用颠覆性技术发展NGN

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  所谓颠覆性技术是指这种技术没有继承传统的技术路线,其结果会对原有技术体系和应用系统产生颠覆性的进步作用。对于运营在可管理的IP网上,以客户机/服务器体系结构为主的现代电信系统,P2P重叠网就是一种颠覆性技术。今天Skype P2P互联网电话和?2P互联网电视强烈冲击现代电信系统的VoIP和IPTV,有可能形成运营在公共互联网上,基于P2P重叠网的平台,与现有NGN/IMS抗衡。这两种系统可能会并行存在一段时间。为了发展新一代互联网美国国家基金会实施GENI计划,建立分布的网络创新环境,发展创新的技术。这种创新将更具有颠覆性,从协议到体系结构都将是新的。目前的Planet Lab等重叠网实验网将为其提供思想和支持。
  
  NGN的定义和发展现况
  
  2004年021TU-T SG13会议经过激烈的辩论,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地接入,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。”从这个定义看NGN定义只推出了目标要求,并没有限定采用那种技术。
  目前发展的NGN系统将采用统一的具有qos能力的IP/MPLS承载网支持各种业务。NGN将采用3GPP的IMS做为多媒体业务控制和网络融合平台。IMS是一个在P日域上的多媒体控制/呼叫控制平台,支持会话类和非会话类多媒体业务,核心特点是采用日rP协议,具有分布式特点、接入无关的特性和标准开放的业务控制接口。
  电信运营商采用逐步演化的战略向NGN过度。如中国电信一方面在公共互联网CN1之外新建基于IP/MPLS的CN2做为NGN的承载网。另外一方面,发展软交换应用。在PSTN长途网上,采用软交换技术建设第二张DC1长途网络,对长途流量进行负荷分担。在固网智能化方面软交换改造汇接局。用软交换替换退网的TDM端局交换机。此外做为大客户业务,用软交换提供lP语音业务等方面的应用。在此基础上,进一步向IMS过度。如图1所示。
  


  这种系统有两个特点一是运营在可管理的IP网上,二是基于客户机服务器模式。
  
  P2P冲击和P2P SIP平台
  
  近年来互联网上P2P技术和应用发展迅速,基于P2P的网络电话和P2P互联网电视快速发展,挑战基于软交换的尸电话和基于客户机、服务器模式的IPTV。而P2PSIP的发展,表明有可能发展对应于NGN/IMS的运营在互联网上基于P2P的平台。如图2所示。
  


  众所周知的Skype互联网电话以其优越的音质和通达能力吸引了广大用户,目前累计下载次数达2.5亿次,同时在线人数500万以上,可以和PSTN互通,也还推出了针对商业用户的网络电话业务。
  支持Skype的WiFi手机和3G手机也在发展。Skype互联网电话采用P2P技术,与采用客户机/服务器模式基于P2P的IP电话相比有很大的优势。建设运营成本都很低。如Skype的几十万个超级结点只占用少量网络和计算资源。
  2004年我国开始出现采用P2P流媒体技术在互联网上进行电视直播的网站。目前我国有十多个网站使用各自发展的软件提供P2P流媒体直播业务,掀起了一股P2PInternet刊浪潮。
  2006年春节联欢晚会期间, 中央电视台联合使用P2P和CDN技术向全球进行同步视频直播,最高同时在线人数为46.7万,其中7.5万来自海外。2005年底使用PPLive直播软件看“2005~2006超女跨年演唱会”的用户数突破百万大关,其中30%来自海外。首次应用P2P内容版权保护技术,用户需要免费领取“门票”。P2PInternet TV在短短的一年多时间内快速发展,2005年底注册用户达到250万户,显示出巨大的生命力。
  目前P2P流媒体直播的主要性能概况介绍如下:播放的电视节目的码率一般为3~500Kbps,有些频道已经开始提供800Kbps的码率。超过VCD的画面质量。在20秒—1分钟左右可以完成数据缓冲,并开始播放,可以给用户提供稳定、清晰的电视节目,一般不会出现播放停顿的问题。具有内网穿越UPNP功能。保证内网的用户使用。使用5—10Mb/s服务器出口带宽支持百万级数量用户的同时在线。具有认证计费平台。
  目前P2P系统显示了极大的优越性,但是也有其局限性。例如Skype软件的局限性在于他是封闭的软件,接口都是专用的,这就限制了进一步发展的空间。目前的P2P互联网电视也是专门的软件系统和运营平台,不利于发展。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尸网上,采用集中的服务器,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,采用分布式结构,运营在公共互联网上有可能开辟一个新的途径达到NGN的要求。
  P2P和日lP结合有两种方式,一种是用P2P来实现SIP(S,P using P2P),用P2P来取代S,P的位置服务器。另外一种方法是在SlP上运行P2P(P2P over SIP,使用SIP消息来实现P2P网络。
  P2P sIP协议最初在哥伦比亚太学和W&M学院发展,P2P SIP取消SIP系统的集中的位置服务器,构建无服务器的网络。早期主要用于发展代替企业PBX交换机的系统,以及满足廉价和能够快速建立满足临时应用的需求。P2P检索采用有组织P2P系统的DHT方法。目前正在进一步发展更大规模的系统。
  另外一种方法是采用P2P技术提高现有SIP系统的生存力和可扩展能力。也就是一种混和型系统。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网络的超级结点。与NGN/IMS系统相比这种系统灵活性更强,成本更低。目前这种系统可以支持数百万用户。
  尽管今天的slP P2P技术还在发展中,但是已经展示出在公共互联网上以P2P s1P技术建立多媒体平台的发展趋势。这种基于公共互联网,能够发挥互联网分布性能的系统,更能满足发展互联网新媒体的需求,也符合互联网运营模式的需求。
  目前正在以重叠网方式发展一些分布管理系统以解决P2P重叠网的安全等问题。如智能结点重叠网络采用分布管理模式,在网络上关键部位设置智能结点,用来监视周围网络上的资源分布和带宽利用率,传输延时,路由走向、流量模式和分布,中断和故障以及病毒感染流行等情况。智能结点之间交换这些信息,进一步实现监视和控制,即时做出响应。如提供路由探测选择、病毒发现消灭以及内容的检索、分类和管理。图3 给出在公共互联网上采用P2P多媒体平台实现NON目标的系统图。可以支持固定和移动融合,广播和电信三网融合。
  


  
  新一代互联网和GENI
  
  互联网今天已经成为现代通信的基础设施和重要的传输媒体。但是当初的设计者并没有考虑这些应用的需求。从互联网出现开始人们就在不断试图改进它以满足不断增长的应用需求。对互联网的改进基本上有三类方法,如图4所示。
  


  演化法:在现有互联网的框架内通过发展新的RFC来提高性能,满足新应用的需求。如QoS、MPLS、Mo-bile IP、IP、sec乃致IPv6等。由于这些改进很多涉及底层协议,在现有硬件上不能设施,往往只能用于专网,公共互联网基本还保持其原有基本形态。
  重叠法:通过重叠网实现各种“IP知识平面”。将IP推到层3-,重叠网为层3+。可以灵活实现各种先进业务。前述各种P2P应用和智能结点重叠网分布管理系统都是以重叠网的方式实现的。Planet Lab就是一个全球性的实验性重叠网,供各种P2P应用和分布管理实验。重叠法的优点是可以保持底层的互联网保持不便,通过重叠网来提供所需的性能。有利于平滑演进。
  革命法:发展“IP以后”网络。发展新的协议,更具有颠覆性性地发展新一代网络。其主要研究内容包括:
  创立新的核心功能:跨越现有的数据通信、分组和电路交换模式设计新的命名、寻址和全部身份体系结构和网络管理模式。
  发展增强的能力:建立体系结构内的安全性;设计高可用性;平衡隐私和责任;设计发展地区差异和发挥区域价值。
  布设和结成新体系结构:设计新体系结构采用潜在技术(新的无线和光学技术)和使用泛在设备的新计算模式。
  建立高层次服务提取:例如使用信息对象,基于位置的服务和身份框架。
  建立新服务和应用:使大规模分布应用具有安全、鲁棒和可管理性;发展分布应用的原理和模式。
  发展新网络体系结构理论:研究网络复杂性、可扩展性和经济激励。
  鉴于目前并没有成形的技术和想法用于实现新一代网络,而任何思想和技术要成功用于新一代网络必须经过大规模网络大流量的检验,为此美国国家自然科学基金会设立了一项科研计划“全球网络创新环境”GENI,建立一个分布式的网络创新环境,扩展新一代网络研究。而已经有的一些实验网络如Planet Lab等将为其提供思想和支持。
  
  结语
  
  ITU对NGN的定义只有目标没有限定用何种技术。目前NGN是在可管理的IP网上以客户机/服务器模式建立IMS平台支持各种应用。而Skype P2P互联网电话、P2PsIP和P2P互联网电视的出现表明存在另外一条路,在公共互联网上架构P2P重叠网也可以达到NGN的目标。为发展新一代网络,美国NSF设立GENI项目,建立一个分布式的网络创新环境,开展新一代网络研究。已经有的一些实验网络如Planet Lab等将为其提供思想和支持。
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