第12章 下一代网络概述

下一代网络概述,太原理工大学王华奎教授,通信专业职业水平考试辅导,概述,NGN(NextGenerationNetwork)，从字面上理解，可以称它为下一代网络。它是电信史上的一块里程碑，标志着新一代电信网络时代的到来。从发展的角度来看，NGN是从传统的以电路交换为主的PSTN网络中逐渐迈开向以分组交换为主的数据网络的步伐，它承载了原有PSTN网络的所有业务，把大量数据传输卸载到IP/ATM网络中以减轻PSTN网络的重荷，同时又由于IP技术而增加和增强了许多新老业务。从这个意义上讲，NGN是基于TDM的PSTN语音网络和基于IP/ATM的分组网络融合的产物，它使得在新一代网络上传输语音、视频和数据等综合业务成为可能。,下一代网络产生背景（一）,1多业务的市场需求现在人们对电信业务的需求越来越高了，特别是20世纪90年代以来，随着因特网的迅猛发展，大量的数据业务、视频业务涌现出来：IP电话、移动数据、短消息、会议电视、网上教育、网上医疗、网上咨询、网上股票交易、电子商务、电子政务、互动游戏、视频点播、远程IP监视等等。面对如此丰富多彩的通信业务，单一业务的电话通信网、计算机网、CATV网显然无法满足人们的需求。于是人们希望有一个综合业务的网络，即多业务网络。从N-ISDN、B-ISDN和ATM，发展到今天的IP网，历史经验表明：ISDN并不成功；ATM过分理想化，到桌面的代价太高，也不成功。那么IP网是否能实现综合业务的要求呢?,下一代网络产生背景（二）,计算机技术、网络技术的飞速发展，硬软件技术的不断提高，使数据业务和传统的语音业务出现了融合，现存的相互独立的电信网、计算机网和有线电视网有了一个公共点，三网合一成为可能，这个公共点就是IP。然而，现有的基于IP的数据网络在承载语音/视频等多媒体业务时还存在一些缺陷，主要体现在带宽不够，QoS还不能充分保证等方面。总之，正是由于现代科技的进步，企业的竞争，人们的需求促进了通信的发展，由此提出了“下一代网络（NGN：NextGenerationNetwork）”的概念，并需不断地改进和完善，现对NGN提出如下的要求。,下一代网络产生背景（三）,2对NGN的需求(1)具有开放的标准、分布式结构传统的通信网络中，一个设备供应商供应了一台交换设备，即供应了所有的东西：软件、硬件和应用，运营商被锁定在供应商那里，没有创新空间，无法满足用户的进一步要求，且建设、管理和维护费用高。NGN要求将呼叫控制设备、承载连接设备、网关设备、业务生成和提供设备作为独立的网络部件分布在网络中，并以开放的标准接口互连互通。客户可以根据自己的要求选择最好的网络设备来构建自己的网络。,下一代网络产生背景（四）,(2)与传统网络相兼容未来网络的建设，一定要考虑到与传统网络的兼容，能实现从传统通信网到NGN的平滑过渡。这就要求NGN可以支持PSTN、PLMN、No.7信令网、H.323IP电话网等传统网络，并能与这些传统网络做到互连互通。(3)可快速提供新业务传统通信网络中的业务与设备是紧紧耦合的。提供新业务需要对设备的软、硬件都进行修改，因而周期长、反应缓慢，市场竞争力不强。同时，涉及新领域需要巨额的基础设施投资，建设周期很长。这就要求NGN不但要能快速提供新业务，而且还能快速进入新领域。,下一代网络产生背景（五）,(4)具有高效的运行支持系统设置相应的功能服务器，对NGN的综合业务进行认证、鉴权、计费和网管，同时通过基于策略的操作维护系统对网络的动态特性进行调整。还要采取更多的措施加强网络的安全。,下一代网络产生背景（六）,3什么是NGN(1)广义上讲，NGN是一种目标网络，它表征了一种具有宽带化、光纤化、数据化、层次化、呼叫与承载分离、快速开发业务等特征的理想网络。NGN可向用户提供PSTN话音业务、无线话音业务、多媒体数据业务等。目前，NGN主要是从以电路交换为主的PSTN网络逐渐向包交换网络过渡，它承载了原有PSTN网络的所有业务，同时把大量的数据传输卸载到IP网络中以减轻PSTN网络的重荷。传统的PSTN网络是基于TDM的，它提供64kb/s固定速率的业务，业务和控制是由交换机来完成的。虽然保证语音有优良的品质，但新业务的提供需要较长的周期，NGN正是从这一点出发，显示出了较强的优势。,下一代网络产生背景（七）,(2)NGN的出现与发展不是革命，而是演进。从业务上看，应支持语音和视频业务及多媒体业务；从网络上看，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。如果特指业务层，则下一代网络指下一代业务网，如果特指传送层，则下一代网络指下一代传送网。泛指的下一代网络可以指两者，也可单指下一代业务网。从总体趋势看，整个网络的核心层功能结构将趋向扁平化的两层结构，即业务层上具有统一的IP通信协议，传送层上具有巨大的传输容量。在核心网趋向传送层和业务层独立发展，分别优化，而网络边缘层趋向融合，允许多协议多业务接入，能以最经济的成本灵活、可靠、持续地支持一切已有和将有的业务和信号。,下一代网络产生背景（八）,(3)通常意义上讲，NGN指基于软交换技术的NGN语音和多媒体解决方案。NGN是业务驱动的网络，通过业务与呼叫控制分离以及呼叫与承载分离实现相对独立的业务体系，使业务真正独立于网络，灵活有效地实现业务的提供。软交换技术作为业务/控制与传送接入分离思想的体现，是下一代体系结构中的关键技术，其核心思想是硬件软件化，通过软件的方式来实现原来交换机的控制、接续和业务处理等功能，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，便于在NGN中，更快地实现各类复杂的协议及更方便地提供业务。,如何理解NGN？,所谓下一代网络，实质上是一个具有极其松散定义的术语，即泛指一个不同于当代或前一代的网络体系结构。NGN的概念在不同的领域中有不同的含义，通常有:下一代交换网，最主要的特征就是软交换；下一代传送网，包括MSTP（多业务传输平台）和智能光网络；下一代互联网，基于IPv6和NGNIP网络；下一代接入网，包括xDSL、PON、以太网和WLAN等；下一代移动网，基于3G和4G的无线网络。,下一代网络的特点（一）,1.采用开放的网络构架体系其特点如下：(1)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进行划分，各自独立地发展。(2)部件间的协议接口基于相应的标准。部件标准化使得原有的电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务的需要自由组合各部分的功能产品来组建网络。部件间协议接口的标准化可以实现各种异构网之间的互通。,下一代网络的特点（二）,2.下一代网络是业务驱动的网络其功能特点如下：(1)业务与控制分离。(2)呼叫与承载分离。分离的目标是使业务真正独立于网络，灵活有效地实现业务的提供。用户可以自行配置和定义自己的业务特征，不必关心承载业务的网络形式以及终端类型，使得业务和应用的提供有较大的灵活性。,下一代网络的特点（三）,3.下一代网络是基于统一协议的分组网络NGN是基于统一协议的分组网络，它可以实现语音和多媒体信息的分组化传送，使用网关设备与现有的电路交换网络（如PSTN、PLMN等）互通。现有的信息网络，无论是电信网、计算机网和有线电视网，不可能以其中某一网络为基础平台来建设信息基础设施。但近几年随着IP的发展，人们才真正认识到电信网络、计算机网络及有线电视网络将最终汇集到统一的IP网络，即人们通常所说的“三网”融合大趋势。IP技术使得各种以IP为基础的业务都能在不同的网上实现互通，成为三大网都能接受的通信协议，从技术上为NGN奠定了坚实的基础。,下一代网络的网络结构（一）,图12-1下一代网络的分层结构,下一代网络的网络结构（二）,(1)媒体接入层；主要实现异构网络到核心传输网以及异构网络之间的互连互通，集中业务数据量并将其通过路由选择传送到目的地。(2)传输服务层：完成业务数据和控制层与媒体接入层间控制信息的集中承载传输。(3)控制层：决定呼叫的建立、接续和交换，将呼叫控制与媒体业务相分离，理解上层生成的业务请求，通知下层网络单元如何处理业务流。(4)业务应用层：决定提供和生成哪些业务，并通知控制层做出相应的处理。,下一代网络的网络结构（三）,(5)媒体网关：作为媒体接入层的基本处理单元，负责管理PSTN与分组数据网络间的互通和媒体、信令的相互转换，包括协议分析、话音编/解码、回声消除、数字检测和传真转发等。(6)信令网关：提供SS7信令网络(SS7链路)和分组数据网络之间的协议转换，其中包括协议ISUP、TCAP等的转换。(7)无线网关：负责移动通信网到分组数据网络的协议转换。,下一代网络的网络结构（四）,(8)软交换：通过提供基本的呼叫控制和信令处理功能，对网络中的传输和交换资源进行分配和管理，在这些网关之间建立起呼叫或是已定义的复杂的处理，同时产生这次处理的详细记录。(9)应用服务器：提供了执行、管理、生成业务的平台，负责处理与控制层中软交换的信令接口，提供开放的API用于生成和管理业务。(10)媒体服务器：提供专用媒体资源(IVR、会议、传真)的平台，并负责处理与媒体网关的承载接口。,下一代网络的网络结构（五）,(11)策略服务器：提供与呼叫过程相关的具有某类特征的能力，如呼叫等待、快速拨号、在线拨号等。提供接入、认证和计费功能，与软交换之间采用Radius协议。提供软交换体系的网管能力，与软交换之间采用SNMP协议。提供有关应用数据及有关用户地址等，与软交换之间采用API协议。,下一代网络的主要技术,NGN是业界试图利用最新技术发展成果，来满足竞争需求而提出的网络发展设想。鉴于人们对NGN期待的目标，NGN的一系列技术方案必须能够解决所面临的各种问题。NGN的主要技术包括：,1.软交换技术,2.智能光网络技术,3.宽窄带综合接入系统技术,4.以IPv6为基础的下一代互联网技术,5.以3G为核心的下一代移动通信网技术,软交换概述,软交换(Softswitch)技术是下一代交换网络的控制核心、是现代网络向下一代网络演进的关键技术。由于它实现了业务提供和控制分开、呼叫控制与承载连接分开，并能提供开放的接口，便于第三方业务的提供，因此为话音、数据、视频和多媒体业务应用提供了统一的平台，从而得到了业界普遍关注。软交换将摒弃传统交换机结构上的不足，具有网络层次和结构简单、建网成本低、网络升级快、业务生成容易和占地面积小等特点。基于软交换的网络系统结构如图12-2所示。,图12-2基于软交换的网络系统结构,软交换的定义（一）,国际软交换协会(ISC)对软交换的定义是：“软交换是提供呼叫控制功能的软件实体”。国际软交换协会的主要观点是：首先，它将成为综合的多媒体公众网络（话音、视频和数据）的中心应用开发环境和呼叫代理；其次，它有多个不同的软交换商业模型，可使各个不同的业务提供商(ASP)将具有自己特征的应用通过软交换嫁接到第三方网关，从而成为本地业务提供商。,软交换的定义（二）,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。”,软交换的定义（三）,从广义上看，软交换泛指一种体系结构，包括了4个功能层面：媒体接入层、传输层、控制层和业务应用层，如图12-4。它主要由软交换设备、信令网关、媒体网关、应用服务器、IAD等组成。从狭义上看，软交换指软交换设备，定位在控制层。软交换是下一代网络的控制功能实体，为下一代网络(NGN)具有实时性要求的业务提供呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。,传统电路交换和软交换比较,软交换的主要思路不同于综合交换机，它保持PSTN/ISDN网络基本不变，即不再增加现有节点的复杂度，通过相应网关实现电路交换网和分组数据网的互通，并把电路交换对实时通信业务的控制技术引入数据网，由此实现两类网络的综合，进而实现网络的融合。用软交换思想构建的交换模型不同于传统的电路交换，如图12-3所示。图中(a)表示传统电路交换机的功能组成，(b)是软交换结构。(b)中的媒体网关替代了(a)中的用户板/中继板，它完成从TDM流到IP分组流的转换；IP分组骨干网替代了传统时分交换网络；软交换技术替代了控制时分交换网络的控制器，它控制媒体网关之间媒体分组的交换和选路。,图12-3传统电路交换和软交换比较(a)传统电路交换模式；(b)软交换模式,软交换的主要技术特点（一）,高效灵活。软交换系统的最大优势是将应用层和控制层与核心网络完全分开，有利于快速方便的引进新业务；开放性。软交换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发展；软交换系统中部件间的协议接口基于相应的标准。部件化使得电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务需要自由组合各部分的功能产品来组建网络。而且部件间协议接口的标准化方便了各种异构网互通的实现；,软交换的主要技术特点（二）,多用户。软交换的设计思想迎合了电信网、计算机网及有线电视网三网合一的大趋势。软交换系统可以为模拟用户、数字用户、移动用户、ADSL用户、IP窄带网络用户、IP宽带网络用户、ISDN用户等多种网络用户提供业务；强大的业务功能。软交换可以利用标准的全开放应用平台为客户定制各种新业务和综合业务，最大限度的满足用户需求。特别是软交换可以提供包括语音、数据、多媒体等各种业务，这就是软交换被越来越多的运营商接受和利用的主要原因。,软交换的主要功能（一）,软交换的主要设计思想是业务/控制与传送/接入分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信。目前软交换主要完成以下功能：媒体网关接入功能、呼叫控制功能、业务提供功能、互连互通功能（H.323和SIP、INAP）、支持开放的业务/应用接口功能、认证与授权功能、计费功能、资源控制功能和QoS管理功能、协议和接口功能等。它的主要功能如图12-4所示。,图12-4软交换功能结构示意图,软交换的主要功能（二）,1.媒体网关接入功能该功能可以认为是一种适配功能，从而使软交换设备可以连接各种媒体网关，如PSTN/ISDNIP中继媒体网关，ATM媒体网关、用户媒体网关、无线媒体网关和数据媒体网关等，完成H.248协议功能，同时还可以直接与H.323终端和SIP客户端终端进行连接，提供相应的业务。通过不同的逻辑与媒体层的网关交互，对网关设备或IP/ATM网的核心设备进行控制，完成融合网络中的呼叫控制会话的建立、修改和拆除过程以及媒体流的连接控制。,软交换的主要功能（三）,2.呼叫控制和处理功能呼叫控制和处理功能为基本呼叫的建立、维持和释放提供控制功能，该功能包括呼叫处理、连接控制、智能呼叫触发检测和资源控制等，可以说是整个网络的中枢，使软交换设备能够与信令网关配合完成整个呼叫的建立与释放功能（采用SS7/IP，承载协议为SCTP），提供多方呼叫控制、二次拨号功能，支持拨号运营商的计划。,3.协议功能开放性是软交换体系结构的一个重要特点，因此软交换应具备丰富的协议功能，有如下五大类：呼叫控制协议：ISUP，TUP，PRI，BRI，BICC，SIP-T，H.323等。传输控制协议：TCP，UDP，SCTP，M3UA，M2PA等。媒体控制协议：H.248，MGCP，SIP等。业务应用协议：PARLAY，INAP，MAP，LDAP,RADIUS等。维护管理协议：SNMP，COPS等。,软交换的主要功能（四）,软交换的主要功能（五）,4.业务提供功能网络发展的根本目的是提供业务。目前，许多厂家提供的软交换可以支持电路交换机提供的业务，如软交换自身可以提供诸如呼叫前转、主叫号码显示、呼叫等待、缩位拨号、呼出限制、免打扰服务等程控交换机提供的补充业务，软交换还可以与现有智能网配合提供相关的智能业务等。NGN可以说是业务驱动的网络，软交换的引入主要是提供控制功能，而应用服务器则是NGN中业务支撑环境的主体，也是业务提供、开发