基于IMS重叠网络的多路径传输关键技术要点

郑景圳

摘 要：现阶段，为了使因特网、电信网、广播电视网有效融合，IMS成为良好的技术手段，并在接入网以及和核心网的合理演进过程中发挥了十分重要的作用。本文从基于IMS的重叠网络、多路传输协议等多个方面对以IMS重叠网络为基础的多路径传输相关技术进行了阐述。

关键词：IMS；重叠网络；多路径传输；关键技术

中图分类号：TP393 文献标志码：A

从实际情况来看，现阶段IMS并没有实现大幅度地提升电信业务的效果，从整体上看IMS的应用及其服务还处在初级阶段，发展速度相对较慢，在技术层面还有许多难题需要克服。本文意在通过对以IMS重叠网络为基础的多路径传输相关技术的研究，将传统网络的服务质量问题合理解决。

1 基于IMS的拓扑感知重叠网络架构

过去的IMS网络，将网络被分成业务平面、控制平面以及传输平面3种平面。业务平面发挥业务以及应用等功能，控制平面发挥控制信令功能，而传输平面用于管控传输方面。本文在这里提出拓扑感知的重叠网络是在控制平面中增加OSF功能实体来达到在系统结构进行重叠网络构建的目的。这个框架内OSFHE RACS等相关功能结构协同管理重叠网络，从而促使传输路径的多样化，充分发挥应用层传输功能。

2 多路径传输协议

2.1 SCTP协议

SCTP协议是一种通用的传输层单播协议，该协议面向连接，具有较强的可靠性。SCTP协议能够采用很多个独立路径来进行数据传输。SCTP的端点可以由一个或多个IP地址构成，其两端点间的连接叫作偶联，偶联可以由多个路径组合而成，这些路径可以分为主路径和从路径。主路径承担传输数据作用，从路径是用于重新传输或信息传输，并且还能以备用路径方式实现路径冗余。一般状态下，相关数据只能沿主路径传输，但在主路径发生无法连接的情况时，就可以通过从路径来实现数据传输。

2.2 CMT—SCTP协议

尽管SCTP从协议层面对多路径传输进行支持，但该协议本身却禁止多路径并行传输。SCTP设计的初衷是为了在可靠性不强的IP网络中，采用多种网络接口方式来实现稳定的传输服务。为使SCTP能够实现对多路径并行传输的支持，不少专业人士相继提出了多项改进措施。CMT—SCTP协议是其中较为典型的方案，该协议对SCTP支持多路径传输中存在的问题进行了总结，主要包括发送端出现的快速重传问题、拥塞窗口增长问题以及接收端存在的少量延迟确认造成的消息流量增加的问题等。

3 支持多路径传输的内容分发IMS架构

3.1 体系结构

为实现基于IMS核心架构的下一代网络能够提供内容分发机制，一定要以IMS架构实际要求为前提来开展设计工作。IMS对终端的接入方面要求相对苛刻，一定要确保在IMS传输层管理下有效接入终端。在IMS重叠网络中接入CDN缓冲代理服务器，可把它当作一种特殊的MDF。尽管CDN技术对解决内容分发问题起到了一定的作用，但如果突发访问量非常大，特别是需要极大带宽的流媒体服务等，CDN缓冲代理仍存在集中式網络常有的单点效应等问题。

本文提出一种以IMS重叠网络为基础的内容分发机制，利用整合CDN技术和P2P重叠网络，来进行高效的内容分发。这种机制以IMS基本架构为基础，经过OSF功能实体的增加，来构建和管理重叠网络。相比于标准流媒体服务IMS架构，OSF能充分实现重叠网管理、资源搜索等功能，从而把重叠网络的优势有效发挥出来，对以往的不足之处进行弥补。

3.2 媒体分发重叠网

作为DHT的网络节点，OSF有效联结诸多IMS自治域。DHT网络可以保存流媒体资源相关位置数据信息，这些位置信息涵盖了相关直播节目地址以及流媒体服务地址等。OSF只具有重叠网络的构件和管理功能，不具备媒体内容的存放功能，媒体内容通常在CDN缓冲代理服务器或服务终端中存放着。CDN缓冲代理服务是一种对等节点，具有一定的特殊性，主要用于为终端提供备用资源。

正常情况下，流媒体数据可以在各个终端间实现共享，只是在服务初期通过CDN代理缓冲来促使流媒体服务快速响应，而数据缓冲一定时间后就会在多路径传输的基础上，同其他候选服务节点交换数据，同时中止CDN代理缓冲服务器的资源获取。值得一提的是，只有在特殊时刻才将代理缓冲服务器急速切回来，以达到快速恢复业务的目的。

4 多路径传输无缝切换机制

4.1 支持MIH的IMS架构

尽管IMS架构的接入无关性为异构无线网络融合提供了基本前提，但各标准化组织对于IMS异构网络的垂直切换方面并没有制定出真正的实现标准。把IMS网络与MIH有效结合，合理发挥IMS多接入特性的作用，以实现对接入网资源的充分利用，是实现下一代网络垂直切换的最重要问题。为了将IMS与MIH有效地结合在一起，本文提出一种支持MIH的IMS架构，在改进现有IMS基础上，将MIH特性有效利用，以达到IMS异构无线网络无缝垂直切换的目的。相比于以往的多接入网络，该架构将HF、MIHIS和MMF合理引入进来，从而促使异构网络垂直切换功能的实现。

4.2 移动管理

为保证MIH辅助的IMS异构无线网络垂直切换的顺利完成，这就需要多个功能实体协调配合来实现。这种无线网络系统包括UMTS、WIMAX以及WLAN等网络。移动终端从UMTS蜂窝网络辐射区域内穿过，并进入WIMAX与Wi-Fi网络区域，从而脱离蜂窝网络辐射区域。由于垂直切换十分复杂，这里将此切换过程划分成链路事件订阅、资源可用性审核、资源准备、新链路建立以及旧链路拆除5个环节。

4.3 无线垂直切换

阴影衰落、移动衰落以及功率损失等是无线信号的主要衰落类型，在这些衰落现象的影响下，无线网络连接的稳定性与可靠性难以得到有效保证。无线链路质量是进行无线网络切换的主要参考因素，对无线信号设定链路质量阈值，以便于及时判断接入网链路状态，而以上衰落因素常常出现，造成短期内无线链路质量存在波动现象，进而导致网络切换行为出现错误。

为有效减少这些情况的出现，应以无线链路质量评价标准和无线网络切换算法为基本依据，进行合理分析。现阶段评价无线网络质量的指标相对较多，同时不同标准化组织制定的指标也都存在差异。常见的无线网络质量评价指标有信号强度、信噪比以及误码率等等。由于异构无线网络评价的各种指标差异性很大，这影响到无线网络的垂直切换。所以，统一的链路评价指标对无线垂直切换算法的顺利实现起到巨大的促进作用。

结语

新时代背景下，融合通信持续快速发展，IMS的商业价值也将引起广大运营商的重视。IMS良好的融合能力优势以及全IP的进一步发展将其商业价值有效呈现出来。当前以IP网络为核心的IMS架构面临的首要任务就是服务质量问题。笔者从基于IMS的重叠网络结构、多路传输协议、内容分发机制以及无缝切换机制等方面着手，分析和研究了基于IMS重叠网络的多路径传输关键技术要点，以期为IMS服务质量的解决贡献一份力量。

参考文献

[1]左振勇.向量网支持的SCTP多路径网络传输的设计与实现[D].北京：北京交通大学，2016.

[2]于波，于东，贾军营.一种支持IMS异构网络的垂直切换算法[J].计算机工程，2012，38（22）：10-14.