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浅谈下一代网络(NGN)基本技术与发展

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摘要：下一代网络（NGN）是可以在电信网、计算机网和有线电视网3种互联互通的网络上提供语音、数据、视频的新一代网络，它实现了业务与网络的分离，并采用开放的体系结构，使NGN能够提供丰富的多媒体业务，NGN时代的到来也就成为电信网络发展中的一座重要里程碑。
关键词：NGN；软交换；IMS;网络互通
Summary:The next generation network(NGN) is can at telecommunication net, the calculator net and cable TV 3 kinds of networks which with each other unite a mutual communication up provide the new generation networks of speech, data, video frequency, it carried out the separations of business and network, and adopt liberal system structure, can make the NGN provide abundant multi-media business, the arrivals of NGN ageses also become an important milestones within developments: telecommunication network.
Keyword:NGN;Soft exchange;IMS;Network mutual communication

一、 下一代网络的概念
     下一代网络(NGN)，下一代Internet(NGI)在九十年代逐渐被人们提出来。很久以来关于NGN和NGI的详细内容具体没有一个特别详细的模型，是人们对未来网络的一种设想。NGN和NGI都是下一代网络的含义，技术上也有很多相同涵盖的内容，但是，两者的出发点是不一样的。NGI的概念是建立在现在Internet网的基础上，主要研究下一代Internet的发展，而NGN的概念要更加广泛一些，涵盖但是不局限于Internet。
     ITU关于NGN最新的定义是：NGN是基于分组的网络，能够提供包括电信业务在内的所有业务，能够利用多种宽带且Qos保证的传送技术；其业务相关功能与其传送技术相独立；NGN使用户可以自由接入到不同的业务；NGN提供商支持通用移动性，允许为用户提供始终如一的、普遍存在的业务。虽然NGN涵盖的内容比较宽泛，但是网络和业务分离是下一代网络的基本特征，其承载网络以现在流行的IP网也逐渐成为一个不争的事实。抛开平台的不同和终端的差异，为用户提供始终如一、普遍存在的业务是下一代网络发展的终极目标。这也是三网融合，固定移动网络融合的理念。
二、NGN的特点
NGN采用开放的网络架构体系，建立在IP技术基础上的新型公共电信网络，传输、业务和应用相互分离，实现网络的互通和功能，从而可以全球在范围内跨网络支持包括语音、数据和多媒体等各种应用。NGN具有如下特点：
　　分布式控制：软交换是NGN的控制功能实体，适应IP网络分布处理的结构特点，为其提供具有实时性要求得业务的呼叫控制和连接控制功能，是NGN呼叫与控制的核心。
　　开放式结构：网络控制接口开放，网络部件间的协议接口基于相应的标准。
　　业务和网络分离：推出独立于网络运营商的业务提供商，使得业务和应用的提供有较大的灵活性。
　　一体化的综合业务网络：在统一的管理平台下，实现音频、视频、数据信号的传输和管理，提供各种宽带应用和传统电信业务。
　　具有端到端QoS：为所承载的话音及视频等实时业务提供所需的QoS服务保证。
　　完善的安全机制：在开放的网络结构中，必须保证业务提供者的可信任性，保证网络基础设施的安全运行。
三、 NGN的发展现状及趋势
NGN的概念自问世以来，就以快速发展的态势在世界范围内不断推广、应用，其发展过程及趋势可以归纳为以下四个阶段： 
1）起步阶段（1996-1998）
国际电联首先提出了H.323VoIP协议，应用H.323体系构建了分组长途电话网络，获得了可观的收益，为NGN相关协议和应用的发展打下了一定的技术基础，而且从另一个侧面说明了语音1P化承载的必然性。在这个阶段，国内部分运营商也建设了长途IP电话网络。
2）软交换试验阶段（1999-2004）
自从提出软交换概念以来，在众多制造商和运营商的共同推动下，软交换产品逐步趋于成熟，功能日益丰富，标准化过程正稳步推进，软交换技术开始逐步走向市场。在这期间，国内外软交换的实验不断进行，初期软交换的实验内容绝大部分限于软交换的汇接功能、简单的多媒体业务，后期随着软交换技术的日益成熟，试验逐步转为较大规模的商用试验，部分新运营商开始尝试建设正式运营的NGN商用网络。
3）规模部署阶段（预计2005-2009）
预计在这几年的发展中，软交换体系将逐步完善并实现商用化，越来越多的运营商开始大规模部署NGN的商用网络，主要集中于NGN基础结构的建设和现有PSTN网络怎么向NGN过渡，以及采用NGN技术进行交换机的改造和替换工作。
4）稳定发展阶段（2010年以后）
在这一发展过程中，NGN的重点在开发更先进的增值业务上。在这个过程中，也可以逐步实现固网和移动网的融合。随着网络自身业务的完善，包括承载网QoS的完善，网络业务逐步转向以提供多媒体业务为特征的业务。
四 、下一代网络的融合的核心技术
1 ） 电信网络和Internet网络
    电信网络基于传统的电话网络，是以电路交换为基础的封闭网络，业务能力单一，网络和业务紧密结合在一起；固网智能化，在一定程度上实现了业务和承载的分离，但是还不足以胜任网络开放化的重任。而与此相比，Internet网络是建立在分组基础之上，通过IP协议屏蔽链路的差异，实现上层业务透明的端到端的传送，进而促进了Internet上业务的丰富和繁荣。
    从经营理念上来讲，电信网是从商业运营网设计理念出发；互联网是从开发业务平台的角度出发。虽然两者的商业模式完全相反，但是谁也离不开谁，目前互联网是以寄生网的形式与电信网共存，而宽带IP业务也是电信业务的主题。目前电信新发展的业务以及全部IP化，其赖以生存的电话业务也在IP化，电信网上承载的业务( 企业网的业务) 也已完全IP化，电信网业务的全IP化趋势已完全确定。电信网业务全IP化趋势的确定也决定了承载网技术，即电信网将建立在以IP技术为基础的承载网上。
2） 软交换
2.1 软交换的定义
随着计算机和通信技术的不断发展，通过在一个公共分组网络中承载话音、数据和图像已经被越来越多的运营商和设备制造商所认同。在这样的业务驱动和网络融合的趋势下，诞生了下一代网络（ＮＧＮ）模型，实现在分组网络中，采用分布式网络结构，有效承载话音、数据和多媒体业务。
作为ＮＧＮ的核心技术，软交换的发展受到越来越多的关注；作为下一代网络的控制功能模块，软交换为ＮＧＮ具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能。中国信息产业部电信传输研究所对软交换的定义是：“软交换设备是网络演进以及下一代分组网络的核心设备之一，它独立于传送网络，主要完成呼叫控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，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。”
2.2软交换硬件平台
软交换技术体现在物理节点上，即通常所讲的“软交换机”或“通信服务器”，所谓的“软”是相对于电信网络以前的ＴＤＭ电路交换设备中大多采用私有硬件平台而言的。传统ＰＳＴＮ网的交换机采用垂直、封闭和私有的系统结构，而软交换机实现了呼叫控制与媒体相分离，大多基于标准的、开放的系统结构。之所以有这样的发展趋势，是因为传统的电信设备的设计正经历着由私有的设计方式向开放式模块化转变的过程。起初由各个设备提供商独立进行的所有硬件电路、软件代码的设计模式，随着电信业的竞争加剧、成本节省的要求以及开发周期缩短的压力而逐步改为外购的方式，即尽量采用第三方提供的开放商用产品，包括商用硬件平台、软件操作系统和数据库管理系统等，而设备提供商的竞争也逐步转移到相应的软件功能竞争。目前，软交换机的硬件平台发展就顺应了这样的潮流，多采用业界标准的开放的计算机硬件平台，使运营商能够灵活地实现新业务的开发 并充分利用计算机技术快速发展所带来的性能的飞速提高。例如ＳＵＮ服务器平台采用多处理器机制，软件基于Ｓｏｌａｒｉｓ操作系统，并通过ＳＵＮ公司独有的Ｃｌｕｓｔｅｒ技术实现系统的扩展，满足电信级应用中对系统处理能力及可靠性方面的要求。
2.3软件功能模块
在软交换的软件功能组成方面，可比拟传统程控交换机“呼叫控制”功能模块，继承并实现以下几点：
（１）媒体网关接入功能
该功能可以认为是一种适配功能，软交换可以连接各种媒体网关，如ＰＳＴＮ／ＩＳＤＮ ＩＰ中继媒体网关、ＡＴＭ媒体网关、用户媒体网关、无线媒体网关和综合接入网关等。支持Ｈ．２４８媒体网关控制协议或ＭＧＣＰ协议来实现对媒体网关的控制、接入和管理。
（２）呼叫控制功能
呼叫控制功能是软交换的重要功能之一，实现基本呼叫的建立、维持和释放，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等。
（３）业务提供功能
在网络从电路交换向分组交换的演进中，对终端用户而言，业务应当具有完全的继承性。因此软交换必须能够实现ＰＳＴＮ／ＩＳＤＮ交换机提供的全部业务，包括基本业务和补充业务，以及与现有智能网配合提供智能网业务。此外，新业务作为ＮＧＮ不可或缺的组成部分，软交换需要提供可编程的、开放的ＡＰＩ接口，实现与外部应用平台的互通，从而易于新业务的引入和开发。
（４）互连互通功能
下一代网络并不是一个孤立的网络，尤其是在现有网络向ＮＧＮ的发展演进中，不可避免地要实现与现有多个网络的互联互通，包括ＰＳＴＮ、ＰＬＭＮ、ＳＳ７信令网、ＶｏＩＰ网、智能网及其它软交换网等等。因此需要软交换设备支持相应的信令与协议，例如中国ＩＳＵＰ、ＩＮＡＰ、ＰＲＩ、Ｖ５．２、ＭＡＰ，从而完成与上述网络之间的互联互通。
（５）网管与计费功能
支持本地的维护管理，以及通过ＳＮＭＰ协议实现与网管中心的通信。实现维护、配置、业务统计、告警以及计费信息的采集等功能。
2.4软交换技术的应用
针对不同的网络状况和业务需求，目前软交换应用主要集中在以下４个方面。
（１）分组中继
针对用户数增加对汇接局、长途局容量需求激增以及传输带宽增加的情况，通过采用软交换技术构建分组中继叠加网络，利用媒体网关直接提供高速的分组数据接口大大减少传输网络中低速交叉连接设备的数量，对语音进行静音抑制和话音压缩，以及ＡＡＬ２／ＡＴＭ的可变速率适配，降低了网络传输成本和带宽需求可以节省近６０％的传输资源，从而满足对现有的长途局和汇接局的扩容要求。
（２）本地接入
在多种多样的接入方式条件下，例如ＤＳＬ、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ、Ｃａｂｌｅ、Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＬＡＮ、双绞线等，采用软交换技术实现分组话音的本地接入，从某种意义上讲，它不仅完成了Ｃｌａｓｓ ５ 端局的替代或新建，而且为终端用户提供了数据和语音的综合业务。
（３）多媒体业务
针对用户多媒体业务的需求，利用软交换技术，将各种应用服务器上的新业务，在软交换设备的集中呼叫控制下，通过各种网关设备最终提供给广大终端用户，其中软交换直接控制着各种新业务的发放与实施，保证了业务在全网开展的及时性。另外，支持开放的ＡＰＩ接口，通过与第三方应用服务提供商合作，开发并引入新的业务和应用。
（４）３Ｇ核心网
软交换技术不仅适用于固定网络，同样，在３ＧＰＰ Ｒ４定义的３Ｇ无线核心网中，也采用软交换技术，实现呼叫控制与媒体承载的分离。与固网相比，网络结构完全一致，但在移动性管理、安全保密、认证授权等方面，对软交换设备功能进行了相应的扩展。
3 ） IMS
    IMS(IP多媒体子系统，IP Multimedia Subsystem)在3GPP Release 5 版本中提出，是对IP 多媒体业务进行控制的网络核心层逻辑功能实体的总称。随后又在R6、R7版本进行补充。R5 版本主要侧重于对IMS 基本结构、功能实体及实体间的流程方面的研究；而R6 版本主要是侧重于IMS和外部网络的互通能力以及IMS对各种业务的支持能力等。R7 阶段更多的考虑了固定方面的特性要求，加强了对固定、移动融合的标准化制订。
    IMS体系机构从上向下分为四层：应用层、控制层、承载层和接入层。应用层主要实现传统的电话业务、智能网的接入以及提供基于SIP的非传统电信业务等；控制层主要完成基本会话的控制、SIP 会话路由控制等功能；承载层采用具有QoS 保证的IP 网进行承载；接入层主要完成各类SIP 会话的发起、终结，完成与传统PSTN/PLMN 间的互联互通。
    软交换和IMS子系统都可以作为NGN呼叫控制的体系结构，以IP为承载网络，实现业务和承载分离，但是软交换和IMS技术存在较大差异。软交换重点解决PSTN的IP化，需要完全继承PSTN的业务之上提供一些新的业务。IMS重点考虑IP多媒体业务，包括流媒体、视频以及文本综合业务，源自对移动网络的研究。
    IMS 和软交换最大的区别在于以下几个方面。①在软交换控制与承载分离的基础上，IMS更进一步的实现了呼叫控制层和业务控制层的分离。②IMS起源于移动通信网络的应用，因此充分考虑了对移动性的支持，并增加了外置数据库——归属用户服务器(HSS)，用于用户鉴权和保护用户业务触发规则。③IMS 全部采用会话初始协议(SIP)作为呼叫控制和业务控制的信令，而在软交换中，SIP只是可用于呼叫控制的多种协议的一种，更多的使用媒体网关协议(MGCP)和H.248 协议。IMS体系结构终端和核心侧都采用基于IP承载的SIP协议，从而是IMS支持各类接入方式，可以为移动运营商提供丰富的网络业务，也可以应用于固网运营商网络演化和增值，因此也是固网移动网融合的关键技术。
4）  IPv6技术
IPv6与NGN的发展密切相关。随着电信业和Internet技术的发展，下一代网络（NGN/NGI）已初具端倪，并将进一步演进和发展。ITU-T的NGN计划（NGN2004Project）将下一代网络看作是全球信息基础设施（GII）的具体实现；ETSI将NGN定义为是一种规范和部署网络的概念，通过采用分层、分面和开放接口的方式，给业务提供者和运营者提供一个平台，借助这一平台逐步演进，以生成、部署和管理新的业务； 
从发展理念上分析，IPv6的发展有助于NGN业务从一个点的网络向一个“面”的网络发展。在IPv4网络情况下，限于各种条件的限制（地址问题、带宽问题、设备问题）在开展NGN业务时，必须对IPv4网络进行优化，而这种优化工作必须一个点，一个点的开展。在利用IPv6开展NGN业务时，一方面IP地址空间足够大，提供便于部署的移动IP技术，在互联互通方面有很强的优势，另一方面在部署IPv6网络时已经考虑到承载综合业务的需求，网络的服务质量和安全性方面有保证，因此IPv6的网络从一开始就具备承载NGN业务的能力，也就是说，在IPv6网络上开展NGN业务是一个网络平“面”的问题。具体到CNGI的建设，在利用IPv6标准建立的试验网络上，通过开展NGN业务支持VoIP、视频会议等，不仅能够在试验技术的同时，探索网络运营的新方式，也就是如何在一个“面”的网络上开展业务，如何跨越不同的行政区划，管理范围如何协调的问题。
五、NGN与现有网络的互通
　　当前NGN已经成为国际上新一代承载各种业务的主要技术，NGN应具有向后兼容，允许平滑演进的网络。
5.1 与PSTN的互通
　　NGN和PSTN的互通包括话路网和信令网的互通。
　　话路网的互通：Softswitch与TG之间的互通采用H.248和SIGTRAN（Signaling transport）协议族的M2UA/IUA/V1UA协议。在中继网关上进行E1电路的对接，由中继网关完成E1电路到IP分组的转换，或者相反方向完成IP分组到E1电路的转换。
　　信令网的互通：SIGTRAN是下一代网络中一个重要的协议堆栈，用来实现在IP网中传递电路交换网的No.7信令，完成NGN和No.7信令网的协议互通。
　　No.7信令点与NGN中的接点（IP网中的接点）通过SG进行互通主要有两种方式：
　　No.7信令网与基于IP的No.7信令网的互通，和No.7信令网与IP信令网的互通。第一种互通方式是把IP网中节点看作No.7信令网的一个节点，分配No.7信令点编码，只是No.7信令链路层与窄带No.7信令链路层不同，采用的是基于IP的链路层，这里的SG充当了STP及媒体转换功能；第二种互通方式是在IP网中传送信令不再采用No.7信令网的方式传递信令，而是在SG完成MTP-3与IP地址的对应关系，由IP和它的适配层完成对高层信令的传递，这里的SG充当了信令代理的功能。
5.2 与PLMN的互通
　　通过媒体网关MGW（Media Gateway）与SCP连接。移动接入媒体网关与UTRAN接入网进行复杂的控制面交互（Q.AAL2/IuUP），将UTRAN业务流转换为IP/ATM核心网业务流，并转接来自UTRAN的非接入层信令（如层3呼叫控制）到MSCserver或转发从MSCserver到UTRAN的控制命令。
　　软交换支持H.248媒体网关控制协议或MGCP协议来实现对媒体网关的控制，接入和管理。
5.3 与智能网的互通
　　软交换与智能网的互通有两种方式：通过信令网关SG互通或者直接与SCP连接。
　　软交换与智能网的互通
　　方式一：
　　Softswitch以INAP/CAP/TCAP/SCCP接口通过信令网关与智能网的SCP互通，共同提供智能网业务，对于智能业务所需要的IVR等功能，由Softswitch控制的媒体资源服务器（MRS）和媒体网关实现，可以改善网络资源占用和时延。
　　软交换与智能网互通时与信令网关（SG）直接相连，由信令网关完成底层协议的转换和地址翻译功能。软交换与现有智能网的互通主要体现在软交换通过SGF功能实体实现与现有智能网功能实体SCF、SRF、CCF的信令的互通。在该方式下，软交换应能够处理现有智能网上的各种智能业务的呼叫，这些呼叫可能是PSTN/ISDN用户发起的，也可能是AG/IAD发起的，还可能是SIP终端发起的。
　　方式二：
　　与本地智能网的互通可将软交换网络直接出网口与智能网SCP连接，完成INAP协议。目前的软交换设备支持固定智能网的INAP协议，因此，软交换可以与传统固定智能网的SCP互通，获得原有固定智能网所提供的记帐卡、被叫集中付费、虚拟专用网等智能网业务。如果以后软交换支持CAMEL系统的CAP协议、WIN系统的WIN MAP协议，那么软交换也可以作为GSM和CDMA网络中的SSF，访问GSM 和CDMA网络中的SCP，为移动用户提供各种智能业务。
5.4 与移动短消息系统的互通
　　软交换应用服务器的即时消息（IM）系统与移动短消息的互通采用短消息网关实现，如下图所示，IM服务器与短消息网关直接采用中国移动或中国联通规定的SP与短消息网关互通协议：CMPP/SGIP。短消息网关与移动短消息服务器SMS之间采用标准的SMPP协议。IM服务器可以根据消息的接收地址来判别是否到移动终端，如果是到移动终端的消息就把消息转发到短消息网关上从而实现移动终端与多媒体终端的消息互通。
5.5 与Internet的互通
　　NGN将充分借鉴移动网络的虚拟归属环境（VHE）技术和Internet的Web业务技术，提供各种网络融合业务。SIP是Internet中的会话控制协议，其地位类似于电话网络中的信令协议，主要功能是完成多媒体呼叫控制。SIP是一个会话/媒体集成控制的轻型协议，专门用于Internet，它和Internet已有的其他协议配套支持多媒体网络通信。SIP协议设计有两个重要的特点。一是在很大程度上参照HTTP进行设计，因此易于实现，适于大规模应用；二是采用E-mail形式的用户地址，因此可以很容易地在Web网页中嵌入对用户的SIP点击呼叫，自然地实现和Internet的融合业务。
　　鉴于SIP在未来网络中的重要地位，业界倾注了大量的热情研究SIP的各种网络应用，提出了一些典型应用的解决方案，并给出了SIP协议的扩展机制。由于SIP遵从Internet的一般原则，是一个客户/服务器模式的协议，因此SIP网络业务都是通过相应的服务器实现的。其中，代理服务器（Proxy）是SIP网络的基本网元，完成呼叫请求的选路转发功能。IETF定义了CPL语言，供用户向其发出指令，也可以通过CGI的方式进行控制，借此实现诸如呼叫转移、呼叫筛选等传统电信网中的基本补充业务以及增值业务的触发转向。对于各种增值业务，则须设置相应的应用服务器，根据不同的平台技术，配备如Servlet等形式的控制逻辑，并定义配套的协议过程。
5.6 与其它系统的互通
　　即时消息系统通常采用IETF的SIMPLE协议实现，可以与支持SIMPLE标准协议的即时消息系统，如微软的MSN Messenger实现互通。通常NGN系统大都支持多种开放的标准协议，可以与采用SIP标准协议的企业通信系统实现互通。如果企业有自己的IP PBX能够支持标准的SIP协议，软交换可以采用SIP分组局间信令实现与IP PBX的互通。
六、下一代网络及其展望
　　经过30多年的发展，现有的技术已基本解决了文字数据的传输．然而在需要处理和传输的信息中，非文字的，即以娱乐、有效沟通、方便用户以及为满足人性化要求为目标的信息（这些信息可称为广义信息）占了数据量的主要部分，并以比文字数据快得多的速度增长．这一类数据就是以视频为代表的大规模流媒体，其需求增长的速度大大高于文字数据．因此，迫切需要升级的，或称之为下一代网络的核心定位不是传递信息，而是娱乐、消费、享受的载体，是未来娱乐经济和体验经济的支柱．如何高质量地处理和传输大规模流媒体，并同时解决网络的安全、可控和收费问题，这是电信、网络业所面临的并长期无法解决的难题，这项与以往不同的需求正是下一代网络的核心增长点．
　　下一代网络的核心定位不是传递信息，而是娱乐、消费、享受的载体，是未来娱乐经济和体验经济的支柱．
当前，一个大规模流媒体处理及传输的新市场有待开发，光纤通信技术的突破已为大规模流媒体网络奠定了基础．

参考文献：
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