下一代网络的研究

相村 钱志峰
　　摘 要 介绍了下一代网络的基本概念、特点、分层体系以及NGN的控制核心——软交换技术，阐述了单个软交换系统的组网体系结构和网络互通的方法，分析了下一代网络在演进和实施中需要解决的问题。

　　关键词 下一代网络 软交换 互通 演进

　　由于IP技术的迅速发展和人们对电信网络提供业务要求的增加，电信网络从承载单一业务的独立网络向承载多种业务的统一的下一代网络（NGN,Next Generation Networks）演进。

1 下一代网络

　　NGN是从传统的以电路交换为主的PSTN逐渐演进到以分组交换为主的网络，它承载原有PSTN的所有业务，同时把大量的数据传输转移到IP网络上以减轻PSTN的重荷，又以IP技术的新特性增加和增强了许多新老业务。传统电信网络将逐步成为分组骨干网的边缘部分。

　　涉及到业务网层面，下一代网络实际涉及了从网络干线网、城域网、接入网、用户驻地网到各种业务网的所有网络层面：从数据交换角度则是软交换，从互联网角度则是下一代业务网，从移动网角度则是3G，从传送层角度则是下一代智能光传送网。

　　一般认为，NGN是业务驱动的、基于统一协议的、基于分组的网络，可以提供包括话音、数据和多媒体等各种业务的综合开放的网络构架，它将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相应的功能划分各自独立发展；部件化使得原有的电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务的需要，自由组合各部分的功能产品来组建新网络。部件间的协议接口基于相应的IP协议，使得各种以IP为基础的业务都能在不同的网上实现互通。

　　传输层是网络的物理基础，主要提供网络物理安全保证以及业务承载层节点之间的连接功能，另外也可直接提供L1 VPN业务，带宽和电路批发业务，光纤基础设施和波长出租业务等。

　　承载层是分组网络、提供分组寻址、统计复用及路由功能。提供为不同业务或者用户所需的网络QoS保证和网络安全保证。

　　业务层根据不同的业务特点和属性，例如实时业务、非实时业务，提供与业务有关的编址、控制协议、媒体处理等功能。业务层可以提供传统的电信网业务、增值业务，可以是由承载层直接支持的业务，也可以是由传输层直接支持的业务等。

　　OSS系统（运营支撑系统）提供包括网络管理、计费系统、认证功能等在内的功能。

　　NGN通过各个层之间的分离和协作共同为用户提供话音、数据、多媒体等各种业务，并实现分组传输、控制分离、业务与网络分离（提供开放接口）、端到端的QoS、安全性等。

2 软交换

　　在NGN的分层结构中，软交换设备是电路交换网向分组网演进的核心设备，是下一代电信网络的重要设备之一，它独立于底层承载协议，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、计费功能、路由和认证等主要功能，同时可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。是电路交换网与IP网的协调中心，通过对各种媒体网关的控制实现不同网络之间的业务层融合。

　　软交换又称为呼叫代理、呼叫服务器或媒体网关控制器。软交换的基本概念是把呼叫控制功能从传输中分离出来，通过服务器上的软件实现基本控制功能，如呼叫选路、信令互通、管理控制（建立会话、中止会话）。

　　软交换技术是将不同业务在IP平台下整合，通过软交换方式进行管理和控制。软交换的核心思想是将硬件软件化，它要求网络将服务和接入的不同网络介质做成两个独立层面，服务可以和接入的介质完全分开。

　　软交换技术区别于其他技术的显著特征：

　　· 独立呼叫控制功能；

　　· 综合设备接入能力；

　　· 开放的业务接口；

　　· 基于策略的运行支持系统。

　　目前软交换的体系结构如图2所示。

　　在该软交换体系下，位于边缘层的各个网关的功能变得更纯粹，如媒体网关只是在软交换的控制下实现媒体连接控制和转换。网络的智能集中在软交换上。该体系既满足了下一代以分组交换为核心的网络上的电信级管理的要求，同时保证了业务的开放性和灵活性。

　　软交换是下一代网络的核心控制设备，以软交换为控制核心组成的网络结构可以分为业务应用、控制、承载和接入四个层面，一种典型的利用软交换组网的网络结构如图3所示。

　　接入层将各种不同的网络及终端设备接入，主要是把现有网络相关的各种网关和终端设备接入软交换控制的分组网络，并将信息格式转换成能够在分组网络上传递的信息格式。

　　承载层采用分组技术，主要由路由器及ATM交换机组成，为NGN提供一个高可靠性、端到端QoS的保证、大带宽的统一综合传送平台。

　　控制层实现呼叫控制和连接管理，支配网络资源。

　　业务应用层主要指面向用户提供各种应用和服务的设备，是提供业务的平面。它采用开放综合的业务接入平台，为NGN提供各种增值业务、多媒体业务和第三方业务，同时还具有相应的业务生成和维护环境。基于软交换的网络提供的业务可分为由软交换提供的业务和其他节点提供的业务。软交换可以直接提供包括话音、传真和视频多媒体等基本业务，以及主叫号码显示、会议呼叫等补充业务。其他节点则可以提供有比较复杂逻辑的业务，比如记账卡、IP Centrex以及其他第三方业务。这一层的提出是智能网思想的延伸，同时也反映了下一代网络中业务与呼叫控制分离的精神。

3 网络互通

　　NGN的发展主要体现在业务应用融合并相互交叉、技术趋于一致、网络间互联互通、号码与地址融合等。

　　目前的网络环境中共同存在着各种有不同网络规划、不同地址划分以及不同承载方式的宽、窄带数据网，这些复杂的网络形态，在过渡到NGN统一平台时存在着业务互通的问题。如何解决电信业务在宽、窄带异构网络间的互通，已经成为非常突出的现实问题，这也是基于软交换的NGN走向大规模组网和全面商用必然要解决的关键问题。

　　NGN通过网关设备实现与现有网络互通，例如与PSTN、ISDN和GSM等的互通， 同时NGN也支持现有终端和IP智能终端， 包括模拟电话、传真机、ISDN终端、移动电话、GPRS终端、SIP终端、 H.248终端、MGCP终端、通过PC的以太网电话、线缆调制解调器等。

　　目前的IP技术规定了窄带和宽带电话网络之间的互通模型和方法，但是对于宽带异构网络间的互通没有解决方法和描述，其中最明显的就是网络地址规划问题造成的互通障碍。目前解决这些问题的方法是考虑在宽带异构网络之间放置宽带网关（BGW）。BGW接受软交换的控制指令，在内部建立两个媒体端口的连接，这两个媒体端口分别对应于两侧不同网络终端的媒体端口，来自一个网络的媒体流汇聚到BGW，经过BGW内部连接转换，将媒体流发送到另外的一个网络。这一点和网络地址转换技术（NAT）功能类似，但原理不同，BGW端口的映射表是完全根据软交换的指令动态生成的，即建立了互通设备和业务控制设备之间的关联，从而满足电信业务的互通要求。这种思想的互通模型如图4所示。

　　该模型的核心思想是将一个完整的呼叫分解为多个呼叫，将一个呼叫的媒体连接分为多个媒体连接来实现网间互通。软交换完成跨网的信令互通和呼叫控制；BWG在软交换控制下完成跨网媒体端口的映射和媒体流的转发。此模型中BGW实际上仍然是一个纯粹的媒体网关，只负责异构网络间的媒体的连接，所有的多个呼叫的建立、维护、释放、端口指派都是由软交换完成。

　　目前关于各种网络设备间的互通各个厂家有不同的解决方案并且在不同的组网案例中使用，这对于将来各个子网的互通也构成了麻烦，因此，网络互通的标准化是亟待解决的问题。

4 应用中的难题

　　目前运营商进行的软交换技术测试和试验，暴露出的问题主要有以下几点，这也是软交换要在整个电信网上全面运行需要解决的问题。

4.1 计费不准

　　由于呼叫控制和承载的分离，软交换在呼叫控制完成后，不再介入承载连接，软交换依赖于软交换与各个网关之间或者与终端之间的连接，了解承载连接的情况如用户通信的起始和终了时间。终端和媒体网关与软交换之间的连接是通过IP网的，因此这种连接的可靠性将取决于IP网的可靠性，而这个可靠性低于No.7信令网的可靠性。由于呼叫连接的丢失使软交换无法知道准确的终了时间而造成计费的不准确。虽然目前已经采用了比如轮询、心跳，对经中继进入的呼叫采用No.7信令中的消息计时等方式避免和改善计费不准的问题，但是对于实际应用的软交换系统，有待继续完善。

4.2 远端供电

　　现在部署的软交换应用中通过IAD给用户提供普通的电话服务，其他终端采用本地供电的方式，而目前商业电网供电的可靠性是非常低的，这样大量智能终端或IAD会由于供电问题无法在网上大规模应用。

4.3 组网问题

　　基于软交换的网络组织目前国内外没有成熟的经验，是采用基于软交换的全平面结构，还是分区域选路由结构，或者是其他某种新的结构，在技术和实践方面都需要深入的探索。这也是软交换网络能大规模商用的前提条件。另外，目前软交换的实验基本是在一个软交换基础上的，但是实际的网络是不可能用一个软交换来完成构架的，如果两个或两个以上的软交换组网则牵涉到软交换系统之间的通信，这方面的协议尚不够标准化，如果是不同厂家之间的配合会有互通问题。

4.4 安全和保密问题

　　一般认为，投入实际应用的NGN安全性、应急通信和私密性方面应该达到电信级的要求，而且，下一代网络中，多业务承载能力要求下一代网络中可能需要承担终端用户认证、保密通信等服务，因此，多层次结构中的安全性和保密性研究是一个不可忽视的问题。

4.5 地址分配问题

　　软交换设备及相关的设备作为分组交换网中的节点，必须具有惟一的网络标识。随着软交换网络规模的扩大和用户接入数量的增加，这个标识的容量是一个现实的问题。

4.6 多协议的互通和兼容

　　有关软交换的标准、协议是和网络融合的关键。在软交换系统中，协议没有做到兼容性，协议标准也在尝试的发展中，这些协议分别来自不同的标准化组织，这为技术研究以及设备生产和通信运营各方面都带来了很多协调的困难。而且各厂家的软交换设备体系的技术标准和协议标准还很难做到相互兼容，例如BICC和SIP-T协议、H.248和MGCP协议的选择和兼容，终端协议SIP、H.323、MGCP、H.248等协议的并存也为互通和兼容带来很大的不便。

4.7 用户管理认证

　　NGN基于分组网络，大量的用户终端可以通过分组接口直接接入NGN，给NGN的设备带来了极大的隐患。同时，随着NGN中业务的丰富与多样性，对终端的升级、维护、管理提高了要求，因此NGN中对终端的管理和认证是必不可少的，是保证NGN业务开展的必要条件。而用户管理认证的具体实施有可能会与NGN的“允许用户自由地接入不同业务”的目的冲突。

4.8 QoS

　　保证QoS是软交换网络成为统一平台并实现大规模商用的关键，它取决于软交换网络所基于的分组承载网络，但是应该赋予QoS相应的控制策略。

4.9 异地容灾设计

　　作为下一代网络的全新综合业务解决方案，组网的可靠性要求更加严格，故要求重要网元设备之间必须有容灾考虑，当某一点的设备发生故障后，与之容灾的设备必须在既定时间内接管所有业务，以保证全网的可靠运行。

4.10 标准化

　　软交换体系涉及组网技术、路由技术、编号方式、互联互通、设备、协议、业务等多个方面，所有这些都需要进行标准化，从而保证整个体系的正常运行。标准化一方面能够指导运营商部署软交换的网络，另一方面也可以指导设备制造商开发设备，同时也能够为政府的管制政策提供技术依据。 5 结论

　　下一代网络是业务驱动、以软交换为核心的网络，由于业务与控制的分离，它能独立于网络迅速提供各种增值业务。但是它的形成不是一蹴而就的，目前的应用主要集中在IP Centrex等少数领域，随着下一代网络商用体系的建立和投入使用，各种问题逐渐暴露并得到积极有效的解决，现有的网络将通过尽小的资本投入，向以软交换为核心的下一代交换网演进；向以3G为代表的下一代移动通信网演进；向以IPv6为基础的下一代互联网演进；向多元化的宽带接入网演进；向以光联网为基础的下一代传送网演进，最终过渡到成熟的商用。

参 考 文 献

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----《中国数据通信》