基于NGN的网络融合技术研究

焦彦平, 李 唱, 李建华

(1.装备学院科研部,北京101416; 2.装备学院研究生管理大队,北京101416; 3.装甲兵工程学院装备技术研究所,北京100072)

基于NGN的网络融合技术研究

焦彦平1, 李 唱2, 李建华3

(1.装备学院科研部,北京101416; 2.装备学院研究生管理大队,北京101416; 3.装甲兵工程学院装备技术研究所,北京100072)

随着我军现代化进程的不断推进,靶场信息化水平大力提升,各个网络正在逐步有机融合。通过分析下一代网络(next generation network,NGN)的4层体系结构及其关键技术,结合我军网络的特点,论证靶场网络转向NGN体系的必然性及其可行性;给出了一种基于NGN的网络融合体系结构,并在此之上介绍了其可提供的业务功能及QoS(quality of service)部署。

下一代网络;软交换;互联网协议;网络融合;服务质量

随着信息技术的迅速发展以及在靶场建设中的应用,我军靶场信息化水平大力提升,建立了一系列测发、通信等网络。随着靶场信息化建设的不断发展、各项业务的急剧增长以及新技术的不断更新,信息传输的业务承载层是以IP技术为基础的融合数据、图像、语言、图文等综合业务的IP网络,正在向下一代网络(NGN)平滑演进,靶场的多协议网络正在逐步有机融合。本文在全面分析NGN体系结构及其关键技术的基础上,论证了我军靶场网络NGN体系的必然性与可行性。

1 NGN概述

NGN[1]是以IP为中心,同时支持语音、数据和多媒体业务的融合网络。ITU-T对NGN的定义是：它是一个分组网络,可提供包括电信业务在内的多种业务,可利用多种带宽和有服务质量[2-3](QoS)能力的传输技术,实现业务与传输的分离,它提供用户对各个业务的自由接入,支持移动性,实现用户对业务使用的一致性和统一性。NGN将传统的交换机的功能模块分离为独立的网络部件,各个部件可以各自独立发展,之间的协议接口遵守相应的标准。

NGN具有4层架构,网络架构如图1所示。

图1 NGN网络分层架构

图1 中,接入层包括各种接入网关、中继网关和智能终端等,其作用是实现格式的转换和传送,最终完成数据在IP分组网的承载和传输。传输层提供IP包转发的各种承载网功能实体。当前是以MPLS、IPv6技术为重点的下一代IP网和自动交换光传送网。在IPv6网络暂时无法部署的情况下,使用MPLS技术是NGN网络最好的承载技术。控制层是NGN的核心,包括软交换和信令网关等。主要完成对端到端数据传输过程中的路由判决和数据转发功能,它是NGN网络的交换核心,可在传输层的基础上构建端到端的通信过程。业务层是一个开放的、综合的业务接入平台,由一系列应用服务器组成,提供各种增值服务,通过提供标准接口,可接入海量的服务而不必考虑其下层的兼容[4]。

2 靶场网络转向NGN体系的必然性

随着靶场信息化建设的不断推动,军队靶场必须突破传统的方式,以体系理念来统领全局,适应新军事变革的挑战[5],并需建立一套协调、灵活、高效的运行机制[6]。目前,NASA和ESA已基本实现了信息传输IP化。

NGN就是以IP为中心,同时支持带有服务质量保证的语音、数据和多媒体业务的融合网络。基于软交换的NGN体系结构在国内外已有大量的研究,并在NGN技术发展和工程实施中得到相关验证,但是针对靶场的NGN网络的相关研究还很少。针对靶场的NGN相关技术的研究有助于克服靶场信息化建设和网络完善中的重复建设,提高网络的互联互通、信息共享的效率,加强多方联合参与[7]。针对靶场的NGN网络研究主要基于以下几个需求。

1)业务处理的需求。随着网络规模的扩大、业务的不断增加,业务需求的多样化对网络提出了越来越高的要求,如何保障带宽、高速、高质量的多媒体业务是网络发展的趋势。在这种背景下,网络融合已经成为下一步的发展趋势,在融合的大趋势下,NGN的出现,具备了更多的业务能力和可能的业务组合,提高了信息共享的效率,并作为一个分组网络,可向用户提供具有QoS保证的网络服务。

2)技术发展的需求。作为NGN体系的支撑技术,即IPv6技术,大容量、超远距离、密集波分复用的光纤技术,光交换与智能光网技术,软交换技术和网络安全技术将在靶场信息化建设中逐步发展应用,这也为基于NGN的网络体系转型提供了重要的技术支撑。随着技术的不断发展和在靶场中的逐步应用,靶场的各个网络也在逐步融合,靶场网络向NGN的过渡也成为一种必然。

3)网络发展的需求。随着我军信息化的快速发展,传统的承载网方式有很大的局限性(比如不能适应多种业务等),很难得到长久的发展,只有进行技术革新,由新技术引领,才能实现网络的可持续发展,才能适应我军信息化的快速发展。而NGN具有的独立应用业务、支持不同带宽和多媒体业务、可实现多方网络的兼容与分离、实现承载技术和应用业务互相不受影响、各自独立发展等功能,这都将更好地支持网络技术的持续发展,进一步满足了各种业务对网络的复杂要求和多协议网络的互联互通,提高了资源的利用率,克服了网络的重复建设。

3 基于NGN的靶场多协议融合网络体系结构

NGN网络的技术主要表现在以下9个方面,如图2所示。

图2 NGN网络的主要技术

在靶场信息化建设不断推进的过程中,靶场建立了各大专用网络,各网络都以靶场通信网络为依托,各大专用网络正在向NGN体系平滑演进。关键技术的研究主要集中在以下几个方面：

1)靶场IP网由IPv4向IPv6演进。从国际上IP网络的发展趋势看,IPv6代替IPv4是必然趋势。如美国国防部已确定最终将IP协议作为全球信息栅格(global information grid,GIG)的网络协议标准,2008年GIG将全部采用IPv6[8]。在国内,已有许多IPv6和IPv4混合网络,独立的IPv6案例也已在个别校园建立。IPv6与IPv4相比,网络的整体吞吐量有了进一步地提高,服务质量得到很大改善,安全性有了更好的保证。

2)光纤高速传输和ASON(automatically switched optical network)组网技术。ASON能直接在光层上按需提供服务,能适应网络拓扑的改变,能通过公共控制平台加速服务,根据需要改变网络大小,提供各种等级的服务和保护机制。靶场已安装了一些具备ASON功能的设备,但是还要进一步研究构建ASON网络的光纤网,设计靶场ASON网络。

3)软交换技术。软交换的研究是通信技术的研究热点之一,目前,软交换技术已经被公认为NGN网络的核心技术[9],国内外很多科研、生产机构都在从事这方面的研究,国际上一些著名的设备商都提供了各自的解决方案,研究了制定靶场独特的NGN的控制层协议,可以将基于软交换技术的语音、视频、数据等统一交由NGN 4层结构中的控制层,由管理员或者授权用户统一调配各项业务,方便了靶场网络业务的管理,提升了利用效率,提供了更好的业务支持。

4)IP终端。在靶场物联网建立同时,根据靶场各类仪器、设施、设备的联网和统一的IP接口设计,能在方便接入靶场信息网络的同时向靶场信息网络获得信息和实现远程管理,使任务完成的方法更加灵活、方便。

根据以上分析,依托靶场网络现有条件,初步设想出基于NGN靶场的网络体系结构如图3所示。

图3 基于NGN的网络体系结构

网络中,所有的数据传输统一采用靶场IP网承载,原有不同协议、结构的网络通过网关连接到靶场IP网,在控制方面,使用软交换对网络的各业务进行传输、呼叫控制,各个业务可以独立发展,而不必考虑传输技术。此设计实现了靶场多协议网络的融合,使靶场的各业务实现了互联互通,克服了靶场网络的重复建设。

下面以试验任务××网为例给出网络具体接入方式的描述,为其他网络进行NGN改造时的具体接入和如何获得外部服务提供参考。

1)试验任务××网具体接入方式。首先,试验任务××网与用户接入IAD(integrated access device)和用户网关,网关通过3层交换机与靶场IP传输网相连接,在中间加入2台防火墙,起到了将NGN接入设备与IP核心网络安全隔离的作用,增加了接入核心网络的安全性;3层交换机与2台防火墙采用网状结构连接,运行VRRP协议,二者都正常时可以分担负荷的方式进行工作,当一台交换机出现故障后,另一台交换机将承担起全部负荷,使网络仍能够维持正常工作,提高了网络的可靠性;软交换对试验任务××网中的用户通信提供呼叫控制与连接控制。

2)试验任务××网获得外部服务的方式。试验任务××网接入方式如图4所示,试验任务××网络通过网关经交换机与靶场IP传输网互联,在远端的服务器也通过交换机与靶场IP传输网连接,试验任务××网的用户就通过试验任务××网-网关-靶场IP传输网与服务器相连接,软交换则负责其呼叫控制与连接控制,这样在试验任务××网中的用户就能够得到相应的支持,克服了异构网络无法互联互通,远程资源无法共享的问题。此方式使试验任务××网接入到靶场IP传输网中,并能共享连接到靶场IP传输网中的各类业务资源,提高了靶场网络资源利用率。

图4 试验任务××网接入方式

4 靶场网络系统提供的业务功能

根据上一节提出的基于NGN的网络体系结构,该系统能够依托现有的网络作为传输的承载,提供多种业务功能：

1)对试验任务、测控、测发等高可靠业务数据的承载。靶场网络系统可以为各个试验、测发和测控平台等提供高可靠的数据转发业务,实现了各个平台的数据相互传输,提高了实验任务的效率。同时,这些任务的数据不同于一般的数据,它具有实时性、准确率要求高的特点,也是网络系统中最重要的业务。由于IP网络本身不具有QoS的特性,这里可以在靶场IP传输网采用一些QoS模型和机制等对其优先保障。

2)对语音和视频等有一定带宽要求且高实时性业务的承载。靶场网络系统可提供语音和视频等业务,避免了语音和视频等业务专网的建立,减少了网络建设的开支。但是这类业务具有要求带宽较宽且实时性较高的特点,并允许有一定的丢包率,故在靶场网络系统中同样可以设定其为次优先级,由于靶场网络系统是一个轻载网络,可以保障其业务的QoS。

3)对科研办公等一些基本业务数据的承载。同样,靶场网络系统可以提供科研办公等一些基本的数据业务,这类业务对实时性和带宽等要求不是很高,在靶场IP传输网传输的过程中优先级最低,采取尽力转发的策略即可。

5 融合网络体系中的QoS部署

种业务均在系统中统一传输,这对靶场网络的QoS能力提出了更高的要求,针对此问题本文给出一种靶场网络QoS部署方案。

1)利用软交换来对靶场网络中的业务进行接纳控制;

2)在靶场IP传输网部署Diffserv over MPLS模型来进行流量规划,从而提高网络的整体利用率和性能;

3)在靶场IP传输网中采用QoS路由,使得业务可以选择满足其QoS约束的路径;

4)队列调度和队列管理使用的加权公平法(WFQ)与随即早期检测法(RED);

5)整形算法使用漏桶算法。

6 结束语

本文通过介绍和分析NGN的体系及其关键技术,结合我军靶场网络信息化飞速发展的需求,从业务处理、技术发展、网络发展及典型业务承载可行性分析4个方面论证了现有靶场网络向NGN体系结构过渡的必要性和优势,介绍了其可提供的业务功能,并针对其中QoS问题给出其部署方案。

References)

[1]杨冬,李世勇,王博,等.支持普适服务的新一代网络传输层架构[J].计算机学报,2009,32(3)：359-369.

[2]林闯,网元卓,任丰原.新一代网络QoS研究[J].计算机学报,2008,31(9)：1525-1535.

[3]邝祝芳,陈志刚.认知无线Mesh网络中QoS约束的组播路由算法[J].软件学报,2012,23(11)：3029-3044.

[4]于伟.NGN网络QoS的分析和保障[D].济南：山东大学, 2009：1-3.

[5]张仲连,王小伟,薄云蛟.军队靶场试验体系研究[J].装备学院学报,2013,24(2)：104-107.

[6]张继勇,徐红青,王啸.军事靶场运行机制研究[J].装备学院学报,2012,23(4)：110-112.

[7]宋华文,孟冲.关于科学推进我国常规兵器靶场科研试验综合能力建设的思考[J].装备指挥技术学院学报,2010,21 (2)：91-94.

[8]李学峰.美军全球信息栅格网络基础设施建设研究[J].电脑知识与技术,2010,32(6)：9022-9023.

[9]吕艳.浅谈NGN与软交换技术[J].黑龙江科技信息,2008, 35：102-102.

(编辑：孙陆青)

靶场网络融合后提供了复杂的业务功能且各

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

焦彦平(1962-),男,副研究员,硕士.主要研究方向：软件工程.