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NGN业务特点及发展探讨

时间:2019-09-02 16:42

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NGN业务特点及发展探讨

刘亮

(中央电视台新闻制播一部)

摘要:本文概述介绍了NGN的发展现状和特点,并从宏观地角度对NGN进行进一步思考,探索在NGN中的一些关键技术和架构能否实现人们所期望的作用,并指出这些技术和架构还可能存在和需要解决的一些问题。接着,对NGN技术和构架特点做出全新展望。最后,在全文分析阐述的基础上,提出NGN分阶段推进策略。

关键词:NGN 三网融合 业务特点 网络模型 QoS IP

NGN概述

近年来,全球电信网络发展迅速,取得了巨大成绩,综合通信能力明显增强。但是,随着电信市场在世界范围内开放竞争和产业界的融合趋势,电话网、计算机网、有线电视网趋于融合,网络面临的压力越来越大。用户对多媒体业务产生了强烈需求,对移动性的需求与日俱增,而这些新型的多样性业务,是目前PSTN、PLMN网络所难以提供的。

与此同时,飞速发展的数据网已经对PSTN、PLMN业务形成分流,并将逐渐成为承载话音业务的基石,运营商已经积累了丰富的VoIP运营经验,但H.323 VoIP只满足分组话音的基本需求,缺乏丰富的业务功能。

NGN业务分层结构图1  NGN业务分层结构

在这一发展背景下,基于软交换技术的NGN网络应运而生。NGN又称为下一代网络,是电信史上的一块里程碑,它属于一种综合、开放的网络构架,提供话音、数据和多媒体等业务。

NGN可在统一的分组网络上融合通信、信息、电子商务和交易等业务,满足多样化、个性化业务需求,在继承的基础上实现与各种业务网络(PSTN/ISDN、PLMN、IN、Internet)之间的互通,在全网内快速提供新的语音、数据、图像融合业务,如图1所示。

NGN是在业务上以软交换为核心,在传输上以智能光网络为核心,在终端应用上以可编程网络为主的,采用分层和全开放模式,基于独立的模块化结构,实施业务驱动,使业务,呼叫控制和承载完全分离,以IP为基础的,具有良好的可扩展性和开放性的体系架构、支持各种综合业务、可持续发展的融合网络。它应满足如下特点:

1) 开放分布式网络结构

采用软交换技术,将传统交换机的功能模块分离为独立网络部件,各部件按相应功能进行划分,独立发展。采用业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离技术,实现开放分布式网络结构,使业务独立于网络。通过开放式协议和接口,可灵活、快速地提供业务,个人用户可自己定义业务特征,而不必关心承载业务的网络形式和终端类型。

2) 高速分组化核心承载

核心承载网采用高速包交换网络,可实现电信网、计算机网和有线电视网三网融合,同时支持语音、数据、视频等业务。

3) 独立的网络控制层

网络控制层即软交换,采用独立开放的计算机平台,将呼叫控制从媒体网关中分离出来,通过软件实现基本呼叫控制功能,包括呼叫选路、管理控制和信令互通,使业务提供者可自由结合承载业务与控制协议,提供开放的API接口,从而可使第三方快速、灵活、有效地实现业务提供。

4) 网络互通和网络设备网关化

通过接入媒体网关、中继媒体网关和信令网关等网关,可实现与PSTN、PLMN、IN、Internet等网络的互通,有效地继承原有网络的业务。

5) 多样化接入方式

普通用户可通过智能分组话音终端、多媒体终端接入,通过接入媒体网关、综合接入设备(IAD)来满足用户的语音、数据和视频业务的共存需求。

为了满足上述特点和需求,NGN采用OTN(光传输网)或光网络解决传输和大带宽交换问题,采用IP技术承载各种业务实现三网(电信网、计算机网和CATV网)的融合,采用MPLS(多协议标记交换)实现IP层和链路层(ATM/FR、PPP、以太网,或直接就是SDH、光波)的结合,采用软交换技术实现端到端业务的交换。而其中所依靠的核心技术是光通信技术和IP组网技术的进步。

为了获得最大限度的网络结构与业务应用的灵活性和经济效益。下一代网络在功能上可分为如下四层,如图2所示。

下一代网络功能层次结构

图2  下一代网络功能层次结构

接入和传输层(Access  layer):将用户连接至网络,集中用户业务将它们传递至目的地,包括各种接入手段。

媒体传送层(Media and transport  layer):将信息格式转换成为能够在网络上传递的信息格式。例如:将话音信号分割成ATM信元或IP包。此外,媒体层可以将信息选路至目的地。

控制层(Control layer):包含呼叫智能。此层决定用户收到的业务,并能控制低层网络元素对业务流的处理。

网络服务层(Network Service layer):在呼叫建立的基础上提供额外的服务。

对NGN若干问题的思考

NGN顺应了信息产业开放与引入竞争的时代发展潮流,是当今网络发展不可逆转的趋势。国内外的网络运营商和制造商都对此寄予厚望,投入大量人力、物力对NGN相关业务和产品进行研发,并积极测试和使用;为了迎接NGN的挑战,他们纷纷由过去简单规模扩张向提升内涵、面向最终消费者需求、提升竞争力的经验模式转变,以期抓住机遇,获得自身的进一步发展。

NGN所依靠的是一个网络体系的进步,它要满足现代社会对信息交流的各种需求。因此个别地讨论个别技术往往只见树木不见森林,难以把全局的问题反映出来。下面笔者将试图宏观地、全景式地研究一下NGN,探索这些技术在NGN中能否起到人们所期望的作用,以及还应当注意解决的一些问题。

2.1 对网络模型的思考

不同的网络模型会有不同的建网方案,而网络模型的制定是基于市场定位,对各种网络技术功能、性能和成熟度的判断。对于希望提供包括话音、视频、因特网及专线出租等综合业务的运营商,由于目前单一技术的组网不能完全满足各种业务属性对网络的不同要求,因此我们需要扬长弃短,取某种技术之长,克服另一种技术之短,建设综合性能优良的网络,在不降低服务质量的前提下尽快开展综合业务。这就是笔者提出图3所示的网络模型的依据,在这个网络模型中,特别突出了路由交换层(承载层)和业务层。

 NGN网络模型

图3   NGN网络模型

如果认为IP承载层能够很好地支持各种业务的不同业务属性,既能承载又能交换各种端到端的业务,同时网络的安全性能得到充分保证时,我们就可以把各种业务放心地交给公共的路由交换层,由路由交换层来满足不同业务对网络的要求。这时网络模型就成为像今天软交换技术所支持的应用层、控制层、媒体层的网络模型,而淡化承载层。

采用图3所示的网络模型的另一个重要原因是不同业务的融合目前并没有实质性的进展。不论是编址、控制信令,还是媒体的处理等都没有统一,各业务的属性不同,对安全的要求不同。目前在软交换中所做的多媒体业务,仍然是电话业务的补充增值业务。因此我们需要突出业务层,在NGN的业务层解决各种业务的特点不同、业务属性不同、编址不同、控制信令不同、媒体处理不同等个性化的问题。

运营支撑系统则包括网管系统、计费结算清算系统、认证系统、营账系统、客服系统等。

2.2 对QoS的思考

QoS是端到端的问题,我们粗略地分为骨干网和城域网解决方案、接入网和驻地网解决方案。最有希望的骨干网和城域网QoS解决方案是采用MPLS技术,对接入网和驻地网QoS问题现在还没有多数人认同的解决方案。

目前MPLS已经有了一些进展,如规定了流量工程机制;提出了封装2层(ATM、FR、以太网等)流量的标准草案;基本完成MPLSVPN标准;正在制订GMPLS(通用多协议标记交换),有效地使用光传输资源。MPLS的QoS有三种方法来保证:用下层ATM/FR的QoS机制,如ATM的CBR、rt-VBR、nrt-VBR、UBR,FR的不同CIR(承诺的信息速率)等;用路由器网络的DiffServ、Interserv(RSVP);专门研制MPLS交换机。

第一种方法是我们今天已经在使用的方法,不论是集成模式还是重叠模式,或者两者的结合。中国联通在数据网中就采用了这种方法。

第二种方法的问题是DiffServ、Interserv(RSVP)还没有在运营商的网络中规模实现,原因主要有两个:路由器的硬件结构对带QoS的高速转发支持不好;路由器除了知道网络路由信息外,并不了解网络资源信息、网络运行管理信息(OAM)。

专门的MPLS交换机通过专门的硬件结构解决不同类LSP(标记交换路径)的带QoS交换问题。通过LDP(标记分配协议)能够把建立的不同类的LSP的信息在MPLS网络中传送给相关的MPLS交换机,预先建立LSP的方式可以确保网络资源预留。

但问题并不是到此结束,总的来说,MPLS组网对下应把网络的带宽资源动态管理起来;对左邻右舍应及时通报网络资源利用情况和设备运行情况;对上应及时动态检测不同类LSP的输入流量情况,根据QoS处理机制,对需要确保的类,通过增加同一个LSP的带宽或者发起新的LSP来保证该类业务的QoS。此外考虑到增强网络自组织能力LDP希望用分布式协议,目前是RSVP协议,但我们知道RSVP在组建规模较大的网络时不是十分适用,因此需要对RSVP进行改造。网络运行管理信息需要在MPLS网络中动态传送和智能处理,使得MPLS交换机能够透明监视整个网络的状况。

2.3 对宽带无线及3G演进与NGN关系的思考

从广义的无线(Wireless)通信概念看,无线的宽带化及其宽带资源将呈现出无限广阔的发展空间,但鉴于无线空间传输介质的不稳定性与时变特征,即使借助最先进的自适应信号处理技术,在本世纪中可预见的将来仍难奏效,虽然从物理网络安全角度出发,聪明的网络设计师仍不会忘记大容量多转发器宽带卫星及宽带多波道微波无线电在突发事件环境中对光纤传输平台的必要补充和支持的战略作用,但核心传输平台技术依然是光纤。因此,宽带无线的主要作用在于接入和应用层面,而且可以说,从个人全球多媒体无缝隙连接及愈来愈多及愈来愈显得重要的个性化要求含义上,未来NGN及GII的接入与应用层面,必将是宽带无线的世界。

宽带无线的重头戏是以3G为中心的宽带移动通信,其演进发展沿1G→2G→2.5G→2.75G→3G→3G+→4G→…方式前进,一般说来这是一种前、后向兼容式的演进,它是NGN的重要组成部分,特别从个性化含义上看,更是如此,其全IP网络结构发展也必须与NGN相协同。

2.4 对NGN是否应为全IP化网络之争的思考

由NGN发生背景的讨论可知道,IP网的飞速发展及市场扩展成功与全球覆盖的现实使人们容易接受在IP基础上进一步演进提高,以较好地融合现有网络,平滑地向期望中的NGN发展;另一方面,E-mail、WWW浏览及VoIP等业务的普及与飞速扩展导致IP网的全球覆盖、全方位命名与服务,其开放性及可经济、有效地支持多业务运行的特点使人感觉与GII(Global Information Infrastructure)的构想甚为相似,使人们容易首先认同采用IP支持核心网平台进行未来网络的融合与演进,在此基础上,若要实现最经济有效的各类网络层面的互连,当然应该使网络终端、PAN(个人域网)、LAN(局域网)、MAN(城域网)及WAN(广域网)均IP化,这便产生“NGN应是全IP化网络”的观点。而TINA看到了目前IP网的三大缺陷,从而认为必须改变网络层结构,以中间件为基础才能真正向NGN演进,并得出了“NGN不应该是全IP化网络”的观点。

这两种观点均有其理由及可取之处,但应避免偏激,否则难以取长补短,取得现实有效的融合与推进。一方面,想要完全抛开现存IP网是缺乏基础的、不现实的,因为IP的面向无连接的特性和分组化优势使得它必将成为网络发展的趋势;另一方面,希望用今天的IP网一统天下也显然不切实际、过份乐观与理想化,今天的IP网协议必然与未来NGN协议有很大差异,研究和发展NGN必须认真分析这些差距的根源,找出有效的解决办法才行。即使仍认为NGN要以IP为基础或全IP化,IP的概念与含义也要改变,原先意义上的IP的一系列缺陷将无法实施所期望的NGN的基本目标。

ITU则应抓紧这一机会,协调各方,博采众长,合理保留与使用IP的合理成份,并重视一切有益概念与现实途径,使NGN的新协议与现实装备可行性均获得长足提高,从而不负众望。对NGN与GII的关系首先应作出明确合理的阐述,NGN的定义也必须逻辑合理,并划分必要的阶段性。其次,除对网络结构纵向层面进行优化外,对其横向层面、甚至多维层面均应协调,指出其优化结构导向。

2.5 对业务层的思考

业务属性主要包括:业务类型(会话型、检索型、分配型、广播型);通信模式(客户机/服务器、端到端、点到多点、多点到多点);基本带宽要求;实时性;突发性;流量均衡性;QoS(时延、抖动、丢包);同步性;可运营性;可管理性;开放性;移动性;在网络中对媒体流的特殊处理要求;是否有控制信令系统支持等。对每种业务我们都把它的属性列出来,分清楚哪些是要承载网支持的,哪些是业务网业务系统支持的,哪些是要运营支撑系统支持的。并对业务分类,提出对骨干网和城域网的要求,以及对接入网和驻地网的要求。

业务融合首先要明确在图3所示的网络模型中的哪一个层次、哪一级网络做融合?是在业务层中的控制信令做融合,还是在运营支撑系统中做融合?是只在网络侧做融合、还是在终端侧也要做融合?是统一性的融合(编址统一、控制信令统一、媒体处理统一),还是互通性的融合(通过网关)?最重要的是我们应回答做这种融合的目的是什么:创造新的多媒体业务?捆绑多种业务?节省网络建设投资?还是要判断这种融合是否能带来新的高增长的业务收入?是否能尽快回收投资?

笔者认为业务融合是一个长期的过程,从下往上,从边缘向核心,从易到难是更可行的方式。

2.6 对网络构建模式的思考

从目前网络向NGN网络的过度,可采用分布建设策略。SoftSwitch是一种发展中的新技术,从标准到体系结构都在发展中逐步成熟。在NGN的发展策略上采取了分步建设方式,可以降低网络风险,积累网络运营经验。

建设初期先建立一个小规模商用实验网,采用单域组网结构,总容量在5-10万端口左右。使用少量软交换设备和分布式网关在全网或部分地区开展小规模实验运营,进行网络业务验证,积累网络运营经验。软交换设备对各城市进行逻辑划分成不同的域,支持所有城市的终端接入,域内IP电话的网内呼叫,由交换机完成呼叫处理,在网内完成一次呼叫的建立、通话、拆线全过程。当需要与PSTN实现互通时,则每个城市的有关中继网关必须与本地PSTN网互联。

第二步在商用实验网的基础上,采用分域处理话务呼叫控制方法,将全国分成多个域,每个域内设立软交换设备和分布式网关,分地域全网开展规模运营,每个区域有一套或多套软交换设备提供网络业务,负责维护域内路由数据。

第三步在前两个阶段网络运营取得成功的基础上,结合软交换技术,充分利用运营商网络资源,实现基于软交换技术的NGN网络规模建设,最终形成NGN网络。

3 NGN框架的目标展望

通过上述阐述,我们对NGN框架目标可作如下期待与展望:

? 采用分层的、全开放式的平台体系与标准接口,具有独立的模块化的结构;

?  基于统一协议的分组型网络构架;

?  以市场和业务驱动为导向,将呼叫控制与网络传送层及业务层完全分离;

?  能提供语音、数据及多媒体等综合业务,对各种业务提供有保证的端到端QoS;

?  向用户能提供任意时间、任何地点与多样化的宽带无缝隙接入,并有足够的容量扩展潜力;

? 有适当等级的、合理与必须的安全性;

?  足够的网络智能功能与端到端的网管能力;

?  有效的跨协议、跨标准的国际漫游能力;

?  跨标准、跨业务运营商、跨市场的网络互联互通能力;

?  服务的快速布设与可移植性,可充分利用平台的开放性与标准性,积极调动运营商及第三方的创造性,快速丰富业务种类与市场应用模式;

?  网络结构前后向兼容,保护投资,允许平滑演进,促使电信网、计算机网及有线电视网的三网真正融合等。

显然,按这样的框架目标实施的NGN决不可能轻而易举地一步到位,必然是一个分阶段、积极稳妥、科学求实的逐步演进过程。

4 NGN的分阶段推进策略

NGN概念的提出表达了实现三网逐步融合,并迈向GII的期望,这不是下一代Internet网,更不是下一代PSTN电话网及有线电视网,而是以全新IP为基础的有机地融语音、视像、数据于一体的全新网络。它将使网络设施不受时间、空间和带宽的限制,充分实现网络个性化,使基于网络的虚拟世界与现实世界完美地融合,接近零的网络时延与优良的网络端到端QoS性能,满意的网络与系统的可靠性与可用性,以及足以信赖的网络安全性,网络接入实现普遍、灵活、多样化、个性化的无缝隙宽带接入等。一般认为实现这一宏伟目标可能大致要经历以下几个阶段,后续阶段的相关任务也可能在前导阶段局部实施。

4.1 启动阶段

在此阶段,一方面需要尽快完成NGN的确切定义、基本框架目标、阶段划分、实施途径等基本标准化工作;另一方面,应以软交换等技术为核心,试验探索及启动实施基于电路型的PSTN语音网络和基于ATM/IP分组型的网络向初级NGN网络的融合演进,使NGN概念期望的低建设成本、低运营花费、高创收机遇、有效的前后向兼容平滑演进、紧密用户关系以及有利于发挥用户积极性和创造性等优点能有所具体体现。应该说,这是检验NGN能否成功有效而迈出的最重要的第一步。

4.2 解决QoS问题阶段

在此阶段中应较好地解决直接在SDH或WDM上以IP为基础的网络的QoS保证,甚至较好地解决全IP网络端到端的QoS保证,使在IP为基础的平台上运作的NGN网络真正能达到电信级的服务质量要求。

4.3 解决安全性问题阶段

这是目前Internet/IP存在的要害性难题。应调动一切有益的网络结构概念、网络安全技术,包括充分利用中间件结构概念与软件技术,真正获得满意的网络安全解决办法,否则基于网络的电子业务及网络托管等实施均是一句空话。

4.4 互操作阶段

这是基于充分开放标准,真正实现有效的跨协议、跨标准国际漫游及跨标准、跨业务运营商、跨市场的网络互联互通的必要步骤。

4.5 综合协调全网智能管理及业务运行阶段

真正摆脱现今Internet/IP网络的弱智管理状态,包括资源管理在内,充分利用一整套自学习、自适应智能管理技术,实现全网多业务、多模式运行时的高度自适应化、智能化管理,确保全网运作的应变能力及令人满意的可靠性与可用性。

应该说,上述阶段不是机械的物理式划分,而是网络层次内涵上的阶段划分。而且,每一阶段的实施均应贯彻无缝的前后向兼容演进原则,有机地保持各类业务运行的连续性,并不断创造可赢利的新业务。

结束语

NGN技术的发展目标是为了改革现有电信网、计算机网和有线电视网物理上相互独立的现状,以求能实现三网融合,支持更广泛的业务。NGN不仅代表多网业务融合的潮流,也代表了物理网络的发展正在由技术驱动转向业务驱动的趋势。NGN目前需要解决的技术和管理问题还比较多,但随着各种技术的迅猛发展,NGN的建设和商用将逐步趋向成熟。可以预见,随着技术和产品的成熟,NGN在我国必将受到越来越多的关注和应用。

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