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下一代網(wǎng)絡(luò )附著(zhù)子系統研究進(jìn)展

2008/08/15

  下一代網(wǎng)絡(luò )(NGN)的標準是當前通信標準領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究課題之一,對NGN架構的研究主要在高級網(wǎng)絡(luò )電信與因特網(wǎng)融合業(yè)務(wù)和協(xié)議(TISPAN)組織和國際電信聯(lián)盟電信標準部(ITU-T)兩大國際標準組織內進(jìn)行。

1.TISPANR1階段研究成果

  TISPAN是隸屬于歐洲電信標準組織(ETSI)的一個(gè)技術(shù)委員會(huì ),于2003年9月由從事固定網(wǎng)標準化的SPAN和從事IP語(yǔ)音(VoIP)研究的TIPHON兩個(gè)委員會(huì )合并而成,專(zhuān)門(mén)負責對下一代網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行研究和標準化工作。

  TISPAN將NGN研究分為3個(gè)階段(即R1、R2、R3),其中R1階段已結束,在2005年底發(fā)布了第1批標準文檔;R2階段已經(jīng)啟動(dòng),計劃在2007年7月結束。

  在R1階段,TISPAN有多個(gè)工作小組從事網(wǎng)絡(luò )附著(zhù)子系統(NASS)研究,分別研究NASS的內部架構和外部接口協(xié)議(如e1、e2、e4、e5),目前均出版了正式的技術(shù)規范。

1.1NASS在NGN架構中的位置

  TISPAN依據3GPP的IP多媒體子系統(IMS)體系架構提出了NGN的體系結構和邏輯功能結構,并盡可能重用3GPP的相關(guān)規范,但要求支持更多的接入方式,包括數字用戶(hù)線(xiàn)(xDSL)、局域網(wǎng)(LAN)、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)(WLAN)等。目的是使IMS成為基于會(huì )話(huà)初始協(xié)議(SIP)的通用平臺,同時(shí)支持固定通信網(wǎng)和移動(dòng)通信網(wǎng)的多種接入方式。為此,TISPAN將NGN架構分為業(yè)務(wù)層和傳送層,在傳送層引入了NASS與資源及接納控制子系統(RACS),負責為上層業(yè)務(wù)層提供獨立的用戶(hù)接入管理功能,如圖1所示[1]。



NASS完成對用戶(hù)附著(zhù)于接入網(wǎng)絡(luò )的管理,主要功能包括:

  為用戶(hù)設備(UE)動(dòng)態(tài)提供IP地址,以及其他配置參數。

  對用戶(hù)進(jìn)行接入層的鑒權。

  基于用戶(hù)業(yè)務(wù)清單(Profile),對用戶(hù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )接入的授權。

  基于用戶(hù)業(yè)務(wù)清單,配置接入網(wǎng)絡(luò )。

  管理用戶(hù)的位置信息。

  NASS提供的是接入層的注冊功能,此外業(yè)務(wù)層還可以要求用戶(hù)再次注冊。

  NASS提供網(wǎng)絡(luò )級的標識信息和鑒權方式,管理接入網(wǎng)的IP地址空間,為用戶(hù)提供NGN上層業(yè)務(wù)應用的接入點(diǎn)信息。

  NASS提供移動(dòng)性管理,終端可以游牧到不同的接入點(diǎn)或接入網(wǎng)絡(luò )(可以是不同的運營(yíng)商)。

  用戶(hù)可以使用不同的終端接入網(wǎng)絡(luò )享受下一代網(wǎng)的業(yè)務(wù)。但R1階段不支持接入網(wǎng)絡(luò )之間的切換,不提供業(yè)務(wù)連續性。

  對于用戶(hù)所附著(zhù)的接入網(wǎng)絡(luò ),NASS提供的鑒權方式有兩種:隱式鑒權和顯式鑒權。

  顯式鑒權需要在用戶(hù)設備(UE)與NASS之間執行一個(gè)鑒權信令交互過(guò)程,而隱式鑒權則沒(méi)有這樣一個(gè)過(guò)程,NASS直接根據UE的二層(L2)連接的標識進(jìn)行鑒權。如線(xiàn)路鑒權就是一種隱式鑒權。

1.2NASS功能單元的組成.

  NASS的基本架構如圖2所示,由網(wǎng)絡(luò )接入配置功能(NACF)、接入管理功能(AMF)、連接會(huì )話(huà)定位與存儲功能(CLF)等邏輯功能單元組成。

(1)網(wǎng)絡(luò )接入配置功能

  NACF負責為UE分配IP地址,并提供UE所需要的其他網(wǎng)絡(luò )配置參數,如域名服務(wù)器(DNS)地址、上層業(yè)務(wù)接入點(diǎn)地址等。對于上層的IMS,業(yè)務(wù)接入點(diǎn)就是P-CSCF(代理呼叫會(huì )話(huà)控制功能)。NACF還向UE提供一個(gè)接入網(wǎng)絡(luò )標識符,唯一地標識UE所附著(zhù)的接入網(wǎng)絡(luò ),上層應用可通過(guò)該標識符定位CLF。

(2)接入管理功能

  AMF負責翻譯UE的接入請求,將UE的IP地址分配請求以及網(wǎng)絡(luò )配置參數請求轉發(fā)至NACF,將用戶(hù)鑒權請求轉發(fā)給用戶(hù)接入授權功能(UAAF),反向則將來(lái)自NACF或UAAF的響應轉發(fā)給UE。

(3)連接會(huì )話(huà)定位與存儲功能

  CLF登記UE所分配的IP地址、NACF提供的相關(guān)網(wǎng)絡(luò )定位信息、地理位置信息,并對這些信息進(jìn)行關(guān)聯(lián);CLF還存儲用戶(hù)標識、用戶(hù)的服務(wù)質(zhì)量(QoS)清單、用戶(hù)的位置信息隱私權設置。CLF向上層業(yè)務(wù)提供位置查詢(xún)功能。

(4)用戶(hù)接入授權功能

  UAAF提供用戶(hù)鑒權、授權核查功能。UAAF從清單數據庫功能(PDBF)包含的用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )清單信息中獲取鑒權和網(wǎng)絡(luò )授權信息。UAAF也收集用于計費的帳務(wù)數據。

(5)清單數據庫功能

  PDBF存儲用戶(hù)鑒權數據(如用戶(hù)標識、支持的鑒權方法列表、鑒權密鑰)以及與網(wǎng)絡(luò )接入配置相關(guān)的信息。PDBF與業(yè)務(wù)層的用戶(hù)業(yè)務(wù)清單數據庫(見(jiàn)圖1)分工不同,PDBF是傳送層的數據庫,存儲用于接入和鑒權的信息,用戶(hù)業(yè)務(wù)清單數據庫是業(yè)務(wù)層的數據庫,存儲用戶(hù)的業(yè)務(wù)信息。但兩者有一定的關(guān)聯(lián),在物理上可以考慮合設。

(6)客戶(hù)網(wǎng)關(guān)配置功能

  客戶(hù)網(wǎng)關(guān)配置功能(CNGCF)在UE初始化或升級時(shí)使用,為UE提供額外的配置信息,如防火墻配置、IP包的QoS標記等。CNGCF與NACF提供的網(wǎng)絡(luò )配置數據相輔相成,使UE能順利地接入網(wǎng)絡(luò )。

(7)接入中繼功能

  接入中繼功能(ARF)不屬于NASS的組成單元,它位于客戶(hù)網(wǎng)關(guān)(CNG)與NASS之間,作為中繼,可以在用戶(hù)請求中插入接入網(wǎng)絡(luò )所提供的位置信息。

  在正常的UE接入流程中,UE通過(guò)ARF/AMF先與UAAF交互,完成鑒權和網(wǎng)絡(luò )授權;再與NACF交互,獲得用于接入的IP地址與其他配置參數;UAAF和NACF分別將用戶(hù)相關(guān)信息送至CLF,在CLF處進(jìn)行關(guān)聯(lián)和存儲,供RACS和上層業(yè)務(wù)查詢(xún)。

1.3接口描述

  NASS接口包括NASS內部各邏輯功能單元之間的接口和NASS對外的接口。

1.3.1NASS內部各邏輯功能單元之間的接口

(1)a1接口

  a1接口是AMF與NACF之間的接口。a1接口用于A(yíng)MF向NACF請求為UE分配IP地址及其他網(wǎng)絡(luò )配置參數。

(2)a2接口

  a2接口是NACF與CLF之間的接口。NACF通過(guò)本接口向CLF登記為UE所分配的IP地址與相關(guān)位置信息的關(guān)聯(lián)關(guān)系,或者通知CLF注銷(xiāo)關(guān)聯(lián);CLF可通過(guò)本接口為NACF提供CNGCF地址、地理位置信息、P-CSCF標識信息。

(3)a3接口

  a3接口是AMF與UAAF之間的接口。a3接口用于A(yíng)MF向UAAF請求對用戶(hù)進(jìn)行鑒權和進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )簽約信息的核查。

(4)a4接口(即UAAF與CLF之間的接口)

  a4接口是UAAF與CLF之間的接口。UAAF通過(guò)本接口以“推(Push)”的方式向CLF登記用戶(hù)標識與用戶(hù)位置信息隱私權設置的關(guān)聯(lián)關(guān)系,以及用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )清單信息(如QoS信息)。CLF也可通過(guò)本接口以“拉(Pull)”方式主動(dòng)向UAAF查詢(xún)用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )清單信息。

(5)e5接口

  e5接口[2]是UAAF代理與UAAF服務(wù)器之間的接口。e5接口用于UAAF代理(位于用戶(hù)拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò ))與UAAF服務(wù)器(位于用戶(hù)歸屬網(wǎng)絡(luò ))之間,由UAAF代理向UAAF服務(wù)器請求獲取用戶(hù)的鑒權和授權信息,UAAF代理也可向UAAF服務(wù)器轉發(fā)拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生的帳務(wù)數據。

  UAAF代理與UAAF服務(wù)器可能位于不同的管理域,兩者之間需要建立雙向的信任關(guān)系。e5接口可采用遠程撥號用戶(hù)認證(RADIUS)協(xié)議或Diameter協(xié)議。

  R1階段沒(méi)有定義NACF與UAAF之間的接口功能。R1階段對UAAF與PDBF之間的接口也沒(méi)有規定,UAAF與PDBF可以合設,或以非標準接口互聯(lián)。

  對于上述內部接口中的前4個(gè)接口,TISPAN還沒(méi)有制訂具體的協(xié)議規范。

1.3.2NASS對外接口

  在圖2中,與NASS有互聯(lián)關(guān)系的外部實(shí)體包括同層的RACS、底層的ARF、上層的業(yè)務(wù)控制子系統和應用實(shí)體。

(1)e4接口

  e4接口是CLF與RACS之間的接口。RACS通過(guò)e4接口向CLF獲取用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )位置信息,以決定可用網(wǎng)絡(luò )資源的數量;RACS也可向CLF獲取用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò )清單信息,作為處理資源分配請求的參考。文獻[3]給出了基于Diameter協(xié)議的e4接口規范。

(2)e2接口

  e2接口是CLF與業(yè)務(wù)控制子系統之間的接口。業(yè)務(wù)層實(shí)體通過(guò)e2接口從CLF獲取網(wǎng)絡(luò )位置信息。文獻[4]給出了基于Diameter協(xié)議的e2接口規范。

(3)e1接口

  e1接口是AMF與ARF、ARF與CNG之間的接口。UE通過(guò)e1接口發(fā)起IP地址分配請求,并獲取相關(guān)的網(wǎng)絡(luò )配置參數以便接入網(wǎng)絡(luò );UE也通過(guò)e1接口提供用戶(hù)的通行字、令牌、證書(shū)等信息用于網(wǎng)絡(luò )接入鑒權。請求經(jīng)ARF中繼到達AMF,ARF可在請求消息中加入網(wǎng)絡(luò )位置信息。

  當需要雙向鑒權時(shí),NASS通過(guò)e1接口向UE提供鑒權參數。文獻[5]給出了e1接口定義,包括WLAN和xDSL等接入方式。

(4)e3接口

  e3接口是CNGCF與CNG之間的接口。e3接口用于CNGCF配置UE,以便UE接入上層業(yè)務(wù)與應用。超文本傳輸協(xié)議(HTTP)、文件傳輸協(xié)議(FTP)和小型文件傳輸協(xié)議(TFTP)可用于e3接口。目前該接口尚沒(méi)有制訂相應的接口規范。

1.4游牧場(chǎng)景.

  在R1階段,NASS只支持用戶(hù)的游牧,UE可以在任何地點(diǎn)接入相同的NGN系統,NASS不支持會(huì )話(huà)的連續性,即UE不能實(shí)現不同接入網(wǎng)絡(luò )之間的漫游切換。

  在UE游牧時(shí),NGN網(wǎng)絡(luò )可劃分為歸屬網(wǎng)絡(luò )和拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )。圖3是用戶(hù)游牧的一個(gè)典型場(chǎng)景,其中為用戶(hù)提供業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)控制子系統位于歸屬網(wǎng)絡(luò )。拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )的UAAF作為代理,通過(guò)e5接口向歸屬網(wǎng)絡(luò )的UAAF(作為服務(wù)器)獲取用戶(hù)鑒權信息;歸屬網(wǎng)絡(luò )的CLF通過(guò)e2接口向拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )的CLF獲取用戶(hù)的位置信息,再提供給上層的業(yè)務(wù)控制子系統。



  在其他場(chǎng)景下,若由拜訪(fǎng)地的業(yè)務(wù)控制子系統為用戶(hù)提供業(yè)務(wù),則其直接向拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )的CLF獲取位置信息,不需要歸屬地CLF進(jìn)行中轉;若不需要對UE進(jìn)行鑒權,則拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )的UAAF直接訪(fǎng)問(wèn)本地PDBF,而不再通過(guò)e5接口訪(fǎng)問(wèn)歸屬網(wǎng)絡(luò )的UAAF以獲取鑒權信息。

2.TISPANR2階段研究計劃

  目前雖然NASS R1階段協(xié)議已經(jīng)正式出版,但是仍然有許多問(wèn)題尚待解決。

  在2006年1月TISPAN的第10次會(huì )議上WG2組(負責架構研究)將R2階段可能的研究方向分為4個(gè)組,其中A組包括NASS、RACS、接入(Access)、QoS、過(guò)載(Overload)等專(zhuān)題,NASS專(zhuān)題主要的研究方向有兩個(gè):移動(dòng)性與游牧;支持不同接入網(wǎng)絡(luò )的架構。

(1)移動(dòng)性與游牧

  NGN中對移動(dòng)性的需求可以列舉如下:

  應能支持終端在不同的物理位置移動(dòng),在這些位置可以使用不同的接入技術(shù)。

  應能支持用戶(hù)使用一個(gè)設備或者多個(gè)設備接入一個(gè)或者多個(gè)接入網(wǎng)絡(luò )。

  應支持用戶(hù)在移動(dòng)中改變接入點(diǎn),如果移動(dòng)過(guò)程中接入技術(shù)是不變的并且接入網(wǎng)絡(luò )屬于同一個(gè)運營(yíng)商,則在技術(shù)允許的情況下應支持會(huì )話(huà)連續性或者切換;如果接入技術(shù)不同,則無(wú)需支持會(huì )話(huà)連續性或切換。如果無(wú)法支持會(huì )話(huà)連續性或者切換,會(huì )話(huà)應完全中止并重新開(kāi)始。

  當用戶(hù)連接到其他網(wǎng)絡(luò )時(shí),歸屬網(wǎng)絡(luò )應支持通過(guò)該拜訪(fǎng)網(wǎng)絡(luò )提供服務(wù)。

  由移動(dòng)所引發(fā)的服務(wù)變化應對用戶(hù)可見(jiàn)。

  當用戶(hù)首次在新地點(diǎn)接入時(shí),服務(wù)應能夠重新配置,即滿(mǎn)足“游牧”行為。

  移動(dòng)性不應干擾服務(wù)獲取所需的信息(如位置信息)。

  NASS目前的框架協(xié)議并沒(méi)有詳細描述移動(dòng)的場(chǎng)景與實(shí)現,針對這些需求,NASS作為負責用戶(hù)接入的網(wǎng)元,還有許多問(wèn)題需要在R2階段研究及細化。

(2)支持不同接入網(wǎng)絡(luò )的架構

  NASS應能提供一個(gè)支持多種不同的接入技術(shù)的架構,如xDSL、WLAN、WiMAX等,雖然NASS總的架構是適合各類(lèi)接入方式的,但不同的接入技術(shù)還存在一定的差異。目前R1階段只研究了WLAN和xDSL,其他的接入方式,如FTTH還需要在R2階段研究。

  從現實(shí)的需求與NASS協(xié)議演進(jìn)的現狀看,目前還有很多問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。

  (1)NASS需要支持提供位置信息,但是在R1階段還沒(méi)有很好地解決漫游時(shí)的定位問(wèn)題,特別是針對漫游用戶(hù)通過(guò)歸屬地網(wǎng)絡(luò )接入業(yè)務(wù)網(wǎng)時(shí)的場(chǎng)景。

  另外,NASS如何與現有的3GPP定位服務(wù)架構融合,例如是否需要增加NASS CLF網(wǎng)元與3GPP網(wǎng)關(guān)移動(dòng)位置中心(GMLC)之間的接口。這些問(wèn)題需要留待R2階段繼續討論。

  (2)NASS提供CNGCF用于配置UE,這是NGN的一個(gè)重要特性。但R1階段還沒(méi)有定義e3接口規范,有待R2階段繼續研究。

  此外還有一些具體問(wèn)題需要進(jìn)一步研究,如支持NASS會(huì )使得IMS網(wǎng)絡(luò )的鑒權更加復雜,由于存在多種鑒權方式,如何選擇合適的鑒權方式,而不至于引發(fā)沖突,還需要進(jìn)一步澄清與研究。

3.ITU-T對NACF的研究情況

  ITU-T中的NGN研究工作由SG13工作組主導,成立了NGN全球標準行動(dòng)舉措(NGN-GSI)工作組以協(xié)調SG13、SG11、SG16等工作組之間的NGN標準化工作。

  ITU-T主要致力于NGN核心網(wǎng)的研究,對于NASS的研究沒(méi)有設立單獨的草案項目,只在NGN的功能需求和架構建議草案Y.2012[6]中對NACF有所提及。

  ITU-T下一代網(wǎng)絡(luò )的主要架構如圖4所示,NACF是NGN傳輸層的功能實(shí)體,正對應于TISPAN NGN架構中的NASS。



  在ITU-T NGN架構中,NACF在接入層面提供注冊并且為進(jìn)入NGN業(yè)務(wù)的終端用戶(hù)功能進(jìn)行初始化。這些功能提供了傳輸層面的認證/鑒權,管理接入網(wǎng)的IP地址空間,并且對接入的會(huì )話(huà)進(jìn)行鑒權。它們也在業(yè)務(wù)層面為終端用戶(hù)提供NGN功能提供聯(lián)系點(diǎn)。

  NACF包括傳輸層的用戶(hù)配置(User Profile)功能(User Profile是以一種功能數據庫形式表現用戶(hù)信息和其他控制數據的聯(lián)合,已成為傳輸層面的一個(gè)單獨的功能),這個(gè)功能數據庫可以通過(guò)一套協(xié)同操作的、功能可以駐留在NGN任何部分的數據庫來(lái)說(shuō)明和實(shí)現,類(lèi)似于TISPAN NASS中的PDBF。

NACF提供以下功能:

  提供動(dòng)態(tài)IP地址和其他用戶(hù)設備配置參數;

  經(jīng)過(guò)用戶(hù)許可,用戶(hù)設備能力和其他參數的自動(dòng)發(fā)現;

  終端用戶(hù)和網(wǎng)絡(luò )在IP層(也可能是其他層)的認證;

  基于UserProfile的網(wǎng)絡(luò )接入鑒權功能;

  基于UserProfile的接入網(wǎng)配置;

  IP層的位置管理。

  ITU-T對于NACF的研究和TISPAN有所不同的是NACF增加了提供用戶(hù)設備能力和其他參數的自動(dòng)發(fā)現功能,但是該功能的具體細節還沒(méi)有明確說(shuō)明。

4.結束語(yǔ)

  對于NASS的研究,不同的研究組織有不同的定位。TISPAN對于NASS有較為深刻的理解,而ITU-T由于對NASS并沒(méi)有太多考慮,主要是保持和TISPAN的同步。即使是TISPAN,對于NASS的研究也沒(méi)有達到成熟的地步,NASS中目前存在的若干問(wèn)題,需要進(jìn)一步研究和關(guān)注。

5.參考文獻

  [1]ETSI?ES282004 V1.1.1 Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); NGN functional architecture; Network Attachment Sub-System(NASS)[S]. 2006.

  [2]ETSITS183 020 V1.1.1 Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); Network attachment: roaming in TISPAN NGN network accesses; Interface protocol definition[S]. 2006.

  [3]ETSIES283 034 V1.1.1 Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); NASS; e4 interface based on the DIAMETER protocol[S]. 2006.

  [4]ETSIES283 035 V1.1.1 Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); NASS; e2 interface based on the DIAMETER protocol.[S]. 2006.

  [5]ETSITS183 019 V1.1.1 Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking (TISPAN); Network attachment; Network access xDSL and WLAN access networks; Interface protocol definitions[S]. 2005.

  [6]ITU-TDraftRecommendation Y.2012 (formerly Y.NGN-FRA) Functional requirements and architecture of the NGN [S].

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