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下一代网络信令的研究进展

　　摘要　随着NGN标准化工作的加快，SP?column=news&key=信令 target=_blank

　　关键词　下一代网络　IP多媒体子系统　PSTN仿真子系统

1、概述

　　为了加快NGN的研究和标准化进程，国际标准化组织都在制定NGN的标准。ITU-T对NGN的研究主要在FG和SG13；欧洲标准化组织ETSI继成功运作了主导全球3G标准之后，又雄心勃勃地开展了NGN的TISPAN（telecommunications and Internet converged services and protocols for advanced networking）计划。目前NGN在业务层涵盖的内容非常广泛，因此它需要的信令和协议也比较多，TISPAN并不是专门建立一整套新的信令协议，而是尽量利用各个标准组织已经定义的信令和协议。再根据NGN的需求，增加一些信令协议内容或制定新的信令协议。

2、NGN的架构

　　目前国际不同的标准研究组织提出的架构不尽相同，其中欧洲计划推进速度最快，相应的标准也具有实施性。因此它的标准将会直接影响ITU-T的NGN标准制定。TISPAN NGN的功能结构包括业务层和基于IP的传送层。

　　业务层包括下列部件：

　　●资源和接纳控制子系统（RACS）；

　　●网络附着（attachment）子系统（NASS）；

　　●IP多媒体子系统（IMS）；

　　●PSTN/ISDN仿真子系统（PES）；

　　●其他多媒体子系统（例如流媒体子系统、广播子系统等）和应用；

　　●公共部件（即几个子系统共用的部件），例如计费功能、用户清单管理、安全管理。

　　传送层在网络附着子系统和资源和接纳控制子系统的控制下，向TISPAN NGN终端提供IP连接性，这些子系统隐藏了IP层下使用的接入和核心网的传送技术。这些子系统可以分布在网络／业务提供者域，例如网络附着子系统可以分布在拜访和归属网之间。图1给出了TISPAN NGN的结构。

图1　TISPAN NGN的结构

3、NGN的信令接口协议

　　3.1　传送层

　　只有与业务层交互的功能实体在传送层可见，包括媒体网关功能(MGF)、边界网关功能（BGF）。传送层采用基于IP/UDP的实时传送协议（RTP）传送高层的媒体流，媒体流可以是语音、视频等。

　　3.2　业务层

　　3.2.1　网络附着子系统

　　网络附着子系统应该提供下列功能：

　　●动态IP地址分配和其他终端配置参数（例如使用DHCP）；

　　●发生在IP层的鉴权，可能是在地址分配程序期间或之前；

　　●根据用户业务清单（profile）的网络接入授权；

　　●根据用户业务清单的接入网配置；

　　●发生在IP层的位置管理。

　　图2给出了网络附着子系统中各功能实体之间以及和NGN结构中其他子系统的相互关系，网络附着子系统包含网络接入配置功能（NACF）、接入管理功能（AMF）、连接性会话位置功能（CLF）和用户接入授权功能（UAAF）。

图2　NASS的结构

　　NASS目前主要由TISPAN研究，研究的主要内容集中在各个接口要交互的信息和相应的流程，但是目前还不能确定哪些接口是外部接口，因此TISPAN研究的接口还是参考点并没有确定传送上层信息的基础协议，下面是各个接口的内容：

　　（1）AMF和NACF之间的接口（a1）

　　AMF为端用户设备分配IP地址或其他网络配置参数时，向NACF发出请求。目前这个参考点还没有明确。但是基本上趋向于采用类似DHCP的机制。

　　（2）NACF与CLF之间的接口（a2）

　　这个接口协议用于NACF在CLF内注册，NACF向CLF登记已分配的IP地址和用户标识以及相关位置信息（IP边缘ID、线路ID）之间的关联。该接口上传递的信息流包括：绑定指示，绑定证实，解除绑定指示。

　　（3）AMF与UAAF之间的接口（a3）

　　在这个参考点上，允许AMF向UAAF请求用户的鉴权和网络签约核对。

　　（4）UAAF与CLF之间的接口（a4）

　　在这个参考点上，CLF根据UAAF提供的位置信息隐私登记用户标识和用户参数选择之间的关联。也用于登记用户的网络清单信息（QoS清单）。CLF可从UAAF获取用户的网络清单。

　　CLF到UAAF的接口上使用的信息流包括：接入清单Push，接入清单Pull，取消接入清单。

　　接入清单Push用于对签约用户鉴权成功后，UAAF将从PDBF获取的接入清单信息push给CLF。接入清单Pull用于CLF请求来自UAAF的接入清单信息。对接入清单Pull的响应是接入清单Push信息。取消接入清单用于UAAF请求CLF删除用户的信息这种要求，可能是网络管理的需求。

　　（5）UAAF之间的接口（e5）

　　该参考点处于UAAF代理和UAAF服务器之间，这两个实体可处于不同的管理域中。UAAF代理通过该参考点，可请求UAAF服务器根据用户profile对用户鉴权和认证，也可以将某个用户会话的计费数据前转给UAAF服务器。

　　UAAF代理从AMF通过a3接口收到的接入请求、认证请求和计费信息，通过e5接口前转给UAAF服务器。在e5接口上收到UAAF服务器的响应，通过a3接口前转给AMF。为了方便交换信息，需在UAAF代理和UAAF服务器之间建立一个双边信任关系。

　　该接口应支持在UAAF代理和UAAF服务器之间交换AAA消息。RADIUS和Diameter是两种可选的承载协议。在阶段3中将研究本接口上这些协议的profile和要求。

　　（6）CLF与RACS之间的接口（e4）

　　通过该参考点，RACS从CLF获取位置信息（如到达用户的物理节点地址），从而确定可用的网络资源。也可以获取用户网络profile信息，在处理分配资源请求时作为参考。在e4参考点上交换的信息包括：逻辑接入ID（线路ID）、分配的IP地址和IP边缘的ID之间的绑定，以及在处理分配资源请求时用到的用户网络清单信息。

　　CLF到RACS的接口上的信息流包括：接入清单Push，接入清单Pull，IP连接性释放指示。

　　（7）CLF和业务控制子系统之间的接口（e2）

　　通过该参考点，业务控制子系统从CLF获取网络位置信息。接口上的信息流包括：位置信息查询，位置信息响应。

　　（8）鉴权和IP地址分配的接口（e1）

　　在该参考点上，UE发出分配IP地址以及其他接入网络所需的网络配置参数的请求。AMF通过ARF接收这些请求。分配IP地址以及其他网络配置参数的请求，以DHCP或者PPP的形式。假设传输平面的IP边缘包括一个接入中继功能（ARF），充当用户设备中的DHCP客户端和网络附着子系统中DHCP服务器之间的DHCP中继。

　　在给网络附着子系统发送一个请求前，中继功能在从用户设备上接收到的信息上添加网络位置信息。在该参考点上，为了完成网络接入认证：用户设备可以向网络附着子系统提供用户的信任状（密码、token、证书等）；在需要手动认证时。NASS也可以向用户提供认证参数。根据认证的结果，AMF批准或拒绝用户设备接入到网络。

　　（9）CNGCF和CNG之间的接口（e3）

　　CNGCF利用该参考点配置CNG。在初始化和更新过程中，CNGCF为CNG提供附加的在接口（e1）上没有的网络配置信息，使CNG允许接入到TISPAN业务／应用中。

　　3.2.2　资源和接纳控制子系统

　　资源和接纳控制子系统应该提供接纳控制和关口控制功能（包含NAPT控制和DSCP标记）。接纳控制涉及到根据运营者的具体策略规则和资源，检查接入网附着子系统保存的签约数据的授权。检查资源可用性意味着接纳控制功能校对被请求的带宽是否与预定的带宽和用户使用的带宽一致。

　　目前RACS的研究集中在ITU-T和ETSI的TISPAN，ETSI TISPAN目前主要考虑对接入网的资源控制，如图3所示，而ITU-T的资源控制包括接入网和核心网，如图4所示。

图3　ETSI TISPAN RACS

图4　ITU-T RACF的结构

　　3.2.2.1　ETSI TISPAN的RACS

　　目前ITU-T和TISPAN在RACS的研究没有同步，所以提出的结构和范围也不尽相同，功能实体的叫法也不同，ETSI TISPAN RACS的结构包括接入网资源和接纳控制功能（A-RACF）和业务策略决定功能（SPDF），与之相关的实体有接入点、IP边缘和核心边界点。

　　A-RACF通过Rq接口协议，提供针对拓扑状态的资源预约、资源预约跟踪、基于接纳控制的资源限制，Rq接口用于SPDF与A-RACF之间QoS资源预约信息的交互。经Rq接口，SPDF向接入网和汇聚网发出资源请求，指出IP QoS特征，A-RACF将使用IP QoS信息完成接纳控制，并向SPDF指出接纳控制的决定。

　　（1）资源预约请求

　　资源预约请求用于SPDF向A-RACF请求资源。SPDF根据本地配置数据，知道A-RACF实体的地址。

　　（2）资源修改请求

　　资源修改请求用于SPDF向A-RACF修改先行资源的分配，与A-RACF联系所需的地址信息可以来自于AF。

　　（3）资源请求/修改确认

　　资源请求/修改确认用于A-RACF证实资源的预约或修改。在不能完成请求的情况下，将给SPDF返回适当的原因；在不成功修改的情况下，BGF也要通知先前的资源是否还保持。

　　（4）资源释放请求

　　资源释放请求用于SPDF放弃A-RACF的资源预约，包含的参数指出是否希望接收来自A-RACF的证实。

　　（5）中止资源预约

　　中止资源预约用于A-RACF向SPDF指出，先前预约的资源已丢失。

　　3.2.2.2　ITU-T的RACF

　　ITU-T RACF的功能实体包括：R-BGF（驻地边界网关功能实体）、CPN（用户驻地网）、ANF（接入节点功能实体）、ENF（边缘节点功能实体）、SCPF（会话控制代理功能实体）、IBCF（互联边界控制功能实体）、PDF（策略决定功能实体）、A-TRCF（接入传送资源控制功能实体）、C-TRCF（核心传送资源控制功能实体）、A-BGF（接入边界网关功能实体）、I-BGF（互联边界网关功能实体）。

　　ITU-T的信令协议主要在SG11研究，目前的研究主要集中在Gq’、Rp、Re和Rc接口。其中Gq’是基于IETF RFC3558的Diameter基础协议，用于会话业务控制功能和策略决定功能之间，交换基于会话策略的呼叫控制信息；Rp是C-TRCF之间的接口协议，称为“资源连接初始化协议”，目前采用了专门协议在同一运营商不同C-TRCF之间传送信令连接信息；Re是A-TRCF与ANF或ENF之间的接口，用于接入节点功能实体和边缘节点功能实体的资源控制；Rc是基于IETF RFC2748的COPS，用于A-TRCF或C-TRCF收集接入网或核心网的网络拓扑和资源状态信息。目前这几个接口协议在SG11主要由中国代表团主导研究。

　　3.2.2.3　ITU-T RACF与TISPAN RACS接口协议的关系

　　ITU-T RACF与TISPAN RACS接口协议的对应关系如表1所示，其中只是列出了目前重点研究的几个接口协议的对应关系。

表1　ITU-T RACF与TISPAN RACS接口协议的对应关系

ITU-T	ETSI TISPAN
Re(COPS)	Re+Ra（还没有确定基本协议）
Rc(COPS)	还没有定义这个接口
Go’(还没有基本确定协议)	Ia(准备采用H.248)

　　3.2.3　IP多媒体子系统

　　IP多媒体子系统由提供IP多媒体业务（例如语音、视频、文本、聊天等）的所有构架在分组传送网上的核心网单元构成，与IMS相关的实体包括CSCF、MGCF、MRF等，如图5所示，参见3GPP TS23.228 IMS。

图5　NGN TISPAN IMS的结构

　　3.2.4　基于IMS的PSTN/ISDN仿真子系统

　　PSTN/ISDN仿真是为连接到IP网（经过网关）的传统电话终端仿真PSTN/ISDN，所有PSTN/ISDN业务保持可用和一致，这样端用户就不会意识到没有连接到基于TDM的PSTN/ISDN。相对于PSTN/ISDN仿真，PSTN/ISDN模拟指配置类似PSTN/ISDN业务的IP电话终端。

　　TISPAN PSTN/ISDN仿真的功能结构如图6所示。PSTN/ISDN仿真的绝大部分功能实体与IMS的功能实体一致，只有接入网关控制功能（AGCF）是例外，它使用媒体控制协议，负责控制住宅和接入媒体网关。其中与IMS一致的功能实体有MR-FC、MRFP、SLF、MGCF、S-CSCF、P-CSCF、I-CSCF、BGCF、HSS。

图6　PSTN/ISDN仿真子系统功能结构

　　表2是PSTN/ISDN仿真和3GPP IMS之间接口协议的映射表。而且也指出是否为TISPAN PSTN/ISDN仿真特有的接口协议，还是TISPAN结构特有但是应用于多个子系统。

表2　PSTN/ISDN仿真和3GPP IMS之间接口协议的映射

接口	3GPP IMS参考点	协议	备注
S1	Gm	SIP
S2	Mw	SIP
S3	Mw	SIP-I
S4	Mr	SIP
S5	Mg	SIP-I
S6	Mi	SIP-I
S7	Mj	SIP-I
S8	Mw	SIP-I
S9	ISC	SIP-I
S10	Mw,Mm,Mx	SIP-I或SIP
S11	None	SIP-I或SIP	TISPAN的接口
S12	None	SSURN over SIGTRAN	TISPAN的接口
S13	None	SIP-I或SIP	TISPAN的接口
D1	Dh	Diameter
D2	Dx	Diameter
D3	Cx	Diameter
D4	None	Diameter	TISPAN PSTN/ISDN仿真的接口
D5	Ro/Rf	Diameter
D6	Ro/Rf	Diameter
D7	Gq	Diameter
D8	Gq	Diameter
D9	Sh	Diameter
H1	None	H.248	TISPAN PSTN/ISDN仿真的接口
H2	Mn	H.248
H3	Mp	H.248
H4	Go	还未确定	TISPAN的接口
11	None或Ix	还未确定	TISPAN的接口
12	None或Ix	还未确定	TISPAN的接口
13	None	TCAP over SIGTRAN	TISPAN PSTN/ISDN仿真的接口
14	None	H.323或SIP	TISPAN的接口
15	None	还未确定	TISPAN的接口
16	None	还未确定	TISPAN的接口

　　表中的SIP主要基于下列IETF的RFC：

　　●IETF RFC 3261，“SIP：会话初始协议”

　　●IETF RFC 3840，“在会话初始协议（SIP）指出用户代理能力”

　　●IETF RFC 3323，“会话初始协议（SIP）的私密机制”

　　●IETF RFC 3325，“会话初始协议（SIP）为可信任网的标识的私有扩展”

　　●IETF RFC 3312，“资源管理和会话初始协议（SIP）的结合”

　　●IETF RFC 3841，“会话初始协议（SIP）的主叫优选方式”

　　●IETF RFC 3428，“会话初始协议（SIP）为即时消息的扩展”

　　●IETF RFC 3263，“会话初始协议（SIP）：定位SIP服务器”

　　●3GPP TS 24.229，“基于SIP和SDP的IP多媒体呼叫控制”

　　目前NGN中已经使用的SIP还不稳定，根据新的业务需求还需要一些新的扩展，TISPAN也在与3GPP进行一些联合会议，讨论NGN对3GPP IMS的SIP的新需求。

　　SIP-I就是像SIP中封装SDP那样封装ISUP的协议，主要用于传统PSTN用户的呼叫在SIP网中的传送，目前与之相关的标准是ITU-T SG11颁布的Q.1912.5会话初始协议（SIP）和与承载无关的呼叫控制协议（BICC）或ISDN用户部分的互通。

　　D1至D9接口Diameter协议是基于下列标准：

　　●IETF RFC 3588，“Diameter基础协议”

　　●IETF RFC 3589，“为3GPP定义的Diameter命令码”

　　●3GPP TS 29.228，“IMS的Cx和Dx接口；信令流和消息内容”

　　●3GPP TS 29.229，“基于Diameter协议的Cx和Dx接口”

　　●3GPP TS 29.329，“基于Diameter协议的Sh接口”

　　H.248和H.323都基于ITU-T的相关标准。TCAP over SIGTRAN中的标准TCAP就是原来No.7信令网中的事务处理能力应用部分（TCAP），SIGTRAN可能是基于IP/SCTP的M3UA，CCSA已经颁布了相应的标准。

4、结束语

　　目前NGN的标准主要集中在业务需求和框架结构的研究，虽然信令和协议方面也在同步地进行，但是实际的研究还比较零散。NGN的相关信令协议不是集中在某个国际标准组织，很多基础信令协议还是利用已经颁布的国际标准，然后在此基础上增加相应的NGN信息和内容。因此NGN的信令协议还有很多工作要做。

作者：续合元　