技術/應用 Technology/ Application技術交流SCTP在NGN中的應用上海交通大學電子工程系郭強朱杰摘要本文研究了流控制傳輸協(xié)議(SCTP)作為一種新興的傳輸層協(xié)議,在下一代網絡(NGN)中的應用。重點分析了SCTP在移動nternet訪問、無線異構網絡的切換以及無線資源分配中相對于傳統(tǒng)協(xié)議及方案的優(yōu)勢。關鍵詞 SCTP NGN移動 Internet垂直切換帶寬借用圖1NGN結構它將是一個功能齊備、同時也異常復雜的系統(tǒng)。雖然引言系統(tǒng)的第三層(網絡層)統(tǒng)一到IP協(xié)議,但是要真正近年來,互聯(lián)網取得了跨越式發(fā)展、用戶數(shù)量增實現(xiàn)NGN的功能,在傳輸層及其以上層就必須使用更長迅猛,對業(yè)務、帶寬的需求越來越高。有效的協(xié)議。為此IETF等組織提出了大量的傳輸層而移動通信網絡在經歷了2代的GSM到25代的會話層和應用層上的新協(xié)議,其中在傳輸層上最有代GPRS再到以CDMA技術為代表的3G和研究中的超表性的是流控制傳輸協(xié)議(SCTP: Stream Control3G網絡,也顯現(xiàn)出對多媒體業(yè)務、以及無線傳輸帶寬 Transfer protocol)a。SCTP的設計初衷是在傳輸層上取的巨大需求。這一切都推動了下一代網絡(NGN:代UDP和TCP來更有效地傳輸信令信息。因為UDPNext Generation Network)發(fā)展。NGN的結構如圖1是一種“不可靠”傳輸協(xié)議,不適用于信令傳輸;TCP所示,其顯著特點是具有網絡的融合化、承載的IP雖然是“可靠”傳輸協(xié)議并具有差錯等功能,但傳輸信化、接人技術的多樣化和業(yè)務的綜合化。令的性能也很低,會出現(xiàn)頭阻塞等問題。SCTP則吸收具體來說,在NCN中,現(xiàn)有的互聯(lián)網、電信網和TCP和UDP兩種協(xié)議的優(yōu)點,解決了信令傳輸上存在有線電視網將逐漸合而為一、走向融合。三網融合的的問題并提高了傳輸性能。然而,除了適于信令傳輸前提是每個網絡都要以P技術作為承載,并且在將來外,SCTP的諸多新特性使之在NGN中有著廣闊的應NGN中使用一個全P的骨干網作為融合后的網絡核中國煤化工進行了重點研究,給出心。在骨干網的外層會有一個自適應層,它負責連接CNMHG驗證。外層接入網絡到核心網。最外層是各種使用不同接人技術的網絡,它們提供了包括話音、數(shù)據(jù)和多媒體在SCTP協(xié)議特性內的全面而綜合的業(yè)務。從NGN的結構和功能上看同傳輸層上傳統(tǒng)的TCP和UDP相比,SCTP有著技術交流Technology/ Application技術/應用以下顯著特性(1)面向消息的傳輸:SCTP中,兩個節(jié)點間建立的連移動客戶端服務器端接被稱為“關聯(lián)( Association)”。傳統(tǒng)的TCP是流導向的協(xié)應用層應用層議,即被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都被看作是連續(xù)的字節(jié)流而不是按消(HTTP、FTP①④①息來劃分。但SCTP卻是完全以消息導向的,數(shù)據(jù)會按不同的消息分別遞交給上層。(2)多宿( Multi- homing)特性:如圖2所示,SCTP支SCTP持一個主機擁有兩個或兩個以上的P地址。主機利用SCTP協(xié)議傳送數(shù)據(jù)包給目的地址時,若此IP地址不可剛絡層網絡層達,SCTP可將包重新路由給另一個可達的IP地址。并且鏈路層路層物理層物理層傳輸過程中當一個地址所在的連接出現(xiàn)錯誤時,可以將數(shù)據(jù)傳輸轉移到另一PP地址所在的鏈路上,提供了非常有效的鏈路失敗保護措施,可容忍網絡級差錯。圖3SCTP的多流特性因此會導致頭阻塞現(xiàn)象;而SCTP則可分別獨立地遞交給鏈路1:衛(wèi)星鏈路應用層屬于不同流的片斷并保留流內序列號接收器(6) Heartbeat機制:SCTP采用專門的 Heartbeat消息來監(jiān)控鏈路或關聯(lián)的有效性,極大地提高了網絡差錯探測SCTP關聯(lián)性能多宿主機(7)動態(tài)地址重構叫:動態(tài)地址重構功能是賦予已存在的SCTP關聯(lián)可以動態(tài)地增加、減少和更改通信節(jié)點所交黃抓2,以太網鏈路具有的IP地址并且不會干擾正在進行的數(shù)據(jù)傳輸。這特性對于主機移動的情況具有重要意義。圖2ScTP的多宿特性二SCTP在NGN中的擴展應用(3)多流( Multi- streaming)特性:流的概念在TCP中sCTP的上述新特性使之在有效傳輸信令之外還可以指一連串字節(jié),在SCTP中則是指發(fā)送到上層的一系列用戶在“移動 Internet”、“異構網垂直切換”和“異構小區(qū)信道消息。用戶在建立SCTP關聯(lián)時,可以指定此關聯(lián)使用的流借用”等NGN的關鍵領域發(fā)揮重要作用的數(shù)目。如圖3,SCTP關聯(lián)中發(fā)送的每個消息都會被分配21基于SCTP的移動 Internet訪問·個流序號。在接收端,SCTP可以保證某特定流中和消息移動 Internet的業(yè)務主要有網頁瀏覽、收發(fā)電子郵件按順序向上層遞交。多流最大的特點是,當一個流在傳輸過和傳輸文件。常用的是HTTP和FTP等應用層協(xié)議,目前程中被阻塞時,其他流則不受影響地繼續(xù)發(fā)送。在傳輸層主要采用TCP協(xié)議來保證可靠傳輸。SCTP也是(4)強制SACK:sCTP繼承使用了TCP中的那些得到面向連接的,同樣可以保證傳輸?shù)目煽啃?。不僅如此充分驗證的擁塞控制技術,如慢啟動和擁塞避免。同時也SCTP的多流、多宿和面向消息的特性使其應用于移動In提出了新的特性,特別是強制SACK快速重傳。SACK可 ternet傳輸層時,可以提供更小的時延、更快的重傳和更以加速錯誤檢測并提高帶寬的使用。在TCP中,SACK是好的鏈路保障?？蛇x項,而在SCTP中是強制的,這樣當某個數(shù)據(jù)窗中數(shù)中國煤化工移動mme傳輸進行據(jù)頻繁丟失時可以有更魯棒性的反應,避免了耗時的慢開了對CNMHG單宿多流模式下Wh訪始階段可L,任頭中采用三個流,分別傳(5)流內按序遞交:TCP中只支持嚴格的按序遞交輸三種頁面組成元素,即:文字文件、圖片文件和動畫文技術/應用 Technology/Application技術交流件;另一種是SCTP多宿模式下 Telnet業(yè)務鏈路中斷處理方對于TCP其優(yōu)勢是相當明顯的。圖5中,當傳輸層使用式對比。結果如圖4-5所示TCP協(xié)議時,業(yè)務隨鏈路中斷而中斷;而SCTP將更改關聯(lián)的首地址以保證業(yè)務繼續(xù),所以在保障業(yè)務可靠性上SCTP更為優(yōu)秀。22基于SCTP的垂直切換切換是指移動通信的主機在通信過程中從一個小區(qū)基站轉移到另一個小區(qū)基站,或者是從一個移動交換中心轉移到另外一個移動交換中心并維持當前通信不中斷的過程。它是移動通信系統(tǒng)特有的,也是最重要的功能。在NGN網絡中,切換可能發(fā)生在使用不同接入技術的小區(qū)間,從而稱為“垂直切換”。圖6所示為垂直切換的一種典型情況。上屨遞歹4Web業(yè)務頁面元素響應時間對比IP NetworkWLANUMTSWLANT仿真時間( second圖6移動用戶在WLAN和UMTs小區(qū)間的垂直切換圖5 Telnet業(yè)務鏈路中斷處理方式對比顯然,相對于單一接入技術的網絡而言,垂直切換的由仿真結果可見:在WEB訪問并采用TCP時,由于難度極大,一般需要增加新的網絡模塊來專門處理。而頁面元素的傳輸是嚴格按序的,若傳輸較大的圖片在無線sCTP協(xié)議的“動態(tài)地址重構”功能可使垂直切換過程變得環(huán)境下很可能出現(xiàn)丟包,則整個傳輸就會停止等待;而非常易于實現(xiàn)。只要在移動用戶進入新的網絡覆蓋區(qū)域sCTP的三個流分別傳輸不同頁面元素,當其中某個流被時,就可以利用“動態(tài)地址重構”功能向新網絡申請一個阻塞時,其它流還可以正常工作。對于Web來說,只要新中國煤化工地址列表中,然后利用文字部分(包含頁面主要信息)收到,就可以預先顯示給CNMH〔的傳輸,并逐步把舊鏈訪問者。且文本文件體積小,傳輸時延遠小于其它元素路上的數(shù)據(jù)轉移到新的鏈路上來傳輸,完全轉移后同樣利因而SCTP憑借其多流特性可以更快地顯示網頁內容,相用“動態(tài)地址重構”功能將舊的鏈路去除,這樣就完成了技術交流Technology/Application技術/庭用」不同接入技術的網絡間的垂直切換。顯然基于SCTP的垂直切換是非常易于實現(xiàn)的且無須增加新的網絡模塊MHMicro-cellMacroc更重要的是整個切換過程不會有數(shù)據(jù)丟失,做到了真正(MH is served by the macro-cell)的“無縫”切換23基于SCTP的帶寬借用ABCONF(Add a new IP, mIcro-cell IP)NGN系統(tǒng)中業(yè)務類型、用戶數(shù)量、和數(shù)據(jù)傳輸速率ASCONF (ACK的增長都遠遠超過了前幾代系統(tǒng),然而與之對應的是無線頻譜資源的有限數(shù)量。因此,如何高效地利用頻譜資MH is served by both macro and micro cell源就成為NGN系統(tǒng)中一個非常重要的問題。當頻譜資源用帶寬來表示時,就是如何有效進行帶寬分配的問ASCONF(Set Primary IP a micro cell IP題。而在不同的小區(qū)間利用帶寬借用來增加小區(qū)無線資ASCONF(ACK源的利用率,是一種有效的方法,可以提升系統(tǒng)的整體性能。然而在前幾代網絡中,帶寬借用只能發(fā)生在相同接入技術且相鄰的小區(qū)間,借用是為避免同道干擾還要(MH is served by the micro-colD進行頻率鎖定,借用效率受到了極大的影響。而NGNdata backup)中的小區(qū)將采用不同的接入技術,從而給帶寬借用提(Soft Hando)了更高的要求。本文提出一種利用SCTP的多宿和動態(tài)D地址同構特性來進行異構小區(qū)間的帶寬借用的方法。借用方案的場景仍參考圖6,定義UMTS小區(qū)為宏小區(qū)( Macro-cell),WLAN小區(qū)為微小區(qū)( Micro-cel)l圖7基于SCTP的帶寬借用信令流程圖并以宏小區(qū)向微小區(qū)進行借用為例來說明垂直借用方案。當宏小區(qū)中有新呼叫或者切換需求發(fā)起卻無足夠帶是說在切換鏈路時不會造成任何數(shù)據(jù)的丟失寬資源,那么宏小區(qū)可以向其覆蓋范圍內的微小區(qū)請求垂直借用。具體來說就是系統(tǒng)將對宏小區(qū)中的“進行總結中”呼叫(同時被微小區(qū)覆蓋)進行評估,尋找合適的呼作為傳輸層上的新協(xié)議,流控制傳輸協(xié)議在信令傳叫將其轉移到此呼叫所在的微小區(qū)中,從而為宏小區(qū)空輸、移動 Internet訪問、垂直切換和無線資源分配方面出帶寬。這一轉移過程在傳輸層上依靠SCTP的“多宿”都有出色的表現(xiàn),相信隨著對協(xié)議的不斷研究和擴展,和“動態(tài)地址重構”特性實現(xiàn)。其中,SCTP的“動態(tài)地SCTP在通信網絡向NGN的演進過程中將發(fā)揮越來越重址重構”幫助MH在微小區(qū)中獲取一個新IP,而“多宿要的作用。國保證通信兩端的數(shù)據(jù)傳輸可以通過不同的鏈路同時進行,從而由MH和BS間單鏈路傳輸轉變成在MH、BS參考文獻和AP間的復鏈路傳輸。在新的鏈路成功建立并將業(yè)務 Nguyen TH, Sadik m.n.c," Next generation network",tEEE由原宏小區(qū)完全轉移到微小區(qū)后,刪除宏小區(qū)的鏈路以Potentials[JI, Apr-May 2002空出帶寬。此呼叫轉移過程的信令流程圖如圖7所示。(2] Stream control transport protocol IS,ETF,RFC2960. October通過垂直借用宏小區(qū)獲得了空閑帶寬并可以重新分配給新呼和切換。這種重疊網絡中的垂直借用過程不同于同13 STEWART R. RAMALHO M A“ Stream control transmission構網絡的借用,例如,由于SCTP是傳輸層上的協(xié)議protocol (SCTP) dynamic address reconfiguration, draft它對下層是透明的,所以借用過程不受接入技術的限中國煤化工mber2003制;又因它是在不同接入技術的小區(qū)間進行借用,因此4CNMHGSCTP for soft handover in無須進行鎖頻處理和動態(tài)功率控制。不僅如此,SCTPlEEE Communications Letters. 2004的多宿特性可以保證垂直借用過程是天生平滑的,也就