面向消费者的NGN

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摘要　目前，基于可管理IP网络的IMS/NGN并不能满足面向消费者的消费型业务的需求，消费型业务将运营在公共互联网上，为此需要发展面向消费者的NGN。对应于可管理IP网络上的IMS，将在公共互联网上发展智能结点重叠网（INON），以提高分布式管理并改善P2P运营环境。
一、NGN的基本思路及其局限性
　　NGN是应电信转型的需求而发展的，为电信转型提供网络基础。电信转型的大方向是提供信息服务，信息服务又可细分为消费型服务业、生产性和公共服务业两大类。前者以三网融合和数字内容服务为主，后者则以ICT集成服务为主。电信转型包括三个方面：发展模式和增长方式转型、业务和服务转型以及网络转型。向NGN演化是网络转型的主要内容。
　　中国的电信运营商将“保持电信服务的基本要求（服务质量、普遍服务、应急服务、可管可控、用户溯源和合法监听）不变”作为转型的基本原则，国际上的主流电信运营商也大致如此。按照这一原则，运营商将在自己可管理的IP网络上为用户提供各种服务和解决方案，接入互联网只是向用户提供的业务之一，运营商将成为产业链的主导者。未来的VoIP、IPTV和各种多媒体业务都将运营在运营商的专网上，以实现可管、可控、可盈利。
　　在当前体制中，传统电信运营商以多个分离网络提供不同的业务，垂直分层；采用多种不同的技术构建网络；电信网、互联网和广播电视网是分离的；业务高度依赖于网络、业务创新模式相对封闭。这种体制不能满足电信变革的需求，需要进行网络转型。
　　电信网络转型的主要内容是发展NGN，要求建立可管理的IP网络作为基础承载层网络，在其控制层上建立IMS/NGN系统以支持三网融合的各种应用业务。咨询公司Yankee Group的报告表明，目前全球排名前20位的电信公司中有17家开始采用IP/MPLS技术作为承载层网络融合的解决方案。以AT&T为代表的22家电信运营商已经开始试验和部署IMS。
　　IMS采用SIP协议和客户机/服务器结构，实现了与接入无关的能为移动与固定业务共用的融合的核心网，能够为使用2.5G、3G、WLAN和各种固定宽带接入等不同终端的用户提供各种融合的业务，以及从PSTN电话、VoIP、IPTV到各种多媒体的应用。
　　电信运营商希望采用这一统一的平台支持从消费型服务业到生产性和公共服务业的各种应用。这种集中控制的平台对于向企业、VIP客户等提供生产性和公共服务业的各种应用是有效的。这种应用对于QoS和安全性有特别的要求，而如果用户愿意为此支付更高的费用，则IMS是一个不错的选择。与发达国家不同，在中国电信运营商的收入中来自政府、企业、大客户等VIP客户的比例很低。相信随着企业、政府信息化水平的提高，运营商在这方面将有着广阔的发展空间。因此，这类业务将成为电信转型的一个非常重要的方面。
　　但是在面向消费者以三网融合和数字内容服务为主的消费型服务业方面，情况就不同了。近年来，Skype互联网电话、P2P互联网电视、视频共享、播客等新媒体在互联网上的快速流行和广泛普及表明：未来面向消费大众的新媒体和多媒体及娱乐业务将运行在公共互联网上，而不是运营商的专网上。互联网开放、自治、无所不在的本性，为大众娱乐和新媒体提供了广阔的发展空间，真正实现了“以客户为中心”。在运营商可管可控的专网上，提供面向消费大众的新媒体和多媒体及娱乐业务，这只是运营商的一厢情愿，是无法和互联网竞争的。发展面向消费者的NGN必须采取另外一种思路。
二、消费型服务业将运营在公共互联网上
　　消费型服务业以三网融合和数字内容服务为主。几年前基于P2P技术的互联网电话的出现和快速发展，表明在公共互联网上可以提供用户满意质量的电话业务，IP电话不一定必须运营在运营商可管理的IP网上。2006年P2P互联网电视和UGC视频共享等互联网新业务的兴起和快速发展再一次打乱了电信运营商转型变革的部署。电信业转型的基本思路是建设可管理的IP网基础设施，在其上建立IMS/NGN平台以统一提供各种应用业务，实现固定移动融合（FMC）。固网运营商希望将IP电话和IPTV运营在这个网上，以改变目前宽带业务只能接入互联网的局面。而移动运营商则可以凭借IMS在3G时代继续维持今天移动通信自成专网、主导产业链的局面。然而2006年电信业的发展却事与愿违，运营在专网上的IPTV发展迟缓，仅有50多万用户，而运营在公共互联网上的P2P互联网电视却发展迅速，注册用户过亿，同时在线用户几百万。HSPA的发展使3G具有了宽带接入互联网的能力，和黄旗下的“3”公司于2006年12月在英国率先推出宽带接入互联网的包月业务，打开了“潘多拉盒子”，将移动运营商置于和固定运营商同等的地位。
　　新媒体对于电信业来说既是机会也是挑战。电信业的IMS/NGN及传统的电信运营模式不能满足新媒体的要求，运营商应该调整网络建设策略，改变运营模式以适应新媒体的需求。新媒体将推动三网融合的发展，只有将广播电视网和互联网融合才能满足新媒体以及高效提供广播、多播、单播、上传和双向交互的需求。电信业正面临与广播业、娱乐业和互联网行业的融合，包括网络的融合和业务的融合。
三、发展智能节点重叠网分布管理平台
　　采用客户机/服务器模式提供流媒体业务时，由于服务器瓶颈限制了用户数，运营商以较低的骨干网带宽就可以满足需求。P2P的使用大大提高了网络传输效率，从而导致骨干网的流量大大增加。目前在公共互联网的骨干网上，P2P流量已经成为主要流量。
　　P2P流量的增加导致了浏览等主要业务的服务质量下降，网间结算费用增加，运维成本提高，从而影响宽带接入业务的利润。P2P用户行为变得分散，难以分析和控制，带来盗版、政治安全、网络维护优化难度增大等问题。P2P业务是网络新媒体的重要分发手段，是客户的需求，对此运营商只能是设法解决问题，提供优质服务，而不能加以封堵。此外，各种P2P应用都有自己专门的协议和软件，不能互通，还需要建立自己的支撑环境，这就增加了管理的复杂性。
　　P2P业务是以重叠网的方式运营在公共互联网上的，IMS/NGN采用的客户机/服务器的体系结构并不能支持P2P业务。解决P2P的管理问题需要以重叠网的方式建立分布式管理系统，即智能节点重叠网（INON）。
　　如前所述，目前的NGN是在可管理的IP网上，建立IMS平台支持各种应用，这种方法是以运营商为中心，对于生产型应用是有效的。但是对于运营在公共互联网上的消费型应用，不可能再采用IMS，而是需要在公共互联网上建立INON来支持包括P2P在内的各种应用，这种方法是以客户为中心的，也有人称之为TELCO 2.0，如图1所示。

图1　并存的两种平台

　　2004年ITU-T SG13会议给出了NGN的定义：“NGN是一个分组网络，它提供包括电信业务在内的多种业务，能利用多种带宽和具有QoS能力的传送技术，实现业务功能与底层传送技术的分离；它提供用户对不同业务提供商网络的自由接入，并支持通用移动性，实现用户对业务使用的一致性和统一性。”NGN定义只给出了目标要求，并没有限定采用哪种技术。在公共互联网上建立INON提供各种消费型业务同样符合上述定义，这就是面向消费者的NGN。
四、INON
　　当今的互联网如此庞大，遍及全球，任何对路由器协议的修改都将影响互联互通性。为此，需要发展保持基本TCP/IP协议不变而能够改进互联网性能的方法，这就是重叠法。INON即采用了重叠法，保持TCP/IP不变，将原来的3层变成3-层，在其上建立一个INON作为3+层，在此分布式管理平台上提供流量监控、流量控制、QoS、病毒防止和安全性等服务。INON的另外一个任务是为各种P2P应用提供支撑环境，它可以为在互联网上采用不同协议和软件的各种P2P业务提供统一的支撑环境，主要是提供PPCDN和P2P-SIP，如图2所示。

图2　智能节点重叠网（INON）

　　INON是覆盖在IP核心网上的传统的弹性重叠网（RON）技术与分布式哈希表（DHT）技术相结合的新型重叠网技术，包括自动组网、网络资源管理和路由优化等关键技术，以此帮助接入网部分的各接入业务解决或优化在核心网上的数据传输和资源管理等方面的相关问题，并提供各种P2P应用的支撑环境。
　　1.INON的系统结构
　　INON组网分为RON组网和DHT组网两部分，分别解决数据传输和资源定位问题。图3给出了INON的系统结构，RON处于网络层之上，可以看成是位于3+层，由分布式网络测量、数据库和分布式内容检索与存储三部分构成。INON可同时支持多自治域间应用敏感的网络测量和流量监控分析，并利用分布式网络管理的路由发现功能，提供对应用的路由优化。

图3　智能节点重叠网的系统结构

　　智能节点通过高质量的网络测量方法，测量与其相连的实际骨干网上的链路状况，在智能节点上形成性能数据库。当接入业务通过INON网络上的智能节点进行转发时，可以根据接入业务对不同性能指标的需求，在INON中选择不同的路径，为一些对性能指标要求较高的接入业务提供优化转发路径，以便提高广播视频、音频等宽带无线多媒体业的服务质量。
　　分布式资源定位问题可采用DHT算法和相关技术来解决。分布式存储用来存储DHT算法发现的用户需要的内容资源，用以提供PPCDN等功能。
　　2.INON支持PPCDN
　　控制P2P流量，将P2P流尽量限制在本地，减少对骨干网容量的占用，这些措施可以平衡网络流量，提高骨干网的使用效率，对于运营商降低运营成本和形成健康的产业链来说具有重要的意义。解决这个问题最简单的方法就是效仿客户机/服务器模式采用缓存服务器和内容分发网络，最PPcash和PPCDN。
　　图4给出了PPcash的原理图，由P2P缓存器（PPC：P2Pcash）、P2P交换机（PPS：P2P switch）、负载平衡引擎（LBE）和P2Pcash管理器组成。在内部网络和外部网络边缘设置PPC代理和缓存用户的P2P请求，采用高效的缓存算法减少内外网之间的P2P流量。PPS采用旁路方式监控所有出口流量；LBE用于管理全网的P2P资源，合理调度PPC资源，优先引导内网用户P2P数据的交换；管理器则统一管理PPS和PPC等设备。

图4　PPcash的原理图

　　将PPcash设置在智能节点中，通过INON互相连接交换数据可以大大提高PPC的命中率，这就是PPCDN，如图5所示。INON采用DHT算法，可快速找到用户需要的资源，然后传输并存储到PPC中，从而大大提高命中率。具体来说：INON引入用户和内容的域归属概念，提供针对多域的分发管理功能；组织边缘服务器（ESP）、PPCache、超节点以及各种应用客户端，形成多层次混合体系结构的P2P重叠网络；引入分布式、对象化的内容索引存储机制，实现内容数据的分布式存储以及快速的资源查找和定位算法；引入超节点进行文件片的快速查找，以及对用户缓存内容的高效管理；模块化的协议代理机制，结合高性能的内容存储机制，灵活支持多种P2P内容分发协议。

图5　PPCDN原理图

　　INON提供基于P2P技术的互联网内容分发平台，提供海量内容的大规模内容分发服务，支持多域发布分发和多域负载均衡，提供多协议支持并支撑搜索；支持P2P内容下载、视频直播/点播以及视频广告管理；具有高可扩展性和开发性，可以为SP/CP提供统一开放的资源共享平台；可与现有的普通内容分发网络（CDN）系统进行无缝融合。
　　3.INON支持P2P-SIP
　　P2P系统有其自身的局限性，主要表现在各种应用均采用封闭的软件，接口都是专用的而不能互通，这些都限制了其进一步发展的空间。而NGN/IMS基于SIP协议，是一个开放的体系结构，可以支持各种多媒体业务。但是IMS被设计运行在可管理的IP网上，采用集中的服务器，存在单点故障，不支持P2P业务，建设和运营成本都高，也将损失互联网无所不在的性能。如果将P2P和SIP结合起来，不用中央服务器，而采用分布式结构，运营在公共互联网上，即可满足消费型业务的要求。
　　P2P-SIP采用P2P技术实现分布的SIP代理服务器/注册器，其作用类似于纯P2P网络的超级节点。与NGN/IMS系统相比，这种系统的灵活性更强，成本更低。图6给出客户机/服务器SIP（图6（a））和P2P-SIP（图6（b））网络结构的不同。客户机/服务器SIP采用集中的服务器存在单点故障问题，需要采用备份服务器，从而成本较高，而P2P SIP将集中的服务器代之以大量的分布式服务器（图6中的边缘设备（PE）），并通过DHT算法互联。

图6　P2P-SIP原理图

　　尽管今天的SIP P2P技术还在发展中，但是已经呈现出在公共互联网上以P2P SIP技术建立多媒体平台的发展趋势。INON可以实现这种多媒体会晤平台。PE设置在智能节点中，在INON上以DHT算法来实现发现。图7给出了用INON提供的P2P-SIP多媒体平台，可以提供节点的直接连接。即时通信可以连接QQ、Yahoo、MSN和Google，语音和视频电话可以连接世界各地，桌面共享和白板用于协作和远程学习，等等。

图7　P2P-SIP多媒体平台