（信号与信息处理专业论文）ngn实验网建设方案及其关键技术的研究.pdf

摘要 软交换已成为下一代网络的核心技术，国内外越来越多的运营商正纷纷开始 着手营建基于软交换技术的下一代网络( n e x tg e n e r a t i o nn e t w o r k ，n g n ) 。目前， n g n 网络的建设尚处于初期发展阶段，还没有大规模商用的成功案例和运营经 验，其建设方案需要进一步优化，并通过实践来不断验证和修正，需要随着业务 和功能需求的发展而不断补充和更新，有许多关键技术需要解决。 本文在分析n g n 的体系结构及协议和组网方式的基础上，提出了一种新的 n g n 的组网方式。该方式具有灵活的组网特性，解决了单平面全互连结构中路 由数据更改、路由服务器分层结构中网络结构和呼叫建立流程的复杂问题，适合 不同网络规模和网络部署的要求。根据该组网方式提出了n g n 实验网的建设方 案，给出了n g n 实验网的配置方案，并设计了其计费系统。对n g n 实验网络 的q o s 问题、口语音时延和网络容灾等关键技术进行了研究，采用o p n e t 仿 真软件对q o s 机制进行了仿真分析，表明了采用i n t s e r v 和d i f f s e r v 的结合、m p l s 和d i f f s e r v 的结合、以及m p l s 故障恢复机制都对网络服务质量有明显的改善和 提高；对口语音时延和网络容灾进行了分析，给出减少语音传输时延的方法， 提出了网络容灾的解决方案。另外对n g n 业务体系框架和技术进行了研究，给 出了n g n 业务技术选择的建议。 本文对基于软交换技术n g n 的实验网建设方案及其关键技术进行了研究， 在n g n 实验网络建设和提高n g n 网络通信质量方面具有一定的参考价值。 关键词：n g n ；软交换；计费系统；q o s ；业务 a b s t r a c t s o f l s w i t c hh a sb e c o m et h ec o leo ft h en e x tg e n e r a t i o nn e t w o r kt e c h n o l o g y ，a n i n c r e a s i n gn u m b e ro fd o m e s t i ca n df o r e i g nc a r d e r sh a v en o wb e g u nt oc o n s t r u c tn g n n e t w o r kt h a tb a s e do ns o f t s w i t c ht e c h n o l o g y a tp r e s e n t ，t h ec o n s t r u a i o no fn g n n e t w o r ki sa tt h ei n i t i a ls t a g eo fd e v e l o p m e n t a n dt h ec a r d e r sl a c ko fe x p e r i e n c et o b u i l dal a r g es c a l en e t w o r ks u c c e s s f u l l y t h e r e f o r e ，t h en e t w o r kn e e dt ob er e a p p r a i s e d t h r o u g hc o n s t a n tp r a c t i c e ，a n db er e p l e n i s h e da n du p d a t e dt h r o u g ht h ed e v e l o p m e n to f b u s i n e s s s om a n yk e yt e c h n o l o g i e sn e e dt ob er e s o l v e d i nt h i sp a p e r , n g na r c h i t e c t u r ea n ds e v e r a li m p o r t a n tp r o t o c o l sa n dn e t w o r k m o d e l sa r ea n a l y z e d t h e n ，an e wm e t h o dt oc o n s t r u c tn g nn e t w o r ki sr a i s e dt o s o l v et h ep r o b l e m so fd a t am o d i f i c a t i o ni np l a n ea r c h i t e c t u r ea n dc o m p l e x i t yo f h i e r a r c h i c a la r c h i t e c t u r eo fr o u t i n gs e w e r t h i sm e t h o di sf l e x i b l ea n ds u i t a b l ef o r d i f f e r e n ts c a l eo ft h en e t w o r k a c c o r d i n gt ot h i sm e t h o d ，w eg i v eac o n s t r u c t i o no f n g n e x p e r i m e n t a ln e t w o r ka n dac o n f i g u r a t i o no fn g ne x p e r i m e n t a ln e t w o r k t h e n ， w ed e s i g nab i l l i n gs y s t e m s o m ek e yt e c h n o l o g i e so fq o sa s s u r a n c ea n di ps p e e c hd e l a y a n dd i s a s t e rt o l e r a n c e ，e t c o f n g ne x p e r i m e n t a ln e t w o r ka r ed i s c u s s e dm a i n l y u s i n g o p n e ts i m u l a t i o nt o o lt os h o wt h a tc a l li m p r o v et h eq o s g r e a t l yt h r o u g hc o m b i n i n g i n t s e r va n dd i f t s e r v , m p l sa n dd i t t s e r v , o ra d a p t i n gf a i l u r er e s t o r a t i o nm e t h o d s t h ei ps p e e c hd e l a ya n dt h ed i s a s t e rt o l e r a n c eo fn e t w o r ka r es t u d i e s ，a n dt h e ng i v ea s o l u t i o nt or e d u c ei ps p e e c hd e l a ya n dan e t w o r kd i s a s t e rt o l e r a n c ep r o t o t y p el a t e r a f t e rt h a t ，w er e s e a r c ht h ef r a m e w o r ko fn g ns e r v i c ea n dn g ns e r v i c et e c h n o l o g i e s ， a n dt h e np r o p o s es o m em a i np o i n t so nt h es e l e c t i o no fn g ns e r v i c et e c h n o l o g i e s t h i sa r t i c l er e s e a r c h e st h ec o n s t r u c t i o no fn g n e x p e r i r n e n t a ln e t w o r kt h a tb a s e d o ns o f t s w i t c ht e c h n o l o g ya n di t sk e yt e c h n o l o g i e s t h e r e f o r e ，t h ew o r ko ft h i sa r t i c l e i sv a l u a b l ei nn g n e x p e r i m e n t a ln e t w o r kc o n s t r u c t i o na n di m p r o v i n gt h eq u a l i t yo f n g n k e yw o r d s ：n g n ，s o f t s w i t c h ，b i l l i n gs y s t e m ，q o s ，s e r v i c e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果， 除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其它人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得云洼王些太堂或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工 作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 多砖陟 签字醐力卞堋冲 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解云洼王些太堂有关保留、使用学位论文的规定。特授权云 洼王些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩 印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文 的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：；2 龈 槲期寸2 叫日 ：锄 辩日唧年砂月妒 学位论文的主要创新点 一、提出了基于新组网方式的n g n 实验网建设方案，解决了单平面 全互连结构中路由数据更改、路由服务器分层结构中网络结构和呼叫 建立流程的复杂问题，适合各种网络规模和网络部署的需求。 二、在对服务质量模型进行理论分析的基础上，提出了采用i n t s e r v 和d i f f s e r v 结合、m p l s 和d i f f s e r v 结合、以及m p l s 故障恢复方法， 能够明显改善网络服务质量。 第一章绪论 1 1n g n 国内外研究现状 第一章绪论 近年来，人们对电信业务的需求已不再局限于简单的语音通信，而是呈现出 多样化和个性化的新需求。与提供话音业务为主的传统通信网相比，下一代通信 网络( n g n ) 不仅能够提供语音、数据、视频和多媒体的综合业务，还降低了网 络成本，增加了运营商的业务收入，从而成为全球通信业界共同关注的热点。 n g n 是网络未来的发展方向，各个国家都把对n g n 技术的掌握视为提升本 国经济和增强国际竞争力的重要内容。我国政府对下一代网络等新技术的发展高 度重视，中共中央关于制定“十一五 规划的建设中就明确提出，加强宽带通信 网、数字电视网和下一代互联网等信息基础设施建设，推进三网融合，健全信息 安全保障体系。 2 0 0 7 年4 月初举办的全球n g n 高峰论坛上，信息产业部副部长娄勤俭指出， 下一代网络从技术到产业化还有许多的不确定性，这种不确定性既是一个挑战， 也是一个很好的机遇，在进行n g n 的研究时，既要注重电信网、互联网、广电 网自身业务技术特点的扩展，又要充分考虑三种技术融合发展和新技术的相互采 用。下一代网络已成为整个通信业发展的热点，要进一步加大对n g n 及其关键 技术研发的工作力度乜，。 目前，包括中国网通、中国电信、美国v e r i z o n 、加拿大b e l lc a n a d a 、英国 电信、日本n t t 等在内的各大国内外运营商已分别展开了n g n 试验口1 ，并不同 程度地取得阶段性的成果。然而，由于n g n 本身的不成熟性，试验内容大多限 于软交换的汇接功能，并且大部分是单域的小规模的网络。因此，无论是国内还 是国外，基于软交换技术的下一代网络及其关键技术的研究一直都是热门的课 题。 下一代通信网络存在的主要问题如下h 5 1 ： 1 协议尚未做到兼容性，标准还在发展之中。不同厂家的软交换在技术标 准的选用及协议的兼容性方面还难以做到相互兼容。 2 国际上尚无大型网络的组网和运营经验。传统电信网经过长期的运营积 累，在网络组织方面已经具有相当成熟的经验；而基于软交换的n g n 网络组织 目前国内外尚无成熟的经验，是采用基于软交换的单平面全互连结构，还是基于 软交换的路由服务器分层的结构等，组网技术还需要进一步的探索。 3 网络q o s 问题。m 组织己经提出了多种服务模型和机制来满足q o s 的需求，其中比较著名的有综合业务模型( i n t s e r v ) 、区分业务模型( d i 胚e ) 、 天津工业大学硕士学位论文 m p l s 技术、流量工程等，具体这些方案如何组合使用、可行性如何，效果如何， 有待研究。 本文针对以上问题，进行了深入的研究，对n g n 更大规模的应用具有一定 的参考价值。 1 2 课题的目的及意义 n g n 是运营商解决网络建设成本大、业务提供模式单一的主要手段。但是 目前国内n g n 网络的建设尚处于初期发展阶段，并没有大规模商用的成功案例 和运营经验，其建设方案需要进一步优化，关键技术还有待成熟和完善。 本文研究n g n 的实验网建设方案及其关键技术。提出一种基于新的组网方 式上的n g n 实验网建设方案，该方案具有灵活的组网特性，适合不同规模运营 商的网络部署要求，具有广泛的应用前景。深入研究n g n 实验网的配置方案、 计费系统、q o s 问题、m 语音时延、网络容灾和n g n 业务体系框架等关键技术， 给出相应的解决方法。本文的研究工作具有重要的理论价值和社会效益。 1 3 课题的主要内容 根据基于软交换的下一代网络的发展现状及目前所面临的问题，本文做了如 下工作： 1 研究了n g n 的体系结构和主要协议，重点对m g c p 、m e g a c o h 2 4 8 、 b i c c 、s i p 、h 3 2 3 协议进行分析和比较。第二章的最后提出n g n 和p s t n 互通 的方式。 2 介绍了传统p s t n 网络的组网方式和现有的n g n 网络组网方式。提出了 一种新型n g n 网络组网方案。 3 给出了n g n 实验网的总体架构，分析比较了n g n 实验网承载网的选择、 d 地址规划& 编号方案，深入研究了软交换计费系统并提出了一种计费方法。 4 深入分析了下一代网络的q o s 问题，并通过网络仿真证明i n t s e r v 和 d i f f s e r v 的结合、m p l s 和d i f f s e r v 的结合、以及m p l s 故障恢复机制都对网络 服务质量有明显的改善和提高。研究了p 语音时延的构成和网络容灾技术，给 出了一种容灾性解决方案。 5 分析了n g n 业务及业务框架体系的特点，针对几种主流的n g n 业务提 供技术给出了具体实施时的选择建议。 第二章n g n 的体系结构及协议 第二章n g n 的体系结构及协议 n g n 体系采用分层、开放的网络构架，并将传统交换机的功能模块分离成 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。部件间协议接 口的标准化可以实现各种异构网的互通。n g n 体系通过将业务与呼叫控制分离 以及呼叫控制与承载分离实现相对对立的业务体系，使得上层与下层的异构网络 无关，灵活、有效地实现了业务的提供，从而满足了人们对多样的、不断技展的 业务需求。在中国信息产业部规范中以图2 - 1 说明了软交换网络的功能和协议。 业务i 应用层 控制层 传输层 接入层 瞻叫 a a a 服务嚣 较交换机- 应用服务器i荒喀服务器 、雯兰，7 7 。m m z r n _ j v 较交换机| 因潞瞧潞曦淼氓麓) m 哕匆面瓦疆 豳豳豳豳囱豳囱 国固仓 2 i n g n 的网络构架 圈2 - 1 软变换网络的功能和协议 n g n 是一个综合的、开放的网络构架。就功能而言，n g n 分为四层：接入 层、传输层、控制层、业务应用层”1 。图2 - 1 具体说明了这种结构，各层的功能 如下： 1 接八层 接入层主要提供各种网络和设备接八到孩心骨干网的方式和手段，主要包括 信令网关、中继网关、接入网关、h 3 2 3 网关、综台接入设备和无线接入网关等 多种接入设备。它通过各种网关设备实现外部网络中来的信令和数据转换为能够 天津工业大学硕士学位论文 被n g n 网络的各种实体传送的格式，反之亦然。 2 传输层 传输层采用分组技术，提供一个高可靠性、端到端的q o s 保证的综合传送 网络。 3 控制层 控制层提供呼叫控制和连接控制功能，并实现各种信令协议的互通和转换， 同时支配着网络资源。控制层是整个软交换网络的核心。 4 业务应用层 业务应用层是软交换体系结构中的最高层，是一个开放、综合的业务接入 平台，在电信网络环境中，智能地接入各种设备、提供各种增值服务。该平面中 的设备包括应用服务器、策略服务器、丸蛆服务器、业务控制点s c p 等各类构 件。 2 2n g n 的主要协议 下一代通信系统将是一个承载与控制相分离、控制与业务相分离的系统。传 统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，部件间采用标准的协议进行互 通，因此，软交换网络中涉及的协议很多口1 ，在图2 1 中表示了下一代网络通信 设备间互通互联过程中可能涉及的主要协议及相互间的关系。 2 2 1 软交换设备与媒体网关之间的控制协议 根据软交换设备总体技术要求，软交换设备与各种媒体网关之间的协议 将采用m g c p 、m e g a c o h 2 4 8 。目前国内通信标准推荐应用m e g a c o h 2 4 8 协议，但由于m g c p 先出现，所以m g c p 还会存在一段时期。 m g c p ( m e d i ag a t e w a yc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 是由m t f 的m e g a c o 工作组较早 定义的媒体网关控制协议，主要用于软交换和媒体网关或软交换与m g c p 终端 之间。软交换通过此协议控制媒体网关、m g c p 终端上的媒体、控制流的连接、 建立和释放。 m e g a c o h 2 4 8 是i t u 与i e t f 两大国际组织合作，在m g c p 协议的基础 上，结合其他媒体网关控制协议的特点发展而成的。它主要应用在媒体网关和软 交换设备之间及软交换设备与m e g a c o h 2 4 8 终端之间，在媒体网关控制功能 和兼容性方面比m g c p 大大增强。m e g a c o h 2 4 8 协议可以成为控制功能部件 - m g c ( 又称作s o f t s w i t c h ) 与承载部件进行交互的标准。 2 2 2 软交换间互通协议 软交换互通协议包括b i c c 、s i p t 及s i p i 。目前由于b i c c 协议的复杂性， 第二章n g n 的体系结构及协议 越来越多的设备厂家倾向于用s i p i ( 或者说升级s i p t ) 替代b i c c 作为软交换 ( m g c ) 之间互通的核心协议。 b i c c 协议属于应用层控制协议，可用于建立、修改、终结呼叫。b i c c 是 i t u t 制定的与承载无关的呼叫控制协议，采用呼叫信令与承载信令功能分离的 思路，可使i s u p 协议在不同承载网络( a t m 、i p 、p s t n ) 上传送。呼叫与承载分 离，使得异种承载的网络之间的业务互通变得十分简单，只需要完成承载级的互 通，业务不用进行任何修改。 s i p t 是s i p 的扩展协议，主要支持基于i p 的语音中继，其前身为s i p b c p t ， 它由i e t f 的s i p i 工作组负责制定。为了使s i p t 能够更严谨和支持力度更大地 在电信领域应用，i t u t 以s i p t 为基础制定了s i p i 标准。s i p i 协议内容不仅 涵盖了基本呼叫的互通，还包括了b i c c f l s u p 补充业务的互通。 2 2 3 信令网关与软交换间的协议 为在p 网上传送p s t n i s d n 的信令消息，i e t fs i g t r a n 组织制定了 s i g t r a n 协议等。 s i g t r a n 作为信令网关的控制协议，其底层为传输层( s c t p 协议) ，上层 为适配层( u a 协议) 。根据适配方式的不同，适配层协议又分为用户适配层协议 ( m 2 u a 或m 3 u a ) 和端到端适配层( m 2 p a ) 协议。 2 2 4 多媒体协议 多媒体协议( 软交换一客户端及客户端之间) 主要包括h 3 2 3 及s i p 协议。 h 3 2 3 标准适用于包括语音、数据和视频及其相结合的多媒体通信，其中， 对数据和视频的支持是可选的。h 3 2 3 是出现最早的p 电话标准，已在工业界广 为采用，是口电话系统最重要的技术基础。h 3 2 3 是一项复杂的协议，成本高， 升级和扩展性较差。 与h 3 2 3 相比，在实现p 电话系统方面，s i p 具有更多的优点。s i p 是 t f ( i n t e m e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ，i n t e m e t 工程任务组) 提出的在口网络上进 行多媒体通信的应用层控制协议，可以用来建立、修改和终结多媒体会话( 或者 多媒体会议) ，例如i n t e m e t 电话。s i p 协议具有简单、易于扩展以及和现有的 i n t e r n e t 应用紧密的特点，现在正受到业界越来越大的关注，很多i p 电话厂商的 战略重点也开始逐渐由h 3 2 3 向s i p 转移。 2 2 5 业务应用协议 业务应用协议为软交换与应用业务层之间的接口提供三方应用平台、各种 功能服务器等接口，实现各种增值业务、管理业务和三方应用的支持。 天津工业大学硕士学位论文 软交换与智能网的s c p 之间的接口，实现对现有智能网业务的支持，此接 口使用i n a p 协议。 软交换与a a a 服务器之间的接口，实现网络管理，如鉴权、认证及计费等 功能，此接口使用r a d i u s 协议。r a d i u s 是基于c s 结构的协议，认证机制 灵活且扩展性好，所以得到广泛应用。 软交换与应用服务器间的接口，提供对三方应用和各种通信增值业务的支持 功能，此接口使用p a r l a y 协议。p a r l a y 协议是一套开放的、独立于技术的、可扩 展的a p i 集，包括框架结构接口、业务接口、公共管理接口等。 软交换与策略服务器间的接口，实现对网络设备进行集中管理和动态维护， 此接口使用d i a m e t e r 协议。d i a m e t e r 协议可靠性好。 2 3n g n 与p s t n 的互通 p s t n 向下一代网络过渡是网络技术发展的必然趋势，将经历一个较长的过 程，p s t n 和基于软交换的n g n 网络将在相当长的时间内共存。从保护现有投 资和提高资源利用律的角度出发原p s t n 交换机将继续使用到自然寿命最终， p o t s 用户将通过中继网关接入到软交换体系，实现与软交换体系用户的互通。 对于p s t n 中新增用户需求，可通过使用a g 、l a d 等设备解决用户的接入，通 过使用t g 设备解决网络中对汇接局及长途局新设需求，并逐步采用软交换设备 替代p s t n 中已到寿命的设备，最终实现向软交换体系的平滑过渡。 第三章n g n 实验网组网方式 第三章n g n 实验网组网方式 3 1 传统p s t n 网络的组网方式 我国传统的p s t n 网络采用分级的网络组织方式。其中c l 级为大区中心( 省 间中心) ，实行全互连组网；c 2 级为省中心，c 3 级为地区中心，c 4 为县以下中 心或本地网，它们主要是逐级汇接，并辅以一定量的直达路由，如图3 1 所示饵1 。 c l 一大区中心 c 2 - 省中心c 3 地区中心 c 4 _ 县以下中心本地网 c l c 3 c a 图3 - 1p s t n 的分级网络结构 这种方式的优点是路由选择策略简单。交换机对用户所拨的被叫号码进行分 析，如果不是本局的用户则根据局向号码确定是否有直达路由，如果没有就将呼 叫信息转向上一级交换机处理。其缺点是在没有直达路由的情况下，路由中经 过的交换机太多，信令需要经过多级转发，占用系统资源多，接续时间长。 3 2 现有的n g n 网络组网方式 下一代网络组网结构主要研究下一代网络中用户信息的组织结构、信令路由 的组织以及媒体路由组织。 用户信息的组织主要指下一代网络中的软交换系统中用户信息应如何维护： 软交换系统是否需要维护全网的用户信息，即是否可以自主确定任何一个被叫用 户直属于哪个软交换系统。一般情况下用户信息的组织将直接决定信令路由的方 式。如果软交换系统可以自主确定任何一个被叫用户直属于哪个软交换系统，则 信令路由都将采用单跳方式，即由主叫软交换系统直接将信令路由至被叫软交换 天津工业大学硕士学位论文 系统；反之软交换系统将不得不依赖上级设备协助完成信令路由呻1 。因为下一代 网络将基于m 网络构建，口网络的全连接特性将使下一代网络中媒体路由都可 以采用单跳结构，即由主叫软交换系统直接路由至被叫软交换系统。但是出于系 统管理( 如计费、q o s ) 等方面的考虑也可能需要将主叫与被叫间的媒体流通过上 级软交换系统转接，从而使单跳、平面的媒体路由方式变为多跳、分级的媒体路 由方式。 根据前述这些方面的不同可以将下一代网络的结构划分为：单平面全互连结 构的下一代网络、路由服务器分层的下一代网络、软交换分层的下一代网络。 3 2 1 单平面全互连结构的下一代网络 在n g n 发展的初期，软交换设备和接入用户数量不多时，可以采用如图3 2 所示的单平面全互连的组网方式n 们n 。在这种方式下，所有软交换设备都处于 同一平面，软交换设备之间以网状互连。这种组网方式要求所有软交换设备都了 解全网的路由设置数据。 媒体 一一一一信令 卜习 i 一 图3 2 单平面全互连结构的下一代网络 单平面全互连结构的下一代网络结构简单清晰，寻址时间短，只需要经过一 次寻址就能找到被叫用户所对应的软交换设备，建立连接。当其中一个软交换设 备发生故障时可以通过其它设备进行迂回，系统稳定性较高。缺点是任一软交换 设备中用户的增加或减少，所有的软交换设备均需要做路由数据的更改。因此这 种组网方式仅适用于n g n 发展初期，软交换设备数量较少、网络规模小的情况。 3 2 2 路由服务器分层的下一代网络 在这种组网方式下，引入路由数据分层的概念n 羽，即软交换设备仅了解本区 第三章n g n 实验网组网方式 域内的用户信息，在软交换设备之上增加一层路由服务器( r o u t i n gs e r v e r ) ，用于 对其他区域被叫用户的寻址，如图3 3 所示。当用户呼叫同一区域的其他用户时， 直接由软交换设备控制网关完成连接；当呼叫其他区域的用户时，软交换设备将 寻址请求转发给路由服务器。路由服务器通过向其他的路由服务器发出寻址请求 后，得到被叫的软交换设备地址并返回给主叫的软交换设备以完成连接。 路由服务器 ，一， 路由服务器 路由服务器 l ll l i 路由服务器路由服务器路由服务器路由服务器 l 软交换软交换软交换软交换 图3 - 3 路由服务器分层的下一代网络 这种方式的优点是路由服务器之间实现路由信息的共享和互通，因此其他区 域软交换设备的增加或减少，无须对该区域内软交换设备进行路由数据更改，仅 需调整路由服务器中的路由数据。其缺点是增加了网络结构和呼叫建立流程的复 杂度，所以不适于规模较小的网络，而对于规模较大的网络，这种网络结构的优 势才会逐步显现出来。 3 2 3 软交换分层的下一代网络 在软交换分层的方式下，将软交换划分为不同层次口鲥，如图3 - 4 所示。 图3 - 4 软交换分层的下一代网络 较低级别的软交换设备仅管理属于其指定区域的用户，而较高级别的软交换 设备则需要维护所有从属的软交换设备的用户信息。这种组网结构并不要求较低 级别的软交换设备之间有信令连接和媒体连接。所有发生在较低级别的软交换设 天津工业大学硕士学位论文 备间的呼叫都必须经由高级别的软交换设备完成信令转接和媒体流转接。 在这种网络结构中所有低层软交换设备之间的呼叫信令需经过上级软交换 设备转接。因此，软交换只需配置和维护其相同层相邻的软交换及其汇接的低层 软交换和高层软交换的路由数据，这样大大减少每个软交换设备上路由数据。同 时这种分层的网络结构与现有p s t n 的网络结构非常相似，从而可以更好地继承 现有的网管、计费系统、乃至管理经验，保护原有投资。 3 3 新型n g n 网络组网方式 在综合分析上述各种组网方式的优缺点的基础上，构造一种基于路由服务器 和转接软交换( 即高级别的软交换) 的新型n g n 网络组网方案，如图3 5 所示。 区1 一一一一一一一一一一- ii 一一一一一一一一区2 图3 5 新型n g n 网络组网方案 1 i l 在该组网方案中引入“域”( d o m a i n ) 和“区”( r e g i o n ) 的概念，一个区可以 由一个或多个域组成。如图3 5 中，有区l 和区2 ，区l 由域a 和域b 组成，区 2 由域c 和域d 组成。同一域的所有软交换设备( 如软交换b 1 和b 2 ) 都维护了 整个域中所有用户的信令路由信息；同一区的两个域的软交换设备通过路由服务 器完成信令路由；各区之间的软交换设备通过转接软交换完成信令转接和媒体流 转接。这种网络组网方案适合各种网络规模和网络部署的需求。 第四章n g n 实验网络建设方案 第四章n g n 实验网络建设方案 4 1n g n 实验网的建设思路 在网络规划以及网络建设中，考虑以n g n 网络的组织结构和技术对现有网 络进行演进策略的研究以及规划。在新的地区进行网络建设和对原有网络进行改 造时，考虑部分引入软交换技术进行建设，验证软交换组网方式的可行性，探索 和验证下一代网络的业务提供和组网能力，为n g n 的大规模商用积累经验。 将现有p s t n 成熟的业务和运营模式平滑地覆盖到n g n 网络，统一对业务 平台的运行维护进行管理，同时在新建n g n 实验网上分阶段开发和验证新业务， 提供可操作的新业务。这样不仅可以增加业务收入，还可以逐步积累多媒体用户 和多媒体业务开展经验。 4 2n g n 实验网的总体构架 n g n 实验网络全省采用分两个大区设置软交换设备，在a 市和h 市各设置 一套转接软交换设备用来维护所有从属的软交换系统的用户信息，并完成呼叫控 制、资源分配、协议处理、认证等功能。在全省按地市设置软交换设备各两套， 主要是实现软交换网络和现有p s t n i s d n 、v o i p 以及移动网等的互通，这两套 s s 设备之间互为主备用，s s 设置在同一城市的不同机房里。其中a 大区包括a 市、b 市、c 市、d 市四个地市；h 大区包括e 市、f 市、g 市、h 市四个地市。 路由服务器是软交换中路由功能的扩充。目前大多数地方电信汇接局改造实现了 网络智能化，每个本地网的端局、关口局、长途局都通过中继媒体网关建立与本 地汇接局的e 1 电路连接，从而实现p s t n 和软交换网络的互通，也可以使n g n 的一号通彩铃、u c 等增值业务反向覆盖到p s t n 的网络用户，而且也可以考虑 将长途话音业务分流到n g n 网络上来，并采用若干接入设备如a g 和i a d 等以 实现用户接入。n g n 实验网的总体构架如图4 1 所示。 天津工业大学硕士学位论文 图4 - in g n 实验网总体构架拓扑图 4 3n g n 实验网配置方案 4 31 n g n 承载网的选择 n g n 不同于传统数据业务的特点对现有数据网的网络结构提出了挑战， n g n 承载网可以分为叠加网和融合网两种呵络结构“。 1 叠加网网络结构 n g n 叠加网网络结构是指n g n 作为存在于运营商数据网基础上的独立逻 辑网络，软交换、网关、服务器、i a d 、管理营帐系统等设备连接到该逻辑网络， 与原有的正数据网逻辑隔离。叠加网络要求从全国骨干、城域网到驻地网将n g n 承载网划分为独立的逻辑网络，可以根据运营商数据网的特点，采取多种技术实 现。 2 融合网网络结构 n g n 承载网融合的网络是指n g n 网络不独立成网，不建立n g n 业务专用 逻辑网络，n g n 终端与原有其它业务终端采用相同的地址域，在城域网和骨干 网不为n g n 业务提供专用的网络资源，包括接口、v l a n 、p v c 、路由等。这 种思路不采用v p n 、v l a n 等虚拟网络技术，分组n g n 终端业务直接由数据网 络护层承载。这种网络结构必须解决公网正地址不足的问题，可以采取接人n a t 应用网关技术或公私网混合地址技术。 结合电信的网络和技术现状，本次n g n 实验网的承载网选用的是融合网的 第四章n g n 实验网络建设方案 方案。 4 3 2d 地址规划& 编号方案 4 3 2 1p 地址规划 i p 地址分配可以采用下列方式： 1 全部采用公有m 地址，也即n g n 网核心网元( s s 、t g 、s g 、业务平台、 网管等) 、大型接入网关设备( a g ) 、用户接入终端( i a d 、i p 电话、视频电话 等) 全部采用公有p 地址； 2 公有地址与私有m 地址结合混用的方式，也即n g n 网核心网元与大 型接入网关设备大型网关设备采用公有口地址，用户接入终端如i a d 、s i p 电话、 p 视频电话等全部采用私有p 地址； 3 全部采用私有p 地址，也即n g n 网核心网元、大型接入网关设备、用 户接入终端( l a d 、i p 电话、p 视频电话等) 全部采用私有d 地址。 考虑到在未来几年将控制接入大量用户，因而采用方式一需要占用大量p 地址。采用方式2 要求在城域汇接节点设置地址转换设备，大量采用私有p 地 址的终端需要配置大量的地址转换设备宽带网关，一来增加了设备投资；二来， 建设大规模网络时，处于城域汇接p o p 点的宽带网关设备也容易成为网络的瓶 颈，降低了网络的可靠性。方式3 全网统一采用私有p 地址，也即采用v p n 承 载n g n 业务，全网网元与设备统一采用v p n 私有地址，该方式即彻底解决了 p 地址匮乏的难题，网络建设也比较经济，网络安全得到进一步提高，同时也 较好地保证了语音q o s 。 考虑到网络安全性、设备的可管理性和口地址的有限性，本次n g n 实验网 络采用公网和私网伊地址相结合的模式：软交换核心设备采用公网m 地址，接 入层终端设备采用私网m 地址。软交换核心部件如软交换、信令网关、中继网 关、应用服务器和接入n a t 应用层网关等数目少，直接分配公网地址。对于大 量的终端设备( m d ) 分配私网地址，通过n a t 穿越技术，经n a t 转换后接入公 网。由于n g n 分配的是公有地址，各城域网n g n 之间的互通，以及n g n 与其 它分配公网地址的d 网( 数据网，v o ) 之间可以直接互通。 本次n g n 实验网络规划承载网地址段为1 0 3 4 4 卜1 0 3 5 2 5 5 2 5 5 ，将 前面一个b 类地址作为设备互连等使用，各个城市按一个c 类地址考虑，网管 和计费各预留一个c 累地址，其余作为预留；后面一个b 类地址作为n g n 网络 业务地址使用，并根据用户数对各个城市进行p 地址划分。、 天津工业大学硕士学位论文 4 3 2 2 编号方案 n g n 用户根据其协议的不同主要分成两大类：非智能终端用户和智能终端 用户，其中非智能终端用户是通过a g 、l a d 等接入设备接入到软交换网络的用 户；智能终端用户是指通过s i p 协议直接接入到软交换网络的用户。 n g n 的非智能终端用户编号建议采用局号方案，其编号方式如下： 国家号码+ 长途号码+ 本地用户号码( a b c d + e f g h ) 其中：长途编号区的范围与现有的长途编号区的范围一致；本地用户号码与 本地电话号码位长相同，且尽量采用相对独立的号段，其中a b c d 为局号，e f g h 为用户号码。从便于维护和用户障碍处理的角度考虑，建议a g 和i a d 设备所 带用户的号码不混编，可通过分配不同的号段加以区别。 智能终端用户建议采用u r l 编号方式作为对传统编号方式的补充。其编号 方式如下： e 16 4 地址+ 域名：如5 2 518 9 01 s o f t s w i t c h s c t e l c o r n e l l 。其中5 2 518 9 01 代 表该用户的e 1 6 4 号码。s o f t s w i t c h s c t e l c o m c n 代表服务s o f l s w i t c h 的域名。 对于迁移到t g 下的p s t n 端局所带的用户，其编号仍沿用原来的方式。 4 3 3 网管方案 软交换系统作为面向下一代网络应用的电信系统，如何实现可管理、可运营 的软交换系统也就成为n g n 配置解决方案的重要组成部分之一。 4 3 - 3 1 网管系统功能综述 软交换网管系统应参考电信管理网( t m n ) 规范，提供软交换系统所需的故 障管理、配置管理、性能管理和安全管理，即所说的f c p s ，同时网管中心还要 完成对软交换系统中的设备( 网元) 管理以及对基于软交换提供的各种业务的管 理( 如用户开户、销户、用户业务属性的修改等) 。 软交换网管中心的功能主要包括以下几方面n 5 6 1 7 1 。 1 拓扑管理 ( 1 ) 提供拓扑视图，该视图主要提供软交换系统中各个设备的连接视图，显 示设备之间的连接关系和节点状态； ( 2 ) 提供拓扑子图的增删改、属性查询和管理，拓扑视图采用分层结构； ( 3 ) 可通过自动拓扑发现或手工的拓扑接点的增加来上载网络设备的拓扑数 据； ( 4 ) 对网络设备进行定时的轮询监视和状态刷新； ( 5 ) 从拓扑管理界面上提供统一的配置、告警、性能应用的接口： 第四章n g n 实验网络建设方案 ( 6 ) 可以按照用户的需要和网络实际情况来组织各种视图。 2 集中操作维护 软交换网管中心能够提供对软交换系统中各个网元的集中操作维护，从拓扑 节点上可以方便调用针对各个网元提供的管理能力。 3 故障管理 ( 1 ) 支持对软交换系统中各个网元以及各个网元的重要部件的集中告警收 集、监控、存储和历史告警的统计和分析； ( 2 ) 支持实时告警显示和告警过滤功能； ( 3 ) 支持告警的自定义( 如设定触发的阈值) 和重定义，针对某一告警预定义 相应的后处理操作； ( 4 ) 支持对告警信息的删除、确认，提供详细告警信息的查看； ( 5 ) 告警浏览，主要功能可以有：当前告警的过滤浏览，告警板，不同级别 告警不同颜色显示，支持告警的确认，支持告警的拓扑定位： ( 6 ) 告警数据的统计和查询，包括告警统计数据的保存，告警统计数据的打 印，统计模板的增加、删除和修改。统计和查询的条件包括按网元、时 间、状态、级别、分类、d 和名称等条件查询统计； ( 7 ) 告警相关性功能，包括跨设备的告警相关性分析，基于规则的分析，支 持重复和闪断告警的屏蔽，支持告警的级别重定义： ( 8 ) 告警的声光显示； ( 9 ) 告警屏蔽； ( 1 0 ) 告警自动转储； 4 性能管理 ( 1 ) 可以实时察看统计对象的各项参数，如试呼次数、接通次数等，同时提 供列表和图形显示，图形支持曲线和矩形显示； ( 2 ) 可以按照局点、测量单元、测量对象、起始时间、结束时间、统计本体 的门限来查询性能数据； ( 3 ) 性能数据的统计：可以按照时间和对象进行统计； 按时间的统计：同一类型多个测量对象在某个时间段内多个测量参数之间的 比较。如：不同h 2 4 8 中继在0 1 ：0 2 ：0 0 内发送消息数，接收消息数的比较。 按统计对象进行统计：在一个时间段多个间隔内，把多个测量对象的参数进 行累加或平均，显示综合后的参数在时间上的分布。如：s o f t x 3 0 0 0 的所有h 2 4 8 中继累加后的发送消息数，接收消息数在5 ：0 0 8 ：0 0 以5 分钟为间隔的分布情 况。 ( 4 ) 性能告警功能：支持对任一统计本体设置阀值；支持多个阀值的组合； 天津工业大学硕士学位论文 支持告警级别设置；支持时间段的设置；可以针对特定的对象。 5 业务管理 ( 1 ) 提供客户信息的简单管理和查询显示； ( 2 ) 支持用户放号、停机、属性修改等管理功能； ( 3 ) 提供跨设备的端到端业务管理功能。 6 安全管理 ( 1 ) 支持用户和用户组的设置，权限的设置可基于用户或用户组，简单灵活； ( 2 ) 支持强制用户退出； ( 3 ) 自动手动锁定客户端的功能，网管系统更安全； ( 4 ) 可以察看用户当前登录状态和登录的工作站； ( 5 ) 可以设置用户可以登录的时间段； ( 6 ) 可以设置用户可以登录的工作站； ( 7 ) 支持网管系统运行日志； ( 8 ) 对用户执行的敏感操作进行记录，可通过浏览用户操作日志来取得系统 的所有管理操