NGN技术和标准体制最新进展
——下一代网络当前须分析和解决的问题
赵慧玲 2003/05/06
下一代网络（NGN）是用来描述未来电信网使用的一个广泛的概念。它出现于上世纪90年代末，当时的形势是：电信市场在世界范围内开放竞争，互联网的广泛使用使数据业务急剧增长，用户对多媒体业务产生了强烈需求，用户对移动性的需求与日俱增。但时至今日，运营商、制造商和服务提供商对NGN仍看法各异。 NGN并不是一个新的专用词汇，一般泛指采用了比目前的网络更为先进技术或能够提供更先进业务的网络。NGN包含的内容非常广泛，并且随着技术与业务的发展，内涵不断扩大与改变。NGN更像一把大伞，从目前的情况来看，在传输基础设施方面，指全光智能网（ASON）；在IP网络方面指IPv6；在移动网络方面指超3G；在业务网络方面指软交换等。
下一代网络将具有更广阔的业务范围。其主要目标是：支持话音、实时的多媒体业务，缩减服务投向市场的时间，支持多种接入方式和多种接入终端，支持移动性，确保现有网络的平滑演进以及具有经济、开放和可扩展的网络结构。
目前，许多国际标准化组织均积极参与研究下一代网络技术，特别是ITU－TSG13研究组，牵头立项NGN2004Project来研究NGN相关技术，提出了NGN的功能模型，分析了NGN对移动性的要求以及NGN需要研究和解决的问题。总体来说，NGN是一个长远的目标，在此过程中有许多尚待解决的技术和标准体制方面的问题。随着信息技术及设备的不断改进，用户必将在未来的网络中得到更广泛、更高质量的服务。
NGN网络需要分析和解决的问题包括以下几个方面。
———NGN通用框架模型。研究NGN通用体系原则，以体现NGN中控制功能与资源、业务和传送等分离的特性。研究NGN网络功能体系模型，该模型将提供如何应用功能性方法定义NGN功能体系的准则。
———NGN网络功能体系和协议。重点考虑使用通用的参考模型来标识运营商内或运营商间支持NGN所需要的通信流程；定义与传统终端所需要的互通功能；定义BICC协议用于中继层面；确定跨越异构网络如何支持端到端业务、呼叫控制和用户移动性；规定NGN终端中有关软件升级机制、冗余和版本协商及管理的功能要求等。
———服务质量问题。服务质量（QoS）是在分组交换网络上支持实时应用所需考虑的最重要因素。由于分组交换网络固有的无连接的特征，使得端对端的QoS保证并非轻而易举，因此，QoS已成为当今网络技术研究、标准化工作的一个极为活跃的课题。人们试图通过提供多种可选的服务来改进或增强IP网络原有的“尽力服务”能力，然而实现途径却五花八门。如IntServ基于数据流、DiffServ基于包处理，而MPLS却基于虚拟电路来保证某种程度的QoS。这些方法均有各自的特点和缺陷，有的还只适合某个特定网络环境或部分网络。也曾经有过一些开拓性的研究（例如，IETFRFC2998），试图通过综合采用多种方法途径弥补单一手段的不足。但目前各设备制造商实现QoS的方式不尽相同，对QoS的理解也很不一致，成为端到端QoS未能得到有效保证的主要障碍。
ITU－TSG13制订了建议草案Y.qosar“分组网络QoS参考体系结构”。该建议草案在对电路交换和分组交换网络实现QoS方式的特征和异同分析的基础上，从应用和网络角度，概括分析了不同应用对QoS有不同要求和网络对不同类型的业务提供相应的响应的方式，提出了达到综合效果使用该业务的用户感到满意的QoS参考体系结构的目标要求，即实现IETFRFC2990中定义的以保证QoS实现并有效使用网络整体资源的6种可能服务响应控制方式：控制网络服务响应以保证每个服务元素响应的稳定性和可预测性；控制网络的响应保证每个服务元素的响应等级不低于要求的保证门限；允许预先建立所需的网络响应；控制资源的竞争，保证服务元素对网络资源的优先权；控制资源的竞争，约束服务元素对网络资源的非公平占用；使网络利用更高效。
建议草案Y.qosar明确定义了与网络能力、DiffServ、MPLS、IntServ等实现QoS的具体方式无关的基本QoS构建模块，通过不同的方式把这些块组织起来，就可以控制网络提供业务所要求的响应。同时也考虑了实现QoS对安全的影响及相应机制。
QoS是一个端到端的问题，主要研究不同端系统如何实现端到端QoS的协商，定义上层协议控制低层的QoS参数以及传送平面和接入平面的QoS保证措施。目前讨论比较多的是承载层面如何保证服务质量，而在业务层面如何控制承载层面来保证网络资源，达到服务质量保证的目的是非常重要的。但目前还没有令人满意的解决方案。其中控制层面对低层的QoS控制可以从两个层面来实现：一是通过上下平面之间的“垂直”协议将上下层之间的QoS机制联系起来，另外就是在“水平”层面实现不同域或网络之间的QoS控制和协商。
总体来说，研究的内容主要包括：端到端电话业务的QoS等级；端到端多媒体业务的QoS等级，定义其框架，研究QoS注册方法；如何使用网络低层的QoS机制获得高层QoS对低层QoS机制的研究；研究运营商间网络低层QoS控制机制；研究QoS的端用户规则。
———业务平面。NGN很重要的一个方面就是将业务控制和底层网络分离，要实现此目标，需要业务平面向三方业务提供商提供开放的接口，如ParlayAPI和/或代理服务器，此外，业务必须能够支持位置移动性，即当用户漫游到其它网络时仍然可以享受服务。具体研究内容包括：定义业务控制体系结构；研究如何实现漫游时的业务使用以及不同网络之间的业务互联；研究如何实现用户对业务的定制和管理；用户移动性对业务平面的影响。
———网络管理。由于NGN网络由固定网、移动网、IP网和接入网等组成，这导致了对这样网络网管的复杂性和挑战性，因此应研究完善和增强核心网络管理的体系；定义适用于NGN要求（故障管理、性能管理、客户管理、计费/账务管理、业务量和路由管理等）的基本网络管理业务和接口；应用新的网络管理体系概念和新的网络管理技术，例如TML等。
———安全。在NGN网络中，网络安全关系到网络体系、QoS、网络管理、移动性、计费系统和账务系统，因此有必要开发NGN的安全性体系和安全性准则以及开发NGN所需的安全性协议和API接口。
———广泛移动性。广泛移动性是指当用户采用不同的接入技术时将作为一单个客户来处理，允许用户跨越现有网络边界使用和管理他们的业务。对用户的移动性要求包括：用户有能力改变接入点或终端，并作为mobile/nomadic用户；用户可以应用各种接入技术从任何网络接入点接入到网络；用户可以得到连续性的服务和网络应用，这些业务和网络应用可以由网络运营商、业务提供商或第三方提供。对于移动性应考虑网络的业务能力以支持个人的移动性、终端的移动性以及他们的组合。为了支持上述要求，ITU在NGN的研究中，应充分考虑业务的需求，要求网络具有识别（Identification）和认证（authentication）机制、接入控制和授权（Authorization）功能、位置（Location）管理、支持终端或会晤（session）的IP地址分配和管理功能、支持用户VHE管理功能、支持用户管理功能等。
注：作者赵慧玲为中国电信集团北京研究院副院长，国家网络与交换标准研究组主席，国家IP与多媒体标准研究组副主席，国家863通信主题专家组成员。
背景资料
下一代网络的特点
下一代网络是一个很广义的范畴，旨在改革现有电信网和信息产业的基础设施，以支持更广泛的业务，其特点是：基于分组传输、呼叫控制与承载相分离、支持各种业务、可与现有网络互通、支持移动性。
下一代网络功能模型包含四个层面，每个层面又可包含子层或其它部分。不同平面之间可以互相通信，具体如下。
——应用平面：由应用和中间件两部分组成。其中中间件是GII定义的一些通用软件。典型的中间件组件如鉴权、计费、目录、安全、浏览、查找、导航、格式转换等。应用平面不仅向大众用户提供服务，还向运营支撑系统和业务提供者提供服务支撑。
——网络控制平面：提供端到端的呼叫/会话控制，对底层自动交换传送网络（ASTN）的控制以及信令处理功能。
——传输平面：包含网络的下三层功能，第一层的交换和传输，第二层的转接和交换以及第三层的交换和/或路由功能（可选）。
——管理平面：提供远程和本地管理能力。
此外，NGN体系还需具备与现有的电路交换网互通的互通功能（IWF）。
NGN 的端到端服务质量保证
下一代网络不仅要使在一次通话中所涉及的网络各元素满足端到端的QoS的要求，而且要合理设置参数以使上层协议可以用来控制传输和接入层面的资源以保证QoS。QoS控制在电话系统和多媒体系统中是有差别的，因为后者不仅要进行综合处理，还要针对单个媒体流进行处理。同样，底层的QoS控制机制也分为两个部分，即连接上层和下层QoS机制的垂直协议和连接不同域或网络的下层QoS控制之间的水平协议。
下一代网络在解决端到端的QoS问题上应着重研究以下几点：完成包括基于分组话音在内的电话系统的端到端的QoS等级定义；定义端到端的多媒体QoS等级和单个媒体流注册QoS等级的方式；指明在网内如何用低层的QoS机制获得高层的QoS；低层的域内QoS控制。
PSTN的路由方式是基于电路的概念，即在整个通话期间建立端到端的电路连接。这样，通话中两个端用户之间的任何信息总是经过相同的物理通道传送的。在这种路由方式下，一旦通话建立，就可以直接保证所要求的传输特性。这种从支持电话交换中产生的模式也被ITU－T用于数据通信标准的虚电路定义中。这个概念在X.25中被使用，后来又用于帧中继和ATM网络中。
相比之下，IP路由方式避免了为建立和维持虚电路所需要的机制。IP的QoS主要处理可分配带宽、等待时间控制、抖动控制和包丢失。一直以来，IP网络都支持所谓的尽力而为的包传送。这样，不同类型的业务没有被区别对待，并且信息包到达的次序以及是否能够准确到达都得不到保证。不管端对端的QoS要求是什么，在网络层，信息包都是逐跳传送的（即从一个路由器传到另一个路由器）。每个路由器把新到达的包进行排队，然后，根据路由表把它们转发到与之相连的最适合的路由器或目的主机。大多数路由器采用先进先出的排队机制以保证对所有的包公平，也正是这个原因没法设置优先级。
QoS结构框架的关键是使用通用的网络机制，把网络业务响应转换成可以具体到网络元素的业务请求，在网络元素之间发送信号以及控制和管理跨网业务量。QoS架构可分为三个平面。
——控制平面：由处理用户业务流路径的一系列机制构成。这些机制包括准入控制、QoS选路、资源预留。
——数据平面：由直接处理用户业务的一系列机制构成。这些机制包括缓冲器管理、避免拥塞、标记分组、排队和时序安排、业务分类、业务管辖、业务整形。
——管理平面：由处理网络的操作、运行、管理的一系列机制构成。这些机制包括服务标准协议（SLA）、业务预定、计量和记录。
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