《通信网理论与技术》课件第10章.ppt

1、第 10 章 下一代网络 第 10 章 下一代网络 10.1 概述概述10.2 NGN的核心技术的核心技术软交换软交换10.3 NGN业务技术及发展方向业务技术及发展方向第 10 章 下一代网络 10.1 概概 述述 10.1.1 NGN10.1.1 NGN的概念及分层的概念及分层1.NGN1.NGN的概念的概念NGN是“下一代网络(Next Generation Network)”。NGN是以软交换为核心,采用开放、标准体系结构,能够提供话音、视频、数据等多媒体综合业务的下一代网络。NGN的概念已经提出多年,业界存在诸多不同的解释。在2005年年初,国际电联NGN会议上,经过激烈的辩论,NG

2、N的定义终于有了定论:NGN是基于分组的网络,能够提供电信业务;利用多种宽带能力和QoS保证的传输技术;其业务相关功能与其传输技术相独立。NGN使用户可以自由接入到不同的业务提供商;NGN支持通用移动性,允许为用户提供始终如一的、普遍存在的业务。第 10 章 下一代网络 2.NGN2.NGN的分层的分层(1)接入与传输层。其功能是提供灵活的接入手段,保护已有的用户接口,同时支持更先进的接入技术。例如,各种宽窄带、移动或固定用户接入,包括各种媒体网关或智能接入终端设备,主要有:信令网关(SG)、中继网关(TG)、接入网关(AG)、综合接入设备(IAD)、无线接入网关(WAG)、媒体资源服务器、H

3、.323网关(H.323 GW)等。第 10 章 下一代网络(2)媒体传输层。其功能是负责将不同类型的信息格式转换成为能够在网络上传输的信息格式。例如,将来自PSTN的语音信号转换成ATM信元或IP包。此外,媒体层可以将信息媒体流选路至目的地。(3)控制层。该层提供呼叫智能,控制媒体层网络元素建立端到端的连接。主要涉及软交换相关的功能,完成业务逻辑的具体执行,其中包含呼叫控制,资源管理,接续控制和路由等操作,实现各种信令协议的互通和转换。此层是NGN的核心神经,决定用户收到的业务,并能控制低层网络元素对业务流的处理。第 10 章 下一代网络(4)应用业务层。该层提供终端用户增值业务的网络管理功

4、能。主要负责在呼叫建立的基础上提供各种各样的增值业务,控制逻辑相应的网络管理及服务,完成增值业务处理,如业务生成、业务逻辑定义和业务编程接口等。此外,业务层还负责业务相关的管理功能,如业务认证和业务计费等。同时提供开放的第三方可编程接口(API),易于引入新型业务。业务层由一系列的业务应用服务器组成,包括SCP、AAA服务器、数据库、应用服务器、网管服务器等。第 10 章 下一代网络 10.1.2 NGN10.1.2 NGN的特征和业务承载网的界定的特征和业务承载网的界定1.NGN1.NGN的特征的特征(1)多媒体特征。该特征是下一代通信业务最基本、最明显的特征。NGN中没有通信带宽的制约,人

5、们在语音沟通的同时可以得到更多的信息,如可视电话、视频点播(VOD)等将被广泛地应用。另外,语音识别和语音文本的双向转换业务,如从电话中收听Email,或将会议的录音直接转换为文本进行存储等业务也会逐步得到人们的关注和青睐。第 10 章 下一代网络(2)开放性特征。如前所述,NGN网络具有标准的、开放的接口,专业化业务提供商或者运营商自身开发的程序可以方便地通过开放的应用程序接口(OPENAPI)加载到网络上,为用户快速提供多样的定制业务。随着NGN网络的发展,越来越多的业务提供商可以利用自身的优势为特定用户群提供量身定做的个性化业务,对网络运营商提供的普遍业务进行补充,人们可以更加广泛地利用

6、网络进行通信。第 10 章 下一代网络(3)个性化特征。NGN中将会涌现出大量的个性化业务,即指针对某一特殊群体的业务,如针对某个公司、某所大学或某个城市开展的业务。这种业务可以由专业化业务提供商来提供,同时特殊群体用户也可以根据自己的需要进行定制,从而方便特殊群体的工作和管理,成为他们日常工作和生活中不可或缺的好帮手。第 10 章 下一代网络(4)虚拟化特征。虚拟业务是将用户个人信息(如身份、联系方式、住所等)虚拟化,如采用与通信设备的物理端口无关的虚拟号码来代替用户的多个电话号码,包括手机号码、家庭电话号码以及办公电话号码等,主叫用户只需拨打虚拟号码,就可以直接找到被叫用户,而不必关心他身

7、处何地。另外,虚拟家庭、虚拟社区等虚拟业务也将是NGN中有代表性的虚拟业务,这些业务可以使人们打破地域和时间的限制,方便地进行各种交流。第 10 章 下一代网络(5)智能化特征。NGN的通信终端具有多样化、智能化的特点,网络业务和终端特性结合起来可以提供更加智能化的业务。同时,用户可以将多种业务组合起来,形成新的业务。也可以对业务进行简单的选择和配置,智能地生成符合自己需要的业务。智能型的通信业务将和人们的工作生活联系得越来越紧密。第 10 章 下一代网络 2.NGN2.NGN业务承载网的界定业务承载网的界定NGN是一个实现了全面融合的网络,不但包括了电话网络,如PSTN,ISDN,H.323

8、,还包括了数据网络,如ATM,IP等网络。因此,多种网络之间的互通是NGN成功的必要条件。IP技术作为最成功的互连网分组应用技术,它的包容性也得到了最大的验证,在NGN网络中将采用全IP网络作为承载网。第 10 章 下一代网络 为了NGN业务的顺利展开,必须从业务需求的角度着手,结合目前网络技术的发展,精心设计NGN承载网络,需要考虑的问题包括地址规划、路由规划、服务质量和网络安全等方方面面的因素。虽然NGN承载网的覆盖范围最终应该能通达全国,但考虑运营商的网络建设、业务提供的都有一个分阶段的发展过程,所以承载网的设计中还必须考虑能否灵活、平滑的扩展。可以预见,NGN承载网将是一个复杂的网络,

9、在很多方面对目前的数据网技术提出了挑战。第 10 章 下一代网络 1)物理隔离从图10.1中可以看出,物理隔离是指另外建设一张IP专网,主要是在汇聚层和骨干网层面上采用双网结构:一张网络承载Internet业务,称之为Internet网,主要提供传统互连网业务,按照上网时间及内容收费。另一张网络承载IP电信业务,提供高质量的电信级业务,满足NGN,3G对承载网的需求,支持VPN、视讯、语音以及流媒体等业务的要求,称之为IP专网。第 10 章 下一代网络 图 10.1 物理隔离示意图 第 10 章 下一代网络 2)逻辑隔离 从图10.2中可以看出,逻辑隔离是在现有的运营商数据网基础上,利用已经比

10、较成熟的VPN(如MPLSVPN)技术将网络资源进行隔离:将网络划分为两个逻辑子网,一个是Internet业务子网,另一个是NGN业务子网。两个子网通过VPN进行隔离。NGN业务与Internet业务的区分在边缘路由器PE上完成,PE根据物理接口或逻辑接口区分业务的类型,逻辑接口可以是VLAN,PVC等。在NGN子网中,再有针对性地对QoS以及安全等问题进行解决。第 10 章 下一代网络 图 10.2 逻辑隔离示意图 第 10 章 下一代网络 智能终端、媒体网关、综合接入设备以及软交换系统等设备连接到该逻辑网络,与数据网的其他业务终端相对隔离。隔离的承载网络构造的基本方法如下:(1)骨干网中,

11、采用运营商IP骨干网的MPL SVPN,或ATM骨干网PVC功能,甚至可直接基于传输网独立建设一个NGN专用的VPN。(2)城域网中,利用运营商IP城域网L3路由交换机VLAN功能,或ATM城域网PVC功能,为NGN业务分配专用VLAN。第 10 章 下一代网络(3)接入网中,为终端分配采用与其他业务不同的IP地址段,二层设备上利用VLAN实现业务的隔离。BAS或其他三层设备通过识别终端的地址,实现业务的分流。实现NGN业务与Internet业务的逻辑隔离,则IP地址独立于数据基础网,便于业务扩展、安全控制和QoS的满足,有利于网络运营。第 10 章 下一代网络 3)两种策略的比较 将NGN业

12、务与Internet业务隔离,在业界已经达成共识。但究竟是采用物理隔离还是逻辑隔离,一直存在着激烈的争论。最大的分歧不是技术问题,因为物理隔离和逻辑隔离使用大量相似的技术方案,争论的焦点仍然集中在投资成本和回报上。在网络建设的实践中,既有使用逻辑隔离的案例,也有使用物理隔离的情况。第 10 章 下一代网络 从技术角度上看,逻辑隔离肯定会比物理隔离来得复杂。首先对基础网络设备的要求较高,路由器需要支持MPLS VPN、策略路由以及QoS等,交换机要支持VLAN,QoS等,BAS要支持用户管理、用户地址绑定以及QoS等。如果使用私有地址还需要解决地址的穿越问题。其次,网络改造的配置工作大,基本上所

13、有的基础设备都要进行配置升级。再次,网络管理复杂,网管系统不仅要管理网络设备,还需要管理业务,有时还必须实现业务层和网络层的关联,如用户开户不仅需要配置营账系统,而且还要配置接入设备(如交换机、BAS)。第 10 章 下一代网络 从投资的角度上看,物理隔离初期的成本肯定会高于逻辑隔离。但要在现有网络上承载新的电信业务,必须要进行全网的业务功能升级和节点扩容。电信业务对带宽需求有跳跃式的增长,某些热点地区可能会更高,如果将这些业务承载在现有的IP核心网上,必然还要进行端口及链路升级,这些升级费用也不会便宜,到最后有可能还要重新建网。因此,从长远的利益看,建设高起点、全业务、可扩展的IP专网可能更

14、节约成本。第 10 章 下一代网络 10.2 NGN的核心技术的核心技术软交换软交换 10.2.1 10.2.1 面向面向NGNNGN的软交换的软交换软交换(Soft Switch)又称为呼叫代理(Agent)、呼叫服务器或媒体网关控制。其基本含义就是把呼叫控制功能从媒体网关中分离出来,通过服务器上的软件实现基本呼叫控制功能,包含呼叫选路、管理控制、连接控制(建立会话、拆除会话)、信令互通。其结果就是把呼叫传输与呼叫控制分离开,为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面,使业务提供者可以自由地将传输业务与控制协议结合起来,实现业务转移,使软交换能无缝地软统一于通信数据、传真、视频等多媒体业务。

15、其中更重要的是,软交换采用了开放式应用程序接口(API),允许在交换机制中灵活引入新业务。第 10 章 下一代网络 10.2.2 10.2.2 基于软交换的基于软交换的NGNNGN体系结构体系结构NGN是以软交换技术为核心的开放性网络,采用软交换技术,将传统交换机的功能模块分离为独立网络部件,各部件按相应功能进行划分,独立发展。即业务功能与呼叫控制功能分离、呼叫控制功能与承载功能分离,实现开放的分布式网络结构。基于软交换技术构造的NGN网络从功能上可以分为接入层、传输层、控制层和业务层(见图10.3)。第 10 章 下一代网络 图 10.3 NGN网络示意图 第 10 章 下一代网络 采用业务

16、、控制和承载分离机制构造的NGN网络,是一种分层的、全开放的网络,这种开放性主要体现在以下三个方面:(1)业务与控制分离。利用纯软件进行控制链接,使控制与业务无关,各自独立发展,业务可不断更新,控制方式可不断改进,两者互不影响。这两层之间的接口是标准的、开放的。目前,国际上比较常用的接口技术是PARLAY,作为开放的标准接口,PARLAY是由网络设备提供商提供给业务提供商的。它的接口能力覆盖了呼叫控制、用户交互、消息、移动业务、连接管理等。总之,PARLAY是网络和资源能力的API的封装,业务提供商可以用PARLAY所提供的资源对网络进行控制从而达到生成新业务的目的。第 10 章 下一代网络(

17、2)控制与承载分离。呼叫控制与传输层之间有开放的标准协议接口,控制技术和承载技术各自独立发展,互不相关,互不影响,这样承载网络的技术革新发展不会影响呼叫控制层。(3)承载与接入分离。目前,存在各种各样的用户终端,不同的用户终端对应不同的接入方式,承载与接入分离允许不同的接入网与承载网相接,便于用户接入使用丰富的下一代业务。第 10 章 下一代网络 10.2.3 10.2.3 软交换技术的现状及应用情况软交换技术的现状及应用情况1.1.软交换技术的现状软交换技术的现状我国的软交换标准研究组在2000年制定了软交换的系列标准,标准定位在业务层面上,对网络设备及相关规范做了总体要求,包括接入的媒体网

18、关、ID终端设备、服务器接口、开放业务平台接口等。随着NGN应用范围的扩大,还将有更多的针对接入服务器和控制设备的基于软交换协议的规范和标准。目前已经有很多的新型控制协议,如H.228协议等,在软交换方面出现了比较完整的国家互通标准。第 10 章 下一代网络(2)本地接入(Packet Local Access)。在多种多样的接入方式条件下,例如DSL,Ethernet,Cable,Wireless LAN,双绞线等,采用软交换技术实现分组话音的本地接入。从某种意义上讲,它不仅完成了Class 5 端局的替代或新建,而且为终端用户提供了数据和语音的综合业务。第 10 章 下一代网络(3)多媒体

19、业务(Multimedia Services)。针对用户多媒体业务的需求,利用软交换技术,将各种应用服务器上的新业务,在软交换设备的集中呼叫控制下,通过各种网关设备最终提供给广大终端用户,其中软交换直接控制着各种新业务的发放与实施,保证了业务在全网开展的及时性。另外,支持开放的API接口,通过与第三方应用服务提供商合作,开发并引入新的业务和应用。第 10 章 下一代网络(4)3G核心网(3G Core Network)。软交换技术不仅适用于固定网络,同样,在3GPP R4定义的3G无线核心网中,也采用软交换技术,实现呼叫控制与媒体承载的分离。与固网相比,网络结构完全一致,但在移动性管理,安全保

20、密,认证授权等方面,对软交换设备功能进行了相应的扩展。第 10 章 下一代网络 10.3 NGN业务技术及发展方向业务技术及发展方向 10.3.1 NGN10.3.1 NGN的业务模型的业务模型NGN业务模型的重要基点是将业务运营和网络运营分离,引入独立于网络运营商的业务运营商。前者提供网络层及以下的服务,后者提供应用层服务。为了充分利用网络运营商和用户之间可靠的客户关系,业务层应架构在网络控制层或边缘接入层之上,通过网络运营商作为代理建立与用户的商业关系。第 10 章 下一代网络 根据这样的模型可以建立起良性的业务生态价值链。业务提供的参与方将包括网络运营商、接入服务商、业务运营商、软件开发

21、商、内容提供商以及用户本身,各方密切合作共同实现增值业务。同时每一方都将从中获利,由此形成多方共赢的格局。价值链越长,参与方越多,就越容易充分调动各方的积极性,建立起一个可赢利的、可持续发展的业务体系。支持上述模型最重要的业务技术就是开放式应用编程接口(API)技术。其基本思想是将底层网络能力抽象为一系列标准软件接口,供编程人员调用,使业务开发者无需知道通信网技术和协议细节,只需根据业务控制逻辑本身就可以编制应用程序,从而实现业务层和网络层的分离。第 10 章 下一代网络 10.3.2 NGN10.3.2 NGN的业务技术的业务技术1.1.开放式分布技术开放式分布技术1)Parlay/OSA技

22、术为了促进电信业的竞争,英国电信部在20世纪90年代宣布英国电信(BT)必须允许第三方业务提供商访问其交换机,这意味着必须开放交换机的控制接口,这将对运营商网络的安全和完整性带来巨大的挑战。自然,BT不愿意公开这些控制接口而让第三方直接进入其网络。为此,BT联合微软、北电和西门子等制造厂商发起成立了Parlay组织,研究开发安全的开放式交换机接口,该接口屏蔽了交换机的原有控制接口,但是业务提供者却可以利用该接口向交换机发出控制指令。实际上就是开放原来封闭的智能网业务控制接口,形成一个更有竞争性的增值业务开发环境。第 10 章 下一代网络 Parlay模型由以下三个部分组成:(1)客户端应用。第

23、三方开发的业务逻辑程序,通过Parlay接口访问相应的网络功能。由第三方单位管理。(2)框架接口。提供Parlay可靠运行必须的安全和管理功能，由网络运营商管理。(3)业务接口。提供访问底层网络的具体能力,如呼叫控制、用户交互等，由业务运营商管理。第 10 章 下一代网络 2)JAIN技术BT发起Parlay研究的同时,SUN公司也发起了Java语言的电信应用编程接口,称之为JAIN技术。两者的设计思想类似,应用目标都是支持包括电话网、移动网和Internet在内的多重网络环境下开发综合应用业务。两者的差别是,Parlay的着重点在于第三方业务提供,因此定义了完备的安全管理框架接口;JAIN的

24、重点在于开发位于可编程交换机内部的应用程序,定义了完备的至各类网络协议映射的协议API。目前，已成立联合工作组同步两者的研究进程,原则上业务API和框架接口将采用Parlay标准,协议API将采用JAIN标准。第 10 章 下一代网络 3)Web业务技术Web业务(Web Services)这一名词首先由微软在2000年提出。需要注意的是,它并非一种新的Web工具,而是一种全新的分布计算环境。其基本思想是利用开放式的标准技术,在Internet上实现分布式软件开发、软件工程和软件使用。这里,“业务”指的是分布在Internet中的各种软件,无论是单位用户还是个人用户都可以根据业务需求,利用We

25、b业务技术调用在网上已有的业务软件,构成自己的应用软件。不同单位的应用软件之间、单位和客户应用软件之间也可以通过Web业务技术互相调用,以支持电子商务、客户关系模型等应用。虽然它和只能提供数据服务的普通Web含义完全不同,但是其采用的协议和接口依然属于已经广泛使用的Web技术。第 10 章 下一代网络 2.SIP技术技术 1)代理服务器技术代理服务器是SIP网络的基本网元,完成呼叫请求的消息选路和转发功能,其地位类似于传统电信网中的交换机,只是功能比较简单,常常是无状态的。因此,一个直接的提供网络业务的方法就是以某种方式在代理服务器中置入控制程序,指令代理服务器对指定的呼叫进行特殊的转发处理,

26、以实现诸如呼叫转移、呼叫筛选等基本补充业务。这样的控制程序一般比较简单,其执行由收到的SIP消息触发。IETF定义了多种代理服务器控制机制。第 10 章 下一代网络 由IPTEL工作组定义的呼叫处理语言(CPL)是一种非常简单的脚本语言,没有循环,不支持用户定义的变量,采用XML结构描述如何对呼叫请求消息选择路由。用户可以在浏览器上编辑CPL脚本,并将它发送到代理服务器上执行。代理服务器可以利用Java Servlet技术实现脚本的触发。服务器上将装备一个启动Servlet和相当于Java虚拟机的Servlet引擎,当代理服务器收到SIP消息后,由启动Servlet触发内置CPL脚本的解释,然

27、后根据解释结果决定如何处理该消息的转发。第 10 章 下一代网络 代理服务器也可以采用SIP公共网关接口(CGI)技术进行控制。和Web服务器一样,输入的SIP消息通过公共网关接口触发后台处理程序,从而确定消息的转发决策。由于SIP协议结构类似于HTTP,因此SIP CGI的实现并不困难。另一种功能更强的控制机制是SIP Servlet技术,主要面向业务运营商。这种方式的控制逻辑通常比较复杂,由Java Bean组件组成,或直接用Java语言编写。控制逻辑的执行也由输入SIP消息经由启动Servlet触发。第 10 章 下一代网络 2)应用服务器技术上述代理服务器技术主要是提供基于呼叫重定向的

28、基本补充业务,对于更为复杂的增值业务常要设置相应的业务应用服务器。为了支持增值业务,SIP本身的功能常需要增强。为此,SIP提供了三种扩展机制:头部扩展、方法扩展和消息体扩展,分别用于定义新的消息参数、操作和消息体内容类型。第 10 章 下一代网络 3.3.智能终端技术智能终端技术在传统电话网中,普遍使用的电话机属于没有智能的盲终端。演进到NGN后,多媒体业务和网络融合业务涉及大量的终端控制和处理功能,有些业务还要求通过对等方式在终端之间直接交互实现,它们都要求终端具有相当的智能。这些终端需要具备呼叫控制、媒体控制、协议处理、安全接入、用户界面等功能,由内置CPU控制,犹如一台简易型PC,但是

29、对技术复杂度和成本等却有很苛刻的要求。特别是移动终端,由于体积、功耗的限制,必须考虑特殊的平台技术和协议技术。3GPP和制造商已提出相关标准和技术。第 10 章 下一代网络 1)移动执行环境和SIM卡应用工具技术它们是3GPP标准。其中,移动执行环境(MexE)是WAP和Java技术的结合。WAP是专为移动终端设计的,因此它具有较强的针对移动终端的控制能力。而Java则可提供底层图形控制接口,使编程者可以控制终端屏幕的像素,特别适应于网络游戏应用。两者结合可显著提高终端智能,既可工作于客户/服务器方式,也可工作于终端间直接交互的对等方式。MExE技术支持在移动终端上的应用,SIM卡应用工具(S

30、AT)技术则支持在用户识别模块(SIM)卡上的应用,它定义了SIM卡和终端之间的应用编程接口,从而可以在SIM卡上直接开发业务应用程序。SAT也支持从网络上下载小的应用程序,称之为现场编程。第 10 章 下一代网络 2)J2ME和BREW技术J2ME又称为无线Java,是SUN公司专门设计用于运行资源受限的微型 Java环境,应用目标是作为手机的开放式软件平台。J2ME和移动运营商的无线Java服务器配合,可为用户提供全新图形化的移动增值业务。BREW是由高通公司提供的无线设备应用平台,在其上可方便地进行无线应用开发、设备配置和计费等,也可下载网络应用,定制手机功能。当前它是和J2ME激烈竞争

31、的技术。第 10 章 下一代网络 10.3.3 NGN10.3.3 NGN的发展方向的发展方向1.1.向多元化的无缝宽带接入网演进向多元化的无缝宽带接入网演进WiMAX定位于宽带移动无线接入,速率和成本优于3G,但移动性和覆盖不如3G,不适合做跨区漫游和切换,主要应用于热点覆盖,是3G的补充,但在城域宽带低速业务上则会分流3G的数据业务。同时,由于其速率高、方便、无需挖地、布网快,会对固网DSL和电缆调制解调器(CM)形成一定的冲击。WiMAX的复杂性要远高于Wi-Fi,作为电信级网络运营技术,也还有不少事情要做。预计将会在未来城域网宽带接入市场上占据重要的地位,成为仅次于DSL和CM的固定(

32、带有一定的移动性)宽带接入手段。第 10 章 下一代网络 2.2.向以软交换向以软交换/IMS/IMS为核心的下一代交换网演进为核心的下一代交换网演进据估计,基于软交换的新业务成本仅为PSTN的五分之一,开发周期为PSTN的十分之一。当前软交换面临的主要问题是缺乏大规模现场应用经验,特别是互操作、实时业务的QoS保障、安全性、网络的统一管理和维护操作等。其次,软交换在业务和应用上很薄弱,特别是多媒体业务支持方面较弱,受部分嵌套式业务的影响,其API接口功能还受一定限制,从而影响了第三方的业务实现和集成效率。第 10 章 下一代网络 3.3.向以向以IPv6IPv6为基础的下一代互连网演进为基础

33、的下一代互连网演进 目前有关IPv6的技术标准已经基本成型,但实际网络推进速度很慢。实施IPv6既需要升级网络层协议,又需要升级应用软件或更换用户的通信程序,改变路由器的包转发模块,这几乎涉及到网上所有的设备,不仅耗时费力,而且IPv6应用工具和应用软件很少。第 10 章 下一代网络 4.4.向以向以3G/B3G3G/B3G为代表的下一代移动通信网演进为代表的下一代移动通信网演进2004年以来,作为3G的两种FDD制式的WCDMA和CDMA 2000,都呈现了快速发展的势头。这两种制式均已基本成熟,技术和业务能力相差不大,经济性能上也相差不大。TD-SCDMA的开发尽管取得了明显的进步,但商用

34、化进程要明显落后于WCDMA和CDMA 2000。除了历史原因外,其标准没有得到全球的广泛支持的根本原因是在资金和研发人力投入上处于绝对劣势。开发一个开放的横向结构的综合业务平台是3G业务拓展的关键,其中最基本的是要实施统一配置、统一认证计费、统一安全管理、统一用户数据和统一内容管理。第 10 章 下一代网络 5.5.向以向以ASONASON为基础的下一代传输网演进为基础的下一代传输网演进由于技术上的重大突破和市场的驱动,这几年波分复用系统发展十分迅猛。最新的发展趋势是引入自动波长配置功能,即所谓的自动交换光网络(ASON),使光连网从静态光连网走向自动交换光网络。智能光网络将成为未来几年光通

35、信发展的重要方向和市场机遇。第 10 章 下一代网络 10.4 网格技术网格技术 1.1.网格的典型体系结构网格的典型体系结构 1)五层沙漏结构五层沙漏结构是一种早期的抽象层次结构,以“协议”为中心,强调协议在网格资源共享和互操作中的地位。通过协议实现一种机制,使得虚拟组织的用户与资源之间可以进行资源使用的协商、建立共享关系,并且可以进一步管理和开发新的共享关系。这一标准化的开放结构对网格的扩展性、互操作性、一致性以及代码共享都很有好处。图10.4为五层沙漏结构的典型结构图。第 10 章 下一代网络 图 10.4 五层沙漏的典型结构 第 10 章 下一代网络 2)开放网格服务结构 开放网格服务

36、结构OGSA是Global Grid Forum 4的重要标准建议,是目前最新、最有影响力的一种网格体系结构,被称为是下一代的网格结构。OGSA的目的就是要将Grid的一些功能,更确切地说是Globus的一些功能融合到Web Service这个框架中。与前期网格不同的是,OGSA是面向服务的结构,将所有事务都表示成一个Grid服务,计算资源、存储资源、网络、程序、数据等都是服务,所有的服务都联系对应的接口,所以,OGSA被称为是以服务为中心的“服务结构”,通过标准的接口和协议支持创建、终止、管理和开发透明的服务,其发展象征着Web Service的一个进步,结合目前的Web Service技术

37、,支持透明安全的服务实例,OGSA有效地扩展了Web Service架构的功能。第 10 章 下一代网络 五层模型与OGSA都相当重视互操作性,但OGSA更强调服务的观点,将互操作性问题转化为定义服务的接口和识别激活特定接口的协议。这一面向服务的模型具有很多优点,环境中的所有组件都是虚拟化的,通过提供一个所有Grid服务实现基础的一致接口的核心集,可以使得分级的、更高级别的服务的构建能够跨越多个抽象层以一种统一的方式进行处理。虚拟化还促使从多个逻辑资源实例到同一物理资源的映射,不考虑实现的服务组合,以及一个VO内的基于低级资源组合的资源管理。正是Grid服务的虚拟化加强了通用服务语义行为无缝地

38、映射到本地平台设施的能力。第 10 章 下一代网络 2.2.网格协议网格协议GlobusGlobus工具包工具包 在网络化应用成为主流的时代,单机操作系统(如NT、Windows等)的地位已经降低,网格管理软件实际上是更高层次的网格操作系统,其核心技术主要是一体化的信息平台、语义网站、智能代理和知识本体技术等。建立网格服务的协议与标准是网格发展的重点和难点。Globus项目是目前国际上最有影响力的与网格计算相关的项目之一,是来自世界各地关注网格技术的研究人员和开发人员共同努力的成果。它是围绕四种主要活动来组织的:研究、软件工具、实验台和应用程序。第 10 章 下一代网络 Globus对资源管理

39、安全、信息服务及数据管理等网格计算的关键技术进行研究,开发能在各种平台上运行的网格计算工具软件,帮助规划和组建大型的网格实验平台,开发适合大型网格系统运行的大型应用程序。Globus工具包是Globus 最重要的实践成果,它是一个开放源代码的关键Grid协议的参考实现,支持大量的、主要的电子科学项目。该工具包基于开放结构、开放服务资源和软件库并支持网格和网格应用,致力于安全、信息发现、资源管理、数据管理、通信错误诊断等问题。Globus的网格计算协议是建立在互连网协议之上的,以互连网协议中的通信、路由、名字解析等功能为基础。Globus的协议分为五层:构造层、连接层、资源层、会聚层和应用层。上

40、层协议可调用下层协议的服务。第 10 章 下一代网络 3.3.网格核心技术网格核心技术(1)高性能调度技术。在网格系统中,大量的应用共享网格的各种资源,如何使得这些应用获得最大的性能,这就是调度所要解决的问题。网格调度技术比传统高性能计算中的调度技术更复杂,这主要是因为网格具有一些独有的特征,例如,网格资源的动态变化性、资源的类型异构性和多样性、调度器的局部管理性等。所以网格的调度需要建立随时间变化的性能预测模型,充分利用网格的动态信息来表示网格性能的波动。在网格调度中,还需要考虑移植性、扩展性、效率、可重复性以及网格调度和本地调度的结合等一系列问题。第 10 章 下一代网络(2)资源管理技术

41、。资源管理的关键问题是为用户有效地分配资源。高效分配涉及到资源分配和调度两个问题,一般通过一个包含系统模型的调度模型来体现,而系统模型则是潜在资源的一个抽象,系统模型为分配器及时地提供所有节点上可见的资源信息,分配器获得信息后将资源合理地分配给任务,从而优化系统性能。第 10 章 下一代网络(3)网格安全技术。网格计算环境对安全的要求比 Internet的安全要求更为复杂。网格计算环境中的用户数量、资源数量都很大且动态可变,一个计算过程中的多个进程间存在不同的通信机制,资源支持不同的认证和授权机制且可以属于多个组织。正是由于这些网格独有的特征,使得它的安全要求性更高,具体包括支持在网格计算环境

42、中主体之间的安全通信,防止主体假冒和数据泄密;支持跨虚拟组织的安全;支持网格计算环境中用户的单点登录,包括跨越多个资源和地点的信任委托和信任转移等。第 10 章 下一代网络(4)网格研究最初的目标是希望能够将超级计算机连接成为一个可远程控制的元计算机系统(Meta Computers)。现在,这一目标已经深化为建立大规模计算和数据处理的通用基础支撑结构,将网络上的各种高性能计算机、服务器、PC、信息系统、海量数据存储和处理系统、应用模拟系统、虚拟现实系统、仪器设备和信息获取设备(例如传感器)集成在一起,为各种应用开发提供底层技术支撑,将Internet变为一个功能强大、无处不在的计算设施,最终实现资源共享和分布协同工作。网格的这种概念可以清晰地指导行业和企业中各个部门的资源进行行业或企业整体上的统一规划、部署、整合和共享,而不仅仅是行业或大企业中的各个部门自己规划、占有和使用资源。这种思想的沟通和认同对行业和企业是至关重要的,将提升或改变整个行业或企业信息系统的规划部署、运行和管理机制。