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(diǎn)、分層體系以及NGN的控制核心——軟交換技術(shù)，闡述了單個(gè)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(jìn)和實(shí)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(jìn)

　　由于ip技術(shù)的迅速發(fā)展和人們對(duì)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(dú)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(jìn)。

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(jìn)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(shí)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(qiáng)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(shí)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(dòng)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(rèn)為，NGN是業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)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(jī)的功能模塊分離成為獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)部件，各個(gè)部件可以按相應(yīng)的功能劃分各自獨(dú)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(yùn)營(yíng)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(shí)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(diǎn)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(zhǎng)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(jì)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(diǎn)和屬性，例如實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、非實(shí)時(shí)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(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)）提供包括網(wǎng)絡(luò)管理、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)、認(rèn)證功能等在內(nèi)的功能。

　　NGN通過各個(gè)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(shí)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(jìn)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(dú)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(jì)費(fèi)功能、路由和認(rèn)證等主要功能，同時(shí)可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機(jī)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(duì)各種媒體網(wǎng)關(guān)的控制實(shí)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(shí)現(xiàn)基本控制功能，如呼叫選路、信令互通、管理控制（建立會(huì)話、中止會(huì)話）。

　　軟交換技術(shù)是將不同業(yè)務(wù)在IP平臺(tái)下整合，通過軟交換方式進(jìn)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(gè)獨(dú)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(dú)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(yùn)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(gè)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(shí)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(jí)管理的要求，同時(shí)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(gè)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(jī)組成，為NGN提供一個(gè)高可靠性、端到端QoS的保證、大帶寬的統(tǒng)一綜合傳送平臺(tái)。

　　控制層實(shí)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(tái)，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(shí)還具有相應(yīng)的業(yè)務(wù)生成和維護(hù)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(diǎn)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(hào)碼顯示、會(huì)議呼叫等補(bǔ)充業(yè)務(wù)。其他節(jié)點(diǎn)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(shí)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(hào)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(tái)時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)NGN也支持現(xiàn)有終端和IP智能終端，包括模擬電話、傳真機(jī)、ISDN終端、移動(dòng)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(duì)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(gè)媒體端口的連接，這兩個(gè)媒體端口分別對(duì)應(yīng)于兩側(cè)不同網(wǎng)絡(luò)終端的媒體端口，來自一個(gè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)。這一點(diǎn)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(dòng)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(gè)完整的呼叫分解為多個(gè)呼叫，將一個(gè)呼叫的媒體連接分為多個(gè)媒體連接來實(shí)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(shí)際上仍然是一個(gè)純粹的媒體網(wǎng)關(guān)，只負(fù)責(zé)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的媒體的連接，所有的多個(gè)呼叫的建立、維護(hù)、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(gè)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(duì)于將來各個(gè)子網(wǎng)的互通也構(gòu)成了麻煩，因此，網(wǎng)絡(luò)互通的標(biāo)準(zhǔn)化是亟待解決的問題。

4 應(yīng)用中的難題

　　目前運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行的軟交換技術(shù)測(cè)試和試驗(yàn)，暴露出的問題主要有以下幾點(diǎn)，這也是軟交換要在整個(gè)電信網(wǎng)上全面運(yùn)行需要解決的問題。

4.1 計(jì)費(fèi)不準(zhǔn)

　　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(gè)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(shí)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(gè)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(zhǔn)確的終了時(shí)間而造成計(jì)費(fèi)的不準(zhǔn)確。雖然目前已經(jīng)采用了比如輪詢、心跳，對(duì)經(jīng)中繼進(jìn)入的呼叫采用No.7信令中的消息計(jì)時(shí)等方式避免和改善計(jì)費(fèi)不準(zhǔn)的問題，但是對(duì)于實(shí)際應(yīng)用的軟交換系統(tǒng)，有待繼續(xù)完善。

4.2 遠(yuǎn)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(huì)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(guó)內(nèi)外沒有成熟的經(jīng)驗(yàn)，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(shí)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(shí)驗(yàn)基本是在一個(gè)軟交換基礎(chǔ)上的，但是實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)是不可能用一個(gè)軟交換來完成構(gòu)架的，如果兩個(gè)或兩個(gè)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(biāo)準(zhǔn)化，如果是不同廠家之間的配合會(huì)有互通問題。

4.4 安全和保密問題

　　一般認(rèn)為，投入實(shí)際應(yīng)用的NGN安全性、應(yīng)急通信和私密性方面應(yīng)該達(dá)到電信級(jí)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(dān)終端用戶認(rèn)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(gè)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(diǎn)，必須具有惟一的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)。隨著軟交換網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大和用戶接入數(shù)量的增加，這個(gè)標(biāo)識(shí)的容量是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的問題。

4.6 多協(xié)議的互通和兼容

　　有關(guān)軟交換的標(biāo)準(zhǔn)、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(biāo)準(zhǔn)也在嘗試的發(fā)展中，這些協(xié)議分別來自不同的標(biāo)準(zhǔn)化組織，這為技術(shù)研究以及設(shè)備生產(chǎn)和通信運(yùn)營(yíng)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(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)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(rèn)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(shí)，隨著NGN中業(yè)務(wù)的豐富與多樣性，對(duì)終端的升級(jí)、維護(hù)、管理提高了要求，因此NGN中對(duì)終端的管理和認(rèn)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(rèn)證的具體實(shí)施有可能會(huì)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(tái)并實(shí)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(jì)

　　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(yán)格，故要求重要網(wǎng)元設(shè)備之間必須有容災(zāi)考慮，當(dāng)某一點(diǎn)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(shí)間內(nèi)接管所有業(yè)務(wù)，以保證全網(wǎng)的可靠運(yùn)行。

4.10 標(biāo)準(zhǔn)化

　　軟交換體系涉及組網(wǎng)技術(shù)、路由技術(shù)、編號(hào)方式、互聯(lián)互通、設(shè)備、協(xié)議、業(yè)務(wù)等多個(gè)方面，所有這些都需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，從而保證整個(gè)體系的正常運(yùn)行。標(biāo)準(zhǔn)化一方面能夠指導(dǎo)運(yùn)營(yíng)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(shí)也能夠?yàn)檎墓苤普咛峁┘夹g(shù)依據(jù)。 5 結(jié)論

　　下一代網(wǎng)絡(luò)是業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)、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(dú)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(jìn)；向以3G為代表的下一代移動(dòng)通信網(wǎng)演進(jìn)；向以IPv6為基礎(chǔ)的下一代互聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)；向多元化的寬帶接入網(wǎng)演進(jìn)；向以光聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的下一代傳送網(wǎng)演進(jìn)，最終過渡到成熟的商用。

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