从NGN试验看技术发展趋势

广州市电信分公司 欧振猛 林健　2002/04/15

　　近几年来，Internet赋予了人们丰富的想象空间，IT技术的发展层出不穷，每一次技术突破都带来了无限的商机，最近下一代网络（NGN-Next Generation Network）和软交换技术（SoftSwitch）已成为电信业界和通信领域的新贵和代名词。
　　NGN是一种目标网络，它表征了一种宽带化、光纤化、大容量、包交换、数据化、层次化、呼叫承载分离、快速开发业务、集中部署业务等的理想网络，NGN系统可以向用户提供包含PSTN话音业务、无线话音业务、基础数据业务、多媒体数据业务等。NGN系统结构如图1所示。
　　在图1中的实线表示实际连接线路，虚线表示通信协议，虚线上的数字表示NGN涉及到的主要协议内容。

　　①代表SoftSwitch软交换设备和SG（Signaling Gateway）信令网关之间的通信协议，目前为SigTran-M3UA（Signaling Tranport-MTP3 User Agent）。

　　②代表SoftSwitch软交换设备和其他SoftSwitch软交换设备之间的通信协议，目前为BICC（Bearer Independent Call Control Protocol）/ SIP_T (Session Initialization Protocol for Telephony)。

　　③代表SoftSwitch软交换设备和TG（Trunk Gateway）中继网关之间的通信协议，目前为H.248 / MeGaCo (Media Gateway Control Protocol)。

　　④代表Mm-server（Multimedia Server）多媒体呼叫服 务器和Mm-client多媒体客户端之间的通信协议，目前为SIP (Session Initialization Protocol)。

　　⑤代表3rd party第三方开发商和Application Server应用服务器之间的编程通信协议，目前为Parlay/Jain。

　　⑥代表SoftSwitch软交换设备和Mm-server多媒体呼叫服务器之间的通信协议，目前为SIP_T / SIP。

一、NGN研究领域

　　NGN的三大研究领域为：研究NGN提供传统PSTN话音业务能力的SoftSwitch 技术、研究NGN提供多媒体数据业务能力的协议及相关技术、研究NGN系统之间互通技术。目前国际上两大标准化组织ITU_T和IETF都在研究制订相关NGN的标准。除此之外，电信业务一些论坛也积极推动NGN标准和应用的出台。

　　1．SoftSwitch 技术

　　从NGN的研究领域来看，SoftSwitch是目前NGN的一种实现传统PSTN话音业务的技术思路和实现手段。SoftSwitch是其中的一个重要部分。这是因为任何技术都是为了更好地提供更丰富的业务、吸引更多的客户、更好地创造更客观的利润。
　　从业务收益的角度来看，目前PSTN话音业务的收入仍然是大量运营商的收入主要部分，特别是在中国，因此如何能以更合理、可靠、有效的手段和更好的性能价格比将话音业务提供给广大用户，是运营商采用NGN的一个重要原因，因此NGN上提供PSTN话音业务能力是相当重要的一环。
　　由于话音业务是依赖于电路交换技术，PSTN网络系统是一套发展近百年的完善的、成熟的系统，PSTN网络系统从设计思路、实现方式、业务类型、计算模式和数据网络系统完全不相干系，而NGN是基于包交换技术。具体来说，从业务的承载方式和控制信令，电路交换网络和包交换网络完全不一样。如何把PSTN话音业务移植搬迁到NGN上来运行，是SoftSwitch技术研究的重点所在，也就是图1中的①SigTran、③H.248 / MeGaCo和⑤Parlay/Jain。
　　目前，大部分NGN设备制造商都把重点放在SoftSwitch领域，因为该领域可以为运营商带来显而易见的效益。大量的NGN设备其实只是实现了SoftSwitch的NGN设备。

　　2．多媒体数据业务

　　由于NGN网络系统的承载技术是基于包交换网络，比如是ATM网络或者是IP网络，基础数据业务本来就是基于包交换数据网络，因此NGN承载数据业务、特别是基础数据业务，是不存在任何问题。近年来通信网络主干速度、接入带宽都在日新月异，多媒体数据通信业务重新进入人们重视的视线内，NGN在支持多媒体数据通信业务方面也成为了一大热门。SIP协议在该领域大放异彩。在图1中体现为④SIP。
　　目前多媒体数据业务还处于研究开发阶段，个别厂家有实验室的产品。

　　3．互通技术

　　任何通信系统都需要进行互通，NGN系统也不例外，因此互通方面也是研究的重点，这里，BICC、和SIP_T/SIP展开了较量。在图中体现为②BICC/SIP_T和⑥SIP_T/SIP。
　　在这里，将NGN的开放性接口列入互通部分。理想的NGN是能够通过Application Server提供开放标准的API给第三方厂家进行开发，第三方厂家可以自由开发出丰富的业务。在图中体现为⑤Parlay/Jain。
　　目前系统间互通技术和开放性接口技术也处于比较低的研究阶段，没有成型的产品。

　　4．研究组织

　　这里介绍除了ITU_T和IETF之外两个对NGN技术有相当影响的论坛。国际软交换论坛和SIP论坛。
　　国际软交换论坛（ISC-International SoftSwitch Consortium-www.softswitch.org）就是专门研究探索和制订有关软交换技术的实现方式、多厂家互通的工业标准组织的，该论坛由许多通信设备制造商和电信运营商参加，比如朗讯（Lucent）、北电（Nortel）、思科（Cisco）、Level3、 Qwest等，我国有中兴通信公司参与该论坛，该论坛在SIP协议、MGCP协议、应用服务器层面、H.323互通等等方面均设立了工作组，积极推动技术和标准的发展。具体的例子是媒体网关控制协议，从早期的厂家标准IPDC（Level3-IP Device Control Protocol）、SGCP(CISCO-Simple Gateway Control Protocol)到最后被IETF吸收为第一版标准MGCP（Media Gateway Control Protocol）以及最新标准MeGaCo（RFC 3015 -Media Gateway Control Protocol），该协议同样为ITU_T采用，成为H.248媒体网关控制协议。
　　在NGN提供多媒体数据业务的研究方面，目前占据主导地位的是SIP协议。除了两大标准化组织外，SIP论坛（www.sipforum.org）也在针对SIP的协议以及应用进行积极研究。其中该论坛对基于SIP协议的即时信息通信方式进行详尽的描述，目前Microsoft已经在她的即时消息软件messenger 4.0以上版本采用了SIP协议来发起语音呼叫。

二、广东省NGN试验

　　广东省电信公司于1999年开始着手研究NGN技术，先后和一些知名的设备制造商开展了合作试验，即和朗讯公司开展了7R/E试验（7 Revolution/ Evolution），这里数字7的涵义是针对朗讯公司的5ESS本地传统话音交换机而言，表明朗讯公司从5ESS到7R/E的革命性的跳跃，该试验持续了2年左右，后来圆满结束；和爱立信公司开展了Engine Bridgehead V2试验，该试验持续1年左右，也已经成功验收， 7R/E和Engine Bridgehead V2试验不但进行了单机测试，而且还在广州市内的骨干数据网和传统市话网上进行实际大网环境测试，具有很高的参考价值和使用意义；另外在实验室对北方电信的Successions也进行了相应的测试。
　　这三个项目总体上来说主要都集中NGN研究的第一个方面--SoftSwitch技术。具体表现为如何将话音业务的呼叫和承载分开、如何处理呼叫控制信令、如何实现媒体网关控制协议、话音业务如何承载在ATM数据网上等。
　　它们的主要技术比较如表1所示。
　　这里集中介绍7R/E试验方案中大网测试部分。
　　网络结构图如图2所示。
　　图中，TAG=Trunk Access Gateway，为7R/E的接入网关，用来将市话端局和汇接局接入7R/E系统。本次试验中共使用了3个TAG，其中用TAG1、TAG2和TAG3分别将广州三个试验点的端局和汇接局接入ATM网，在中心试验点放置7R/E的核心控制设备：CG（Call Gateway－用来完成呼叫建立的呼叫服务器）、NFS（Network Feature Server－用来开发、加载新业务功能的后台服务器）、OLM（Operation and Maintain－运行维护管理）等。
　　在7R/E测试过程中，基于《综合交换机技术规范》、《邮电部电话交换设备总技术规范书》、《关于程控交换机的补充规范》、《国内网NO.7信令方式－ISDN用户部分（ISUP）基本业务测试规程》、《国内网NO.7信令方式－ISDN用户部分（ISUP）补充业务测试规程》、《国内NO.7信令方式技术规范综合业务数字网用户方式（ISUP）》、《中国电话网NO.7信令方式的测试规范和验收方法》、《宽带综合业务数字网（B-ISDN）2号数字用户信令（DSS2）测试规范》、《宽带综合业务数字网（B-ISDN）2号数字用户信令（DSS2）技术规范》对该系统进行设备功能、局间信令、ATM UNI、ISUP/IP/ATM、IPDC以及处理指标进行测试。测试结果如表2所示。
　　从整个测试过程看，7R/E试验是一种VTOA(Voice Telephony Over ATM AAL1)的方案，试验是成功的。7R/E能与现有程控交换机相配合，能满足对程控交换机的基本呼叫处理和常规维护，但是在操作维护、话务管理、网络控制、计费等方面和我国对程控交换机的基本要求有相当的距离。
　　7R/E系统属于比较早期的NGN方案，在协议标准上，Lucent公司使用了Level 3 IPDC作为媒体网关控制协议，使用了ISUP/IP/ATM（Lucent称为ISUP＋）来传递局间信令等，同时，在多系统之间互联上和多媒体数据呼叫业务也没有进行提出相应的解决方案，Lucent公司表示将在未来LSS（Lucent SoftSwitch）方案解决上述问题，即采用MGCP来取代IPDC、SigTran来传递局间信令、BICC来提供系统间互联和采用SIP协议来完成多媒体数据呼叫业务等。

三、NGN技术趋势

　　从表1中可以看出，在承载媒体技术一级，Voice/AAL1大行其道，即将向Voice /AAL2迈进。呼叫控制信令上三个厂家现有的协议（ISUP/IP/AAL5、ISUP/AAL1、IPS7）为私有专用协议，均向SigTran靠拢。媒体网关控制协议上三个厂家现有的协议（IPDC、VSP、Aspen）也为私有专用协议，他们表示将向H.248或MeGaCo迈进，ITU-T的H.248和IETF的MeGaCo内容完全一致。在多媒体数据业务和互通领域，则SIP协议一支独秀。

　　1．Voice/AAL2

　　目前NGN技术中比较有争议的是现有的VOICE承载技术究竟是Voice / ATM 还是Voice / IP，其实在现在争论这个问题是没有意义的，大量的电信级别的设备制造商都是提供Voice / ATM方案，Voice / IP的设备也有，但是使用范围不同，对于大型的、电信级别的NGN，用户数量大，需要有强有力的QoS控制，因此Voice / ATM方案占了上风，对于一些小型的运营商来说，Voice / IP设备简单、维护方便，而且用户数量不会太多，因此不会对没有QoS控制的系统造成太大的影响，显而易见Voice / IP是他们的首选。
　　对于Voice / ATM来说，目前大量的设备制造商基本上采用Voice / AAL1，这是由于AAL1是ATM 技术最早为CBR（Constant Bit Rate）业务度身定做的封装技术，技术成熟，但是Voice / AAL1的技术存在一个致命的问题，那就是在Voice / AAL1中，一条SVC/PVC同时只能为一路话音服务，目前基于Voice / ATM的厂商推出的媒体网关基本上是ATM交换机加上若干支持媒体网关控制协议和带内信令协议的软件构成，对于ATM交换机来说，同时可以建立的SVC并发数量最高为80~100左右，而且媒体网关还要处理媒体网关控制协议和带内控制信令协议，因此真正可以建立的SVC可能为50~60左右，基于Voice / ATM的技术使得媒体网关同时只能建立50~60个同步语音数据流，系统在容量上受到了固有的限制，另外媒体网关需要为每一路语音数据流通过Q.2931 DSS2宽带信令来建立SVC，在结束时需要释放掉，媒体网关的CPU需要持续性、频繁的建立和释放SVC，特别对于一些BHCA值较大的局，媒体网关的CPU可能需要非常频繁的建立和释放SVC，这样将占用大量的CPU资源，CPU的利用率很容易就突破50%到达很高的危险数值，众所周知，通信设备的CPU资源利用率门限基本上要小于55%。
　　因此Voice / AAL1技术对于大型的NGN系统来说是不适合的，系统容量无法做到很大，可能出现的情况是，NGN的中心主要控制设备能够处理的BHCA值很大，而实际上空闲率很高。系统处理瓶颈在于媒体网关，大量的呼叫被媒体网关阻塞，因此ATM-FORUM和ITU_T就Voice / AAL1技术进行升级，推出了Voice / AAL2技术，在ATM-FORUM中定义为AF-VTOA-0113.000，在ITU-T中定义I.363.2。
　　Voice /AAL2技术主要在于对AAL封装进行重新规划，见图3。　　其中CID=Channel ID，长度为8bit/s，值0~7保留，可以分配的值为8~255，因此在一条支持Voice /AAL2的SVC/PVC链路上最多可以同时有255－8＋1＝248路话音复用在一起。
　　LEN＝length，长度为6bit/s，表示PAYLOAD的有效长度。
　　UUI＝User User indicator，长度为5bit/s，主要用于SSCS（service-　　　　　specific-convergence-sublayer）和层管理。
　　HEC＝head error control，长度为5bits，主要用于对CID+LEN+UUI的差错控制。
　　PAYLOAD长度可变，由LEN决定，主要是视从上层传来的经过G.711/G.723/G.726/G.729等算法处理过的语音数据包而变。
　　从AAL2的封装可以看出，如果一台能够支持并发连接为50~60 SVC的媒体网关，可以承载的最大并发话路可以为12400~14880，这是一个相当大的数字，从而可以避免媒体网关成为SoftSwitch系统瓶颈。

　　2．SIP/H.323

　　在多媒体数据业务方面，尽管三大厂家在试验时尚未有成型产品，但均表示了将采用SIP协议来构筑多媒体数据通信系统。
　　ITU_T开发出的基于H.323的多媒体数据业务仍然占据一定的市场份额，但H.323协议族太过于庞大，仅用于通信控制的主要协议就有H.225.ras、H.225.0、H.245等，而且ITU_T的H.323协议族采用ASN.1 BER（Abstract Syntax Notation.1 Basic Encoding Rules）和ASN.1 PER （Abstract Syntax Notation.1 Packet Encoding Rules）编码，这是一种二进制的编码方式，需要借助解码仪表才能了解协议内容。系统实现技术非常复杂，实现成本过高，而且效率低下，使用过Microsoft 公司的Location Server和Netmeeting软件的人能够体会到这一点。
　　而SIP协议是一种基于UDP/IP技术的应用层协议。SIP是完全基于文本的明文协议，一切的控制包无须专门的、昂贵的解码仪表即能人工肉眼看懂。SIP协议非常简单，仅有6条命令（INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTION、REGISTER），返回代码和HTTP协议基本一样。实现起来非常方便，效率高，维护成本也相对较低，因此SIP协议受到各大设备制作商的大力支持，目前SIP本身的主体协议（RFC2543）已经完成，可以完成大部分的多媒体呼叫控制功能，SIP的补充协议草案在制订和讨论中。

　　3．SIP/SIP_T/BICC

　　在系统间互通方面，最新的发展趋势也是SIP协议，BICC在软交换开始研究时由ITU_T提出，ITU-T一直延续传统的做法，BICC以传统的ISUP/CSS7为基石，BICC CS1采用了ATM作为承载技术，BICC CS2采用了IP作为承载技术。但是ITU_T针对BICC协议从底层的媒体承载、高层的通信控制乃至垂直的控制协议进行了详尽的描述，而且采用了ASN.1 BER /PER的方式。
　　 BICC覆盖范围太多、协议内容过于庞杂，实现相当困难。到发稿为止，目前还没有一个厂家宣称已经开发出支持BICC CS1/CS2的NGN产品。
　　相反，SIP协议由于简单，在RFC2543协议文本上仅对SIP作了应用层的描述，规定了SIP协议可以承载在UDP/IP上，对具体的底层实现技术完全不必理睬。因此深受业界的欢迎，目前已经出现了SIP_T来取代BICC协议，SIP_T是SIP的一种应用，在SIP的净荷部分封装了ISUP信息单元或者翻译了ISUP信息单元，同时采用了SIP协议的呼叫控制流程来简化了ISUP控制信令。目前部分厂商开发出了封装ISUP信息单元的SIP_T协议，发展的趋势是在和传统PSTN网络接口的边界上采用装备了带有翻译ISUP信息单元功能的SIP_T协议设备，其余部分将采用SIP协议进行互通。

　　NGN是一种融合多种业务的新型目标网络，势必涉及相当多的传统技术和新型协议，各种新技术和新协议将不断出现并得到完善，因此研究和建设NGN是一个探索性、阶段性、艰巨的过程。

通信世界　2002/04/15