下一代网络的结构及其标准化问题_NGN及软交换

下一代网络的结构及其标准化问题

彭扬 2003/02/10

1 下一代网络的概念和特征

　　尽管大家都同意下一代网络是网络融合、演进的发展方向，而且在全球范围内也展开了多种类型的试验和应用，例如中国电信在北京、上海、广州和深圳等4个城市开展了下一代网络的试验。但是就下一代网络具体定义来说，业内还没有统一的共识。

　　欧洲电信标准化委员会（ETSI）认为：下一代网络只是在电信和信息领域用来指代业务基础设施变化的一个代名词，它包含了针对PSTN/ISDN/GSM Phase 2以后的所有网络发展趋势。国际电联（ITU-T）下一代网络标准化小组提出：下一代网络应是PSTN、移动通信网和分组网（ATM/IP）的融合，未来的网络应在统一的分组化（Packet Transport）网上支持各种业务。

　　下一代网络是一个定义网络和配置网络的概念，它通过对网络分层分面的划分以及开放标准接口的采用，可以为业务供应商和电信运营商提供一个统一的业务平台，从而按部就班地创造、配置和管理业务。

　　下一代网络主要有如下特征：呼叫控制与传送功能分离；业务和网络分离，业务控制层独立于承载层资源，业务满足可移动性（mobility）；在业务控制和资源控制之间提供开放式体系架构和标准接口；提供业务相关的应用编程接口（API）来支持创造、配置和管理各种业务；网络业务层分组化。

　　总的来说，下一代网络不仅应能给业务运营商提供实现多种增值业务的机会，还应大大提高用户业务的灵活性和服务质量。

2 下一代网络的结构

　　发展下一代网络的目的是充分利用网络资源，尽最大可能实现性能价格比的最优化。将传统的电路交换网和数据交换网相融合到分组化网是一个渐进的过程，业界当前有重叠网和混合网两大过渡策略。这里将介绍基于现有网络结构的未来几种可能的网络结构解决方案，并根据ITU-T的研究提出下一代网络的配置参考模型和业务参考模型。

（1）传统的PSTN

　　传统的PSTN是目前全球规模最大的电话业务网，采用电路交换技术，主要由接入网、传输网和骨干交换网组成，并由No.7信令网络控制。虽然传统的PSTN的服务质量（QoS）优良、延时（latency）较低，但电路交换使得传统的电话交换网结构复杂、电路数量过于庞大，新电信运营商进入市场的初期成本巨大。研究表明，在美国，一个本地电信运营商至少需要500万美元的交换设备才能服务于有2万用户左右的新本地局。因此传统的大型电话用户交换机存在着计费麻烦、补充新业务复杂等问题。

（2）IP网的结构

　　传统的本地IP网络向商业用户及住户提供尽力而为（Best Effort）的数据业务，因特网（Internet）、企业内部网（Intranet）和企业外部网（Extranet）是其主要的组网对象。其组网方便，初期投入设备成本相对较低。传统的IP网络基于IPv4协议组网，可提供一定程度的语音服务，如Centrex IP和VoIP，但不提供差分业务（differentiated service）功能和服务质量（QoS）保证。现有的IP网络由接入部分、边缘部分和核心部分组成：接入部分处于用户和边缘路由器之间，边缘路由器通过接入服务器会聚用户业务流，其中窄带固定用户经PSTN／ISDN通过窄带接入服务器接入IP网络，窄带移动用户经GSM网络同样通过窄带接入服务器接入IP网络（如果窄带接入服务器所面向的是语音业务，它也可称为IP电话网关，提供VoIP业务接入），宽带固定用户可经xDSL和本地网（LAN）或有线电视网由宽带接入服务器接入IP网；边缘部分包括边缘和边界（Boder）路由器；核心部分则由核心路由器组成。

（3）VoIP（H.323＆SIP）重叠网的结构

　　下一代网络在网络结构上的一个主要特征就是在传输功能和控制功能之间采用网关。传统电信业务运营商不可能放弃已经投入巨资安装的电路交换机，为了避免不断增长且长时间在线的拨号上网业务流量对电路交换网络造成的瓶颈效应，并向用户不断提供新业务以保持竞争优势，国际电联推荐采用由VoIP向下一代网络演进的方案。VoIP目前有ITU-T的H.323和IETF的SIP（Session Initiation Protocol）两套实施标准。基于网守（Gatekeeper）概念的H.323非常类似传统的电话协议，它规定了基于分组网进行两点/多点实时媒体通信的系统逻辑组件、消息定义和通信过程；SIP则更像一个Internet范畴的协议，它定义了一套用于创建、修改、终止IP会话的信令协议，包含SIP用户代理（SIP user agent）和SIP网络服务器（SIP network server）两个基本组件。尽管SIP以其简单灵活的特性得到了多方青睐（UMTS中选择SIP），但是笔者认为H.323和SIP均会长时间在下一代网络中占领一席之地并且互联互通。VoIP（H.323&SIP）重叠网的网络结构，它表明了下一代业务网络的演进趋势。

　　网关：（Gateway）负责IP网络和PSTN间媒体流（media stream）的互联互通，信令网关（Signaling Gateway）负责No.7信令和IP信令的互联互通，网守负责所有服从H.323协议的节点（网关和终端），SIP网络服务器负责完成用户名解析和用户定位，SIP用户代理是呼叫的终端。由于现有的VoIP网络不能满足服务质量的要求，因此在VoIP结构中引入了媒体控制器（MGC）和警戒服务器（Policy Server），依照Megaco/H.248协议，它们通过控制网络资源并实现服务质量管理（整型、警戒和标记）来满足下一代网络对服务质量的要求。移动通信网在网络结构上可参考该配置。

（4）骨干传输网的网络结构演变

　　在全球骨干网容量不断扩充和DWDM系统迅速普及的情况下，光网络市场出现了巨大的机会。从某种意义上来说，网络运营商需要更有效和更经济的手段来管理多波长网络，以避免资源浪费。设备供应商在骨干传输网发展的总体趋势是提供光层网络的动态管理，在光层面上既完成传输功能又完成交换功能，这对从电路交换到分组包交换的转换非常重要。业界专家普遍认为，骨干传输网的网络结构应由简单的点到点传输向光联网演进。但我们也应注意到光核心网的变化只是一场革新（evolution），而不会是一次革命（revolution）。网络运营商曾经计划利用现有的智能宽带数字交叉连接系统（DCS）和采用光疏导型交换以及光波长交换来实现下一代骨干传输网——光联网。运营商们一般都采取根据实际的业务需求来设计骨干传输网发展的战略，也就是充分利用现有的核心DGS平台，直到不能满足业务需要时再发展光交换。

　　我们可以发现，当网络的业务量达到需要采用多波长技术通过核心网时，光集成（aggregation）和交叉连接功能会由骨干传输网的核心层转到边缘层，核心层由光交换负责管理和疏导，从而发展成光网型集中结构，完成由简单的点到点波分复用（WDM）传输向光联网演进。

（5）下一代网络的参考配置模型

　　目前，下一代网络的总体发展方向主要是应用分组化（packet）的基础设施。下一代网络作为将来的主要网络结构，如何充分利用现有的网络基础演进是其成功的关键。为此，ITU-T提出了下一代网络的垂直参考配置模型。

　　在下一代网络的垂直参考配置模型中主要包括以下3个层面。

·应用层（Application Layer）。主要负责业务接入以及业务逻辑的相关处理，如业务生成、业务逻辑定义和开放应用业务编程接口以及业务的管理等功能。

·业务控制层（Service Control Layer）。主要由媒体网关/软交换控制和IP业务交换功能组成，包含呼叫控制和路由选择等流程。该层是下一代网络的中枢，负责业务功能与呼叫控制的分离、业务功能与承载功能的分离。

·网络传送层（Network Transport Layer）。此层由媒体网关、各种接入方式和传输方式组成。媒体网关（Media Gateway）在该层负责适配语音和其他媒体流到分组传送（Packet Transport）网络，它可以在电路交换网的承载通道和分组网的媒体流之间进行转换。用户业务在该层连入网络并集中再传送至目的地。

3 下一代网络的标准化问题

　　下一代网络是一项巨大的系统过程，它涵盖的技术涉及电信、计算机以及广播电视等多个领域。参加下一代网络标准化活动的国际组织有3GPP、CTSI、ETSI、IETF、IMTC、ISC、ITU-T、MPLS Forum、MSF、PARLAY、T1、TIA、TMF和TTC等十几家。

（1）网络结构与协议

　　目前，很多标准化组织把下一代网络工作的侧重点放在了网络接入技术上。如何完成接入网间和交换网间的互联互通不仅关系到网络运营商的成败，也直接影响到设备供应商的发展战略。然而，我们现在对于下一代网络的总体结构以及各种下一代网络间的互联互通协议却缺乏研究。例如，如何解决同时拥有3G和xDSL终端的用户享受下一代网络移动性的需求（在下一代移动网和下一代固定网中，用户可以通过内部协议定义自身信息给不同的终端）？下一代网络的总体规划对网络运营商也非常重要，开放的结构体系和标准接口到底是什么？这些都需要更细致的标准化工作。

（2）服务质量（QoS）

　　现有的IP网络还不能保证某些业务的服务质量。前面提到下一代网络结构的一个重要演进策略就是融合现有的电路交换网络和VoIP网络。IP网络采用先进的数字信号处理技术和统计时分复用技术进行语音编码及压缩，在降低了带宽成本的同时也带来端到端的服务质量问题。如何在不同的网络间定义统一的服务质量标准直接关系到用户的满意程度。对于下一代网络来说，服务质量（QoS）的定义不能局限于语音业务，还应包含数据和视频等多种媒体流。

（3）业务平台

　　下一代网络相对传统网络有两个“新”观点：业务控制和低层配置分离以及业务控制功能从电话领域扩展到多媒体领域。业务提供商可以独立于网络运营商而存在。这就要求位于第三方的业务提供商使用能够提供开放接口的网络业务平台。下一代网络的终端用户不仅能向现在的GSM用户那样选择不同的GSM网络提供商，在网间进行漫游，他们还能够接入不同业务层，选择不同的业务提供商，实现业务层漫游。

（4）网络管理

　　各种各样的网络（固定网、移动网、IP网、传输网和接入网等）融合形式已经使网络管理变得很复杂，而在各个网络层面上现有的和新增的各种业务更是增加了网络管理的复杂性。因此，ITU-T SG4基于原有网络管理模型研发统一的网络管理平台来满足各种不同系统和用户要求。其主要工作是加强核心网的网管结构研究和基础网络管理服务的定义，为下一代网络的网管要求（故障、性能、用户管理、计费、流量和路由管理）规范参考模型和接口。

（5）网络安全

　　下一代网络的网络安全的主要任务是：发展一个复合的网络安全结构；开发下一代网络专项安全协议和应用编程接口（API）。下一代网络安全的难点在于下一代网络已不是一个具有清楚接口的网络，网络安全的工作必须基于开放的API和具体应用来开展。

4 结论

　　发展下一代网络的主要目的就是要充分利用先进技术和网络资源提供更多更好的增值业务，从而在最大可能降低网络运营商的固定投资和运营成本的同时，大大地提高他们的运营收入。因此，如何规划下一代网络的网络结构发展战略对于网络运营商来说至关重要，因为它直接关系到在整个演进过程中如何降低网络设备的固定投资成本，从而在电信市场上保持竞争优势的问题。下一代网络结构的演进发展战略应该根据已经安装（或者准备安装）的具体网络规模、运营商在当地的目标用户数量和业务种类以及网络运营商的未来的总体扩张战略来分情况分阶段制定，所以笔者认为不可能对下一代网络的发展提出一个总体的或通用的时间表或是解决方案的建议。但是，我们也应该看到，网络演进的最终方向是基于分组交换的网络，无论如何演进，传统的电路交换网都会和新技术网络共存一段时间。当前网络演进的关键是充分利用现有网络资源，应积极研究下一代网络重叠网的发展模式，为下一代网络的发展做好准备。

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