VoIP网络接纳控制机制必要性探讨—1

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      根据VoIP呼叫的带宽需求，对照具有接纳控制和无阻塞情况的资源规划方法，结合现阶段的网络资源部署情况，本文得出以下结论：1)在IP话音专网中，采用接纳控制机制可以大大节约带宽需求，但在资源充足的条件下可以不必实施接纳控制；2)在多业务IP骨干网络中，由于资源相对充足，而且VoIP业务的带宽比例较小，在采用区分服务并对话音业务进行最高优先级转发的前提下，不必实施接纳控制机制；3)在多业务城域网络的接入和汇聚结点，话音业务所需带宽资源所占比例不足5%，尽管接纳控制机制可以适当节约带宽，改善用户体验，但采用静态带宽配置的方法有利于降低设备和运营成本。
      1 引言
      VoIP，又称IP电话，指的是在IP网络上传输语音信号。VoIP已经大量部署于企业网中或者电信运营商骨干网络中作为中继（trunking）技术以降低话音业务承载成本。下一代网络（Next-GenerationNetwork,NGN）的目标是构建多业务网络，其基本思想是业务与承载分离，从而实现在统一的承载网络平台上支持多种业务。尽管现阶段仍然存在VoIP的专网，今后的发展趋势是VoIP业务与其它业务共享统一的承载网络。VoIP系统也可以分成业务与承载两个层次，其中业务层负责与业务相关的逻辑与控制，而承载层负责媒体流的传送。多业务交换论坛（MultiserviceSwitchingForum,MSF）定义了下一代VoIP网络的体系架构[1]。
      基于IP技术的NGN承载网络面临的最大挑战是服务质量（QualityofService,QoS）保证和安全问题。传统电信网络中的话音通信服务质量为该业务确立了很高的标准。为了达到这一标准，VoIP对网络的QoS提出了非常严格的要求[2]。在传统的电话网中，接纳控制是防止网络过载的重要手段，对保证话音业务质量具有重要作用。根据ITU-T对IP多媒体子系统（IPMultimediaSub-system，IMS）中资源与接纳控制功能（RACF）的定义，在NGN中接纳控制具有多个方面的功能 [3]：通过网络附着控制功能（NASS）检查基于用户特征数据的的认证过程，基于用户数据结合运营商特定的策略和资源可用性进行业务授权。检查资源可用性意味着接纳控制功能需要在当前剩余资源条件下验证资源请求（如带宽）是否可以被接受；即在业务授权时，不仅需用业务层面的接纳控制，还需要考虑承载网络资源的可用性。尽管业务层的控制机制对精细化网络运营具有重要意义，但基于资源的接纳控制是业务开展的基础。
      接纳控制的目的是为了避免网络过载造成的QoS下降。随着宽带网络技术的进步，网络的带宽资源相对比较充足，且VoIP会话对带宽的需求相对较小，是否有必要对VoIP实施基于资源的接纳控制是NGN承载网建设的基本问题。本文分析了大规模VoIP应用的资源需求以及当前的IP承载网络的资源配置与技术部署情况，在此基础上探讨了VoIP网络中基于资源的接纳控制的必要性。
      2  VoIP承载网络体系架构
      当前，IP网络对话音业务的承载有两种应用场景。在电信网络中，IP网络主要用于话音业务的长途中继，接入网络和用户终端保持不变。另外，一些企业部署了IP-PBX设备和IP终端，可以实现端到端IP话音通信。但这种情况下，IP接入设备专用于话音业务，且应用规模较小，网络的规划建设较为容易。电信网络的下一步发展方向是建设新的大容量IP/MPLS骨干网络，并对接入网络和城域网络进行IP化改造，构建具有三重播放能力的城域网络，将话音、视频和数据业务融合到统一的IP承载平台上。
      图1所示为VoIP系统的承载网络架构示意图。图中的核心网络部分由IP/MPLS路由器组成，包括边缘与核心路由器。核心网络连接的可能是经过VoIP网关的传统电话网，也可以是通过接入集中设备连接IP接入网络。IP接入网络通过家庭网关或其它桥接/路由设备与终端相连，此时终端为支持SIP的IP电话或软终端。
      图1VoIP承载网络体系架构示意图
      2.1VoIP网络容量规划的影响因素
      网络容量规划是网络建设的重要环节，其目的是通过对资源需求信息的分析得出应部署的网络设备与链路的容量。相比于传统的电话网络，VoIP的网络架构发生了根本的变化：由原来的TDM网络变成了分组网络，由原来相对专用的网络向多业务网络演进。在多业务IP网络中，网络架构，流量混合情况，资源分配机制都对网络容量规划具有一定的影响。
      传统电话网络的容量规划已经具有科学的理论基础和丰富的实践经验。由于应用时间较短，对VoIP网络的容量规划还没有成熟的理论和技术。值得庆幸的是，VoIP应用和传统的电话业务有一定的相似之处，因而可以借鉴传统电话网络规划的相关经验。
      电话业务的资源需求信息通常从长期应用经验结合预测得出。话音业务的需求一般用流量矩阵表示，流量矩阵与用户的数量及行为模式有关（访问网络的概率分布和通话时间的概率分布等）。VoIP应用的目标是替代传统话音业务，尤其是用户的业务使用模式并没有改变，因而原来的资源需求估算方法仍然有效。但是由于信号编码方式和传输方式发生了变化，每个呼叫所需的带宽随之变化。
      3  VoIP业务的资源需求分析
      VoIP业务的资源需求由两个方面的因素决定：每个呼叫的带宽需求（平均码率）和单位时间的呼叫数量。其中后者由用户数量、用户的活跃程度和用户的网络访问模式决定。
      3.1每个呼叫的带宽需求
      VoIP业务中，网络中传输的有效信号是数字化语音信号，但是为了在IP网络中传输，需要对原始信号进行包封装，以便进行选路和实现一些控制功能。因此，每个呼叫所需的带宽不仅与数字化方式（压缩编码）有关，还和语音信号的抽样与打包频率有关。