下一代网络的发展趋势以及需要关注的若干问题_NGN及软交换

下一代网络的发展趋势以及需要关注的若干问题

石友康　 2005/06/06

　　摘要　本文首先讨论了下一代网络(NGN)技术的发展趋势以及需要关注的几个问题，包括IMS支持固定业务接入需要进行的研究工作、用户游牧控制问题、QoS问题、网络安全问题等，然后介绍了中国关于NGN方面标准化工作情况。

　　关键词　下一代网络　软交换　服务质量　网络安全

1、NGN技术发展趋势

　　NGN是目前通信业界关注和探讨的一个热点话题，人们希望通过NGN来解决目前网络中的许多问题，如网络安全问题、QoS问题、网络融合、前后向兼容平滑演进以及可赢利商业模式等。但客观说来，NGN目前依然存在不少问题和困惑，包括缺乏统一有效的定义，基本结构、阶段目标与长远目标、具体实施策略等尚不明确，国际上一些电信标准化组织和论坛的观点也不尽相同。

1.1　ETSI有关基于IMS的NGN网络架构的建议

　　IP多媒体子系统(IMS)可看作为多种多样的移动多媒体业务提供的一个平台。IMS的基本协议基于IETF已有标准，增加了支持移动性的扩展，包括SIP、Diameter、COPS等。

　　IMS的主要技术特点包括：会话控制基于SIP；采用IPv6地址(目前IPv4地址也在研究中)；用户业务接入全部由归属网络控制；独立于接入(IMS与下层IP接入网络相独立，WLAN也可以接入)；绑定机制(通过G0接口建立SIP会话和GPRS会话之间的关联，实现QoS和计费管理)。

　　基于IMS的网络框架易于引入面向SIP应用的多媒体业务，在安全管理、QoS控制、计费等方面具有较强的优势。虽然目前NGN的业务种类还在讨论中，但已明确将包括基于SIP的业务(如会话服务、呈现和即时消息)、非SIP的业务(如视频流媒体和广播业务等)、PSTN/ISDN的替代业务(即PSTN/ISDN仿真)等。基于IMS的NGN网络架构包括资源和接纳控制子系统(RACS)、网络附着子系统(NASS)、IMS、PSTN/ISDN仿真子系统和其他多媒体子系统和应用，如图1所示。

图1　基于IMS的NGN网络框架

　　PSTN/ISDN仿真子系统：PSTN/ISDN仿真是为连接到IP网(经过网关)的传统电话终端仿真PSTN/ISDN，使所有PSTN/ISDN业务保持可用和一致，这样终端用户不会意识到没有连接到基于TDM的PSTN/ISDN。

　　IP多媒体子系统：由提供IP多媒体业务(例如语音、视频、文本、聊天等)的所有构架在分组传送网上的核心网单元构成。

　　流媒体子系统：随着宽带接入技术的成熟，网络传输的瓶颈正在被打破，实时的高质量流媒体传输已成为可能，这为流媒体的发展奠定了良好的基础。同时，音频和视频编解码技术的进步和网络流媒体协议的标准化也为流媒体的广泛应用起到重要的促进作用，使得基于流媒体传输的应用得到了越来越多的重视。随着视频点播、远程教学、交互游戏、Internet TV等业务的广泛开展，流媒体已经在一定程度上改变了人们使用网络的方式。

　　网络附着子系统：它应该提供下列功能，IP地址分配(例如使用DHCP)；发生在IP层的鉴权，可能是在地址分配程序期间或之前；根据用户业务清单(profile)的网络接入授权；根据用户业务清单的接入网配置；发生在IP层的位置管理。

　　资源和接纳控制子系统：它应该提供接纳控制和关口控制功能(包含NAPT控制)。接纳控制涉及到根据运营商的具体策略/规则和资源，检查接入网附着子系统保存的签约数据的授权。检查资源可用性意味着接入控制功能应校对被请求的带宽是否与预定的带宽和用户使用的带宽一致。

　　目前，ETSI TISPAN在NGN标准方面的研究比较领先，多媒体子系统已经确定应用IMS架构，TISPAN NGN R1版本标准研究基本按计划进行，功能架构基本稳定，相关的业务流程和信令方面的工作基本同步进行。

　　1.2　ITU有关NGN研究的进度

　　ITU-T SG13负责对NGN的总体研究，虽然它在NGN的标准化方面进行了大量的工作，并在2004年2月推出了11个NGN标准草案，但目前仍只是处在框架的范畴，无法满足业务发展的需要。同时ITU在引导电信发展方向上也愈来愈力不从心，3GPP、3GPP2等在3G的标准化上已占据了主导地位。NGN作为当前的热点，目前方向尚不明朗，而ETSI在IMS基础上所进行的NGN的标准化工作将有可能成为NGN的事实标准，这也将对ITU-T构成一定威胁。为此，需要加速NGN标准制定工作，ITU-T于2004年5月成立了FGNGN(NGN焦点工作组)，FGNGN主要是在继承第13工作组的基础上，重点面向NGN领域的关键技术展开工作。

　　FGNGN的工作是从三个方面展开的：一是在3GPP、3GPP2的IMS基础上，制定ITU的IMS的第一个版本，这是一种基于SIP的业务系统或业务平台；二是研究未来基于分组技术的数据网；三是继续ITU-T NGN JRG的工作，包括：QoS问题、NGN的体系结构、安全问题、移动游牧问题、网络的演进等。FGNGN计划分为三个阶段颁布NGN的相关标准，目前已经在NGN业务总体要求、功能体系架构、IP QoS、控制和信令要求、网络演进和安全等方面提出了较为具体的要求，处于需求分析和定义阶段。

　　1.3　基于IMS的固定NGN已经成为未来发展方向

　　在标准方面，基于SIP的3GPP IMS是目前比较完善的体系结构，ETSI、ITU-T等已经有在固定领域应用IMS架构的明确倾向，以后的固定NGN的多媒体域网络架构将可能基于3GPP IMS发展。同时，ITU-T、ETSI所定义的NGN业务需求包括了通信、信息、娱乐等业务，移动性已经成为固定NGN的一个重要需求，NGN将在IMS架构基础上扩展支持固定接入和其他融合业务。

　　在运营商方面，部分先进运营商，如英国电信、法国电信等已经明确提出在固定IP多媒体域，甚至PSTN电路域应用IMS架构的思路。很多运营商希望基于IMS的网络架构成为NGN的统一业务控制平台，支持多种接入技术和多种业务。

　　在设备厂商方面，不少电信大厂商已经加大IMS在固网领域应用的研究，积极参与基于IMS的NGN标准制定。

　　因此基于3GPP IMS架构扩展支持固定网络接入需求和未来网络的各种业务需求，以便实现未来固定、移动网络在核心业务控制层的共享和融合，并提供对高层多种业务的支持已经成为固定NGN的发展方向。

2、需要关注的问题

　　2.1　IMS支持固定业务接入需要进行的研究工作

　　基于IMS的网络架构建立NGN体系，在技术层面目前只是定义了网络框架，对于功能实体定义和工作流程等方面的工作尚没有开始。在具体技术实现和协议层面，由于移动网络与固定网络之间的差异，需要在原有IMS规范的基础上进一步研究以下内容：

IMS要求强制使用IPv6，而其他固定接入网络不强制要求支持IPv6，这意味着必须考虑IPv4，也就要求必须支持NAPT功能。

固定网络不强制要求最终用户设备支持UICC(universal integrated circuit card)，这意味着必须考虑替代的鉴权过程，即固定网络终端可以通过其他方式进行鉴权。

在无线网络中，由于接口资源有限，在一些协议功能方面需要特别的处理，例如采用SIP压缩功能等。而对于固定网络，将不着重考虑带宽的限制，这将会导致把当前的一些必选功能作为可选项。

在信令接口和计费接口上，移动网络与固定网络由于位置管理存在差异，所有涉及位置信息的协议都会受到影响。

在接入网中，固定网络和移动网络资源预留过程的差异需要更改IMS资源授权和预留过程。

　　2.2　用户游牧控制问题

　　目前的IMS网络只解决了业务层的游牧控制，接入层的游牧控制并未解决，特别是在固定网络接入中，由于接入是不可控的，固定接入用户游牧后，通过接入传送层网络在归属地网络接入业务控制系统，IMS网络中仍无法识别用户的漫游，尽管能为用户提供归属地的业务，但计费问题仍然没有解决，因此需要通过接入层的游牧控制配合来提供完整的用户游牧控制解决方案。

　　2.3　QoS问题

　　NGN业务对实时性的要求很高，因此对网络的QoS提出了很高的要求，能否保证QoS是NGN能否能成为未来统一平台的关键，而这很大程度上取决于NGN所基于的分组承载网络。目前基于分组承载网的各种QoS解决方案主要关注于承载网络设备的QoS处理能力，更多的是基于分组承载网络设备的实现技术(如CAR、整形、队列调度、优先级标记及DiffServ等)，这些具体的技术是所有QoS实施的基础，但不是NGN QoS关注的重点。NGN需要从网管/资源方面实施相应的QoS控制策略，需要有一个全网的QoS解决方案。因此NGN是否需要带外QoS信令，即是否需要构建一个具有高可靠性、高效性和可伸缩性特点的带外信令基础设施将有待进一步的探讨。另外，NGN的QoS问题主要是接入网/城域网QoS问题，在NGN的QoS指标分配中，应该给接入网/城域网分配多大比例也是应该考虑的。

　　2.4　NGN安全问题

　　NGN没有UNI和NNI的区别，在承载层面是相互可见的。运营商网络设备、协议甚至拓扑对用户来说都是可见的，用户侧产生的IP信息既有可能在用户侧终结，也可能在网络中终结，这就使得用户侧有机会与运营商网络交换非法路由信息，也可攻击运营商网络的路由器和控制设备等。另外，位于网络边缘的用户侧网络、业务和应用一般都使用TCP/UDP/IP技术，用户之间在承载层和应用层都相互可见。这种要在通信过程中才确定信任关系的不面向连接的工作方式为用户之间的相互攻击提供了方便。因此非常有必要阐明和开发NGN安全体系架构，提供网络和用户资源保护，允许高度分布性的端到端智能和多网络技术共存，提供端到端的安全机制及应用于多个管理域的端到端安全解决方案，确保终端以安全方式接入到NGN。

　　2.5　软交换是NGN发展不可逾越的一个阶段

　　NGN是一种目标网络和理想化的网络，其发展是现有网络按NGN概念与框架要求逐步演进完善的长期过程，决不可能轻而易举地一步到位。以软交换技术为核心试验探索及启动实施PSTN向初级NGN的融合演进，使NGN期望的低建设成本、低运营开销、有效的平滑演进等优点能具体有所体现。

　　随着软交换体系架构的完善、软交换相关标准和协议的成熟以及产品的商用化，越来越多的运营商为了应对外界和自身的种种挑战，开始有规模地部署软交换商用网络。因此软交换是NGN发展不可逾越的一个阶段。这一阶段主要集中于NGN基础结构的建设和现有PSTN向NGN的持续演进，以及采用软交换技术进行交换机的网改和替换。在这一阶段，分组网络的建设具有“低成本、高带宽、多业务综合承载”的特性，人们对低成本的长途通信和高带宽的多业务承载有很高的需求，加上多运营商的激烈市场竞争都大大地促进了NGN的发展。

　　2.6　软交换未来的演进方向

　　在TISPAN定义的NGN网络架构中，业务子系统包括PSTN/ISDN仿真部分，但PSTN仿真子系统的实现架构尚未统一，目前采取并行研究基于IMS和呼叫服务器两种架构的方式。

　　基于IMS架构的方式中，PSTN仿真和IMS可以共享一个通用的网络架构，但是要把PSTN仿真完全分离到AS(接入服务器)中，AGCF和PSTN AS间接口需要重新定义(标准的ISUP和SIP都无法支持)；PSTN业务难以完全继承，如热线业务，需要把用户摘机事件上报PSTN AS，而在这种架构下很难实现。如果重新设计，完全继承PSTN业务，需要大量的标准化及产品化工作，需要很长时间，而且仅支持传统PSTN业务，代价太大。在完全基于IMS架构中，软交换蜕变为AGCF，不处理业务，仅实现H.248到SIP/SIP-I的协议转换。

　　基于呼叫服务器的PSTN仿真子系统架构可以完全继承PSTN业务，但是PSTN仿真和IMS为两个完全独立的域，PSTN仿真难以演进融合到IMS，无法实现网络控制层的统一和融合，同时难以支持语音、多媒体融合业务。

3、国内NGN标准化进展情况

　　为了配合NGN在我国的逐步建设，中国通信标准化协会各技术工作委员会密切跟踪国际上NGN标准的发展进程，研究制定我国NGN的相关标准，积累了大量资料和经验，并取得了一定成绩，为我国NGN/软交换网络的建设、网络的演进、设备的开发、研制和引进做好充分准备。在NGN总体标准方面，正在对NGN网络框架规范、NGN业务平台/体系、NGN网络管理技术、NGN端到端的QoS、NGN网络安全、NGN广泛移动性技术等标准进行预研；在软交换相关标准方面，已开始研究软交换网络框架体系，基本完成了软交换、移动交换服务器、ATM中继媒体网关、IP中继媒体网关、综合接入媒体网关、媒体网关控制器、信令网关、基于软交换的应用服务器、基于软交换的媒体服务器、综合接入设备(IAD)、SIP服务器、软交换业务接入控制设备等组网设备的标准制定，基本完成H.248、BICC、SCTP、M3UA、M2UA、MGCP、Parlay、M2PA、IUA、V5UA、Diameter、IP网络上传送电话选路协议(TRIP)、SIP等组网协议的标准制定，基本完成软交换的业务体系、SIP/MGCP/H.323/H.248/SNMP协议穿越NAT等标准的制定；在网络管理方面，基本完成基于软交换的综合网络管理系统(NMS)和综合接入设备管理系统(IADMS)等标准的制定。目前正在重点开展对NGN架构、PSTN/ISDN向基于软交换的NGN演进策略、固定网络/移动网络融合技术、IMS在固定网络中的应用、NGN业务层总体技术要求、NGN资源管理、NGN网络安全技术、网络融合对网络资源的影响等课题的研究。

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