下一代网络技术的发展和应用.doc

下一代网络技术的发展和应用 冯艳华 (中国铁通集团有限公司吉林分公司，吉林130012)摘要：基于软交换的下一代网络是电信网络发展的必然趋势，本文重点阐述了下一代网络的技术特点和功能，以及业务发展和应用，并对运营商的网络建设提出建议。关键词: 网络；技术；软交换；发展；应用 1、概述近年来，我国电信网络发展迅速，取得了巨大成绩，综合通信能力明显增强。但随着产业界的融合趋势，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。电信业务的需求也趋于多样化，运营商必须提供越来越多的多媒体业务才能吸引住用户，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。在这一发展背景下，基于软交换技术（SoftSwitch）的下一代网络（NGN）应运而生。NGN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。 软交换是NGN的控制功能实体，为NGN提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，是NGN呼叫与控制的核心。1.1、软交换的起源软交换的概念最早起源于美国企业网应用。在企业网络环境下，用户可采用基于以太网的电话，再通过一套基于PC服务器的呼叫控制软件（Call Manager、Call Server），实现PBX功能（IP PBX）。对于这样一套设备，系统不需单独铺设网络，而通过与局域网共享来实现管理与维护的统一，综合成本远低于传统的PBX。由于企业网环境对设备的可靠性、计费和管理要求不高，主要用于满足通信需求，设备门槛低，许多设备商都可提供此类解决方案，因此IP PBX应用获得了巨大成功。传统的电路交换设备主要由少数几家设备供应商提供，价格一般都在几十万美元到数百万美元，且版本升级可能会花几个月时间和数十万美元，网络综合运营成本很高。运营商非常希望能够寻求到一种替代产品与技术。受到IP PBX成功的启发，业界提出了这样一种思想：将传统的交换设备部件化，分为呼叫控制与媒体处理，二者之间采用标准协议（MGCP、H248），呼叫控制实际上是运行于通用硬件平台上的纯软件，媒体处理将TDM转换为基于IP的媒体流。于是，SoftSwitch技术应运而生，由于这一体系具有伸缩性强、接口标准、业务开放等特点，发展极为迅速。1.2、什么是软交换软交换的基本含义就是将呼叫控制功能从媒体网关（传输层）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、连接控制（建立/拆除会话）和信令互通，从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离，为控制、交换和软件可编程功能建立分离的平面。软交换主要提供连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和呼叫详细记录等功能。与此同时，软交换还将网络资源、网络能力封装起来，通过标准开放的业务接口和业务应用层相连，从而可方便地在网络上快速提供新业务。软交换位于网络控制层，通过与媒体层网关的交互，接收处理中的呼叫相关信息，指示网关完成呼叫。其主要任务是在各点之间建立关系，这些关系可以是简单的呼叫，也可以是一个较为复杂的处理。软交换技术主要用于处理实时业务，如话音业务、视频业务、多媒体业务等，此外还提供一些基本补充业务，与传统交换呼叫控制和基本业务的提供非常类似。1.3、引入软交换的意义1.3.1、软交换给用户带来什么？软交换可以实现跨域控制，可以对接入层面丰富多样的设备进行控制和管理，为用户提供话音、数据和视频业务，以及其它融合业务。随着通信网络的发展趋势从技术驱动向业务驱动的转变，业务发展逐渐成为关注焦点。软交换向ISV（独立软件开发商）、ISP、ICP、ASP（应用业务提供商）提供开放的业务接口Open API，而ISV/ISP/ICP/ASP往往比软交换提供商更熟悉最终用户的业务需求，因此ASP/ISP/ICP提供的业务更贴近用户、贴近生活。此外，大量ASP/ISP/ICP参与竞争的结果，可加快推出多样、先进、经济和实用的业务的节奏。1.3.2、软交换给营商带来什么？作为NGN核心部件，软交换可独立开发、生产和采购，其开发成本、生产成本和采购成本相对较低，从而使运营设备的投资相应降低。软交换的出现，可使三网在网络层面实现网间互联互通，在业务层面实现业务的渗透和交叉，使基于统一分组网络承载多种业务成为可能。运营商可终结三网分别投资的局面，通过一个融合的网络为用户同时提供话音、数据和多媒体业务，实现国际电联提出的“通过互联互通的电信网、计算机网和电视网等网路资源的无缝融合，构成一个具有统一接入和应用界面的高效率网路，使人类能在任何时间和地点，以一种可以接受的费用和质量，安全的享受多种方式的信息应用”的目标。对于数据网络，几年前的网络泡沫导致投资过度、带宽冗余，而软交换技术则可利用这些冗余带宽迅速部署NGN业务，同时软交换Open API还可为运营商提供强大的业务生成能力。2、NGN网络技术特点和功能2.1技术特点2.1.1、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。2.1.2、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。2.1.3、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。2.1.4、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。2.1.5、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。2.2、软交换技术参考模型图1为ISC推荐的软交换参考模型，这一参考模型涉及到传输平面、控制平面、应用平面、数据平面和管理平面等五个平面。传输平面处于最底层，负责语音视频等具体承载数据的传送，包括交换功能、逻辑端口功能、适配功能和物理信令功能等，与传输平面相关的参考点有A、B、C。其中：A为信令信道，采用IETF IPS7协议；参考点处于逻辑端口功能和设备控制功能之间，采用MGCP、MeGaCo、IPDC、Q.931等协议；C参考点采用VSI、GSMP等协议。传输平面与外部的接口1采用TDM话路或分组链路，包括带内信令。图1 软交换参考模型控制平面处于第二层，提供控制功能，如信令处理、承载连接控制、设备控制、呼叫腿（Leg）控制、网守（Gatekeeper）和代理信令等功能。其中：参考点D位于信令处理功能和数据库功能之间，采用TCAP信令；参考点在信令处理功能和会话控制功能之间，采用TCAP信令，用于IN请求等传送，业务逻辑对呼叫的控制等消息传送；参考点F1、F2分别采用呼叫控制API和承载连接控制API，如TAPI、JTAPI等。控制平面与外界的接口2采用H.323（H.225/H.245）、SIP、TCAP（TCAP/SCCP/M3UA/SCTP/IP）等协议和信令。上层应用平面提供业务和应用控制功能，包括会话控制、业务逻辑、翻译、路由及策略等功能。其中：H参考点介于会话控制功能和业务逻辑功能之间，采用JAIN、Parlay等公共API；G参考点和I参考点采用TCAP、LDAP等协议；J参考点尚未定义。应用平面与外界的接口3采用H.323（H.225）、SIP、JCAT等协议。数据平面提供数据库功能，如计费服务，其具体功能、参考点和接口仍待研究。管理平面提供管理功能，包括对网络操作/控制、网络鉴权、网络维护和网络实体等管理，管理接口采用SNMPv2、CMIP等协议。 2.3、软交换的功能描述软交换是多种逻辑功能实体的集合，它提供综合业务的呼叫控制、连接和部分业务功能，是下一代电信网语音/数据/视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备。软交换技术的主要设计思想为业务、控制、传送、接入分离，实体之间通过标准协议进行连接和通信，下面重点介绍软交换的功能：2.3.1、呼叫控制和处理 为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检出和资源控制等； 接收来自业务交换功能的监视请求，并对与呼叫相关的事件进行处理，接收来自业务交换的呼叫控制相关信息，支持呼叫的建立和监视； 支持两方或多方呼叫控制功能，提供多方呼叫控制功能，包括多方呼叫特殊逻辑关系、呼叫成员的加入、退出、隔离、旁听和混音控制等； 识别媒体网关报告的用户摘机、拨号和挂机等事件，控制媒体网关向用户发送音信号，如拨号音、振铃音、回铃音等，满足运营商的拨号计划。2.3.2、协议功能软交换是一种开放和多协议实体，采用标准协议与各种媒体网关、终端和网络进行通信，包括H.248、SCTP 、ISUP、TUP、INAP、H.323、RADIUS、SNMP、SIP、M3UA、MGCP、BICC、PRI、BRI等。2.3.3、业务提供 提供PSTN/ISDN交换机业务，包括基本业务和补充业务； 可与现有智能网配合，提供现有智能网所能提供的业务； 可与第三方合作，提供多种增值业务和智能业务。2.3.4、业务交换业务交换与呼叫控制功能结合，可提供在呼叫控制功能和业务控制功能（SCF）之间进行通信所要求的一组功能。2.3.5、互通功能 可通过信令网关实现分组网与现有七号信令网的互通； 可通过信令网关与现有智能网互通，提供多种智能业务； 允许SCF控制VoIP呼叫，并对呼叫信息进行操作（号码显示等）； 可通过互通模块，实现与现有H.323体系的IP电话网的互通； 可通过互通模块，采用SIP协议实现与SIP网络体系的互通； 可实现与其他软交换的互通互连，采用SIP、BICC协议； 可提供IP网内H.248终端、SIP终端和MGCP终端之间的互通。2.3.6、资源管理提供资源管理功能，对系统中的各种资源进行集中管理，如资源的分配、释放和控制。2.3.7、计费功能具有采集详细话单和复式计次的功能，可根据运营需求将话单传送至计费中心。对于记帐卡计费业务，具备实时断线功能。2.3.8、认证/授权软交换与认证中心连接，可将辖区内的用户、媒体网关信息送往认证中心，进行认证与授权，防止非法用户或设备接入。2.3.9、地址解析完成E.164地址至IP地址、别名地址至IP地址的转换，同时可完成重定向功能。2.3.10、语音处理 软交换控制媒体网关可选择语音压缩算法，包括G.729、G.723等； 软交换向媒体网关提供语音包缓存区，减少抖动对语音质量的影响。2.4软交换的对外接口软交换与媒体网关之间的接口用于软交换对媒体网关的承载控制、资源控制/管理，可使用媒体网关控制协议（MGCP）、Internet设备控制协议（IPDC）、SIP协议、H.323和H.248协议。软交换与信令网关间的接口用于传递软交换和信令网关间的信令信息，可采用信令控制传输协议（SCTP）或其他类似协议。软交换之间的接口实现不同软交换之间的交互，可采用SIP-T、H.323或BICC协议。软交换与应用/业务层之间的接口提供访问各种数据库、三方应用平台、功能服务器等接口，实现对增值业务、管理业务和三方应用的支持。其中：软交换与应用服务器间的接口可采用SIP、API，如Parlay，提供对三方应用和增值业务的支持；软交换与策略服务器间的接口对网络设备工作进行动态干预，可采用COPS协议；软交换与网关中心间的接口实现网络管理，采用SNMP；软交换与智能网SCP之间的接口实现对现有智能网业务的支持，采用INAP协议。3、NGN业务应用与开发 NGN是一种业务驱动型网络，通过业务/呼叫控制分离和呼叫控制/承载分离实现相对独立的业务体系，使业务独立于网络。这种开放式业务架构，可不断地满足用户的业务需求，增强运营网络的综合竞争力，实现可持续发展。NGN的出现加快了数据、语音、视频三网合一的进程，软交换统一控制使多媒体协同工作成为可能，业务融合和开放所带动的业务增长远远超越了1+1+1 . 模式，从而为运营商带来新型持续发展的赢利，同时业务的融合和创新也推动着网络发展。3.1、NGN业务应用网络的开放和融合带来业务的百花齐放，综合分析NGN的业务应用，大体分为以下几类，而且这些业务之间互有融合，并非完全独立。3.1.1、分组话音和增强特性实现传统交换机基本语音业务和增值业务，同时具备更具性价比的IP特性，典型应用包括IP Centrex、Call Wait、Call Park、Call Transfer、Conference Call、Privacy Manager。 IP Centrex业务以低成本提供丰富应用，提供广域Centrex，可实现商业客户分散机构的语音互连； Privacy Manager业务提供客户设置隐私保护机制，对未登记的匿名电话，通过语音播放姓名的方法，提示被叫确认是否接通本次呼叫。3.1.2、协同工作、融合业务NGN将数据、语音、视频融为一体，因此多种媒体协同工作业务是NGN的天然产物，典型应用包括Unified Messaging（UM）、Instant Messaging（IM）、One Number Link to You （ONLY）、Click to Dial （CTD）。 UM业务融合了Email、Voice Mail、Voice、Video、SM、Fax等多种媒体，客户无论在任何地方都可接收Email、SM、Fax、Voice Mail，也可以查看动态图象，随之可能出现可视、可听的多媒体Email； IM传统结合移动消息、Internet消息和固定消息，使移动用户、网上用户和固定终端用户通过多媒体进行聊天，协同工作业务可使商业客户之间进行语音或文本交流，实现互推网页、PowerPoint胶片传送等实时业务； ONLY业务实现客户无论在办公室、出差或上网，无论携带的是电话、手机、计算机或传呼机，都可通过一个号码完成呼叫； CTD传统可使PC成为无处不在的通信工具，Phone to PC、PC to Phone、PC to PC将成为人们熟悉的通信方式，取代传统的Phone to Phone方式。3.1.3、Video、Streaming 业务NGN使传统电话网上无法实时传送的图象、流媒体业务实现成为可能，典型应用包括VOD、Pay TV、E-Learning、E-Hospital、Video/Streaming/Web等多种形式会议。 VOD业务可实现网上查询、浏览、播放影片，该业务可能直接导致DVD、VCD、录象机淡出市场； Pay TV使数字节目进入家庭，影片的图象、音色非模拟电视所能比拟，节目内容数字化后可破除节目源的垄断，用户可根据兴趣选择喜爱的频道，甚至付费频道； E-Learning实现家庭教育，内容可随个性调整，自行控制内容进度，可以语音或Text方式进行练习或考核； E-Hospital病人、医生虽不在同一地点，但可进行互动交流，实现不同医院甚至不同国家的专家会诊； Video/Streaming/Web可在家中或办公室召集、参加会议，会议的图象、声音、幻灯片、文本交谈和文件可同步传送给每位参会者，动态图象以Streaming方式进行传递。3.1.4、利用高带宽带来的商业应用充裕的带宽资源不仅会吸引客户更愿意停留在网上，同时也促使了网上商业活动的繁荣。高带宽和集中呼叫信令/媒体控制使NGN网络成为IP Call Center的最佳承载体，没有硬件排队机、交换机，加上统一的路由和排队功能，使网络呼叫中心成为NGN的天然产物。Text Chat、护航浏览、电子白板、CTD、视频话务员则又成为增强型特性。B2B、B2C E-Business模式在宽带网上具有三维模仿能力和真人服务能力，从而对大众产生强烈的吸引力，使IDC发展成为企业服务的主流，安全、可靠、集中控制是NGN Business的主旋律。Game从家庭模式走向互连群体范畴，作为软件与互联网结合的产物，宽带网游戏更逼真、高速，使网络游戏等娱乐形式获得越来越多的消费者的接受和参与。3.1.5、针对管理的应用配置、计费、安全管理是网络可运营、可管理和应用发展的永恒业务话题。VPN将从CPE模式过度到IP VPN，分布于不同地点的商业客户分支机构如同存在于一个安全的网络之中，但客户不需购置、建设、管理和维护任何互连网络设备。IP Hotel作为酒店菜单定制、信息查询、会议管理、一体化通信的统一管理窗口，是提高客户忠诚度、提升酒店竞争力的有效工具。Network配置自动化带来业务的个性化，用户可通过Internet、电话等方式更改设备功能，而流量、数据统计的标准化则可实现这些参数的图形显示界面。从上述业务应用可以看出，NGN具有丰富的业务能力，从而为运营商带来持续赢利的能力，这些业务的实现得益于开放、融合的业务架构。在NGN中，软交换提供了访问数据库、第三方应用平台和服务器接口等，支持各种增值业务、管理业务和第三方应用。NGN接口采用开放协议（如SIP、API），为了方便业务开发，还提供了软交换与智能网SCP之间的接口，支持对现有智能网业务的支持（采用INAP协议）。3.2、NGN业务的开发模式在NGN中，开放、融合的业务架构改变了业务提供和业务开发模式，这种改变可快速提供新业务。3.2.1在以往的业务开发模式中，业务的开发是一种“垂直型”模型，与下层网络紧密结合：1) 业务的发布与网络结构有关，不同的网络可能需要发布不同的版本；2) 不同的网络之间，业务交互困难，业务融合难度大；3) 业务实现复杂，开发周期长，投资收益低，不利于第三方开发。3.2.2 NGN引入了新型业务开发模式，业务的开发呈现“水平型”结构，业务与下层网络松耦合：1) 符合协议标准的业务，可发布于任何网络，只需一个版本；2) 具有快速、易用、灵活、动态的业务开发环境；3) 通过SIP、API（如Parlay）协议，使业务间具有良好的集成关系；4) 开发难度和周期大大减少，投资收益高，第三方开发者只需要了解SIP、API，而不需深入了解电信网络知识。3.2.3 业务开发模式的改进和快速业务提供能力，为电信运营商带来了巨大益处：1) 将互联网开发模式引入电信领域；2) 吸引数目庞大的ASP/ISV，快速扩展新业务，提高商业收入；3) 业务架构的易用性使业务开发周期大大减少，成本降低；4) 通过多方参与，降低商业风险；5) 业务架构具有“防火墙”功能，提供完善的访问和鉴权机制，保护核心网络。由于ASP/ISV具有特定领域的专业知识，可开发出特色业务，对于业务开发者来说，他们只需了解开放的接口（这一接口屏蔽了电信网络的复），即可开发出独立于具体网络的业务，带来高收益和低花费等优点，扩大市场规模。4、NGN的网络发展策略4.1、网络建设模式从目前网络向NGN网络的过度，可采用分步建设策略。大部分运营商在NGN的发展策略上采取了分步建设方式，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