天津通信网的下一代网络解决方案

第一章下一代网络与软互换的技术特点1.1下一代网络思想产生的背景作为当今科技领域中最具活力的分支,通信技术一直是以超乎人们想象的速度发展着,并且每一次革命性的技术与观念的奔腾,诸如程控数字互换机的出现与普及,多媒体技术的广泛应用以及宽带传送与互换技术的成熟等等,都在很大限度上影响和改变了人们的生活与思维方式,特别是互联网的出现与迅猛发展,更是重塑了现代社会的现代生活。同时它的开放架构,标准协议的设计思想也是进一步人心以致深刻地影响和改变了传统的通信网组网的设计思想，人们梦想着有一天也能象登录互联网同样，无论谁在任何时间任何地点以任何方式都可以从通信网上获得具有个性化的通信服务。另一方面，随着电信业务市场化的加剧，各电信运营商之间的竞争日趋剧烈，各种以让利为主的竞争手段的层出不穷，从而不可避免地导致电信经营的利润流失，特别是对固网用户与业务的分流，因而如何从业务上寻找新的收入增长点就成了摆在固网运营商面前迫在眉睫的问题，特别是象天津电信公司这样有着雄厚基础的运营商而言，就更是当务之急。正是在技术与业务两方面的推动下，下一代网络的体系思想应运而生，且随着NGN的功能模型、操作标准的逐渐成熟，下一代网络逐渐走向应用，甚至是商用，可以预期一个人们抱负中的通信世界已初现曙光。1.2下一代网络与软互换的技术特点1.2.1下一代网络的技术特点NGN是一个宽泛的概念，它泛指不同于前一代的以IP网为基础以数据业务为核心的统一各异构网络的融合网络。与传统的电信网相比，NGN打破其封闭集中的格局而采用开放的体系架构分布式的控制，各网络实体之间应用开放协议或标准接口（API），各种呼喊业务与其呼喊控制和连接控制相分离，控制与媒体层相分离从而使网络在水平方向分层化即业务层，控制层，接入传送层和核心媒体层。因上层的业务层与底层的异构网络无关，因而可以完全按照市场需求和业务自身的规律来发展，而同时在控制层有软互换系统的功能控制，在接入传送层有趋向实现宽带无缝接入和光联网（ASON）的传送以及在核心媒体层将信息切割打包转换成在网络上传送的格式，从而完全体现了业务驱动的思想理念，真正实现了多网合一灵活开放的从上至下的业务提供和保障体系。下一代网络的技术特点是：1、基于分组传输2、呼喊控制与承载相分离3、可与现有网络互通4、支持各种业务5、支持移动性6、提供API接口支持第三方开发新业务因受经济效益和多网合一后作用强化等因素的驱动，性能优良的下一代网络体现出下面的发展趋势：·业务综合化：综合提供语音、数据、图象等宽窄带业务并便于引进新业务·业务数据化：数据业务相比语音业务技术优势越来越明显，增长速率也越来越大·网络分组化：基于包互换的网络更适合于数据业务的传送并最终取代电路互换网络·网络宽带化：为各种性能的业务需求提供足够的通道容量·网络光纤化：核心的传送网络趋向实现光联网，提供巨大低廉的网络带宽和成本，可连续发展的网络结构，透明支持任何业务和信号·网络IP化：互联网的高速发展已使IP有也许承载所有业务1.2.2软互换的技术特点软互换系统是下一代网络的控制核心，为下一代网络（NGN）具有实时性规定的业务提供呼喊控制和连接控制功能，它的成熟与否直接关系下一代网络走向实用。我国信息产业部电信传输研究所对软互换的定义是：“软互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，重要完毕呼喊控制、资源分派、协议解决、路由、认证、计费等重要功能，同时可以向用户提供现有电路互换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。”其实，软互换是建立在一个开放的计算机平台上使用开放标准基于软件能执行分布式通信控制的功能实体，是下一代网络的控制核心。软互换系统由呼喊代理设备，媒体网关，信令网关，待征服务器，应用服务器，媒体服务器以及管理、计费接口等组成。软互换的软件功能重要体现在媒体网关接入、呼喊控制、业务提供、互联互通、网管及计费等五个方面。

1）.媒体网关接入功能。该功能可以认为是一种适配功能，软互换可以连接各种媒体网关，如PSTN/ISDN中继媒体网关，ATM媒体网关，用户媒体网关，数据媒体网关均可接入，完毕H·248/MEGACO协议功能，并同时支持H·323和SIP协议，可直接与其终端相连支持相应业务实现对媒体网关的控制、接入和管理。

2）.呼喊控制功能。呼喊控制功能是软互换的重要功能之一，为各种实时性的呼喊提供基本的呼喊控制与连接控制功能，实现基本呼喊的建立、维持和释放，涉及呼喊解决、连接控制、智能呼喊触发检出和资源控制等。

3）.业务提供功能。在网络从电路互换向分组互换的演进中，对终端用户而言，业务应当具有完全的继承性，它不仅支持现有各网的所有宽窄带的语音、数据等业务，并且还可以与智能网的业务控制点相结合，提供各种智能业务。由于软互换采用标准开放的设计思想并提供API接口，从而可使第三方充足运用标准的计算机平台和操作环境进行独立的业务设计和开发，大大推动新业务的发展。

4）.互连互通功能。下一代网络并不是一个孤立的网络，特别是在现有网络向NGN的发展演进中，不可避免的要实现与现有多个网络的互联互通（涉及PSTN网、PLMN网、SS7信令网、VoIP网、智能网、其它软互换网等）。因此需要软互换设备支持相应的信令与协议，例如中国ISUP、INAP、PRI、V5.2、MAP，从而完毕与上述网络之间的互联互通。

5）.网管与计费功能。要支持本地的维护管理以及通过SNMP协议实现与网管中心的通信；实现维护、配置、业务记录、告警以及计费信息的采集等功能。

针对不同的网络状况和业务需求，目前软互换应用重要集中在以下4个方面。

1）.分组中继。针对用户数增长对汇接局、长途局容量需求激增以及传输带宽增长的情况，通过采用软互换技术构建分组中继叠加网络，运用媒体网关直接提供高速的分组数据接口，大大减少传输网络中低速交叉连接设备的数量，对语音进行静音克制和话音压缩以及AAL2/ATM的可变速率适配，减少了网络传输成本和带宽需求（可以节省近60％的传输资源），从而满足对现有的长途局和汇接局的扩容规定。

2）.本地接入。在多种多样的接入方式条件下，例如DSL、以太网、Cable、WLAN、双绞线等，采用软互换技术实现分组话音的本地接入，从某种意义上讲，它不仅完毕了Class5端局的替代或新建，并且为终端用户提供了数据和语音的综合业务。

3）.多媒体业务。针对用户多媒体业务的需求，运用软互换技术，将各种应用服务器上的新业务，在软互换设备的集中呼喊控制下，通过各种网关设备最终提供应广大终端用户，其中软互换直接控制着各种新业务的发放与实行，保证了业务在全网开展的及时性。

4）.3G核心网。软互换技术不仅合用于固定网络，同样，在3GPPR4定义的3G无线核心网中，也采用软互换技术，实现呼喊控制与媒体承载的分离。1.3下一代网络的新业务由于下一代网络是真正基于业务驱动的网络，所以在支持新业务的多样性方面下一代网络具有不可比拟的优势，除了完全继承传统的语音业务的所有的同时，特别还在多媒体和多媒体增长业务以及网间业务开拓了广阔的空间，从而最大限度的满足了人们对各种通信新业务地需求。对多媒体可以开展下列新业务；点到点多媒体通信，涉及电子白板，多媒体终端间的浏览护航，协同应用等；多方多媒体会议业务，该业务允许用户通过图形用户接口（GUI）直接发起、管理带视频的多媒体电话会议，还能使无视频能力的用户（没有视频的终端或者普通电话）通过音频参与会议。同时具有管理功能以及文字交流、同步冲浪、共享数据、互换保密文献等功能；3）统一消息，终端用户可用多种方式访问语音、传真和电子邮件，如普通电话、PC、无线手持设备、PDA或WED浏览器。同时系统可方便集成模拟语音信箱系统，提供运营商向终端用户发布基于全IP网络的增强通信功能；语音信箱，除了支持所有的传统语音信箱功能外，还支持呼喊监测，也就是说当用户不在时，会自动保存来电显示，并可按需回拨，支持信息反馈即允许用户在语音信箱内直接回复信息，涉及打出电话，支持信息提醒，将语音信箱系统的来信告知到终端用户的手机上，统一消息可以提供文本到语音功能，这样用户能到他的电子邮件；个人通信管理，提供用户私人的地址薄，点击拨号，个人呼喊（主叫和被叫）记录，个人特性通信的设定，如呼喊转移等，用户在线状态显示等功能；点对点即时消息即主叫向被叫发送即时消息；发送文献或图片，在呼喊建立后，可在菜单中选择向被叫发送一个文献或图片；发送EMAIL，只需在菜单中选择被叫方即可发送；点对点白板通信，呼喊接通后，在菜单中选择向被叫发起白板请求，共享白板信息；个性主页显示，用户成功注册后，可向服务器上传自己个性化的主页内容；登录时，或呼喊前，可以弹出自己的主页窗口；可以选择向被叫显示自己的主页内容；下一代网络支持的典型PINT/PIN业务如下：击拨号（Click-to-Dial），上网用户点击网络链接，触发呼喊；击发送传真（Click-to-Fax），上网用户点击网络链接，并发送传真；点击回送传真（Click-to-Fax-Back），上网用户点击网络链接，并回送传真；语音接入信息库，(Voice-Access-to-Content)通过拨打电话来听取WED页面信息，实现电话上网功能；Internet呼喊等待(InternetCallWaiting),当被叫用户正在通过Modem上网时有呼喊进入，将发送主叫号码至PC，提醒用户接听来电。第二章下一代网络相关技术协议及其特点分析2.1各技术协议基本概述NGN的目的是建设一个可以提供话音、数据、多媒体等多种业务的，集通信、信息、电子商务、娱乐于一体，满足自由通信的分组融合网络。为了实现这一目的，IETF、ITU-T制定并完善了一系列标准协议：H.248/Megaco、SIP、BICC、SIGTRAN、H.323。H.248/Megaco：IETF、ITU-T制定的媒体网关控制协议，用于媒体网关控制器和媒体网关之间的通信；SIP：IETF制定的会话初始协议，用于多方多媒体通信；H.323：ITU-T制定的IP电话和多媒体通信协议，提供VoIP和多媒体应用；BICC：ITU-T制定的与承载无关的呼喊控制协议，可使呼喊控制与承载控制分离；SIGTRAN：由IETFSIGTRAN组织制定的在IP网上传送PSTN/ISDN的信令协议。2.2协议体系2.2.1协议分类NGN协议包含非对等和对等两类协议。非对等协议重要指媒体网关控制协议H.248/Megaco；对等协议涉及SIP、H.323、BICC等，SIGTRAN为信令传送协议。由于历史因素，NGN系列协议有些互相补充，有些则互相竞争。H.248/Megaco是一个非对等主从协议，与其它协议配合可完毕各种NGN业务。SIP、H.323均为对等协议，存在竞争关系，由于SIP具有简朴、通用、易于扩展等特性，逐渐发展成为主流协议。图1和图2分别为各协议之间的关系/分布与其体系结构。2.2.2协议应用和发展NGN是一个融合网络，涉及PSTN/ISDN、H.323、ATM/IP等网络，网络互通是NGN成功的必要条件。NGN网络重要涉及软互换、媒体网关、信令网关、智能终端和各种数据库/服务器等。SIP协议是NGN多媒体通信协议，用于软互换、SIP服务器和SIP终端之间的通信控制和信息交互，扩展的SIP-T可使SIP消息携带ISUP信令；在需要媒体转换的地方可设立媒体网关，H.248/Megaco为媒体网关控制器（MGC），用于控制媒体网关，完毕媒体转换功能，它并不负责呼喊控制功能；H.323也是多媒体通信协议，它比SIP、H.248/Megaco的发展历史更长，是一项复杂的协议，升级和扩展性不是很好，SIP+H.248/Megaco可取代H.323，为了与H.323网络互通，NGN必须支持该项协议；SIGTRAN用于解决IP网络承载七号信令的问题，它允许七号信令穿过IP网络到达目的地；BICC可使ISUP协议在不同承载网络（ATM、IP、PSTN）上传送。随着网络、应用和需求的发展以及团队协作的进展，各种标准不断完善、升级。目前，NGN网络信令有两大阵营：第一种持纯IP观点，重点关注SIP（会话初始协议）、TRIP（通过IP的电话路由）和ENUM（IETF建议的电子编码）；第二种强调NGN与PSTN的结合，关注ITU信令传输协议SIGTRAN。2.3重要协议简介2.3.1H.248/MegacoH.248/Megaco协议是网关分离概念的产物。网关分离的核心是业务和控制分离，控制和承载分离。这样使业务、控制和承载可独立发展，运营商在充足运用新技术的同时，还可提供丰富多彩的业务，通过不断创新的业务提高网络价值。H.248/Megaco是在MGCP协议（RFC2705定义）的基础上，结合其它媒体网关控制协议特点发展而成的一种协议，它提供控制媒体的建立、修改和释放机制，同时也可携带某些随路呼喊信令，支持传统网络终端的呼喊。该协议在构建开放和多网融合的NGN中，发挥着重要作用。【基本概念】终端（Termination）终端是H.248/Megaco协议的两个重要抽象概念之一，是MG逻辑实体，可以发送和/或接受一种或多种媒体，如模拟用户接入网关中的电话线、中继网关中的中继电路，一个终端在任一时刻属于且只能属于一个上下文。上下文（Context）上下文也是H.248/Megaco协议的两个重要抽象概念之一，它是一些终端之间的联系，是描述终端间拓扑关系和媒体混合/互换的参数，可通过Add命令进行创建，通过Subtract、Move命令进行删除。协议介绍H.248/Megaco协议的一条消息包含着一个或多个事务解决，每个事务解决包含一个或多个上下文，每个上下文包含一个或多个命令，每个命令包含一个或多个描述符。H.248/Megaco包含八条命令：Add、Subtract、Move、Modify、AuditValue、AuditCapabilities、Notify、ServiceChange，各种命令通过其携带的参数实现各种业务。【典型呼喊过程】主叫摘机，MG检测到后通过Notify命令将事件（Off-Hook）报告给MGC；MGC通过Add命令让MG将主叫端口加入一个Context，并向主叫送拨号音；用户拨号，MG将收到的号码通过Notify命令报告给MGC；MGC分析被叫号码，找出被叫端口，命令MG将被叫端口加入一个Context；MGC命令MG向主叫送回铃音，向被叫送振铃音；被叫摘机，MGC命令MG连接主被叫；主/被叫挂机，MGC命令MG释放主被叫连接，将主/被叫端口放空Context。2.3.2SIP协议会话发起协议SIP（SessionInitiationProtocol）是IETF制定的多媒体通信系统框架协议之一，它是一个基于文本的应用层控制协议，独立于底层协议，用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话。SIP协议借鉴了HTTP、SMTP等协议，支持代理、重定向、登记定位用户等功能，支持用户移动，与RTP/RTCP、SDP、RTSP、DNS等协议配合，支持Voice、Video、Data、Email、Presence、IM、Chat、Game......等。【基本思想】采用Client/Server和HTTP协议模型，每一个请求触发服务器的操作方法；请求和响应构成一个事务，事务之间互相独立，一个完整的呼喊包含多个事务；独立于底层传输协议UDP/TCP/SCTP，消息中可携带任意类型的消息体。【基本功能】SIP终端用户定位：SIP-URL+DNS；会话属性协商：SDPMessageBody；发起会话：INVITE；改变会话：re-INVITE；结束会话：BYE+CANCEL【协议特点】1）简朴只涉及六个重要请求，六类响应；基于文本编码，易实现、易调试，便于跟踪和手工操作；2）扩展性和伸缩性具有灵活的扩展机制和强大的能力协商机制；新的方法、消息头和功能添加，无须改动协议，网络简朴，智能边沿；分布式体系结构提高了系统的灵活性和可靠性；3）安全性和可靠性逐跳加密和认证：Ipsec、SSL；代理认证：Proxy-Authentication；端到端HTTP认证：基本方式和摘要方式，端到端加密PGP、S/MIME；每次呼喊包含一个时间/空间唯一的Call-ID，每次请求都有一个Cseq，用于复制包检测，请求之后有应答，INVITE应答后有ACK确认，没有收到回应则重传；4）互通性简朴、轻型协议，基于文本编码方式，容易描述和分析；应用层协议与底层传输无关。【基本内容】消息基于文本方式，共有36种消息头，六种请求方法和一系列响应1）六种请求方法及其响应INVITE发起呼喊1XX--进展指示ACK响应应答2XX--成功REGISTER用户登记3XX--重定向OPTIONS能力询问4XX--客户端错误CANCEL取消呼喊5XX--服务器错误BYE终止呼喊6XX--全局错误2）SIP体系实体UserAgentClient：发起请求的逻辑实体；UserAgentServer：接受请求的逻辑实体；ProxyServer：代表客户端转发请求或响应的网络逻辑实体，涉及路由、呼喊控制、业务提供、计费认证授权…等；RedirectServer：将请求中的地址映射为零个或多个新的地址返回给客户端，完毕路由功能；RegisterServer：接受注册请求，提供定位服务。2．3．3BICC协议随着数据网络和语音网络的集成，融合的业务越来越多，PSTN64Kbit/s、N*64Kbit/s的承载能力局限性太大，分组承载网络除IP网络外尚有ATM网络，但IP分组网不具有运营级质量，为了在扩展的承载网络上实现PSTN、ISDN业务，ITU-TSG11小组制定了BICC（Bearerindependentcallcontrolprotocol）协议。BICC协议解决了呼喊控制和承载控制分离的问题，使呼喊控制信令可在各种网络上承载，涉及MTPSS7网络、ATM网络、IP网络。BICC协议由ISUP演变而来，是传统电信网络向综合多业务网络演进的重要支撑工具。目前BICC协议由CS1（能力集1）向CS2、CS3发展。CS1支持呼喊控制信令在MTPSS7、ATM上的承载，CS2增长了在IP网上的承载，CS3则关注MPLS、IPQoS等承载应用质量以及与SIP的互通问题。2.3.4SIGTRAN协议SIGTRAN是IETF的一个工作组，其任务是建立一套在IP网络上传送PSTN信令的协议，SIGTRAN协议涉及SCTP、M2UA、M3UA，提供了和SS7MTP同样的功能。SCTP：流控制传送协议，用于在IP网络上可靠地传输PSTN信令，可替代TCP、UDP协议；SCTP在实时性和信息传输方面更可靠，更安全；TCP为单向流，且不提供多个IP连接，安全面也受到限制；UDP不可靠，不提供顺序控制和连接确认；M2UA：MTP2用户适配，支持MTP3互通和链路状态维护，提供与MTP2同样的功能；M3UA：MTP3用户适配，支持MTP3用户部分互通，提供信令点编码和IP地址的转换；SUA：信令用户适配，支持SCCP用户互通，相称于TCAPoverIP；M2PA：MTP2用户对等适配层协议，支持MTP3互通，支持本地MTP3功能，支持M2PASG（信令网关），可以作为STP。2.3.5H.323协议H.323是一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标准，是ITU-T制定的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议H.32x的一部分。【基本概念】终端：发起呼喊或被呼喊，产生或终止信息流；网守：为H.323终端、网关和多点控制单元提供地址翻译，控制网络访问；网关：在分组网H.323终端和电路网其它终端之间，或H.323网关之间提供实时双向业务；多点控制单元：用于控制多点会议。名词解释：SIP：SessionInitiationProtocol(会话发起协议)是IETF制定的多媒体通信系统框架协议之一，它是一个基于文本的应用层控制协议，独立于底层协议，用于建立、修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话。BICC：BearerIndependentCallControlprotocol,BICC协议解决了呼喊控制和承载控制分离的问题，使呼喊控制信令可在各种网络上承载，涉及MTPSS7网络、ATM网络、IP网络。BICC协议由ISUP演变而来，是传统电信网络向综合多业务网络演进的重要支撑工具。H.248/Megaco：MediaGatawayControlProtocal,IETF、ITU-T制定的媒体网关控制协议，用于媒体网关控制器和媒体网关之间的通信；H.248协议又称为MeGaCo/H.248。SIGTRAN：SIGTRAN是IETF的一个工作组，其任务是建立一套在IP网络上传送PSTN信令的协议，SIGTRAN协议涉及SCTP、M2UA、M3UA，提供了和SS7MTP同样的功能H.323：H.323是一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标准，是ITU-T制定的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议H.32x的一部分。第三章迈向多网合一的第一步——S1240宽带P3S互换机与面向宽带的网络3.1S1240宽带P3S互换机的技术特点根据实际情况，目前对电信网而言，固定用户仍有比较大的发展空间，传统的语音服务还是电信运营商的重要收入来源，因而开发新一代综合互换机，在保存原有互换机服务功能的同时，增长多种标准接口扩大互换容量，提高互换效率从而为改造现有网络，为多网融合奠定初步基础还是具有重大意义的。已在天津电信网上投入使用的S1240P3S互换机即是这样一种综合互换机。它的最大话务负荷6MBHCA，信令最大解决能力达307200消息/秒。N7链路达成1024，最大中继容量可达24万，系统吞吐量目前可达280G，十分合用于汇接局和关口局。它摒弃了本来的电路互换方式而采用信元互换机制，内置SDH接口，并为ATM和IP提供了统一的平台，支持多种宽窄带业务的综合互换。3.1.1信元及时隙分析P3S互换机与传统的互换机相比，最大的不同就在于它采用了基于多时隙信元（MSC）互换机制的多途径自选路由（MPSR）的互换平台，其本质是一种快速分组互换，也是包互换。每个MSC由1~16个时隙组成，每个时隙68bits。一个MSC的格式如下图3-1：起始信元100XSRT数据信元010XDATA数据信元...数据信元010XDATA空闲信元111XIDLE图3-1MSC格式其中SRT为MSC的起始时隙是自选路电标签，它包含了当前的MSC在互换网络中的路由信息。SRT的随后时隙用来承载用户数据以及MPSR互换平台的维护信息而空闲信元则不传送有用信息，一般用来保持网络同步。3.1.2对SDH的接入SDH链路终端模块作为SDH即STM—1接入MPSR互换平台的一个接口，提供SDH终接功能，并与同步宽带控制模块一起实现SDH宽带接入。SDH链路终端模块的重要作用可归纳为SDH终端功能和MPSRSTM终接。SDH终端功能重要涉及SDH物理层的终端（例如E/O或E/E转换，STM—1帧同步和帧的组装/拆装）和段开销（SOH）的解决，以及高层通道层的终接即VC—4POH解决，这其中涉及AU4指针解决。由2Mb/s复用成一个STM—1国际上有两条路可选AU3和AU4，我国采用欧洲标准即AU4，但SDH链路终端模块无低层通道开销终接功能和电路层功能（例如解决2Mb/s中继线或64Kb/s业务）MPSR终接执行的功能是使同步模式类型的话务允许进入MPSR路由互换，因其是基于MSC的异步模式互换，所以STM模式的话务按照指定的STM—MAL协议进行映射，STM—MAL可应用于所有同步模式的话务，不仅仅是SDH话务。3.1.3ATM接入终端链路模块终接ATM，并与异步宽带控制模块一起实现ATM的宽带接入。在接入过程中异步宽带控制模块将64Kb/s的时隙转换成ATM信令格式和副语句来实现对ATM终端的控制。时隙以64Kbps的速率进行互换并通过MPSR异步宽带控制模块对64Kbps的时隙进行收发。在VC4中包具有一套ATM适配层，通过半永久连接通向异步宽带控制模块，也就是说一个VC4包含一条ATM途径，一条ATM途径包含VP/VC连接，在两个控制平面之间有一个ATM连接。在SDH上，提供8条155.52Mb/s的ATM外部链路或两条622.08Mb/s链路。假如一个VC4包具有ATM途径，那么整个SDH结构都要给ATM连接用即不能有带有含ATM途径的VC12的SDH结构。ATM的管理者可以通过把ATM连接和途径接入给所有的终端链路模块来解决ATM的连接结构，ATM连接被指定在一个出一个入两个VC4之间。在互换机中，当一个VC4的相应的物理链路被连接到一个终端链路板上时，一条ATM途径自动生成。通过在汇接局、关口局使用象P3S这样的综合互换机，可卸载原有的电话业务量，承载新增的业务量和所有数据业务，从而最终完毕向数据网过渡。3.2面向宽带网络的传输与互换技术近2023来，全世界电话用户的平均年增长率为6%左右。然而，数据业务的平均年增长率高达25%～40%，远高于电话业务。特别是IP业务正呈现爆炸式增长态势，年增幅达300%。另一方面，从核心网角度来看，由于网络高生存性规定，以DXC选路和自愈环为基础的自愈网分别需要消耗至少30%～60%和100%的额外网络容量，使容量需求增长。从接入网看，由于一系列宽带接入技术的应用，例如电缆调制解调器、非对称数字用户线(ADSL)和以太网等，使接入速率增长了数十至数百倍，导致核心骨干网上的业务流量大幅度增长。再有，在网络业务组成中将占主导地位的IP业务量的分布模式将使未来的网络业务量分布大幅度向核心网转移，进一步加剧了骨干网容量需求的压力。并且，IP业务量的高度不拟定性使不同路由的负荷随时发生变化，导致网络资源运用的高度不平衡。此外，日益便宜的带宽正在刺激大量宽带新业务和新应用的产生，诸如IP视频业务、高清楚度电视(HDTV)和虚拟现实(VR)等，有些特殊的宽带业务甚至需要高达Tbit/s以上的数据速率，例如未来的战场通信也许需要高达2.8Tbit/s的速率,而Telepresence业务需要15Tbit/s的速率。最后，在未来骨干网上用带宽换服务质量的轻载网络策略随着网络IP业务量份额的日益扩大和带宽成本的迅速减少正赢得越来越多的支持，这将会需要更大更宽松的网络带宽。而与之相适应的面向宽带网络的宽带传输与互换技术。3.2.1向下一代电信骨干传送网的演进

下一代的电信骨干网重要由两个层面组成，如图3-2所示，下面是骨干传送网层面，负责快速、高效、透明地传送所有客户层信号(涉及SDH,ATM,以太网等)。上面是骨干业务网层面，可以由各种客户层信号业务节点组成各种业务网，诸如电路互换网、ATM网和IP网等。两者在功能上是独立的，但骨干业务节点和骨干传送节点有也许在物理上集成在一起。图3-2下一代电信骨干网作为未来骨干传送网层面重要由超大容量的光传输链路和光传送节点组成。目前作为光传输链路的重要技术是超高速SDH和超大容量WDM。前者商用化速率已达10Gbit/s,不少实验室已开发出40Gbit/s的系统，预计在2023年将会实用化。至于WDM系统更是下一代电信骨干网的重要支撑技术，除了320Gbit/s(32×10Gbit/sWDM系统已经现场投入业务外，北电等公司的1.6Tbit/s(160×10Gbit/s)WDM系统已开始商用，在实验室西门子公司则完毕了7.04Tbit/s(176×40Gbit/s)传输50km的实验，发明了传输总容量最高的新世界记录，揭示了WDM技术的巨大发展潜力。

WDM系统除了波长数和传输总容量不断突破以外，近来尚有趋势大大扩展实际网络的无电中继传输距离，例如美国Corvis公司在芝加哥到西雅图的3200km的路由上成功地实现了160×2.5Gbit/s信号的传输，发明了波长数最多，无电中继传输距离最长的现场综合传输世界记录。美国Qwest公司宣布2023年计划采用Corvis和Qptera的新设备将网络全面升级到10Gbit/s速率和2400km无电中继传输，从而可以将网络再生点减少90%，运营费用减低70%，带宽配置时间减少95%，由几个月降到几小时。

从网络角度看，尽管普通点到点WDM系统有巨大的传输容量，但其灵活性和可靠性还不抱负。假如在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话，无疑将增长新一层的联网威力。根据这一基本思绪，光的交叉连接设备(OXC)等新型光节点均已在实验室研制成功，正在进行现场实验，靠光层面上的波长连接来解决节点的容量扩展问题，其带宽颗粒从VC-4增长到一个波长，即增长了16倍(2.5Gbit/s)到64倍(10Gbit/s)乃至256倍(40Gbit/s)。同样1000个端口的节点容量可以从160Gbit/s增长到2.5Tbit/s到10Tbit/s乃至40Tbit/s。美国Corvis公司宣布采用其超长光传输和光层联网解决方案后，可以将网络成本减少约90%,目前已有Qwest、Williams和Broadwing等公司开始了实际现场实验。

总的看，光传送网应当是一个突破传统电传送网容量和距离限制的新一代传送网，实现光层传送联网的基本目的是：

(1)消除电设备导致的带宽瓶颈：目前电联网的链路容量受限于单个电中继器的传输容量，不超过40Gbit/s。而电联网的节点SDXC(电的SDH交叉连接器)的吞吐量大约为160～320Gbit/s,其容量增长的速度大约为每2年加倍，无论节点或链路的容量均无法赶上数据业务量的指数增长速度。

(2)减少对业务节点规模的规定：运用品有灵活疏导业务量能力的OADM(光的分插复用器)和OXC可以从光层旁路掉不在本地下路的大量业务量，从而减轻了路由器或ATM互换机等业务层节点所要解决的业务量，既提高了业务节点的效率，又减少了对业务节点规模的规定。

(3)大幅度减少建网成本和运营维护成本：光传送联网可以简化网络层次和结构，减少网元数目和电/光转换设备的数目，从而也简化了网络管理和规划。

(4)实现网络光层的可重构性：达成在波长级、波长组级和光纤级灵活重组网络的目的，特别是波长级的连接可以提供端到端的波长业务，进而支持大量新业务。

(5)实现网络对客户层信号的透明性：允许互连任何新老系统和不同格式的信号，不仅支持SDH信号，并且也可以直接支持IP、以太网、FR和ATM信号等。

(6)简化和加快了高速电路的指配和业务供应速度：目前的高速电路的指配需要很长时间，例如从美国东海岸到西海岸指配一个2.5Gbit/s电路需要一个月左右。采用光层联网消除或减少了光电转换，简化和加快了高速电路的指配速度。

(7)实现快速网络恢复：目前电层的网络恢复时间高达几分钟，而OTN的恢复时间可以减少到100ms量级，对绝大多数业务基本没有损伤。

(8)同时实现业务层和光层的联网：避免了单纯IP层联网所带来的低效率，提高了网络资源的运用率，提供了灵活高效的组网能力和对付大物理层故障的快速恢复能力。

综上所述，光传送联网已经成为继SDH电联网以后的又一次新的光通信发展高潮。其初步标准化工作将于2023年基本完毕，OXC的商用化时间大约也在2023年间。3.2.2面向下一代网络的互换技术发展趋势面向下一代网络并与下一代骨干传送网相配合，互换技术也在经历着深刻的变化，总的来说，是从电路互换向分组互换演变，电互换向光互换演变。目前在固网中广泛使用的是电路互换。电路互换就是在每一次通信之前要为用户终端间建立一条固定的通信链路(物理连接/物理通路)，通信结束后拆除。在一次接续中，一条电路(如每个互换机的某个TDM时隙逐个级联构成)就分派给一对用户固定使用，不管这条电路上是否有信息在传送，一直被占用，直到拆链。优点是直接连通，传送时延和时延抖动小，通路透明，适合于实时业务；但通信过程中带宽固定，网络资源运用率低。而分组互换又可进一步分为数据报(无连接，如：IP、IPX)、虚电路(面向连接或有连接，如X.25、FR、ATM)。其中有连接就是在用户进行数据通信前，要先为用户建立连接，称虚电路。一般地，虚电路的建立需要信令支持或由网管实现。全网唯一地址只有在建连接时有用，而在数据通信过程中不需要附地址。在通信过程中用户数据都通过同一途径(已建好的虚电路)。而无连接不需要先建连接，用户数据打成一个个数据报，但每一个报头中必须包含全网唯一地址，每个数据报按地址单独转发，在通信过程中用户数据也许通过不同的途径。

虚电路容易实现全网的流量工程规划、QoS保证，由于能方便地在同一途径上保存带宽、实现流量控制和拥塞控制。对于网络运营商而言，虚电路构成的网络更可控一些。而数据报通信过程中同一用户数据流也许走不同的途径，双向通信时，每个方向的数据流也也许走不同的途径，在流量规划和QoS方面实现困难，但网络可靠性和灵活性具有优势，一旦网络发生故障，只要网络拓扑可达，数据通信一般不会中断。而虚电路中断通信，重新呼喊成功后才干通信。

对于大多数非实时数据通信来说，无连接技术更适合。如数据量极小的通信(如因特网上的域名解析包)，虚电路要先建连接，连接建立时间越长相应损失的带宽就越大，反而不如无连接技术。但是对于实时业务(如话音通信与会议电视等)，有连接技术更适合，能保证QoS。随着技术发展与需求变化，有连接与无连接需互相结合，以互补实现需求。例如，因特网向话音、视频业务渗透，对IP也提出QoS问题。而MPLS就是用面向连接的电信思绪支持无连接的IP，以期通过虚电路实现IPQoS，满足应用需要。但与ATM不同样的是：MPLS是用标记分派协议(LDP)取代复杂的ATM信令协议来实现面向连接的功能，且不是为每一次的用户数据通信建一次连接，简化了操作。这样既适合于数据量极小的通信，又能支持实时业务。在90年代初，因特网的爆炸性发展出现了许多问题需要新技术来解决，如流量工程、QoS。因此出现了将IP与ATM结合的需求，希望实现优势互补，涉及：局域网仿真(LANE)和ATM支持多协议(MPOA)等等。IETF标准化的MPLS(ITU-T也已决定采用)就是从众多的IP与ATM结合技术中脱颖而出成为其中的最佳选择。

MPLS是对第二层ATM标记互换和第三层IP路由协议的有机结合，既实现了ATM的面向连接、简朴高速互换、QoS保证、流量工程等优点，又实现了IP的灵活性、有效性和可扩展性等优点。

MPLS采用面向连接的第二层互换支持无连接的第三层IP包转发，以实现IPQoS和流量工程。MPLS采用第三层(IP)的控制协议(如沿用已有的IP路由协议，新定义标记分派协议(LDP)代替ATM信令)来控制第二层(ATM)的虚电路互换。MPLS信令(如CR-LDP或RSVP-TE)重要完毕：在节点间分发标记信息；建立类似ATMPVC/SVC的标记互换通道(LSP，实质是虚电路)。与ATMVPI/VCI同样，MPLS标记只在本地故意义，多个标记可以嵌套构成标记栈，可以实现显式路由和层次化路由。

MPLS域的出入口处设备称为边沿路由器(LER)，核心设备称为标记互换路由器(LSR)。根据IP包头的相关信息将不同QoS规定的IP数据流划提成不同的转发等效类(FEC)，LER将IP包打上相应的标记。此类操作只在入口的LER进行一次。具有相同标记的数据流都属于相同的FEC。沿事先建好的LSP，内部多个LSR只根据标记转发信息库(LFIB)进行简朴高速的标记互换，不再做FEC解决。MPLS实现了网络核心解决简朴，智能在边沿/接入层实现的原则，这也符合IP的精髓思想。

MPLS是对IP现有组网模式的革新，涉及路由和转发体系结构。MPLS提供了传统路由器与IP现有组网模式不具有的解决方案，如：显式路由、流量工程、VPN、保护现有电信网的投资(通过ATMMPLS支持)，使网络运营商能在业务量快速增长和QoS规定的外部因素、网络资源优化的内部因素间找到较优的平衡点。

当前的数据网是多层结构：IP层承载应用程序，ATM层解决流量控制、提供QoS，SDH层实现传输，DWDM提供大容量带宽。未来的发展趋势是简化体系结构的光网络，减少分散设备数量，以减少管理复杂度和网络运营维护成本。由于路由器和ATM互换机已集成了SDH的物理层和复用功能，以及光网络设备(OXC和OADM)的出现，初期阶段，现有的SDH设备将继续使用其中的一个或多个波长；但从长远看，单独的SDH物理设备(ADM和DXC)将不会新建，SDH的复用、交叉连接和保护功能将被光网络设备所替代，SDH的一部分功能并入第2/3层中，而剩下部分并到光层中。SDH将成为光网络的一个业务接口，而ATM向MPLS演变。

未来很长一段时期内的网络仍将是一个混合网络，涉及现有的网络设备(电)和光网络设备。为了简化操作、减少运营维护成本，最佳是由一个通用的控制平面控制上述设备，以快速提供业务。MPLS实质上是将IP控制平面(动态路由协议)推广到了电信的面向连接技术(如ATM)，那么我们可继续推广到光传送网(OTN)中。可见将MPLS控制平面与光互换功能相结合是较好的方案，椐此，IETF在1999年终提出了“Multi-ProtocolLambda(λ)Switching(MPLS)”(MPLmS或MPλS)技术。将波长或物理光口与标记绑定，实现MPLS的流量工程与光互换相结合。

在原理上，MPLmS与MPLS同样，只但是要适应OTN的一些特殊性做相应的增长或修改。如：MPLS中的LSP，到了MPLmS中就变成了波长通道(WLP)；MPLS中的LFIB，到了MPLmS中就变成了波长转发信息库(WFIB)等。此外，MPLmS还定义了新的链路管理协议(LMP)，解决光链路的管理问题；需要适合光链路特性的波长路由协议，为此需修正OSPF与IS-IS协议，提供有关OTN中的可用光资源信息，如波长数量和带宽等；修正了CR-LDP、RSVP-TE，以建立WLP。MPLmS可以更灵活地分派和管理网络资源，有效地实现业务管理、网络保护恢复能力。

由于IP业务量的分派不像过去电话网业务那样均衡，其动态性较强，因此，未来将出现规定将业务量的突变与光路由相结合的运营需求。未来的核心网规定高吞吐量、大带宽、高速、低时延，采用相对简朴的波长标记互换，Tbit级的波长路由互换机(WSR)，具有动态路由选择功能，但只负责第二层波长标记互换。

与MPLS同样，MPLmS光路由器有两类：边沿路由器，完毕电子功能的标记与波长标记的相应集合解决；核心路由器，只完毕波长标记互换和上下路等比较简朴的光信号解决。这样，在MPLmS中，每个光通道(WLP)都也许聚合来自MPLS网中的多个标记互换通道(LSP)。未来的业务和桌面应用都是基于IP的，但互换网络仍是基于面向连接的二层互换(虚电路、光互换)，但由一个控制平面统一实现，就是MPLS(涉及IP路由协议、MPLS信令协议)。第四章针对天津通信网的下一代网络解决方案目前天津通信网大体由二部分组成即：公众电话网（PSTN）和分组网（IP）。而将天津通信网逐渐演变成下一代网络必须分阶段分环节进行，从而将工作建立在平稳的轨道上运营，否则向下一代网络演进也就失去了意义。根据实际情况，应按照网络规模由小到大，话务负荷由轻到重的顺序进行。4.1分组网下一代网络解决方案天津通信网向下一代网络演进的方案中，分组网无疑是最重要的，一是由于现在分组业务覆盖面宽，二是由于下一代网络就是以IP分组网为基础的。在目前的分组网业务中，分组话音基于IP分组网络，是目前NGN提供的多种业务中最重要和有业务收入的业务。与PSTN话音业务相似，NGN网络话音业务也可根据用户规模和应用领域划分出集团用户、社区用户和SOHO/个人用户三种典型解决方案。4.1.1集团用户分组话音解决方案集团用户的话音通信需求具有多样性，同样其解决方案也具多样化。典型的NGN方案是运用IAD（综合接入设备）接入普通模拟话机，并在IAD中完毕话音压缩、IP封装，通过网口接入NGN。对于Ephone、Pcphone、SIPphone等智能终端，则可直接接入NGN网络，如图4-1所示。图4-1集团用户分组话音解决方案通过增长IP话务台，结合软互换和话音终端即可构成IPCentrex，它完全与PSTNCentrex兼容。与此同时，可通过IP城域网将IPCentrex业务扩展到远端分支办公室，分支办公室用户具有与总部话音业务相同的特性，如短号服务、总机服务、Centrex业务等，分支到总部的连接采用融合了话音和数据的VPN，可充足运用VPN来实现广域Centrex。IPCentrex的实现方式如图4-2所示。图4-2IPCentrex的实现方案在公司总部和分支机构，所有的话音终端和话务台构成了总部的IPCentrex，这些终端可以具有IPCentrex特有的业务，如短号互拨等。对于本来使用PBX的集团用户，NGN网络可继续运用这些设备，方法是增长一个功能类似分组话音网关的设备IAD，IAD、PBX之间通过模拟中继或数字中继连接，如图4-3所示。图4-3NGN接入PBX的解决方案4.1.2社区分组话音解决方案社区话务特点是用户数量多，接入规模庞大，需要大容量接入设备。针对这一情况，采用接入媒体网关AMG解决方案，如图4-4所示。图4-4社区分组话音解决方案4.1.3SOHO/家庭用户SOHO用户的典型需求是用户端口数量少，从几个到几十个POTS端口，规定提供数据接口支持上网、数据专线互联等业务，家庭用户需求与SOHO类似。对于SOHO/家庭用户，IAD是最佳选择方案，如图4-5所示。图4-5SOHO/家庭用户解决方案对于新的运营商来讲，通过度组NGN网络提供公众长话业务，类似电信长话营业厅，称为IP超市，是一项非常具有前景的业务。通过与SoftX配合的IP话务台，可实现IP超市的话音终端管理，涉及故障诊断、终端测试、终端状态监控、启动闭塞终端等，并可实时提供计费、话单打印。在分组话音解决方案中，与PSTN、IN、H323网络的互通是必须的，这里不再赘述。从话音业务表现来看，它包含了市话、长途、智能卡号等呼喊，并与现有的PSTN所提供的业务完全兼容。随着终端种类的增多，网络将提供更多的NGN特有业务，如ONLY（用户保存唯一号码，在任何时候/任何地点都可做主叫或被叫）、WEB800、VoiceInternet、VoiceMail等。4.2分组话音在NGN中需要注意的几个问题4.2.1质量保证和安全性大多数IAD、Ephone终端都支持802.1P协议，话音的优先级必须高于数据优先级，从而保证话音业务的QoS；城域网可采用高带宽、IP专网、DiffServ、MPLSVPN等多种方式，可以运用DiffServ功能，将话音包标志为快速转发类别，在接入设备采用控制流量等措施，保证服务质量。在集团用户内部可以增长防火墙，在接入设备划分VLAN，根据端口、MAC、IP地址绑定等手段增长IAD、Ephone、Pcphone的安全性。4.2.2用户布线NGN分组话音对于用户驻地的布线具有一定规定，IAD、Ephone、PCphone等必须放置在用户驻地，这些设备通过IP封装接到10/100BASE-T物理接口，因此需要布设五类线。新建的大楼基本都已考虑到综合布线系统，适应NGN网络需求。但是，对于老的住宅区和办公大楼，也许只有电话线，而没有铺设网线，对于这种情况，一种方法是改造布线系统，此外一种方法则是采用ADSL、VDSL、HOMEPNA等接入手段接入分组话音终端，此时用户也许需要购买相关接入设备。4.2.3分组话音终端话音终端的形态比较多，IAD可接入普通模拟话机、PCphone、Ephone、SIPphone等终端。其中，PCphone比较常见，其配置和通话由PC完毕，方便、灵活。Ephone与普通话机相似，可自动振铃，产生舒适的背景噪音，回声抵消等特性与普通模拟电话同样。EphoneIP地址可采用DHCP、BOOTP协议分派，也可固定配置，并具有一定的丢包恢复能力，其管理和配置可通过WEB完毕。随着技术的不断创新，各种具有话音功能的智能终端将会越来越多，用户的选择余地也越来越大。4.2.4IP地址规划和号码分派IP地址规划和号码分派是一项非常重要的配置，也是路由互换和组网的基础。根据用户的使用习惯和PSTN/ISDN用户的互通需要，话音终端的编号必然采用E.164编号方式（原PSTN网络的电话号码），由于NGN分组话音从用户驻地发出的是IP包，需要大量IP地址，目前的Ipv4地址分派明显不能满足IP地址需求。因此，NGN网络必须充足考虑IP地址问题，当前比较流行的IP地址分派方法是采用统一公网IP地址、统一私网IP地址、公网/私网IP地址混合等方案，这几种方案各有优缺陷，可根据网络的实际情况来选择相应的方案。4．3关于公众网的下一代网络解决方案作为全国第一个实现所有数字程控化的本地电信网，天津电信网无论是从功能上，还是对各种语音数据图象业务的技术支持和服务保障上都是完善的，但愈是相对完善，就愈应有必要顺应时代的发展潮流，一方面在网络理念上作出调整，建立开放、标准、融合的思想观念，进而在网络建设上按照下一代网络的方向逐渐演进，以至完全建成一个多网融合，分层管理，标准开放，软件控制，业务驱动的面向未来的全新网络，继续走在全国前列。其实软互换系统应用于固定电话网是最佳方案，可采用中继网关，信令网关方式接入实现与PSTN互换机的互连互通，这是目前VoIP的重要应用方式。按照这种设想可以按下图3-6规划天津的下一代网络：图4-6公众网下一代网络解决方案从图中可以看出软互换系统通过信令网关和中继媒体网关与现在的公众电话网相连，其中软互换系统与中继媒体网关遵守H·248/MEGACO或MGCP协议，而后中继网关通过PCM接入公众电话网。此外软互换系统通过H·323或SIP协议与现在的数据分组网相连，特别是SIP协议具有简朴扩展性好并与internet紧密结合的特点。软互换系统还可以按H·323或SIP协议接入第三方SIP应用平台。从中可以看出媒体网关在构成下一代网络中的重要性，由于任何业务都