上海干部在线学习城讲义之下一代通信网络.doc

下一代通信网络的提出背景 大纲一、通信网络的发展历程1.通信网络传输指导思想的发展2.通信网络传输介质的发展3.通信网络传输方法的发展二、今天的通信网络三、下一代通信网络知识点汇总原理与观点K01：通信网络传输指导思想的发展过程K02：制约当前光网络系统传输发展的因素K03：当今通信网络的分层K04：下一代通信网络的特点重要信息I01：近十年通信网络迅猛的发展I02：无源光网络的几种传输技术正文一、通信网络的发展历程从1876年亚历山大贝尔发明第一台电话机算起，以电话通信为代表的现代通信技术已经经过了100多年的发展历史。在实现话音通信并完成了具有相当广泛覆盖的服务之后，数据通信的业务在近十年间得到了迅猛的发展，并且由此开始向多媒体的综合业务开拓。在电信服务这100多年的历史发展过程中，作为公用电话交换网(PSTN)基本组成部分的终端设备，交换技术和通信网络也随着时间的发展，历经了几次的飞跃，现在已经到了一个新发展阶段的关键时期。根据国际电信联盟（ITU）的统计数据显示，2010年年底全球有超过53亿移动电话用户，其中有9亿4千万的用户使用的是3G网络服务，移动网络已经覆盖了地球上90%的范围，截止到2010年年末，已有143个国家提供3G服务，与此同时，在瑞典，挪威等少数国家已经尝试开通了4G网络。就在2011年3月，经中华人民共和国工业和信息化部（以下简称工信部）核准，中国移动即将启动TD-LTE规模技术试验网建设，包括华为、阿朗、诺西、中兴、大唐等在内的5个厂商经工信部核准，率先通过准入测试。可以说，近十年来，通信网络的发展是迅猛的，有些发达国家每百人的手机持有量已经超过116部；同时，统计数据还显示，互联网用户的数量从2005年开始就呈现每年两位数的增长，到2010年年末，全球互联网的使用者已经超过20亿人，而中国的互联网用户也达到4亿2千万，成为世界上最大的互联网市场；网民们追求的不仅仅是能够上网，而是如何能够更快地利用网络，所以宽带网络（包括无线宽带网络）近些年也得到强劲的发展，在韩国、荷兰等地方，宽带接入甚至都占到其网络接入80%的比例。通过以上所罗列的数据可以看出，通信网络的市场是相当巨大的，面对这块诱人的蛋糕，世界各国的运营商也都在摩拳擦掌，共享这个机会无限、潜力无限的市场。那么，什么是运营商之间竞争的关键呢？答案是网络。网络的发展对于运营商的影响极大，因为运营商几乎所有的业务都是依靠网络进行的。总的来说，通信网络发展的前90年，其技术的发展相对稳定，发展呈现出渐进式和累积式的过程，然而，最近30年的时间内，传输技术发生的变化足以令人震惊。通信网络的发展历程主要包括以下三个方面：一是传输指导思想的变化；二是传输介质的变化；三是传输方法的变化。1.通信网络传输指导思想的发展早期的通信传输网络是以铜线传输技术为基础的。在这一段历史中，就通信与网络的关系而言，基本的指导思想就是根据传输信号的不同特性和业务需要来建设网络，也就是说，当时所建设的网络只适用于某种特定的信号，因为不同的数据的传输速率不同，所以对于其他种类的信号来说此种网络并不适用。因此，在上世纪70年代末，人们开始考虑是否可以将语音信号，各种不同速率的数字信号以及图像信号集中在同一个通信网络中传输，从而试图克服早期指导思想所带来的诸多弊端，这就是综合业务数字网（ISDN，即“一线通”）的思想。然而，由于各种信号的频率特性相差极大，对于不同特性和速率的信号都能适应的网络相对来说就会比较复杂，所以，虽然“一线通”是一条不错的思路，但却很难进行推广和普及。当下只有少数发达国家的郊区和乡下还保存有类似网络。随着IP时代的到来，通信网络建设的指导思想才出现了颠覆性的变革。各种信号，如语音信号、图像信号在转变成网际协议（以下简称IP）信号以后，可以一视同仁的在网络上传播，而不必考虑原始信号的性质。综上所述，我们可以总结出通信网络与信号的关系是从网络适应信号，到在同一网络中传输各种信号，再到信号适应网络，这三个阶段的演变完全是由通信网络在技术内涵、指导思想等方面的不断变革所决定的。2.通信网络传输介质的发展早期通信网络的传输介质是铜线。然而，随着高锟博士在二十世纪六七十年代提出光纤传输理论和技术之后，并克服了光纤衰耗等不利因素，光纤逐渐取代了铜线，成为组成通信网络的新宠。至今，光纤传输已经完全可以在主干网络和支线网络以及接入网络中普及，甚至全光通信技术也已经成为通信科学研究者的热门话题。从国外城市的信息化发展经验来看，城市光网大量普及，逐渐超过铜缆成为主流宽带接入方式，尤其是铜价连续大幅攀升的背景下，无论是成本还是应用，光纤网络是各国宽带业务的发展趋势。3.通信网络传输方法的发展从传输方法方面来看，时分复用、码分复用和波分复用技术发展很快。由于信号的传播速度越来越快，使得通信双方在线路上传输的音频和数据信号的码流速度已经远远落后于通信网络能够传输的信号的速度。因而，在同一传输线路上，将时间进行分割，以便在不同的数据间隔里传输不同用户的信号，或者利用不同的编码码流传输不同的用户信号，乃至于实现在同一根光纤上，利用不同的波长窗口传输多个光信号，即实现时分复用、码分复用、波分复用以及频分复用技术。相信随着各种信号压缩技术的发展，时分复用、码分复用、波分复用和频分复用技术的效率将会不断提高。随着通信技术的不断发展，人们对语音、数据、图像、视频多媒体通信的需求越来越大，这样就需要更大的带宽来传输更多的信息来满足人们的需求。互联网的骨干网带宽达到了69个月就翻一番的速度，未来5年之内，光传送网的带宽将以每年高于50%的速度递增。到2010年，骨干网截面带宽流量将达到50T以上，其中97%以上为数据带宽。当前通信骨干网是以10Gbit/s为基础的WDM网络构建，已经呈现出“力不从心”的状态。作为主要传输网的光网络，必然向更高容量、更快速度，更长距离，更好的通信质量的方向发展。制约当前光网络系统传输向更好方向发展的固有因素有色散、光纤的非线性及串扰等。针对这些传统的光传输的因素，现在光传输系统通过发展各种技术进行了改进。比如提高单通道速率和增加波长数，以及利用多种光复用技术。单纯的增加单通道波速，仍然面临这些固有的问题，因此必须和别的技术相结合，比如增加波长数，发展大容量、大分支的无源光网络（以下简称PON网络），引进多址技术等。光纤接入网能为用户提供更加丰富的业务，满足不同用户需求，是下一代宽带接入网的主要选择。根据光纤深入用户的程度，光纤接入涵盖了光纤到户（FTTH）、光纤到楼（FTTB）和光纤道路边（FTTC）等几种情况。其中光纤到户是光纤接入网的长期发展目标。PON网络是光纤到户的主要方式，无论从技术方面还是经济性方面都是解决“最后一公里”瓶颈问题的最有吸引力的方案之一。光纤接入网建设的目标有三个：更多的用户、更远的传输距离和更大的传输带宽。而无源光技术是发展光纤接入网的主要实现技术，具有高带宽、易升级、易扩展和抗干扰等优势，且不需有源设备、初期投资少、维护简单，是解决接入网带宽瓶颈、实现光纤到户的理想解决方案。PON网络通常采用树形拓扑，以增大网络的覆盖范围，减少传输损耗。无源是指PON网络在中心局和用户驻地之间均采用无源器件，无需光放大器和再生器。PON网络的“无源”特性，使得它具有经济有效和透明传输高速数据等优点而被作为光纤接入网的首选方案。二、今天的通信网络毫无疑问，计算机技术的发展为通信网络传输技术的发展提供了广阔的平台。我们现在的通信网络从结构上主要分为四个层次：最底层是负责物理传输的物理介质组成的波分复用层（以下简称WDM层，用于完成点到点的传输）和光传输层（OTN层），其上是负责传输组织工作的同步数字体系层（以下简称SDH层），在SDH层上面是完成交换工作，之后是负责业务流设计的异步传输模式层（以下简称ATM层），最上面则是承载业务信息的网际协议层（以下简称IP层）。这样一种分层结构的形成，完全是由于历史原因造成的。因为同步数字体系、异步传输模式和网际协议这些技术的发展和应用，离不开当时的历史条件和实际。由于新技术在不断发展，而通信网络的建设是需要经历漫长的时间逐渐形成的，这就使得网络的结构不可能随着某些领域技术的采用而突然废止。在这种各层叠加的网络结构里，信道的传输带宽通常是预先设置好的。信道带宽的调整和指配是相当麻烦的，并且整个网路的传输受限于每一层设备的可用带宽，四层中的任何一层都有可能成为带宽瓶颈。更重要的是，这四层在功能上是有相互重叠的，每一层的基本颗粒，例如从下到上的WDM层的波长，SDH层的帧结构，ATM层的信元和IP层的分组，多多少少都带有其他相邻层次的功能，造成重复，再加上每一层都需要的保护和恢复措施，容易形成冲突、增加网络的不稳定性和效率的低下。这样说来，通信网络的发展必将随着各种新技术的发展，沿着简化层次结构，提高功能，使网络结构简单，提高传输质量，从而降低传输成本这样一条道路前进。这就是我们下一代通信网络所要着重解决的问题。三、下一代通信网络展望下一代通信网络，我们可以这样对其进行描述：从字面上理解，应该是以当前网络为基点的下一代网络，它将是电信史的一块里程碑，标志着新一代通信网络时代的到来；从通信网络的发展上来说，下一代通信网络更加简单，组网更加灵活，网络的构架更加方便，可以提供带宽更宽，效率更高，质量更好，安全更有保障的网络；从服务上来说，下一代通信网络是一个通过高速公共传输链路和路由器等节点，利用网际协议承载语音，数据和视频等所有比特流的多业务网，是一个能为各种业务提供有保障的服务质量的网络，是一个在与网络传送层及接入层分开的服务平台上提供服务与应用的网络，是一个向用户提供宽带接入，能充分发挥容量潜力的网络。同时，下一代通信网络还是一个后向兼容性，能充分挖掘现有网络设施潜力和保护已有投资，允许平滑演进的网络；从技术发展上说，下一代通信网络是基于IP技术的网络；从网络上看，下一代通信网络在垂直方向应包括业务层和传送层，在水平方向应覆盖核心网和边缘网。不得不说下一代通信网络的形成和相关技术的发展为中国电信产业提供了一次重要的战略转型和发展的机遇。这个阶段通信行业的主要特点是：第一，新业务层出不穷，数据业务快速发展，数据业务量迅速膨胀，就像国际电信联盟2010年公布的数字，全球每年发送的短信数目已经达到6万亿，平均每秒钟就会有将近20万条短信发出；第二，新的语音压缩技术已经可将语音信号压缩在低于64千字节每秒的信道上传递。这种技术已经在IP电话，第二代和第三代移动通信系统中得到了广泛的应用，未来网络的带宽资源将主要用于数据业务，而语音业务则可用固定不变的带宽；第三，计算机技术的发展和计算机互联需求的增加，使得基于网际协议和异步传输模式的分组交换数据网日益发展壮大，这种分组交换网将适合各种类型信息的传送，而且网络资源利用率高。返回顶端下一代通信网络的结构和特点大纲一、下一代通信网络的结构二、下一代通信网络的特点1.支持多样化的业务2.基于IP分组3.采用分层结构的网络体系4.提供开放的接口5.具有端到端的宽带传送能力6.能充分利用现有的网络资源7.支持终端的移动性，满足移动业务的要求8.便于管理、维护和调度9.网络质量更好，具有更好的安全性和可靠性10.有利于持续发展知识点汇总原理和观点K01：下一代通信网络的四个开放的层面K02：下一代通信网络的三大特征K03：下一代通信网络的特点重要信息I01：国际电信联盟远程通信标准化组织关于全球基础信息设施和下一代通信网络的研究方向的建议正文网际协议（以下简称IP）技术能够比较好地解决各种不同特性的信号在网络上以共性进行传输，这使得网际协议技术可以作为今后通信网络的核心，汇聚着电信行业的大部分开发力量。目前的传统做法是在光纤上直接传输IP数据包，这样的方法仍然是对IP数据包采取分成若干帧结构，这就需要确定相应的帧结构，现在已经采用的帧结构有两种：同步数字体系帧结构和以太网帧结构，这也是当前宽带网络接入的两种重要形式。尽管目前电信行业大多数使用的宽带网接入是非对称数字用户环路（ADSL），一种在传统的双绞线上进行改造的技术，但是建立在主干网络上的、与网络的发展方向趋同的同步数字体系和以太网这样两种在光纤上直接传输IP数据包的方法，无疑是最具发展前途的。尤其是采用以太网帧结构的技术，由于网络的主干传输和接入技术在许多方面是相同的，这就使得其分组所需要的网络状态信息比较少，对于落地或者再生的分组通常不必使用再生设备，成本相应较低，加上使用的是异步协议，对于分组的延时和抖动不太敏感，具有很大的发展前景。一、下一代通信网络的结构下一代通信网络是一个定义极其松散的术语，泛指一个不同于目前一代的，以数据为中心的融合网络。从业务上看，下一代通信网络应支持话音和视频业务及多媒体业务；从网络上看，下一代通信网络在垂直方向应包括业务层和传送层，在水平方向应覆盖边缘网和核心网；从成本上看，下一代通信网络是一种能够节省费用的网络，这主要体现在两个方面：基于分组的核心承载网络将具有更高的带宽利用能力，同时，业务的产生、部署和管理将变得更加灵活有效，主要是一种基于商用平台的软件开发和管理过程，在初期价格较贵，但后期将是低成本运作的。就垂直方向来说，用于交换的异步传输模式层和用于传输的同步数字体系层将会消失，其功能将逐渐并入网际协议层、波分复用层和光传输层简化了网络，使得网络的管理更加简单。就水平方向来看，边缘网面向用户，负责提供各种中低速接口，汇集业务，提供服务，增加效益。核心网面向边缘网，为边缘网产生的业务流量提供高效可用的信号复用、传送、交换和选路，使网络的结构简单，成本降低，效率提高，同时核心网对于业务又是透明的。核心网的骨干业务接点目前多采用异步传输模式交叉连接设备或太比特路由器，未来将逐步向以路由器为主过渡，太比特路由器将成为网络的骨干接点，从而使网络的结构变得简单。广义上的下一代通信网络包括了下一代的智能光网络、下一代的因特网（NGI）、下一代网际协议（IPV6）、下一代移动网络3G/4G以及下一代交换网软交换体系。狭义上的下一代通信网络特指基于软交换技术的交换网络，是对当前的时分复用网络的演进和替代，可以将下一代通信网络的结构分成四个开放的层面，包括业务层、控制层、传送层和接入层。下一代通信网络具有的三大特征包括：首先，下一代通信网络采用了开放的网络构架体系。下一代通信网络将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相应的功能划分，各自独立的发展。传统交换机从网桥发展而来，属于开放式系统互联（OSI）中第二层即数据链路层设备。它根据硬件地址（MAC地址）寻址，通过站表选择路由，站表的建立和维护由交换机自动进行。传统交换机首先要确定该交换机应提供什么业务，在增加新的业务时必须要对每一个交换机做相应的改造，因此新业务提供时间较长。通过对传统交换机划分子网，可以缩小广播域，减少广播风暴对网络的影响，增强了对网内数据的访问效率，同时大大提高了网络的安全性。另外，部件之间的协议接口基于相应的标准，这样的设计保证了通信时的准确性和稳定性。其次，下一代通信网络是业务驱动的网络。“业务与控制分离，呼叫与承载分离”是下一代通信网络核心技术软交换技术的主要设计思想。软交换技术把传统交换机功能实体离散分布在网络之中。软交换技术是一种功能实体，为软交换网络提供具有实时性要求的业务的呼叫控制和连接控制功能，在原有电路交换的基础上，将业务功能（业务提供）、控制功能（呼叫和信令控制）和接入功能（中继和用户接入）相分离，形成软交换网络的应用服务器、控制设备、信令网关和各种接入媒体网关。最后，下一代通信网络是基于统一协议的分组网络。目前国际电信联盟远程通信标准化组织（ITU-T）将下一代通信网络定义为实现全球基础信息设施（GII）的关键技术。下一代通信网络被看作是全球基础信息设施的“网络联邦”（即通过IP能力增强的传统电信、广播和数据网的联合）的一部分。国际电信联盟远程通信标准化组织建议有关全球基础信息设施和下一代通信网络的研究方向包括：u 第一层和第二层的交换的研究u IP选路的研究u 在网络边缘提供业务平台的研究u 核心网络技术和相关协议体系结构的研究u 层间控制能力转化的研究u 网络端到端的研究u 接入网的研究二、下一代通信网络的特点下一代通信网络作为全业务的网络（包括电话和互联网接入业务、数据业务、视频流媒体业务、数字TV广播业务和移动业务），它的发展一直以来都是电信行业关注的重点。据业内专家介绍，下一代通信网络项目计划在原有7个研究领域基础上，新增了4个领域：网络控制体系结构与协议、服务能力和服务体系结构、在下一代通信网络中服务与网络的互操作性以及下一代通信网络中的编号、命名与寻址。在网络控制体系结构与协议方面，考虑到在下一代通信网络体系结构中控制功能日趋分布的特性，需要研究网络控制参考模型方面。其网络控制参考模型的功能要求包括：媒体访问关口（在网络边缘），具有防火墙、动态地址翻译（NATP）、传送策略执行等功能；资源控制，包括接纳控制、接入请求处理等；接入会话控制，包括地址分配、用户定位、用户访问剖面管理；业务控制，包括用户注册、用户业务剖面管理、业务请求处理、业务交互管理。在服务能力和服务体系结构方面，重点考虑业务应当包括实时和非实时、有线和无线、人与人、人与机器以及机器与机器间的通信。在下一代通信网络中服务与网络的互操作性方面，考虑到下一代通信网络在服务和网络层面上将涉及大量的协议，必须保证系统和网络间的互操作性。在下一代通信网络中的编号、命名与寻址方面，要求在下一代通信网络中至少应当支持端点寻址、将E.164号码翻译成端点地址功能、域名系统（DNS）可以识别的命名为到特定端点的呼叫进行选路功能、用户设备能够利用内部数据或外部数据库将用户输入翻译成端点地址的功能。通过以上对下一代通信网络结构以及功能的描述，我们可以总结下一代通信网络的特点如下：1.支持多样化的业务多样化的业务包括话音、数据和多媒体业务，也包括实时的/非实时业务的多媒体业务。同时支持业务的个性化、业务的移动性、开放性和灵活性。现有的通信网无法满足用户对未来通信服务的要求。随着无线通信和互联网应用的普及，人们的工作和生活对通信服务的依赖性越来越强。作为用户，希望通信网能够提供更方便（随时、随地、以任何方式）、更快速、价格更便宜的通信服务，特别是渴望能够在单一通信环境中提供话音、图像和视频等综合业务。而现有的通信网是由多个独立向用户提供专项服务的业务网络组成，如公共交换电话网络（PSTN）以提供话音业务为主，分组数据网主要提供数据传送业务，还有无线移动网、寻呼网等，各种业务网络间只是在承载层互联，没有实现控制和业务层面的互通。下一代通信网络就是为了解决这种困境，毫无疑问，这个特点是下一代通信网络存在的诱因。2.基于IP分组公共交换电话网络（PSTN）采用面向连接的基于64千比特每秒的信道的电路交换方式，通过信令来控制连接。这种方式的主要优点是业务质量有保证，控制相对简单。但其不足之处也非常明显，如每个连接的带宽固定，不能适应非64千比特每秒的速率和可变速率的业务需要；在对话静音期间也占用带宽，浪费资源等。下一代通信网络的这个特点可以通过IP、异步传输模式和帧中继等分组数据网进行通信，使得不同业务综合在一起，在分组网上进行传送，体现统计复用、资源利用率高、动态分配带宽等优势。3.采用分层结构的网络体系例如，下一代通信网络分为业务层、控制层、传输层、接入层等，实现了业务与控制分离，呼叫与承载分离。4.提供开放的接口下一代通信网络通过各种标准的接口可以方便地由第三方来完成业务的提供。软交换技术正是通过和这些接口的连接，在相关协议的作用下，实现了原来通信网络不具备的功能。比如说软交换与信令网关的接口实现下一代通信网络中的应用服务器通过七号信令网与电路交换网中的公共交换电话网络交换机信令点（SP）、业务交换点（SSP）、信令转接点（STP）、业务控制点（SCP）等的互通等。5.具有端到端的宽带传送能力由于下一代通信网络的承载主要采用基于密集型光波复用（DWDM）的光传输系统，并且将逐步过渡到全光网络，所以带宽不够已经不再是问题。6.能充分利用现有的网络资源下一代通信网络需要解决与现有的网络的互通和配合。毫无疑问，现在的电路交换网络的建立已经耗费了运营商大量的人力和财力，要是下一代通信网络的实现是建立在全盘否定这些现有硬件的前提下的话，对运营商、对社会都是一个不小的压力。所以下一代通信网络与传统网络良好的互通性避免了这一情况的发生。7.支持终端的移动性，满足移动业务的要求第三代和第四代移动通信技术的快速发展说明了移动通信网络在未来通信网络中所占有的重要地位。通过下一代通信网络，移动用户将能够获得更加丰富多彩的语音、数据、多媒体等业务。8.便于管理、维护和调度下一代通信网络便于管理、维护和调度的特点可以被用在很多行业，比如应用在铁路专用通信网络中。我国的CRH系列动车组近些年发展极其迅速，就在去年京沪线上试跑的CRH380A型机车跑出了486.1公里的时速，这是继沪杭高铁试运行创下时速416.6公里之后，中国高铁再次刷新世界铁路运营试验最高速。在高铁的设计中，通信网络的建设是其中一大技术难关，为了适应铁路发展的需要推进铁路产业信息化进程，可以说采用下一代通信网络技术构建铁路专用通信网络也成为技术发展的必然趋势。9.网络质量更好，具有更好的安全性和可靠性拿移动通信网络来说，现行的全球移动通讯系统（GSM）存在不少的安全隐患，但在第三代移动通信技术中使用了双向身份认证，密钥长度增长，从而可以使用高强度的加密算法和完整性的算法，增加了信令完整性保护机制，提出了保护核心网络通信节点的机制。10.有利于持续发展下一代通信网络是基于软交换技术的，然而，软交换技术在发展过程中，并没有一个严谨的定义和体系架构标准，因此，在用户漫游管理、路由计划、编号、支持多媒体业务的体系架构、业务管理、业务触发等方面在一定程度上仍存在问题。与此同时，第三代合作伙伴计划（3GPP，是一个3G技术规范机构）提出了标准的IP多媒体子系统架构，旨在规范移动多媒体业务的网络结构，而欧洲电信标准化协会（ETSI）相关小组也在讨论如何在固定通信网络中引入IP多媒体子系统，以进一步推动网络向IP化，移动化，多媒体化和个性化方向发展。当然，这样的发展还是基于软交换“业务与控制分离，呼叫与承载分离”的核心思想。返回顶端下一代通信网络的主要技术大纲一、软交换技术的发展二、软交换技术的参考模型及接口1.软交换技术的参考模型2.软交换技术的接口知识点汇总概念C01：软交换的定义原理和观点K01：软交换的核心思想K02：软交换技术的参考模型包含的五个平面K03：软交换技术的接口的分类正文一、软交换技术的发展作为下一代通信网络的核心技术，软交换技术的发展受到越来越多的关注。作为下一代通信网络的控制功能模块，软交换为下一代通信网络具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能。我国信息产业部电信传输研究所对软交换的定义是：“软交换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。” 20世纪90年代中后期，贝尔试验室最早提出软交换技术思想，并制造了第一台原型机。20世纪末，发达国家陆续开始部署、试验软交换系统，并获得了一定的经验和教训。2001年，全球最有潜力的中国市场出现了软交换热潮，各大制造商、运营商和科研机构纷纷致力于软交换的研制、生产和试验。从2002年开始，软交换技术在中国逐步进入发展时期，部分运营商的软交换网络已经开始商用。无论是电信运营商还是设备制造商都在不断地探讨下一代网路的特点和市场新增长点。在国内，诸多运营商均十分重视软交换技术的发展，逐渐在国内东南沿海城市开展基于软交换技术的下一代融合网络的试验与应用。从广义上看，软交换泛指一种体系结构，利用该体系结构可以建立下一代通信网络的框架，其功能可以涵盖四个功能层面：网络服务层、控制层面、媒体层面和传输接入层，它主要由软交换设备、媒体网关、信令网关、综合接入设备（IAD）、应用服务器等组成。从狭义上看，软交换指软交换设备，定位在控制层。软交换的核心是将呼叫控制功能与媒体网关（也就是传输层）相分离，通过网络或服务器上的软件实现呼叫路由、连接控制（建立与拆除）及信令转换（如从电路方式转换成IP承载）。软交换采取分布交换，分布业务智能，集中网络智能的体系结构，智能集中于网络，接入设备（媒体网关）只完成最基本的语音压缩编码等功能。软交换概念一经提出，很快便得到了业界的广泛认同和重视，国际软交换协会（ISC）的成立更加快了软交换技术的发展步伐，软交换相关标准和协议得到了互联网工程任务组（IETF）、国际电信联盟远程通信标准化组织（ITU-T）等国际标准化组织的重视。经过几年发展，软交换技术在标准化和产业化方面均取得了长足进展，一些协议如H.323、媒体网关控制协议（MGCP）等不断完善，与承载无关的呼叫控制协议（BICC）、会话初始协议（SIP）等新协议不断推出，一些基于软交换技术的产品逐步走向实用化阶段，使软交换成为下一代通信网络最为活跃和热门的话题。软交换到底能给我们带来什么呢？对于用户来说，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。此外，大量应用业务提供商、互联网服务提供商和网络内容服务商参与竞争的结果，可加快推出多样、先进、经济和实用的业务的节奏。对于运营商来说，作为下一代通信网络核心部件，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（电信网、计算机网和电视网）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。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下一代通信网络业务，同时软交换开放的业务接口还可为运营商提供强大的业务生成能力。二、软交换技术的参考模型及接口1.软交换技术的参考模型下面介绍软交换技术的参考模型，这一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，采用互联网工程任务组IP七号信令协议；参考点处于逻辑端口功能和设备控制功能之间，采用媒体网关控制协议（MGCP）、IP设备控制（IPDC）、Q.931等协议；C参考点采用虚拟交换接口（VSI）、通用交换机管理协议（GSMP）等协议。传输平面与外部的接口1采用时分复用模式（TDM）话路或分组链路，包括带内信令。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，采用事物处理能力应用部分（TCAP）信令；参考点在信令处理功能和会话控制功能之间，采用事物处理能力应用部分信令，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分别采用呼叫控制应用程序编程接口（API）和承载连接控制应用程序编程接口，如电话应用程序接口（TAPI）、Java电话应用程序接口（JTAPI）等。控制平面与外界的接口2采用H.323（H.225/H.245）、会话初始协议（SIP）、事物处理能力应用部分（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，采用基于Java平台的综合网络应用程序编程接口（JAIN）、让IT开发人员快速创建电信业务的应用程序接口（Parlay）等公共应用程序编程接口；G参考点和I参考点采用事物处理能力应用部分（TCAP）、轻量目录访问协议（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）、会话初始协议（SIP）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，管理接口采用简单网络管理协议（SNMPv2）、通用管理信息协议（CMIP）等协议。2.软交换技术的接口接下来介绍软交换技术的接口。软交换技术的接口可以分为以下几类：信令网关，应用服务器，媒体服务器，策略服务器与路由服务器，认证、授权和计费服务器，中继媒体网关，综合接入媒体网关。（1）软交换与信令网关的接口信令网关设备是七号信令网（七号信令系统是一种国际性的标准化的通用公共信令系统）与基于IP的下一代通信网络信令互通的网关设备，是七号信令网与下一代通信网络的边缘接收和发送信令消息的代理，它用于七号信令网与IP网的关口，对信令消息进行中继、翻译或终结处理。（2）软交换与应用服务器的接口应用服务器在软交换中主要提供业务控制功能、媒体控制功能、业务数据功能、协议适配功能、计费功能、应用执行环境功能、操作维护管理等功能，此外，应用服务器为软交换网络中的增强业务提供应用执行环境，通过协议适配功能对呼叫分配合适的协议，然后由业务控制功能根据业务逻辑执行的需要对业务进行控制，并通过业务数据功能调用业务执行过程中所需要的业务数据和用户数据。在业务控制的过程中，如果需要，应用服务器会对媒体服务器的媒体资源进行控制，为呼叫提供各种媒体资源，并通过计费功能提供必要的业务管理、维护、统计等功能。（3）软交换与媒体服务器的接口媒体服务器是软交换网络中接入层面的设备，它在软交换或者应用服务器的控制下，结合业务逻辑提供各种业务所需的媒体资源，是业务实现过程中不可缺少的组成部分，广泛的应用包括：基本语音、IP中央交换机、IP会议、预付费业务、通知服务、声音电子邮件、统一通信等各类业务。（4）软交换与策略服务器的接口策略服务器负责用户的安全、服务质量（Qos）与业务方面的策略控制，它是业务层面与承载层面的桥梁，把来自业务层面的控制策略下发到承载层接入点，如宽带接入服务器（BAS）来实施策略控制。具体说来，策略服务器的作用是能同时与软交换和承载网设备（宽带接入服务器和三层交换机等）进行交互，使承载网设备可以感知软交换所管理用户的下一代通信网络业务质量要求，从而在接入汇聚层进行相应操作，使下一代通信网络的传送承载网成为一个感知下一代通信网络业务的承载网。（5）软交换与路由服务器的接口路由服务器（Router Server，RS也称定位或位置服务器Location Server）本身不是下一代通信网络网络架构中的标准实体，而是在解决下一代通信网络大网路由问题时提出的一个功能实体。所谓下一代通信网络大网路由问题是指当由多个软交换设备组成下一代通信网络时，软交换与软交换之间如何找到对方，从而将需要跨软交换的呼叫信令路由给其他软交换。有两种方式解决这种问题，一种是每个软交换都保存有网络中其他所有软交换的路由信息，但这种方法显然不适合多个软交换的大规模组网，因此引入了第二种方法路由服务器方案。路由服务器维护一个中央数据库，包含了它所负责的一定范围内（称为域）的所有软交换的路由信息，有的路由服务器还包含了其他负责范围内的每个下一代通信网络用户的路由信息，从而实现用户定位的功能。这个接口通常使用的协议是轻量目录访问协议（LDAP）或会话初始协议（SIP）。（6）软交换与认证、授权和计费服务器的接口要建立一个安全的网络环境，必须提供一定的验证手段。目前，提供这种功能的最佳途径就是通过认证、授权和计费服务器，由它来完成终端的认证、网络用户认证、计费等功能。认证、授权和计费服务器在物理上可以由具备不同功能的独立的支持远端验证拨入用户服务（RADIUS）协议的服务器构成，即认证服务器、授权服务器和计费服务器。认证服务器保存用户的认证信息和相关属性，当接收到认证申请时，支持在数据库中对用户数据的查询。在认证完成后，授权服务器根据用户信息授权用户具有不同的属性。（7）软交换与中继媒体网关的接口中继媒体网关在是分组（可以IP或异步传输模式）的下一代通信网络与电路交换网络之间提供媒体映射和代码转换功能，即终止电路交换网络设施（中继线路、环路等），将媒体流分组化并在分组网上传输分组化的媒体流，中继媒体网关也在分组网去往电路交换网的方向上执行类似的功能。具体来说，中继媒体网关拥有以下功能：第一，语音处理功能；第二，呼叫处理和控制功能；第三，资源状况管理功能；第四，维护和管理功能。主要包括对检测与连通性的保证和差错控制。另外中继媒体网关的接口和协议包括以下四个部分：u 语音网络的接口u 分组侧的接口u 中继媒体网关还具备本地网络管理接口（如RS-232）和网管接口u 中继媒体网关与软交换之间主要采用H.248协议，与网管系统的接口协议采用简单网络管理协议（SNMP）（8）软交换与综合接入媒体网关的接口首先介绍综合接入媒体网关，其作用是终止时分复用模式电路，并将媒体流分组化后在分组网上进行传输。其功能包含有：语音处理功能、呼叫处理与控制功能、资源状态管理功能、维护和管理功能、IP语音的服务质量管理功能。此外，综合接入媒体网关还可以选择支持宽带网络接入服务器的功能，以实现IP接入的目的。基于软交换机制的下一代通信网络是一个多融合、集中式和分布式相结合的网络。为了与现有的各种网络（公共交换电话网络/综合业务数字网、七号信令网、异步传输模式、IP等）进行互通，下一代通信网络需要支持一些信令和协议，比如七号信令。下一代通信网络的各类服务器和网关与软交换之间需要支持一些标准的协议以实现网元间的通信，如媒体网关控制协议/H.248协议、会话发起协议（SIP-T）等。这些协议标准的建立是软交换技术得以实现的重要保证，因而得到业界很大的关注。最后，不得不提一下软交换技术与现有网络之间的互通，正是因为这种互通的存在，才使得现有网络向下一代网络的过度能够顺利、高效、低成本的进行。下一代通信网络和公共交换电话网络、综合业务数字网、全球移动通讯系统和码分多址（CDMA）的互通可以通过中继网关完成；下一代通信网络与七号信令网的互通，通过信令网关完成；下一代通信网络与现有智能网的互通，可以通过对卡号数据的处理完成。返回顶端下一代通信网络的应用与发展大纲一、下一代通信网络的功能及应用1.下一代通信网络的功能2.下一代通信网络的应用二、下一代通信网络的发展1.IP多媒体子系统的系统结构2.IP多媒体子系统的特点3.下一代通信网络发展的制约因素知识点汇总原理和观点K01：下一代通信网络具有的优势K02：软交换技术能实现的功能K03：IP多媒体子系统的系统结构K04：IP多媒体子系统的特点K05：下一代通信网络发展的制约因素重要信息I01：运营商利用下一代通信网络能提供的电信服务正文一、下一代通信网络的功能及应用1.下一代通信网络的功能软交换网络基于宽带分组数据网，采用分组包交换、支持多业务融合的下一代网络，它是基于时分复用模式（TDM）的语音网络和基于网际协议（以下简称IP）和异步传输模式（ATM）的分组网络融合的产物，它使得在新一代网络上实现语音、视频、数据等综合业务成为可能。与传统时分复用模式技术相比，采用软交换技术建设的下一代通信网络具有如下优势：第一，网络结构清晰简洁，是完善的下一代网络结构体系；第二，目前各个运营商已经对下一代通信网络进行了充分的网上实验和测试，其中语音业务的各项指标及稳定性与公共交换电话网络相当，甚至更优；第三，可提供多媒体业务和移动业务等综合业务平台；第四，提供实时的、综合的、基于策略的网络管理模式，还提供集中远程网络管理维护功能；第五，相比于公共交换电话网络建设投入过程中本地网、汇接局、长途局、信令网和同步网等多类项目的投入，基于软交换的下一代通信网络只需要一次性投入，同时，该系统各网元设备的占地比公共交换电话网络设备少很多，大大节省了设备投入与机房占地，工程实施也更加经济方便，这对新兴电信运营商建设优质优价的网络尤为重要；第六，在后续网络建设过程中相关机房建设、维护管理等追加投入资金减少；第七，终端接入设备可根据网络的实际建设规模投入，为保证85%以上的高实装率提供可能；第八，基于软交换的下一代通信网络的业务收益将逐年增加，并且随着新业务的增长会更多地追加投入。 从另一个方面说，软交换技术能实现以下功能：u 呼叫控制和处理功能u 协议功能u 业务提供功能u 业务交换功能u 互通功能u 资源管理功能u 计费功能u 认证/授权功能u 地址解析功能u 语音处理功能2.下一代通信网络的应用随着技术的不断发展和软交换各种标准的制定与补充，不少厂家都推出了软交换的解决方案，各运营商也在积极进行相关实验。目前，国内外许多电信设备制造商都在积极发展新的交换机过渡平台，提出了软交换在下一代网络中的解决方案。这里简要介绍一下软交换在网络电话中的应用。此应用的功能非常类似于现行电路交换传送系统间的交换或长途网，C4交换机用软交换系统和一组中继网关的组合体所替代。中继网关自身是由软交换技术利用主被叫协议控制，这个协议其实就是与来自某个具有指定源目的地的实时传输（RTP）/用户数据包（UDP）/IP流协议的电路交换机的一个指定时隙相关的媒体网关控制/IP设备控制协议。软交换技术作为呼叫处理的组成部分，其标识要被用来终结该呼叫的最有可能的出口网关，并利用这个信息来命令中继网关执行所指定的功能，亦即软交换技术能够通过选择一个最小代价的路由来完成每次呼叫，以使所选择的出口网关最接近目的电话。于是，就完成了原有通过电路交换网执行的呼叫操作功能。接入网关既可以终结综合业务数字网的主速率接口，也可以终结来自企业用户级交换机（PBX）的电话自动计费系统（CAS）信令。这种接入网关能够被软交换以基于分组电话协议的多种方式进行控制；对于基于H.323协议的网关，软交换能够像一个H.323网关那样动作；如果接入网关隧道主速率接口（Q.931）或电话自动计费系统的信令返回到软交换，那么软交换还能够使用像媒体网关控制/IP设备控制协议以更好的方式控制接入网关。这也体现了软交换技术处理接入网关的能力。软交换技术通过会话初始协议接到电缆网络上，以支持企业的IP用户级交换机及IP电话。它还能够通过传输控制协议/网际协议（TCP/IP协议）接入业务控制点（SCP），也可通过传输控制协议/内部呼叫控制协议（TCP/SCCP协议）接入到七号信令网络上，使无缝互连成为可能。这样的应用可以为全球移动通讯系统（GSM）网络及第三代网络提供省级话务会接，保证运营商可以抵挡话务高峰的冲击。其实，除了软交换技术外，支撑下一代通信网络的技术还包括宽带接入技术，城域网技术，光交换与智能光网络技术，光纤高速传播技术，网际协议版本6（IPV6），IP终端技术，网络安全技术等。在这些技术的综合作用下，我们可以列举出一些运营商利用下一代通信网络提供的电信服务：u 混合放号业务u 一号通业务u 一号双机业务u 宽乐通信类似的业务功能在各运营商之间还有很多，通过这些应用我们发现，以软交换为核心设备的下一代通信网络使运营商为广大用户建立一个安全高效、灵活快速、能够提供多种增值业务、并且可以提供一个可持续发展的交换网络创造了条件。二、下一代通信网络的发展软交换技术在发展过程中，并没有一个严谨的定义和体系架构标准，因此，在用户漫游管理、路由计划、编号、支持多媒体业务的体系架构、业务管理、业务触发等方面在一定程度上仍存在问题。与此同时，第三代合作伙伴计划（3GPP，是一个3G技术规范机构）提出了标准的IMS体系（IP多媒体子系统）架构，旨在规范移动多媒体业务的网络结构，而欧洲电信标准化协会（ETSI）相关小组也在讨论如何在固网中引入IP多媒体子系统，以进一步推动网络向IP化、移动化、多媒体化和个性化方向发展。这就引发出IP多媒体子系统是否能成为软交换网络发展方向的讨论。1.IP多媒体子系统的系统结构这里简要介绍一下IP多媒体子系统的系统结构。第三代合作伙伴计划定义的IP多媒体子系统的系统结构主要包括呼叫会话控制（CSCF）,媒体网关控制（MGCF）和媒体网关（MGW）以及传输信令网关（T-SGW）等功能实体。（1）呼叫会话控制功能实体（CSCF）呼叫会话控制功能实体是IP多媒体子系统中最重要的元素之一，呼叫会话控制功能实体的主要功能是处理用来控制用户多媒体会话的信令消息，这是移动交换中心（MSC）呼叫控制功能的一种发展。其另一种功能是地址翻译，同时还要执行业务交换和编码协商的功能。有三种不同角色的呼叫会话控制功能实体，它们是：代理呼叫会话控制功能实体（P-CSCF），它提供了紧急业务的本地控制，是IP多媒体子系统网络中业务质量策略执行点；询问呼叫会话控制功能实体（I-CSCF），主要用于查询归属用户服务器（HSS）以决定服务呼叫会话控制功能实体（S-CSCF）的位置；服务呼叫会话控制功能实体（S-CSCF），它负责IP多媒体子系统网络中的会话管理。（2）媒体网关和媒体网关控制功能实体（MGW和MGCF）媒体网关和媒体网关控制功能实体是支持与传统网络互联的节点。其中媒体网关控制功能实体控制一个或多个媒体网关，管理着公共交换电话网络承载与IP流之间的链接。媒体网关控制功能实体将信令点（SP）消息转换成综合业务数字网用户部分(ISUP)消息，它从呼叫会话控制功能实体接受会话初始协议消息并且决定在媒体网关内建立什么信息，同时，媒体网关控制功能实体还生成综合业务数字网用户部分消息并且通过IP发送到信令网关（SGW）中。媒体网关的主要功能是将终端用户之间的媒体流从一种格式转换为另一种格式。（3）信令网关功能实体（SGW）信令网关的主要功能是将七号信令转换为IP形式的信令而不影响其承载的应用层，这可以使媒体网关控制功能实体不需要支持七号信令。因此，如果媒体网关