 鼢 广! 、 l 劓 羔 t e m e t 澎j f j 移2 j 统1 j， 、 ：p aj 肉f 由l 1 r e a ma a p t a t i l 光： p aq 跋的 杵 ，舒想和。、 t 面坍议二：次 v e rf a 伽 汉必 。璺弩漉h 妒窒 构 i h e r n c t 1 【丌警ji 。i 略 一l f f t s f si i 、【) m w f ) vw 【) m 1 “ l - 1 单物理层用户数据传输平台的体系结构工作示意图 2 - 1 所示，工作于s u p a 模式下的s u p a 端系统既可能是支持s u p a 的计 系统，也可能是s u p a 域与传统i n t e r n e t 域内的设备互联的网关中支持s u p a 协议的软硬部件。这类网关能够为传统i n t e r n e t 设备之间借用s u p a n e t 实 联提供一种高效的“渡船服务 ( 又称“装载服务”或“隧道服务) 。在 情况下，由于用户数据的传输是在高速、高效的物理层e p f s ( e p f s h e r n e t - o r i e n t e dp y s i c a lf a m es b - l a y e r ) 平台( 图2 - i 中的e p f s 子层) 行的，对传统的i n t e r n e t 设备来讲，s u p a n e t 相当于不可见高效传输“管 ，因此，其互联效果就像i n t e r n e t 设备直接互联一样。s u p a 中间系统是s u p a 的节点设备，s u p a 中间系统间的互联将通过“网络一网络接口( n n i ) 来 ；而与s u p a 端系统互联时，则通过“用户一网络接口 ( u n i ) 来完成n ，。 - 1 的上半部分表示用户系统和s u p a 节点的信令控制与管理平台( s m a t f o r m ) 中的协议层次结构和信控、管理接口( u n i 翻和n n i 翱) ；下半部为用户 传输平台的协议层次结构和接口( u n i 。和n n i 呻) 。在s u p a 域内，用户数据 平台被简化为单物理层，由“类以太网物理帧子层 e p f s 和d w d m 子层组成。 西南交通大学硕士研究生学位论文第l o 页 s u p a 节点利用“类以太网物理帧时槽交换”技术( e p f t s p h y s i c a lf r a m e t i m e s l o ts w i t c h i n g ) 实现在多个端口间数据的高速转接。 s u p a n e t 设备也可以工作于缺省i n t e r n e t 模式，此时，接口将按带内信令 方式工作。换言之，u n i 或n n i 的信控管理接口与用户数据传输接口将合并为一 个接口。此时，图2 - i 中下半部分不再参与数据的交换，因此，上半部的s u p a 专用协议( q o s n p 、t m e p 等) 将处于不活动状态，所提供的服务也就退化为传统 的i n t e r n e t 服务。为了使s u p a 节点能自动识别用户希望使用的服务，可使用 i p 报头中的特殊字段来标识( i p v 4 的t o s 和i p v 6 中的t r a f f i cc l a s s ) 。 2 1 3s u p a 网络工作过程 s u p a n e t 为用户提供永久虚通路( p v p ，p e r m a n e n tv i r t u a lp a t h ) 和交换 虚通