浅谈下一代网络NGN框架结构及其演进

随着以互联网为代表的新技术的迅猛发展，电信业正在经历一场巨变。首先，以数据业务为核心的新型电信业务层出不穷，数据业务发展迅猛；其次，语音压缩技术的成熟，使得基于分组交换网络的语音业务成为可能，IP电话系统、第二代移动通信系统都已经广泛采用了这种技术；第三，基于IP或者ATM的分组交换网络日益成熟，网络资源利用率的提高使得分组交换网络可以承载多种媒体信息的传送，密集波分复用技术的发展又进一步降低了分组交换网络的通信传输和交换的成本。因此，基于分组交换网络提供语音、数据和多媒体业务已经成为未来电信业务发展的主流趋势。

同时，随着电信市场竞争的日益加剧，电信竞争开始从技术驱动向需求驱动的方向转变。如何快速、有效地提供新型的、差异化的电信业务，进而提高整体业务收入，扩大用户数量，是电信运营商目前普遍关注的重要问题。传统的PSTN网络由于采用业务、控制、承载等多功能的集中化，已经不能适应快速生成新业务的需要，因此，一个全新、开放、分层次的网络架构，即下一代网络(NGN)应运而生。

NGN概述

NGN是一个广义的概念，代表了未来电信网络发展的主流趋势。具体地说，NGN是一个基于分组承载网络，支持多种接入技术，分层次、开放的综合网络，包括固定网络和移动网络。

NGN主要包括以下特征：基于分组交换技术：支持xDSL，WLAN，3G，PSTN等多种接入技术；具有分层、开放的网络架构；提供包括语音、数据和多媒体等的多种电信业务。

NGN框架结构

目前，ITU-TFGNGN和ETSITISPAN都在针对NGN进行相应的标准规范制定工作，主要包括NGN网络基本框架结构、NGN业务、QoS、安全等。预计2005年下半年，ETSITISPAN将正式发布R1版本；2005年底，ITU-TFGNGN也将正式发布R1版本。目前，NGN的网络基本框架已经基本确定。

从终端的角度来看，NGN支持多种类型终端，包括传统的固定电话、智能终端、移动终端、PC机等。其中，固定电话主要通过网关设备与NGN网络相连，移动终端和智能终端则直接接入NGN网络。[page ]

从网络的角度来看，NGN网络分为两个层面：业务层和传送层。传送层主要负责支持多种接入技术，传送媒体流和信令流，同时提供相应的QoS控制、准入控制等附加功能；业务层主要负责提供会话控制、业务逻辑、用户数据存储、计费等功能。

1.NGN传送层

NGN传送层包括核心传送网、接入传送网、网络附着子系统和准入控制子系统四个部分。传送网将支持多种接入方式：xDSL接入(如ADSL，SDSL，VDSL)；Cable接入；光纤网络接入(如FTTH，FTTC，FTTB等)；以太网LAN接入；固定无线接入(如WLAN、WiMAX)；固定IP连接(如GigabitEthernetlink)；移动无线接入(如3GPP和3GPP2定义的IP-CAN)。

网络附着子系统是位于传送层的一个重要的传送控制子系统，主要负责动态分配IP地址、终端参数配置、IP层面的认证鉴权和位置信息管理等功能。

针对WCDMA网络，NASS功能可以通过WCDMA分组域网元来实现。具体地说，鉴权功能可以通过分组域网元与HLR配合完成；IP地址分配功能可以通过GGSN或者DHCPServer完成；位置管理功能可以通过分组域网元与无线接入网络配合完成。针对固定网络，NASS功能尚不能通过现有设备实现，因此需要网络附着子系统配合完成。

准入控制子系统是位于传送层的另一个重要的传送控制子系统，主要负责QoS控制、资源分配调度、NAPT控制等功能。该子系统位于业务层和承载层之间，它将业务层面的QoS请求反映给承载层，承载层通过预留相应的资源实现QoS保证功能。

针对WCDMA网络，准入控制子系统的功能可以通过WCDMA分组域网元实体PDF和GGSN来实现，但端到端的QoS仍然需要底层承载网络来保证。针对固定网络，准入控制子系统的功能还无法通过现有设备来实现，因此需要准入控制子系统配合完成。

2.NGN业务层

NGN业务层主要包括PSTN/ISDN仿真子系统、PSTN/ISDNEmulation子系统、多媒体子系统以及各种公用功能模块四个部分。

多媒体子系统主要负责提供各种多媒体业务，如流媒体业务、内容传送业务等；公共功能模块主要负责为其他子系统提供共用的模块功能，如用户数据库(UPSF)、SLF、应用服务器(ASF)、CDF、边缘网关等。NGN的功能模块化特点为未来灵活引入新的子系统提供了方便和可能。

PSTN/ISDNSimulation子系统是NGN业务层面的一个重要的业务控制子系统，主要负责为用户提供基于SIP协议多媒体业务和部分传统的固定电话业务。PSTN/ISDNSimulation子系统采纳了3GPP定义的IMS的框架结构，提供基本的会话控制功能；同时，IMS通过向上的开放业务接口，与应用服务器配合，提供端到端或者端到网络的包括语音、数据和多媒体在内的多种媒体类型的电信业务；此外，IMS还提供业务漫游、计费信息等功能。

IMS基本框架结构。其中，CSCF负责基本的会话控制功能，并向上提供基于OSAAPI的接口：MGCF负责IMS域与电路交换域的信令转换，并对MGW进行资源分配与管理；MRFC负责控制MRFP，提供会议桥、回铃音、混音等功能。

此外。为了支持多种接入技术，ETSI还在3GPPIMS的基础上进行了扩展，主要体现在各IMS网元实体的功能增强，例如，P-CSCF支持多种资源预留方式并增加了ALG功能，还支持与NASS的接口；S-CSCF支持多种鉴权方式；MRFP支持多种媒体类型等。

PSTN/ISDNEmulation子系统是NGN业务层面的另一个重要的业务控制子系统，主要负责为传统的固定电话用户提供窄带固定电话业务。PSTN/ISDNEmulation子系统通过CallServer提供传统的固定电话业务，从而实现传统PSTN/ISDN网络的逐步替换和网络演进。

目前，针对PSTN/ISDNEmulation子系统与IMS的关系存在一些分歧，二者究竟是互通关系还是融合关系，仍在讨论之中。[page ]

3.NGN与其他系统的互通

NGN将支持与IMS网络、IP网络以及传统PSTN/ISDN网络的互通。具体来说，NGN将通过在业务层面和传送层面架设网关来实现与其它网络的互通。

NGN网络演进

NGN是未来电信网络发展的主流趋势和目标。如何通过对现有网络的升级改造实现向NGN网络的逐步演进是电信运营商需要考虑的重要问题。实际中，依据业务的需求以及运营商网络的不同状况，电信运营商采用的网络演进方案也将有所不同。

从固定运营商的角度来说，传统的PSTN网络设备陈旧、业务单一，复杂的网络结构带来了较高的运维成本。如何改造现有PSTN网络，降低网络运维成本，逐步实现向NGN的演进，是传统的固网运营商需要考虑的首要问题。基于PSTN网络的实际状况不同，PSTN的演进思路也有所不同(详见表1)。

目前，许多电信运营商已经开始了PSTNEmulation子系统的部署工作，例如，英国电信将于2005年开始替换传统的PSTN电路交换网络，并计划于2007年实现50%的本地电路交换机的替换工作：同时，英国电信正在考虑以IMS架构为目标，分阶段部署PSTNSimulation网络，以满足宽带业务的需求。与英国电信类似，许多固网运营商也都采取了类似的措施，通过对长途局或者端局的替代，方便业务的开展，降低网络的运维成本。

对于移动运营商来说，其网络发展会采用不同的策略。由于这些运营商没有固定网络，他们向NGN的演进不会向固网运营商一样从PSTN/ISDNEmulation开始，而可以从引入IMS开始。在没有固定网络的引入初期，可以从引入IMS的业务开始，例如，PTT业务、Presence业务、   InstantMessage等，这些业务对于2G和3G网络都可以实现。随着技术标准的不断完善和业务发展需求的变化，可以在原有的IMS网络的基础上引入固定接入方式，实现固网和移动网络的融合。目前，许多移动运营商都在积极开展IMS的预商用和测试工作，这些都说明了移动运营商对于IMS的关注。

结束语

NGN的框架是全业务运营商的目标网络，而IMS处于NGN的控制层面，基于IMS可以实现固网和移动网在控制层面的融合。NGN的架构总体上是一种分层化、可扩展的框架结构，运营商向NGN的演进从哪里开始，取决于网络现状和业务发展需求，同时也受到标准化进程的影响。在NGN的框架下，除了控制层面的融合，还可以在其他层面进行融合，例如，固定网络和移动网络可以通过共用各种应用服务器实现业务融合；传送层面的融合在很多运营商的网络上已经发生，即各种业务共用相同的分组承载网络(IP网络或ATM网络)。总之，网络融合和演进正在网络的各个层面发生。