下一代網絡的研究

2019-11-03 19:30:10

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供稿：網友

相村錢志峰　　摘要介紹了下一代網絡的基本概念、特點、分層體系以及NGN的控制核心——軟交換技術，闡述了單個軟交換系統的組網體系結構和網絡互通的方法，分析了下一代網絡在演進和實施中需要解決的問題。

　　關鍵詞下一代網絡軟交換互通演進

　　由于ip技術的迅速發展和人們對電信網絡提供業務要求的增加，電信網絡從承載單一業務的獨立網絡向承載多種業務的統一的下一代網絡（NGN,Next Generation Networks）演進。

1 下一代網絡

　　NGN是從傳統的以電路交換為主的PSTN逐漸演進到以分組交換為主的網絡，它承載原有PSTN的所有業務，同時把大量的數據傳輸轉移到IP網絡上以減輕PSTN的重荷，又以IP技術的新特性增加和增強了許多新老業務。傳統電信網絡將逐步成為分組骨干網的邊緣部分。

　　涉及到業務網層面，下一代網絡實際涉及了從網絡干線網、城域網、接入網、用戶駐地網到各種業務網的所有網絡層面：從數據交換角度則是軟交換，從互聯網角度則是下一代業務網，從移動網角度則是3G，從傳送層角度則是下一代智能光傳送網。

　　一般認為，NGN是業務驅動的、基于統一協議的、基于分組的網絡，可以提供包括話音、數據和多媒體等各種業務的綜合開放的網絡構架，它將傳統交換機的功能模塊分離成為獨立的網絡部件，各個部件可以按相應的功能劃分各自獨立發展；部件化使得原有的電信網絡逐步走向開放，運營商可以根據業務的需要，自由組合各部分的功能產品來組建新網絡。部件間的協議接口基于相應的IP協議，使得各種以IP為基礎的業務都能在不同的網上實現互通。

　　傳輸層是網絡的物理基礎，主要提供網絡物理安全保證以及業務承載層節點之間的連接功能，另外也可直接提供L1 VPN業務，帶寬和電路批發業務，光纖基礎設施和波長出租業務等。

　　承載層是分組網絡、提供分組尋址、統計復用及路由功能。提供為不同業務或者用戶所需的網絡QoS保證和網絡安全保證。

　　業務層根據不同的業務特點和屬性，例如實時業務、非實時業務，提供與業務有關的編址、控制協議、媒體處理等功能。業務層可以提供傳統的電信網業務、增值業務，可以是由承載層直接支持的業務，也可以是由傳輸層直接支持的業務等。

　　OSS系統（運營支撐系統）提供包括網絡管理、計費系統、認證功能等在內的功能。

　　NGN通過各個層之間的分離和協作共同為用戶提供話音、數據、多媒體等各種業務，并實現分組傳輸、控制分離、業務與網絡分離（提供開放接口）、端到端的QoS、安全性等。

2 軟交換

　　在NGN的分層結構中，軟交換設備是電路交換網向分組網演進的核心設備，是下一代電信網絡的重要設備之一，它獨立于底層承載協議，主要完成呼叫控制、資源分配、協議處理、計費功能、路由和認證等主要功能，同時可以向用戶提供現有電路交換機所能提供的所有業務，并向第三方提供可編程能力。是電路交換網與IP網的協調中心，通過對各種媒體網關的控制實現不同網絡之間的業務層融合。

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

　　軟交換技術是將不同業務在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，它要求網絡將服務和接入的不同網絡介質做成兩個獨立層面，服務可以和接入的介質完全分開。

　　軟交換技術區別于其他技術的顯著特征：

　　· 獨立呼叫控制功能；

　　· 綜合設備接入能力；

　　· 開放的業務接口；

　　· 基于策略的運行支持系統。

　　目前軟交換的體系結構如圖2所示。

　　在該軟交換體系下，位于邊緣層的各個網關的功能變得更純粹，如媒體網關只是在軟交換的控制下實現媒體連接控制和轉換。網絡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絡上的電信級管理的要求，同時保證了業務的開放性和靈活性。

　　軟交換是下一代網絡的核心控制設備，以軟交換為控制核心組成的網絡結構可以分為業務應用、控制、承載和接入四個層面，一種典型的利用軟交換組網的網絡結構如圖3所示。

　　接入層將各種不同的網絡及終端設備接入，主要是把現有網絡相關的各種網關和終端設備接入軟交換控制的分組網絡，并將信息格式轉換成能夠在分組網絡上傳遞的信息格式。

　　承載層采用分組技術，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、大帶寬的統一綜合傳送平臺。

　　控制層實現呼叫控制和連接管理，支配網絡資源。

　　業務應用層主要指面向用戶提供各種應用和服務的設備，是提供業務的平面。它采用開放綜合的業務接入平臺，為NGN提供各種增值業務、多媒體業務和第三方業務，同時還具有相應的業務生成和維護環境。基于軟交換的網絡提供的業務可分為由軟交換提供的業務和其他節點提供的業務。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務，以及主叫號碼顯示、會議呼叫等補充業務。其他節點則可以提供有比較復雜邏輯的業務，比如記賬卡、IP Centrex以及其他第三方業務。這一層的提出是智能網思想的延伸，同時也反映了下一代網絡中業務與呼叫控制分離的精神。

3 網絡互通

　　NGN的發展主要體現在業務應用融合并相互交叉、技術趨于一致、網絡間互聯互通、號碼與地址融合等。

　　目前的網絡環境中共同存在著各種有不同網絡規劃、不同地址劃分以及不同承載方式的寬、窄帶數據網，這些復雜的網絡形態，在過渡到NGN統一平臺時存在著業務互通的問題。如何解決電信業務在寬、窄帶異構網絡間的互通，已經成為非常突出的現實問題，這也是基于軟交換的NGN走向大規模組網和全面商用必然要解決的關鍵問題。

　　NGN通過網關設備實現與現有網絡互通，例如與PSTN、ISDN和GSM等的互通，同時NGN也支持現有終端和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的以太網電話、線纜調制解調器等。

　　目前的IP技術規定了窄帶和寬帶電話網絡之間的互通模型和方法，但是對于寬帶異構網絡間的互通沒有解決方法和描述，其中最明顯的就是網絡地址規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網絡之間放置寬帶網關（BGW）。BGW接受軟交換的控制指令，在內部建立兩個媒體端口的連接，這兩個媒體端口分別對應于兩側不同網絡終端的媒體端口，來自一個網絡的媒體流匯聚到BGW，經過BGW內部連接轉換，將媒體流發送到另外的一個網絡。這一點和網絡地址轉換技術（NAT）功能類似，但原理不同，BGW端口的映射表是完全根據軟交換的指令動態生成的，即建立了互通設備和業務控制設備之間的關聯，從而滿足電信業務的互通要求。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網間互通。軟交換完成跨網的信令互通和呼叫控制；BWG在軟交換控制下完成跨網媒體端口的映射和媒體流的轉發。此模型中BGW實際上仍然是一個純粹的媒體網關，只負責異構網絡間的媒體的連接，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。

　　目前關于各種網絡設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案例中使用，這對于將來各個子網的互通也構成了麻煩，因此，網絡互通的標準化是亟待解決的問題。

4 應用中的難題

　　目前運營商進行的軟交換技術測試和試驗，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關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。終端和媒體網關與軟交換之間的連接是通過IP網的，因此這種連接的可靠性將取決于IP網的可靠性，而這個可靠性低于No.7信令網的可靠性。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。雖然目前已經采用了比如輪詢、心跳，對經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，但是對于實際應用的軟交換系統，有待繼續完善。

4.2 遠端供電

　　現在部署的軟交換應用中通過IAD給用戶提供普通的電話服務，其他終端采用本地供電的方式，而目前商業電網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上大規模應用。

4.3 組網問題

　　基于軟交換的網絡組織目前國內外沒有成熟的經驗，是采用基于軟交換的全平面結構，還是分區域選路由結構，或者是其他某種新的結構，在技術和實踐方面都需要深入的探索。這也是軟交換網絡能大規模商用的前提條件。另外，目前軟交換的實驗基本是在一個軟交換基礎上的，但是實際的網絡是不可能用一個軟交換來完成構架的，如果兩個或兩個以上的軟交換組網則牽涉到軟交換系統之間的通信，這方面的協議尚不夠標準化，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，投入實際應用的NGN安全性、應急通信和私密性方面應該達到電信級的要求，而且，下一代網絡中，多業務承載能力要求下一代網絡中可能需要承擔終端用戶認證、保密通信等服務，因此，多層次結構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

　　軟交換設備及相關的設備作為分組交換網中的節點，必須具有惟一的網絡標識。隨著軟交換網絡規模的擴大和用戶接入數量的增加，這個標識的容量是一個現實的問題。

4.6 多協議的互通和兼容

　　有關軟交換的標準、協議是和網絡融合的關鍵。在軟交換系統中，協議沒有做到兼容性，協議標準也在嘗試的發展中，這些協議分別來自不同的標準化組織，這為技術研究以及設備生產和通信運營各方面都帶來了很多協調的困難。而且各廠家的軟交換設備體系的技術標準和協議標準還很難做到相互兼容，例如BICC和SIP-T協議、H.248和MGCP協議的選擇和兼容，終端協議SIP、H.323、MGCP、H.248等協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基于分組網絡，大量的用戶終端可以通過分組接口直接接入NGN，給NGN的設備帶來了極大的隱患。同時，隨著NGN中業務的豐富與多樣性，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業務開展的必要條件。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務”的目的沖突。

4.8 QoS

　　保證QoS是軟交換網絡成為統一平臺并實現大規模商用的關鍵，它取決于軟交換網絡所基于的分組承載網絡，但是應該賦予QoS相應的控制策略。

4.9 異地容災設計

　　作為下一代網絡的全新綜合業務解決方案，組網的可靠性要求更加嚴格，故要求重要網元設備之間必須有容災考慮，當某一點的設備發生故障后，與之容災的設備必須在既定時間內接管所有業務，以保證全網的可靠運行。

4.10 標準化

　　軟交換體系涉及組網技術、路由技術、編號方式、互聯互通、設備、協議、業務等多個方面，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運營商部署軟交換的網絡，另一方面也可以指導設備制造商開發設備，同時也能夠為政府的管制政策提供技術依據。 5 結論

　　下一代網絡是業務驅動、以軟交換為核心的網絡，由于業務與控制的分離，它能獨立于網絡迅速提供各種增值業務。但是它的形成不是一蹴而就的，目前的應用主要集中在IP Centrex等少數領域，隨著下一代網絡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，現有的網絡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演進；向以3G為代表的下一代移動通信網演進；向以IPv6為基礎的下一代互聯網演進；向多元化的寬帶接入網演進；向以光聯網為基礎的下一代傳送網演進，最終過渡到成熟的商用。

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----《中國數據通信》