三网融合综合接入方案设计

黄 钰

（江苏广电总台 电视技术部 播出部，江苏 南京 210008）

责任编辑:许 盈

三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网三大网络通过技术改造，能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务[1-4]。三网融合是一种广义的、社会化的说法，在现阶段它是指在信息传递中，把广播传输中的点对面，通信传输中的点对点，计算机中的存储时移融合在一起，更好地为人类服务，并不意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合。三网融合后，用户可用电视遥控器打电话，在手机上看电视剧，随需选择网络和终端，只要拉一条线、或无线接入即完成通信、电视、上网等。

1 三网融合将统一于IP

三网融合的中心应该是IP网，而不是广播电视网和电信网。下一代网络（NGN）将基于统一的IP分组网，提供各种融合的业务。通信网络规划与建设已经进入下一代网络时代的同时，接入技术本身也有综合化的发展态势，并正向更高带宽、更加分组化、更加多媒体化的多样化业务提供的方向发展。NGN综合接入网正是全面满足和适应这种发展进程的产物。

三网融合的难点主要是接入技术。接入网是指骨干网到用户终端之间的所有设备。由于骨干网一般采用光纤结构，传输速度快，因此接入网便成为了整个网络系统的瓶颈。现阶段，接入网的接入方式主要包括无线接入、基于双绞线的XDSL（数字用户环路）、光纤同轴电缆（有线电视电缆）混合接入等方式。作者设计了三网融合综合接入的网络架构框架，如图1所示。该架构以互联网为核心网，可以支持多种接入方式:有线电视网络接入，GPRS接入，以及固定ADSL接入方式。该架构保证了各种用户和终端的接入。下面的章节，作者将进一步阐释各种接入方案。

2 有线电视接入方式

现基于有线电视的HFC网络，如图1所示，采用Ca⁃ble Modem技术提出三网融合的实现方案。有线电视网最大优点就在于光纤和电缆传输，带宽可达1 GHz。通过Cable Modem可为用户提供打电话、视频点播（VOD）、模拟和数字电视、计算机宽带网接入等多功能业务服务。

如图2所示，这是一个利用有线电视网作为接入网的具体架构图。为了更清楚地阐释其系统结构，把它分成前端机房区、网络链路区和终端用户区3部分。图中用实线表示上行信号通道，虚线表示下行信号通道。

2.1 前端机房区

前端机房区主要包括了合成器和分离器这两个功能模块，该区的作用是混合两种网络信号之后向下行方向传输，同时将实时回传来的信号上行发送回到网络去寻求响应。首先在上行方向，分离器的右侧是由光接收机传送来的一路信号（即一股线），左侧分离成两路信号（两股线）。一路信号发给CATV前端设备；另一路信号经过

投稿网址http://www.VideoE.cn|《电视技术》第36卷第2期（总第377期）线缆调制解调器终端系统（CMTS）、本地交换机和路由器发送到Internet网络。CMTS用来将用户和前端的服务器或者是访问Internet的路由器联接起来，CMTS系统包括调制器、解调器、上变频器、网络接口、TDMA和系统控制器等。这里的交换机连接了来自两种不同网络的信息，同时连接了如网管服务器、CMTS管理机、TOD服务器、DHCP服务器等网络支撑设备。同理，前端机房区的信号下行方向是上行的逆过程。合成器的左侧有两路信号，右侧合成为一路信号传向光发射机。一路信号是由卫星通信终端设备和本地视频服务器所发出的，其中包括了若干个频道电视节目以及VOD信号；另外一路信号是由Inter⁃net经过网络路由器、本地交换机和CMTS到合成器前。

2.2 网络链路区

HFC网络在干线部分采用了光纤技术进行数据传送，在信号下行方向应用64QAM调制以及频率搬移将多路信号调制到一路光信号上。该路光信号由光发射机将其发出，通过光纤传送到光节点设备（Fiber Node）。光节点包括1个光接收机和1个光发射机。它实际上是光电、电光转换的转换点，具有双向传输功能。光节点设备接收下行光信号，进行光电转换并将这种电信号放大，然后电信号经同轴电缆传给各个用户；在上行方面，光节点接收到同轴电缆支路送来的上行信号，进行电光转换后，将电信号发往上行光接收机。

2.3 终端用户区

在终端用户区，可以看到在下行方面，电缆入户之后，经过分支分配器将信号分成了两路分路，一路直接连接电视机，另一路连接到Cable Modem，接着由Cable Mo⁃dem再将信号分成两路，一路连接电话机，另一路连接交换机或电脑。同理，用户的上行信号从计算机经电缆调制解调器、光节点机、光传输网络、光接收机送到服务器；另一路回传电视信号可以实现可视电话、视频会议和家庭防盗报警等功能。从而实现了3类设备的通信链路的融合。这样带有交换功能的HFC就能向用户提供双向交换服务。

2.4 有线电视网作为接入网的优势

有线电视网作为接入网具有其优势。

第一，电信入户的双绞线带宽只有5000 Hz，而有线电视入户采用的是同轴电缆，其带宽很容易做到1000 MHz，目前传输网大多数己是750 MHz了，就现在的带宽需求来说，有线电视的“最后一公里”是畅通的。

第二，就目前应用情况来看，国内部分城市已经使用有线电视Cable Modem接入方式，有线电视接入技术在不断发展和完善，况且Cable方式有着良好的光缆基础，应该看到它的美好前景和技术发展空间，其将来对于最终的光纤入户也可能作出贡献。

3 移动GPRS接入方式

图1所示综合接入方案架构图中，在GPRS接入中，关键节点有两个:一个为网关GSN（Gateway GSN，GGSN），GGSN称为GPRS路由器，它是GPRS网络与外网的分界线，对内负责Gn网络的传输，对外是一台因特网路由器；另一个是策略决策功能模块（Policy Decision Function，PDF），PDF实现在承载层中的本地策略控制。这里的P-CSCF可作为一个用户代理，和PDF交互，授权承载资源并进行QoS管理。

IP承载网络与GPRS接入网络相互独立，但这两层的完全独立是不可能的，这是因为如果没有控制层面和用户层面的交互，运营商就不能控制服务质量（QoS）以及媒体什么时候开始和结束[5]。因此，需要在会话层和传输承载层间建立一套交互机制来授权和控制承载通道的使用。下面将具体介绍在GPRS接入过程中这种会话层和承载层的策略控制机制。

在GPRS接入中，具体的接入方式采用基于业务的本地策略控制（Service Based Local Policy，SBLP），SBLP通过授权令牌的绑定机制实现将承载授权请求与业务信息之间的绑定。授权令牌是在一个接入点中所有PDP上下文中唯一的标识符，它包括两方面的信息:用于标识会话的ID和PDF的地址。SBLP提供在“尽力服务”以外更好的QoS支持，之后计费关联也作为一种额外的能力被加入进来。IP核心网的特点是控制层和用户层的分离，会话管理实体（P-CSCF）并不了解IP连接实体（GGSN等）的业务流量，而IP连接实体也不了解用户端的会话状态，这就需要PDF和GGSN来实现计费信息的交互。使用计费标志符（ICID）和GPRS的计费标志符（GCID）的交换可以实现IP网络和GPRS之间的计费关联。这些计费标识符在承载通道授权的过程中被交换。ICID标识符在授权决定消息中被传送给GGSN，而GCID则作为授权报告消息的一部分被传送给PDF。图3所示为GPRS接入方式中的策略控制机制。

如图3所示，通过GPRS接入核心网操作过程，分成两个不同的阶段:QoS资源授权和QoS资源预留。

步骤1，QoS资源的授权:1）主叫用户向P-CSCF发送信令，建立呼叫请求。2）P-CSCF向PDF转发相关的SDP信息（包括流标识符、数据速率、会话的发起者）进行授权认证。P-CSCF从PDF处获得一个授权令牌（Token）以标示会话。PDF对IP多媒体数据流进行授权并记录，并通过Go接口传送到策略执行点GGSN，此时QoS资源授权已经完成。

步骤2，QoS资源的预留:1）用户进行激活或更改承载资源时，发送PDP上下文激活或更改请求到GGSN。2）GGSN收到该请求后，向PDF申请授权信息。GGSN构建一个门来控制进入和出去的通信流，由PDF根据绑定信息和存储的授权信息来决定什么时候打开这个门。当这个门打开的时候，GGSN允许通信流通过这个GGSN。门的打开可以作为来自GGSN的初始授权请求的一个应答来发送，或者作为一个独立的决定来发送。通过独立的决定，运营商能够确保用户层的资源不会在会话被最终接收前被使用。

GPRS接入方式中，允许建立的多媒体会话包含一些不同类型的媒体成分，例如音频和视频。任何参与方可能在一个进行的会话中加入或者结束一个媒体成分。所有的媒体成分针对计费目的应该是可单独被标识的，并且必须能够对会话中的每个媒体成分单独计费。然而GGSN只能够为一个PDP上下文建立一个GGSN呼叫详细记录（CDR）。因此，不可能在同一个PDP上下文中分离不同媒体成分（视频和音频）的通信量。由于当前计费数据生成和关联的模型不允许在同一个PDP上下文中有多个媒体成分，因此必须迫使用户去为每个不同的媒体成分打开一个PDP上下文。

4 固定ADSL接入方式

基于传统电信网的固定接入主要采用的是非对称数字用户环路（Asymmetrical Digital Subscriber Loop，AD⁃SL）技术。ADSL以普通电话线作为传输媒质，由于采用了全新的数字调制解调技术，可以传送比Modem和ISDN带宽高得多的宽带技术。

如图1所示，在固定接入方式中，基于传统电信网的有网络附着子系统（NASS）和资源接纳控制子系统（RACS）这两个子系统有效地实现业务控制与传送功能相分离，向下感知传送网络的资源使用情况，并为上层应用提供接口。通过接纳和资源控制，确保正确合理地使用传送网络资源，从而保证业务的服务质量，并防止带宽和业务被盗用的现象发生。在用户UE的正常接入流程中，首先由NASS完成对用户的鉴权和IP地址分配，并在CLF处登记UE所分配的IP地址、存储用户标识、用户的服务质量清单、用户的位置信息隐私权设置。在SPDF鉴权之后，RACS结合运营商定义的策略和资源可用性进行用户授权。BGF是边界网关，分配必要的承载资源以执行用户请求的业务。具体的接入流程如图4所示。

固定运营商向用户（如ADSL用户）提供各种业务。互联星空是中国电信推出的一项互联网应用服务。用户通过互联星空可以享受到影视、游戏、教育等丰富多彩的互联网内容服务。下面以互联星空业务为例，阐释固定接入过程中的具体消息流程和涉及的相关实体对该业务的接纳控制。

4.1 互联星空业务管理系统的逻辑结构

图5为互联星空业务管理系统逻辑结构。从图中可以看出，该业务管理系统逻辑上可以划分为3个层次:界面层、业务调度管理层和业务控制与分发层。

界面层是平台的对外接口，主要通过SOAP/XML和平台的核心部分——业务调度管理层互通信令或做信令转换。

业务调度管理层最重要的是NASS子系统，其中包括Radius Client，RCP和CLF这3个子模块。Radius Cli⁃ent负责将业务计费信息通过Radius发送到AAA后台。RCP为资源计算处理单元，根据当前的网络资源状况、用户的业务开展情况，负责网络资源计算和控制。CLF为连接会话定位与存储功能，主要登记UE所分配的IP地址，一个业务调度管理层可能管理若干个CLF，这些位置信息和其他相关信息如用户的信息可以存放在一个集中式的数据库中。

业务控制与分发层中，RACS是关键模块，包括PDC和SPDF两个子模块。PDC为策略传递控制器，将业务请求转换成各个设备控制器相应策略。SPDF为基于业务的策略决策功能模块，负责接收来自上层业务系统请求，并通过COPS协议将策略下发，同时也负责搜集BGF的相关信息。

BGF为边界网关，是策略执行点，将SPDF下发的策略执行，并将策略执行结果回送给SPDF。策略执行点一般在网络设备内部，BGF的功能可以包括分组调度、接入控制、分类器和预留、流量分类、流量调控、分类与标记、拥塞管理、流量监控与整形等。

4.2 会话管理

4.2.1 链路建立

如图6所示，TCP链路成功建立过程描述为:1）首先建立TCP链路。2）当BGF初始化正常启动COPS协议时，将主动并且定时（T1）向SPDF设备发送OPN消息请求验证TCP通路的合法性。3）SPDF在收到OPN消息后，将对其中的一些验证信息进行检查，如果接受，那么将向BGF发送CAT消息，并同时将KA定时器（T2）的值回送给BGF。反之，将向BGF发送CC消息通知BGF此时不接受链路建立请求。4）如果返回的CAT消息有错误，SPDF必须回送一个CC并指出错误原因。4.2.2 业务流程举例

本节以策略安装（或更新）为例介绍业务流程，如图7所示。其中，BGF端操作执行SPDF下发的策略信息，上报执行结果；SPDF端操作向BGF下发策略信息。

5 小结

从三网融合概念提出至今，国内三网融合已走过十余年，而实质性的试点工作也已满一周年。在过去的一年中，三网融合一度遭遇“夭折论”，但加大力度推进三网融合进程的呼声从未停止过。三网融合无论从社会发展需求、用户利益还是从产业本身的利益出发，都能带来积极的正面效应。

本文研究的综合接入方案是三网融合中非常重要的课题。作者设计了综合接入方案的网络架构，阐释了各种接入方式的工作流程，提出了有线电视网作为接入网的优势。但是由于目前在三网融合的接入技术方面的国际标准尚不成熟，该综合接入方案还有很多值得完善的地方，本文仅限于有线电视、GPRS和ADSL接入方式，但其他方面接入如WLAN接入方式等还需要进一步研究。若要真正实现综合接入，各种终端（如ADSL终端，GPRS终端等）都需要一个用户标识卡，即一个物理上与移动设备相互独立的集成电路卡UICC（Universal Inte⁃grated Circuit Card），其上可保存各种用户相关信息，如用户标识、鉴权和安全算法参数，并实现多种应用，同时要考虑对已商用终端的兼容性。这些问题目前尚未形成统一意见，需要进一步讨论。

[1]丁颐，王厚芹.中国三网融合回顾与总结[J].电视技术，2011，35（10）:59-62.

[2]王厚芹，丁颐.我国三网融合发展战略[J].电视技术，2011，35（10）:63-67.

[3]王厚芹，车士义.推进我国三网融合势在必行[J].电视技术，2010，34（6）:109-112.

[4]梅锋，郭庆平.“三网合一”案例剖析[J].有线电视技术，2006（6）:30-33.

[5]徐晓宇，张惠民.第三代移动多媒体业务的QoS机制研究[J].数据通信，2004（3）:8-11.