3G 核心网的QoS发展相关问题探索

摘　要：移动核心网的不断演进带来了很多边界问题，为了保障移动核心网的安全，以及可配置性和可管理性，需要引入会话边界控制器（SBC），本文就3G 核心网的QoS发展进行分析，重点探讨了SBC中的QoS 保障技术，对于我国3G网络发展具有一定作用。

关键词：移动3G核心网； QoS；SBC；保障技术
1 引言
　　目前3G 核心网的QoS 已经发展得比较完善，互联网被认为在不影响性能的前提下能够处理一系列对其它网络组织的破坏。然而，接入网的QoS 却面临着挑战。接入网的带宽将继续增加，但是新业务需要使用更大的带宽，因此，接入网的QoS机制依然是必需的。这些QoS 机制的设计要依赖于特定的接入媒体，有些情况下需要SBC 在网络边界强迫执行QoS，其它情况下SBC 可以协商端对端接入。由于3G 网络通信中的网络单元种类多样，分布广泛，这对QoS 保障策略带来了一定的阻碍。而边缘会话控制设备处于网络接入层，为实现统一的QoS 策略提供了可行性。而且边缘会话控制设备还可以根据会话的特性，提供会话相关的带宽控制策略，提供承载层和业务层相结合的QoS 保障机制[1,2]。本文主要就3G 核心网的QoS发展中的QoS 保障技术进行探讨。
2 SBC中的QoS 保障技术
　　作为3G 核心网边界的接入设备---会话边界控制器（SBC）除了完成最基本的网络地址转换器（NAT）穿越功能之外，还要提供对会话的加密、为用户提供服务质量保障（QoS）以及为执法机构提供合法监听功能。目前核心网已经发展得比较完善，互联网被认为在不影响性能的前提下能够处理一系列对其它网络组织的破坏。然而，接入网的QoS 却面临着挑战。接入网的带宽将继续增加，但是新业务需要使用更大的带宽，因此，接入网的QoS 机制依然是必需的。这些QoS 机制的设计要依赖于特定的接入媒体，有些情况下需要SBC 在网络边界强迫执行QoS，其它情况下SBC 可以协商端对端接入。
2.1 SBC 架构及工作原理
　　SBC 服务器位于接入控制层，主要功能是用于各种接入设备及终端的NAT/防火墙穿透，即用来保证终端信令和媒体流的畅通。对于SIP 终端设备，它可以把SBC 设备看作集成注册服务器和代理服务器的SIP 服务器；对于真正的SIP 服务器来说，它又可以把SBC 设备看作是一个SIP 终端。SBC 的工作过程也就是对信令信道和媒体信道的管理过程。在终端启动时建立信令信道，在会话时创建媒体信道，并将相应的媒体信道和信令信道链接起来，完整实现信令和媒体流在SBC 上的双向转发。
　　SBC 位于两个网络的边界，其基本架构一般包括两个主要的功能模块：信令中转代理（Singnaling Proxy）和媒体转发代理（Media Proxy）。其中信令中转代理负责处理转发IP 会话信令，而媒体转发代理负责对媒体流进行控制，信令中转和媒体转发之间可以使用特定的协议和接口（自定义或H.248 协议）来交换信息。
　　（1）信令接入网关（Signaling Access Gateway）
　　信令接入网关是一个高性能的背靠背用户代理（B2BUA：Back to Back User Agent），负责对所有经过此节点的双向IP 会话信令进行所需的处理。B2BUA 实际上就是两个背靠背的用户代理，其中一个作为UAS（User Agent Server：用户代理服务器）负责接收并处理主叫终端的会话请求，而另外一个就作为UAC（User Agent Client：用户代理客户端）向下一跳发出会话请求。与代理服务器不同，B2BUA 必须维护各个会话的状态，并参与到会话建立的信令交互过程中。为了确保IP 会话信令通过SBC，可以修改域名服务器中对应于呼叫服务器（Call Server）的条目，将SBC 的IP 地址作为呼叫服务器的IP 地址响应给进行DNS 查询的终端，终端就会把发往呼叫服务器的信令都直接发到SBC。这些改动对终端用户是透明的，但SBC 可以获得所有的呼叫信息，并能够参与到呼叫建立的过程中去具体实施控制。
　　信令中转代理对IP 会话信令中与信令和媒体有关的地址信息进行修改。以SIP协议为例，它主要完成以下功能：①SIP 用户注册消息处理；②SIP 消息中Contact等域的地址修改；③SIP 携带的SDP 中的IP 地址和端口的修改。
　　（2）媒体通道控制器（Media Channel Controller）
　　媒体转发代理接受信令中转代理的控制，是会话双方之间实时传输协议/实时传输控制协议（RTP/RTCP：Real Time Transport Protocol/ Real Time Transport Control Protocol）媒体流的转换点。因为所有的媒体流都要经过媒体控制中心，所以运营商对媒体流具有很强的控制能力，能够对服务质量（QoS）进行管理，并获取计费信息。同时，媒体转发代理对媒体流进行了动态的网络地址与端口转换，隐藏了运营商网络和用户网络的拓扑信息，从而增强了对拒绝服务攻击的防御能力，也保证了运营商网络拓扑的机密性。媒体转发代理所具备的主要功能如下：动态的网络地址/端口转换；计费信息的产生；网间的QoS 设置；IPv4 到IPv6 的协议转换。
2.2 移动核心网的QoS 保障
　　3G 移动核心网需要具备提供SLA 的保障的能力，通过用户和服务提供商之间签署的SLA 协议对用户的会话进行SLA 服务，保障用户能够享受到签约的服务质量，严格限制3G 移动核心网设备只能根据其性能对外提供服务。会话边界控制器能够协助3G 移动核心网完成对用户的SLA 服务。SBC 能够控制每个用户享受的SLA不会超过签约SLA 的限制，而且还能够限制用户的并发呼叫的能力或者是用户的会话占用的总带宽等，最大限度地保障签约用户能够享受到相应的服务等级。另外，SBC 还可以提供基于ToS 等的报文优先级标记，保障会话业务对于其他数据业务的高优先级服务。
　　为了保障3G 移动核心网的SLA 服务，SBC 需要支持：在业务提供商网络中扮演网络接入终端（NAT）的角色，隐藏网络互联用户真是IP 地址；网络互联时隐藏业务提供商网络结构的细节，如服务器的数目和位置；从互联网络登录时，充当网络防火墙，防止黑客攻击、拒绝服务攻击等；传输服务质量信息，被不同业务提供商使用时完成不同机制间的转换；在呼叫建立时管理连接，监管发送数据包的数目以及过于详细媒体类型，这样可以防止用户在申请话音业务时试图传输视频业务；为计费和结算提供详细的呼叫信息；处理NAT 穿越，允许运营商不必要求用户升级防火墙就可以给他们提供服务。
　　SBC 需要达到的QoS 保障目标：IEEE 802.1p & q (VLAN)，ToS，支持SIP 会话 层面上的区分服务、流量控制和拥塞控制，根据带宽情况对实时流媒体的进行整形。随着Internet 的不断发展并深入到社会生活的各个角落，对用户来说，希望网络能提供更优质、有保障的服务；而对网络运营商来说，希望能够优化网络资源的使用，使网络具有更好的可控和可管理性。因此，网络的QoS 控制研究引起了广大研究者的重视。
　　事实上QoS 控制的本质在于资源的管理。因此，在确定了QoS 控制模型后，关键的工作就是：一方面动态获取网络资源状况，实施有效的接纳控制；另一方面，通过队列调度和管理算法对网络资源实施有效的分配和控制。
　　目前，在国际上和国内都有许多的研究者在系统地开展网络QoS 控制方面的研究。其研究内容主要集中在QoS 控制模型，以及QoS 控制的关键技术，如接纳控制，队列调度和管理，拥塞控制和流量控制等。实质上接纳控制，队列调度和管理，拥塞控制和流量控制3 方面是互相影响，紧密联系的，接纳控制以队列调度和队列管理为依据，同时也约束了队列调度和队列管理；流量控制和拥塞控制要在队列调度和队列管理的基础上实现，同时限制了队列调度和队列管理；拥塞控制和流量控制是接纳控制的另一个依据，同时也反作用于接纳控制。
3 结语
　　本文分析了当今QoS 控制研究现状和发展趋势，对实现QoS 的体系结构、关键技术进行了分类和分析。分析了QoS 控制系统和技术的研究现状和存在的问题，论述了QoS 控制进一步的研究方向。　　

参考文献：
[1] 严彬, 石振华. 第三代移动通信系统QoS保障策略的原理及其实现方案[J]. 武汉科技大学学报（自然科学版）, 2004, 27(2).
[2] 黄卫. 3G接入传输网络建设分析[J]. 广西通信技术, 2006,02. 
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