下一代网络的发展与演进策略_电信_NGN及软交换

下一代网络的发展与演进策略

2002/12/26

一、下一代网络的概念和特征

　　所谓下一代网（NGN）是一个极其松散定义的术语，泛指一个不同于目前一代的，大量采用创新技术，以IP为中心同时可以支持语声、数据和多媒体业务的融合网络。一方面，NGN不是现有电信网和IP网的简单延伸和叠加，而应是两者的融合结果，所涉及的也不仅仅是单项节点技术和网络技术，而是整个网络的框架，是一种整体网络解决方案。另一方面，NGN的出现与发展不是革命，而是演进，即在继承现有网络优势的基础上实现的平滑过渡。下一代网是一个内涵十分广泛的术语，不同专业和背景的人实际都在应用。如果特指业务网层面，则下一代网指下一代业务网（例如对于数据网，则下一代网指下一代互联网；而对于移动网，则下一代网指3G网和超3G网；如果特指传送网层面，则下一代网指下一代传送网，特别是光网络）。泛指的下一代网实际包容了所有新一代网络技术，而狭义的下一代网往往特指以软交换为控制层，兼容所有三网技术的开放体系架构。

　　从业务层面看，下一代网络将主要是以ATM/IP特别是IP为基础的分组化网已成为业界的共识。然而，从传统的电路交换网到分组化网将是一个长期的渐进过渡过程，因而在未来10年～15年电信公司的主要任务是同时支持两种网络，解决两网之间的互通以及各自业务和应用之间的互操作性，从而最终完成由传统电路交换为基础的电信网向分组化网的平滑过渡。而软交换将是完成这一过渡任务的关键。

　　从基础传送网层面看，以WDM为基础的光网络将是理想的大容量网络，然而主要基于点到点通信的WDM光网络尽管容量有余，但组网灵活性欠佳，而能实现光层灵活联网功能的光联网将是理想的下一代光网络传送平台。

　　简言之，下一代网络将是以软交换为核心，光联网为基础的融合网络。

二、向下一代业务网的演进策略

　　从传统的电路交换网到分组化网将是一个长期的渐进过渡过程，总的看，目前有两大过渡策略。

1.以软交换为核心的重叠网策略

　　主张这种演进策略的主要理由是现有电路交换网在传输电话业务方面是基本胜任的，而且是电信公司的主要收入来源。目前全球传统话音和传真的业务收入达6500亿美元，占总收入的80％，即便像NTT这样的老牌电信公司，其业务收入的50％也来自传统话音。因而合乎逻辑的结论是最好不要或少去触动它，让其独立发展。对于日益增长的数据业务特别是IP业务可以通过建设一个重叠的分组化网（ATM网或IP路由器网）来解决。两个网的业务节点独立发展，其间通过一类特殊协调设备实现互联互通。这类设备不仅交换话音、数据和其他业务，而且完成7号信令与IP的转换。历史上，这类设备开始称为协调设备或协调交换机，功能较简单，智能较低。后来功能逐渐发展和集中，呼叫控制层和网络业务层与媒体层开始分离，上述设备开始称为网守、呼叫代理、呼叫服务器或媒体网关控制器，1999年后开始称为软交换并定位于网络控制层，基本作用类似，但采用开放标准结构，且功能上越来越强大和集中并成为最通用的术语。尽管如此，由于技术认识上的差异，特别是有关融合的商务模型认识上的差异，使软交换的定义仍然像一缕烟一样难以准确捕捉，各种版本的定义多达十几种。笔者认为软交换应该是一种建立在开放计算平台上能够实现分布通信功能并为下一代网提供呼叫控制和信令以及完成不同网络和协议间的协调功能的开放标准软件。

　　软交换对用户是透明的，主要处理实时业务，提供呼叫控制、连接控制、媒体网关接入、带宽管理、选路、信令互通和安全管理等功能。支持H.323、H.248、会唔开始协议（SIP）或媒体网关控制协议（MGCP）等协议。软交换的主要特点是采用开放式体系结构实现分布式通信和管理，具有良好的结构扩展性。其应用层和媒体控制层已经与媒体层硬件分离并纳入开放的标准的计算环境，有利于网络运营商灵活选择网络各层最佳的设备，加速新业务和新应用的开发、生成与部署，快速实现广域业务覆盖。其次，采用软交换后，实现了多个业务网的融合，简化了网络层次和结构，避免了建设维护多个分离业务网所带来的高成本和运维配置升级复杂性。还有，采用分组交换技术后，提高了网络资源利用率，减少了交换机互连复杂性和业务网的承载成本。再有，由于软交换的价格可以遵循软件许可证方式，不必遵循现行交换机的价格模式，投资大小随用户数而增长，有利于新的竞争的电信运营商或传统运营商开发新市场。而现行电路交换机由于有很大的共用设备成本，使初期负担成本很高，用户数不大时进入成本很高，比软交换机大一个量级，不利于新的竞争的电信运营商或传统运营商开发新市场。最后，软交换设备占地很小，不仅明显提高了机房空间利用率，而且也便于节点的灵活部署和业务的快速拓展。

　　在实际应用中，采用软交换后可以卸载或旁路IP拨号业务，减轻电路交换网的压力，代替传统电路交换网的汇接局和端局。其初始投资成本与具体网络构成和提供的业务有关，其运营成本则将大幅度降低，投资回报期明显缩短，对业务量变化的敏感性较低，因此抗风险能力较强。若综合考虑语音和数据，则一个融合的网代替多个独立的网，因而无论初始成本还是运营成本都将会大幅度降低，而且具有更丰富的呼叫特性和应用以及可扩展性。当然，将开放的商用计算平台用于软交换还需要采取一系列措施来改进可靠性、性能和成本，但作为发展方向不应该有疑问。

　　从网络角度看，通过软交换机结合媒体网关和信令网关跨接和互联电路交换网和分组化网后，尽管两个网仍基本独立，但业务层已实现基本融合，可统一提供管理和加快扩展部署业务。等到数据业务逐渐成为网络的主要业务后再考虑将电路交换网上的电话业务逐渐转移到分组化网上来，最终形成一个统一的融合的网。这种网络演进思路允许不同的网按各自的最佳方向独立演进，不受限于节点结构，是最适合于像中国电信这样的传统运营商的网络演进策略。据OVUM公司估计，在8年内，一个不投资在软交换上的运营商的利润将比投资在软交换上的运营商少50％以上。当然，软交换还处于发展完善过程之中，会有这样或那样的问题，但作为发展方向已经获得业界的认同。

2.以综合交换机为核心的混合网策略

　　主张这种策略的主要理由是电话业务仍然会继续发展，因而有必要开发新一代的交换机（称为综合交换机）来进一步改进电路交换网，提高交换节点的效率，扩大交换节点的容量，减少连接的复杂性，降低交换网成本，同时仍保留原有全部交换功能。当然这种新一代的交换机还应能支持ATM/IP业务的发展，便于网络向分组化方向演进。这种交换机在外部可以同时支持STM、ATM和IP网，即不同业务量各走各的网，只是业务节点在物理上融合成一体。其内部交换矩阵有采用单一ATM交换矩阵或其他信元交换矩阵的，也有采用ATM和STM两个基本独立交换矩阵的，还有采用ATM、STM和IP三个基本独立交换矩阵的。这种新一代的交换机接口采用STM－1乃至STM－4/16，交换容量很大，目前可达512k和1MBHCA，减少了交换机互连复杂性和成本，还可以将网关集成在内。采用这种新型交换机后可以卸载原有电话业务量，承载新增业务量和所有数据业务量，从而最终完成向分组网的过渡，主要应用场合为长途局和汇接局以及关口局。

　　采用这种策略的主要问题是其总体设计思想是建立在电路交换的框架之上，对话音业务最优，同时兼顾数据业务，因此缺乏长远的生命力。此外，其体系结构封闭，业务接口不开放，不支持第三方应用，业务提供不灵活，新业务开发困难，受制于交换机制造商，将话音网节点和数据网节点捆绑在一起，互相牵制，使网络发展受制。

　　采用何种策略须根据具体网络现状和业务预测以及经济比较进行详细分析后才能决定，没有现成的答案。笔者认为，就我国的网络实际来看，以重叠网为基础的演进策略是最适合传统电信运营商的，在软交换成熟以前根据实际容量发展需要在网络的长途节点采用新一代综合交换机也是现实的过渡性措施。

三、中国电信发展下一代网的思考

　　中国电信作为传统的电信运营商，其主营的固话业务正遭受移动和IP业务的巨大分流威胁，在长途和国际通信大量业务被IP分流，在本地网则大量业务被移动分流。在这样的形势下，中国电信急需寻找降低网络成本、增加业务收入、开发新业务的战略性新途径，下一代网的出现和发展恰好提供了一个重要机遇。为了及时把握这一重要技术发展大趋势，中国电信启动实施了下一代网络实验工程，其目的是为将来中国电信网全面实施战略转型积累实际网络经验，并从观念上、技术上、人员培训上做好初步准备工作，为下一步的全面铺开打下坚实的基础。

　　中国电信对下一代网的理解绝不限于简单的交换设备更新，也不是简单的几个工程而已，而是有更长远的战略性认识。从体系结构上必须是开放的分布式架构，从业务上必须有可持续发展的能力，从网络上必须能覆盖从核心到边缘、从有线到无线，在应用环境上必须是多厂家环境，需要实现互操作性。简言之，下一代网将必须是端到端的演进的融合的整体解决方案，而不是局部的技术改进更新，这将是我们未来10～15年的主要战略转型任务。

四、向下一代传送网的演进策略

1.传输链路的宽带化可望突破

　　从过去二十多年的光通信发展史看，商用系统的速率已从45Mbit/s增加到10Gbit/s，40Gb/s系统不久也将实用化。进一步扩容的出路是转向光的复用方式。近几年来波分复用系统技术发展十分迅猛。目前1.6Tb/sWDM系统已经开始商用，日本NEC和法国阿尔卡特公司分别实现了总容量为10.9Tb/s（273×40Gb/s）和总容量为10.2Tb/s（256×40Gb/s）的传输容量最新世界记录。

　　从技术上看，在5年左右的时间，实用化的最大传输链路容量有可能达到5Tb/s～10Tb/s。简言之，网络容量将不会受限于传输链路，焦点将集中在网络节点上。

2.核心光网络从点到点WDM走向光联网

　　普通的点到点波分复用通信系统尽管有巨大的传输容量，但只提供了原始的传输带宽，需要有灵活的节点才能实现高效的灵活组网能力。然而现有的电DXC系统十分复杂，从发展看无法跟上网络传输链路容量的增长速度。于是业界的注意力开始转向光节点，即光分插复用器（OADM）和光交叉连接器（OXC），实现光层联网。

　　从实现技术上看，OXC可以划分为两类，即采用电交叉矩阵的OXC和采用纯光交叉矩阵的OXC。前者可以比较容易地实现信号质量监控和消除传输损伤，更重要的是可以对小于整个波长的带宽进行处理，符合近期的市场容量需要。然而其扩容主要是通过持续的半导体芯片密度和性能的改进来实现的，无法跟上网络传输链路容量的增长速度，难以满足长远需要。另一方面，采用光交叉矩阵的OXC省去了光电转换环节，不仅节约了大量光电转换接口，而且容量可望大幅度扩展，随之带来的透明性还可以使其支持各种客户层信号，具有更长远的技术寿命，但近期的容量需求并不需要这么大容量的OXC。

　　光传送联网的一个最新发展趋势是引入自动波长配置功能。随着IP业务的爆炸性增长，对网络带宽的需求不仅变得越来越大，而且由于IP业务量本身的不确定性和不可预见性，对网络带宽的动态分配要求也越来越迫切。传统的主要靠人工配置网络连接的原始方法耗时费力，不仅难以适应现代网络和新业务提供拓展的需要，也难以适应市场竞争的需要。一种能够自动完成网络连接的新型网络概念———自动交换光网络（ASON）应运而生。在传统的传送网中引入动态交换的概念不仅是几十年来传送网概念的重大历史性突破，也是传送网技术的一次重要突破。

3.采用重叠网策略顺利完成向自动光联网的过渡

　　向自动光联网目标的过渡主要有两种基本演进结构，即重迭模型和集成模型。尽管两者都是以IP为中心的控制结构，都将应用简化的MPLS信令和基于下一代光网状网结构，但在管理应用上有很大的不同，基本反映了计算机界和电信界的不同思路。

（1）重迭模型

　　重迭模型又称客户－服务者模型，是ITU光互联论坛（OIF）和光域业务互连（ODSI）等国际标准组织和准标准组织所支持的网络演进结构。这种模型的基本思路是将光传送层特定的控制智能完全放在光传送层独立实施，无须客户层干预，客户层和光传送层将成为两个基本独立的智能网络层，而光传送层将成为一个开放的通用传送平台，可以为包括IP层在内的所有客户层提供动态互联。为此，这种模型有两个独立的控制平面，一个在核心光网络，即光网络层，而另一个在客户层，两者之间不交换路由信息，独立选路，最大限度地实现了光网络层和客户层的控制分离。

　　这种模型的最大好处首先是可以实现统一透明的光传送层平台，支持多客户层信号，不限定于IP路由器。其次，让客户层特定要求通过接口传送给光服务层，由光网络层来完成客户的连接要求可以屏蔽光传送层的网络拓扑细节，维护了光网络拥有者的网络秘密。第三，这种模型允许光传送层和客户层独立演进，也允许光传送层内的每一个子网独立演进。这样光传送层不会受制于IP层发展速度。第四，采用子网分割后，运营者既可以充分利用原有基础设施，又可以在网络其他部分引入新技术，不为原有基础设施所累。第五，采用这种方式后在网络运营商和客户层信号间有一个清晰的分界点，允许网络运营商按照需要实施灵活的策略控制。最后，这种模型可以利用成熟的标准化的UNI和NNI，比较容易在近期实现多厂家光网络中的互操作性。

　　这种模型的缺点是功能重叠，两个层面都需要有网管和控制功能。其次是扩展性受限，存在N的平方问题。还有，管理两个独立的物理网的成本较高，带宽利用率较低，存在额外的帧开销。最后，由于两个层面存在两个分离的地址空间，因此需要复杂的地址解析。

　　总的看，目前这种模型最适合那些传统的已具有大量SDH网络基础设施而同时又需要支持分组化数据的网络运营商。

（2）集成模型

　　集成模型又称对等模型或混合模型，是IETF所支持的网络演进结构，为此IETF提出了通用的多协议标记交换（GMPLS）概念。基本思路是将IP层用于MPLS通道的选路和信令经适当修改后直接应用于包括光传送层在内的各个层面的连接控制。

　　这种模型的基本特点是将光传送层的控制智能转移到IP层，由IP层来实施端到端的控制。此时光传送网和IP网可以看成是一个集成的网络，光交换机和标记交换路由器具有统一的选路区域，两者之间可以自由地交换所有信息并运行同样的选路和信令协议，实现一体化的管理和流量工程，消除了不同网络区域间的壁垒。敷设统一的控制面可以消除管理具有分离的、不同的控制和操作语义的混合光互联系统而带来的复杂性。

　　然而采用这种模型时光网络层只能支持单一的客户业务，难以支持其他业务，失去了对业务的透明性，这对多数运营商并不适合。其次，为了实现路由器对光传送层的全面控制，必须对客户层开放光传送层的网络拓扑等细节，这在多数情况下是行不通的。最后，这种模型必须在IP和光传送层之间有大量的状态和控制信息需要交换，从标准化的角度较难实现光传送层的互操作性。

　　总的看，这种模型较适合那些新兴的同时拥有光网络和IP网的ISP运营商，从长远看，也适合于传统的电信运营商。

　　在某些场合下，有可能将上述两者结合在一起，形成所谓的混合方式。基本思路是对于由同一个运营者拥有的光网络和IP网部分可以集成在一起，按集成模型管理，而将该光网络与其支持的其他客户层信号（IP信号和其他非IP信号）部分按重迭模型管理。

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