基于IMS重疊網絡的多路徑傳輸關鍵技術要點

鄭景圳

摘 要：現階段，為了使因特網、電信網、廣播電視網有效融合，IMS成為良好的技術手段，并在接入網以及和核心網的合理演進過程中發揮了十分重要的作用。本文從基于IMS的重疊網絡、多路傳輸協議等多個方面對以IMS重疊網絡為基礎的多路徑傳輸相關技術進行了闡述。

關鍵詞：IMS；重疊網絡；多路徑傳輸；關鍵技術

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A

從實際情況來看，現階段IMS并沒有實現大幅度地提升電信業務的效果，從整體上看IMS的應用及其服務還處在初級階段，發展速度相對較慢，在技術層面還有許多難題需要克服。本文意在通過對以IMS重疊網絡為基礎的多路徑傳輸相關技術的研究，將傳統網絡的服務質量問題合理解決。

1 基于IMS的拓撲感知重疊網絡架構

過去的IMS網絡，將網絡被分成業務平面、控制平面以及傳輸平面3種平面。業務平面發揮業務以及應用等功能，控制平面發揮控制信令功能，而傳輸平面用于管控傳輸方面。本文在這里提出拓撲感知的重疊網絡是在控制平面中增加OSF功能實體來達到在系統結構進行重疊網絡構建的目的。這個框架內OSFHE RACS等相關功能結構協同管理重疊網絡，從而促使傳輸路徑的多樣化，充分發揮應用層傳輸功能。

2 多路徑傳輸協議

2.1 SCTP協議

SCTP協議是一種通用的傳輸層單播協議，該協議面向連接，具有較強的可靠性。SCTP協議能夠采用很多個獨立路徑來進行數據傳輸。SCTP的端點可以由一個或多個IP地址構成，其兩端點間的連接叫作偶聯，偶聯可以由多個路徑組合而成，這些路徑可以分為主路徑和從路徑。主路徑承擔傳輸數據作用，從路徑是用于重新傳輸或信息傳輸，并且還能以備用路徑方式實現路徑冗余。一般狀態下，相關數據只能沿主路徑傳輸，但在主路徑發生無法連接的情況時，就可以通過從路徑來實現數據傳輸。

2.2 CMT—SCTP協議

盡管SCTP從協議層面對多路徑傳輸進行支持，但該協議本身卻禁止多路徑并行傳輸。SCTP設計的初衷是為了在可靠性不強的IP網絡中，采用多種網絡接口方式來實現穩定的傳輸服務。為使SCTP能夠實現對多路徑并行傳輸的支持，不少專業人士相繼提出了多項改進措施。CMT—SCTP協議是其中較為典型的方案，該協議對SCTP支持多路徑傳輸中存在的問題進行了總結，主要包括發送端出現的快速重傳問題、擁塞窗口增長問題以及接收端存在的少量延遲確認造成的消息流量增加的問題等。

3 支持多路徑傳輸的內容分發IMS架構

3.1 體系結構

為實現基于IMS核心架構的下一代網絡能夠提供內容分發機制，一定要以IMS架構實際要求為前提來開展設計工作。IMS對終端的接入方面要求相對苛刻，一定要確保在IMS傳輸層管理下有效接入終端。在IMS重疊網絡中接入CDN緩沖代理服務器，可把它當作一種特殊的MDF。盡管CDN技術對解決內容分發問題起到了一定的作用，但如果突發訪問量非常大，特別是需要極大帶寬的流媒體服務等，CDN緩沖代理仍存在集中式網絡常有的單點效應等問題。

本文提出一種以IMS重疊網絡為基礎的內容分發機制，利用整合CDN技術和P2P重疊網絡，來進行高效的內容分發。這種機制以IMS基本架構為基礎，經過OSF功能實體的增加，來構建和管理重疊網絡。相比于標準流媒體服務IMS架構，OSF能充分實現重疊網管理、資源搜索等功能，從而把重疊網絡的優勢有效發揮出來，對以往的不足之處進行彌補。

3.2 媒體分發重疊網

作為DHT的網絡節點，OSF有效聯結諸多IMS自治域。DHT網絡可以保存流媒體資源相關位置數據信息，這些位置信息涵蓋了相關直播節目地址以及流媒體服務地址等。OSF只具有重疊網絡的構件和管理功能，不具備媒體內容的存放功能，媒體內容通常在CDN緩沖代理服務器或服務終端中存放著。CDN緩沖代理服務是一種對等節點，具有一定的特殊性，主要用于為終端提供備用資源。

正常情況下，流媒體數據可以在各個終端間實現共享，只是在服務初期通過CDN代理緩沖來促使流媒體服務快速響應，而數據緩沖一定時間后就會在多路徑傳輸的基礎上，同其他候選服務節點交換數據，同時中止CDN代理緩沖服務器的資源獲取。值得一提的是，只有在特殊時刻才將代理緩沖服務器急速切回來，以達到快速恢復業務的目的。

4 多路徑傳輸無縫切換機制

4.1 支持MIH的IMS架構

盡管IMS架構的接入無關性為異構無線網絡融合提供了基本前提，但各標準化組織對于IMS異構網絡的垂直切換方面并沒有制定出真正的實現標準。把IMS網絡與MIH有效結合，合理發揮IMS多接入特性的作用，以實現對接入網資源的充分利用，是實現下一代網絡垂直切換的最重要問題。為了將IMS與MIH有效地結合在一起，本文提出一種支持MIH的IMS架構，在改進現有IMS基礎上，將MIH特性有效利用，以達到IMS異構無線網絡無縫垂直切換的目的。相比于以往的多接入網絡，該架構將HF、MIHIS和MMF合理引入進來，從而促使異構網絡垂直切換功能的實現。

4.2 移動管理

為保證MIH輔助的IMS異構無線網絡垂直切換的順利完成，這就需要多個功能實體協調配合來實現。這種無線網絡系統包括UMTS、WIMAX以及WLAN等網絡。移動終端從UMTS蜂窩網絡輻射區域內穿過，并進入WIMAX與Wi-Fi網絡區域，從而脫離蜂窩網絡輻射區域。由于垂直切換十分復雜，這里將此切換過程劃分成鏈路事件訂閱、資源可用性審核、資源準備、新鏈路建立以及舊鏈路拆除5個環節。

4.3 無線垂直切換

陰影衰落、移動衰落以及功率損失等是無線信號的主要衰落類型，在這些衰落現象的影響下，無線網絡連接的穩定性與可靠性難以得到有效保證。無線鏈路質量是進行無線網絡切換的主要參考因素，對無線信號設定鏈路質量閾值，以便于及時判斷接入網鏈路狀態，而以上衰落因素常常出現，造成短期內無線鏈路質量存在波動現象，進而導致網絡切換行為出現錯誤。

為有效減少這些情況的出現，應以無線鏈路質量評價標準和無線網絡切換算法為基本依據，進行合理分析。現階段評價無線網絡質量的指標相對較多，同時不同標準化組織制定的指標也都存在差異。常見的無線網絡質量評價指標有信號強度、信噪比以及誤碼率等等。由于異構無線網絡評價的各種指標差異性很大，這影響到無線網絡的垂直切換。所以，統一的鏈路評價指標對無線垂直切換算法的順利實現起到巨大的促進作用。

結語

新時代背景下，融合通信持續快速發展，IMS的商業價值也將引起廣大運營商的重視。IMS良好的融合能力優勢以及全IP的進一步發展將其商業價值有效呈現出來。當前以IP網絡為核心的IMS架構面臨的首要任務就是服務質量問題。筆者從基于IMS的重疊網絡結構、多路傳輸協議、內容分發機制以及無縫切換機制等方面著手，分析和研究了基于IMS重疊網絡的多路徑傳輸關鍵技術要點，以期為IMS服務質量的解決貢獻一份力量。

參考文獻

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