网络协议标准范文

网络协议标准篇1

无论是3G还是2G的移动核心网，2G和3G相融合、承载全IP化、移动和固定相融合等技术的快速发展，促使移动软交换成为其建设主流。本文首先介绍软交换整体架构，然后针对移动软交换技术进行了讨论，包括体系架构，网元设备，相关接口等，其次对移动软交换技术涉及到的协议进行介绍，最后对移动软交换技术的优点进行了总结。

关键词：移动软交换协议；关键技术；协议机制

1 移动软交换协议概述

软交换网络基于分组交换的网络，将业务功能、控制功能和接入功能相分离，形成一个可以同时向用户提供语音、数据、视频等业务的开放网络。软交换思想是在下一代网络建设的强烈需求下孕育而生的。所以软交换概念的提出得到了业界的普遍重视和关注，国际软交换协会（ISC）的成立确保软交换技术的规范和快速发展，同时IETF （Internet工程任务组）、ITU-T（国际电信联盟）和 3GPP（第三代合作伙伴计―）等国际标准化组织的重视和支持也促进了软交换相关的标准和协议的发展。

(1) 国际上软交换相关标准规范的制定情况

众多协议涉及到软交换体系：媒体网关控制协议（MGCP、H.248/MEGACO） 、信令传输协议（SIGTRAN） 、流控制传送协议（SCTP）等。国际上，许多关键协议都已制定完成或趋于完成，这得力于IETF、ITU-T等国际组织对软交换及协议的研究与发展工作的积极主导作用。设计软交换的初衷是提供一个标准、开放的系统结构，各网络部件可独立发展。

国外已有一些运营商采用了 IP 承载语音的软交换，但多数都是小规模的移动软交换组网。

(2) 国内软交换相关规范标准的制定情况

2004年，中国移动完成由移动软交换设备建设的、全球最大的基于IP的商用移动软交换网顺利割接。中国通信标准化协会从 2001 年开始制定软交换系统相关规范及标准，内容包括设备规范、协议规范、接口规范和业务规范等。主要颁布的规范有：

1）协议标准规范方面

主要包括: H.248 规范、BICC 规范、SIGTRAN 规范和 SCTP规范等。

2）设备技术规范方面

主要包括：媒体网关设备技术要求、综合接入媒体网关测试规范、软交换设备总体技术要求、软交换设备测试规范、IP 中继媒体网关测试规范等。

3）软交换网络框架体系方面

主要包括：软交换网络的协议分层体系、软交换网络体系和参考模型、软交换网络综合网管、软交换网络的编制、软交换网络业务模型、软交换网络 QoS 保证等规范。

2 移动软交换协议分析

(1) 协议体系结构

 核心层：提供媒体转换，媒体处理承载控制和呼叫控制等功能，主要的网元设备包括软交换设备(MSC Server) 、归属位置服务器（HLR）、移动媒体网关（MGW）等。

 接入层：提供用户接入移动软交换网络提供无线接入手段，主要采用标准的 A 口/Iu 口接入核心网。

 业务层：提供媒体资源、业务逻辑和数据资源等功能，网元设备主要包括短消息服务器（SMS-C）、业务控制点（SCP）等。

 承载层：，作用是将软交换网络内包括信令流和媒体流在内的各类信息传送至目的地，主要基于 IP 分组交换技术。

协议体系结构如图：

(2) 协议的网元设备

1）MSC SERVER

MSC SERVER是软交换网络的控制核心，为具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接功能，位于软交换网络的控制层。其主要功能包括：

 计费功能

 相关资源管理功能

 呼叫处理和控制功能

 协议操作功能

2）MGW

媒体网关定位于软交换网络的核心网，按照控制层面的 MSC SERVER指令进行工作，充当着软交换网络触角的角色。其主要功能包括：

 资源管理和控制功能

 接入和协议处理功能

 服务质量的管理功能

 语音处理和压缩功能

(3)协议主要接口

移动软交换系统各接口涉及到的协议众多，原因是基于承载方式的不同，主要包括流控制传送协议 （SCTP） 、与承载无关的呼叫控制协议（BICC）、媒体网关控制协议 （H.248/MEGACO） 、信令传输协议 （SIGTRAN） 、会话初始协议（SIP、SIP-T、SIP-I）等。

3 常用的移动软交换协议

移动软交换的相关协议设计核心思想是控制面与用户面的分离，主要针对核心网络的交换部分，不涉及接入网络的改造。下面将对移动软交换技术所涉及到的协议如 BICC、H.248、SIGTRAN 和 Nb UP 等做简单介绍。

(1) BICC 协议

BICC(Bearer Independent Call Control protocol，与承载无关的呼叫控制信令协议)协议由 ITU-T SG11小组提出，设计目的是解决呼叫控制和承载控制分离的问题。BICC 协议从 ISUP（ISDN 用户部分）演变而来，为在宽带骨干网上提供了窄带 ISDN业务，无缝继承现有业务，不影响端到端的业务和现有窄带ISDN网的接口。因此，BICC 协议被是传统电信网络向综合多业务网络演进的重要支撑工具。

H.248 协议

Megaco（也就是H.248），含意是媒体网关控制（Media Gateway Control），主要功能是完成语音、传真和多媒体信号在PSTN与新兴的 IP网络之间进行交换。 Megaco框架可以使服务提供商具有提供多种电话和数据融合服务的能力。2000 年，在综合MGCP 和 MDCP后， ITU-T和 IETF共同开发 Megaco/H.248 协议。

SIGTRAN协议

IETF Sigtran工作组在 1999 年 12 月完成第二版的 M2PA草案，并随后制定了 SCTP 的标准 RFC2960，比较充分地满足了在 IP 网络上点到点传送七号信令的应用需求。在之后的两年中，IETF Sigtran工作组将重点放在完善 M3UA 和 M2UA，使它们能适应信令网关（即 TDM 到 IP 的转换）的应用需求，而这期间 M2PA则相对稳定。

(2) Nb UP协议概述

位于MSC之间，是MSC Server之间的呼叫控制信令接口。用于传输用户数据及用户面控制信令，可以基于 ATM，也可以基于 IP承载，在国内信息提供服务商（主要是指中国移动软交换）中，目前采用的是基于 IP承载的方式。Nb 接口提供语音业务流的传输和承载功能，3GIP采用的是3GPP的帧协议，包括了NbUP的协议，在建立承载时候需要对Nb的用户面进行协商IPBCP 协议。

5 总结

移动软交换具有诸多优点：

优化网络结构：对于语音和数据，只通过一种网络传输―ATM/IP，可大大改善资源使用效率，还可以轻松实现资源共享。

简化网络层次：无需专门 TMSC，具体实现方式包括结点间动态连接建立、ATM 经由 SVC、IP 经由路由。

减少网络费用：无需专门信令网，从而简化传输网络、改善资源使用效率。

节省传输资源：端到端 AMR 语音传输（3G/3G 呼叫），从而优化带宽、节省编解码、改善语音质量。

移动软交换已经成为3G和2G移动核心网建设的潮流，能为运营商带来丰厚的回报和最大的投资保护。相信在不久的将来， 其一定能够得到长足的发展。

参考文献：

[1] 崔素玲．浅谈下一带网络NGN核心技术――软交换 [J]．商场现代化， 2010， （5） ．

[2] 郎永祥， 董勇， 刘晓洪．下一代网络 （NGN）中的软交换技术研究 [J]．软件导刊，2009， （6） ．

网络协议标准篇2

【关键词】TCP/IP协议；通信报文；路由寻址；通信流程

1 概述

随着信息科学技术和通信技术的不断快速发展，基于互联网的网络通信应用在社会各个领域中的应用越来越广泛，使得互联网通信应用成为现代人日常生产生生活不可或缺的一部分，通过互联网络通信，网络用户之间可以实现数据传输、信息共享，从而极大地提高了人们的生活质量。然而，互联网络中的数据传输过程，并不是杂乱无章的随机传送，而是在计算机网络通信协议的基础上，双方都按照协议的内容和机制，来发送数据信息和读取分析数据信息，进而实现互联网络的数据传输和信息共享的功能，TCP/IP协议就是互联网络中重要的通信协议，它的存在奠定了整个互联网络通信的基础，所以对于TCP/IP通信协议的学习对于理解互联网通信机制来辅助互联网学习和工作具有很大的帮助。

2 计算机网络的TCP/IP通信协议

TCP/IP协议是“Transmission Control Protocol / Internet Protocol”的简写，是Internet网络基本的协议，它为计算机通讯的数据打包传输以及网络寻址提供了标准的方法。由于TCP/IP协议的优越性，使得越来越多的通信设备支持TCP/IP协议，使互联网络逐步走向规范化，最终TCP/IP协议成为了当前网络通信协议标准中最基本的网络通信协议、Internet国际互联网络的基础。

2.1 计算机网络TCP/IP协议

针对计算机互联网络的通信协议，国际标准组织ISO创立了七层OSI网络模型，自上而下，分别为应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。而TCP/IP协议则是应用在传输层和网络层的数据传输控制协议，来规定网络设备接入互联网络以及设备间数据通信的标准。在通信设备经过互联网络进行数据传输时，通信设备数据发送端，发送TCP/IP通信报文，此时TCP/IP协议携带着通信设备发送端的传输数据内容以及目标通信设备的地址标示在互联网络中进行寻址，从而正确地传送到目标通信设备。当目标通信设备接收到TCP/IP通信报文后，按照协议内容，去除通信标示，来获取传输数据内容，并加以校验，如果经校验后发生差错，目标通信设备会发出TCP/IP信息重发报文，让发送通信设备再次将TCP/IP通信报文发展目标通信设备，去掉通信标示来获取传输数据信息。

2.2 TCP/IP通信协议报文格式

在互联网络中，基于TCP/IP通信协议传输的数据内容都是以通信报文的形式在互联网络内部进行传输，通信报文实质上就是一串二进制字符串，而字符串内不同位置的二进制字符标示不同的含义。从TCP/IP通信协议的主要报文格式可以看出，IP协议是基于TCP协议至上的，TCP协议报文时作为IP通信报文的数据部分来进行传输的。实际上，互联网内传输的通信字符串还有其他的通信协议，TCP/IP通信报文也是作为其外层协议的通信数据部分嵌入到通信报文中在互联网内进行传输。

在IP协议首部，包含了一些关于IP协议的标示、通信地址等信息，主要包括数据字符串总长度的信息、通信标示号、源IP地址和目标IP地址等信息，当IP通信报文经过路由寻址时，会根据首部内记录的目标IP地址来选择传输方向，最终根据目标IP地址传输至目标通信设备。此外，IP通信报文首部还包含其他信息，比如IP协议版本号、首部长度、校验信息、该IP通信报文生存时间（即该报文经过多少个路由后自动取消传输）等与IP通信报文相关的信息，以确保IP报文传输的正确性和安全性。TCP协议通信报文是作为IP通信报文数据内容存在的，TCP协议也分为TCP报文首部和TCP通信数据。TCP通信报文首部主要包括了源端口号和目标端口号等信息，当TCP/IP通信报文经过互联网络到达目标通过新设备后，通信设备会根据TCP报文首部的目的端口号选择设备端口号来接受该数据信息，进而实现互联网络的数据传输。

2.3 TCP/IP协议通信过程

互联网络的通信设备基于TCP/IP协议建立通信过程，也是根据TCP/IP协议来实现的。当源通信设备想向目标设备发送数据时，首先会发送一个TCP/IP通信报文来确认连接，该通信报文在互联网络中经过寻找传输后找到目标设备，目标设备也会向源通信设备发送一个TCP/IP报文以确认建立通信连接，此时，源通信设备就会将通信数据以TCP/IP通信报文的形式进行数据打包，然后向目标数据进行传输，在收到数据后，目标设备同样会发送TCP/IP报文以确认收到信息。当然，TCP/IP通信数据长度是一定的，当通信数据超过报文长度时，源通信设备会将其分段发送，而目标设备则会根据IP报文首部的标识号进行数据重组来重现传输数据信息，进而完成互联网络通信设备数据传输。

3 总结

TCP/IP网络协议是当前互联网络最基本的通信协议。根据TCP/IP网络协议，连接在互联网内的通信设备可以根据TCP/IP通信报文格式的内容将传输数据打包在TCP/IP通信报文内，并以其规定的通信流程进行数据传输，从而实现互联网络内的数据高效安全的传输。

参考文献：

[1]杨绍文.谈计算机网络的TCP/IP协议[J].科技信息.2011（02）

[2]查东辉.试论计算机网络通信协议[J].电脑知识与技术.2013（14）

[3]杨娇娟.浅谈TCP/IP协议[J].数字技术与应用.2012（03）

[4]李龙光，何伊斐.TCP/IP协议的安全性浅析[J].江西广播电视大学学报.2011（02）

网络协议标准篇3

ZigBee Gateway是ZigBee联盟推出的第十个应用标准，是一个沟通IP网络与ZigBee网络之间的桥梁。介绍了ZigBee Gateway的概念、性能、架构、功能等方面的内容，最后指出ZigBee Gateway可以帮助开发商、制造商缩短产品整体开发时间，并降低开发风险，免去使用定制或专用解决方案的必要，减少开发和制造成本。

【关键词】

ZigBee网关 IPHA ZigBee协议栈 ZGD

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2013）-18-0048-06

ZigBee Gateway for Wireless Sensor Networks

LV Ran， CHEN Chuan-hong

（Mobile Communication National Engineering Research Center， Guangzhou 510310， China）

[Abstract]

ZigBee Gateway， the 10th standard announced by the ZigBee Alliance， is a bridge between IP network and Zigbee network. This paper introduce the concept， performance， architecture and function for Zigbee network， and demonstrates that Zigbee shortens the time and the risk of R&D rather than customized or special solution.

[Key words]

ZigBee Gateway IPHA ZigBee protocol stack ZGD

*基金项目：2011年度广东省中国科学院全面战略合作项目-基于物联网的中老年关爱救援系统的关键技术研究及应用（2011A090100025）

收稿日期：2013-08-06

1 引言

随着宽带接入的普及和智能家居系统、远程健康跟踪/监护系统等的兴起，网关设备具有很大的潜在市场空间。

目前许多公司都开发了各自的网关产品，如家庭网关等，然而要开发出更多复杂的和具有兼容性的网关，迫切需要制定相应的网关标准。

ZigBee技术是一个具有统一技术标准的短距离无线通信技术，其物理层（PHY）和介质访问控制层（MAC）协议基于IEEE802.15.4协议标准，网络层（NWK）和应用层（APS）由ZigBee联盟来制定。为了更方便地控制ZigBee无线传感器网络，让各无线节点设备间有序、高效地工作，有必要将已经非常成熟的基于TCP/IP技术的以太网与ZigBee无线传感器网络相连通，从而实现通过以太网来控制ZigBee无线传感器网络。

2011年7月28日，ZigBee联盟宣布推出的第十个标准ZigBee Gateway（简称ZigBee网关），是ZigBee Network Devices（网络设备）这一新类别的首个标准。ZigBee网关提供了一种简单、高性价比的互联网连接方式，使服务提供商、企业和个人消费者可以将各种类型的ZigBee无线传感器网络连接至互联网，同时还提供了面向消费者设计的各种云和智能电话服务的使用权。

2 ZigBee Gateway概述

2.1 ZigBee技术介绍

ZigBee是基于IEEE802.15.4无线标准研制开发的关于组网、安全和应用软件等方面的技术标准，ZigBee的基础是IEEE802.15.4协议架构，如图1所示。IEEE802.15.4是IEEE无线个人区域网（PAN，Personal Area Network）工作组的一项标准，是一种经济、高效、低数据速率（250kbps），采用直接序列扩频（DSSS，Direct Sequence Spread Spectrum）技术，工作在2.4GHz和868MHz（欧洲）/915MHz（北美）的无线短距离技术，用于个人区域网和对等网状网络。

ZigBee联盟在IEEE802.15.4物理层、MAC层的基础上，对其网络层协议和应用程序接口（API）进行标准化，并对安全层进行开发。完整的ZigBee协议套件由高层应用规范、应用会聚层、网络层、数据链路层和物理层组成，应用汇聚层是把不同的应用映射到ZigBee网络上。多个ZigBee节点设备可以构成一个无线个人区域网，在这个网络中主协调器可以对各个节点设备进行控制。

随着ZigBee无线网络技术的广泛应用，如何通过现有网络基础设施（如Internet网）对其进行远程管理、控制，逐渐成为该领域的重要研究课题。

2.2 ZigBee网关简介

ZGD（ZigBee Gateway Device，ZigBee网关设备）作为ZigBee无线传感器网络的一部分，在整个无线网络中具有唯一性，所有无线节点设备数据均发送给网关，并由其进行地址、协议转换后发送给以太网；反之，以太网数据也需由网关进行地址、协议转换后，才发送给ZigBee无线传感器网络。总的来说，ZigBee网关是ZigBee无线传感器网络与以太网数据交换的中转站。

一个连通ZigBee无线传感器网络和以太网的网关应该解决以下问题：

（1）能与ZigBee无线传感器网络中的各节点设备进行通信，同时控制、协调无线传感器网络间的通信；

（2）能通过以太网接口与计算机实现有线通信；

（3）为了实现ZigBee通信，需要相应的底层驱动程序协议栈；

（4）具备与无线传感器网络中的新节点建立动态链接的能力。

自2002年ZigBee联盟成立以来，多家国际巨头公司参与到其标准的制定和应用推广，如今在智能家庭、工业控制、医疗健康监护和电信应用领域都有大量的应用。ZigBee联盟为制定Gateway的协议，于2004年2月成立网关工作小组，专门负责Gateway堆栈协议的制定与标准化。Gateway的首要目标，是建立IP网络的应用端与ZigBee网络之间的通信管道，整合ZigBee堆栈的服务，实现跨网络与服务的存取。

根据ZigBee联盟公布的标准规范文件，作为一个沟通IP网络与ZigBee网络之间的桥梁，ZigBee Gateway必须要满足以下最低限度的要求：

（1）ZCL（ZigBee Cluster Library，ZigBee簇库）的读、写属性，能够设定回报事件；

（2）提供ZDO（ZigBee Device Objects，ZigBee设备对象）针对网络搜寻与服务发现的宏操作；

（3）服务应用端点的管理；

（4）Gateway基础数据（Information Base）的存取；

（5）寻址ZGD's AIB、NIB和PIB属性；

（6）灵活地启动和网络连接操作；

（7）能够直接控制ZigBee的安全操作；

（8）ZGD与应用服务端（IPHA）的双向通信机制。

ZCL是ZigBee联盟根据各种应用制定的功能标准化的集合，可视ZCL为根据不同的应用功能而制定，是属于ZigBee堆栈应用层之上的协议，提供了传送各种属性值改变的一种机制、配置传送参数的命令。所以ZCL相关的操作，简单来说，就是支持应用层级制定的通信命令的操作，若厂商须自定义一个应用层级的沟通接口，就会使用到ZCL相关的操作。

ZDO则是属于ZigBee堆栈（ZigBee Stack）的一部分，提供ZigBee相关的服务，如装置与服务发现（Device and Service Discovery）、安全管理（Security Manager）、网络管理（Network Manager）、绑定管理（Binding Manager）与节点管理（Node Manager）。

通用的ZigBee网关部署示意图如图2所示：

ZigBee网关设备利用基于TCP/IP的主机应用程序，提供了一个通信传输通道连接到ZigBee个域网（ZigBee PAN）。该机制能使外部应用与单独的ZigBee节点互通，实现控制或获取节点的数据，反之，节点也能与外部应用进行互相通信。

网关的一端根据ZigBee协议栈和IEEE802.15.4介质访问控制层特性在服务访问程序（SAPs）上提供二进制编码远程程序调用API，另一端在UDP（User Datagram Protocol，用户数据报协议）传输层，通过特征引擎提供基于个域网的图形化显示，用户能以Web浏览器方式与树状节点交互。

ZigBee网关的基本功能是将基于TCP/IP协议的网络与基于ZigBee协议栈的数据进行转换，实现数据在两个协议之间的双向传输，从而可以将基于常用的以太网的数据发送到ZigBee网络中，也可以将ZigBee网络中的数据发送到以太网中，在无线传感器网络和以太网之间搭建一条数据传输通道。

消费市场细分要求提供廉价的ZigBee网关设备，因此ZigBee网关规范要确保最小需求的功能特征集和计算复杂性，为大多数家居/消费应用提供令人信服的功能。但实现一个最小限度的ZigBee网关可能会增加主机应用程序的复杂度。

相比之下，商业、工业等企业应用可能要求ZigBee网关设备具有丰富的功能，可用典型的环境协议访问。因此，ZigBee网关设备规范要确保可选特征集和功能，提供一套不以计算复杂度为限制的功能。但一个功能丰富的ZigBee网关设备有可能降低主机应用程序的实现复杂度。

3 ZigBee Gateway性能

ZigBee Gateway支持下列性能：

（1）核心IP，兼容IPv4或IPv6连接

1）IP安全域；

2）配置；

3）IP RPC（RemoteProcedureCall，远程过程调用）协议定义；

4）网络地址和端口转换（NAT）/防火墙穿越；

5）兼容IETF、W3C和其他现有的基于IP的标准（SOAP，REST）。

（2）提供广泛的ZigBee/IP应用程序的支持，且支持所有配置要求（通用）

1）公共配置文件的ZigBee网关能将ZigBee网络连接到IP网络；

2）专用配置文件的标准网关设备将专用的ZigBee网络连接到远程应用程序。

（3）可升级，可扩展

1）分层规范使其成为低成本、强大的网关；

2）网关框架扩展。

4 架构和功能

4.1 架构

网关的架构示意图如图3所示。

通过GRIP、SOAP、REST绑定，IPHA或网关在IP网络上通过远程过程调用（RPC）相互通信。其信息交换是请求-响应格式，每个设备都能发出请求和接收响应。IPHA发出到网关的请求指令在网关执行，且通过网关的无线接口寻址ZigBee节点，在远程节点上执行指令。反之，由网关发出到IPHA的请求指令由IPHA运行，网关重新定向节点始发的信息，通过回叫能力发送到IPHA。总之，IP网元通过网关提供的GRIP或REST协议接口，就可以对ZigBee无线传感器网络进行各种控制操作，或指定接收ZigBee网络定类型的消息事件。

（1）ZigBee堆栈是在IEEE 802.15.4标准基础上建立的，定义了协议的MAC和PHY层。ZigBee设备包括IEEE802.15.4（该标准定义了RF射频以及与相邻设备之间的通信）的PHY和MAC层，以及ZigBee堆栈层，包括网络层（NWK）、应用层和安全服务提供层。ZigBee协议堆栈分层架构如图4所示。

网关应用提供了到应用支持子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）、ZigBee簇库（ZCL）和其他通信（COMM）层的接口，如网络层和MAC层，以及网关管理对象（GMO）。所有这些层提供访问驻留在网关上的ZigBee协议栈，执行各种功能。

（2）应用支持子层（APS）通过网络层和安全服务提供层与端点相接，并为数据传送、安全和绑定提供服务，因此能够适配不同但兼容的设备。

（3）ZigBee设备对象（ZDO）描述了应用框架层中应用对象的公用接口以及控制设备和应用对象的网络功能。这个功能在应用对象、设备profile和APS之间提供了一个接口。ZDO位于应用框架和应用支持子层之间。它满足所有在ZigBee协议栈中应用操作的一般需要。此外ZDO还初始化应用支持子层、网络层、安全服务规范（SSS）以及从终端应用集合中配置的信息来确定和执行安全管理、发现、网络管理以及绑定管理。

（4）规范中详细介绍了ZigBee簇库（ZCL）每个簇的用法，并列出特定簇能够传送的属性，提供了传送各种属性值改变的一种机制、配置传送参数的命令。

同时，ZigBee网关设备通过一个或多个下列PRC协议（绑定）提供标准的API：

（1）SOAP（Simple Object Access Protocol，简单对象访问协议）是交换数据的一种协议规范，通过超文本传输协议（HTTP）和扩展标记语言（XML）请求执行远程过程调用规范。请求的格式由XML文档（Web服务描述语言）规定。

（2）REST（Representational State Transfer，表述性状态转移）是一种针对网络应用的设计和开发方式，类似于SOAP，通常基于HTTP、URI、XML以及HTML这些流行的协议和标准，采用HTTP访问API的资源库。应用程序和ZigBee网关设备堆栈的脚本很小，许多操作由Web浏览器执行。

（3）GRIP是一种二进制协议，在传输控制协议（TCP）连接上原始数据格式的ZigBee堆栈结构的交换。是通过TCP封装实现基本的API过程，即发送和接收ZCL/APS/NWKs数据包，使得在ZigBee协议栈最高层网关配置最小。

4.2 功能

ZigBee网络与IP之间的互连是许多应用的关键，ZigBee网关规范应当满足许多不同的需求。因此，ZigBee网关不只是定义一个单一协议，而是应定义一个两层的API。

（1）一套概要功能（独立于协议）

1）网关规范定义了一个连接ZigBee功能的远程过程调用API和IP网关的管理：

支持完整的应用

支持ZigBee网络输入和输出的应用子层（APS）、ZigBee设备对象（ZDO）、安全服务（SEC）

2）允许ZigBee设备上的IP应用程序和配置应用程序之间的交互；

3）通过公开的应用程序接口以标准的方式使远程IP应用接口能与多个供应商的网关可以互操作；

4）将强制性的功能减少到最低限度，允许不同层次配置的产品的差异化。

（2）一组可扩展的RPC协议（即绑定），规定如何使用专用的协议提供公开的API

1）不同的绑定提供成本与功能权衡的可扩展性；

2）无需重新新发明每一个系统的接口，因平台规范不局限于一个特定的配置文件，但应给出到IPHAs的方式，以支持所需的配置文件；

3）网关规范版本1具有SOAP、REST和GRIP绑定：

SOAP提供了面向更高层次的Web服务访问网关API

REST提供一个轻量级基于Web的 API

GRIP是最简单的ZigBee网关设备精选协议，占用空间小

为了有效地适用于不同的应用，一个合适网关不需要实现所有RPC绑定，可仅实现其中一个，或者按需实现多个。在通用ZigBee网关规范上建立特定应用网关，可根据特定用例或典型场景实现某一个绑定。这样，一个配置可以授权一个特定用例的绑定或让供货商自己确定实现哪种绑定。

5 结论

ZigBee网关设备是独立、通用的设备，能够满足大多数应用对IP连接的需求。

ZigBee Gateway作为一项标准，为开发商、制造商提供了一种通用的方法，使他们能够集中精力开发应用产品并缩短产品整体开发时间。且可以帮助他们降低开发风险，免去使用定制或专用解决方案的必要，还能减少开发和制造成本。为产品制造商和服务提供商提供了一种易于使用的智能方法，通过互联网拓展设备功能和带来ZigBee控制的益处。为消费者提供更多监控功能的好处，包括方便的智能手机或成本更低的面向iOS、Android和Windows Phone操作系统的桌面应用整合。

ZigBee Gateway使得互联网连接整合变得更简单，尤其是对联网经验很少的开发商而言。归根结底，这个标准将使采用ZigBee的增值服务的数量增加，并为大家带来更多方便的控制选择。

ZigBee Gateway可以用于ZigBee楼宇自动化、ZigBee医疗保健、ZigBee家庭自动化、ZigBee零售服务、ZigBee智能能源、ZigBee电信服务公共应用标准的场景中。

现如今因特网普及全球，如果能把ZigBee网络同因特网连接起来，在世界各个角落都可以对某个ZigBee网络重点设备进行控制，有利于ZigBee技术的进一步发展。为此，网关在整个传感器网络中起着重要的枢纽作用，就如一座桥梁紧密地联系着ZigBee无线传感器网络与因特网，以ZigBee网关和Internet做媒介，使得世界范围内的不同监测区域都可以信息共享，大大缩小了物理世界的时空距离。

参考文献：

[1] ZigBee Alliance. Understanding ZigBee Gateway[EB/OL]. （2010-09-03）. https：///zigbee-docs/dcn/09-5465.pdf.

[2] ZigBee Alliance. Network Device： Gateway Specification[EB/OL]. （2011-03-23）. http：//.

[3] 谢志聪. 满足多元控制/存取ZigBee Gateway趁势而起[J]. 新电子， 2008.

[4] 李小珉，赵志宏，郭志，等. ZigBee无线传感器网络的研究与实验[J]. 电子测量技术， 2007（6）.

[5] 凌兴锋，何小敏. 基于ZigBee的无线网关解决方案研究[J]. 微处理机， 2010（4）.

作者简介

吕然：工程师，学士毕业于华中科技大学，现任职于移动通信国家工程研究中心，长期从事移动通信和物联网信息情报研究工作。

网络协议标准篇4

论文摘要无线网状网络是由AdHoc网络发展而来的一种多点对多点的无线网络，目前无线网状网络的路由协议都从很大程度上参考AdHocl~络的路由协议，其中经典型路由协议更是直接将AdHoc路由协议应用于无线网状网络环境。对经典型无线网状网路由协议进行介绍，并对其中具有代表性的协议进行重点分析。

一、无线网状网的路由协议

传统的路由协议是专为有线网络设计的，并不适用于无线网状网环境。因为传统的路由协议不能够很好处理无线网状网环境中常见的拓扑结构和链接质的快速变化。无线网状网络都有一些显著的特性，例如：高动态性，智能性，端对端最佳路径选择，多跳性，通常带宽有限和计算能力不足。无线网状网络的高动态性的原因有两个：第一，路由器本身可能移动，并造成网络拓扑结构的快速变动。第二，即使路由器本身不移动，由于干扰、地理和环境等因素，无线电链路的质量仍可能发生快速变化。

从以上这些特性可以知道，完备的无线网状网路由协议必须需要具备以下特点：①分布式操作；②快速收敛(适应更快的移动)；③可扩展性：④适用于大量的小型设备；⑤只占用有限的带宽和计算能力主动式操作(减少初始延迟)：⑥在选择路由时考虑无线电链路的质量和容量；⑦避免环路：⑧安全性。

由于无线网状网是由AdHoc网络发展而来的无线网络。AdHoc网络和无线网状网络之间具有一定的相似性，因此现有的主流无线网状网路由协议也是从AdHoc网络的路由协议发展而来的，主要包括三种类型的路由协--议：一种为先验式路由协议：一种为反应式路由协议；另外一种就是二者的混合，称为混合式路由协议。

二、先验式路由协议

(一)简介

先验式路由协议是一种基于表格的路由协议。在这种协议中，每个节点维护一张或多张表格，这些表格包含到达网络中其它所有节点的路由信息。当检测到网络拓扑结构发生变化时，节点在网络中发送路由更新信息。收到更新信息的节点更新自己的表格，以维护一致的、及时的、准确的路由信息。不同的先验式路由协议的区别在于拓扑更新信息在网络中传输的方式和需要存储的表的类型。先验式路由协议不断的检测网络拓扑和链路质量的变化，根据变化更新路由表，所以路由表可以准确地反映网络的拓扑结构。源节点一旦需要发送报文，可以立即得到到达目的节点的路由。

(二)典型先验式路由协议DSDV协议

DSDV的基本原理是：每一个节点维持一个到其它节点的路由表，表的内容为路由的“下一跳”节点。DSDV创新之处是为每一条路由设置一个序列号，序列号大的路由为优选路由，序列号相同时，跳数少的路由为优选路由。正常情况下，节点广播的序列号是单调递增的偶数，当节点B发现到节点D的路由(路由序列号为s)中断后，节点B就广播一个路由信息，告知该路由的序列号变为s+l，并把跳数设置为无穷大，这样，任何一个通过B发送信息的节点A的路由表中就包括一个无穷大的距离，这一过程直到A收到一个到达D的有效路由(路由序列号为s+1-1)为止。

在此方案中，网络内所有的移动终端都建立一个路由表，包括所有的目的节点到达各个目标节点的跳跃次数(或标识距离矢量的路径矩阵)。每个路由记录都有一个由目标节点设定的序列号。序列号使移动终端可以区分当前有效路由路径和已过时的路由路径。路由表周期性地做全网更新以维护全网的通信有效性。通常，为了减少由于路由表更新而产生的大量路由信息传递，减少网络路由开销，可以采用两种路由更新方式。第一种是全清除方式，即通过多个网络协议数据单元将路由更新信息在全网中传输。如果网络内终端出现移动，则产生的新路由分组信息不定期的传达至网络内所有终端。第二种是部分更新方式，或称为增量更新方式，即在最后一次全清除传输后，只传递那些涉及变化了的路由信息进行传输，这些信息通常被放置在一个标准的NPDU里，从而减少路由信息的传递量。在增量更新方式中移动终端可以增加另外一个附加的表来存储路由更新信息。

新路由信息的广播信息包含目标节点的地址，到每个目标节点的跳数、接收信息的序列号，以及独有的广播序列号。新路由信息适用最新的序列号。如果两次更新具有相同的序列号，则具有较小的距离矢量阵的路由具有优先权。因为它代表路径最短(或跳数最少)。在通常情况下，从源节点到目的节点可能存在多条路径，在最佳路由路径的确定过程中，移动终端跟踪不同路由路径的时间，最佳路由路径就是时间最短的路径。在找到最佳路径之前，该时间呈收敛性涨落。一旦路径确定，这些信息就存放到每一个终端的路由表中，直到节点收到新的路由信息。

三、反应式硌由协议

反应式路由选择协议是一种当需要一条从源节点到目的节点的路径进行数据发送时才查找路由的路由选择方式。节点并不保存整个网络的及时准确的路由信息。当源节点要向目的节点发送报文时，源节点在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由后，才开始发送报文。为了提高效率，节点可以将找到的路由保存在缓存中供后续发送使用。反应式路由协议按需路由的特点可以较好地适应节点移动较为频繁的无线网络环境，节点发生移动后，只需要更新需要发送数据的相关路径的路由信息即可。

四、混合式路由协议

混合式路由是将前面两种路由方式结合起来，在局部范围内使用先验式路由协议，维护准确的路由信息，并可以缩小路由控制消息传播的范围。当目标节点较远时，则使用反应式路由协议查找发现路由。ZRP协议就是混合式路由协议的代表。ZRP协议是一种专为多变的通信环境(如可重构无线网络，RwN)设计的平铺式路由协议。在每个节点定义一个区域，此区域包含一些节点，这些节点的距离(也就是跳数)在一个限定的范围之内。这个距离被成为区域半径rzone。每一个节点只需要知道它的路由区域内的拓扑结构，而且其路由信息随着区域内的拓扑更新而更新。这样，尽管网络很大，但更新仅仅在局部区域进行。由于距离大于1，这样区域就有大量重叠。

若s要与D通信，则s发送query消息，并一级一级广播下去，直到到达D，D响应这个请求，表明路山为：S-H-B-D。

B知道路由路径的机制成为路由累积。累积过程如下：query消息每经过一个节点，则在query消息中加上该节点的信息。为了限定信息大小并能反应出路由发现过程，在query消息中加入跳数限制，并且每经过一个节点，跳数减l，若跳数域为0，则丢弃该消息。区域内部采用先验式路由协议。

可以看出ZRP仅需要一些相对小数量的query信息，这些信息只是发给周边节点的信息。由于区域半径相对于整个网络来说总是比较小，得知区域内部拓扑的开销只是整个网络很少的一部分。而且，每一个节点储蓄的信息也大为减小。另外，ZRP协议比全网的反应式路由发现机制要快得

五、结论

网络协议标准篇5

关键字：计算机网络    管理     WEB

Abstract

Along with the scale expansion and increase of the computer network, the network management is more and more important in the computer network system status. This article first introduced computer network management agreement in the simple, then introduced common two kinds of network management pattern at present.

Keywords：computer network   management   WEB

一、网络管理技术概述

1.网络管理技术的现状

网络管理这一学科领域自20世纪80年代起逐渐受到重视，许多国际标准化组织、论坛和科研机构都先后开发了各类标准、协议来指导网络管理与设计，但各种网络系统在结构上存在着或大或小的差异，至今还没有一个大家都能接受的标准。当前，网络管理技术主要有以下三种：诞生于Internte家族的SNMP是专门用于对Internet进行管理的，虽然它有简单适用等特点，已成为当前网络界的实际标准，但由于Internet本身发展的不规范性，使SNMP有先天性的不足，难以用于复杂的网络管理，只适用于TCP/IP网络，在安全方面也有欠缺。已有SNMPv1和SNMPv2两种版本，其中SNMPv2主要在安全方面有所补充。随着新的网络技术及系统的研究与出现，电信网、有线网、宽带网等的融合，使原来的SNMP已不能满足新的网络技术的要求；CMIP可对一个完整的网络管理方案提供全面支持，在技术和标准上比较成熟.最大的优势在于，协议中的变量并不仅仅是与终端相关的一些信息，而且可以被用于完成某些任务，但正由于它是针对SNMP的不足而设计的，因此过于复杂，实施费用过高，还不能被广泛接受；分布对象网络管理技术是将CORBA技术应用于网络管理而产生的，主要采用了分布对象技术将所有的管理应用和被管元素都看作分布对象，这些分布对象之间的交互就构成了网络管理.此方法最大的特点是屏蔽了编程语言、网络协议和操作系统的差异，提供了多种透明性，因此适应面广，开发容易，应用前景广阔.SNMP和CMIP这两种协议由于各自有其拥护者，因而在很长一段时期内不会出现相互替代的情况，而如果由完全基于CORBA的系统来取代，所需要的时间、资金以及人力资源等都过于庞大，也是不能接受的.所以，CORBA，SNMP，CMIP相结合成为基于CORBA的网络管理系统是当前研究的主要方向。

2.网络管理协议

网络管理协议一般为应用层级协议，它定义了网络管理信息的类别及其相应的确切格式，并且提供了网络管理站和网络管理节点间进行通讯的标准或规则。

    网络管理系统通常由管理者(Manager)和( Agent)组成，管理者从各那儿采集管理信息，进行加工处理，从而提供相应的网络管理功能，达到对管理之目的。即管理者与之间孺要利用网络实现管理信息交换，以完成各种管理功能，交换管理信息必须遵循统一的通信规约，我们称这个通信规约为网络管理协议。

      目前有两大网管协议，一个是由IETF提出来的简单网络管理协议SNMP，它是基于TCP / IP和Internet的。因为TCP/IP协议是当今网络互连的工业标准，得到了众多厂商的支持，因此SNMP是一个既成事实的网络管理标准协议。SNMP的特点主要是采用轮询监控，管理者按一定时间间隔向者请求管理信息，根据管理信息判断是否有异常事件发生。轮询监控的主要优点是对的要求不高；缺点是在广域网的情形下，轮询不仅带来较大的通信开销，而且轮询所获得的结果无法反映最新的状态。

    另一个是ISO定义的公共管理信息协议CMIP。CMIP是以OSI的七层协议栈作为基础，它可以对开放系统互连环境下的所有网络资源进行监测和控制，被认为是未来网络管理的标准协议。CMIP的特点是采用委托监控，当对网络进行监控时，管理者只需向发出一个监控请求，会自动监视指定的管理对象，并且只是在异常事件(如设备、线路故障)发生时才向管理者发出告警，而且给出一段较完整的故障报告，包括故障现象、故障原因。委托监控的主要优点是网络管理通信的开销小、反应及时，缺点是对的软硬件资源要求高，要求被管站上开发许多相应的程序，因此短期内尚不能得到广泛的支持。

3.网络管理系统的组成 

     网络管理的需求决定网管系统的组成和规模，任何网管系统无论其规模大小如何，基本上都是由支持网管协议的网管软件平台、网管支撑软件、网管工作平台和支撑网管协议的网络设备组成。

     网管软件平台提供网络系统的配置、故障、性能以及网络用户分布方面的基本管理。目前决大多数网管软件平台都是在UNIX 和DOS/WINDOWS平台上实现的。目前公认的三大网管软件平台是：HP View、IBM Netview和SUN Netmanager。虽然它们的产品形态有不同的操作系统的版本，但都遵循SNMP协议和提供类似的网管功能。

     不过，尽管上述网管软件平台具有类似的网管功能，但是它们在网管支撑软件的支持、系统的可

靠性、用户界面、操作功能、管理方式和应用程序接口，以及数据库的支持等方面都存在差别。可能在其它操作系统之上实现的Netview、          Openview、Netmanager网 管 软 件 平 台 版 本 仅 是 标 准Netview、          Openview、Netmanager的子集。例如，在MS Windows操作系统上实现的Netview 网管软件平台版本Netview for Windows 便仅仅只是Netview的子集。

网络协议标准篇6

传统的路由协议是专为有线网络设计的，并不适用于无线网状网环境。因为传统的路由协议不能够很好处理无线网状网环境中常见的拓扑结构和链接质的快速变化。无线网状网络都有一些显著的特性，例如：高动态性，智能性，端对端最佳路径选择，多跳性，通常带宽有限和计算能力不足。无线网状网络的高动态性的原因有两个：第一，路由器本身可能移动，并造成网络拓扑结构的快速变动。第二，即使路由器本身不移动，由于干扰、地理和环境等因素，无线电链路的质量仍可能发生快速变化。

从以上这些特性可以知道，完备的无线网状网路由协议必须需要具备以下特点：①分布式操作；②快速收敛(适应更快的移动)；③可扩展性：④适用于大量的小型设备；⑤只占用有限的带宽和计算能力主动式操作(减少初始延迟)：⑥在选择路由时考虑无线电链路的质量和容量；⑦避免环路：⑧安全性。

由于无线网状网是由AdHoc网络发展而来的无线网络。AdHoc网络和无线网状网络之间具有一定的相似性，因此现有的主流无线网状网路由协议也是从AdHoc网络的路由协议发展而来的，主要包括三种类型的路由协--议：一种为先验式路由协议：一种为反应式路由协议；另外一种就是二者的混合，称为混合式路由协议。

二、先验式路由协议

(一)简介

先验式路由协议是一种基于表格的路由协议。在这种协议中，每个节点维护一张或多张表格，这些表格包含到达网络中其它所有节点的路由信息。当检测到网络拓扑结构发生变化时，节点在网络中发送路由更新信息。收到更新信息的节点更新自己的表格，以维护一致的、及时的、准确的路由信息。不同的先验式路由协议的区别在于拓扑更新信息在网络中传输的方式和需要存储的表的类型。先验式路由协议不断的检测网络拓扑和链路质量的变化，根据变化更新路由表，所以路由表可以准确地反映网络的拓扑结构。源节点一旦需要发送报文，可以立即得到到达目的节点的路由。

(二)典型先验式路由协议DSDV协议

DSDV的基本原理是：每一个节点维持一个到其它节点的路由表，表的内容为路由的“下一跳”节点。DSDV创新之处是为每一条路由设置一个序列号，序列号大的路由为优选路由，序列号相同时，跳数少的路由为优选路由。正常情况下，节点广播的序列号是单调递增的偶数，当节点B发现到节点D的路由(路由序列号为s)中断后，节点B就广播一个路由信息，告知该路由的序列号变为s+l，并把跳数设置为无穷大，这样，任何一个通过B发送信息的节点A的路由表中就包括一个无穷大的距离，这一过程直到A收到一个到达D的有效路由(路由序列号为s+1-1)为止。

在此方案中，网络内所有的移动终端都建立一个路由表，包括所有的目的节点到达各个目标节点的跳跃次数(或标识距离矢量的路径矩阵)。每个路由记录都有一个由目标节点设定的序列号。序列号使移动终端可以区分当前有效路由路径和已过时的路由路径。路由表周期性地做全网更新以维护全网的通信有效性。通常，为了减少由于路由表更新而产生的大量路由信息传递，减少网络路由开销，可以采用两种路由更新方式。第一种是全清除方式，即通过多个网络协议数据单元将路由更新信息在全网中传输。如果网络内终端出现移动，则产生的新路由分组信息不定期的传达至网络内所有终端。第二种是部分更新方式，或称为增量更新方式，即在最后一次全清除传输后，只传递那些涉及变化了的路由信息进行传输，这些信息通常被放置在一个标准的NPDU里，从而减少路由信息的传递量。在增量更新方式中移动终端可以增加另外一个附加的表来存储路由更新信息。

新路由信息的广播信息包含目标节点的地址，到每个目标节点的跳数、接收信息的序列号，以及独有的广播序列号。新路由信息适用最新的序列号。如果两次更新具有相同的序列号，则具有较小的距离矢量阵的路由具有优先权。因为它代表路径最短(或跳数最少)。在通常情况下，从源节点到目的节点可能存在多条路径，在最佳路由路径的确定过程中，移动终端跟踪不同路由路径的时间，最佳路由路径就是时间最短的路径。在找到最佳路径之前，该时间呈收敛性涨落。一旦路径确定，这些信息就存放到每一个终端的路由表中，直到节点收到新的路由信息。

三、反应式硌由协议

反应式路由选择协议是一种当需要一条从源节点到目的节点的路径进行数据发送时才查找路由的路由选择方式。节点并不保存整个网络的及时准确的路由信息。当源节点要向目的节点发送报文时，源节点在网络中发起路由查找过程，找到相应的路由后，才开始发送报文。为了提高效率，节点可以将找到的路由保存在缓存中供后续发送使用。反应式路由协议按需路由的特点可以较好地适应节点移动较为频繁的无线网络环境，节点发生移动后，只需要更新需要发送数据的相关路径的路由信息即可。

四、混合式路由协议

混合式路由是将前面两种路由方式结合起来，在局部范围内使用先验式路由协议，维护准确的路由信息，并可以缩小路由控制消息传播的范围。当目标节点较远时，则使用反应式路由协议查找发现路由。ZRP协议就是混合式路由协议的代表。ZRP协议是一种专为多变的通信环境(如可重构无线网络，RwN)设计的平铺式路由协议。在每个节点定义一个区域，此区域包含一些节点，这些节点的距离(也就是跳数)在一个限定的范围之内。这个距离被成为区域半径rzone。每一个节点只需要知道它的路由区域内的拓扑结构，而且其路由信息随着区域内的拓扑更新而更新。这样，尽管网络很大，但更新仅仅在局部区域进行。由于距离大于1，这样区域就有大量重叠。

若s要与D通信，则s发送query消息，并一级一级广播下去，直到到达D，D响应这个请求，表明路山为：S-H-B-D。

B知道路由路径的机制成为路由累积。累积过程如下：query消息每经过一个节点，则在query消息中加上该节点的信息。为了限定信息大小并能反应出路由发现过程，在query消息中加入跳数限制，并且每经过一个节点，跳数减l，若跳数域为0，则丢弃该消息。区域内部采用先验式路由协议。

可以看出ZRP仅需要一些相对小数量的query信息，这些信息只是发给周边节点的信息。由于区域半径相对于整个网络来说总是比较小，得知区域内部拓扑的开销只是整个网络很少的一部分。而且，每一个节点储蓄的信息也大为减小。另外，ZRP协议比全网的反应式路由发现机制要快得

五、结论

网络协议标准篇7

因特网协议/多协议标签交换；波分复用；光传送网；多协议标签交换的传送子集；通用多协议标签交换

In this paper， we analyze the requirements for optimizing a combined IP and optical network. There are different models for such a combined network， including IP over dense wavelength division multiplexing （WDM） and IP+OTN/WDM. We describe optimization strategies for the IP+OTN/WDM model； in particular， we describe traffic synergic planning， alarm linkage， and protection coordination. In optimizing the IP+OTN/WDM combined network， we seek to increase efficiency of all network resources and network capex and opex.

IP/multi-protocol label switching； wavelength division multiplexing； optical transport network； MPLS-TP； generalized multi-protocol label switching

1 IP和光网络联合组网

需求分析

中国运营商的干线基础承载网络一直分为两层分别进行建设和运维：上层是由路由器组成的因特网协议（IP）或因特网协议/多协议标签交换（IP/MPLS）承载网，下层先后由SDH或波分复用（WDM）、光传送网（OTN）等组成的光传送网络（简称光层）。IP层向光层提出各节点间的光链路连接需求，光层负责为IP层提供静态配置的光物理链路（包括STM-N链路、WDM波长等），解决大容量、长距离传输和不同带宽电路的汇聚调度需求；IP层不感知光层的物理拓扑和资源信息，也不知道光层所提供的网络保护信息，只能根据IP层面自身逻辑拓扑进行路由和流量优化；光网络不了解IP层动态连接和流量变化等需求，因此不能快速为其提供更经济的直达链路。

IP/MPLS已发展为下一代网络（NGN）统一承载技术，IP和光网络的关系日益密切，共同承担着多业务综合承载和传送的角色，并且互联网海量视频和数据业务发展驱动着IP网核心路由器的扩容周期日益缩短，出现了几十太比特每秒量级的路由器集群；互联网业务已成为光网络带宽的主要占用者，需要光网络大规模建设40波、80波的40 Gb/s和100 Gb/s WDM系统来满足爆炸性的带宽增长。据相关研究预测[1]，运营商的网络投资和收益之间将出现“入不敷出”的剪刀差（如图1所示），从而兴起“智能管道”应用研究热点。随着业务IP化和网络扁平化的发展趋势，业内越来越关注IP承载和光网络的分工融合，并且路由器100GE高速接口的不断应用更向光网络提出一些新需求和严峻挑战。运营商的基础承载网面临着一些问题：如何规划100G子电路的汇聚调度，怎样根据流量增长来降低过境转发流量对核心路由器的扩容压力，从而提高网络带宽利用率和降低综合成本？这些均需研究并应用IP和光网络的联合组网来实现。全球一些科研单位和通信设备商已开展了相关研究和应用试点，本文在中国通信标准化协会（CCSA）研究报告[2]的基础上，进一步总结提炼相关应用策略，希望进一步推动IP+光联合组网的应用实践。

2 IP和光网络联合组网模型

要实现IP和光网络的联合优化组网，首先需研究运营商的IP和光网络现状和业务分工，从而确定一个优化的组网模型。目前，全球运营商的干线网络普遍采用IP over WDM的组网模型（如图2（1）所示）。图中本地和过境流量的转发处理完全由IP路由器负责，密集波分复用（DWDM）系统负责为IP路由器之间提供10 Gb/s、40 Gb/s乃至100 Gb/s的光波长通道，光层（WDM终端和可重构的光分插复用器（ROADM））根据网络预先规划来实现光波长级传输调度，不能随着流量增长而实现对本地和过境流量的智能识别以及子波长级的疏导调度。

近两年来，大容量太比特OTN电交叉调度设备的推出，为有效旁路IP层过境流量、降低路由器扩容压力提供了前提条件。图2（2）和图2（3）给出了两种IP+OTN/WDM组网模型，主要差异在路由器部署和业务承载分工方面，IP+OTN/WDM模型I是由OTN/WDM和边缘路由器组成，OTN负责为IP边缘路由器之间建立直达路由，在模型II中IP核心路由器仅负责本地流量处理，OTN负责为核心路由器的过境流量提供直达路由。运营商可根据自身的干线网络物理拓扑、节点规模和分层情况来选择合适的组网模型。

IP和光网络的联合组网有两种实施路径，一种是传送网路径，通过增强OTN的基于传送的多协议标签交换（MPLS-TP）和以太网分组功能，通过标签交换通道/虚拟局域网（LSP/VLAN）作为子波长颗粒进行静态路由规划，或基于通用多协议标签交换（GMPLS）用户网络接口（UNI）实现动态带宽请求和连接建立，实现对核心路由器大量过境流量的光层旁路转发；另一种是数据网路径，将IP核心路由器替换为新一代的多协议标签交换（MPLS）路由器，基于MPLS的标签交换路径（LSP）进行交换和转发，支持光通路传送单元-k（OTUk）线路接口来增强IP层运行、管理和维护（OAM）和快速保护功能，光层仅配置WDM和可重构光分插复用器（ROADM）系统来实现大容量和长距离传输。目前，这两种方案各有利弊，运营商需结合干线业务模型（如全部是IP数据业务，还是IP+TDM/L2 VPN专线的混合业务？）、网络成本和运维体制进行综合分析选择。

3 IP和光网络协同组网

策略研究

3.1 IP和光网络的流量协同策略

IP和光网络联合组网，首先需要进行统一路由规划和流量协同。IP层的路由规划需结合光网络的物理拓扑进行科学设计，光网络需根据IP层的逻辑连接需求完善光层链路连接。流量协同是在流量较大的边缘节点之间增加光层直达路由，即把核心路由器的过境转发流量分流到光层，使整个IP网络达到接近边缘路由器直连的效果，区域间流量以直达为主、转发为辅。由于光传送网设备的每比特成本和功耗约为IP层路由器的1/5～1/3，因此采用OTN旁路IP层核心路由器的过境流量后，可有效降低对路由器的扩容压力，解决IP网络容量“瓶颈”，从而提升整个基础承载网络的资源使用率。据国际某知名运营商的现网模型研究，流量协同可降低对核心路由器容量需求的25%～50%。

鉴于IP承载网普遍采用MPLS静态流量工程来解决服务质量（QoS）和网络保护问题，新一代分组增强型OTN设备已集成融合了MPLS-TP分组交换和转发功能，因此建议采用MPLS标签作为路由器和OTN均能识别处理的子波长调度颗粒，从而使基于LSP标签实现过境流量的识别和转发。

随着干线IP层流量的快速增长，对光层支持动态连接建立的需求也将日益迫切，在GMPLS UNI、多层多域控制、实现集中路由计算的路径计算单元（PCE）等一系列智能控制平面技术发展成熟和性能满足要求的前提下，建议流量协同逐渐从网管静态配置方式向智能控制平面协同方式演进。GMPLS UNI在IP+光网络应用如图3所示。图3中路由器实现通用多协议标签交换用户网络接口-客户侧（GMPLS-UNI-C）功能，光网络实现通用多协议标签交换用户网络接口-网络侧（GMPLS-UNI-N）功能，全网传送和管理效率可进一步提升，网络综合成本也可大幅降低。路由器通过GMPLS-UNI接口向光网络层发起链路连接建立请求，并携带链路带宽、QoS，链路节点和链路节点风险组等信息，光网络通过UNI-N响应后能快速建立满足其要求的直通链路。

3.2 IP和光网络的告警联动策略

IP和光网络联合组网应实现光层故障到IP层故障的快速传递，消除IP层故障感知的盲区。在路由器和WDM/OTN设备对接采用的各种类型物理接口以及逻辑子接口上，实现光层故障告警到路由器接口的联动，把光层快速故障传递的能力延伸到路由器，实现IP层保护恢复机制对底层故障的快速检测和响应。完善路由器对故障告警的定位机制，配合光层告警联合实现快速的跨层故障定位。

10GE以太网接口遵循IEEE 802.3-2008[3]标准，40GE/100GE以太网接口遵循IEEE 802.3ba-2010[4]标准。这两个标准中均新增了以太网PCS层的本地故障（LF）和远端故障（RF）码流，能够实现以太网接口的故障状态通告。在ITU-T G.709V3[5]标准中，也增加了OTN告警到以太网接口LF的转换定义。因此，利用本地故障/远端故障（LF/RF）和OTN告警的联动，能够快速实现以太网接口跨光层连接时的端到端故障快速通告，对网络运维有了重大提升。OTN和路由器的OAM故障联动如图4所示。图4中在路由器和OTN/WDM设备联合组网时，采用支持LF/RF的10GE/40GE/100GE接口，两端路由器在任何故障点发生单向中断时，都会立即收到LF或RF故障通告。经测试，该故障联动方式的端到端故障传递时间小于10 ms。

在性能管理方面，传输线路误码一直是网络运维中较难定位的问题，IEEE 802.3ba标准在40GE和100GE以太网接口中引入了同步头误码检测和BIP8误码检测，能够检测最大10-6的误码率。对于路由器支持40GE和100GE接口的应用场景，以太网接口在线路误码检测能力上已有所提升。

随着OTN技术和产业的成熟，OTN已被公认为替代SDH的高速信号封装标准，并且由于100GE接口的传输距离有限（目前小于10 km），因此有些路由器已开始支持100G的OTU4客户接口，如图5所示。图5中路由器使用OTN接口与OTN设备对接，将实现端到端的OTN OAM。

3.3 IP和光网络的保护协调策略

目前IP over WDM网络有两种保护应用策略，一是WDM层不配置保护，完全由IP层配置MPLS-TE快速重路由（FRR）实现100 ms量级快速保护，或通过协议快速收敛技术实现秒级恢复；二是WDM层为重要的IP链路配置1+1波长保护或光链路保护（OLP）来实现小于50 ms的光层快速保护，IP层配置MPLS-TE FRR或协议收敛技术实现本层故障时的保护恢复。在没有对两层网络保护进行联合规划时，通常会出现保护过度（保护资源耗费过多）或保护不足（部分故障的保护失效）问题，影响网络成本或整体可靠性。

在IP+OTN/WDM的联合组网模型下，适宜自下而上考虑联合生存性，并充分发挥IP层和光层保护恢复技术的各自优势，协同提高网络可靠性，达到资源使用和可靠性要求之间的平衡。光层保护技术快速和可靠，建议在网络中应优先部署。通过在路由器端口设置拖延时间（Hold off time）以及双向快速检测（BFD）检测周期，可以使OTN保护倒换产生的瞬断不传递和影响IP层业务。运营商可根据所承载业务在可靠性方面需求的不同，进行IP层的网络保护和恢复技术的选择，IP层保护恢复负责光层网络以外的IP层及其他故障。

IP层因涉及业务规模大，网络拓扑复杂，应尽量避免在底层链路发生故障时对IP层网络造成冲击。因此，IP层工作路径和保护路径的部署要考虑光层物理拓扑以及实际的共享风险链路组（SRLG）信息，避免光层一处光缆故障而造成IP层保护失效问题。

4 结束语

受互联网流量爆炸性增长的驱动，运营商的基础承载网络面临着网络扩容和运维提升的发展要求，并需重点考虑整体网络的建设成本（CAPEX）和维护成本（OPEX），因此IP和光网络协同组网技术已是网络优化和演进的重要方向。目前数据/传送平面的协同组网技术已具备初步可行性，特别是在网络流量协同、OAM告警联动和保护协调3方面已有一些技术解决方案和应用策略，并已有国际运营商进行了试点应用。今后，基础承载网络向着统一管理和运维的方向发展，智能控制平面技术进一步成熟应用，相信IP和光网络将实现更动态高效的联合优化组网。

参考文献

[1] Evolving backbone networks with an MPLS super core [R]. White Paper. Sunnyvale， CA，USA： Juniper Networks Inc， 2011.

[2] IP和光网络协同技术研究 [R]. 2011B30. 北京： 中国通信标准化协会（CCSA）， 2011.

[3] IEEE 802.3—2008. 局域网和城域网标准 第三部分：CSMA/CD接入方式和物理层规范[S]. 2008.

[4] IEEE 802.3ba—2010. 局域和城域网络标准协议 第三部分：基于冲突检测的载波侦听多路接入（CSMA/CD）方案和物理层指标 增补4：40 Gb/s和100 Gb/s操作的媒介接入控制参数、物理层和管理参数 [S]. 2010.

网络协议标准篇8

关键词：BACnet智能建筑楼宇自动化面向对象

随着计算机、通信、控制和图形显示技术即4C技术的快速发展和全球对信息高速公路的大力建设，智能建筑，这个数字化、网络化和信息化的结合产物开始进入人们的视野。然而，如今智能建筑内各种控制功能变得愈发强大而复杂，致使不同厂商生产的设备使用于同一建筑物内，但各个厂商基本上都是开发自己专有的通信协议，于是各式各样的通信协议和设备给智能建筑的系统集成及管理使用带来诸多不便，用户处于受制于厂商而使造价提高、使用和维护费用增加的境地。所以制定一个开放的、统一的通信协议标准，并形成即插即用（plugandplay）的环境，就成为十分迫切需要解决的问题。

目前，在智能建筑领域，现场总线和通信协议主要有：（1）最初应用于工业控制领域的总线协议，如具有代表性的Profibus总线、Lonworks总线、CAN总线等；（2）专门针对智能建筑的总线和通信协议，如美国的BACnet和CEBus、欧洲的EIB等。本文就其中的BACnet作详细介绍。

图1BACnet的体系结构层次图

1BACnet协议概述

楼宇自动控制网络数据通信协议BACnet（AData

CommunicationProtocolforBuildingAutomationandControlNetwork）由美国供热、制冷与空调工程师协会组织的标准项目委员会135P于1995年6月正式通过制定。标准编号为ANSI／ASHRAEStandardl35－1995，同年12月正式成为美国国家标准，并得到欧盟标准委员会的承认，成为欧盟标准草案。2000年1月ISO组织TC205委员会的15个国家（中国、法国、日本、英国、美国等）的代表一致通过决议，将BACnet作为“委员会草案”进行广泛评议，适当修改后列为“国际标准化草案”，最后成为国际标准。

一般楼宇自控设备从功能上讲分为两部分：一部分专门处理设备的控制功能；另一部分专门处理设备的数据通信功能。而BACnet就是要建立一种统一的数据通信标准，使得设备可以互操作。BACnet协议只是规定了设备之间通信的规则，并不涉及实现细节。

BACnet协议模型为：（1）所有的网络设备，除基于MS／TP协议的以外，都是完全对等的（peertopeer）；（2）每个设备都是一个“对象”的实体，每个对象用其“属性”描述，并提供了在网络中识别和访问设备的方法；设备相互通信是通过读／写某些设备对象的属性，以及利用协议提供的“服务”完成；（3）设备的完善性（Sophistication），即其实现服务请求或理解对象类型种类的能力，由设备的“一致性类别”（ConformanceClass）所反映。

1．1BACnet的体系结构

BACnet是一种针对智能建筑的开放性的网络协议，遵循OSI模型体系结构，BACnet体系结构层次图如图1所示。BACnet协议从硬／软件实现、数据传输速率、系统兼容和网络应用等几方面考虑，目前支持五种组合类型的数据链路／物理层规范。其中主从／令牌传递（MS／TP）协议是专门针对楼宇自控设备设计的数据链路规范。BACnet在物理介质上，支持双绞线、同轴电缆和光缆。在拓扑结构上，支持星型和总线拓扑。

BACnet没有严格规定网络拓扑结构，如图2所示。其中：网段（Segment）是多个物理网段通过中继器（R）连接形成的段落区间；网络是多个网段通过网桥（B）连接而成的，每个网络都形成一个MAC地址域；BACnet／Internet网络是将使用不同局域网技术的多个网络用路由器（RT）互联起来形成的网际网。

在BACnet拓扑中设备之间只存在一条逻辑通路，无需广域网的最优路由算法；其次，BACnet具有单一的局部地址空间，所以BACnet参照OSI模型制定了简化的网络层协议，向应用层提供不确认无连接的数据单元传送服务。每个BACnet设备都被一个网络号码和一个MAC地址唯一确定。

网络层通过“路由器”实现两个或多个异类BACnet局域网（不同的数链层）的连接，并通过协议报文进行“路由器”的自动配置、路由表维护和拥塞控制。BACnet路由器与每个网络的连接处称为一个“端口”。路由表中包含端口的下列项目：（1）端口所连接网络的MAC地址和网络号；（2）端口可到达网络的网络号列表及与这些网络的连接状态。图2中，“1／2RT”是半路由器，由PTP连接形成一个完整的BACnet路由器，即BACnet网际网将广域网技术向应用层屏蔽。

BACnet应用层即BACnet应用实体，通过API（应用编程接口）为上层应用程序服务，并与对等应用层实体通信。应用实体由两部分组成：用户单元和应用服务单元（ASE）。ASE是一组特定内容的应用服务。而用户单元支持本地API、保存事务处理上下文信息、产生请求ID、记录ID对应的应用服务响应、维护超时重传机制所需的计数器以及将设备行为要求映射为对象。

BACnet应用层提供证实和非证实两种类型的服务。BACnet定义了四种服务原语：请求、指示、响应和证实，它们通过应用层协议数据单元（APDU）传递。由于BACnet建立在无连接的通信模式上，所以OSI模型提供端到端服务的传输层部分简化功能也由应用层实现，分别为：可靠的端到端传输和差错校验；报文分段和流量控制；报文重组和序列控制。

1．2BACnet的对象、服务和功能组

BACnet采用面向对象技术，借此提供一种表示楼宇自控设备的标准。在BACnet中，对象就是在网络设备之间传输的一组数据结构，网络设备通过读取、修改封装在应用层APDU中的对象数据结构，实现互操作。BACnet目前定义了18个对象，如表1所示，每个对象都必须有三个属性：对象标志符（Object＿Identifier）、对象名称（Object＿Name）和对象类型（Object＿Type）。其中，对象标志符用来唯一标识对象；BACnet设备可以通过广播自身包含的某个对象的对象名称，与包含相关对象的设备建立联系。BACnet协议要求每个设备都要包含“设备对象”，通过对其属性的读取可以让网络获得设备的全部信息。

表1BACnet对象

对象名称应用举例

01模拟输入AnalogInput模拟传感器输入如机械开关On/Off输入

02模拟输出AnalogOutput模拟控制量输出

03模拟值AnalogValue模拟控制设备参数如设备阀值

04数字输入BinaryInput数字传感器输入如电子开关On/Off输入

05数字输出BinaryOutput继电器输出

06数字值BinaryValue数字控制系统参数

07命令Command向多设备多对象写多值如日期设置

08日历表Calender程序定义的事件执行日期列表

09时间表Schedule周期操作时间表

10事件登记EventEnrollment描述错误状态事件如输入值超界或报警事件。通知一个设备对象，也可通过“通知类”对象通知多设备对象

11文件File允许访问（读/写）设备支持的数据文件

12组Group提供单一操作下访问多对象多属性

13环Loop提供访问一个“控制环”的标准化操作

14多态输入Multi-stateOutput表述多状态处理程序的状况，如制冷设备开、关和除霜循环

15多态输出Multi-stateOutput表述多状态处理程序的期望状态，如制冷设备开始冷却、除霜的时间

16通知类NotificationClass包含一个设备列表，配合“事件登记”对象将报警报文发送给多设备

17程序Program允许设备应用程序开始和停止、装载和卸载，并报告程序当前状态

18设备Device其属性表示设备支持的对象和服务以及设备商和固件版本等信息

在BACnet中，把对象的方法称为服务，对象及其属性提供了对一个楼宇自控设备“网络可见信息”的抽象描述，而服务提供了如何访问和操作这些信息的命令和方法。BACnet设备通过在网络中传递服务请求和服务应答报文实现服务。BACnet定义了35种服务，并将其划分为6个类别：（1）报警与事件服务（AlarmandEventServices）包含8种服务处理环境状态的变化，提供了BACnet设备预设的请求值改变通告、请求报警或事件状态摘要、发送报警或事件通知、收到报警通知确认等方法；（2）文件访问服务（FileAccessServices）包含2种服务，提供读写文件的方法，包括上／下载控制程序和数据库的能力；（3）对象访问服务（ObjectAccessServices）包含9种服务，提供了读、修改和写属性值以及增删对象的方法；（4）远程设备管理服务（RemoteDeviceManagementServices）包含11种服务，提供对BACnet设备进行维护和故障检测的工具、方法；（5）虚拟终端服务（VirtualTerminalServices）包含3种服务，提供了一种面向字符的数据双向交换机制，使其他具有专有特性的楼宇自控设备成为一个BACnet虚拟终端并使BACnet网络能对其进行重构；（6）网络安全服务（NetworkSecurityServices）包含2种服务，提供对等实体验证、数据源验证、操作者验证和数据加密等功能。

BACnet功能组规定了实现特定控制功能所需的对象和服务的组合。BACnet已定义了13个功能组，包括时钟功能组、事件响应功能组、文件功能组、虚拟终端功能组、设备通信功能组等。

1．3BACnet设备级别和设备等级说明

在实际的楼宇自动化系统中，没有必要也不可能所有的设备都支持、包含上述所有的对象和服务。因此，BACnet定义了6个一致性类别（设备级别）。一致性类别的分级编号为1～6，最低级别是类别l。每个类别都规定了设备要实现的最小服务子集，且包含低级别的所有服务。

为了帮助用户和工程人员确定不同BACnet设备之间的互操作性，需要厂商为每个设备提供标准格式文件以标识设备中己实现的BACnet标准的内容，即文件需包括设备符合BACnet等级的说明。这个文件就是PICS（ProtocolImplementationConformanceStatement），它包括：（1）标识厂商和描述设备的基本信息；（2）设备符合BACnet的级别；（3）设备所支持的功能组；（4）设备所支持的基于标准或专有的服务，设备启动或响应服务请求的能力；（5）设备所支持的基于标准或专有的对象类型及其属性描述；（6）设备支持的数据链路技术；（7）设备支持的分段请求和响应。

2BACnet的互联网扩展

目前，BACnet标准使用两种技术实现与Internet的互联。第一种技术附件H中称之为“隧道”技术，并将其设备称之为分组封装／拆装设备，简称PAD。其作用就像一个网关／路由器，这在图2中两个半路由器连接广域网形成一个完全的BACnet路由器有所体现。第二种技术附件J中称之为BACnet／IP，设备直接封装IP帧／包在BACnet网络和Internet上传输。

PAD将BACnet报文数据封装在IP协议数据包内传输，在目的BACnet网络解封。因此每个连接Internet的BACnet网络都要配置PAD网关／路由器。它可以是一个单独的设备，也可以是某种楼宇控制设备功能的一部分。

ASHRAE于1999年1月正式附件J并成为美国国家标准。它规范了支持TCP／IP的设备组建BACnet网络的技术，并称之为BACnet／IP网络，简称B／IP，是一个或多个IP子网组成的集合，整体具有单独的BACnet网络号。BACnet／IP网络报文在网络层是IP包，在传输层是UDP数据报，从而实现与Internet的TCP／IP协议的融合。