三網融合綜合接入方案設計

黃 鈺

（江蘇廣電總臺 電視技術部 播出部，江蘇 南京 210008）

責任編輯:許 盈

三網融合是指電信網、計算機網和有線電視網三大網絡通過技術改造，能夠提供包括語音、數據、圖像等綜合多媒體的通信業務[1-4]。三網融合是一種廣義的、社會化的說法，在現階段它是指在信息傳遞中，把廣播傳輸中的點對面，通信傳輸中的點對點，計算機中的存儲時移融合在一起，更好地為人類服務，并不意味著電信網、計算機網和有線電視網三大網絡的物理合一，而主要是指高層業務應用的融合。三網融合后，用戶可用電視遙控器打電話，在手機上看電視劇，隨需選擇網絡和終端，只要拉一條線、或無線接入即完成通信、電視、上網等。

1 三網融合將統一于IP

三網融合的中心應該是IP網，而不是廣播電視網和電信網。下一代網絡（NGN）將基于統一的IP分組網，提供各種融合的業務。通信網絡規劃與建設已經進入下一代網絡時代的同時，接入技術本身也有綜合化的發展態勢，并正向更高帶寬、更加分組化、更加多媒體化的多樣化業務提供的方向發展。NGN綜合接入網正是全面滿足和適應這種發展進程的產物。

三網融合的難點主要是接入技術。接入網是指骨干網到用戶終端之間的所有設備。由于骨干網一般采用光纖結構，傳輸速度快，因此接入網便成為了整個網絡系統的瓶頸?，F階段，接入網的接入方式主要包括無線接入、基于雙絞線的XDSL（數字用戶環路）、光纖同軸電纜（有線電視電纜）混合接入等方式。作者設計了三網融合綜合接入的網絡架構框架，如圖1所示。該架構以互聯網為核心網，可以支持多種接入方式:有線電視網絡接入，GPRS接入，以及固定ADSL接入方式。該架構保證了各種用戶和終端的接入。下面的章節，作者將進一步闡釋各種接入方案。

2 有線電視接入方式

現基于有線電視的HFC網絡，如圖1所示，采用Ca?ble Modem技術提出三網融合的實現方案。有線電視網最大優點就在于光纖和電纜傳輸，帶寬可達1 GHz。通過Cable Modem可為用戶提供打電話、視頻點播（VOD）、模擬和數字電視、計算機寬帶網接入等多功能業務服務。

如圖2所示，這是一個利用有線電視網作為接入網的具體架構圖。為了更清楚地闡釋其系統結構，把它分成前端機房區、網絡鏈路區和終端用戶區3部分。圖中用實線表示上行信號通道，虛線表示下行信號通道。

2.1 前端機房區

前端機房區主要包括了合成器和分離器這兩個功能模塊，該區的作用是混合兩種網絡信號之后向下行方向傳輸，同時將實時回傳來的信號上行發送回到網絡去尋求響應。首先在上行方向，分離器的右側是由光接收機傳送來的一路信號（即一股線），左側分離成兩路信號（兩股線）。一路信號發給CATV前端設備；另一路信號經過

投稿網址http://www.VideoE.cn|《電視技術》第36卷第2期（總第377期）線纜調制解調器終端系統（CMTS）、本地交換機和路由器發送到Internet網絡。CMTS用來將用戶和前端的服務器或者是訪問Internet的路由器聯接起來，CMTS系統包括調制器、解調器、上變頻器、網絡接口、TDMA和系統控制器等。這里的交換機連接了來自兩種不同網絡的信息，同時連接了如網管服務器、CMTS管理機、TOD服務器、DHCP服務器等網絡支撐設備。同理，前端機房區的信號下行方向是上行的逆過程。合成器的左側有兩路信號，右側合成為一路信號傳向光發射機。一路信號是由衛星通信終端設備和本地視頻服務器所發出的，其中包括了若干個頻道電視節目以及VOD信號；另外一路信號是由Inter?net經過網絡路由器、本地交換機和CMTS到合成器前。

2.2 網絡鏈路區

HFC網絡在干線部分采用了光纖技術進行數據傳送，在信號下行方向應用64QAM調制以及頻率搬移將多路信號調制到一路光信號上。該路光信號由光發射機將其發出，通過光纖傳送到光節點設備（Fiber Node）。光節點包括1個光接收機和1個光發射機。它實際上是光電、電光轉換的轉換點，具有雙向傳輸功能。光節點設備接收下行光信號，進行光電轉換并將這種電信號放大，然后電信號經同軸電纜傳給各個用戶；在上行方面，光節點接收到同軸電纜支路送來的上行信號，進行電光轉換后，將電信號發往上行光接收機。

2.3 終端用戶區

在終端用戶區，可以看到在下行方面，電纜入戶之后，經過分支分配器將信號分成了兩路分路，一路直接連接電視機，另一路連接到Cable Modem，接著由Cable Mo?dem再將信號分成兩路，一路連接電話機，另一路連接交換機或電腦。同理，用戶的上行信號從計算機經電纜調制解調器、光節點機、光傳輸網絡、光接收機送到服務器；另一路回傳電視信號可以實現可視電話、視頻會議和家庭防盜報警等功能。從而實現了3類設備的通信鏈路的融合。這樣帶有交換功能的HFC就能向用戶提供雙向交換服務。

2.4 有線電視網作為接入網的優勢

有線電視網作為接入網具有其優勢。

第一，電信入戶的雙絞線帶寬只有5000 Hz，而有線電視入戶采用的是同軸電纜，其帶寬很容易做到1000 MHz，目前傳輸網大多數己是750 MHz了，就現在的帶寬需求來說，有線電視的“最后一公里”是暢通的。

第二，就目前應用情況來看，國內部分城市已經使用有線電視Cable Modem接入方式，有線電視接入技術在不斷發展和完善，況且Cable方式有著良好的光纜基礎，應該看到它的美好前景和技術發展空間，其將來對于最終的光纖入戶也可能作出貢獻。

3 移動GPRS接入方式

圖1所示綜合接入方案架構圖中，在GPRS接入中，關鍵節點有兩個:一個為網關GSN（Gateway GSN，GGSN），GGSN稱為GPRS路由器，它是GPRS網絡與外網的分界線，對內負責Gn網絡的傳輸，對外是一臺因特網路由器；另一個是策略決策功能模塊（Policy Decision Function，PDF），PDF實現在承載層中的本地策略控制。這里的P-CSCF可作為一個用戶代理，和PDF交互，授權承載資源并進行QoS管理。

IP承載網絡與GPRS接入網絡相互獨立，但這兩層的完全獨立是不可能的，這是因為如果沒有控制層面和用戶層面的交互，運營商就不能控制服務質量（QoS）以及媒體什么時候開始和結束[5]。因此，需要在會話層和傳輸承載層間建立一套交互機制來授權和控制承載通道的使用。下面將具體介紹在GPRS接入過程中這種會話層和承載層的策略控制機制。

在GPRS接入中，具體的接入方式采用基于業務的本地策略控制（Service Based Local Policy，SBLP），SBLP通過授權令牌的綁定機制實現將承載授權請求與業務信息之間的綁定。授權令牌是在一個接入點中所有PDP上下文中唯一的標識符，它包括兩方面的信息:用于標識會話的ID和PDF的地址。SBLP提供在“盡力服務”以外更好的QoS支持，之后計費關聯也作為一種額外的能力被加入進來。IP核心網的特點是控制層和用戶層的分離，會話管理實體（P-CSCF）并不了解IP連接實體（GGSN等）的業務流量，而IP連接實體也不了解用戶端的會話狀態，這就需要PDF和GGSN來實現計費信息的交互。使用計費標志符（ICID）和GPRS的計費標志符（GCID）的交換可以實現IP網絡和GPRS之間的計費關聯。這些計費標識符在承載通道授權的過程中被交換。ICID標識符在授權決定消息中被傳送給GGSN，而GCID則作為授權報告消息的一部分被傳送給PDF。圖3所示為GPRS接入方式中的策略控制機制。

如圖3所示，通過GPRS接入核心網操作過程，分成兩個不同的階段:QoS資源授權和QoS資源預留。

步驟1，QoS資源的授權:1）主叫用戶向P-CSCF發送信令，建立呼叫請求。2）P-CSCF向PDF轉發相關的SDP信息（包括流標識符、數據速率、會話的發起者）進行授權認證。P-CSCF從PDF處獲得一個授權令牌（Token）以標示會話。PDF對IP多媒體數據流進行授權并記錄，并通過Go接口傳送到策略執行點GGSN，此時QoS資源授權已經完成。

步驟2，QoS資源的預留:1）用戶進行激活或更改承載資源時，發送PDP上下文激活或更改請求到GGSN。2）GGSN收到該請求后，向PDF申請授權信息。GGSN構建一個門來控制進入和出去的通信流，由PDF根據綁定信息和存儲的授權信息來決定什么時候打開這個門。當這個門打開的時候，GGSN允許通信流通過這個GGSN。門的打開可以作為來自GGSN的初始授權請求的一個應答來發送，或者作為一個獨立的決定來發送。通過獨立的決定，運營商能夠確保用戶層的資源不會在會話被最終接收前被使用。

GPRS接入方式中，允許建立的多媒體會話包含一些不同類型的媒體成分，例如音頻和視頻。任何參與方可能在一個進行的會話中加入或者結束一個媒體成分。所有的媒體成分針對計費目的應該是可單獨被標識的，并且必須能夠對會話中的每個媒體成分單獨計費。然而GGSN只能夠為一個PDP上下文建立一個GGSN呼叫詳細記錄（CDR）。因此，不可能在同一個PDP上下文中分離不同媒體成分（視頻和音頻）的通信量。由于當前計費數據生成和關聯的模型不允許在同一個PDP上下文中有多個媒體成分，因此必須迫使用戶去為每個不同的媒體成分打開一個PDP上下文。

4 固定ADSL接入方式

基于傳統電信網的固定接入主要采用的是非對稱數字用戶環路（Asymmetrical Digital Subscriber Loop，AD?SL）技術。ADSL以普通電話線作為傳輸媒質，由于采用了全新的數字調制解調技術，可以傳送比Modem和ISDN帶寬高得多的寬帶技術。

如圖1所示，在固定接入方式中，基于傳統電信網的有網絡附著子系統（NASS）和資源接納控制子系統（RACS）這兩個子系統有效地實現業務控制與傳送功能相分離，向下感知傳送網絡的資源使用情況，并為上層應用提供接口。通過接納和資源控制，確保正確合理地使用傳送網絡資源，從而保證業務的服務質量，并防止帶寬和業務被盜用的現象發生。在用戶UE的正常接入流程中，首先由NASS完成對用戶的鑒權和IP地址分配，并在CLF處登記UE所分配的IP地址、存儲用戶標識、用戶的服務質量清單、用戶的位置信息隱私權設置。在SPDF鑒權之后，RACS結合運營商定義的策略和資源可用性進行用戶授權。BGF是邊界網關，分配必要的承載資源以執行用戶請求的業務。具體的接入流程如圖4所示。

固定運營商向用戶（如ADSL用戶）提供各種業務。互聯星空是中國電信推出的一項互聯網應用服務。用戶通過互聯星空可以享受到影視、游戲、教育等豐富多彩的互聯網內容服務。下面以互聯星空業務為例，闡釋固定接入過程中的具體消息流程和涉及的相關實體對該業務的接納控制。

4.1 互聯星空業務管理系統的邏輯結構

圖5為互聯星空業務管理系統邏輯結構。從圖中可以看出，該業務管理系統邏輯上可以劃分為3個層次:界面層、業務調度管理層和業務控制與分發層。

界面層是平臺的對外接口，主要通過SOAP/XML和平臺的核心部分——業務調度管理層互通信令或做信令轉換。

業務調度管理層最重要的是NASS子系統，其中包括Radius Client，RCP和CLF這3個子模塊。Radius Cli?ent負責將業務計費信息通過Radius發送到AAA后臺。RCP為資源計算處理單元，根據當前的網絡資源狀況、用戶的業務開展情況，負責網絡資源計算和控制。CLF為連接會話定位與存儲功能，主要登記UE所分配的IP地址，一個業務調度管理層可能管理若干個CLF，這些位置信息和其他相關信息如用戶的信息可以存放在一個集中式的數據庫中。

業務控制與分發層中，RACS是關鍵模塊，包括PDC和SPDF兩個子模塊。PDC為策略傳遞控制器，將業務請求轉換成各個設備控制器相應策略。SPDF為基于業務的策略決策功能模塊，負責接收來自上層業務系統請求，并通過COPS協議將策略下發，同時也負責搜集BGF的相關信息。

BGF為邊界網關，是策略執行點，將SPDF下發的策略執行，并將策略執行結果回送給SPDF。策略執行點一般在網絡設備內部，BGF的功能可以包括分組調度、接入控制、分類器和預留、流量分類、流量調控、分類與標記、擁塞管理、流量監控與整形等。

4.2 會話管理

4.2.1 鏈路建立

如圖6所示，TCP鏈路成功建立過程描述為:1）首先建立TCP鏈路。2）當BGF初始化正常啟動COPS協議時，將主動并且定時（T1）向SPDF設備發送OPN消息請求驗證TCP通路的合法性。3）SPDF在收到OPN消息后，將對其中的一些驗證信息進行檢查，如果接受，那么將向BGF發送CAT消息，并同時將KA定時器（T2）的值回送給BGF。反之，將向BGF發送CC消息通知BGF此時不接受鏈路建立請求。4）如果返回的CAT消息有錯誤，SPDF必須回送一個CC并指出錯誤原因。4.2.2 業務流程舉例

本節以策略安裝（或更新）為例介紹業務流程，如圖7所示。其中，BGF端操作執行SPDF下發的策略信息，上報執行結果；SPDF端操作向BGF下發策略信息。

5 小結

從三網融合概念提出至今，國內三網融合已走過十余年，而實質性的試點工作也已滿一周年。在過去的一年中，三網融合一度遭遇“夭折論”，但加大力度推進三網融合進程的呼聲從未停止過。三網融合無論從社會發展需求、用戶利益還是從產業本身的利益出發，都能帶來積極的正面效應。

本文研究的綜合接入方案是三網融合中非常重要的課題。作者設計了綜合接入方案的網絡架構，闡釋了各種接入方式的工作流程，提出了有線電視網作為接入網的優勢。但是由于目前在三網融合的接入技術方面的國際標準尚不成熟，該綜合接入方案還有很多值得完善的地方，本文僅限于有線電視、GPRS和ADSL接入方式，但其他方面接入如WLAN接入方式等還需要進一步研究。若要真正實現綜合接入，各種終端（如ADSL終端，GPRS終端等）都需要一個用戶標識卡，即一個物理上與移動設備相互獨立的集成電路卡UICC（Universal Inte?grated Circuit Card），其上可保存各種用戶相關信息，如用戶標識、鑒權和安全算法參數，并實現多種應用，同時要考慮對已商用終端的兼容性。這些問題目前尚未形成統一意見，需要進一步討論。

[1]丁頤，王厚芹.中國三網融合回顧與總結[J].電視技術，2011，35（10）:59-62.

[2]王厚芹，丁頤.我國三網融合發展戰略[J].電視技術，2011，35（10）:63-67.

[3]王厚芹，車士義.推進我國三網融合勢在必行[J].電視技術，2010，34（6）:109-112.

[4]梅鋒，郭慶平.“三網合一”案例剖析[J].有線電視技術，2006（6）:30-33.

[5]徐曉宇，張惠民.第三代移動多媒體業務的QoS機制研究[J].數據通信，2004（3）:8-11.