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下一代網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)及其標準化問題

彭揚 2003/02/10

1 下一代網(wǎng)絡(luò)的概念和特征

　　盡管大家都同意下一代網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)融合、演進的發(fā)展方向，而且在全球范圍內(nèi)也展開了多種類型的試驗和應用，例如中國電信在北京、上海、廣州和深圳等4個城市開展了下一代網(wǎng)絡(luò)的試驗。但是就下一代網(wǎng)絡(luò)具體定義來說，業(yè)內(nèi)還沒有統(tǒng)一的共識。

　　歐洲電信標準化委員會（ETSI）認為：下一代網(wǎng)絡(luò)只是在電信和信息領(lǐng)域用來指代業(yè)務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施變化的一個代名詞，它包含了針對PSTN/ISDN/GSM Phase 2以后的所有網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢。國際電聯(lián)（ITU-T）下一代網(wǎng)絡(luò)標準化小組提出：下一代網(wǎng)絡(luò)應是PSTN、移動通信網(wǎng)和分組網(wǎng)（ATM/IP）的融合，未來的網(wǎng)絡(luò)應在統(tǒng)一的分組化（Packet Transport）網(wǎng)上支持各種業(yè)務(wù)。

　　下一代網(wǎng)絡(luò)是一個定義網(wǎng)絡(luò)和配置網(wǎng)絡(luò)的概念，它通過對網(wǎng)絡(luò)分層分面的劃分以及開放標準接口的采用，可以為業(yè)務(wù)供應商和電信運營商提供一個統(tǒng)一的業(yè)務(wù)平臺，從而按部就班地創(chuàng)造、配置和管理業(yè)務(wù)。

　　下一代網(wǎng)絡(luò)主要有如下特征：呼叫控制與傳送功能分離；業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)分離，業(yè)務(wù)控制層獨立于承載層資源，業(yè)務(wù)滿足可移動性（mobility）；在業(yè)務(wù)控制和資源控制之間提供開放式體系架構(gòu)和標準接口；提供業(yè)務(wù)相關(guān)的應用編程接口（API）來支持創(chuàng)造、配置和管理各種業(yè)務(wù)；網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層分組化。

　　總的來說，下一代網(wǎng)絡(luò)不僅應能給業(yè)務(wù)運營商提供實現(xiàn)多種增值業(yè)務(wù)的機會，還應大大提高用戶業(yè)務(wù)的靈活性和服務(wù)質(zhì)量。

2 下一代網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

　　發(fā)展下一代網(wǎng)絡(luò)的目的是充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，盡最大可能實現(xiàn)性能價格比的最優(yōu)化。將傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)和數(shù)據(jù)交換網(wǎng)相融合到分組化網(wǎng)是一個漸進的過程，業(yè)界當前有重疊網(wǎng)和混合網(wǎng)兩大過渡策略。這里將介紹基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的未來幾種可能的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)解決方案，并根據(jù)ITU-T的研究提出下一代網(wǎng)絡(luò)的配置參考模型和業(yè)務(wù)參考模型。

（1）傳統(tǒng)的PSTN

　　傳統(tǒng)的PSTN是目前全球規(guī)模最大的電話業(yè)務(wù)網(wǎng)，采用電路交換技術(shù)，主要由接入網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和骨干交換網(wǎng)組成，并由No.7信令網(wǎng)絡(luò)控制。雖然傳統(tǒng)的PSTN的服務(wù)質(zhì)量（QoS）優(yōu)良、延時（latency）較低，但電路交換使得傳統(tǒng)的電話交換網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜、電路數(shù)量過于龐大，新電信運營商進入市場的初期成本巨大。研究表明，在美國，一個本地電信運營商至少需要500萬美元的交換設(shè)備才能服務(wù)于有2萬用戶左右的新本地局。因此傳統(tǒng)的大型電話用戶交換機存在著計費麻煩、補充新業(yè)務(wù)復雜等問題。

（2）IP網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

　　傳統(tǒng)的本地IP網(wǎng)絡(luò)向商業(yè)用戶及住戶提供盡力而為（Best Effort）的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因特網(wǎng)（Internet）、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）和企業(yè)外部網(wǎng)（Extranet）是其主要的組網(wǎng)對象。其組網(wǎng)方便，初期投入設(shè)備成本相對較低。傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)基于IPv4協(xié)議組網(wǎng)，可提供一定程度的語音服務(wù)，如Centrex IP和VoIP，但不提供差分業(yè)務(wù)（differentiated service）功能和服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證�，F(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)由接入部分、邊緣部分和核心部分組成：接入部分處于用戶和邊緣路由器之間，邊緣路由器通過接入服務(wù)器會聚用戶業(yè)務(wù)流，其中窄帶固定用戶經(jīng)PSTN／ISDN通過窄帶接入服務(wù)器接入IP網(wǎng)絡(luò)，窄帶移動用戶經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)同樣通過窄帶接入服務(wù)器接入IP網(wǎng)絡(luò)（如果窄帶接入服務(wù)器所面向的是語音業(yè)務(wù)，它也可稱為IP電話網(wǎng)關(guān)，提供VoIP業(yè)務(wù)接入），寬帶固定用戶可經(jīng)xDSL和本地網(wǎng)（LAN）或有線電視網(wǎng)由寬帶接入服務(wù)器接入IP網(wǎng)；邊緣部分包括邊緣和邊界（Boder）路由器；核心部分則由核心路由器組成。

（3）VoIP（H.323＆SIP）重疊網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

　　下一代網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上的一個主要特征就是在傳輸功能和控制功能之間采用網(wǎng)關(guān)。傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)運營商不可能放棄已經(jīng)投入巨資安裝的電路交換機，為了避免不斷增長且長時間在線的撥號上網(wǎng)業(yè)務(wù)流量對電路交換網(wǎng)絡(luò)造成的瓶頸效應，并向用戶不斷提供新業(yè)務(wù)以保持競爭優(yōu)勢，國際電聯(lián)推薦采用由VoIP向下一代網(wǎng)絡(luò)演進的方案。VoIP目前有ITU-T的H.323和IETF的SIP（Session Initiation Protocol）兩套實施標準�；诰W(wǎng)守（Gatekeeper）概念的H.323非常類似傳統(tǒng)的電話協(xié)議，它規(guī)定了基于分組網(wǎng)進行兩點/多點實時媒體通信的系統(tǒng)邏輯組件、消息定義和通信過程；SIP則更像一個Internet范疇的協(xié)議，它定義了一套用于創(chuàng)建、修改、終止IP會話的信令協(xié)議，包含SIP用戶代理（SIP user agent）和SIP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（SIP network server）兩個基本組件。盡管SIP以其簡單靈活的特性得到了多方青睞（UMTS中選擇SIP），但是筆者認為H.323和SIP均會長時間在下一代網(wǎng)絡(luò)中占領(lǐng)一席之地并且互聯(lián)互通。VoIP（H.323&SIP）重疊網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它表明了下一代業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的演進趨勢。

　　網(wǎng)關(guān)：（Gateway）負責IP網(wǎng)絡(luò)和PSTN間媒體流（media stream）的互聯(lián)互通，信令網(wǎng)關(guān)（Signaling Gateway）負責No.7信令和IP信令的互聯(lián)互通，網(wǎng)守負責所有服從H.323協(xié)議的節(jié)點（網(wǎng)關(guān)和終端），SIP網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器負責完成用戶名解析和用戶定位，SIP用戶代理是呼叫的終端。由于現(xiàn)有的VoIP網(wǎng)絡(luò)不能滿足服務(wù)質(zhì)量的要求，因此在VoIP結(jié)構(gòu)中引入了媒體控制器（MGC）和警戒服務(wù)器（Policy Server），依照Megaco/H.248協(xié)議，它們通過控制網(wǎng)絡(luò)資源并實現(xiàn)服務(wù)質(zhì)量管理（整型、警戒和標記）來滿足下一代網(wǎng)絡(luò)對服務(wù)質(zhì)量的要求。移動通信網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上可參考該配置。

（4）骨干傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演變

　　在全球骨干網(wǎng)容量不斷擴充和DWDM系統(tǒng)迅速普及的情況下，光網(wǎng)絡(luò)市場出現(xiàn)了巨大的機會。從某種意義上來說，網(wǎng)絡(luò)運營商需要更有效和更經(jīng)濟的手段來管理多波長網(wǎng)絡(luò)，以避免資源浪費。設(shè)備供應商在骨干傳輸網(wǎng)發(fā)展的總體趨勢是提供光層網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)管理，在光層面上既完成傳輸功能又完成交換功能，這對從電路交換到分組包交換的轉(zhuǎn)換非常重要。業(yè)界專家普遍認為，骨干傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)應由簡單的點到點傳輸向光聯(lián)網(wǎng)演進。但我們也應注意到光核心網(wǎng)的變化只是一場革新（evolution），而不會是一次革命（revolution）。網(wǎng)絡(luò)運營商曾經(jīng)計劃利用現(xiàn)有的智能寬帶數(shù)字交叉連接系統(tǒng)（DCS）和采用光疏導型交換以及光波長交換來實現(xiàn)下一代骨干傳輸網(wǎng)——光聯(lián)網(wǎng)。運營商們一般都采取根據(jù)實際的業(yè)務(wù)需求來設(shè)計骨干傳輸網(wǎng)發(fā)展的戰(zhàn)略，也就是充分利用現(xiàn)有的核心DGS平臺，直到不能滿足業(yè)務(wù)需要時再發(fā)展光交換。

　　我們可以發(fā)現(xiàn)，當網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量達到需要采用多波長技術(shù)通過核心網(wǎng)時，光集成（aggregation）和交叉連接功能會由骨干傳輸網(wǎng)的核心層轉(zhuǎn)到邊緣層，核心層由光交換負責管理和疏導，從而發(fā)展成光網(wǎng)型集中結(jié)構(gòu)，完成由簡單的點到點波分復用（WDM）傳輸向光聯(lián)網(wǎng)演進。

（5）下一代網(wǎng)絡(luò)的參考配置模型

　　目前，下一代網(wǎng)絡(luò)的總體發(fā)展方向主要是應用分組化（packet）的基礎(chǔ)設(shè)施。下一代網(wǎng)絡(luò)作為將來的主要網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如何充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)演進是其成功的關(guān)鍵。為此，ITU-T提出了下一代網(wǎng)絡(luò)的垂直參考配置模型。

　　在下一代網(wǎng)絡(luò)的垂直參考配置模型中主要包括以下3個層面。

·應用層（Application Layer）。主要負責業(yè)務(wù)接入以及業(yè)務(wù)邏輯的相關(guān)處理，如業(yè)務(wù)生成、業(yè)務(wù)邏輯定義和開放應用業(yè)務(wù)編程接口以及業(yè)務(wù)的管理等功能。

·業(yè)務(wù)控制層（Service Control Layer）。主要由媒體網(wǎng)關(guān)/軟交換控制和IP業(yè)務(wù)交換功能組成，包含呼叫控制和路由選擇等流程。該層是下一代網(wǎng)絡(luò)的中樞，負責業(yè)務(wù)功能與呼叫控制的分離、業(yè)務(wù)功能與承載功能的分離。

·網(wǎng)絡(luò)傳送層（Network Transport Layer）。此層由媒體網(wǎng)關(guān)、各種接入方式和傳輸方式組成。媒體網(wǎng)關(guān)（Media Gateway）在該層負責適配語音和其他媒體流到分組傳送（Packet Transport）網(wǎng)絡(luò)，它可以在電路交換網(wǎng)的承載通道和分組網(wǎng)的媒體流之間進行轉(zhuǎn)換。用戶業(yè)務(wù)在該層連入網(wǎng)絡(luò)并集中再傳送至目的地。

3 下一代網(wǎng)絡(luò)的標準化問題

　　下一代網(wǎng)絡(luò)是一項巨大的系統(tǒng)過程，它涵蓋的技術(shù)涉及電信、計算機以及廣播電視等多個領(lǐng)域。參加下一代網(wǎng)絡(luò)標準化活動的國際組織有3GPP、CTSI、ETSI、IETF、IMTC、ISC、ITU-T、MPLS Forum、MSF、PARLAY、T1、TIA、TMF和TTC等十幾家。

（1）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與協(xié)議

　　目前，很多標準化組織把下一代網(wǎng)絡(luò)工作的側(cè)重點放在了網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)上。如何完成接入網(wǎng)間和交換網(wǎng)間的互聯(lián)互通不僅關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)運營商的成敗，也直接影響到設(shè)備供應商的發(fā)展戰(zhàn)略。然而，我們現(xiàn)在對于下一代網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)以及各種下一代網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通協(xié)議卻缺乏研究。例如，如何解決同時擁有3G和xDSL終端的用戶享受下一代網(wǎng)絡(luò)移動性的需求（在下一代移動網(wǎng)和下一代固定網(wǎng)中，用戶可以通過內(nèi)部協(xié)議定義自身信息給不同的終端）？下一代網(wǎng)絡(luò)的總體規(guī)劃對網(wǎng)絡(luò)運營商也非常重要，開放的結(jié)構(gòu)體系和標準接口到底是什么？這些都需要更細致的標準化工作。

（2）服務(wù)質(zhì)量（QoS）

　　現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)還不能保證某些業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。前面提到下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一個重要演進策略就是融合現(xiàn)有的電路交換網(wǎng)絡(luò)和VoIP網(wǎng)絡(luò)。IP網(wǎng)絡(luò)采用先進的數(shù)字信號處理技術(shù)和統(tǒng)計時分復用技術(shù)進行語音編碼及壓縮，在降低了帶寬成本的同時也帶來端到端的服務(wù)質(zhì)量問題。如何在不同的網(wǎng)絡(luò)間定義統(tǒng)一的服務(wù)質(zhì)量標準直接關(guān)系到用戶的滿意程度。對于下一代網(wǎng)絡(luò)來說，服務(wù)質(zhì)量（QoS）的定義不能局限于語音業(yè)務(wù)，還應包含數(shù)據(jù)和視頻等多種媒體流。

（3）業(yè)務(wù)平臺

　　下一代網(wǎng)絡(luò)相對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有兩個“新”觀點：業(yè)務(wù)控制和低層配置分離以及業(yè)務(wù)控制功能從電話領(lǐng)域擴展到多媒體領(lǐng)域。業(yè)務(wù)提供商可以獨立于網(wǎng)絡(luò)運營商而存在。這就要求位于第三方的業(yè)務(wù)提供商使用能夠提供開放接口的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)平臺。下一代網(wǎng)絡(luò)的終端用戶不僅能向現(xiàn)在的GSM用戶那樣選擇不同的GSM網(wǎng)絡(luò)提供商，在網(wǎng)間進行漫游，他們還能夠接入不同業(yè)務(wù)層，選擇不同的業(yè)務(wù)提供商，實現(xiàn)業(yè)務(wù)層漫游。

（4）網(wǎng)絡(luò)管理

　　各種各樣的網(wǎng)絡(luò)（固定網(wǎng)、移動網(wǎng)、IP網(wǎng)、傳輸網(wǎng)和接入網(wǎng)等）融合形式已經(jīng)使網(wǎng)絡(luò)管理變得很復雜，而在各個網(wǎng)絡(luò)層面上現(xiàn)有的和新增的各種業(yè)務(wù)更是增加了網(wǎng)絡(luò)管理的復雜性。因此，ITU-T SG4基于原有網(wǎng)絡(luò)管理模型研發(fā)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理平臺來滿足各種不同系統(tǒng)和用戶要求。其主要工作是加強核心網(wǎng)的網(wǎng)管結(jié)構(gòu)研究和基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)管理服務(wù)的定義，為下一代網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)管要求（故障、性能、用戶管理、計費、流量和路由管理）規(guī)范參考模型和接口。

（5）網(wǎng)絡(luò)安全

　　下一代網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)安全的主要任務(wù)是：發(fā)展一個復合的網(wǎng)絡(luò)安全結(jié)構(gòu)；開發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò)專項安全協(xié)議和應用編程接口（API）。下一代網(wǎng)絡(luò)安全的難點在于下一代網(wǎng)絡(luò)已不是一個具有清楚接口的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)安全的工作必須基于開放的API和具體應用來開展。

4 結(jié)論

　　發(fā)展下一代網(wǎng)絡(luò)的主要目的就是要充分利用先進技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源提供更多更好的增值業(yè)務(wù)，從而在最大可能降低網(wǎng)絡(luò)運營商的固定投資和運營成本的同時，大大地提高他們的運營收入。因此，如何規(guī)劃下一代網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)展戰(zhàn)略對于網(wǎng)絡(luò)運營商來說至關(guān)重要，因為它直接關(guān)系到在整個演進過程中如何降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的固定投資成本，從而在電信市場上保持競爭優(yōu)勢的問題。下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的演進發(fā)展戰(zhàn)略應該根據(jù)已經(jīng)安裝（或者準備安裝）的具體網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、運營商在當?shù)氐哪繕擞脩魯?shù)量和業(yè)務(wù)種類以及網(wǎng)絡(luò)運營商的未來的總體擴張戰(zhàn)略來分情況分階段制定，所以筆者認為不可能對下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提出一個總體的或通用的時間表或是解決方案的建議。但是，我們也應該看到，網(wǎng)絡(luò)演進的最終方向是基于分組交換的網(wǎng)絡(luò)，無論如何演進，傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)都會和新技術(shù)網(wǎng)絡(luò)共存一段時間。當前網(wǎng)絡(luò)演進的關(guān)鍵是充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，應積極研究下一代網(wǎng)絡(luò)重疊網(wǎng)的發(fā)展模式，為下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展做好準備。

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