從NGN試驗看技術(shù)發(fā)展趨勢

廣州市電信分公司 歐振猛 林健　2002/04/15

　　近幾年來(lái)，Internet賦予了人們豐富的想象空間，IT技術(shù)的發(fā)展層出不窮，每一次技術(shù)突破都帶來(lái)了無(wú)限的商機，最近下一代網(wǎng)絡(luò )（NGN-Next Generation Network）和軟交換技術(shù)（SoftSwitch）已成為電信業(yè)界和通信領(lǐng)域的新貴和代名詞。
　　NGN是一種目標網(wǎng)絡(luò )，它表征了一種寬帶化、光纖化、大容量、包交換、數據化、層次化、呼叫承載分離、快速開(kāi)發(fā)業(yè)務(wù)、集中部署業(yè)務(wù)等的理想網(wǎng)絡(luò )，NGN系統可以向用戶(hù)提供包含PSTN話(huà)音業(yè)務(wù)、無(wú)線(xiàn)話(huà)音業(yè)務(wù)、基礎數據業(yè)務(wù)、多媒體數據業(yè)務(wù)等。NGN系統結構如圖1所示。
　　在圖1中的實(shí)線(xiàn)表示實(shí)際連接線(xiàn)路，虛線(xiàn)表示通信協(xié)議，虛線(xiàn)上的數字表示NGN涉及到的主要協(xié)議內容。

　　①代表SoftSwitch軟交換設備和SG（Signaling Gateway）信令網(wǎng)關(guān)之間的通信協(xié)議，目前為SigTran-M3UA（Signaling Tranport-MTP3 User Agent）。

　　②代表SoftSwitch軟交換設備和其他SoftSwitch軟交換設備之間的通信協(xié)議，目前為BICC（Bearer Independent Call Control Protocol）/ SIP_T (Session Initialization Protocol for Telephony)。

　　③代表SoftSwitch軟交換設備和TG（Trunk Gateway）中繼網(wǎng)關(guān)之間的通信協(xié)議，目前為H.248 / MeGaCo (Media Gateway Control Protocol)。

　　④代表Mm-server（Multimedia Server）多媒體呼叫服 務(wù)器和Mm-client多媒體客戶(hù)端之間的通信協(xié)議，目前為SIP (Session Initialization Protocol)。

　　⑤代表3rd party第三方開(kāi)發(fā)商和Application Server應用服務(wù)器之間的編程通信協(xié)議，目前為Parlay/Jain。

　　⑥代表SoftSwitch軟交換設備和Mm-server多媒體呼叫服務(wù)器之間的通信協(xié)議，目前為SIP_T / SIP。

一、NGN研究領(lǐng)域

　　NGN的三大研究領(lǐng)域為：研究NGN提供傳統PSTN話(huà)音業(yè)務(wù)能力的SoftSwitch 技術(shù)、研究NGN提供多媒體數據業(yè)務(wù)能力的協(xié)議及相關(guān)技術(shù)、研究NGN系統之間互通技術(shù)。目前國際上兩大標準化組織ITU_T和IETF都在研究制訂相關(guān)NGN的標準。除此之外，電信業(yè)務(wù)一些論壇也積極推動(dòng)NGN標準和應用的出臺。

　　1．SoftSwitch 技術(shù)

　　從NGN的研究領(lǐng)域來(lái)看，SoftSwitch是目前NGN的一種實(shí)現傳統PSTN話(huà)音業(yè)務(wù)的技術(shù)思路和實(shí)現手段。SoftSwitch是其中的一個(gè)重要部分。這是因為任何技術(shù)都是為了更好地提供更豐富的業(yè)務(wù)、吸引更多的客戶(hù)、更好地創(chuàng )造更客觀(guān)的利潤。
　　從業(yè)務(wù)收益的角度來(lái)看，目前PSTN話(huà)音業(yè)務(wù)的收入仍然是大量運營(yíng)商的收入主要部分，特別是在中國，因此如何能以更合理、可靠、有效的手段和更好的性能價(jià)格比將話(huà)音業(yè)務(wù)提供給廣大用戶(hù)，是運營(yíng)商采用NGN的一個(gè)重要原因，因此NGN上提供PSTN話(huà)音業(yè)務(wù)能力是相當重要的一環(huán)。
　　由于話(huà)音業(yè)務(wù)是依賴(lài)于電路交換技術(shù)，PSTN網(wǎng)絡(luò )系統是一套發(fā)展近百年的完善的、成熟的系統，PSTN網(wǎng)絡(luò )系統從設計思路、實(shí)現方式、業(yè)務(wù)類(lèi)型、計算模式和數據網(wǎng)絡(luò )系統完全不相干系，而NGN是基于包交換技術(shù)。具體來(lái)說(shuō)，從業(yè)務(wù)的承載方式和控制信令，電路交換網(wǎng)絡(luò )和包交換網(wǎng)絡(luò )完全不一樣。如何把PSTN話(huà)音業(yè)務(wù)移植搬遷到NGN上來(lái)運行，是SoftSwitch技術(shù)研究的重點(diǎn)所在，也就是圖1中的①SigTran、③H.248 / MeGaCo和⑤Parlay/Jain。
　　目前，大部分NGN設備制造商都把重點(diǎn)放在SoftSwitch領(lǐng)域，因為該領(lǐng)域可以為運營(yíng)商帶來(lái)顯而易見(jiàn)的效益。大量的NGN設備其實(shí)只是實(shí)現了SoftSwitch的NGN設備。

　　2．多媒體數據業(yè)務(wù)

　　由于NGN網(wǎng)絡(luò )系統的承載技術(shù)是基于包交換網(wǎng)絡(luò )，比如是ATM網(wǎng)絡(luò )或者是IP網(wǎng)絡(luò )，基礎數據業(yè)務(wù)本來(lái)就是基于包交換數據網(wǎng)絡(luò )，因此NGN承載數據業(yè)務(wù)、特別是基礎數據業(yè)務(wù)，是不存在任何問(wèn)題。近年來(lái)通信網(wǎng)絡(luò )主干速度、接入帶寬都在日新月異，多媒體數據通信業(yè)務(wù)重新進(jìn)入人們重視的視線(xiàn)內，NGN在支持多媒體數據通信業(yè)務(wù)方面也成為了一大熱門(mén)。SIP協(xié)議在該領(lǐng)域大放異彩。在圖1中體現為④SIP。
　　目前多媒體數據業(yè)務(wù)還處于研究開(kāi)發(fā)階段，個(gè)別廠(chǎng)家有實(shí)驗室的產(chǎn)品。

　　3．互通技術(shù)

　　任何通信系統都需要進(jìn)行互通，NGN系統也不例外，因此互通方面也是研究的重點(diǎn)，這里，BICC、和SIP_T/SIP展開(kāi)了較量。在圖中體現為②BICC/SIP_T和⑥SIP_T/SIP。
　　在這里，將NGN的開(kāi)放性接口列入互通部分。理想的NGN是能夠通過(guò)Application Server提供開(kāi)放標準的API給第三方廠(chǎng)家進(jìn)行開(kāi)發(fā)，第三方廠(chǎng)家可以自由開(kāi)發(fā)出豐富的業(yè)務(wù)。在圖中體現為⑤Parlay/Jain。
　　目前系統間互通技術(shù)和開(kāi)放性接口技術(shù)也處于比較低的研究階段，沒(méi)有成型的產(chǎn)品。

　　4．研究組織

　　這里介紹除了ITU_T和IETF之外兩個(gè)對NGN技術(shù)有相當影響的論壇。國際軟交換論壇和SIP論壇。
　　國際軟交換論壇（ISC-International SoftSwitch Consortium-www.softswitch.org）就是專(zhuān)門(mén)研究探索和制訂有關(guān)軟交換技術(shù)的實(shí)現方式、多廠(chǎng)家互通的工業(yè)標準組織的，該論壇由許多通信設備制造商和電信運營(yíng)商參加，比如朗訊（Lucent）、北電（Nortel）、思科（Cisco）、Level3、 Qwest等，我國有中興通信公司參與該論壇，該論壇在SIP協(xié)議、MGCP協(xié)議、應用服務(wù)器層面、H.323互通等等方面均設立了工作組，積極推動(dòng)技術(shù)和標準的發(fā)展。具體的例子是媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議，從早期的廠(chǎng)家標準IPDC（Level3-IP Device Control Protocol）、SGCP(CISCO-Simple Gateway Control Protocol)到最后被IETF吸收為第一版標準MGCP（Media Gateway Control Protocol）以及最新標準MeGaCo（RFC 3015 -Media Gateway Control Protocol），該協(xié)議同樣為ITU_T采用，成為H.248媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議。
　　在NGN提供多媒體數據業(yè)務(wù)的研究方面，目前占據主導地位的是SIP協(xié)議。除了兩大標準化組織外，SIP論壇（www.sipforum.org）也在針對SIP的協(xié)議以及應用進(jìn)行積極研究。其中該論壇對基于SIP協(xié)議的即時(shí)信息通信方式進(jìn)行詳盡的描述，目前Microsoft已經(jīng)在她的即時(shí)消息軟件messenger 4.0以上版本采用了SIP協(xié)議來(lái)發(fā)起語(yǔ)音呼叫。

二、廣東省NGN試驗

　　廣東省電信公司于1999年開(kāi)始著(zhù)手研究NGN技術(shù)，先后和一些知名的設備制造商開(kāi)展了合作試驗，即和朗訊公司開(kāi)展了7R/E試驗（7 Revolution/ Evolution），這里數字7的涵義是針對朗訊公司的5ESS本地傳統話(huà)音交換機而言，表明朗訊公司從5ESS到7R/E的革命性的跳躍，該試驗持續了2年左右，后來(lái)圓滿(mǎn)結束；和愛(ài)立信公司開(kāi)展了Engine Bridgehead V2試驗，該試驗持續1年左右，也已經(jīng)成功驗收， 7R/E和Engine Bridgehead V2試驗不但進(jìn)行了單機測試，而且還在廣州市內的骨干數據網(wǎng)和傳統市話(huà)網(wǎng)上進(jìn)行實(shí)際大網(wǎng)環(huán)境測試，具有很高的參考價(jià)值和使用意義；另外在實(shí)驗室對北方電信的Successions也進(jìn)行了相應的測試。
　　這三個(gè)項目總體上來(lái)說(shuō)主要都集中NGN研究的第一個(gè)方面--SoftSwitch技術(shù)。具體表現為如何將話(huà)音業(yè)務(wù)的呼叫和承載分開(kāi)、如何處理呼叫控制信令、如何實(shí)現媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議、話(huà)音業(yè)務(wù)如何承載在A(yíng)TM數據網(wǎng)上等。
　　它們的主要技術(shù)比較如表1所示。
　　這里集中介紹7R/E試驗方案中大網(wǎng)測試部分。
　　網(wǎng)絡(luò )結構圖如圖2所示。
　　圖中，TAG=Trunk Access Gateway，為7R/E的接入網(wǎng)關(guān)，用來(lái)將市話(huà)端局和匯接局接入7R/E系統。本次試驗中共使用了3個(gè)TAG，其中用TAG1、TAG2和TAG3分別將廣州三個(gè)試驗點(diǎn)的端局和匯接局接入ATM網(wǎng)，在中心試驗點(diǎn)放置7R/E的核心控制設備：CG（Call Gateway－用來(lái)完成呼叫建立的呼叫服務(wù)器）、NFS（Network Feature Server－用來(lái)開(kāi)發(fā)、加載新業(yè)務(wù)功能的后臺服務(wù)器）、OLM（Operation and Maintain－運行維護管理）等。
　　在7R/E測試過(guò)程中，基于《綜合交換機技術(shù)規范》、《郵電部電話(huà)交換設備總技術(shù)規范書(shū)》、《關(guān)于程控交換機的補充規范》、《國內網(wǎng)NO.7信令方式－ISDN用戶(hù)部分（ISUP）基本業(yè)務(wù)測試規程》、《國內網(wǎng)NO.7信令方式－ISDN用戶(hù)部分（ISUP）補充業(yè)務(wù)測試規程》、《國內NO.7信令方式技術(shù)規范綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)用戶(hù)方式（ISUP）》、《中國電話(huà)網(wǎng)NO.7信令方式的測試規范和驗收方法》、《寬帶綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)（B-ISDN）2號數字用戶(hù)信令（DSS2）測試規范》、《寬帶綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)（B-ISDN）2號數字用戶(hù)信令（DSS2）技術(shù)規范》對該系統進(jìn)行設備功能、局間信令、ATM UNI、ISUP/IP/ATM、IPDC以及處理指標進(jìn)行測試。測試結果如表2所示。
　　從整個(gè)測試過(guò)程看，7R/E試驗是一種VTOA(Voice Telephony Over ATM AAL1)的方案，試驗是成功的。7R/E能與現有程控交換機相配合，能滿(mǎn)足對程控交換機的基本呼叫處理和常規維護，但是在操作維護、話(huà)務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò )控制、計費等方面和我國對程控交換機的基本要求有相當的距離。
　　7R/E系統屬于比較早期的NGN方案，在協(xié)議標準上，Lucent公司使用了Level 3 IPDC作為媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議，使用了ISUP/IP/ATM（Lucent稱(chēng)為ISUP＋）來(lái)傳遞局間信令等，同時(shí)，在多系統之間互聯(lián)上和多媒體數據呼叫業(yè)務(wù)也沒(méi)有進(jìn)行提出相應的解決方案，Lucent公司表示將在未來(lái)LSS（Lucent SoftSwitch）方案解決上述問(wèn)題，即采用MGCP來(lái)取代IPDC、SigTran來(lái)傳遞局間信令、BICC來(lái)提供系統間互聯(lián)和采用SIP協(xié)議來(lái)完成多媒體數據呼叫業(yè)務(wù)等。

三、NGN技術(shù)趨勢

　　從表1中可以看出，在承載媒體技術(shù)一級，Voice/AAL1大行其道，即將向Voice /AAL2邁進(jìn)。呼叫控制信令上三個(gè)廠(chǎng)家現有的協(xié)議（ISUP/IP/AAL5、ISUP/AAL1、IPS7）為私有專(zhuān)用協(xié)議，均向SigTran靠攏。媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議上三個(gè)廠(chǎng)家現有的協(xié)議（IPDC、VSP、Aspen）也為私有專(zhuān)用協(xié)議，他們表示將向H.248或MeGaCo邁進(jìn)，ITU-T的H.248和IETF的MeGaCo內容完全一致。在多媒體數據業(yè)務(wù)和互通領(lǐng)域，則SIP協(xié)議一支獨秀。

　　1．Voice/AAL2

　　目前NGN技術(shù)中比較有爭議的是現有的VOICE承載技術(shù)究竟是Voice / ATM 還是Voice / IP，其實(shí)在現在爭論這個(gè)問(wèn)題是沒(méi)有意義的，大量的電信級別的設備制造商都是提供Voice / ATM方案，Voice / IP的設備也有，但是使用范圍不同，對于大型的、電信級別的NGN，用戶(hù)數量大，需要有強有力的QoS控制，因此Voice / ATM方案占了上風(fēng)，對于一些小型的運營(yíng)商來(lái)說(shuō)，Voice / IP設備簡(jiǎn)單、維護方便，而且用戶(hù)數量不會(huì )太多，因此不會(huì )對沒(méi)有QoS控制的系統造成太大的影響，顯而易見(jiàn)Voice / IP是他們的首選。
　　對于Voice / ATM來(lái)說(shuō)，目前大量的設備制造商基本上采用Voice / AAL1，這是由于A(yíng)AL1是ATM 技術(shù)最早為CBR（Constant Bit Rate）業(yè)務(wù)度身定做的封裝技術(shù)，技術(shù)成熟，但是Voice / AAL1的技術(shù)存在一個(gè)致命的問(wèn)題，那就是在Voice / AAL1中，一條SVC/PVC同時(shí)只能為一路話(huà)音服務(wù)，目前基于Voice / ATM的廠(chǎng)商推出的媒體網(wǎng)關(guān)基本上是ATM交換機加上若干支持媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議和帶內信令協(xié)議的軟件構成，對于A(yíng)TM交換機來(lái)說(shuō)，同時(shí)可以建立的SVC并發(fā)數量最高為80~100左右，而且媒體網(wǎng)關(guān)還要處理媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議和帶內控制信令協(xié)議，因此真正可以建立的SVC可能為50~60左右，基于Voice / ATM的技術(shù)使得媒體網(wǎng)關(guān)同時(shí)只能建立50~60個(gè)同步語(yǔ)音數據流，系統在容量上受到了固有的限制，另外媒體網(wǎng)關(guān)需要為每一路語(yǔ)音數據流通過(guò)Q.2931 DSS2寬帶信令來(lái)建立SVC，在結束時(shí)需要釋放掉，媒體網(wǎng)關(guān)的CPU需要持續性、頻繁的建立和釋放SVC，特別對于一些BHCA值較大的局，媒體網(wǎng)關(guān)的CPU可能需要非常頻繁的建立和釋放SVC，這樣將占用大量的CPU資源，CPU的利用率很容易就突破50%到達很高的危險數值，眾所周知，通信設備的CPU資源利用率門(mén)限基本上要小于55%。
　　因此Voice / AAL1技術(shù)對于大型的NGN系統來(lái)說(shuō)是不適合的，系統容量無(wú)法做到很大，可能出現的情況是，NGN的中心主要控制設備能夠處理的BHCA值很大，而實(shí)際上空閑率很高。系統處理瓶頸在于媒體網(wǎng)關(guān)，大量的呼叫被媒體網(wǎng)關(guān)阻塞，因此ATM-FORUM和ITU_T就Voice / AAL1技術(shù)進(jìn)行升級，推出了Voice / AAL2技術(shù)，在A(yíng)TM-FORUM中定義為AF-VTOA-0113.000，在ITU-T中定義I.363.2。
　　Voice /AAL2技術(shù)主要在于對AAL封裝進(jìn)行重新規劃，見(jiàn)圖3。　　其中CID=Channel ID，長(cháng)度為8bit/s，值0~7保留，可以分配的值為8~255，因此在一條支持Voice /AAL2的SVC/PVC鏈路上最多可以同時(shí)有255－8＋1＝248路話(huà)音復用在一起。
　　LEN＝length，長(cháng)度為6bit/s，表示PAYLOAD的有效長(cháng)度。
　　UUI＝User User indicator，長(cháng)度為5bit/s，主要用于SSCS（service-　　　　　specific-convergence-sublayer）和層管理。
　　HEC＝head error control，長(cháng)度為5bits，主要用于對CID+LEN+UUI的差錯控制。
　　PAYLOAD長(cháng)度可變，由LEN決定，主要是視從上層傳來(lái)的經(jīng)過(guò)G.711/G.723/G.726/G.729等算法處理過(guò)的語(yǔ)音數據包而變。
　　從AAL2的封裝可以看出，如果一臺能夠支持并發(fā)連接為50~60 SVC的媒體網(wǎng)關(guān)，可以承載的最大并發(fā)話(huà)路可以為12400~14880，這是一個(gè)相當大的數字，從而可以避免媒體網(wǎng)關(guān)成為SoftSwitch系統瓶頸。

　　2．SIP/H.323

　　在多媒體數據業(yè)務(wù)方面，盡管三大廠(chǎng)家在試驗時(shí)尚未有成型產(chǎn)品，但均表示了將采用SIP協(xié)議來(lái)構筑多媒體數據通信系統。
　　ITU_T開(kāi)發(fā)出的基于H.323的多媒體數據業(yè)務(wù)仍然占據一定的市場(chǎng)份額，但H.323協(xié)議族太過(guò)于龐大，僅用于通信控制的主要協(xié)議就有H.225.ras、H.225.0、H.245等，而且ITU_T的H.323協(xié)議族采用ASN.1 BER（Abstract Syntax Notation.1 Basic Encoding Rules）和ASN.1 PER （Abstract Syntax Notation.1 Packet Encoding Rules）編碼，這是一種二進(jìn)制的編碼方式，需要借助解碼儀表才能了解協(xié)議內容。系統實(shí)現技術(shù)非常復雜，實(shí)現成本過(guò)高，而且效率低下，使用過(guò)Microsoft 公司的Location Server和Netmeeting軟件的人能夠體會(huì )到這一點(diǎn)。
　　而SIP協(xié)議是一種基于UDP/IP技術(shù)的應用層協(xié)議。SIP是完全基于文本的明文協(xié)議，一切的控制包無(wú)須專(zhuān)門(mén)的、昂貴的解碼儀表即能人工肉眼看懂。SIP協(xié)議非常簡(jiǎn)單，僅有6條命令（INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTION、REGISTER），返回代碼和HTTP協(xié)議基本一樣。實(shí)現起來(lái)非常方便，效率高，維護成本也相對較低，因此SIP協(xié)議受到各大設備制作商的大力支持，目前SIP本身的主體協(xié)議（RFC2543）已經(jīng)完成，可以完成大部分的多媒體呼叫控制功能，SIP的補充協(xié)議草案在制訂和討論中。

　　3．SIP/SIP_T/BICC

　　在系統間互通方面，最新的發(fā)展趨勢也是SIP協(xié)議，BICC在軟交換開(kāi)始研究時(shí)由ITU_T提出，ITU-T一直延續傳統的做法，BICC以傳統的ISUP/CSS7為基石，BICC CS1采用了ATM作為承載技術(shù)，BICC CS2采用了IP作為承載技術(shù)。但是ITU_T針對BICC協(xié)議從底層的媒體承載、高層的通信控制乃至垂直的控制協(xié)議進(jìn)行了詳盡的描述，而且采用了ASN.1 BER /PER的方式。
　　 BICC覆蓋范圍太多、協(xié)議內容過(guò)于龐雜，實(shí)現相當困難。到發(fā)稿為止，目前還沒(méi)有一個(gè)廠(chǎng)家宣稱(chēng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)出支持BICC CS1/CS2的NGN產(chǎn)品。
　　相反，SIP協(xié)議由于簡(jiǎn)單，在RFC2543協(xié)議文本上僅對SIP作了應用層的描述，規定了SIP協(xié)議可以承載在UDP/IP上，對具體的底層實(shí)現技術(shù)完全不必理睬。因此深受業(yè)界的歡迎，目前已經(jīng)出現了SIP_T來(lái)取代BICC協(xié)議，SIP_T是SIP的一種應用，在SIP的凈荷部分封裝了ISUP信息單元或者翻譯了ISUP信息單元，同時(shí)采用了SIP協(xié)議的呼叫控制流程來(lái)簡(jiǎn)化了ISUP控制信令。目前部分廠(chǎng)商開(kāi)發(fā)出了封裝ISUP信息單元的SIP_T協(xié)議，發(fā)展的趨勢是在和傳統PSTN網(wǎng)絡(luò )接口的邊界上采用裝備了帶有翻譯ISUP信息單元功能的SIP_T協(xié)議設備，其余部分將采用SIP協(xié)議進(jìn)行互通。

　　NGN是一種融合多種業(yè)務(wù)的新型目標網(wǎng)絡(luò )，勢必涉及相當多的傳統技術(shù)和新型協(xié)議，各種新技術(shù)和新協(xié)議將不斷出現并得到完善，因此研究和建設NGN是一個(gè)探索性、階段性、艱巨的過(guò)程。

通信世界　2002/04/15