（通信与信息系统专业论文）基于异构网络融合的家庭网络若干关键技术的研究.pdf

摘要 本课题是国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) “家庭网络核心s o c 平台和整体解 决方案”和江苏省高技术研究项目“家庭网络核心集成电路片上系统平台技术”的研究 内容之一。论文在深入分析我国家庭网络平台标准和基于i l c l i n l l ) 【操作系统的嵌入 式无线接入设备软件开发方法的基础上，重点研究了异构网络融合环境下家庭网络设计 与实现中的若干关键技术，提出了家庭网络体系结构及通信协议体系，结合具体家电厂 家的家电控制协议，完成了对家庭网络的功能实现。在家庭网络核心s o c 平台整体方案 研究成果的基础上，设计并搭建了家庭网络实验验证系统，实现了家庭网络中支持 i n t e l l l e t 和p s t n 两种异构网络的接入控制。 全文共分六章。第一章概述了课题内容、课题背景以及本论文的章节安排。第二章 简要介绍了异构网络的研究现状和发展趋势以及家庭网络的发展、分类、标准化，详细 分析了其中所采用的蓝牙技术，包括它的协议体系和应用模型，指出了异构网络融合环 境下家庭网络关键技术的发展方向。第三章分析了家庭网络平台标准中有关家庭网 络系统的描述，在此基础上对家庭网络的组网方案进行了研究和讨论，给出了家庭网络 系统参考模型、体系结构及通信协议。第四章介绍了家庭网络s o c 平台技术整体方案研 究成果，从家庭网关软硬件体系结构引出了家庭网络软硬件平台的具体设计。第五章首 先论述了相关的开发环境和关键技术，然后重点给出了家庭网络网关的设计和研制情 况，对主嘲网关以及子网中各个部分及性能的实现做了详细分析。第六章介绍了家庭网 络中支持m e t 和p s t n 两种异构网络接入控制的实现，详细分析了其中的软硬件设 计及程序开发。 在项目组其他成员的配合下，利用研制的家庭网络网关，已实现了通过i n t 锄e t 和 p s t n 两种异构网络对春兰集团公司提供的洗衣机、空调等多个家电设备的远程控制， 并通过了功能验证。 关键词；异构网络，家庭网络，嵌入式系统，“c l i 肌x a b s t i a c t 1 1 l ec o m e mo ft h i sm e s i sb e l o n g st on a t i o n a lh i 曲t c c t l l l o l o g yr e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n tp l a n ( 8 6 3p r o g r a m ) ( n o 2 0 0 3 a a l z l l1 0 ) 卸dh i g l lt e c l l l l o l o g yr e s e a r c h p r o 乒锄o f j i a n g s up r o v i n c e ( n o b g 2 0 0 4 0 0 2 ) a f t e rd e 印l ys t i l d y i n gm e s t a i l d a r d so fh o m e n e t w o r kp i a t f o r ma n ds o n w a r ed e v e l o p m e n tm e t h o d so f 锄b e d d e dw i r e i e s se q u i p m c i l tb 鹤e d o np c l i n u x 叩e m “o ns y s t e m ，m i st h e s i sl a y sa ne m p h 嬲i so ns o m ek e yt e c h n o l o g i e si nd e s i g n 粕di m p l e m e n t a t i o no fn l eh o m en e 细o r kb 嬲e do nt t l eh e t e m g e n e o u sn e t w o r ki n t e g r a t i o n t h ea r c h i t e c t u r eo ft h i sh o m en e t w o r ka i l dc o m m u n i c a t i o np r o t o c o la r c h i t e c t u r ea r ep m p o s e d ， a n dt o g e t l l e rw i t ht h ea p p l i 锄c ec o n 仃o lp m t o c o lp f o m o t c db ya p p l i 锄c em 锄u f a c 眦r ，“l 丘m c t i o n so f 仙eh o m en e t 、) l ，o r ka r ei m d i e m e l l t e d 0 | 芏1m ef o u n d a t i o no fr e s e a r c hr e s u l t sa b o u t o v e r a l lp l a no fc o r es o cp l a t f o r n li nh o m en e 似，o r k ，t h ee x p e r i m e n t a lc o n f i m e ds y s t e mi s d e s i g n e da n db u i t f i n a l l yt h ea c c e s sc o n t i o lf o mi n t e m e ta n dp s t nw h i c ha r et w ok i n d so f h e t e r o g e n e o u sn e t 、v o r k t oh o m en e t w o r ka r ei m p l e m e n t e d t h ew h o l em e s i si sd i v i d e di n t os i xc h a p t e r sa sf o l l o w s m c h a p t e r1 ，t h eb a c k 伊o l l i l do ft 1 1 er e s e a r c ht 硒ka l l dt h ea r c l l i t e c t u r eo fm i st h e s i sa r e i n 缸d d u c e d t h ep r e s e n tr e s e a r c hs j t u a t i o n ，d c v e l o p m e n tt e i l d e n c yo f h e t e m g e n o l l sn e m o r ka l l dt h e e v o l v 锄e n c l 嬲s i f 如n g ，s t a i l d a r d i z i n go fh o m en e 锕o r ka r eb r i e n yi n 蜘o d u c e di i lc h a p t e r2 a n di ti sf o c u s e do nt h et c c h n o l o g yo fb l u e t o o t ht h a ti s l l s e d ，i 1 1 c l u d i n gi t sp m t o c o l n m e w o r ka n d 印p i i c a t i o np m f i l e s a 舭rm a t ，t h ed e v e l 叩m e l l t a ld i r e c t i o no fe s s e n t i a l t e c l l l l o i o g i e si nh o m en e 唧o r ki l l l d e rt h ee n v i r o n m e n to f h e t e r o g e n o l l sn e 咖r ki s 百v e l l i nc h a p t c r3 ，b 粥e do nt h es t u d yo ft h en e t f o 珊i n gs c h e m ea n dd e t a i l e dd e s c r i p t i o n si n t h es t a n d 砌so fh o m en e t w o r kp l a t f o m l ，s y s t e 【i lr e f b r e n c em o d e l ，s y s t e ms m l c m r ea 1 1 d c o m m u n i c a t i o np r o t o c o la r ep r o p o s e d t h er c s e a r c hr e s u l t sa b o u to v e r a l lp l a no fc o r es o cp l a o n l li nh o m en e t 、】l ，o r ka r e i n 协o d 、l c e di nc h a p t e r4 t h ed e s i g n so fh a r d w a r ea n ds o f h a r ep i a t f o r m sa r e 百v e na f t c r i n 仃o d u c i n gm es y s t e ms t n 】c t u r eo f t h e m i l lc h a p t e l 5 ，t h ed e v e l 叩m e n te i l v i m 砌e n t 蚰ds o m ek e yt e c h n o l o 百e sl l s e di n t h i s r e s e a r c ha r eb r i e f l yi n 仃o d u c e df i r s t l y a n dt h e ni ti sf o c u s e do nd e s i g na 1 1 di m p l 锄e n t a t i o n m e t h o d so f h o m eg a t e w a yb ya i l a l y z i n gt h ei m p l e m e i l t a t i o no fm a i n - g a t e w a y 锄da l lp a n so f s l l b n e 腑o r k i nt h el 髂tc h a p t e r ，t h ei m p i 锄e n t a t i o no fa c c e s sc o n h d l 自o mh l t e m e ta n dp s t nw h i c h a r et w ok i n d so fh e t e f 0 窖e n e o 吡sn e t w o r kt 0h o m en e t w o r ka r ed i s c u s s e d a n dt h el y t c c i l l l o l o g i e sa n dp r o c e d u r ed e v e l o p m e l l ti n v o l v e di nt l l e ma r e 柚a l y z e di nd e t a i l a sar c s u l t ，w i t hh e l po fo t h c rt e a mm e r n b e r s ，t h ec o n t r d lo fr c m o t ec o n 仃o i l e rt o i n f o r m a t i o na p p l i a n c ei n s i d e sh o m en e t 、v o r kh 弱b e e l li m p l e m e i l t e d ，a sw e l l 嬲廿l ec o n n d l a c c e s s 舶m 觚ok i n d so f h e t e m g e n e o u sn e t 、v o r k ：i m e m e ta n dp s t n k e y w o r d s ：h e t c m g e n e o u sn e t w o r k ，h o m en e t w o r k ，e m b e d d e ds y s t e m ，p c l i l l l l ) 【 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用 过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明 并表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：1 盘导师签名： 日期： 第一章绪论 第一章绪论 随着数字化进程的不断发展，网络已经逐渐渗入到人们的日常生活之中。家庭电脑、数字电视、 数码相机、个人数字助理( p d a ，p 1 a l d i g i t a l a 5 s i s t a m ) 等一大批数字产品的越来越多的应用， 促进了网络进入家庭。机顶盒、网络冰箱、w e b 手机等信息家电也应运而生，使得人们的家居生活 向信息化和智能化方向发展。然而，家庭中的信息家电和智能家居设备往往只是孤立地实现控制或 与i n t e r n e t 信息交换的功能，这样就形成了很多的信息孤岛，对人们的设备操作和信息获取都带来了 很大的不便，只有解决这个问题，建立一个合理可行的家庭信息网络，才能真正实现智能的信息家 庭。 2 0 0 3 年在拉斯维加斯举行的国际消费电子展上，无论是以m i c r o f t 、h t e l 、m 为代表的觊觎消 费电子市场的i t 巨头，还是以s o n y 、p h i p s 、s a l n s l l i l g 和t o s h i b a 为代表的走入i t 行业的a v 骄予，都 不约而同地提出了“消灭设备孤岛”。比尔盖茨在主题演讲中总结到：“目前，各种信息设备还像是 一个个隔离的孤岛，我们要通过自己的努力将他们紧密地联系在一起。”对家用电器设备而言，就是 用家庭网络把“设备孤岛紧密地联系在一起”，并通过嵌入式家庭网关接入h t c t 、p s t n 等外部 网络。 目前信息与网络技术的发展正处在一个重要的变革期。在无线网络向着高速化、宽带化、泛在 化发展的过程中，出现了多种多样的无线通信技术，为其带来了丰富的异构性。然而，互通和融合 已经成为无线通信发展的大趋势。异构网络构成了孤岛般的相对独立的自治域，由于缺乏有效的协 调机制，系统问的干扰、重叠覆盖、单一网络业务提供能力有限、频谱资源的稀缺、无线网络的平 滑替代、业务的无缝切换等现实问题都变得难以根本解决。如果我们能够让这些异构的无线网络协 同工作，就能够将它们各自的优势结合在一起，在包容异构性的基础上对各个网络的优势加以利用， 实现不同网络资源的协同配合和最有效利用，最终为用户带来丰富、优质、廉价的业务体验，为移 动通信产业链上所有利益相关者带来新的发展机遇。 本课题属于国家8 6 3 项目“家庭网络核心s o c 平台和整体解决方案”和江苏省高技术研究项目“家 庭网络核心集成电路片上系统平台技术”。目前，国内的家电厂商也在致力于开发家庭网络中的信息 家电，推出家庭网络的技术解决方案，并制定了信息家电的设备描述标准。本学位论文的丰要任务 是提出基于异构网络融合的家庭网络组网和通信方案，搭建验证演示系统，不仅实现家庭网络内部 的各个终端之间的通信，并且实现多种异构网络的控制接入。 本文共分六章，各章安排如下： 第一章概述课题背景和研究意义，介绍论文的主要内容和章节安排。 第二章首先从异构网络的研究现状及发展趋势等几个方面对异构网络这一概念做了简单的介 绍。然后简要介绍了家庭网络的发展、家庭网络的分类以及目前被较多关注的标准和规范。接着详 细分析了其中所采用的蓝牙技术，包括它的协议体系和应用模型。最后对异构网络融合环境下口v 6 在家庭网络中应用的优势和特点进行了分析，指出了未来家庭网络关键技术发展的方向。 第三章简要介绍了家庭网络系统参考模型、体系结构及通信协议。从功能上，家庭网络主要包 括家庭主网和各种家庭网络的子网部分。本章分别对家庭主网和家庭控制子网的组成和功能作了介 绍，并具体地说明了家庭主网网关、家庭控制子网网关、移动控制终端和信息家电设备的功能设计。 最后，分析了家庭控制子网的协议体系。 第四章根据课题组对家庭网络关键技术的研究，以及对国内外最新进展的综合分析，给出了家 东南大学硕士学位论文 庭网络s o c 平台技术整体方案研究成果。首先简要介绍了所设计的家庭网关软硬件体系结构；接着， 具体介绍了家庭网络软硬件平台的设计。 第五章首先对家庭网关所采用的h h c 0 5 2 7 2 - r l 硬件平台以及u c l i i l u x 操作系统的特点、软件开 发方式及嵌入式开发环境的建市分别做了简要介绍，为设计和实现基十蓝牙技术和嵌入式系统的家 庭网络系统进行了技术准备。在此基础上，重点给出了家庭网络网关的设计和研制情况，对主网网 关以及子网中各个部分及性能的实现做了详细分析，包括：予网的功能和操作流程、了网各部分功 能的实现以及即插即用、控制多个家电设备等性能的实现。 第六章给出了家庭网络中支持h t e m e t 和p s t n 两种异构网络接入控制的实现。首先通过在嵌入 式开发平台上构建嵌入式w 曲服务器b o a 和丰网关n c 驻留进程，实现了j n t c m c t 对家庭网络的接 入控制。接着，从硬件研制、设备驱动程序开发以及应用程序开发兰个方面具体介绍了p s t n 对家 庭网络的接入控制，并成功实现了两种异构网络联合接入控制、百不干扰。 2 第二章异构两络融合及家庭网络概述 第二章异构网络融合及家庭网络概述 随着计算机技术和网络技术的高速发展，家庭网络的概念正逐渐被人们所认识。从网络连接的 角度看，家庭网络是指在家庭和社会的信息网络相连之前，将家庭内部所有的信息设备连接起来而 形成的网络。异构网络融合的目的是将多个通信网络、通信设备、通信协议实现相互之间的无缝连 接及协同工作，在当前异构网络融合的发展趋势下，必然要实现家庭网络与外部网络的融合与互通， 因而研究基于异构网络融合的家庭网络具有极为重要的现实意义。 2 1 异构网络的现状及其相互融合的研究 如果说目前电信网络的现状是各种异构网络并存的话，各种异构网络融合则是大势所趋。异构 网络融合应能做到满足以下需求：屏蔽用户终端、网络类别提供统一、综合的业务：减少网络建设 成本；简化网络维护和管理等；需要寻求能够提供收入的新业务，并与现有网络实现互连互通，从 而既能保证网络的平滑演进，又能最大限度地保护现有投资”。 2 1 1 异构网络融合的含义 当前电信网有了很大的发展，大量新技术的出现使得异构网络融合成为可能。其中，v o 口( v o i o e o f m ) 技术使得在分组网络( 如i p 网络) 上统一承载数据、语音和多媒体等多种媒体流成为可能； 软交换技术的发展使得多种网络上基于多种协议的实时呼叫的统一控制成为可能；开放业务接口技 术和分布式中间件技术的发展使得多种网络业务层面的融合成为可能，并进一步促进了电信领域与 r r 领域的融合；各种宽带接入、综合接入、无线接入技术( 如w u 州，w i r e l e s sl o c a l a an 曲v m k 、 3 g 、b e v d 3 g ) 的发展使得多种网络到核心分组传输网络的综合接入成为可能；光网络传输技术的 发展促进了网络宽带化，使得以多媒体业务为主要特征的全业务提供成为可能。这些新技术促进了 多种异构网络在业务层面、控制层面、接入层面和传送层面的融合，促进了电信领域与i t 领域的融 合。 异构网络融合是建立在网络可分离的前提下，只有这样才能灵活、开放地提供各种各样的业务。 首先，应用层与控制层分离，以便获得业务与用户的物理位置具备无关性；其次，控制层与传送层 分离，便于呼叫或会话的控制独立于承载的控制，可实现基于不同承载提供相同的控制能力；再次， 传送层与接入层需要完全分离，使得无论何种终端、何种接入方式都可以共享同一承载网络，从而 充分利用网络资源，屏蔽网络的复杂性。这样的目标网络技术即下一代网络( n g n ，n e x t g 面 n 咖i k ) 技术。 国际很多研究组织开展了对异构网络融合和下一代网络的研究，比如删- t ( m 魄n 撕m i a l t e k c o m m 呲i c a t i o nu 血- t e le c l 附m u n i c 撕) 、t f ( m t c r n c te n g i n e c r i n g1 绌e ) 、e t s i ( e u p e 趾 1 翻e c o 衄u n i c a t i o 衄s d a n d a r d sh 6 t u t c ) 、3 g p p 3 g p p 2 、 o s 山p a d a y 】a 珊( o p s y s t 咖 a r c h i 钯c t i l r e 伊盯1 a y 仃a v a a p i f b r h t c l 羿t c d n 曲v o f k s ) 等，涉及到下一代网络体系架构、业务体系、承 载网络服务质量控制、宽带接入和综合接入等多个方面。但是目前看来，各个研究组织的观点还未 统一，所研究的内容还远未成熟或实用化。 3 东南大学硕士学位论文 2 1 2 国外异构网络融合技术分析 异构网络融合是一个发展过程，不是对现有网络的合一，而是在网络演进的过程中逐步实现的， 下面从不| 一层面对异构网络融合技术进行简要分析。 1 - 异构网络融合是在网络演进的过程中融合 异构网络融合是在网络演进的过程中融合，而不是对现有的网络融合。现有网络如p s l n ( p u b l i c s w i t c h e dt e l 印h o n e n e m o i k ) 、h f c ( h y b 哪f i b c r c o a ) 【i a l ) 网、2 g 网必须经过演进d 。能融合，p s t n 通过向n g n 的演进、2 g 通过向3 g 的演进，只有当不| 一的q k 务网络具有相同的传送、承载、控制 技术时才能融合。 异构网络融合是对各种不i 司应用在数字化、分组化基础上的融合。 2 异构融合网络的基础传送平台是光传送网络 世界各运营商采用光网络作为其基础传送网。主要的实用技术有s d h ( s y n c h m n o i i sd i g i 诅1 h i e r a r c h yj 、d w d m rd e l l s e w a v e l e n g t h d i v i s i o nm u l t i p l e x i n g ) 、m s t p ( m u l t i p i es e r v i c et r a n s f e f p 1 a t f o 唧) 等，a s o nf a u t o m a t i c a l l ys w i t c h e do p t i c a ln e t w o r k ) 技术也逐步进入商用化。舀：钾能化 方面，a s o n 具有自动配置、自动选路、流量控制等功能。凼此尤论从容量、传输距离迩是智能化 方面光网络都是卵怂的综合传送网络。 3 异构融合网络的业务承载平台是基于i p ，m p l s ( i p ，m u i 廿- p m t o il a b e ls w i t c h i n g ) 网络 m p l s 技术目前已成为i p 网络q o s ( q u i l i t y o f s e r v i c e ) 的基础技术，具有良好的可扩展性，适 用于大规模核心网络。通过m p l s 技术可以实施流量工程、区分服务和计费管理，增强电信i p 网络 的盈利能力。目前采用m p l s 标记交换技术构建统一的业务承载网络或是升级现有的i p 为m p l s 网络已经是业界的共识。将不问的q k 务划分为不i 司的v p n ( v i r c u a i p r i v a t e n e t w o r k ) ，多个独立业务 的v p n 在司一个i p 公网平台上的同一个节点进行接入。 目前全球大的运营商如a t t 、s p r i n t 、q 、w s t 、b t 、n 丌等运营商都已部署了m p l s 核心网络， 并计划：在未来1 3 年内丰要的运营商q k 务网络都将融合到m p l s 核心网络中；运营商将会逐渐将 传统的a 1 r m ( a s y n c h r o n o i l s l i 瑚n s f e r m o d e ) 等二层专线q k 务转移到m p l s 核心网络中：运营商利用 m p l s 核心网络快速部署i pv p n 业务，获得新的利润增长点；3 g 和n g n 的核心承载网络采用基于 m p l s 核心网络。 4 异构融合网络的业务控制系统是基于l m s ( m u m m e d i as u b s y s t e m ) 的n g n 系统 基于i m s 架构扩展支持固定网络接入需求和未来网络的各种业务需求，以便实现未来固定、移 动网络在核心业务控制层的共享和融合，并提供对高层多种业务的支持已经成为n g n 网络的发展方 向。 5 异构融合网络具有统一的、开放的业务环境 目前的固定网、移动网和有线电视网的增值业务网络是相百独立的，各种增值业务网络或平台 彼此不能共享。因此，建立统一的融合的增值业务网络，为所有的业务网提供统一的、适应多类承 载网和多种业务应用的通用q k 务平台是各运营商的共识。通用业务平台可支持现有的和基于m v 6 的 业务；具自j 支持移动漫游q k 务能力；支持固定网、移动网、i n t e r n e t 和w l a n 的终端q p 务和应用； 具有一定的支持q o s 能力；支持对q k 务的统一管理，具自接入认证、鉴权能力，支持多种计费方式。 采用p a r l a y 技术提供第三方应用是建立开放的q k 务环境的主要手段。 4 第二章异构网络融合及家庭网络概述 2 1 3 异构网络融合的具体体现 从今天看，异构网络融合应该包含以下几个网络：固定电话网( p s r n o 、蜂窝移动网、互联网( 口 网) 、广播电视网等。异构网络融合具体体现在：无线的融合，如w l a n 、w i m a x 、数字视频广播 ，d i g i 协lv i d b r o a d c t ) 与移动网的融合：固定网与移动网的融合；移动网与互联网的融合； 融入新型网络技术，如传感器网、家庭网络、内容分发网( c d n ，c c 哪嘲ld i s 砸b i n j o nn e t w o r k ) 、网 格等。 1 无线的融合 目前无线通信的新技术层出不穷，如后3 g ( b 3 g ) 、w i m a x 、超宽带( u w b ，u l 扛a w i d e b a n d ) 等。无线融合的目的是屏蔽用户对无线接入网络多样性的感知，体现在两个层面上：1 ) 控制层面： 用户数据集中与共享，统一认证、鉴权、计费与管理，一站式服务。如3 g p p 3 g p p 2 中定义的与w l a n 互通结构。2 ) 终端：支持多种无线接入技术，多模多频，同时接收。如：同时支持w l a n 和蜂窝 移动的终端、同时支持w 和蜂窝移动的终端、同时支持d v b 和蜂窝移动的终端等等。 2 广泛移动性：固定网与移动网的融合 移动性是指对于用户和终端位置的改变而持续接入服务、继续通信的能力。移动性可划分为两 个级别：1 ) “游牧的”移动性，指用户在移动时能改变其网络接入点，但正在进行的服务会话会完 全停止，需要重新启动；2 ) 无缝移动，指当用户或终端移动时，能随时改变其网络接入点而不中断 正在进行的服务会话。另外，移动性还划分为：终端移动性和个人移动性，目前终端的移动性较为 成熟，而个人移动性相对滞后。 上述的移动性要求网络控制层提供相应的功能来支持，包括用户鉴别、授权，位置更新、用户 信息的下载等，称之为移动性管理。为用户和终端提供移动性管理以保证不同网络间的漫游和服务 的无缝移动性是网络融合最紧迫的需求之一。从用户的观点来看，用户应该能从任何网络接入点接 入网络，包括使用任何接入技术( 有线和无线) 进行用户的网间漫游，即屏蔽异构网络间的差异性。 目前基于有线的i p ( a d s l ，a s y l i m e 乜i cd i g i 协ls u b s c r i b c r “北、以太接入) 终端移动性与基于无 线( 2 g 、3 g ) 的终端移动性有很多类似性，如：共享信道，安全性问题，需要终端接入认证过程和登 记过程。 未来的固定网与移动网融合，支持广泛移动性，应考虑网络的业务能力以支持个人的移动性、 终端的移动性以及它们的组合。既体现在无线接入的无缝切换和漫游，也体现在口终端的可移动性、 游牧( 如移动i p 技术) 上。为了支持上述要求，网络具有接入控制认证机制和授权功能、位置管理、 支持终端或会晤的邛地址分配和管理功能、支持用户管理功能等。 3 移动互联网：移动网与互联网的融合 当前信息通信领域的两大热点：移动网与因特网( 碑网) ，已开始走向融合，其结果是移动互联 网：高速、宽带、可支持多媒体业务并适合于所有移动运行环境的移动口网。该领域的融合是目前 推进速度最快的，体现在技术层上的融合，包括：w 艚( w i i e l e s sa p p l i c a t i o np i o t o c 0 1 ) 技术，移动 网的无线接入分组化、网络分组化，以及未来3 g 核心网的分组化，移动终端的口化；也体现在业 务层面的融合。 3 g 移动网与与口网的融合已开始，3 g p p r 5 的多媒体子域( 订s ) 定义了u m t s ( u n i v m a l m o b i l et e l e 。o m n i c a t i 0 s v s t e m ) 核心网向全演进的网络结构，同样3 g p p 2 也定义了全口网 格结构的多媒体域，并且网络结构与接口协议与前者基本一致。 未来的移动互联网需要解决移动口技术、i p v 6 和蜂窝移动网的有机结合，并且能融合无线通信 5 东南大学硕士学位论文 和数字广播技术。 4 融入新型网络技术：传感器网、家庭网络、c d n 、网格 近些年研究的传感器网络、家庭网络、c d n 、网格等也将融入信息通信网中。传感器网络是由 一组传感器以a d h o c 方式构成的有线或无线网络，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地 理区域巾感知对象的信息，并发布给观察者。而家庭网络是融合家庭控制网络和多媒体信息网络于 一体的家庭信息化平台，是在家庭范围内，实现信息设备、通信设备、娱乐设备、家用电器、自动 化设备、照明设备、保安( 监控) 装置及水电气热表设备、家庭求助报警等设备瓦联和管理，以及 数据和多媒体信息共享的系统。 传感器网络巾采集的数据多数情况下要通过信息通信网传送给远程的观察者，如物流控制、生 产线控制、远程医疗等等。家庭网络具体包括三个力面：( 1 ) 娱乐、( 2 ) 通信、( 3 ) 控制。这三个方面都 需要接入信息通信网，同时也对融合提出新的要求，如：娱乐中的媒体的网络化，控制巾的对家电、 安防设备等的远程遥控( 安全性要求) 等。未来传感器网、家庭网络中各种设备都会接入无处不在 的信息通信网络。 c d n 与网格都是建市在可联网f l p 网) 的技术。c d n 是在现有百联网叶l 增加。层新的网络架构， 即在传统的网发布多媒体信息l m 特别优化的网络覆盖层，将网站的内存发布到最接近用户的网络 “边缘”，使j 户可以就近j 】( 得所i 6 j 的内存r 静态图片和流媒体) ，解决可联刚拥塞状况，提高用户访 问网站的响应速度。c d n 是一个绛策略件部署的整体系统，包括分布式存储、负载均衡、网络请求 的重定阳和内容管f f 等。网格是在瓦联网基础上将高性能计算机、大型数据库、海量存储设备、远 程设备实现资源共享和交瓦，让人们透明地使用计算、数据处理和存储资源。网格应用实际上是和 其它应用技术结合在一起的，包括巾间件技术、p 2 p 、w 曲s e r v i c e 等。网格的三个关键技术包括：协 同计算能力、共享存储能力和通信交互能力。通信交互能力对网格应用支撑能力是一个关键问题， 如：宽带、q o s ( 时延、丢包) 、资源调配和组网等，这需要在网络融合中来解决。网格平台屏蔽了异 构资源的差异和地理上的分布性，这一点与本文提出的网络融合要屏蔽异构网络的差异性是一致的。 在未来的移动百联网中，需要c d n 技术来向用户的移动终端提供流媒体业务，也同样需要网格技术 来向用户提供移动计算业务。 2 1 4n g n 技术发展趋势 n g n 是目前通信业界关注和探讨的一个热点话题，人们希望通过n g n 来解决目前各类网络中 的许多问题，如网络安全、o o s 、异构网络融合、前后向兼容平滑演进以及町赢利商业模式等1 2 】。但 客观说来，n g n 目前依然存在不少问题和困惑，包括统一而明确有效的定义、基本结构、阶段目标 与长远目标，具体实施策略等，闭际上一些电信标准化组织和论坛对此看法办不尽相同。 1 e t 刚有关基于l m s 的n g n 网络架构建议 基于i m s 的网络框架易于引入面向s i p 应用的多媒体业务，在安全管理、q o s 控制、计费等方 面具有较强的优势。虽然目前n g n 标准的q k 务种类还在讨论中，但是n g n 需要包括基于s i p 的q k 务( 会话服务、呈现和及时消息) 、非s p 的q k 务( 如视频流媒体和广播q k 务) 、p s t n i s d n ( p u b l i c s w i t c h e d n e t 、o 州1 1 1 t e g r a t e ds e r v i c e d i g i t a l n e l w o r k ) 的替代q k 务( 即p s t n i s d n 仿真) 。基于i m s 的n g n 网络架构包括资源和接纳控制予系统、网络附着( a t t a c h m c n t ) 予系统、i p 多媒体了：系统 ( i m s ) 、p s t n i s d n 仿真了系统和其他多媒体了系统和应用。 ( 1 ) p s t n i s d n 仿真子系统：p s t n i s d n 仿真是为连接到妒网( 经过网关) 的传统电话终端仿 6 第二章异构网络融合及家庭网络概述 真p s l n i s d n ，所有p s l n i s d n 业务保持可用和一致，这样端用户并不会意识到没有连接到基于 t d m 的p s t n i s d n 。 ( 2 ) 口多媒体子系统( 订s ) ：由提供口多媒体业务( 如语音、视频、文本、聊天等) 的所有 构架在分组传送网上的核心网单元构成。 ( 3 ) 流媒体：随着宽带接入技术的成熟，网络传输的瓶颈正在被打破，实时的高质量流媒体传 输己成为可能，这为流媒体的发展奠定了良好的基础。同时，音频和视频编解码技术的进步和网络 流媒体协议的标准化也为流媒体的广泛应用起到重要的促进作用，使得基于流媒体传输的应用得到 了越来越多的重视。随着视频点播、远程教学、交互游戏、h t m e t t v 等业务的广泛开展，流媒体 已经在一定的程度上改变了人们使用网络的方式。 ( 4 ) 接入网附着予系统：应该提供下列功能：口地址分配；发生在口层的鉴权，可能是在地 址分配程序期间或之前；根据用户业务清单的网络接入授权；根据用户业务清单( p r o f n e ) 的接入 网配置：发生在i p 层的位置管理。 ( 5 ) 资源控制子系统：资源控制了系统应该提供接纳控制和关u 控制功能。接纳控制涉及到根 据运营者的具体策略规则和资源，检查接入网附着子系统保存的签约数据的授权。检查资源可用性 意味着接纳控制功能校对被请求的带宽是否与预定的带宽和用户使用的带宽一致。 目前，e t s i t l s p a n 在n g n 标准方面研究比较领先，1 1 s p a n 将在n g n 中将尽可能重用i m s 架构，在多媒体子系统已经确定应用d s 架构，1 1 s p a n n 国艰l 版本标准研究基本按计划进行，功 能架构基本稳定，相关的业务流程和信令方面的工作基本同步进行。 2 i t u 有关n g n 研究进度 r r u t s g l 3 负责对n g n 的总体研究。虽然s g l 3 在n g n 的标准化方面进行了大量的工作，并 在2 0 0 4 年2 月推出了1 1 个n g n 标准草案，但目前只是处在框架的范畴，无法满足业务发展的需要； 同时r r u 在引导电信发展方向上也愈来愈力不从心，3 g p p 、3 g p p 2 等在3 g 的标准化上已经占据了 主导地位；n g n 作为当前的一个大热点，目前方向尚不明朗，而e t s i 在幢s 基础上在进行了n g n 的标准化工作，有可能会成为n g n 的事实标准，这也将对r r u t 构成威胁。为此，为了加速n g n 标准制订工作，i t u - t 于2 0 0 4 年5 月成立了f g n g n 工作组，f g n g n 的主要工作是在继承第1 3 工 作组的基础上，重点面向n g n 领域的关键技术开展工作。 r r u f g n g n 的工作实际是从三个方面展开：一是在3 g p p 、3 g p p 2 的皿讧s 基础上，制订 r r u l q g n f g 的i m s 的第一个版本，这是一种基于s 口的业务系统( 或业务平台) ；二是未来基于分 组技术的数据网；三是继续i t u - t n g n 瓜g 工作，包括q o s 问题、n g n 的体系结构，安全问题、 移动游牧问题、网络的演进等。 f g n g n 已经在n g n 网络和业务总体要求、功能体系架构、m o o s 、控制和信令要求、网络演 进和安全等方面提出了较为具体的要求，计划分为三个阶段颁布n g n 的相关标准。 f g n g n 主要研究内容包括： ( 1 ) n g n 功能结构：对n g n 的功能和体系结构进行描述，内容主要包括x d s l 、订s 架构等。 ( 2 ) 游牧性和移动性：研究各种类型设备的移动性需求以及在n g n 功能结构中定义的“游牧 性”行为，定义一种结构模型，实现管理功能以及再开发和控制的能力。 ( 3 ) q o s ：定义端到端的q o s 架构和相关的协议。要在n g n 上支持各种业务( 实时业务，流媒 体业务非实时业务多媒体业务) ，n g n 就必须可以为各种q o s 级别的业务提供可预见的、一致的、 端到端的o o s 保证。 ( 4 ) n g n 控制、信令和鉴权能力：定义业务结构，提供可靠、可控的n g n 的n g n 网络以及 7 东南大学硕士学位论文 提供传输平面和控制平面的参考配置。n g n 控制、信令和鉴权能力是实现n g n 的一个非常迫切的 要求。 ( 5 ) 安全问题：研究相关的安全问题，实现真正的“可靠、可控”的n g n 网络。 ( 6 ) 1 d m 网络向n g n 的演进：制定适当的演进方案，使现有网络和业务能够与n g n 网络进 行无缝的互联。 f g n g n 虽然已经在n g n 网络和q k 务总体要求、功能体系架构、p q o s 、控制和信令要求、网 络演进和安全等方面提出了较为具体的要求，但目前还只是处于需求分析和r l 阶段。f g n g n 在 r 1 阶段主要完成需求定义，目前也有重用i m s 的讨论，还未到定义具体架构和流程的阶段。 3 基于i m s 的固定n g n 已经成为未来技术发展趋势 在标准方面，基于s m 的3 g p p i m s 是目前比较完善的体系结构，标准组织e t s i 、r r u t 等已 经有固定领域应用i m s 架构的明确倾向，以后的固定n g n 的多媒体域网络架构，将可能在基于 3 g p p i m s 架构基础上发展。同时，i t u t 、e t s i 所定义的n g n 业务需求包括了通信、信息、娱乐 等业务，移动件已绎成为固定n g n 的一个重要需求，n g n 网络将在i m s 架构基础上扩展支持固定 接入和具他融合q p 务。 在运营商力面，部分先进运营商，如英国电信、法i 卡j 电信等已经明确提出在固定多媒体域， 甚至p s t n 电路域j 赶用j m s 架构的思路。很多运营商希望基于【m s 的网络架构成为n g n 的统一业 务控制平台，支持多种接入技术和多种q k 务。 因此，基于3 g p p 皿订s 架构扩展支持固定网络接入需求和未来网络的各种q k 务需求，以便实现未 来固定、移动网络在核心q k 务控制层的共享和融合，并提供对高层多种业务的史持已经成为固定 n g n 网络的发展方向。 虽然基于i m s 的固定n g n 已经成为未来技术发展趋势，但是，要真正付诸实施，则还存在若 干关键问题没有解决，比如在异构网络融合的整体架构、控制层组网和路由体系、业务层体系架构 和新型增值业务、承载网服务质量、网络管理等诸多关键问题上还未成熟。 2 2 家庭网络概述 2 2 1 家庭网络的定义 通常意义的家庭网络是加工、管理、传输和存储信息诸要素的集合体，能够连接和集成家庭中 计算、控制、监视和通讯等多种设备。目前，商品化的家庭网络产品多数是简单的网络集成系统， 允许多