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下一代網絡的結構及其標準化問題

彭揚 2003/02/10

1 下一代網絡的概念和特征

　　盡管大家都同意下一代網絡是網絡融合、演進的發(fā)展方向，而且在全球范圍內也展開了多種類型的試驗和應用，例如中國電信在北京、上海、廣州和深圳等4個城市開展了下一代網絡的試驗。但是就下一代網絡具體定義來說，業(yè)內還沒有統(tǒng)一的共識。

　　歐洲電信標準化委員會（ETSI）認為：下一代網絡只是在電信和信息領域用來指代業(yè)務基礎設施變化的一個代名詞，它包含了針對PSTN/ISDN/GSM Phase 2以后的所有網絡發(fā)展趨勢。國際電聯(lián)（ITU-T）下一代網絡標準化小組提出：下一代網絡應是PSTN、移動通信網和分組網（ATM/IP）的融合，未來的網絡應在統(tǒng)一的分組化（Packet Transport）網上支持各種業(yè)務。

　　下一代網絡是一個定義網絡和配置網絡的概念，它通過對網絡分層分面的劃分以及開放標準接口的采用，可以為業(yè)務供應商和電信運營商提供一個統(tǒng)一的業(yè)務平臺，從而按部就班地創(chuàng)造、配置和管理業(yè)務。

　　下一代網絡主要有如下特征：呼叫控制與傳送功能分離；業(yè)務和網絡分離，業(yè)務控制層獨立于承載層資源，業(yè)務滿足可移動性（mobility）；在業(yè)務控制和資源控制之間提供開放式體系架構和標準接口；提供業(yè)務相關的應用編程接口（API）來支持創(chuàng)造、配置和管理各種業(yè)務；網絡業(yè)務層分組化。

　　總的來說，下一代網絡不僅應能給業(yè)務運營商提供實現(xiàn)多種增值業(yè)務的機會，還應大大提高用戶業(yè)務的靈活性和服務質量。

2 下一代網絡的結構

　　發(fā)展下一代網絡的目的是充分利用網絡資源，盡最大可能實現(xiàn)性能價格比的最優(yōu)化。將傳統(tǒng)的電路交換網和數(shù)據(jù)交換網相融合到分組化網是一個漸進的過程，業(yè)界當前有重疊網和混合網兩大過渡策略。這里將介紹基于現(xiàn)有網絡結構的未來幾種可能的網絡結構解決方案，并根據(jù)ITU-T的研究提出下一代網絡的配置參考模型和業(yè)務參考模型。

（1）傳統(tǒng)的PSTN

　　傳統(tǒng)的PSTN是目前全球規(guī)模最大的電話業(yè)務網，采用電路交換技術，主要由接入網、傳輸網和骨干交換網組成，并由No.7信令網絡控制。雖然傳統(tǒng)的PSTN的服務質量（QoS）優(yōu)良、延時（latency）較低，但電路交換使得傳統(tǒng)的電話交換網結構復雜、電路數(shù)量過于龐大，新電信運營商進入市場的初期成本巨大。研究表明，在美國，一個本地電信運營商至少需要500萬美元的交換設備才能服務于有2萬用戶左右的新本地局。因此傳統(tǒng)的大型電話用戶交換機存在著計費麻煩、補充新業(yè)務復雜等問題。

（2）IP網的結構

　　傳統(tǒng)的本地IP網絡向商業(yè)用戶及住戶提供盡力而為（Best Effort）的數(shù)據(jù)業(yè)務，因特網（Internet）、企業(yè)內部網（Intranet）和企業(yè)外部網（Extranet）是其主要的組網對象。其組網方便，初期投入設備成本相對較低。傳統(tǒng)的IP網絡基于IPv4協(xié)議組網，可提供一定程度的語音服務，如Centrex IP和VoIP，但不提供差分業(yè)務（differentiated service）功能和服務質量（QoS）保證。現(xiàn)有的IP網絡由接入部分、邊緣部分和核心部分組成：接入部分處于用戶和邊緣路由器之間，邊緣路由器通過接入服務器會聚用戶業(yè)務流，其中窄帶固定用戶經PSTN／ISDN通過窄帶接入服務器接入IP網絡，窄帶移動用戶經GSM網絡同樣通過窄帶接入服務器接入IP網絡（如果窄帶接入服務器所面向的是語音業(yè)務，它也可稱為IP電話網關，提供VoIP業(yè)務接入），寬帶固定用戶可經xDSL和本地網（LAN）或有線電視網由寬帶接入服務器接入IP網；邊緣部分包括邊緣和邊界（Boder）路由器；核心部分則由核心路由器組成。

（3）VoIP（H.323＆SIP）重疊網的結構

　　下一代網絡在網絡結構上的一個主要特征就是在傳輸功能和控制功能之間采用網關。傳統(tǒng)電信業(yè)務運營商不可能放棄已經投入巨資安裝的電路交換機，為了避免不斷增長且長時間在線的撥號上網業(yè)務流量對電路交換網絡造成的瓶頸效應，并向用戶不斷提供新業(yè)務以保持競爭優(yōu)勢，國際電聯(lián)推薦采用由VoIP向下一代網絡演進的方案。VoIP目前有ITU-T的H.323和IETF的SIP（Session Initiation Protocol）兩套實施標準�；诰W守（Gatekeeper）概念的H.323非常類似傳統(tǒng)的電話協(xié)議，它規(guī)定了基于分組網進行兩點/多點實時媒體通信的系統(tǒng)邏輯組件、消息定義和通信過程；SIP則更像一個Internet范疇的協(xié)議，它定義了一套用于創(chuàng)建、修改、終止IP會話的信令協(xié)議，包含SIP用戶代理（SIP user agent）和SIP網絡服務器（SIP network server）兩個基本組件。盡管SIP以其簡單靈活的特性得到了多方青睞（UMTS中選擇SIP），但是筆者認為H.323和SIP均會長時間在下一代網絡中占領一席之地并且互聯(lián)互通。VoIP（H.323&SIP）重疊網的網絡結構，它表明了下一代業(yè)務網絡的演進趨勢。

　　網關：（Gateway）負責IP網絡和PSTN間媒體流（media stream）的互聯(lián)互通，信令網關（Signaling Gateway）負責No.7信令和IP信令的互聯(lián)互通，網守負責所有服從H.323協(xié)議的節(jié)點（網關和終端），SIP網絡服務器負責完成用戶名解析和用戶定位，SIP用戶代理是呼叫的終端。由于現(xiàn)有的VoIP網絡不能滿足服務質量的要求，因此在VoIP結構中引入了媒體控制器（MGC）和警戒服務器（Policy Server），依照Megaco/H.248協(xié)議，它們通過控制網絡資源并實現(xiàn)服務質量管理（整型、警戒和標記）來滿足下一代網絡對服務質量的要求。移動通信網在網絡結構上可參考該配置。

（4）骨干傳輸網的網絡結構演變

　　在全球骨干網容量不斷擴充和DWDM系統(tǒng)迅速普及的情況下，光網絡市場出現(xiàn)了巨大的機會。從某種意義上來說，網絡運營商需要更有效和更經濟的手段來管理多波長網絡，以避免資源浪費。設備供應商在骨干傳輸網發(fā)展的總體趨勢是提供光層網絡的動態(tài)管理，在光層面上既完成傳輸功能又完成交換功能，這對從電路交換到分組包交換的轉換非常重要。業(yè)界專家普遍認為，骨干傳輸網的網絡結構應由簡單的點到點傳輸向光聯(lián)網演進。但我們也應注意到光核心網的變化只是一場革新（evolution），而不會是一次革命（revolution）。網絡運營商曾經計劃利用現(xiàn)有的智能寬帶數(shù)字交叉連接系統(tǒng)（DCS）和采用光疏導型交換以及光波長交換來實現(xiàn)下一代骨干傳輸網——光聯(lián)網。運營商們一般都采取根據(jù)實際的業(yè)務需求來設計骨干傳輸網發(fā)展的戰(zhàn)略，也就是充分利用現(xiàn)有的核心DGS平臺，直到不能滿足業(yè)務需要時再發(fā)展光交換。

　　我們可以發(fā)現(xiàn)，當網絡的業(yè)務量達到需要采用多波長技術通過核心網時，光集成（aggregation）和交叉連接功能會由骨干傳輸網的核心層轉到邊緣層，核心層由光交換負責管理和疏導，從而發(fā)展成光網型集中結構，完成由簡單的點到點波分復用（WDM）傳輸向光聯(lián)網演進。

（5）下一代網絡的參考配置模型

　　目前，下一代網絡的總體發(fā)展方向主要是應用分組化（packet）的基礎設施。下一代網絡作為將來的主要網絡結構，如何充分利用現(xiàn)有的網絡基礎演進是其成功的關鍵。為此，ITU-T提出了下一代網絡的垂直參考配置模型。

　　在下一代網絡的垂直參考配置模型中主要包括以下3個層面。

·應用層（Application Layer）。主要負責業(yè)務接入以及業(yè)務邏輯的相關處理，如業(yè)務生成、業(yè)務邏輯定義和開放應用業(yè)務編程接口以及業(yè)務的管理等功能。

·業(yè)務控制層（Service Control Layer）。主要由媒體網關/軟交換控制和IP業(yè)務交換功能組成，包含呼叫控制和路由選擇等流程。該層是下一代網絡的中樞，負責業(yè)務功能與呼叫控制的分離、業(yè)務功能與承載功能的分離。

·網絡傳送層（Network Transport Layer）。此層由媒體網關、各種接入方式和傳輸方式組成。媒體網關（Media Gateway）在該層負責適配語音和其他媒體流到分組傳送（Packet Transport）網絡，它可以在電路交換網的承載通道和分組網的媒體流之間進行轉換。用戶業(yè)務在該層連入網絡并集中再傳送至目的地。

3 下一代網絡的標準化問題

　　下一代網絡是一項巨大的系統(tǒng)過程，它涵蓋的技術涉及電信、計算機以及廣播電視等多個領域。參加下一代網絡標準化活動的國際組織有3GPP、CTSI、ETSI、IETF、IMTC、ISC、ITU-T、MPLS Forum、MSF、PARLAY、T1、TIA、TMF和TTC等十幾家。

（1）網絡結構與協(xié)議

　　目前，很多標準化組織把下一代網絡工作的側重點放在了網絡接入技術上。如何完成接入網間和交換網間的互聯(lián)互通不僅關系到網絡運營商的成敗，也直接影響到設備供應商的發(fā)展戰(zhàn)略。然而，我們現(xiàn)在對于下一代網絡的總體結構以及各種下一代網絡間的互聯(lián)互通協(xié)議卻缺乏研究。例如，如何解決同時擁有3G和xDSL終端的用戶享受下一代網絡移動性的需求（在下一代移動網和下一代固定網中，用戶可以通過內部協(xié)議定義自身信息給不同的終端）？下一代網絡的總體規(guī)劃對網絡運營商也非常重要，開放的結構體系和標準接口到底是什么？這些都需要更細致的標準化工作。

（2）服務質量（QoS）

　　現(xiàn)有的IP網絡還不能保證某些業(yè)務的服務質量。前面提到下一代網絡結構的一個重要演進策略就是融合現(xiàn)有的電路交換網絡和VoIP網絡。IP網絡采用先進的數(shù)字信號處理技術和統(tǒng)計時分復用技術進行語音編碼及壓縮，在降低了帶寬成本的同時也帶來端到端的服務質量問題。如何在不同的網絡間定義統(tǒng)一的服務質量標準直接關系到用戶的滿意程度。對于下一代網絡來說，服務質量（QoS）的定義不能局限于語音業(yè)務，還應包含數(shù)據(jù)和視頻等多種媒體流。

（3）業(yè)務平臺

　　下一代網絡相對傳統(tǒng)網絡有兩個“新”觀點：業(yè)務控制和低層配置分離以及業(yè)務控制功能從電話領域擴展到多媒體領域。業(yè)務提供商可以獨立于網絡運營商而存在。這就要求位于第三方的業(yè)務提供商使用能夠提供開放接口的網絡業(yè)務平臺。下一代網絡的終端用戶不僅能向現(xiàn)在的GSM用戶那樣選擇不同的GSM網絡提供商，在網間進行漫游，他們還能夠接入不同業(yè)務層，選擇不同的業(yè)務提供商，實現(xiàn)業(yè)務層漫游。

（4）網絡管理

　　各種各樣的網絡（固定網、移動網、IP網、傳輸網和接入網等）融合形式已經使網絡管理變得很復雜，而在各個網絡層面上現(xiàn)有的和新增的各種業(yè)務更是增加了網絡管理的復雜性。因此，ITU-T SG4基于原有網絡管理模型研發(fā)統(tǒng)一的網絡管理平臺來滿足各種不同系統(tǒng)和用戶要求。其主要工作是加強核心網的網管結構研究和基礎網絡管理服務的定義，為下一代網絡的網管要求（故障、性能、用戶管理、計費、流量和路由管理）規(guī)范參考模型和接口。

（5）網絡安全

　　下一代網絡的網絡安全的主要任務是：發(fā)展一個復合的網絡安全結構；開發(fā)下一代網絡專項安全協(xié)議和應用編程接口（API）。下一代網絡安全的難點在于下一代網絡已不是一個具有清楚接口的網絡，網絡安全的工作必須基于開放的API和具體應用來開展。

4 結論

　　發(fā)展下一代網絡的主要目的就是要充分利用先進技術和網絡資源提供更多更好的增值業(yè)務，從而在最大可能降低網絡運營商的固定投資和運營成本的同時，大大地提高他們的運營收入。因此，如何規(guī)劃下一代網絡的網絡結構發(fā)展戰(zhàn)略對于網絡運營商來說至關重要，因為它直接關系到在整個演進過程中如何降低網絡設備的固定投資成本，從而在電信市場上保持競爭優(yōu)勢的問題。下一代網絡結構的演進發(fā)展戰(zhàn)略應該根據(jù)已經安裝（或者準備安裝）的具體網絡規(guī)模、運營商在當?shù)氐哪繕擞脩魯?shù)量和業(yè)務種類以及網絡運營商的未來的總體擴張戰(zhàn)略來分情況分階段制定，所以筆者認為不可能對下一代網絡的發(fā)展提出一個總體的或通用的時間表或是解決方案的建議。但是，我們也應該看到，網絡演進的最終方向是基于分組交換的網絡，無論如何演進，傳統(tǒng)的電路交換網都會和新技術網絡共存一段時間。當前網絡演進的關鍵是充分利用現(xiàn)有網絡資源，應積極研究下一代網絡重疊網的發(fā)展模式，為下一代網絡的發(fā)展做好準備。

中國通信網(www.c114.net)

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