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軟交換中承載網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù)分析
摘要:軟交換作為下一代通信網(wǎng)絡(luò)的控制核心部分，對(duì)其在網(wǎng)絡(luò)中的可靠性有很高的要求。本文在對(duì)軟交換的技術(shù)特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，詳細(xì)討論了軟交換技術(shù)中承載網(wǎng)組網(wǎng)技術(shù)，重點(diǎn)分析了軟交換承載網(wǎng)在基于QoS保證的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。并對(duì)承載網(wǎng)的安全性和可靠性進(jìn)行了研究。
關(guān)鍵詞:軟交換；可靠性；承載網(wǎng)；QoS
一、引言
從當(dāng)前電信業(yè)務(wù)發(fā)展的大趨勢(shì)看，IP業(yè)務(wù)將成為未來(lái)業(yè)務(wù)的主體。特別是隨著下一代因特網(wǎng)以及新一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，IP向傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)的滲透和傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)與IP的融合步伐將大大加快。
現(xiàn)有的傳統(tǒng)的電路交換技術(shù)，雖然在可以預(yù)見(jiàn)的未來(lái)仍將是提供實(shí)時(shí)電話業(yè)務(wù)的基本技術(shù)手段，但是已經(jīng)不能適應(yīng)未來(lái)以突發(fā)性數(shù)據(jù)為主的業(yè)務(wù)，因此建設(shè)新的對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)最佳的新一代網(wǎng)絡(luò)將勢(shì)在必行。在傳統(tǒng)的電路交換中，提供給用戶的各項(xiàng)功能或業(yè)務(wù)都直接與交換機(jī)有關(guān)，業(yè)務(wù)和控制都是由交換機(jī)來(lái)完成的，交換機(jī)所需要提供的業(yè)務(wù)和交換機(jī)提供的新業(yè)務(wù)都需要在每個(gè)交換機(jī)節(jié)點(diǎn)來(lái)完成，硬件平臺(tái)封閉，不利于業(yè)務(wù)的開發(fā)和應(yīng)用。如今需要將業(yè)務(wù)與控制分離，將呼叫控制與承載分離，這就出現(xiàn)了下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)的概念。下一代網(wǎng)絡(luò)采用開放的分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將網(wǎng)絡(luò)分成網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層、核心控制層、傳輸接入層和媒體層，NGN的主要設(shè)計(jì)思想是分布式的結(jié)構(gòu)，也就是將業(yè)務(wù)層、控制層與傳送層、接入層分離，各實(shí)體之間通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議進(jìn)行連接和通信。為此，通信網(wǎng)絡(luò)從電路交換向以軟交換為核心的下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展已是大勢(shì)所趨。
二、軟交換中承載網(wǎng)的QoS分析
（一）影響承載網(wǎng)QoS的指標(biāo)
在影響軟交換承載網(wǎng)的QoS指標(biāo)，主要有以下幾個(gè)方面：
1、抖動(dòng)問(wèn)題
根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得出，當(dāng)抖動(dòng)大于500ms是不可接收的，而抖動(dòng)達(dá)到300ms時(shí)，是可以接受的。此時(shí)為了消除抖動(dòng)會(huì)引起較大的時(shí)延，綜合時(shí)延對(duì)語(yǔ)音質(zhì)量的影響來(lái)考慮，要求承載網(wǎng)的抖動(dòng)小于80ms。抖動(dòng)所引起端到端的時(shí)延增加，會(huì)引起語(yǔ)音質(zhì)量的降低。
影響抖動(dòng)的因素一般和網(wǎng)絡(luò)的擁塞程度相關(guān)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)流量超忙，數(shù)據(jù)包在各節(jié)點(diǎn)緩存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使得到達(dá)速率變化較大。由于語(yǔ)音同數(shù)據(jù)在同一條物理線路上傳輸，語(yǔ)音包通常會(huì)由于數(shù)據(jù)包的突發(fā)性而導(dǎo)致阻塞。
2、時(shí)延問(wèn)題
當(dāng)前IP分組網(wǎng)的固有特性和低比特話音編解碼器的使用，使得VoIP語(yǔ)音分組的端到端時(shí)延要比電路交換網(wǎng)中的時(shí)延大得多，組成部分也更為復(fù)雜，VoIP應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)和底層傳輸協(xié)議的多樣性，決定了時(shí)延成分的多樣性。端到端的時(shí)延可以分成兩個(gè)部分，即固定時(shí)延和可變時(shí)延。固定時(shí)延包括編解碼器引入的時(shí)延和打包時(shí)延。固定時(shí)延和采用的壓縮算法、打包的語(yǔ)音數(shù)據(jù)量相關(guān)�？勺儠r(shí)延包括:承載網(wǎng)上的傳輸、節(jié)點(diǎn)中排隊(duì)、服務(wù)處理時(shí)延、去抖動(dòng)時(shí)延，這些和設(shè)備的端口速率，網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載情況，經(jīng)過(guò)的網(wǎng)絡(luò)路徑、設(shè)備對(duì)QoS的支持方式、實(shí)現(xiàn)的QoS算法等密切相關(guān)。
IP網(wǎng)中話音分組的端到端時(shí)延，150ms以下的時(shí)延，對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)是可接受的；150—400ms之間的時(shí)延，在用戶預(yù)知時(shí)延狀況的前提下可以接受，大于400ms的時(shí)延不可接受。
目前，不同級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，在正常情況下的數(shù)據(jù)包處理時(shí)延為幾十微秒到幾毫秒，能夠滿足單跳時(shí)延要求，但承載網(wǎng)的跳數(shù)設(shè)計(jì)不能超過(guò)以上端到端的的時(shí)延要求，而且跳數(shù)越少越好。
3、丟包率
丟包對(duì)VoIP語(yǔ)音質(zhì)量的影響較大，當(dāng)丟包率大于10%時(shí)，己不能接受，而在丟包率為5%時(shí)，基本可以接受。因此，要求IP承載網(wǎng)的丟包率小于5%。
丟包率的形成原因主要有兩點(diǎn)，一是傳統(tǒng)IP傳輸過(guò)程中的誤碼，這種情況在目前的網(wǎng)絡(luò)條件下發(fā)生的概率極低。另一個(gè)是不能保障業(yè)務(wù)帶寬造成的，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流量越擁塞，影響就越強(qiáng)烈，丟包發(fā)生率也就越大。
4、帶寬問(wèn)題
足夠的帶寬是保障業(yè)務(wù)QoS的重要手段。如語(yǔ)音編碼壓縮采用速率為8kbit/s。典型的語(yǔ)音編碼器每2Oms分發(fā)一個(gè)語(yǔ)音數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)據(jù)包中含有兩個(gè)語(yǔ)音幀，所以每2Oms就會(huì)采樣生成 160bit的信號(hào)，即數(shù)據(jù)包大小為20字節(jié)�？刂屏骱托帕盍鞯膸捲敿�(xì)計(jì)算原則是一樣的，要考慮信令消息以及形肖的字節(jié)數(shù)，開銷的計(jì)算跟語(yǔ)音業(yè)務(wù)帶寬中的計(jì)算類似，信令消息的字節(jié)數(shù)則需要根據(jù)不同協(xié)議的呼叫消息字節(jié)數(shù)、呼叫比例的分配等來(lái)計(jì)算。由于控制信令在承載網(wǎng)占用的帶寬較媒體流來(lái)說(shuō)微乎其微，大約只占所需帶寬的0.5%，一個(gè)簡(jiǎn)單快速的算法就是按照媒體流帶寬的2.5%預(yù)留。
（二）承載網(wǎng)的QoS解決方案
通過(guò)對(duì)影響QoS的以上指標(biāo)分析可以看到，對(duì)承載網(wǎng)要充分合理的帶寬規(guī)劃、避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，是目前現(xiàn)實(shí)方案中需要重點(diǎn)考慮的因素。
在傳送數(shù)據(jù)之前，根據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留，從而為改數(shù)據(jù)流提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證。集成模型雖然能夠提供確定的服務(wù)質(zhì)量保證，但是它需要在網(wǎng)絡(luò)中維護(hù)每個(gè)流的狀態(tài)，對(duì)路由器的要求高，難以在大型正網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施，因此不考慮使用這個(gè)方案。區(qū)分服務(wù)的基本思想是將用戶的數(shù)據(jù)流按照服務(wù)質(zhì)量要求劃分等級(jí)，級(jí)別高的數(shù)據(jù)流在排隊(duì)和占用資源時(shí)比級(jí)別低的數(shù)據(jù)流有更高的優(yōu)先級(jí)。區(qū)分服務(wù)只包含有限數(shù)量業(yè)務(wù)級(jí)別，狀態(tài)信息數(shù)量少、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、擴(kuò)展性好。因此區(qū)分服務(wù)是目前大家認(rèn)同的IP網(wǎng)絡(luò)QoS的解決方案。
在NGN業(yè)務(wù)與互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)共用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的情況下，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的流量特征對(duì)網(wǎng)絡(luò)QOS性能的影響要充分考慮。一直以來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與建設(shè)基本上是參照平均統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ�，在充分考慮業(yè)務(wù)發(fā)展需要的同時(shí)預(yù)留一定的余量，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的能力與帶寬往往超過(guò)實(shí)際的需要，但實(shí)際上發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量并不穩(wěn)定。因此，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中必須充分考慮互聯(lián)網(wǎng)流量對(duì)NGN業(yè)務(wù)的沖擊。解決這個(gè)問(wèn)題，可以考慮建設(shè)NGN專用網(wǎng)絡(luò)去避免這個(gè)問(wèn)題。從運(yùn)營(yíng)的角度看，考慮到傳輸資源充分、網(wǎng)絡(luò)帶寬以及設(shè)備成本低、安全性等因素的考慮，建設(shè)專用輕載網(wǎng)絡(luò)，盡可能增大網(wǎng)絡(luò)帶寬也是非常現(xiàn)實(shí)的方案。
承載網(wǎng)的QoS解決思路，將根據(jù)實(shí)際情況混合采用以上技術(shù)。在骨干層使用
MPLSVPN技術(shù)。在與互聯(lián)網(wǎng)共用設(shè)備的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)NGN承載的實(shí)體，分別將骨干網(wǎng)上 NGNVPN的LSP，NGN業(yè)務(wù)的二層VLAN，NGN業(yè)務(wù)的三層IP地址的優(yōu)先級(jí)字段都設(shè)置為最高級(jí)別，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)通過(guò)優(yōu)先級(jí)字段進(jìn)行報(bào)文分類、流量整形、流量監(jiān)管和隊(duì)列調(diào)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)NGN業(yè)務(wù)高優(yōu)先級(jí)的處理，最大程度減少互聯(lián)網(wǎng)的突發(fā)特性對(duì)NGN業(yè)務(wù)的沖擊。另外，專用設(shè)備的建設(shè)用以保障在NGN業(yè)務(wù)量大的區(qū)域，隔離互聯(lián)網(wǎng)對(duì)NGN業(yè)務(wù)的影響。
三、承載網(wǎng)的安全性與可靠性分析
為防止受到黑客或病毒程序的攻擊或干擾，NGN承載網(wǎng)必須與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行物理或邏輯隔離，與互聯(lián)網(wǎng)的互通必須通過(guò)安全設(shè)備(如防火墻)實(shí)現(xiàn)，不能直接接入；NGN用戶或設(shè)備的接入需要經(jīng)過(guò)身份認(rèn)證才可以接入NGN網(wǎng)絡(luò)，避免非法用戶和非法報(bào)文進(jìn)入NGN網(wǎng)絡(luò)。只有當(dāng)用戶的身份得到確認(rèn)，才可以進(jìn)
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