IP通信网范文（精选11篇）

IP通信网 第1篇

在通信技术快速发展的今天, 通信业务类型已经发生了很大变化, 网络IP化是近年来电信运营商网络发展的趋势, 承载网所承载的业务由传统的TDM业务逐步向IP业务转变。传统通信承载网是基于TDM/SDH技术建设的, 随着IP数据业务的不断发展, SDH/MSTP传统网络将难以支撑IP数据业务带宽的爆炸式增长, 现有承载网必须引进适合承载IP业务的传输技术构建新型传输网, 本文将对MSTP、PTN、IP RAN等主流技术进行分析、论证, 为后期电力传输网的技术选择及网络建设提供参考。

2 MSTP、PTN和IP RAN技术简介

目前, 应用于传输网组网的主流技术主要包括基于SDH的多业务传送节点 (MSTP) 技术、PTN技术及IP RAN技术。这些传输技术需要寻找合适的应用场景才能在电力系统内发挥作用, 并需要根据不同场景、不同时期制定相应的演进策略。

2.1 MSTP技术

MSTP (Multi-service Transport Platform) 是一个基于多业务网络的传输平台, 它能有效地支持数据、语音和图像业务交换。基于SDH的MSTP是指在SDH的平台上, 同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入处理和传送, 提供统一网管的多业务节点设备。在MSTP中, 各种技术的引入是为了更高效地进行业务传输, 而不是取代原有的数据IP/ATM网进行业务的处理。

新一代的MSTP技术, 加强了SDH交叉连接能力, 提高了组网能力, 并支持在TDM、IP、ATM之间的带宽灵活指配。由于MSTP设备能较好地解决10/100M以太网业务和其他大量的低速数据业务的汇聚, 支持以太网业务的带宽共享、业务汇聚及以太网共享环等功能, 大大提高带宽利用率。

采用MSTP技术, 可以利用传统的网络体系, 支持多种物理接口。并简化网络结构, 支持多协议处理, 保证多种协议高效地复用传输, 有效地利用光纤带宽。同时在MSTP系统中, 接口与协议相分离, 可以实现对新业务的灵活支持, 避免移动运营商对新业务的新设备投资。MSTP技术还具有传输的高可靠性和自动保护恢复功能, 实现运营商的低成本扩容, 具体组织结构详见图1所示。

基于SDH的多业务传送节点除应具有标准SDH传送节点所具有的功能外, 还具有以下主要功能特征。

(1) 具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的接入功能; (2) 具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的传送功能包括点到点的透明传送功能; (3) 具有ATM业务或以太网业务的带宽统计复用功能; (4) 具有ATM业务或以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能。

基于SDH的MSTP最适合作为网络边缘的融合节点支持混合型业务, 特别是以TDM业务为主的混合业务。它不仅适合缺乏网络基础设施的新运营商, 应用于局间或POP间, 还适合于大企事业用户驻地。而且即便对于已敷设了大量SDH网的运营公司, 以SDH为基础的多业务平台可以更有效地支持分组数据业务, 有助于实现从电路交换网向分组网的过渡。

MSTP可以实现数据业务的接入, 并可进行二层汇聚处理, 但是其处理能力由于还是基于板卡能力的, 所以处理能力、端口能力不如以太交换机。基于MSTP的数据传送, 封装效率低, 造成带宽损失。应用MSTP技术进行数据传送, 不适宜动态带宽调整环境。

2.2 PTN技术

PTN (Packet Transport Network) 是指分组传送网络, 未来的光传输网络将主要负责IP/以太网流量的传送, 为分组的流量特征而优化, 向着智能的、融合的、宽带的和综合的方向发展。分组传送网 (PTN) 的概念就是在这样的背景下应运而生。PTN技术是在IP业务和底层光传输媒质之间设置了一个层面, PTN技术针对分组业务流量的突发性和统计复用传送的要求而设计, 以分组业务为核心并支持多业务提供, 具有更低的总体使用成本 (TCO) , 同时秉承光传输的传统优势, 包括高可用性、可靠性、高效的带宽管理机制和流量工程、便捷的OAM和网管、可扩展、较高的安全性等。PTN一方面继承了面向MSTP网络在多业务、高可靠、可管理和时钟等方面的优势, 另一方面又具备以太网的低成本和统计复用的特点, 是下一代传输网络核心部件。

当前PTN技术主要发展方向是采用T-MPLS技术和PBT技术:

T-MPLS是一种面向连接的分组传送技术, 在传送网络中, 将客户信号映射MPLS帧利用MPLS机制 (例如标签交换、标签堆栈) 进行转发, 同时它增加传送层的基本功能, 例如连接和性能监测、生存性 (保护恢复) 、管理和控制面 (ASON/GMPLS) 。总体上说, T-MPLS选择了MPLS体系中有利于数据业务传送的一些特征, 抛弃了IETF为MPLS定义的繁复的控制协议族, 简化了数据平面, 去掉了不必要的转发处理。

PBT技术则是关闭传统以太网的地址学习、地址广播以及STP功能, 以太网的转发表完全由管理平面 (将来的控制平面) 进行控制。PBT技术承诺与传统以太网桥的硬件兼容, DA+VID在网络中的节点不需要改变, 数据包不需要修改, 转发效率高。

标准化方面, 总的来说, T-MPLS和PBT能够满足分组化PTN的目标网络要求, 标准化方面经过了长时间的摸索, ITU-T已经发布了系统架构、接口与设备规范、OAM、保护倒换机制以及业务信号适配等几个与IETF达成一致的文档, 目前正在就详细分层功能定义、增强更多的适配客户信号、业务互通和同步等方面进行进一步的标准化工作。同时, IETF正在编写T-MPLSRFC, 为T-MPLS业务定义新的标签。从以上的标准进展情况来看, T-MPLS技术架构清晰, 关键技术实现较为完善, 其标准化工作已经达到了设备商用的要求。

2.3 IP RAN技术

IP RAN技术是指采用端到端路由器IP/MPLS-IP RAN承载方式取代传统MSTP的承载方式来实现IP-RAN。

IP RAN承载网方案应基于数据通信的设计理念, 以传统的路由器架构为基础, 增强OAM机制, 业务保护机制以及分组时钟传输能力, 将移动数据业务最大程度地交给IP承载网进行路由及传输, 最大限度地实现动态数据业务对于带宽的共享。IP RAN业务转发推荐采用动态控制平面的自动路由机制。利用路由器架构丰富的三层路由能力, 更好地支持多业务承载, 对于话音业务则采用隧道技术, 如PWE3、LSP等, 以提供较高等级的传输质量。IP RAN区别于传统承载网的主要特点是存在大量基于分组的增值业务, 要求能实现综合业务承载, 进行带宽复用和提高资源利用率。IP RAN技术特点详见表1。

IP RAN通过屏蔽技术差异实现类SDH运维, 通过模板化简化运维场景, 通过可视化业务发放、性能监控等极大地提高了IP/MPLS网络的运维效率。同时IP RAN具备高精度、高可靠的时钟传送机制, 包括同步以太时钟、IEEE 1588V2时钟以及1588ACR时钟传送机制等, 能够满足无线基站之间的时钟频率同步需求以及LTE时代对相位同步的高精度同步要求。

3 MSTP、PTN和IP RAN三种技术对比

MSTP (是指基于SDH平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送, 提供统一网管的多业务节点。MSTP传输设备实现以太网功能, 在传输设备上可以承载数据业务, 类似传输设备集成二层数据交换机, 有VLAN功能。MSTP的保护机制仍然延用传输设备的PP环、复用段保护等保护机制

PTN是传输网络为了更好承载分组业务而提出的一种技术, 它基于单一业务方式, 对网络架构做了简化, 注重成本效益。基本上可以看作ATM的回归, 架构和ATM完全类似, 只是封装变了而已, 而且简化了ATM, 去掉了SVC能力, 只留下PVC能力。

IP RAN则是完全基于IP内核, 为全业务承载而优化的技术, 它不仅可以承载语音、数据等传统业务, 还对视频等更丰富的业务有很好的承载效果。

三种承载网络技术具有如下区别:

(1) MSTP技术:适合L2分组业务和TDM业务共存阶段的业务传送;对于带宽需求较大业务, MSTP组网存在一定困难;无法实现全业务接送。

主要问题:统计复用困难、带宽收敛能力较差。

(2) PTN技术:适合L2分组业务占主导阶段的业务传送;实现全业务接入存在一定困难。

主要问题:标准争议较大, MPLS-TP标准仍需完善, 规模网络应用需要验证。

(3) IP RAN技术:适合IP/Eth业务传送、L3业务占一定比重时的业务承载;可实现全业务接入综合承载, 面向未来的网络架构。

主要问题:规模网络应用需要验证。

M STP、PTN和IP RAN三种技术关于业务配置、业务承载、Qo S、OAM、保护、同步以及扩展性等相关比较详见表2。

4 结语

MSTP技术, 在安全保障方面, 如基于VC的隔离、物理路由保护等方面具有较大的优势, 但不适合承载高带宽数据业务, 因此MSTP技术在电力通信网内将长期存在;PTN对IP数据业务支持较强, 但存在一定局限性, 属于过渡期技术, 不适合电力通信网大规模推广;IP RAN技术兼有MSTP和PTN技术的优势, 随着IP RAN商用设备成熟度的进一步提高, 越来越多的运营商将会选择IP RAN来进行承载网建设, 规模效应导致的成本下降也将促进IP RAN成为最适合ALL IP网络建设的新一代承载网络, IP RAN技术必将成为构建下一代电力传输网的重要技术之一。

参考文献

[1]胡浩勇.IP RAN是未来移动承载网重要演进方向[J].通信世界网

[2]华为技术有限公司、华为Single Backhaul解决方案

异步串行通信接口的IP核设计 第2篇

摘要：异步串行通信接口(SCI)因其结构简洁、使用方便，因而在各类MCU、DSP和MPU芯片设计中获得广泛的应用。本文给出一种以状态机为控制核心、以数据流为执行中心的异步串行通信接口IP核结构设计的通用方法。此方法已在笔者所设计的DSP芯片中得到验证。

关键词：SCI IP核设计 状态机 数据流

引言

目前，基于传统IC芯片的微电子应用系统设计技术正在转向基于知识产权(IP，Intellectual Property)核的片上系统(SoC，System on Chip)技术发展。另外，IC设计在国内的发展很快，各种规模的IC设计中心和公司不断出现。因此，IP核的设计已开始逐渐成为国内微电子系统设计的一项支撑技术。从应用功能角度划分IP核有两大类：微处理器IP核(如8位8051核、32位ARM核等)和各种接口IP核(如LCD控制器、各种串行总线接口IP核等)。本文以异步串行通信接口(SCI，Serial Communication Interface)接口IP核结构设计为例，说明SCI、UART、SPI、USB等接口IP核的设计方法。

SCI的通信方式采用标准NRZ格式来进行外设间的异步数字通信。因其结构简法，通常嵌入到DSP、MCU和MPU或外设控制芯片内部，作为芯片的一个接口功能模块。SCI通常由三个功能单元构成：波特率脉冲产生单元、发送单元和接收单元。其结构如图1所示。在SCI数据收发中，数据帧的数据格式要比地址帧的数据格式复杂得多。在不同的通信方式下，数据帧的格式是不同 的。为此在发送器和接收器中各引入了与数据帧格式相对应的状态机来实现数据流的控制。本文所介绍的就是基于这种设计思想的一种通用设计方法。

(本网网收集整理)

1 SCI数据发送单元

数据发送单元主要功能是完成数据的并/串转换及发送，同时产生发送标志位。其结构如图2所示，字符发送状态机如图3所示。下面简要介绍发送单元各功能模块及其状态转换。

(1)TXD时钟八分频器

对基于波特率时钟进行八分频，并输出两个基本脉冲―TXD_CLK_WORK(用于计数、移位等)和TXD_CLK_END(用于标志位的生成和数据流输出)。

(2)TXD状态寄存器

通过此状态寄存器设置通信控制寄存器2的两个控制位―TXEMPTY和TXRDY位，以表示数据写入SCI_TXBUF和启动发送过程。

(3)发送字符计数器

当字符状态机的输出状态为允许字符计数时，其开始对发送的字符计数。当计数器值等于编程的字符数时，输出TX_CHAP_REACH信号作为字符状态机激励，使之进入非字符输出状态。

(4)发送空闲线计数器

当字符状态机进入发送空闲线数据状态时，开始工作。当计数到一定值时，输出信号TX_IDLECOUT_REACH作为字符状态机激励，使之进入非空闲线数据计数状态。

(5)发送数据流的形成

在TXBUF2SHIFT的高电平脉冲作用下，在SCI_TXBUF中待发送数据，经过选择器选择指定位数的数据送入SCI_TXSHIFT低位，不足的高位清“0”。与此同时，TXWAKE数据也送到WUT寄存器，在地址位模式情况下，由ADDR_IDLE控制在WUT中形成地址位;并由SCI_TXSHIFT数据位、地址位和奇偶方式位三者逻辑或形成奇偶校验位。

(6)当前发送字符状态机

在启动、控制位、计数器溢出等激励作用下，实现发送字符状态的输出和转换。发送字符状态机的激励有：TXEMPTY(为“0”时启动TXD发送)、ADDR_IDLE(地址/空闲线模式选择位)、PARENA(奇偶校验使能位)、STOPBIT(选择1或2个停止位)、WUT(发送空闲位数据允许位)、TX_CHARCOUT_REACH(发送字符数目已够位)、TX_IDLECOUT_REACH(发送空闲数目已够位)。发送字符状态机(见图3)的状态有：1为帧停止位(1位)，3为帧第1停止位(2位)，5为帧第2停止位(2位)，8位帧起始位

，9为待机状态，A为帧数据位，B为空闲线模式起始位，C为帧地址位，E为帧奇偶校验位，F为空闲线模式停止位，D为空闲线模式计数0～7。

2 SCI数据接收单元

数据接收单元的功能是完成串行数据接收及接收标志位的生成。其结构如图4所示，接收起始位检测和接收字符状态机如图5、图6所示。

接收单元各功能模块及状态转换说明如下。

(1)RXD时钟八分频器

对波特率时钟进行八分频，并保持其与所接收串行数据流的.字符同步。其输出两个时钟脉冲：RXD_CLK_WORK，用于计数、移位等;RXD_CLK_END，为数据流各种方式的停止位前一个字节时间段内提供脉冲。

图4 SCI数字接收单元

(2)起始位检测模块

是一种三位四状态机。其激励有两个：RXD_1_VALUE―接收的串行数据流激励;RXD_END_CHK―一次接收完毕的脉冲激励。其状态有如下几种(见图5)：0(待机状态)、1(空状态)、2(空状态)、3(发现“1”到“0”的跳变状态)、4(输出时钟同步信号)、5(字符接收过程中输出RXD_CLK_AYN和RXD_START_DRV)。

(3)字符检测模块

主要功能是接收数据流。其在采样时钟驱动下数据流通过三个寄存器，随后在RXD_CLK_WORK脉冲作用下，三个寄存器的数据通过表决电路，把数据送到接收数据缓冲器RXD_VALUE中，为把数据送到移位寄存器RX_SHIFT做准备。

(4)当前接收字符状态机

用来标识当前所接收的数据是哪一种字符，以及在下一个RXD_CLK_WORK字符周期将转换到哪一种状态，并且根据当前接收字符的状态，驱动其它部件进行合适的操作。其激励有：RXD_START_DRV(RXD起始位有效激励)、RX_CHAR_REACH(RXD字符接收数目已够)、CCR3_ADDR_IDLE(地址/空闲线模式选择)、CCR5_PARENA(奇偶校验使能)。其状态(见图6)有：0(待机状态)、1(帧数据位)、2(帧起始位)、3(帧地址位)、4(帧奇偶校验位)、5(空状态)、6(帧停止位)。

(5)接收字符计数器

当接收字符状态机处于帧数据位阶段时，其开始计数;当与可编程的数据相同时，输出RX_CHAR_REACH给接收字符状态机。

(6)接收空闲线计数器

当处于待机状态时，开始计数器，当计数到一定时，输出一个脉冲，将RXSP1_RXWAKE置位为1;在下一个字符即将接收、读取SCI_RXBUF寄存器或SCI复位的情况下，RXST1_RXWAKE被复位为0。

(7)接收数据移位寄存器(SCI_RXSHIFT)

根据接收字符状态机的状态接收与检测的串行数据流，将所接收的正确数据送入SCI_RXBUF并置相应的标志，否则置出错标志。

(8)BRKDT间断检测计数器

当产生RXST4_FE帧错误时，开始工作。当RXD_VALUE为“1”时，其被复位;当RXD_VALUE为“0”时，表示没有数据接收，开始计数;当计到一定值时，输出计数满信号，此时间断检测标志RXST5_BRKDT被置位。

结语

IP电信网的传送技术 第3篇

文章介绍了几种主要的IP业务传送技术：ATM、POS、DWDM和以太网的实现方案，分析了它们的优缺点；进一步还介绍了弹性分组环、多协议标记交换等技术；最后指出了在向IP电信网演进的过程中上述技术的发展趋势。

关键词：

IP电信网；传送技术；弹性分组环；多协议标记交换

Abstract:

The implementation schemes of main IP service transport technologies, such as ATM, POS and DWDM, are introduced with the analysis of their advantages and disadvantages. The resilient packet ring (RPR) and multiprotocol label switching (MPLS) technologies are discussed, and finally the development trend of the above-mentioned technologies in the evolution to IP telecom networks is outlined.

Key words:

IP telecom network; Transport technology; Resilient packet ring; MPLS

1 IP电信网的基本特征

由于Internet和网络技术的发展，数据、电话、电视、会议电视以及多媒体等各种业务都可以通过IP网络提供，电信网络专家和计算机网络专家都相信未来网络是基于IP技术的网络，即IP电信网。作为电信级网络，提供等级服务、可靠性、安全性和可管理性应当是IP电信网基本的特征。

结合数据网络、Internet的发展，以及宽带IP业务的建设经验和对下一代网络(NGN)的研究成果，IP电信网可以分成用户接入和网关、传输和交换、网络控制以及业务等4个层面。接入和网关层主要完成网络用户的接入和必要的转换功能；传输和交换层主要完成网络业务的汇聚、交换和传输实现；控制功能实现网络的总体控制，主要是实现业务的接续控制，同时将网络业务控制和数据流相隔离，便于引入新的网络业务；而业务层主要是提供与具体的业务实现相关的功能。

本文主要讨论网络用户的接入、业务汇聚、交换和传输方面，即网络的传送技术，并就有关服务质量保证、可靠性等方面展开讨论。

2 IP传送技术

有关IP业务的传送，有多种解决方案。从提供电信服务的角度看，有使用ATM、POS、DWDM和以太网等几种实现方案。下面简要介绍各种方案的特点。

2.1 ATM实现方案

ATM传送IP业务，或者IP over ATM有多种解决方案。在千兆比路由器(GSR)发展、应用之前，IP骨干网络是通过ATM来实现的，ATM可以提供高速连接链路，同时通过ATM交换机可实现流量工程。而ATM上直接承载IP业务，包括ATM传送IP(IPoA)、局域网仿真（LANE）、ATM上的多协议（MPOA）、标志交换（Tag Switching）和多协议标记交换(MPLS)等多种方案。随着技术的发展和市场的淘汰，在大型网络应用方面，MPLS方案已经获得发展和应用，并将在网络的演进中发挥更大的作用。

2.2 POS实现方案

POS(Packet over SDH)是另外一种IP传送方案，主要是通过高端路由器实现。它将IP包通过点到点协议(PPP)封装，高速数据链路(HDLC)定界/同步，然后通过SDH的有效载荷进行传输。

POS方案的出现和流行，得益于以下几个方面：

(1)OC-48或2.5 Gbit/s POS 高速端口满足了Internet骨干网络流量的需求。

(2)通过SDH直接承载IP业务要比ATM承载IP业务效率高。

但POS在满足了基本的传输功能后，作为一种网络传送技术，其缺陷也是很明显的：

(1)服务质量措施缺乏。

(2)难以实现流量工程。

(3)可靠性措施不力。

虽然，在技术上可以通过SDH实现APS，但与电信级设备的要求仍有一段距离。因此，不少厂家开发了专用技术，比较典型的有DPT等。标准化的RPR将使得可靠性问题获得解决。流量工程则是通过引入MPLS实现，特别是在运营商的大型骨干网络中。而服务质量方面已经有一些解决方案的模型和具体的实现，但总体而言，IP解决方案的QoS措施还有待进一步发展。

2.3 DWDM实现方案

IP over DWDM方案的优势在于可以省去前述ATM和SDH方面的ATM和SDH设备的成本，同时可以减少IP业务经多层适配的开销，是目前看来IP传送的理想解决方案。从网络模型的角度看，有重叠模型和对等模型，两者各有优势。重叠模型IP网络部分和光网络可以独立存在，光网络根据IP业务层的需求动态地提供通路；对等模型可以减少网络的层次，对IP网络和光网络层面使用同一套协议，对两个网络层面的内容都了解。从目前的角度看，重叠模型更符合应用的需求。例如通用多协议标记交换(GMPLS)和自动交换光网络(ASON)在竞争全光网络的主流控制协议方面，使用重叠模型，对网络的发展就要主动得多。

目前的传送方案，无论是基于SDH或者DWDM的，一般都是通过手工配置网络链路。这要耗去大量的时间，并且影响网络业务的正常提供。而网络结构一般是根据行政区划以及业务量的经验值推算而设定的，随着业务的发展，或者由于特殊的原因，网络某些链路可能会过载，从而引起网络总体结构的改变和调整。有了自动光网络后，这个问题可以轻松解决，根据业务量的具体情况，通过GMPLS或者其他机制，可以动态调整、改变波长路由，实现全网的均衡运行。

2.4 以太网实现方案

以太网已经有接近30年的发展历史。以太网从最初的共享10 Mbit/s、交换式10 Mbit/s、100 Mbit/s (FE)、

1 000 Mbit/s (GE)，发展至今天的十吉(10 Gbit/s)以太网。以太网因其成熟、价格低廉、易于使用和极好扩展等原因，得到了广泛的应用。随着10G以太网的标准化以及通过光纤直接传输的距离已经达到40 km以上，以太网技术在城域网中大量应用已经成为可能。作为IP电信网的传送技术，以太网的问题在于：

(1)不能提供服务质量保证。

(2)多业务的支持欠缺。

(3)没有较好的网络可靠性方案。

有关服务质量的问题，有几个因素能促进其解决。其中包括：

(1) 802.1p的标准化。

(2)通过硬件实现一定数量的服务质量等级，例如3个服务等级。

(3)随着城域网应用的需要，MPLS将会被支持，MPLS QoS将引入和实用。

有关多业务的支持，不是以太网技术的应用领域，可以通过其他接入设备，或者网关解决。有关可靠性问题，将通过弹性分组环(RPR)技术提供解决方案。

3 进一步的技术探讨

ATM、POS、DWDM和以太网等几种实现方案，还不是理想的IP电信网的传送技术，还有这样那样的缺陷。对IP电信网的传送技术需要做进一步的探讨。

3.1 有关网络演进的考虑

ATM技术作为IP电信网的传送技术，主要的缺陷是没有高端端口的支持。目前40 Gbit/s的POS端口由于业务发展和光网络选择走向等原因，尚未有见到开发成功的报道，因此，随着10 Gbit/s ATM端口的开发成功和实用化，ATM技术无论是在广域网和城域网内，都将和路由器展开竞争。由于ATM支持QoS，支持目前运营商收入主要来源的传统数据业务，加上ATM交换机的“Ships in the night”的实用化，可以很好地支持MPLS，满足未来IP业务发展的需求，因此ATM技术具有一定的优势，并有可能成为IP传送技术的优选方案。另一方面，由于MPLS和DiffServ结合的QoS策略的标准化的实现，IP的QoS问题将会获得解决。通过MPLS VPN技术，在核心IP网络的基础上，通过边缘接入设备的支持，可以提供传统的FR和ATM业务。这些，为采用传统的ATM网络技术体制的运营商和采用IP over SDH/DWDM的运营商实现统一的IP电信网提供了演进的方案，能够保护他们的网络投资和业务开展，并支持新兴业务。

3.2 弹性分组环技术

ATM技术的缺点是具有“信头税”而导致带宽的低效使用，路由器的缺点是要支持实时业务必须基于“带宽的过量供给”。虽然都是带宽的浪费，但ATM技术可以获得比较好的网络控制功能，而路由器则没有体现任何价值。弹性分组环(RPR)技术可以在解决可靠性问题的同时提高传输资源的利用率。

RPR是一种媒体访问控制(MAC)层协议，环形连接上的各节点通过该协议实现信息的传输。节点设备的操作十分简单，包括信息的插入、转发和剥离。RPR在收发两个方向上可以同时传输信息，使得带宽获得最大限度的利用。在有关链路信号降级或发生光纤故障时，RPR节点会自动、快速(小于50 ms)地实现环回。RPR既提供了自愈保护、实现高可靠性，同时也解决了网络的灵活性和效率等问题。RPR的技术优势，主要表现在以下几个方面：

*网络连接的高可靠性；

*物理层的灵活性，支持SDH、DWDM或以太网物理层协议；

*节点间带宽分配的公平性；

*便于组播/广播业务的开展；

*可以实现QoS。

RPR支持高速接口，包括GE、10G以太网，以及2.5G/10G POS接口，环形链路上最大支持128个节点，可以满足目前高速网络建设的需求。

预计RPR 2003年3月将成为正式标准。届时以太网在城域网中的应用，以及基于高端路由器的IP网络的可靠性将得到强有力的支持。至少在城域网的范畴内，能进一步完善IP电信网的传送技术。

3.3 MPLS技术

多协议标记交换是90年代中后期ATM上支持IP业务以及IP交换的一种方法。MPLS技术经过多年的发展，已经成为最为重要的网络技术之一，它不仅解决了网络发展中遇到的众多问题，同时也为支持网络的演进和发展提供了切实可行的途径。MPLS的一些重要功能和应用有：

(1)MPLS Fast Reroute功能。该功能使得LSP上的节点或链路在出现故障时，能自动迂回或切换到新的LSP上，保证网络业务的不中断。

(2)实现流量工程(TE)。流量工程通过路由受限-标记分配协议(CR-LDP)设置有关节点，通过流量的检测，决定有关流量分流的情况。根据如何决定分流链路的方法，可以区分松散与精确的指定。

(3)实现虚拟专网(VPN)。VPN通过公用网络实现一个单位内部的网络。由于业务流量和网络覆盖的关系，早期VPN网络通过专线来实现，缺乏灵活性。在IP网络十分普及的情况下，可以通过在网络设备直接支持VPN实现。MPLS 由于LSP的封装性，可以实现专线特性，保证安全性，不需要实现复杂的加密算法，而且具有极好的灵活性和可扩展性。

(4)实现IP QoS。通过对LSP设定有关特性来实现QoS，并能和DiffServ有机结合。

(5)支持多播功能，能够节省骨干网络的带宽和支持视频广播业务的开展。

(6)支持话音业务的开展。

(7)MPLS已经被扩展，用于光网络的控制。

4 结束语

光网络无疑会是IP传送网络的基础。从SDH、DWDM到ASON，随着技术的发展，统一的网络基础平台将被提供，并将足够灵活以满足网络业务开展的需求。在业务汇聚和交换方面，ATM多业务交换机和路由器以及以太网交换机等，虽面向应用不同，但功能将趋向融合。对MPLS的支持等将是必备的功能。对组播业务的支持和QoS保证，以及MPLS VPN的QoS保证将是基本的要求。各种传送技术将会并存，而ATM和MPLS技术的融合和发展则有可能成为IP电信网的优选传送技术。□

收稿日期：2002-11-06

参考文献：

[1] 蒋林涛. IP电信网及其业务[J]. 中兴通讯技术, 2001,8(S0):10—12.

作者简介：

IP通信网 第4篇

关键词：IP电话,配电通信网,终端节点

前言

配电网网络结构复杂, 配电自动化节点点多面广, 且较为分散, 要实现将控制中心的控制命令发到各执行机构或远方终端, 同时将各远方监控单元所采集的各种信息上传至控制中心的信号传输存在一定困难。结合这些特点, 配电通信网主要采用EPON技术实现组网, 覆盖开闭所、环网柜等配电自动化节点, 用于实现配电自动化节点的“三遥” (遥测、遥信、遥控) 。

一、IP电话技术及其原理

IP电话 (又称IP PHONE或Vo IP) 是建立在IP技术上的分组化、数字化的传输技术, 其基本原理是:通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理, 然后把这些语音数据按照IP等相关协议进行打包, 经过IP网络把数据包传输至接收地, 再把这些语音数据包串接起来, 经过解码解压处理后, 恢复成原来的语音信号, 从而达到由IP网络传送语音的目的。

IP电话系统把普通电话的模拟信号转换成IP数据包, 同时也将收到的IP数据包转换成声音的模拟电信号。经过IP电话系统的转换及压缩处理, 每个普通电话传输速率约占用8kbit/s~11kbit/s带宽, 因此在与传统程控交换技术同样使用传输速率为64kbit/s的带宽时, IP电话数是原来的5~8倍。

二、IP电话技术实施的必要性

传统程控交换技术一直是被广泛采用的大型企业内部通信解决方案。程控交换采用的是电路分组交换技术, 在局端安装程控交换机, 距离较近的节点可以直接布放音频电缆至用户, 而距离较远的节点只能将依靠SDH、PDH等传输设备, 将电信号转换为光信号传输, 到达远端节点后再经SDH、PDH设备将光信号转换为电信号, 通过PCM等复接设备连接至用户。

因此, 程控交换技术对网络与设备的依赖程度很高, 在已经发展较成熟的骨干通信网中得到了广泛应用。

而在配电通信网中, 主要采用EPON技术组网, 局端站只安装服务器, 配电线路出线节点安装OLT, 终端节点安装ONU。终端ONU设备只提供PON口与网口, 那么, 基于网络的IP电话技术就成了配电通信网内通讯的首选。

三、IP电话技术应用设计原则

在配电通信网中, 开闭所及环网柜等配电自动化节点需要实现“三遥”, 其中, 遥控涉及对配电节点的操作, 操作过程中要接配网调度指令, 这也正是配电通信网中需要采用IP电话技术进行通讯的重要原因。而IP电话技术的应用设计原则主要有以下几点:

1) 高稳定性

采用先进的IP调度交换机来构建网络, 满足主要设备板卡冗余热备方式, 可以实现主控板主备倒换, 关键业务单板负载分担, 直流或交流双电源供电;另外也可实现双机热备, 异地容灾机制, 主机备机可置于完全不同的网络环境或者地点。保证终端设备以及用户通话的安全性, 并且使用多种技术手段保证通话质量。

2) 可扩展性

IP调度交换设备支持以后的网络平滑的扩容, 保证在网络的成长过程中, 网上业务不会受到影响, 并且在业务发展和新技术出现后可以方便地向更先进的技术过渡。

3) 开放性/互通性

全面遵循业界开放标准, 可与多厂家设备系统互联, 实现多协议间互通, 可以与传统的PLMN/PSTN、专网企业以及Vo IP系统进行业务互通。

4) 可管理性/可控制性

系统的可管理性, 包含对设备/组件、网络、应用/业务等各方面的综合管理能力, 提供配置维护界面以及安全的远程管理功能。提供终端的网管软件减少故障排除时间, 优化网络性能, 节省开支, 提高工作效率。

四、IP电话技术在配电通信网终端节点的应用

应用以上设计原则, 结合吴忠供电公司骨干通信网及配电通信网的网络实际, 绘制吴忠供电公司整个行政交换网络拓扑图如图1所示。

从以上吴忠供电公司行政交换网络拓扑图可以看出, 新局行政交换系统依然采用贝尔程控交换机, 为吴忠供电局的日常办公通话及各变电站提供行政电话服务;在老局新增IP调度交换机1台, 并在配电终端节点安装IP电话单机, 同时, 软交换机与贝尔程控交换机通过2M中继进行互连, 实现配电终端节点与其它办公电话、变电站行政电话及公网电话之间的通讯。

此种组网方式, 具有以下优点:

1) 部署简单方便:可以直接接入网络, 通过IP方式下放IAD接模拟电话, 代替原来的程控语音系统, 并且可以与OLT采用内部协议对接实现放号。

2) 全网互通、无缝对接融合:IP调度交换机支持内置中继板卡, 可以与新局程控系统的贝尔程控交换机实现对接, 达到全网的互联互通。同时, IP调度交换机可以满足将来大量的中继需求, 支持PRI、Qisg、NO.1、NO.7等各类信令, 可以与各系统无缝融合。

3) 系统扩展性强:伴随配电通信网终端节点的增加, 新增用户可以直接部署IP电话, 注册到IP调度交换机, 方便快捷。

4) 降低变电站通信成本:随着调度数据网第二平面的建设, 传统的低速率远动通道逐渐退出, 语音通信采用IP电话替代PCM复接设备, 降低通信成本。

五、结束语

本文主要针对配电通信网终端节点的特点, 选择IP电话技术作为其语音通信方式, 在满足配网终端节点业务接入的同时, 有效利用了资源, 降低了建设成本, 增强了扩展性, 维护也更方便, 值得推广借鉴。

参考文献

[1]刘菊梅.IP电话的原理结构及其关键技术.科学之友.2007年10月.

[2]张旭东.IP电话在湖州电力通信系统中的应用.湖州师范学院学报.2006年3月第28卷.

IP电信网中的业务体系结构 第5篇

文章阐述了下一代IP电信网业务结构的基本要求，通过与传统智能网的比较，分析了基于API的开放式业务结构的技术特点，并详细介绍了软交换网络的业务体系结构和3G网络的OSA/Parlay业务结构，最后简要说明了智能终端的业务接口，指出其进一步的研究课题。

关键词：

IP电信网；业务体系结构；应用编程接口；分布对象技术

Abstract:

FollowingastatementofthefundamentalrequirementsofservicearchitectureofthenextgenerationIPtelecomnetwork,ananalysisisgiventothetechnicalfeaturesofAPI-basedservicearchitecturethroughacomparisonwithtraditionalIN.DetailedintroductionisthendevotedtotheservicearchitectureofsoftswitchnetworksandOSA/Parlayservicearchitectureof3Gnetworks.Finallyabriefdescriptionisdirectedtotheserviceinterfaceofintelligentterminalsandsomefurtherstudyissuesarepointedout.

Keywords:

IPtelecomnetwork;Servicearchitecture;Applicationprogramminginterface;Distributedobjecttechnology

上世纪末，在以Web为标志的IP技术的推动下，电信网经历了有史以来最深刻的变革，IP电信网已无可争议地成为通信网演进的主导方向。各国投入大量的资金建设面向下一代网络的基础设施，全球电信业规模高速增长。但是，由于种种因素的制约，巨额的投入远未获得预期的收益，致使西方发达国家电信业本世纪初出现严重的萎缩。其中一个重要的原因，就是新型网络缺乏符合用户需要、具有市场效益的新型业务。因此，目前通信产业界和学术界都十分重视网络业务的开发和部署，其技术关键就是要有一个适应IP网络环境和应用特点的业务体系结构。

IP电信网业务体系结构有3个基本要求：

(1)开放性

业务的定义、生成和部署独立于下层网络，具有跨网络平台的可移植性，可由独立于网络运营商的第3方开发和提供，易于用户按照自己的要求定制个性化业务。

(2)分布性

业务控制将由传统电信网的集中式控制模式转换为分布式控制模式，支持业务控制功能和网络控制功能交互的位置透明性。

(3)融合性

应能灵活提供综合多种网络能力的融合业务，特别是话音/数据融合业务将是IP电信网业务发展的重点。

实现上述要求后，将使网络运营商节省大量的业务开发和维护投资，有效地提升网络价值；将使第3方业务开发商和运营商获得全新的市场空间和公平的竞争环境，具有快速推出新业务的能力；同时将使用户充分享用下一代网络的个性化信息服务。

围绕上述目标，电信界和计算机界经过多年的努力，逐步形成了以面向对象的API(应用编程接口)技术为核心的跨网络的融合业务体系结构。

1、基于API的开放式业务结构^[1]

90年代初，电信界成功地推出了快速提供增值业务的智能网体系结构，其核心就是将业务功能从交换机中剥离，实现业务控制和呼叫控制的分离。当电信网向IP方向演进时，首先想到的就是将智能网的控制结构延伸到IP网络。由于电路交换网和IP分组网的差异仅在于底层传送机制的不同，对于应用层来说，两者实现同一业务时的业务逻辑应该是相同的，因此可以用同样的SCP(业务控制点)和同样的INAP(智能网应用部分)协议进行控制。具体来说，可以单独设置IPSCP或者共享原有智能网的SCP，后者要求INAP协议在IP网络中透明传送，为此设立了信令网关。此外，由于智能网业务是基于SSP(业务交换点)的有限状态机触发的，而IP网络并不保留状态信息，因此在IP电信网的软交换机、网关控制器中都引入了呼叫状态机，以支持智能网业务控制结构。

上述演进方式固然简单，但是带有电路交换网固有的先天不足。首先，其最大的问题是，由于7号信令的专用性和INAP的复杂性，智能网仍然是一个封闭式网络，分离的SCP仍然属于网络运营商管辖，因此，用户只能在网络运营商提供的业务范围之内选择自己所需的业务；其次，智能网触发机制基于传统呼叫模型，因此只适合于电路/会话连接型业务，并不能支持IP网络环境下的融合业务；另外，虽然智能网采用SIB(业务独立构件)重用技术实现业务的快速创建，但是SIB本身并不是面向对象的，难以实现分布式控制和有效的软件重用。

于是，人们进一步提出了基于DOT(分布对象技术)和API的开放式业务体系结构。众所周知，DOT采用抽象对象模型定义可重用的基本构件，通过DPE(分布式处理环境)远程对象调用机制实现分布网络计算，其自成体系的对象封装、统一的接口定义和公共的系统服务提供了对象位置的透明性，屏蔽了底层网络的实现细节，使得电信网的功能和资源以规格化的对象形式开放给业务层使用，业务层设计无需知道下面复杂的网络控制协议。这样，使业务层完全独立于网络层和呼叫/会话层，成为单纯的计算机软件控制平台。当然，为了确保不同设计者开发的业务逻辑在不同网络和运营域的互操作性，上述抽象对象模型必须统一定义，这就是标准化的API。目前，为信息业界广为采用的就是由Parlay集团定义的ParlayAPI，典型的DPE技术包括CORBA(公共对象请求代理结构)、DCOM(分布组件对象模型)和RMI(远程方法调用)。

图1通过比较的方式示出上述业务结构的特点。图1(a)为传统智能网结构。其中，SSP和SCP之间的C接口属于网络内部接口，两者均为网络提供商的设备。端用户只有一个唯一和网络提供商的接口——B接口，因此只能在网络提供商指定的业务范围内选择其业务。图1(b)为基于API开放式业务结构。其中，接口C是开放式接口，接口上方的业务层归属独立于网络提供商的第3方业务提供商，其位置一般在网络边缘，顺从网络智能外移的演进趋势。端用户除了和网络提供商的接口外，还有与业务提供商的接口——A接口，通过此接口用户可定制或修改业务，业务提供商可以据此快速提供用户所需的个性化业务。

2、软交换网络的Parlay业务结构^[2]

作为下一代交换网络发展方向的软交换网络采用ParlayAPI构造其业务体系结构，如图2所示。

其中，由业务运营商提供的第3方业务平台装载各种业务逻辑，与数据库配合完成对业务的控制，相当于分布式的SCP。应用服务器平台装载各种业务能力服务器，每一种服务器对应一类ParlayAPI。例如，图中CC负责呼叫的建立、选路、监视和释放，这里的呼叫可以是普通呼叫、会议呼叫或者多媒体形式的呼叫；UI负责用户交互，相当于传统智能网中的智能外设；GM负责各类媒体信息的处理。业务逻辑通过内嵌的ParlayAPI函数调用应用服务器中相应的业务能力，后者再指令下层网络的控制实体，完成所需的网络动作。例如，CC将通过和SSW(软交换机)的交互完成呼叫连接建立或释放，UI和GM可通过控制软交换网络中的MS(媒体服务器)完成所需的功能。业务能力的定义独立于下层网络，当该业务能力要求由某类网络完成时，应用服务器就将该业务能力指令映射为相应的网络接口协议，例如SIP协议或H.323协议。通过这样的机制，复杂的下层网络协议将对第3方业务提供者完全屏蔽，业务开发者只要组合调用API函数，就可以灵活地构造各种跨不同网络的增值业务，每一种业务可能会用到多个API业务能力。

从ParlayAPI的角度看，第3方业务提供平台为API的客户端，应用服务器是API的服务器端。从下层网络的角度看，应用服务器平台将ParlayAPI指令映射为对应的网络协议，因此又称其为Parlay网关，该网关设备通常由网络运营商提供。为了支持分布式业务提供环境，第3方业务提供平台和应用服务器平台之间一般通过CORBA中间件通信。Parlay框架接口负责对第3方业务运营商的认证和鉴权，根据业务接口的要求搜索和选择相应的基本业务能力，同时还提供负载管理、故障管理、操作维护管理以及业务预定等功能，以确保第3方开发的业务有控制地、安全而可靠地在各类网络平台中运用。框架接口还有一项重要的功能，就是允许应用服务器平台接入第3方提供的基本业务能力。考虑到API和底层网络标准可能的更新，框架接口提供了业务注册API，第3方开发的增补业务功能可以通过该API加入，从而使应用服务器平台具有良好的可扩展性。

原则上说，ParlayAPI可以通过应用服务器平台与任何下层网络交互，也就是说，业务层可经由统一的中间平台控制各类网络，包括各种传统电信交换网(GSTN)。例如在图2中，软交换网络也可通过此统一的结构和智能网互通，其过程是：软交换机满足触发条件后，经应用服务器平台向第3方业务逻辑发送业务请求，业务逻辑再通过API命令应用服务器向智能网SCP发出请求。此时，应用服务器平台是一个完全的Parlay网关，有些厂商的确就是这样设计应用服务器平台的。另一种和智能网交互的方法是，软交换机触发后，直接经由信令网关向SCP发出业务请求，不需要通过应用服务器中介控制。这种方法在ParlayAPI部署之前已经标准化，因此许多厂商仍然采用这种机制实现软交换网络和传统电信网的业务互通。

在上述体系结构中，按照业务实现的不同方式，可将软交换网络中的业务划分为4类：

(1)基本业务

就是最基本的呼叫/会话连接控制业务，由软交换机自身完成。它是最简单的业务，也是其他业务的基础。

(2)补充业务

指的是原来GSTN中已定义的附加业务，如呼叫前转、呼叫等待、呼叫筛选、定时唤醒等，这些业务同样也要向IP终端用户提供。其实现同样只需要用到软交换机自身的功能，但是需内置数据库设定用户业务特性和权限。

(3)智能网业务

指的是借助传统智能网向软交换网络用户提供的增值业务。如前所述，这类业务一般要求软交换机通过信令网关和智能网的SCP交互。信令网关完成底层传送协议的适配转换，INAP协议消息在软交换机和SCP之间透明传送。

(4)开放式业务

指的是通过ParlayAPI开放式业务结构，由第3方提供的增值业务。它充分体现了软交换网络的潜在价值。目前市场十分感兴趣的就是涉及话音通信和Internet的网络融合业务。

3、3G网络的OSA/Parlay业务结构^[3]

和第2代移动通信网络(2G)相比，3G核心网络的特点是引入了分组交换，相应地在业务上支持Internet、VoIP(IP话音)和IP多媒体业务。3GPP标准中的核心网分为电路交换(CS)和分组交换(PS)两部分。CS域的网元及接口和GSM核心网几乎相同，仍然基于传统的TDM(时分复用)技术，但引入媒体网关功能(MGF)，以支持VoIP或VoATM。PS域基于TCP/IP协议，其基本网元为支持分组交换的SGSN(GPRS服务支持节点)和支持与其他分组网络互通的GGSN(GPRS网关支持节点)。两个域共用用户归属服务器(HSS)。

为了向移动用户有效地提供基于IP技术的综合业务，3GPP核心网专门定义了一个IP多媒体子系统(IMS)（见图3），它包含了3G网络的业务体系结构。

IMS采用SIP作为基础协议。其中，CSCF称为呼叫/会话控制功能，是网络控制的核心网元。在3G网络中定义了3类CSCF：作为移动用户接入IMS的SIP代理服务器——P-CSCF、运营域的入口SIP代理服务器——I-CSCF以及实际处理具体呼叫/会话的S-CSCF，后者的主要功能包括地址解析、呼叫/会话控制和增值业务触发，其地位相当于软交换机。HSS存放用户信息、业务信息、本域S-CSCF位置信息以及其他一些重要的原始信息。媒体网关功能(MGF)和媒体网关控制功能(MGCF)的作用和CS域中的对应网元一样，也是提供RTP流和PCM流的适配变换，支持IMS和GSTN的互通。媒体资源功能(MRF)和媒体资源控制功能(MRCF)的地位则相当于软交换网络中的媒体服务器(MS)，提供会话中的媒体流处理功能。

其他网元与S-CSCF一起构成3G网络的业务体系结构。与软交换网络类似，按照实现方式的不同，也可以将3G支持的业务分为4类：

(1)基本业务

就是最基本的呼叫/会话连接控制业务，由S-CSCF直接处理，无需其他服务器介入。SIP控制消息经由P-CSCF和/或I-CSCF终接至S-CSCF。

(2)传统移动智能网业务

即CAMEL(客户化应用移动增强逻辑)业务。此时，S-CSCF将业务请求发往IM-SSF，然后由CSE(CAMEL业务环境)控制业务的执行。IM-SSF和CSE之间的接口协议为CAP(CAMEL用户部分)。

(3)网络运营商提供的增值业务

此时，S-CSCF将业务请求发往SIP应用服务器，该服务器可以在原籍网络，也可以在访问网络中，其中装载有业务控制逻辑，同时还包括处理多种业务交互的功能模块。

(4)第3方提供的增值业务

此时，S-CSCF将业务请求送往开放式业务结构(OSA)业务能力服务器(SCS)，再由后者送交远端的OSA应用服务器控制处理。两者之间的OSAAPI也采用Parlay。前者相当于软交换网络中的Parlay网关，后者相当于Parlay客户端。因此，3GPP称其为OSA/Parlay业务体系结构。

S-CSCF收到SIP消息，经分析并查询HSS后，确定是否应触发至应用服务器的请求，并由HSS告之应送往哪一个应用服务器。S-CSCF和HSS之间的接口称为Cx，是3GPP定义的专用接口。S-CSCF至IM-SSF、SIP应用服务器和OSASCS之间的接口相同，都采用SIP协议，称为ISC(IMS业务控制)接口。各业务服务器至HSS的接口称为Sh，主要用于检索业务数据和用户文档。

因业务体系结构的一致性，目前Parlay集团、3GPP和ETSI(欧洲电信标准化协会)三大组织已联手制订标准，下一版本的Parlar4.0和ETSIAPI以及3GPPOSA将要统一。

4、智能终端业务环境

上述业务结构的开放式接口都位于网络单元之间，业务触发源于网络控制单元或应用服务器本身。随着通信终端智能化程度的提高以及个性化业务需求的增长，有必要在终端和应用服务器之间直接开设业务接口，使用户可以自由地按需调用业务。这样，通信终端的功能将大为丰富，对于移动手机而言，犹如一台可以随意移动的联网的掌上计算机。正是基于这样的考虑，3GPP定义了移动台执行环境(MExE)标准^[4]，具有该标准能力的手机可以直接向网络运营商或第3方提供的MExE服务器发起业务请求，享用除一般通话以外的各种增值业务，特别是各类Internet业务。

MExE业务接入有以下4种典型的方式：

(1)手机发出请求，业务在远端MExE服务器上配备和执行，服务器可向终端发送业务相关内容信息。

(2)业务仍然在远端服务器上配备和执行，但是手机可以请求将操作该业务的应用程序下载到终端，供用户在手机上使用。例如下载Web浏览程序浏览网页，下载Email程序收发电子邮件，下载播放程序收听音乐等。

(3)业务本身将从服务器下载到终端，用户安装、配置和激活后，将直接在手机上运行，不再依赖于远端服务器。例如电子游戏。

(4)MExE手机和另一MExE手机相互间直接提供、接收或进行交互业务，此类业务也无需远端服务器介入。例如手机之间进行交互式游戏、共享某些信息等。其中，远端业务服务器可以位于CS域、PS域、IMS域或Internet中，MExE终端可通过固定、移动、无绳、蓝牙等任何适合的网络协议接入，由此请求基于话音、数据、多媒体的各种增值业务。

MExE包含一些关于网络控制、QoS、Java应用等的API，利用这些API可以方便地开发MExE执行程序。为了便于标准化，3GPP还定义了4类MExE移动台，对每一类规定了最低限度要求。除此以外，3GPP还制订了用户识别模块(SIM)卡上的业务应用接口，称之为USAT/SAT^[5]，即UMTS或GSM手机SIM卡上的应用工具。开发者基于已定义的SIM卡API编写工具程序，利用这些工具就能自动向手机发送指令，进行相应的操作。

5、结束语

基于ODT和API的开放式结构已被业界接受为下一代IP电信网业务体系架构的基础，特别是ParlayAPI受到了广泛重视和应用。然而，Parlay本身还需要完善，尚需解决业务创建和业务合理部署的问题，特别是要确保良好的可扩展性和合理的响应速度，另外对于日益复杂的家庭网络的业务结构及其广域接入也必须高度重视，以实现端到端的全程业务提供。所有这些问题都必须深入研究解决，才能真正建立大规模运行网络上的业务体系结构。□

参考文献：

[1]MenelaosK.Parlay-BasedServiceEngineeringinaConverged

Internet-PSTNEnvironment[J].ComputerNetworks,2001,35(1):565—578.

[2]糜正琨.开放式业务结构和API技术[J].中兴通讯技术,2002,8(S0):33—36.

[3]3GPPTS23.228V5.6.0,IPMultimediaSubsystem(IMS):Stage2[S].

[4]3GPPTS22.057V5.4.0,MobileExecutionEnvironmentServiceDescription:Stage1[S].

[5]3GPPTS22.038V5.2.0,USIM/SIMApplicationToolkit(USAT/SAT)ServiceDescription:Stage1[S].

收稿日期：2002-11-18

作者简介：

IP通信网 第6篇

关键词：高速公路,通信系统,IP通信网

一、前言

在设计高速公路的时候,可以将工程设施分成通信系统、监控系统以及收费系统。通常情况下,我们将高速公路中着三个系统都叫做公路机电系统。在快速发展的网络信息技术下,收费系统以及监控系统都是根据它的基础去运行的,但是在通信系统中,主要就是业务电话网系统以及紧急电话系统。目前,在快速发展的信息技术下,高速公路通信系统也在不断地进行提升,其业务包括办办公数据传输业务、监控图像传出业务、语音传输业务以及数据传输业务等。

二、通信系统目前的设计

高速公路通信系统的主要传输平台有:办公自动化、会议电视、监控系统、收费系统以及业务联络等。其通信系统通常是由紧急电话系统、数据传输通路、光纤数字传输系统等组成的。一般通信系统被分成三级管理体制:通信站、通信分中心以及省通信总中心。在高速公路的通信系统中,在每一个路段设立有人和无人的通信站,都是其通信中心进行管理的。

在现如今的高速公路中,已经建好的通信系统都是烽火、中兴以及华为等设备,按照实际的情况,选择不同的产品当做干线网,用通道保护自愈环或者是两纤双向复用环等形式去将数据的传输平台进行实现。

在高速公路中所有路段的低速录数据传输以及语音通讯都是在语音通话系统的帮助下完成的。所以,这个系统在建设高速公路上被大家开始广泛的使用,而且这个系统是中兴以及华为等公司制造出来的数字交换机。

三、高速公路通信系统全IP通信设计

1、设计方案。

这个设计是对现如今高速公路在成本上和网络的发展上提出的方案,这个方案是将其通信系统发展成网络而提出来的,它会使高速公路的收费项目以及通信管理提供一个比较好的系统那个。这样会在一定的条件下,将通信系统网络化。

2、以太网传输设计。

高速公路需要传输的信息有:电话系统、会议电视系统、办公自动化、监控数据以及收费数据等。现如今除了电话系统,别的都是通过光纤数字传输网的方式进行传输的,这个设计会使其变得更加合理,并对系统的稳定性以及传输的可靠性作出一定的保证。

以太网的帧结构:

3、交换机配置方案。

在每个通信站中交换机都是用来承载业务的应用的,每个交换机都应该有一个自己的VLAN,网管业务有一个自己的VLAN,利用ACL设置区队每个VLAN的访问权限进行限制,其中收费网络和办公网应该通过流量的形式去进行限制,将电话业务的QOS设为最高。在分中心建立一个路由器去联通省中心和别的分中心。

4、软件换系统方案。

在现如今的电信系统核心网中,软件换网络属于一种主流系统。他通过控制和承载的分离,在各个承载网络上建立一个以这种方案作为核心的网络,这将使其不会再去依赖传统网络。并且它还能够按照目前的实际情况去分阶段的进行实现。在电信核心网络中,这种网络是首选的系统,利用分离控制和承载,采取不同的承载网络建立一个通过软件化技术为中心的网络,根据实际情况将其进行分阶段、有选择的实施,而不是依靠一种交换技术。它不同于传统交换网络的结构,软交换网络技术的控制核心比较集中,通过通用协议以及开放接口的方式,建立以低成本的网络,大大提升业务的部署能力。软交换技术让网络互连变得简单,并且可以更加容易的对网络进行管理,还使得软交换设备的处理能力得到了一定的优化,使其降低了对供电的要求。

四、结语

在高速公路中,通信系统是非常重要的一个传输平台,这是传输各种数据信息的心脏,所以,要严格对其进行把关。通过优化其通信系统的设计方案,使得数据传输的稳定性以及可靠性得到了有效的提升。现如今在通信系统的基础上做出的优化就是全IP通信系统,这使得投资的成本在一定程度上得到了降低,并且将网络的稳定性以及数据传输的可靠性进行了大大的提升。这个设计方案实施在各种高速公路的通信系统当中,其效果非常的可靠稳定,并且大大减少了投资的成本。将高速公路原来的通信系统以及新建的通信系统都进行了优化。实践证明,这种方案得出的结果可靠且稳定,对将来高速公路的发展非常有利的帮助。

参考文献

[1]单洪海,马春凤,魏红素.高速公路通信系统的管理与维护[J].交通科技与经济.2005(04)

IP网络和光纤通信技术 第7篇

IP技术与光光纤通信技术密不可分, IP技术改变了我们的世界, 而它所依赖的光纤通信技术更是把我们所有的带宽梦想变为了现实。随着科学研究的不断深入, 它们二者的关系将更加紧密的结合, 未来要实现的光互联, 全光网技术。IP技术与光纤通信技术的关系是两者成为了支撑通信大夏的基石。

IP网络

IP网络自然用的是TCP/IP协议。那什么是TCP/IP协议呢?TCP/IP协议的基本传输单位是数据包 (datagram) , TCP协议负责把数据分成若干个数据包, 并给每个数据包加上包头 (就像给一封信加上信封) , 包头上有相应的编号, 以保证在数据接收端能将数据还原为原来的格式, IP协议在每个包头上再加上接收端主机地址, 这样数据找到自己要去的地方 (就像信封上要写明地址一样) , 如果传输过程中出现数据丢失、数据失真等情况, TCP协议会自动要求数据重新传输, 并重新组包。总之, IP协议保证数据的传输, TCP协议保证数据传输的质量。

IP是与支撑它的下层物理网络无关的网络层协议, 基于IP协议组建的网络, 统称为IP网络, 这种网络支持的各种应用业务, 统称为IP业务, 而实现这些业务的技术, 即为IP技术。IP技术最吸引人的特点是可以将所有系统都连接在一起, 几乎任何一种计算机硬件和操作系统的组合都具有用于IP网络协议的驱动程序。IP技术的这种广泛的物理网络适应能力;以及各计算机、网络设备厂家都对IP支持的特点, 使得IP业务的地域范围和应用业务领域十分广泛。

介绍完了IP网络的基础, 我们再来看看目前电信网的发展, TDM技术已经不是未来的发展方向。TDM设备虽然还在生产, 但全世界的TDM研发已经全面停止了。另外由于ATM的许多标准并未得到验证, 也不是未来的发展方向。还有, 现在的IP网是基于传统的因特网理念, 以用户自律为基础, 自由发展, 缺少管理, 是一个非盈利的商业模型。因此, 传统的因特网不能成为未来电信网的发展方向。基于这样的情况, 新型IP网络有了大显身手的机会。随着IP网络设备技术上的快速发展、路由器性能的极大提高、以及DWDM的大量商用, 传输成本大为降低。而Internet上的业务发展相对较慢, 从而使得网络处于相对轻载状态, 可以在Internet上开展丰富的数据、语音、视频等综合业务, 开展电话通信等等。

另外移动IP能够实现用户任何时间、任何地点、用任何一种媒体与任何一个人进行通信共享。目前移动IP已经在开展3G国家和地区已经开始运营, 移动IP在我国也开始提上了日程。首先IP是3G的需要, 3G业务将以数据和互联网业务为主, 在3G将承载者实时话音、移动多媒体、移动电子商务等多种业务。移动IP可以让3G真正实现随时随地无缝接入, 将大大促进3G业务发展。虽然目前移动IP技术还有很多不足之处, 但是基于移动技术的网络系统和Internet网络相结合, 提供高速、高质量移动IP技术必将是大势所趋。其次, 移动IP是IPv4发展到IPv6的必然, 随着互联网的规模及应用快速发展, IP地址将从IPv4演进到IPv6, IPv6将现有地址扩展多128位, 可用地址是原来的8倍, 这将大大方便移动IP的应用, 不仅满足了对空间的需求, 也对移动终端设备对IP地址的配置要求, 而用户对于基于IP的应用业务使用也更为方便, 3G移动网络向IPv6承载过渡是必然趋势。

光纤通信技术

因光在不同物质中的传播速度是不同的, 所以光从一种物质射向另一种物质时, 在两种物质的交界面处会产生折射和反射。而且, 折射光的角度会随入射光的角度变化而变化。当入射光的角度达到或超过某一角度时, 折射光会消失, 入射光全部被反射回来, 这就是光的全反射。

进入光传播时代以来, 在尽享数字信号带来高数据处理能力的同时, 我们不得不忍受光纤这种娇贵的传输介质。因为施工人员必须将光纤铺得平直舒坦, 它才老老实实地为人们传输清晰的信号, 所以造成了在建筑物里铺光纤难度大、成本高的难题。而《时代》周刊将“计算机类最佳发明”头衔授予了康宁 (Corning) 公司, 理由正是该公司研发了名为nano Structures的技术, 并基于这个技术发明了一种能让信号在角落处转弯、百折不挠的“变形光纤”, 为突破光传播介质的瓶颈做出了贡献。

光纤通信技术是通过光学纤维传输信息的通信技术。在发信端, 信息被转换和处理成便于传输的电信号, 电信号控制一光源, 使发出的光信号具有所要传输的信号的特点, 从而实现信号的电光转换, 发信端发出的光信号通过光纤传输到远方的收信端, 经光电二极管等转换成电信号, 从而实现信号的光电转换。电信号再经过处理和转换而恢复为原发信端相同的信息。现在以长波长光源和单模光纤为标志的第二代光纤通信技术也已经成熟, 无中继通信距离约为30公里, 通信容量约为5000路, 适用于长途干线通信。全光化和光集成化的光纤通信技术正在研究之中。全光化指的是在中继器中光信号直接被放大, 省去了光电转换和电光转换过程。全光化的光集成化功能大大减少中继器和光端机的体积, 降低功耗和成本, 提高可靠性。未来的光纤通信将向超高速系统、超大容量WDM系统演进, 而实现光联网是整个光纤通信发展的战略大方向。我们期待着这些新技术的实现来更大的促进整个信息产业的发展。

参考资料

参考文献

[1].《百折不挠的光纤》作者:王雅丽1.《百折不挠的光纤》作者:王雅丽

IP地址和硬件地址的配合通信研究 第8篇

我们可以把整个因特网看作是一个单一的、抽象的网络,IP地址是用来标识这个网络上计算机的逻辑地址,这个网络也依靠IP地址与本网上的其它站点互相区分、互相通信。然而在实际通信过程中,仅有IP地址是不够的,还必须借助硬件地址,那么IP地址与硬件地址是如何配合通信的呢?本文通过一个实例来揭示它们之间的配合关系。

2 IP地址与硬件地址的层次关系

图1展示了IP地址与硬件地址的层次关系。从层次的角度看,硬件地址是数据链路层和物理层使用的地址,而IP地址是网络层和以上各层使用的地址。

在发送数据时,数据从高层向下传到低层,然后才到通信链路上传输。使用IP地址的IP数据报一旦交给了数据链路层,就被封装成MAC帧。MAC帧在传送时使用的源地址和目的地址都是硬件地址,这两个硬件地址都写在MAC帧的首部中。

根据MAC帧首部中的硬件地址,在通信链路上的设备接收MAC帧。在数据链路层看不见隐藏在MAC帧的数据中的IP地址。只有在剥去MAC帧的首部和尾部后将MAC层的数据上交给网络层,网络层才能在IP数据报的首部中找到源IP地址和目的IP地址。

3 实例研究

图2是一个实例,由三个局域网通过两个路由器R1和R2互连起来。现在主机H1要和主机H2通信。这两个主机的IP地址分别是IPl和IP2,而它们硬件地址分别为HAl和HA2。通信的路径是:H1→经过R1转发→再经过R2转发→H2。路由器R1因同时连接到两个局域网上,因此它有两个硬件地址,即HA3和HA4。同理,路由器R2也有两个硬件地址HA5和HA6。

图3是从协议栈的层次上看图2数据流动的全景。

这个全景包含着两个层次。从虚拟的IP层上看IP数据报的流动和从数据链路层上看MAC帧的流动。这两个数据流动的层次是有技术上差别的。

从虚拟的IP层只能看到IP数据报。虽然IP数据报要经过路由器R1和R2的两次转发,但在它的首部中的源地址和目的地址始终分别是IPl和IP2。图中的数据报上写的“从IPl到IP2”就表示前者是源地址而后者是目的地址。数据报中间经过的两个路由器的IP地址并不出现在IP数据报的首部中。虽然在IP数据报首部有源站IP地址,但路由器只根据目的站的IP地址的网络号进行路由选择。

从数据链路层上只能看到M AC帧。IP数据报被封装在MAC帧中。MAC帧在不同网络上传送时,其MAC帧首部中的源地址和目的地址要发生变化。开始在H1到Rl间传送时,MAC帧首部中写的是从硬件地址HAl发送到硬件地址HA3,路由器R1收到此MAC帧后,在转发时要改变首部中的

源地址和目的地址,将它们换成从硬件地址HA4发送到硬件地址HA5。路由器R2收到此帧后,再改变一次MAC帧的首部,填入从HA6发送到HA2,然后在R2到H2之间传送。MAC帧的首部这种变化,在IP层上是看不见的。

表1列出了图2不同层次、不同区间的源地址和目的地址。

IP层抽象的互联网屏蔽了下层很复杂的细节。在抽象的网络层上讨论问题,就能够使用统一的、抽象的IP地址研究主机和主机或主机和路由器之间的通信。

参考文献

[1]史创明,王立新.计算机网络原理与实践[M].北京:清华大学出版社,2006.165-168.

[2]兰少华,杨余旺.吕建勇.TCP/IP网络与协[M].北京:清华大学出版社,2006.12-30.

IP通信网 第9篇

随着NGN (Next Generation Network) 网络的不断发展, 作为用户终端设备的终端数量越来越多、分布越来越广。据计世资讯 (CCW Research) 最新预测数据显示, 到2008年, 国内IP语音通信市场规模将达到51亿元人民币, 而从2008年到2012年, 未来五年的时间里, 国内IP语音通信市场将保持较快的增长趋势, 其年复合增长率将达到46.4%, 截至2012年, 国内IP语音通信市场的规模将达到212亿元人民币。

据预测, 在电信级运营市场中, 为了最大弱化IP语音通信给用户带来的差异性, IP语音通信终端在2008年将主要以语音网关的方式存在;而在企业级市场, 则将是智能化的IP语音话机和普通语音网关并重的局面。但不管怎样, 如此众多的终端设备, 势必而且已经给运营商或者企业带来了顾虑, 智能化、功能丰富的网管系统已经成为规模部署IP语音通信终端的首要条件。终端设备运行的好坏、运行的质量, 直接关系到运营商或者企业用户的切身利益。主动进行设备管理、故障管理、配置管理、性能管理、安全管理和拓扑管理等等, 使得设备7X24小时良好运作, 已成为用户最重要的要求。

1.1 网络结构图

SVMS的网络结构图如图1.1所示:

1.2 硬件连接

SVMS由服务器与客户端组成, 通过局域网或广域网完成相互间的通信。支持本地接入和远程接入, 支持多用户同时操作。SVMS的客户端可以远程登录到服务器上, 对终端设备进行管理。

客户端负责用图形化方式的人机接口显示各种网络管理信息, 响应网管人员提交的各种管理操作并将请求提交到服务器层;服务器层负责具体业务的逻辑实现, 完成客户端提交的管理操作。

SVMS的硬件连接关系如图1.2所示:

1.3 软件结构

SVMS采用多进程、模块化的体系结构和面向对象的设计, 各模块通过统一的消息分发中心进行交互数据库备份工具提供了对SVMS的维护手段。SVMS通过SNMP (Simple Ne tw ork Manage m e nt Protocol) 协议对终端设备进行管理。系统的软件结构如图1.3所示。

2. 产品功能

系统主要包括以下功能模块:设备管理、实时监控、配置管理、自动配置、故障管理、升级/加载程序管理、安全管理、维护测试管理。SVMS的系统功能用例图如图2.1:

3. 功能描述

3.1 设备管理

由于一个SVMS系统需要管理的设备很多, 因此SVMS采取树形结构来实现对终端设备的管理, 有利于对设备分权分域、重点监控、批量升级等功能的实现。设备管理功能用例图如图3.1:

3.2 实时监控

SVMS系统提供对设备状态、端口状态、故障的实时监控, 并把这些监控功能集中在一个视觉区域中进行显示, 以便网管人员快捷地对终端设备进行监控。包括设备状态实时监控、端口状态实时监控和故障监控。

3.3 配置管理

SVMS拟通过一种灵活的配置手段来实现网管对各种型号的终端设备的配置, 而与具体的设备型号无关。网管服务器通过读取终端的MIB定义库来实现对设备的配置管理。

网管人员需要对终端进行远程配置管理时, SVMS首先根据设备型号及版本号读取该终端设备的MIB定义库, 然后根据前四步中定义的MIB分类及哪些项需要配置自动生成配置界面。

配置完成后, SVMS把该终端设备的配置结果保存在数据库中, 并通过相关的网络协议把配置结果传输给终端设备。

3.4 自动配置

随着下一代网络NGN的不断发展, 作为NGN网络中应用最广泛的产品之一的综合接入设备IAD数量越来越多, I-AD投入运营前的配置工作量也大幅度增加。如何实现IAD设备投入运营前的自动配置, 减少IAD投入运营的成本, 已经成为运营商迫切的需求。

自动配置实现IAD终端设备可运营前的初始化。也就是在IAD终端设备投入运营前, 自动完成IAD终端设备必须进行的一些基本数据配置, 并加入到SVMS的设备树中, 接受SVMS的管理。

3.5 故障管理

SVMS处理终端设备故障需经历“设置告警属性→获取告警信息并通知→分析告警→确认与恢复告警→经验总结”五个阶段。在SVMS中对告警原因、告警类别、告警等级可以进行自定义设置。

故障管理功能如图3.2所示:

3.6 升级/加载管理功能

升级/加载管理功能包括软件版本升级 (终端版本维护、配置升级向导、监控升级过程、查看升级历史记录) 和配置数据管理 (配置数据加载、配置数据备份、配置数据恢复) 这两大块内容。

升级/加载管理功能如图3.3所示:

3.7 安全管理

安全管理包括用户管理和日志管理两大部分。用户管理包括用户管理、用户组管理、权限管理、用户登录控制、用户在线状态查询。日志管理包括日志记录、终端日志自动上传、自动配置历史记录查询、日志备份导出删除等功能。

安全管理功能如图3.4所示:

3.8 测试管理

SVMS提供对终端设备的维护测试功能, 主要包括启动Ping设置、用户内线测试、用户外线测试这三种手段。

4. 系统设计

本系统采用面向对象设计方法进行设计, 对进程结构、线程结构都做了合理的划分。

4.1 进程结构

SVMS客户端进程, 负责向服务端获取数据, 把信息展现给客户;

SVMS服务端进程, 负责接收受管设备的报文, 报文中的信息写入数据库, 或者通知客户端;

数据库服务进程, 负责执行服务端提交的数据库命令;

受管设备SNMP服务进程, 负责发送SNMP事件报文和处理服务端发来的SNMP命令。

4.2 线程结构

客户端内有三种线程:

界面主线程, 负责响应界面事件以及更新界面控件的状态;

后台请求线程, 负责处理要和服务端交互请求;

RPC数据接收线程, 负责接收主动请求的结果数据, 和触发服务端发上来的事件。

服务端内有五种线程:

客户端连接监听线程, 负责接受客户端发起的连接;

客户端数据接收线程, 负责处理客户端发来的请求;

SNMP报文接收线程, 负责接收受管设备发来的报文;

SNMP报名处理线程, 负责处理SNMP报文, 该线程存在于一个线程池中。

5. 安全性分析及实现方案

整个系统是基于IP网络设计的, IP协议的开放性和公用性也使IAD不可避免地受到黑客或病毒程序的攻击或干扰, 存在着如用户仿冒、IP地址盗用、破坏服务 (如DOS攻击) 、抢占资源等安全问题。

在接入安全上的解决思路是采取认证注册的方式, IAD是靠近用户端的局供设备, 在投入使用前需要进行配置 (包括网管的IP地址、软交换的IP地址等) 。

对付恶意攻击的做法, 可以通过物理安全来保证接入端口不被非法访问, 同时在统筹规划整个NGN交换网络建设中, 适当地考虑相关设备的安全保障机制, 部署专门的VPN承载NGN业务, 与Internet逻辑上隔离开, 提高网络安全性。

在管理认证方面主要对IAD进行认证注册。设备注册时发起一个带有设备MIB信息的SNMP注册报文, SVMS系统在接收到TRAP报文时, 会分析报文内容, 判断设备的型号是否属于本系统所属的通信设备, 如果有, 那么就给予注册;否则就在系统日志中记录异常。

6. 结束语

下一代网络是面向服务的网络系统, 对于IAD的统一网络管理由来已久, 虽然争议颇多, 但是统一的网管势在必行。综上所述, SVMS系统通过对实现对IAD的统一管理, 不仅仅是分担了软交换网络在业务承载方面的负荷, 提高了网络资源利用率, 而且进一步提高运营商的服务质量, 降低维护费用, 有利于进行集中化的管理。

参考文献

[1]中华人民共和国信息产业部.基于软交换的综合接入设备管理系统 (IADMS) 总体技术要求.2006.

[2]中国移动通信集团公司.中国移动IP电话网网管系统技术规范.2005.

IP通信网 第10篇

关键词：六大系统；应急通信保障；全双工数字扩音电话；VOIP

中图分类号：TD635　　　　　文献标识码：A　　　　　文章编号：1009-2374（2012）26-0082-03

近年来，煤矿安全生产越来越受到国家和各煤矿企业的重视，根据国务院23号文件及《煤矿井下安全避险“六大系统”建设完善基本规范（试行）》（安监总煤装[2011]33号）的要求，煤矿要建立安装监测监控、井下人员定位、紧急避险、压风自救、供水施救和通信联络等六大矿山井下避险系统，其中通信联络系统作为六大系统的重要组成部分，为煤矿安全避险及通信联络提供了有效的技术手段和安全保障。

目前在遇到需要人员紧急撤离的情况下，矿区多采用电话拨号或井下手机呼叫方式通知引导现场人员撤离危险区域，但由于矿井环境恶劣、地形复杂等特点，电话安装点和持有井下手机的人员有限，不可能完全及时通知到每名井下作业人员，因而会造成人员通知不及时、不全面，贻误脱险时机，造成较大事故危害。因此建设覆盖全矿，特别是全井下的“一键式”应急通信指挥系统，紧急时刻能够在极短时间内将撤人指令通知到所有井下工人，是目前各煤矿需要重点解决的问题

之一。

1　现状分析

平煤一矿也称中原一矿，建于1957年，是我国自主建设的中原地区第一个大型矿井，一矿井下巷道布置错综复杂、作业地点分散、人员流动性强，矿上建设有程控电话系统和小灵通系统，但是当井下发生紧急事件时，程控电话系统和小灵通系统不能做到及时有效地通知到井下每名人员，因此建设井下应急通信保障系统能够尽快及时地通知到井下人员撤离危险区域，引导人员有序撤离、科学避险，可最大限度地减少灾害影响，减少人员、财产损失。

2　基于VOIP语音通信技术的应急通信保障系统的研究

VOIP电话/VOIP网络电话（又称IP PHONE或VOIP）是建立在IP技术上的分组化、数字化传输技术，其基本原理是：通过语音压缩算法对语音数据进行压缩编码处理，然后把这些语音数据按IP等相关协议进行打包，经过IP网络把数据包传输到接收地，再把这些语音数据包串起来，经过解码解压处理后恢复成原来的语音信号，从而达到由IP网络传送语音的目的。VOIP电话/VOIP网络电话的核心与关键设备是VOIP电话和VOIP网络电话网关。

2.1　系统结构设计

矿用應急通信保障系统在结构上共包含核心子系统、网关子系统及通信子系统三部分，每层实现不同的系统功能和目标，系统分层结构示意图如图1所示：

图1　系统分层结构示意图

2.1.1　核心子系统，即应急通信保障系统软件平台，它基于各类业务逻辑，通过调用其他各类型数据通道，实现全系统的综合指挥调度功能。调度中心不但提供友好的用户界面，同时，可为其他各类监控监测、安全保障系统提供丰富的系统联动数据接口，可依据用户自身需求，实现多种类型的定制开发。

2.1.2　网关子系统，由矿用IP语音调度交换机（IPPBX）、各类型专用转换器（KB）等设备组成，它负责各类型数字、模拟语音通道的系统接入、调度和管理功能。网关子系统工作在核心子系统与通信子系统之间，是外围通信通道的系统接口。

2.1.3　通信子系统，包括扩播电话系统、井下语音广播系统、调度电话系统、WiFi手机或小灵通等井下无线通信系统等，通信子系统既包括新建的各类型语音数据通道，也包括可被本系统兼容整合的煤矿现有的各类型通信系统。

2.2　系统组成

煤矿应急通信保障系统核心为综合指挥救援呼叫中心，可通过中继网关、专用转换器等通信网关设备整合扩播电话、小灵通、WiFi手机、调度电话、井下广播系统等既有资源，建设成覆盖全矿区（井上井下），统一调度，实现双向语音及数据通信的矿用应急广播通信系统，系统组成如图2所示：

图2　矿用应急通信保障系统拓扑图

2.3　系统功能设计

为满足应急通信保障的要求，系统应具有如下功能：

2.3.1　紧急广播与救援：当出现紧急情况时，应急通信保障系统平台可向全矿区及时发出紧急广播，井下系统更可通过高分贝播放预置好的广播内容，疏导人员按预定线路及时撤离危险区域，相关调度电话、小灵通及WiFi手机用户也可同时得到相关警情通知，及时采取有效措施，避免事故及危害的扩大。

2.3.2　区域扩音广播：应急通信保障平台可实现对井下一条或多条线路实现实时扩音广播（不需要井下人员接听），系统支持多种不同音频输入及麦克风输入，可方便选择由哪路音源进行输入。

2.3.3　定时广播：系统可按煤矿设置的播放时间表，通过自动播放软件，在全网、指定线路或指定区域自动播放背景音乐、安全守则、领导讲话、语音宣传等预置内容。

2.3.4　多线路打点：综合救援指挥呼叫中心可在调度台屏幕上按下某一条或多条线路的选择按钮后，通过打点按钮，使井下相应线路的所有扩音电

话中发出单频的打点声音（不需要井下人员接听）。

2.3.5　多线路通话：井下的多条线路中任意一台扩播电话按下通话按钮，均可与井上调度中心实现实时通话，同时调度软件会标志出当前处于通话状态的线路。默认状态下，系统会播放所有处于通话状态的线路语音，调度员可以手动选择收听或屏蔽某条或某几条线路的通话语音，被屏蔽线路的语音将被自动录音并可依据线路、时间等条件进行播放。

2.3.6　系统联动定制开发：系统提供丰富的应用系统接口，并支持定制开发，可与矿区内各类型监测监控、安全保障及应急通信系统实现数据交互，并依据相应业务处理逻辑，实现系统间的应急联动。例如，瓦斯监控系统的数据异常报警被传递到综合救援指挥呼叫中心，系统依据报警等级，自动调用应急语音广播通道，向危险区域发布警情并提供井下人员安全疏散语音引导信息。

3　系统的安装与应用

3.1　应急通信保障系统的安装

在经过现场测量和技术培训后，在2012年6月，系统在平煤一矿进行实施，整合工程于6月底完成了安装和调试投入运行。

3.2　应急通信保障系统的应用

系统平台监控界面如图3所示：

圖3　系统平台监控界面

从图中可以看出，应急通信保障系统平台可以监测各网关设备、电话设备的通信状态，实现井上下的通信联络、打点、区域广播等功能；同时具有完备的事件记录、录音等功能。系统除了满足应急通信保障的使用要求外，还为皮带运输、斜巷轨道运输等日常生产提供语音联络服务，整个系统在安装调试完成后，运行稳定、可靠。

4　结语

平煤一矿应急通信保障系统采用先进、可靠的语音通信和网络传输技术，充分利用新建、整合相结合的建设方式，实现了VOIP架构下的语音通信平台的搭建，实现了紧急情况下井下的全覆盖扩音广播与井上下的通信联络，解决了煤矿程控电话、小灵通等语音通信系统布置数量和地点有限及不能扩音广播的局限，为煤矿紧急情况下的应急通信广播、人员安全避险提供了直接、有效的手段。同时结合与安全监测系统和人员定位系统的联动开发，提高了煤矿的应急通信保障和智能化管理水平，为煤矿的安全生产和通信联络提供有力的保障和支持。

参考文献

[1]　丁恩杰，苗曙光，朱微维，赵正芳．一种基于CAN总线的煤矿数字化扩音电话系统的设计[J]．工矿自动化，2010，（1）．

[2]　谢安．一种新型矿井广播电话系统的研究[J]．信息科技，2010，（28）．

[3]　孙弋．新型煤矿井下应急无线通信系统的建立[J]．西安科技大学学报，2008，（1）．

基金项目：江苏省科技成果转化资金项目（BA2010058）

作者简介：高亚超，男，江苏徐州人，供职于徐州中矿大华洋通信设备有限公司，研究方向：矿井综合自动化、信息化的研究与应用。

IP通信网 第11篇

对于美军国防部的网络来说, 战术网络逐渐变迁的目标是战术GIG[1], 这意味着将用基于IP的无线电取代非IP的无线电。JTRS计划在美军国防部所有的网络中对于实现基于IP的战术无线电一直起到一个核心的作用[2,3,4]。JTRS系统对GIG战术网络提供的组网能力包括:使用众多战术无线电, 构建模块化的多波段和多模式的MANET。这种MANET网能在作战现场自由移动和无缝接入更高层次的固定网络, 传输时间敏感信息 (例如数据、话音、视频、图像) 。其中最重要和复杂的波形是WNW, JTRS架构的WNW和SRW使得基于IP的战术无线电成为现实。当WNW和SRW工作在旅一级, 在上一层梯队中的WIN-T网络使用另外两种波形HNW和NCW, 用于HAIPE加密核生成及形成广域网。

自从Link-16使用数十年, 但并没适用于来自JTRS基于IP的MANET波形。本文将聚焦于挑战性的MANET网络, 针对跨层信令、物理层资源分配、拓扑结构控制以及它们怎样通过JTRS来进行设计处理, 并提出了拓扑结构控制最优的UCDS算法和方案, 也对其他波形和GIG网络进行了组网特征分析和技术展望。

1 基于IP组网的WNW跨层信令设计

WNW是一种极其复杂的波形, 其协议栈如图1所示, 当以太网端口被Vo IP终端和IP COTS应用插入时, 扁平文本的IP层给予无线电使用者接入以太网端口。其中的一个可以插入以太切换器到这类端口中, 并形成一个整体的扁平文本子网。HAIPE加密层使用嵌入式系统进行加密, 并能继承HAIPE多个版本。一个WNW节点能够支持多重保密域, 当且仅当HAIPE嵌入式处理器处理多于一个的HAIPE的并行实现, 这种方式为了支持这些被整体分离的多重保密域。每一个保密域维持了一个扁平文本的IP层和应用IP端口。这一点对于那些需要保持分离的归类和不归类应用的平台是有必要的。

跨层信令设计是WNW波形设计至关重要的一个基础, 对进一步的物理层资源分配、拓扑结构控制均产生影响。图2中, MI (移动内联网络) 层、MDL (移动数据链) 层、Si S (空间中信号) 层都有一个出色的跨层信令设计。

WNW波形的跨层关联, 即Si S层、MDL层和MI层是波形设计中的核心因素。图2突出了这个跨层相关最重要的方面。Si S吞吐量由MDL层的时隙分配调度器决定。MDL层通知MI层业务速率, 确保IP分包流在任何时刻匹配实际的分包业务速率。注意到吞吐量是特有的路径, 一个路径p的吞吐量, 在节点i, 作为时间的片段用于节点i在路径p上花费的时间。这个路由发动了在MI层精确地获得每一个节点每条路径的到达速率。MDL层调度器计算了节点i在每一秒分包的业务速率和路径p的吞吐量。分包到达速率和链路自适应的功能将在下面阐述。MDL层建立了空中传送的分包, 这类分包由MI层组队, 与MI层相关的片段当它们被需要时会填满成一个时隙, 这类分包能够满足Si S层的需要。

2 基于物理层资源分配的USAP设计

伴随战术MANET, 业务需求和可用到的物理层资源是高相关的, 因此USAP分解物理层资源成为两个独立的部分。一个被用于控制业务, 另一个用于数据通信。这个控制部分在节点和数据信道保留部分之间被用来协调防止碰撞[5,6,7]。

USAP构建了一个周期的帧结构, 这个帧长是1 s。帧保留时隙 (针对用户业务) 由M*F个时隙组成, 即时隙数*频率信道数的矩阵形成了MDL信元, 这个帧结构有时候需参考ODMA (正交域多址接入) 帧。

图3对于每帧里的时隙的布置确切地展开来阐明。对于每个时隙类型, 存在一个独特的周期循环。对于某个给定的类型, 对于在某帧里的整体时隙数而言, 每帧的时隙数比例决定了这个周期循环。典型地, 对于引导时隙这个周期循环, 会比固定保留时隙或者旋转广播时隙要长。引导时隙的个数需要足够地在网络的单个时隙里分配每一个节点。

在一帧里的时隙类型的选择被决定以至于在用户业务信元之间的最大等待时间将被最小化[8,9]。

USAP联合TDMA时隙集合去创建物理层资源的空间和频率的重使用。

固定保留和旋转广播时隙能够分享时隙池。为了让这个工作起来, 固定保留对于每个时隙的分配优先于旋转广播。为了缓和优先权的影响, 一个被选择的旋转广播时隙分配在每一帧里移动每一个slot。这样做可以避免固定保留时隙长期地干扰任何一个旋转广播时隙。

3 基于拓扑结构控制最优的UCDS算法

伴随着战术MANET, 其基础的通信拓扑结构总是在改变。找到一种最小的连接子图 (作为网络拓扑的骨干) 在MANET的MAC层文献中是最需要研究的问题之一[10]。在这类文献中有不同的技术, 例如MCDS (最小连接支配集合) 。本节将聚焦使用WNW波形的技术, 这里UCDS算法满足一类稳定算法的基础目标:实现的简单、可执行的速度、低时间复杂度、灵活性和错误容忍度。

统一连接支配集合 (UCDS) 算法的实现已分布在MANET子网节点内[11]。在每个节点的MDL层, 一种分布的状态机, 定义了在拓扑汇聚里节点的角色。关于UCDS, 一个曲线图G[12]的CDS (连接支配集合) 组成了支配节点的集合。在G中的每个节点或是一个CDS的成员, 或是远离一个成员的一跳。本节提出一个简单和有效的CDS探索方式, 即UCDS算法, 因它的同步支持多重应用的能力而取名。实践证明UCDS独立地运行, CDS应用也能工作得很好。

CDS算法可以在文献[13, 14]中看到, 可以获得DS规则、CS规则和CS额外规则的定义。

下面将从上述五个方面来阐明UCDS算法的优势和如何实现基础目标:

(1) 错误容忍度

如果冗余的CDS节点对于错误容忍度是被需求的, 对于网络中的每一个节点有可能去修改DS规则, 从而允许2个或更多的支配节点。这个需要一个新的规则, m DS规则定义如下:

如果满足下面的条件, 则节点i是DS的一个成员:①在其邻居节点j之中, 其至少有第m个最高的支配因数 (di) , 这里节点i标明它自身;②邻居节点j发现节点i在其邻居节点k之中至少有第m个最高的支配因数, 这里邻居节点j标明节点i。

这里不存在来自错误容忍度的成本。这里没有增加计算或信息复杂度。仅有的成本是CDS节点数的增加, 终究这是一个目标。实际中, 用相对较小的成本, UCDS完成了两种支配集合[15,16]。某些CS节点, 在第1种支配方案里, 简单地变成了第2种支配方案里的DS节点, 因此减轻了CDS节点总体的增加。

(2) UCDS稳定性和收敛时间

对于一个给定的拓扑结构和恒定的支配因数集合, UCDS收敛成一个单独的CDS。一个CS节点将被直接决定或者在CS额外规则1的情况下被两跳里节点的DSN状态间接地决定。因为DSN对于自身每个邻居必须收敛成一个单独的DSN方案, 一个节点的CS状态必须收敛。因此, CDS必须收敛成一个单独的方案。

直观上, 已知的DS规则和CS规则之间的依赖性和它们应用的顺序, UCDS必须是稳定的。假定某个节点在一个恒定的速率上告知其邻居节点列表, 比较容易限制对于UCDS采用一个拓扑结构的变化来收敛成一个CDS的循环个数。一旦一个邻居节点链路状态在一个专门的节点上变化, 其将对这个节点采用一次循环 (用时间来定义, 即其一次认为所有节点去分享其邻居节点信息) 来告知其变化。另一个循环允许这种变化传送给两跳的邻居节点。在这一点上, DS节点会收敛。一个更多的循环将允许CS节点 (那些被CS额外规则1影响的节点) 去收敛。这将采用一个增加的循环去确保后者节点的收敛。因此, 在一次拓扑结构变化之后, UCDS在最多4次循环之后将会收敛。

(3) 灵活的支配因数

UCDS对于错误容忍度提供了创建冗余节点的能力, 其对于网络里的每个节点通过建立两个或多个支配节点来实现。尽管信息处理时间和计算复杂度不可改变, 这种配置确实导致在CDS中的节点数目的增加。已存在许多协议的变化区别于传统的用最合适的连接性和最小节点集合去选择一个CDS的目标。支配因数[12,13,14]将被作为“邻居节点等级”。可以发现许多提案或文献[17,18,19]里建议将邻居节点等级和维持电池功率去优化能量消耗。在能量消耗是一个重要因素时这种方法能被应用于传感器网络中。UCDS和CDS有不同, 归纳了CDS的方法且允许大量的支配因数。这将允许拓扑结构被优化。用这种方法, 支配因数能被做成可配置, 以致所有的度量值对于网络规划者都可用到。负担届时依赖于网络规划对于可配的度量值去选择优先权和权重因子。这个最终影响UCDS的选择和网络行为。例如, 一个UCDS能考虑到下面的度量值:

邻居节点等级;维持电池生命;平均的数据速率;CPU对于需要更多能量的CPUs的节点可以处理更多的业务;可用到的队列空间-拥有更多排队能力的节点在延迟传输时将遇到较少的电池溢出;CDS成员, 这将增加被选择集合的稳定性, 这种增加的稳定性是通过给予更高的权重给是当前成员的节点。

(4) 并行的CDSs

UCDSs也提供并行创建多重CDSs的能力, 这一点对于支持改变Qo S需求的应用是有必要的。在同样的网络里, 一个应用可以支持产生一个连续低级别业务流的传感器。这个业务能够容忍高时延。这个应用需要针对最大电池生命进行优化。另一个是装在一个自动化的武器系统的应用, 这个可能产生简短的对延时敏感的业务突发。在第一种情形下, 维持电池生命的优先权势是至关重要的。在第二种情形下, 关键因素是产生一个较短的最小延时, 路由路径就是邻居节点等级。UCDS能够适应同时的需求, 这类需求通过随着其邻居节点列表来推出多重灵活的支配因数。

(5) 最短路径的优化

CS规则和CS额外规则有两个部分, 其能被宽松地提供最小跳路由给非DS节点[12,13,14]。例如在图4中, 节点13和节点16对于最小跳路由到它们的邻居非DS节点 (即节点11、12和20) 同时都有必要, 但是通常会被UCDS和CS节点移除。节点13由于CS规则的条件不会被选择。至于节点16, 作为CS额外规则2的结果[12,13,14,20], 其不会被选择。没有CS规则的这些方面的内容, 一个CS节点可以提供最短路径到非DS节点。

可见从上述错误容忍度、低时间复杂度、灵活性、高效并行创建和最短路径5个方面来设计和考虑, UCDS算法能满足一类稳定算法基础目标的5个要求, 在当前IP组网的WNW波形MAC层中, 是具备最优的拓扑控制来同步支持多重应用的算法和方案。

4 基于IP组网的其他波形及GIG网络

SRW和WNW属于同一层级, 可组建局域子网, 其是另一个来自JTRS程序架构中基于IP的战术MANET波形, SRW具备CNR语音实现的特征, 可同时直接在MAC层和数据链路层上运行, 且是当CNR分包直接适配MAC层帧时来运行。SRW借助WNW的骨干路由, 能够和WNW联合操作, 对于SRW的WNW连接性, 使得通过GIG来进行信息交换。

对于更高一层级形成广域子网MANET的波形是HNW和NCW。HNW在移动节点之间提供了高带宽和长距离的连接, HNW是基于IP的MANET波形具备用于DNT的自我成形和自我恢复能力, 且同时支持IPv4和IPv6。在不具备卫星通信能力时, HNW通过使用空中节点去创建战场上的整体覆盖, 来实现所有的战术GIG城域网需求。NCW是使得卫星转发器产生多址接入波形的能力, NCW通过使用TDMA架构在卫星转发器上实现了一个完整的网状IP, 其被设计工作在SHF范围内。NCW波形采用了动态调度方式, 这种方式在每一个节点基于业务需求和业务优先权来分配卫星资源。业务优先权的定义是可配置的, 并使这种波形适应不同的Qo S需求。

至此, 本文已覆盖了战术GIG的主要波形, 为了阐明这些波形是如何被链接在一起去构建网络分层, 图5给出一个平台理论架构, 这个架构在子网之间对于形成无缝IP网关起到了主要的作用。这个平台可以是一个通信工具或是一个命令和控制的固定平台。这个平台的核心是一个网关IP路由器。在右边是一个复合的HAIPE装置, 每一个可以形成一个保密区域 (即平台架构中的一个当地LAN) , 且HAIPE允许这些不同的加密级去分享战术核心网。在COTS路由器左边, 不同的波形可被用到, 取决于平台在战术部署中的角色。在平台中, 一个WNW无线电扮演着连接GIG网关节点的作用。在图1中这个已被为GIG的接口, 即可以连接到COTS路由器的某个IP接口;这允许在WNW子网之间IP业务无缝地流动。广域网波形HNW和NCW可以作为这个平台架构中的终端。这些终端具备3层能力且无缝地连接到COTS路由器, 并允许广域网业务在不同平台之间流动。注意到这里的平台是相应的广域网的节点, 比如HNW和NCW广域网, 且上一层梯队中不是所有的节点具备同样的能力。有些节点可能只有HNW终端或是一个单独的HNW广域网的一部分。有些节点能够是不同的HNW网络的一部分, 同时其他节点可以有NCW终端且是NCW广域网的一部分。一般来说每一个军事战区只有一个NCW网络。

在图5的理论架构中, 考虑到无缝IP连接性, GIG各类战术波形的引入都能够无缝的完成。这也是整体战术GIG网络最重要的一点。

5 结束语

对基于IP组网的GIG网络中的4类战术波形进行了分析和研究, 针对JTRS使得基于IP组网成为现实起到最主要作用的背景, 重点对JTRS中最重要和复杂的WNW波形, 聚焦于挑战性的MANET组网, 从WNW协议栈架构和跨层信令, 以及USAP实现物理层资源分配等方面进行了分析和设计, 并且在MAC层给出了一种最优MANET拓扑结构控制的UCDS算法和方案, 能够同步支持多重应用。