下一代網(wǎng)絡(luò)的研究

2019-11-03 19:30:10

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供稿：網(wǎng)友

相村錢志峰　　摘要介紹了下一代網(wǎng)絡(luò)的基本概念、特點、分層體系以及NGN的控制核心——軟交換技術(shù)，闡述了單個軟交換系統(tǒng)的組網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)互通的方法，分析了下一代網(wǎng)絡(luò)在演進和實施中需要解決的問題。

　　關(guān)鍵詞下一代網(wǎng)絡(luò) 軟交換互通演進

　　由于ip技術(shù)的迅速發(fā)展和人們對電信網(wǎng)絡(luò)提供業(yè)務(wù)要求的增加，電信網(wǎng)絡(luò)從承載單一業(yè)務(wù)的獨立網(wǎng)絡(luò)向承載多種業(yè)務(wù)的統(tǒng)一的下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN,Next Generation Networks）演進。

1 下一代網(wǎng)絡(luò)

　　NGN是從傳統(tǒng)的以電路交換為主的PSTN逐漸演進到以分組交換為主的網(wǎng)絡(luò)，它承載原有PSTN的所有業(yè)務(wù)，同時把大量的數(shù)據(jù)傳輸轉(zhuǎn)移到IP網(wǎng)絡(luò)上以減輕PSTN的重荷，又以IP技術(shù)的新特性增加和增強了許多新老業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)將逐步成為分組骨干網(wǎng)的邊緣部分。

　　涉及到業(yè)務(wù)網(wǎng)層面，下一代網(wǎng)絡(luò)實際涉及了從網(wǎng)絡(luò)干線網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)、用戶駐地網(wǎng)到各種業(yè)務(wù)網(wǎng)的所有網(wǎng)絡(luò)層面：從數(shù)據(jù)交換角度則是軟交換，從互聯(lián)網(wǎng)角度則是下一代業(yè)務(wù)網(wǎng)，從移動網(wǎng)角度則是3G，從傳送層角度則是下一代智能光傳送網(wǎng)。

　　一般認為，NGN是業(yè)務(wù)驅(qū)動的、基于統(tǒng)一協(xié)議的、基于分組的網(wǎng)絡(luò)，可以提供包括話音、數(shù)據(jù)和多媒體等各種業(yè)務(wù)的綜合開放的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，它將傳統(tǒng)交換機的功能模塊分離成為獨立的網(wǎng)絡(luò)部件，各個部件可以按相應(yīng)的功能劃分各自獨立發(fā)展；部件化使得原有的電信網(wǎng)絡(luò)逐步走向開放，運營商可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需要，自由組合各部分的功能產(chǎn)品來組建新網(wǎng)絡(luò)。部件間的協(xié)議接口基于相應(yīng)的IP協(xié)議，使得各種以IP為基礎(chǔ)的業(yè)務(wù)都能在不同的網(wǎng)上實現(xiàn)互通。

　　傳輸層是網(wǎng)絡(luò)的物理基礎(chǔ)，主要提供網(wǎng)絡(luò)物理安全保證以及業(yè)務(wù)承載層節(jié)點之間的連接功能，另外也可直接提供L1 VPN業(yè)務(wù)，帶寬和電路批發(fā)業(yè)務(wù)，光纖基礎(chǔ)設(shè)施和波長出租業(yè)務(wù)等。

　　承載層是分組網(wǎng)絡(luò)、提供分組尋址、統(tǒng)計復(fù)用及路由功能。提供為不同業(yè)務(wù)或者用戶所需的網(wǎng)絡(luò)QoS保證和網(wǎng)絡(luò)安全保證。

　　業(yè)務(wù)層根據(jù)不同的業(yè)務(wù)特點和屬性，例如實時業(yè)務(wù)、非實時業(yè)務(wù)，提供與業(yè)務(wù)有關(guān)的編址、控制協(xié)議、媒體處理等功能。業(yè)務(wù)層可以提供傳統(tǒng)的電信網(wǎng)業(yè)務(wù)、增值業(yè)務(wù)，可以是由承載層直接支持的業(yè)務(wù)，也可以是由傳輸層直接支持的業(yè)務(wù)等。

　　OSS系統(tǒng)（運營支撐系統(tǒng)）提供包括網(wǎng)絡(luò)管理、計費系統(tǒng)、認證功能等在內(nèi)的功能。

　　NGN通過各個層之間的分離和協(xié)作共同為用戶提供話音、數(shù)據(jù)、多媒體等各種業(yè)務(wù)，并實現(xiàn)分組傳輸、控制分離、業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)分離（提供開放接口）、端到端的QoS、安全性等。

2 軟交換

　　在NGN的分層結(jié)構(gòu)中，軟交換設(shè)備是電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)演進的核心設(shè)備，是下一代電信網(wǎng)絡(luò)的重要設(shè)備之一，它獨立于底層承載協(xié)議，主要完成呼叫控制、資源分配、協(xié)議處理、計費功能、路由和認證等主要功能，同時可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機所能提供的所有業(yè)務(wù)，并向第三方提供可編程能力。是電路交換網(wǎng)與IP網(wǎng)的協(xié)調(diào)中心，通過對各種媒體網(wǎng)關(guān)的控制實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)層融合。

　　軟交換又稱為呼叫代理、呼叫服務(wù)器或媒體網(wǎng)關(guān)控制器。軟交換的基本概念是把呼叫控制功能從傳輸中分離出來，通過服務(wù)器上的軟件實現(xiàn)基本控制功能，如呼叫選路、信令互通、管理控制（建立會話、中止會話）。

　　軟交換技術(shù)是將不同業(yè)務(wù)在IP平臺下整合，通過軟交換方式進行管理和控制。軟交換的核心思想是將硬件軟件化，它要求網(wǎng)絡(luò)將服務(wù)和接入的不同網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)做成兩個獨立層面，服務(wù)可以和接入的介質(zhì)完全分開。

　　軟交換技術(shù)區(qū)別于其他技術(shù)的顯著特征：

　　· 獨立呼叫控制功能；

　　· 綜合設(shè)備接入能力；

　　· 開放的業(yè)務(wù)接口；

　　· 基于策略的運行支持系統(tǒng)。

　　目前軟交換的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

　　在該軟交換體系下，位于邊緣層的各個網(wǎng)關(guān)的功能變得更純粹，如媒體網(wǎng)關(guān)只是在軟交換的控制下實現(xiàn)媒體連接控制和轉(zhuǎn)換。網(wǎng)絡(luò)的智能集中在軟交換上。該體系既滿足了下一代以分組交換為核心的網(wǎng)絡(luò)上的電信級管理的要求，同時保證了業(yè)務(wù)的開放性和靈活性。

　　軟交換是下一代網(wǎng)絡(luò)的核心控制設(shè)備，以軟交換為控制核心組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以分為業(yè)務(wù)應(yīng)用、控制、承載和接入四個層面，一種典型的利用軟交換組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

　　接入層將各種不同的網(wǎng)絡(luò)及終端設(shè)備接入，主要是把現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的各種網(wǎng)關(guān)和終端設(shè)備接入軟交換控制的分組網(wǎng)絡(luò)，并將信息格式轉(zhuǎn)換成能夠在分組網(wǎng)絡(luò)上傳遞的信息格式。

　　承載層采用分組技術(shù)，主要由路由器及ATM交換機組成，為NGN提供一個高可靠性、端到端QoS的保證、大帶寬的統(tǒng)一綜合傳送平臺。

　　控制層實現(xiàn)呼叫控制和連接管理，支配網(wǎng)絡(luò)資源。

　　業(yè)務(wù)應(yīng)用層主要指面向用戶提供各種應(yīng)用和服務(wù)的設(shè)備，是提供業(yè)務(wù)的平面。它采用開放綜合的業(yè)務(wù)接入平臺，為NGN提供各種增值業(yè)務(wù)、多媒體業(yè)務(wù)和第三方業(yè)務(wù)，同時還具有相應(yīng)的業(yè)務(wù)生成和維護環(huán)境。基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)提供的業(yè)務(wù)可分為由軟交換提供的業(yè)務(wù)和其他節(jié)點提供的業(yè)務(wù)。軟交換可以直接提供包括話音、傳真和視頻多媒體等基本業(yè)務(wù)，以及主叫號碼顯示、會議呼叫等補充業(yè)務(wù)。其他節(jié)點則可以提供有比較復(fù)雜邏輯的業(yè)務(wù)，比如記賬卡、IP Centrex以及其他第三方業(yè)務(wù)。這一層的提出是智能網(wǎng)思想的延伸，同時也反映了下一代網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)與呼叫控制分離的精神。

3 網(wǎng)絡(luò)互通

　　NGN的發(fā)展主要體現(xiàn)在業(yè)務(wù)應(yīng)用融合并相互交叉、技術(shù)趨于一致、網(wǎng)絡(luò)間互聯(lián)互通、號碼與地址融合等。

　　目前的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中共同存在著各種有不同網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、不同地址劃分以及不同承載方式的寬、窄帶數(shù)據(jù)網(wǎng)，這些復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，在過渡到NGN統(tǒng)一平臺時存在著業(yè)務(wù)互通的問題。如何解決電信業(yè)務(wù)在寬、窄帶異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的互通，已經(jīng)成為非常突出的現(xiàn)實問題，這也是基于軟交換的NGN走向大規(guī)模組網(wǎng)和全面商用必然要解決的關(guān)鍵問題。

　　NGN通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備實現(xiàn)與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)互通，例如與PSTN、ISDN和GSM等的互通，同時NGN也支持現(xiàn)有終端和IP智能終端，包括模擬電話、傳真機、ISDN終端、移動電話、GPRS終端、SIP終端、 H.248終端、MGCP終端、通過PC的以太網(wǎng)電話、線纜調(diào)制解調(diào)器等。

　　目前的IP技術(shù)規(guī)定了窄帶和寬帶電話網(wǎng)絡(luò)之間的互通模型和方法，但是對于寬帶異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的互通沒有解決方法和描述，其中最明顯的就是網(wǎng)絡(luò)地址規(guī)劃問題造成的互通障礙。目前解決這些問題的方法是考慮在寬帶異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間放置寬帶網(wǎng)關(guān)（BGW）。BGW接受軟交換的控制指令，在內(nèi)部建立兩個媒體端口的連接，這兩個媒體端口分別對應(yīng)于兩側(cè)不同網(wǎng)絡(luò)終端的媒體端口，來自一個網(wǎng)絡(luò)的媒體流匯聚到BGW，經(jīng)過BGW內(nèi)部連接轉(zhuǎn)換，將媒體流發(fā)送到另外的一個網(wǎng)絡(luò)。這一點和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換技術(shù)（NAT）功能類似，但原理不同，BGW端口的映射表是完全根據(jù)軟交換的指令動態(tài)生成的，即建立了互通設(shè)備和業(yè)務(wù)控制設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)，從而滿足電信業(yè)務(wù)的互通要求。這種思想的互通模型如圖4所示。

　　該模型的核心思想是將一個完整的呼叫分解為多個呼叫，將一個呼叫的媒體連接分為多個媒體連接來實現(xiàn)網(wǎng)間互通。軟交換完成跨網(wǎng)的信令互通和呼叫控制；BWG在軟交換控制下完成跨網(wǎng)媒體端口的映射和媒體流的轉(zhuǎn)發(fā)。此模型中BGW實際上仍然是一個純粹的媒體網(wǎng)關(guān)，只負責異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的媒體的連接，所有的多個呼叫的建立、維護、釋放、端口指派都是由軟交換完成。

　　目前關(guān)于各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的互通各個廠家有不同的解決方案并且在不同的組網(wǎng)案例中使用，這對于將來各個子網(wǎng)的互通也構(gòu)成了麻煩，因此，網(wǎng)絡(luò)互通的標準化是亟待解決的問題。

4 應(yīng)用中的難題

　　目前運營商進行的軟交換技術(shù)測試和試驗，暴露出的問題主要有以下幾點，這也是軟交換要在整個電信網(wǎng)上全面運行需要解決的問題。

4.1 計費不準

　　由于呼叫控制和承載的分離，軟交換在呼叫控制完成后，不再介入承載連接，軟交換依賴于軟交換與各個網(wǎng)關(guān)之間或者與終端之間的連接，了解承載連接的情況如用戶通信的起始和終了時間。終端和媒體網(wǎng)關(guān)與軟交換之間的連接是通過IP網(wǎng)的，因此這種連接的可靠性將取決于IP網(wǎng)的可靠性，而這個可靠性低于No.7信令網(wǎng)的可靠性。由于呼叫連接的丟失使軟交換無法知道準確的終了時間而造成計費的不準確。雖然目前已經(jīng)采用了比如輪詢、心跳，對經(jīng)中繼進入的呼叫采用No.7信令中的消息計時等方式避免和改善計費不準的問題，但是對于實際應(yīng)用的軟交換系統(tǒng)，有待繼續(xù)完善。

4.2 遠端供電

　　現(xiàn)在部署的軟交換應(yīng)用中通過IAD給用戶提供普通的電話服務(wù)，其他終端采用本地供電的方式，而目前商業(yè)電網(wǎng)供電的可靠性是非常低的，這樣大量智能終端或IAD會由于供電問題無法在網(wǎng)上大規(guī)模應(yīng)用。

4.3 組網(wǎng)問題

　　基于軟交換的網(wǎng)絡(luò)組織目前國內(nèi)外沒有成熟的經(jīng)驗，是采用基于軟交換的全平面結(jié)構(gòu)，還是分區(qū)域選路由結(jié)構(gòu)，或者是其他某種新的結(jié)構(gòu)，在技術(shù)和實踐方面都需要深入的探索。這也是軟交換網(wǎng)絡(luò)能大規(guī)模商用的前提條件。另外，目前軟交換的實驗基本是在一個軟交換基礎(chǔ)上的，但是實際的網(wǎng)絡(luò)是不可能用一個軟交換來完成構(gòu)架的，如果兩個或兩個以上的軟交換組網(wǎng)則牽涉到軟交換系統(tǒng)之間的通信，這方面的協(xié)議尚不夠標準化，如果是不同廠家之間的配合會有互通問題。

4.4 安全和保密問題

　　一般認為，投入實際應(yīng)用的NGN安全性、應(yīng)急通信和私密性方面應(yīng)該達到電信級的要求，而且，下一代網(wǎng)絡(luò)中，多業(yè)務(wù)承載能力要求下一代網(wǎng)絡(luò)中可能需要承擔終端用戶認證、保密通信等服務(wù)，因此，多層次結(jié)構(gòu)中的安全性和保密性研究是一個不可忽視的問題。

4.5 地址分配問題

　　軟交換設(shè)備及相關(guān)的設(shè)備作為分組交換網(wǎng)中的節(jié)點，必須具有惟一的網(wǎng)絡(luò)標識。隨著軟交換網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大和用戶接入數(shù)量的增加，這個標識的容量是一個現(xiàn)實的問題。

4.6 多協(xié)議的互通和兼容

　　有關(guān)軟交換的標準、協(xié)議是和網(wǎng)絡(luò)融合的關(guān)鍵。在軟交換系統(tǒng)中，協(xié)議沒有做到兼容性，協(xié)議標準也在嘗試的發(fā)展中，這些協(xié)議分別來自不同的標準化組織，這為技術(shù)研究以及設(shè)備生產(chǎn)和通信運營各方面都帶來了很多協(xié)調(diào)的困難。而且各廠家的軟交換設(shè)備體系的技術(shù)標準和協(xié)議標準還很難做到相互兼容，例如BICC和SIP-T協(xié)議、H.248和MGCP協(xié)議的選擇和兼容，終端協(xié)議SIP、H.323、MGCP、H.248等協(xié)議的并存也為互通和兼容帶來很大的不便。

4.7 用戶管理認證

　　NGN基于分組網(wǎng)絡(luò)，大量的用戶終端可以通過分組接口直接接入NGN，給NGN的設(shè)備帶來了極大的隱患。同時，隨著NGN中業(yè)務(wù)的豐富與多樣性，對終端的升級、維護、管理提高了要求，因此NGN中對終端的管理和認證是必不可少的，是保證NGN業(yè)務(wù)開展的必要條件。而用戶管理認證的具體實施有可能會與NGN的“允許用戶自由地接入不同業(yè)務(wù)”的目的沖突。

4.8 QoS

　　保證QoS是軟交換網(wǎng)絡(luò)成為統(tǒng)一平臺并實現(xiàn)大規(guī)模商用的關(guān)鍵，它取決于軟交換網(wǎng)絡(luò)所基于的分組承載網(wǎng)絡(luò)，但是應(yīng)該賦予QoS相應(yīng)的控制策略。

4.9 異地容災(zāi)設(shè)計

　　作為下一代網(wǎng)絡(luò)的全新綜合業(yè)務(wù)解決方案，組網(wǎng)的可靠性要求更加嚴格，故要求重要網(wǎng)元設(shè)備之間必須有容災(zāi)考慮，當某一點的設(shè)備發(fā)生故障后，與之容災(zāi)的設(shè)備必須在既定時間內(nèi)接管所有業(yè)務(wù)，以保證全網(wǎng)的可靠運行。

4.10 標準化

　　軟交換體系涉及組網(wǎng)技術(shù)、路由技術(shù)、編號方式、互聯(lián)互通、設(shè)備、協(xié)議、業(yè)務(wù)等多個方面，所有這些都需要進行標準化，從而保證整個體系的正常運行。標準化一方面能夠指導(dǎo)運營商部署軟交換的網(wǎng)絡(luò)，另一方面也可以指導(dǎo)設(shè)備制造商開發(fā)設(shè)備，同時也能夠為政府的管制政策提供技術(shù)依據(jù)。 5 結(jié)論

　　下一代網(wǎng)絡(luò)是業(yè)務(wù)驅(qū)動、以軟交換為核心的網(wǎng)絡(luò)，由于業(yè)務(wù)與控制的分離，它能獨立于網(wǎng)絡(luò)迅速提供各種增值業(yè)務(wù)。但是它的形成不是一蹴而就的，目前的應(yīng)用主要集中在IP Centrex等少數(shù)領(lǐng)域，隨著下一代網(wǎng)絡(luò)商用體系的建立和投入使用，各種問題逐漸暴露并得到積極有效的解決，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)將通過盡小的資本投入，向以軟交換為核心的下一代交換網(wǎng)演進；向以3G為代表的下一代移動通信網(wǎng)演進；向以IPv6為基礎(chǔ)的下一代互聯(lián)網(wǎng)演進；向多元化的寬帶接入網(wǎng)演進；向以光聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的下一代傳送網(wǎng)演進，最終過渡到成熟的商用。

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