下一代的網路（NGN）和軟交換技術

2019-11-05 02:06:48

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　　1.NGN與網路演進
　　1.1概述
　　

　　我國電信網近年來有了飛速的發展，電信業務量持續的增長，電信業務的收入和網絡規模有了很大的發展,在發展速度和規模上均處于世界領先地位，網絡的水平有很大的提高。我國移動通信網、數據通信網和多媒體通信網的從無到有為我國的數據和多媒體通信奠定了基礎，智能網、各類信息服務臺、公眾多媒體網的建成為用戶提供了廣闊的業務平臺。很多新技術的應用與世界上先進的國家基本上是同步發展。過去電信網的主要任務是提供話音并在話音傳輸的基礎上附帶傳輸數據，而今后的電信網除繼續傳輸話音業務以外更主要的還要傳送數據和多媒體的業務。從當前電信發展的情況看，已有的網路包括電話網，X.25數據網，DDN網，幀中繼網以及ATM和因特網都在承擔著各種電信業務，但是今后的網應該如何發展呢？關于這個問題業界還有各種不同的看法，較多的看法認為未來的網路是基于包地傳送。非凡是隨著諸如下一代因特網等新一代網的發展，ip向傳統電信業務的滲透和傳統電信業務與IP的融合步伐會大大加快。目前無論是運營商還是設備制造商都在不斷地探討下一代網路的特點和新的增長點。
　　
　　什么是下一代的網路(NGN)，回答將是五花八門的，應該說他只是一個廣義的概念。首先他要滿足用戶所需要的越來越多的業務和應用，從運營者的觀點看光提供簡單的業務不再產生足夠的效益，要向用戶提供范圍廣泛的、有用的和使用方便的業務。因此下一代網路是受服務驅動的，提供開通新業務的各種手段。從網路上看下一代網路在網路構筑方式上有很大的變更，NGN網路的結構不僅要有利于話音和數據的融合，而且有利于光傳輸與分組技術的融合、固定與移動的融合，最主要的是一個安全的和保證質量的網路。同時要有成本效率，運營成本應該是低于傳統的網路。
　　
　　1.2下一代網路的主要特點
　　
　　目前ITU和其他一些國際標準組織度還處在研究階段，沒有明確地和完整的定義，但對于NGN的主要特征已有一些共識。根據可預見的未來業務發展的需要，下一代網路應具有以下特點：
　　
　　1)下一代網路應支持業務的多樣化,包括話音、數據和多媒體業務。支撐寬范圍的業務包括實時的/流/非實時的業務和多媒體業務，同時應支持業務的個性化，業務的移動性、開放性和靈活性。
　　
　　2)下一代的網路將是基于包地傳送；
　　
　　3)將承載能力與控制功能，呼叫/會晤，應用/業務分離
　　
　　網路體系采用分層結構，即分為核心媒體層、控制層、業務層其中：
　　
　　--核心媒體層：媒體層是負責將消息從用戶的一端傳到另一端。(
　　
　　--控制層：控制層是控制媒體層完成消息的傳送、計費、治理和維護。
　　
　　--業務層(應用層)：負責在基本業務的基礎上完成各種附加業務的提供。
　　
　　---接入層：用戶通過各種接入方式接入到核心媒體層。
　　
　　下一代網路中網路的分層體系是下一代網路的一個主要的特點，它避免了傳統電路交換網將各種功能集中在一個接點上的缺陷，不僅將業務的提供和呼叫控制分開而且將呼叫控制和承載連接分開，改變了現有傳統的電路交換網中呼叫控制與承載連接緊密捆綁的狀況，可以靈活、方便的組織網路和提供業務。
　　
　　4)業務和網路松偶合并且提供開放的接口
　　
　　下一代網路應提供開放的業務接口，通過各種標準的接口可以方便地由第三方來完成業務的提供。非凡要將運營公司、設備制造公司、增值業務經營公司、內容提供公司、系統集成公司、通信軟件公司的合作發展多種業務。
　　
　　5)具有端到端的寬帶傳送的能力。下一代網路的物理承載將主要采用基于WDM的光傳輸系統。并在光傳輸系統中逐步引入光交換設備。
　　
　　6)下一代網路必須要能與傳統網的配合，因為無論網路如何演進現有的傳統的網路還要繼續發揮作用，還要充分利用現有的網路資源因此下一代網路必須解決與傳統的現有的各種網路的配合和互通。
　　
　　7)支持終端的移動性
　　
　　下一代的網路必須要支持終端的移動性，滿足日益增長的移動業務的需要。
　　
　　8)一代網路應是可方便治理、調度和維護的。
　　
　　9)下一代網路應是保證質量和足夠的安全性和可靠性保證的。
　　
　　10)下一代網路應是可持續發展的。
　　
　　由于關于下一代網路還有很多問題需要研究，ITU預計在2004年將有關于NGN的相關建議。
　　
　　2、關于軟交換技術
　　2.1軟交換概述
　　
　　2.1.1軟交換在下一代網路中的位置
　　
　　軟交換設備(SoftSwitch)目前普遍的看法是一個電路交換網向分組網演進的核心設備，也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、媒體網關接入控制、資源分配、協議處理、路由、認證、計費等主要功能，并可以向用戶提供現有電路交換機所能提供的所有業務以及多樣化的第三方業務。
而且也是下一代網路發展中所采用的理念。它的主要特點是:
　　
　　-----業務提供和呼叫控制分開；
　　
　　----呼叫控制和承載連接分開；
　　
　　----開放的接口，便于第三方提供業務；
　　
　　軟交換在下一代分組網絡分層結構中位于控制層面，可用圖1示意。它與承載層，信令網、各種接入網關、中繼網關等通過相應的協議互通來提供各種服務。
　　　

　　圖1軟交換設備與各種網關以及承載網的連接示意
　　在圖1中，是以軟交換為核心的組網的架構，在這個架構中包括各種接入網關、中繼網關、信令網關、業務應用平面等。軟交換提供多種接入手段包括V5.1的接入，XDSL的接入，無線接入等。軟交換主要完成各種呼叫控制，并負責相應業務處理信息的傳送。業務應用平面主要是提供多種增值業務。
　　
　　2.1.2軟交換的主要功能
　　
　　軟交換的主要功能包括以下幾部分：
　　
　　-呼叫控制功能
　　
　　-業務提供功能
　　
　　-業務交換功能
　　
　　-互通功能
　　
　　-SIP代理功能
　　
　　-計費功能
　　
　　-網管功能
　　
　　-路由、地址解析和認證功能
　　
　　-H.248終端、SIP終端、MGCP終端的控制和治理功能
　　
　　-七號信令(即MTP及其應用部分)功能
　　
　　-H.323終端控制、治理功能
　　
　　軟交換的功能結構和協議體系如圖2所示。
　　　

　　圖2軟交換系統結構示意圖
　　2.2軟交換的成熟性分析
　　
　　自貝爾實驗室1997年提出Soft switch概念以來，在短短的幾年時間內，
　　
　　國際上已經先后經歷了實驗室階段、市場推廣階段、應用階段這三個發展階段。在眾多制造商和運營商的共同推動下，Soft switch產品逐步趨于成熟，功能日益豐富，標準化過程正穩步推進，從而使得Soft switch技術開始走向市場。
　　
　　目前軟交換在國內和國際上較熱，普遍認為這是下一代網路的核心部分，并且希望借助軟交換來逐漸的替代現有的電路交換網和通過軟交換來提供新的業務增長點下面將簡單的分析軟交換的成熟性
　　
　　2.2.1功能上的成熟性
　　
　　軟交換(有些廠商也稱其為呼叫服務器,或性能服務器)很多廠商最開始提出的出發點是基于：
　　
　　--將現有的電路交換網逐步地向IP網過渡，替代傳統的電路交換網；
　　
　　--現有的基于H.323的IP電話業務比較單一,希望通過軟交換的實施能向用戶提供更多的業務，至少在電話業務方面能獲得與傳統的電路交換網所能提供的相同的業務。如主叫號碼顯示，呼叫轉移等業務。以次逐漸替代現有的電話網。
　　
　　在網路演進中，越來越多的運營商和廠商意識到盡管數據業務在飛速發展但話音業務仍是主要的業務量，且是電信收入的主體。因此廠商的注重力還是集中在如何提供話音上。盡管大家都談到軟交換是下一代網路的核心，但目前軟交換主要考慮以下方面：
　　
　　--在IP/ATM網上提供軟交換的控制設備將現有的長途話務通過軟交換控制的網路旁路。實際上提供電話的中繼交換。
　　
　　--軟交換的第二步是旁路整個的電話網，讓用戶通過接入網或通過終端的接入設備直接接到軟交換控制的網路上來提供話音業務。也就是提供本地電話業務。
　　
　　上述兩個方面應該說是軟交換首先也是需要重點考慮的問題，非凡是對于新的運營公司在建設電話網的時候希望能夠采用新的技術來建設網路。軟交換無疑是一些運營商的選擇。
　　
　　而各廠商對于軟交換的定位是作為下一代網路的控制部分，也就是它不僅提供目前所需的電話業務同時也應在提供話音的基礎上進一步的提供數據業務和多媒體業務。要為提供新的業務創造條件所以軟交換還應能：
　　
　　---通過各種IP終端(H.323終端、SIP終端)在軟交換的控制下直接向用戶提供各種業務。
　　
　　--通過無線接入網關，能夠提供移動電話業務，
　　
　　--通過各種接入網關獲得IP網的數據和多媒體業務；
　　
　　--通過與智能網及與第三方應用服務器提供更多的服務。
　　
　　在上述這些軟交換的功能上，比較成熟的是提供固定電話業務，非凡是固定電話的轉接業務。在提供端局功能方面由于需要提供很多補充業務因此必須提供與補充業務的相關的功能和協議的支持，目前一些軟交換設備雖然具有相應的功能但是使用還不是很廣泛，它的成熟性與轉接話務相比還要差一些。
　　
　　而軟交換的移動功能的提供比固定網絡更為困難。首先引入了移動軟交換概念，此后才定義了采用SIP信令在分組域對多媒體業務進行控制的機制。移動網無論是3GPP還是3GPP2網路演進的目標與固定是相同的，并且根據移動網的特點采取分步實施。同時為了支撐在各種環境下全球的移動性，需要在控制層開發相應的網路功能。非凡是：
　　
　　---識別和證實機制
　　
　　----接入控制和鑒權控制
　　
　　----位置治理
　　
　　----終端和會晤地址分配和治理
　　
　　----支撐用戶環境的治理
　　
　　----用戶性能的治理
　　
　　----接入到用戶數據
　　
　　目前提供商用的移動交換系統都是基于R99。在2002年底以后，一些廠家能夠提供基于R4，在R4的產品中開始引入了軟交換的概念。目前，基于R4的產品在標準上應比較成熟，但沒有各廠家間進行互聯測試的經驗。
因此目前軟交換在移動網中的應用也是限于提供電話業務，并承擔中繼交換的功能。還不具備移動性的功能。
　　
　　目前軟交換在移動網中的引入也是分步驟發展的首先提供的是：
　　
　　---Tandem的功能
　　
　　在這種情況下他與固定網的軟交換、媒體網關應用模式基本一樣，主要解決移動網與固定網之間的IP互通。軟交換還沒有移動性的功能，無法支撐面向移動領域的業務。
　　
　　---GMSC (Gateway MSC)
　　
　　軟交換的地位相當于Gateway MSC，具有移動性概念，和HLR通過MAP/IS41接口，定位移動用戶，支持新的移動性業務。
　　
　　---VMSC (Visited or Serving MSC)
　　
　　第三步才真正在VMSC中提供軟交換的功能。
　　
　　因此軟交換在移動方面的成熟性與固定網一樣主要是替代傳統的匯接網部分提供IP電話。
　　
　　2.3協議的成熟性
　　
　　2.3.1軟交換的協議體系
　　
　　軟交換的協議要求包括：
　　
　　---與中繼網關間的H.248協議，
　　
　　---與NO.7互通的SIGTRAN協議
　　
　　---與IP終端的SIP,H.248，MGCP協議
　　
　　---與現有智能網的INAP,CAP,MAP協議
　　
　　---與現有H.323IP電話網的H.323協議
　　
　　---與其他軟交換的SIP-T/BICC協議
　　
　　---與接入網關間的的各種協議
　　
　　---開放的API的協議
　　
　　有關軟交換的標準、協議是網絡融合的要害?，F在包括設備制造商、業務提供者在內的業界都在為標準制定工作而努力，希望把先進業務、語音應用引入到數據網中，并能和傳統網絡順利融合。現在的標準工作主要涉及：互操作性；媒體控制協議(如MGCP、H.248)，軟交換機之間的通信(如SIP-T,BICC)，擴展業務平臺的協議和API；符合國際電話連接標準；安全標準；利用軟交換傳送高級業務等方面。相關的標準主要有H.323、MGCP、SIP等。但相關的軟交換標準還有待完善、統一和被廣泛接受。軟交換所面臨的首要的也是最主要的挑戰就是多協議，即軟交換所支持的協議很多，而且這些協議分別來自不同的標準化組織，這為技術研究、設備生產通信運營等各方面都帶來了很多協調方面的困難。目前國內在協議的標準化工作中作了很多工作一些協議應經標準化了還有一些正在制定的過程中。
　　
　　目前國內已經制定和正在制定的相關的協議如下表所示：
　　

　　2.4軟交換的組網方面成熟性
　　
　　從網路的角度看軟交換的組網方面還有許多需要研究的問題：
　　
　　----多個軟交換的協同工作
　　
　　目前軟交換的實驗基本是在一個軟交換的基礎上作的,現在某些運營商也開始進行多個軟交換的試驗，從網路的角度，采用單個軟交換系統的方案只適合于小型運營商,在小型網絡中迅速實施，但對于大型電信運營商來說，要構建覆蓋全國的軟交換網絡，不論從擴展性到互聯互通性以及業務提供的能力都有較大的限制。但在采用兩個以上的軟交換組網時將涉及到軟交換系統之間的通信，這方面的協議尚不夠標準化，每個廠家所能提供的協議也是不一樣的，因此不同廠家之間的軟交換的配合和互通目前還不夠成熟。
　　
　　----軟交換的分級問題
　　
　　假如軟交換能解決多個軟交換的協同工作，那么，應該采用怎樣的網路等級呢？是采用一級還是多級，有些廠商也認為假如采用一級體系時，即使采用多個軟交換方案，該方案也只適合于中型運營商在中型網絡中實施。對于大型電信運營商來說，因為該方案組建的是一個平面的網絡，其擴展性同樣難以滿足覆蓋全國的電信級運營商的需求。因此，有的廠商甚至提出軟交換也分成端局一級和匯接一級。假如將端局業務通過全網統一的業務點來提供，則由于過于復雜的流程交互和媒體流控制，使得業務提供的效率很低，而且可能損害部分業務特征，并降低業務改進的靈活性。在組網方面也有提出在軟交換的網路中設置多級位置服務器的的網路體系。所以軟交換的網絡組織問題還不太成熟.還有一些問題需要研究。
　　
　　2.5第三方提供業務方面的成熟性
　　
　　由于開放接口的標準化工作尚未完成，因此盡管一些廠商可以提供一些第三方的業務，但還是限于同一個廠商的設備。不同廠商設備的配合和業務的提供并不很成熟。
　　
　　3.目前國內軟交換發展需要解決的一些問題
　　目前各個運營商紛紛開始進行Softswitch技術的測試和試驗，隨著軟交換設備各項性能及實現功能的逐步完善，如何在整個電信網上全面運行，還需解決以下幾個問題：
　　
　　3.1地址問題
　　
　　Softswitch設備作為包交換網中的節點，必須具有唯一的網絡標識號(在IP網中即為IP地址)。而這一標識號一般是有限的，不能任意分配。隨著軟交換網絡規模的擴大和用戶接入數量的增加，這個問題將越來越突出。一個現實的解決辦法是啟用私有標識號，但隨之而來的就是公私標識號的映射問題。設備的標識是軟交換網絡建設中最基本的問題，也是下面討論的路由問題的基礎。

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