NGN中资源接纳控制研究进展

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  摘要:下一代网业务控制和传送功能相分离后,为了保证业务的服务质量(QoS),引入了资源接纳控制的概念。通过实行资源接纳控制,资源接纳控制子系统 (RACS)向上向业务层屏蔽传送网络的具体细节,支持业务控制与传送功能相分离;向下感知传送网络的资源使用情况,确保正确合理地使用传送网络资源,从而保证业务的服务质量(QoS),并防止带宽和业务盗用现象发生。功能架构、涉及的实体和参考点、接入类型和终端、资源控制模式、功能实体之间的选择机制、不同域之间的互联、和传送控制功能中其他功能之间的交互是资源接纳控制的核心内容。由于TISPAN RACS和ITU-T资源接纳控制功能(RACF)的研究重点有差异,因此统一不同组织定义的架构将是各个组织今后研究的重点。
  关键词:下一代网;资源接纳控制;功能架构;服务质量
  
  Abstract: The Resource and Admission Control (RAC) constitute a key function needed for delivering Quality of Service (QoS), as the Next Generation Networks (NGN) separate service control and transport. The Resource and Admission Control Subsystem (RACS) through enforcing admission control decisions hides details of the transport layer from the service layer. It is session aware and makes sure that there are sufficient resources available to guarantee the appropriate level of QoS and avoid bandwidth and service stealing. The RAC technologies involve such key aspects as the functional architecture, physical entities and reference points, the access network and terminal, the resource control mode, the mechanism for selecting functional entities, interconnection between domains, and interaction with other transport control functions. The standard bodies will mainly focus on developing unified conceptual frames in future since TISPAN RACS and ITU-T RACF offer two different standards approach.
  Key words: NGN; resource and admission control; functional architecture; QoS
  
  资源接纳控制是人们在NGN中引入的一个全新的概念,位于业务控制层和承载传送层之间。通过实行资源接纳控制,向上向业务层屏蔽传送网络的具体细节,支持业务控制与传送功能相分离,向下感知传送网络的资源使用情况,通过接纳和资源控制,确保正确合理地使用传送网络资源,从而保证业务的服务质量(QoS),并防止带宽和业务被盗用的现象发生。
  对资源接纳控制的研究已成为国内外标准化组织的热点课题,ITU-T、TISPAN、3GPP、3GPP2以及中国标准化协会(CCSA)都对其进行了不同程度的研究。各组织对资源接纳控制的称谓不同,功能架构和研究的范围等也有一定程度的差别。资源接纳控制首先在TISPAN中明确提出,其相关功能称为资源接纳控制子系统(RACS),目前已经发布了R1阶段的规范ETSI ES 282 003 v1.6.8。ITU-T中相关功能称为资源接纳控制功能(RACF),在2004年6月启动的下一代网络热点组(FGNGN)中展开研究,2005年11月FGNGN工作结束后,相关工作继续在ITU-T的其他研究组中进行。ITU-T SG13研究组主要研究RACF的功能架构,其R1阶段的草案Y.RACF已经在2006年7月份的会议上通过;SG11组对RACF涉及到的物理实体之间的接口和协议进行研究,目前已经制订了5个接口的7个规范草案,还有两个规范已经纳入计划。3GPP中与资源接纳控制相关功能被称为策略和计费控制(PCC),目前已经发布了3GPP R7版本的规范3GPP TS 23.203 v1.0.0。中国对资源接纳控制功能的研究基本上与ITU和TISPAN的研究保持同步,在2006年的3月召开的网络总体工作组(WG1)13次会议和信令与协议工作组7次会议上分别通过了《电信级IPQoS体系架构》和涉及的3个接口协议的技术报告,部分成果已经转化为文稿提交给TISPAN和ITU-T中的相关研究组。
  
  1 功能架构和实体
  
  1.1 TISPAN RACS的功能架构
  TISPAN RACS R1阶段的功能架构如图1所示[1]
  


  RACS由两个实体组成:基于业务的策略决策功能(SPDF)和接入资源接纳控制功能(A-RACF)。SPDF向应用层提供统一的接口,屏蔽底层网络拓扑和具体的接入类型,提供基于业务的策略控制。SPDF根据应用功能(AF)的请求选择本地策略,并将请求映射成IPQoS参数,发送给A-RACF和边界网关功能(BGF),以请求相应的资源。
  A-RACF位于接入网中,具有接纳控制和网络策略汇聚的功能。从SPDF接收请求,然后基于所保存的策略实现接纳控制,接受或拒绝对传送资源的请求。A-RACF通过e4参考点从网络附着子系统(NASS)获得网络附着信息和用户QoS清单信息,从而可以根据网络位置信息(例如接入用户的物理节点的地址)确定可用的网络资源,同时在处理资源分配请求时参考用户QoS清单信息。
  传送层中包含3种功能实体,其中BGF是一个包到包(Packet-to-packet)网关,可位于接入网和核心网之间(实现核心边界网关功能),也可以位于两个核心网之间(实现互联边界网关功能)。BGF在SPDF的控制下完成网络地址转换(NAT)、门控、QoS标记、带宽限制、使用测量以及资源同步功能。资源控制执行功能(RCEF)实施A-RACF通过Re参考点传送过来的接入运营商定义的二层/三层(L2/L3)媒体流策略,完成门控、QoS标记、带宽限制等功能。二层终结功能(L2TF)是接入网中终结二层连接的功能实体。RCEF和L2TF是两个不同的功能实体,通常在物理设备IP边缘(Edge)上一起实现。R1阶段没有对接入节点进行研究。
  
  1.2 ITU-T RACF的功能架构
  ITU-T RACF的功能体系架构如图2所示[2]
  


  和TISPAN RACS的功能架构一样,RACF也由两部分组成:策略决策功能实体(PD-FE)和传送资源控制功能实体(TRC-FE)。PD-FE和传送技术无关,和业务控制功能(SCF)也无关。PD-FE基于网络策略规则、SCF提供的业务信息、网络附着属功能(NACF)提供的传送层签约信息,以及TRC-FE提供的资源接纳决策结果,然后作出网络资源接纳控制的最后决策。PD-FE基于每个流对PE-FE进行门控制,基于业务使用策略规则。TRC-FE和业务无关,但和传送技术相关。TRC-FE负责收集和维护传送网的拓扑和资源状态信息,基于拓扑、连接性、网络和节点资源的可用性,以及基于接入网中传送层签约信息等网络信息控制资源的使用,对传送网络实行接纳控制。PD-FE通过Rt参考点请求TRC-FE检测或者决定所请求的媒体流路径上的QoS资源。
  传送层由策略执行功能实体(PE-FE)和传送资源执行功能实体(TRE-FE)组成。PE-FE是包到包网关,可以位于用户终端设备(CPE)和接入网络之间、接入网和核心网之间或者不同运营商网络之间,是支持动态QoS控制、端口地址转换(NAPT)控制和NAT穿越的关键节点。TRE-FE执行TRC-FE指示的传送资源策略规则,其范围和功能以及Rn参考点有待进一步研究,不在R1阶段的研究范围之内。
  
  2 TISPAN RACS和ITU-T RACF的异同点
  
  2.1 功能实体和参考点
  从功能上看,PD-FE和SPDF相对应,但SPDF还包括TRC-FE的部分功能,如收集传送层资源使用情况。TRC-FE和A-RACF相对应,但不完全相同,TRC-FE的位置更加灵活,可以位于接入网络中,也可以位于核心网络中,而A-RACF是接入网中的一个功能。根据在网络中位置的不同,PE-FE分别和核心边界网关功能(C-BGF)、互联边界网关功能(I-BGF)以及RCEF相对应[3]
  由于功能定义的差异,在参考点方面相应地也有一些不同。首先,由于RACF架构中PD-FE可能需要给PE-FE推送一些关于底层网络的信息,如物理连接标识符和逻辑连接标识符,而这些信息需从NACF中获取,因此RACF和NACF的连接点为PD-FE,而TISPAN架构中RACS和NASS的连接点为A-RACF[4]
  ITU-T RACF的架构考虑了接入网、核心网以及外部网络全程的QoS控制,而TISPAN RACS架构在R1中只考虑对接入网进行控制,对IP核心网、外部网络等未定义。为此,相对于RACS,RACF增加了新的参考点,包括同一个运营商网络内多个PD-FE实例之间的Rd参考点,不同运营商之间PD-FE实例之间的Ri参考点,同一运营商核心网中多个TRC-FE实例之间的Rp参考点。RACF架构中涉及的参考点和RACS之间的对应关系,如表1所示。
  


  
  2.2 接入网类型和终端
  RACF定义了3种类型的终端,第1类是没有QoS协商能力的CPE,在发起业务请求的时候不能直接请求QoS资源;第2类是具有业务层QoS协商能力的CPE,如能发出会话描述的支持会话初始协议(SIP)的电话,通过业务层信令执行QoS的协商;第3类是具有传送层QoS协商能力的CPE,如通用移动通信系统(UMTS)终端,支持资源预留协议(RSVP)或者其他传送层信令(如PDP上下文、ATM PNNI/Q.931等信令),能通过传送设备,如不对称数字用户线接入复用器(DSLAM)、服务通用分组无线业务支持节点/网关通用分组无线业务支持节点(SGSN/GGSN)等,直接执行传送层QoS的协商。因此,RACF中的CPE考虑了移动这种情况,而目前TISPAN RACS中只考虑了数字用户线(xDSL)方式的接入网,终端类型包括上述的第1类和第2类。
  
  2.3 资源控制模式
  RACF支持“拉(Pull)”和“推(Push)”两种方式的QoS资源控制模式[5],以适应不同类型的CPE。
  所谓Pull方式是指SCF为CPE发起的业务向RACF请求QoS资源授权和资源预留,传送功能收到传送层QoS信令消息时主动向RACF请求决策。这种方式适用于第3类具有传送层QoS协商能力的CPE,可以通过传送层QoS信令显式地请求QoS资源预留。
  所谓Push方式是指SCF为CPE发起的业务向RACF请求QoS资源授权和资源预留,如果该请求能够满足,则RACF主动将决策推送给传送实体(TE)以获得相应的传送资源。这种方式适用于第1类和第2类CPE,对于第1类CPE,SCF代表CPE决定所请求的业务的QoS需求;对于第2类CPE,SCF从应用层信令中提取QoS需求。
  目前RACS只支持Push模式。
  
  2.4 选择机制
  为了能够在相关功能实体之间传递QoS请求,功能实体首先需要选择通信方,RACF定义了两种机制:静态机制和动态机制[5]。所谓静态机制是指功能实体通过静态配置的本地信息确定对端实体(例如SCF到PD-FE,PD-FE到PE-FE、TRC-FE)的IP地址或者域名。所谓动态机制是指功能实体通过动态信息(如根据业务类型和业务属性组合)确定对端实体和对应的网络地址,或使用用户标识查询域名服务器(DNS)。目前RACF要求必须支持静态机制,动态机制任选。
  RACS中AF可以通过与NASS的接口或者本地配置获得SPDF的IP地址或者域名,SPDF通过本地配置获取A-RACF和BGF的地址。
  
  2.5 组网和互联
  ITU-T考虑了两种引入RACF之后实现端到端QoS的组网模式[6],当接入网和核心网属于不同运营商时,可以由应用层SCF完成不同运营商之间的QoS协商,SCF分别和接入网以及核心网的PD-FE通过Rs参考点进行交互,接入网和核心网的PD-FE之间没有交互;也可以在RACF层完成QoS协商,SCF通过Rs参考点仅仅和核心网的PD-FE交互,接入网和核心网的PD-FE之间通过Ri参考点互通。不同运营商的核心网之间的互联与上述一致。
  TISPAN是在假设核心网络部分的QoS可以得到保证的情况下,专注于解决接入网部分的QoS,因此未涉及到端到端的QoS实现。核心网和接入之间通过C-BGF进行互联,核心网之间通过I-BGF进行互联。
  
  2.6 和NACF/NASS的交互
  ITU-T RACF和NACF之间交互的信息描述目前不清晰,而TISPAN中明确规定了A-RACF如何对应来自NASS和SPDF的信息,从而完成对资源接纳的控制。
  
  3 未来研究重点
  
  总的来说,TISPAN RACS的研究比ITU-T RACF启动早,但是ITU-T RACF的研究范围更全面,因此统一不同组织定义的架构将是各个组织今后研究的重点。
  TISPAN RACS在R2阶段提出的研究内容包括:完善和ITU-T、3GPP一致的功能架构,支持多域多运营商情况下可实施的场景,支持NGN中出固定宽带接入外的其他接入方式,实现NASS和SPDF间的信息交换,支持端到端的QoS等。
  ITU-T RACF中需要进一步研究的问题包括:完善和TISPAN、3GPP以及3GPP2定义的资源控制架构的一致性,统一不同运营商之间Ri参考点上传送的网络QoS信息,实现端到端的信令流,完成TRE-FE的功能定位以及TRC-FE和TRE-FE之间参考点Rn的定义,对在线计费的支持,和NASF之间的交互等。
  
  4 参考文献
  
  [1] ETSI ES 282 003 V1.6.8Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN), Resource and Admission Control Subsystem (RACS) functional architecture[S].
  [2] ITU-T Draft Recommendation Y.RACF Version 9.2Functional architecture and requirements for resource and admission control functions in next generation networks[S].
  [3] ITU-T Kobe-Q04-13-014Comparison of TISPAN RACF and ITU-T RACF[S].
  [4] ITU-T Kobe-Q04-13-007Proposed modifications to Ru reference point and RACF architecture[S].
  [5] ETSI TISPAN 10bTD107Current technical analysis of RACF and RACS[S].
  [6] ETSI TISPAN 10tTD069Comparison of some issues of RACS-RACF-PCC architectures[S].
  收稿日期:2006-07-24
  
  作 者 简 介
  黄荷仙,电信科学技术研究院毕业,硕士。现工作于信息产业部电信研究院通信标准研究所,主要从事NGN的资源控制以及编号、命名和寻址方案的研究。
  邓东风,电信科学技术研究院毕业,硕士。现工作于信息产业部电信研究院通信标准研究所,主要从事NGN、软交换等领域的研究。
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