下一代網(wǎng)絡(luò )的結構及其標準化問(wèn)題
彭?yè)P
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(jìn)的發(fā)展方向，而且在全球范圍內也展開(kāi)了多種類(lèi)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(gè)城市開(kāi)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(lái)說(shuō)，業(yè)內還沒(méi)有統一的共識。
歐洲電信標準化委員會(huì )（ETSI）認為：下一代網(wǎng)絡(luò )只是在電信和信息領(lǐng)域用來(lái)指代業(yè)務(wù)基礎設施變化的一個(gè)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(dòng)通信網(wǎng)和分組網(wǎng)（ATM/IP）的融合，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò )應在統一的分組化（Packet Transport）網(wǎng)上支持各種業(yè)務(wù)。
下一代網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)定義網(wǎng)絡(luò )和配置網(wǎng)絡(luò )的概念，它通過(guò)對網(wǎng)絡(luò )分層分面的劃分以及開(kāi)放標準接口的采用，可以為業(yè)務(wù)供應商和電信運營(yíng)商提供一個(gè)統一的業(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(mǎn)足可移動(dòng)性（mobility）；在業(yè)務(wù)控制和資源控制之間提供開(kāi)放式體系架構和標準接口；提供業(yè)務(wù)相關(guān)的應用編程接口（API）來(lái)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(lái)說(shuō)，下一代網(wǎng)絡(luò )不僅應能給業(yè)務(wù)運營(yíng)商提供實(shí)現多種增值業(yè)務(wù)的機會(huì )，還應大大提高用戶(hù)業(yè)務(wù)的靈活性和服務(wù)質(zhì)量。
2 下一代網(wǎng)絡(luò )的結構
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(shí)現性能價(jià)格比的最優(yōu)化。將傳統的電路交換網(wǎng)和數據交換網(wǎng)相融合到分組化網(wǎng)是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程，業(yè)界當前有重疊網(wǎng)和混合網(wǎng)兩大過(guò)渡策略。這里將介紹基于現有網(wǎng)絡(luò )結構的未來(lái)幾種可能的網(wǎng)絡(luò )結構解決方案，并根據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）傳統的PSTN
傳統的PSTN是目前全球規模最大的電話(huà)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。雖然傳統的PSTN的服務(wù)質(zhì)量（QoS）優(yōu)良、延時(shí)（latency）較低，但電路交換使得傳統的電話(huà)交換網(wǎng)結構復雜、電路數量過(guò)于龐大，新電信運營(yíng)商進(jìn)入市場(chǎng)的初期成本巨大。研究表明，在美國，一個(gè)本地電信運營(yíng)商至少需要500萬(wàn)美元的交換設備才能服務(wù)于有2萬(wàn)用戶(hù)左右的新本地局。因此傳統的大型電話(huà)用戶(hù)交換機存在著(zhù)計費麻煩、補充新業(yè)務(wù)復雜等問(wèn)題。
（2）IP網(wǎng)的結構
傳統的本地IP網(wǎng)絡(luò )向商業(yè)用戶(hù)及住戶(hù)提供盡力而為（Best Effort）的數據業(yè)務(wù)，因特網(wǎng)（Internet）、企業(yè)內部網(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，初期投入設備成本相對較低。傳統的IP網(wǎng)絡(luò )基于IPv4協(xié)議組網(wǎng)，可提供一定程度的語(yǔ)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。現有的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(hù)和邊緣路由器之間，邊緣路由器通過(guò)接入服務(wù)器會(huì )聚用戶(hù)業(yè)務(wù)流，其中窄帶固定用戶(hù)經(jīng)PSTN／ISDN通過(guò)窄帶接入服務(wù)器接入IP網(wǎng)絡(luò )，窄帶移動(dòng)用戶(hù)經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò )同樣通過(guò)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(yǔ)音業(yè)務(wù)，它也可稱(chēng)為IP電話(huà)網(wǎng)關(guān)，提供VoIP業(yè)務(wù)接入），寬帶固定用戶(hù)可經(jīng)xDSL和本地網(wǎng)（LAN）或有線(xiàn)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)的結構
下一代網(wǎng)絡(luò )在網(wǎng)絡(luò )結構上的一個(gè)主要特征就是在傳輸功能和控制功能之間采用網(wǎng)關(guān)。傳統電信業(yè)務(wù)運營(yíng)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(cháng)且長(cháng)時(shí)間在線(xiàn)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(hù)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(jìn)的方案。VoIP目前有ITU-T的H.323和IETF的SIP（Session Initiation Protocol）兩套實(shí)施標準。基于網(wǎng)守（Gatekeeper）概念的H.323非常類(lèi)似傳統的電話(huà)協(xié)議，它規定了基于分組網(wǎng)進(jìn)行兩點(diǎn)/多點(diǎn)實(shí)時(shí)媒體通信的系統邏輯組件、消息定義和通信過(guò)程；SIP則更像一個(gè)Internet范疇的協(xié)議，它定義了一套用于創(chuàng )建、修改、終止IP會(huì )話(huà)的信令協(xié)議，包含SIP用戶(hù)代理（SIP user agent）和SIP網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器（SIP network server）兩個(gè)基本組件。盡管SIP以其簡(jiǎn)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(huì )長(cháng)時(shí)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 )結構，它表明了下一代業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)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)議的節點(diǎn)（網(wǎng)關(guān)和終端），SIP網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器負責完成用戶(hù)名解析和用戶(hù)定位，SIP用戶(hù)代理是呼叫的終端。由于現有的VoIP網(wǎng)絡(luò )不能滿(mǎn)足服務(wù)質(zhì)量的要求，因此在VoIP結構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(guò)控制網(wǎng)絡(luò )資源并實(shí)現服務(wù)質(zhì)量管理（整型、警戒和標記）來(lái)滿(mǎn)足下一代網(wǎng)絡(luò )對服務(wù)質(zhì)量的要求。移動(dòng)通信網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò )結構上可參考該配置。
（4）骨干傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )結構演變
在全球骨干網(wǎng)容量不斷擴充和DWDM系統迅速普及的情況下，光網(wǎng)絡(luò )市場(chǎng)出現了巨大的機會(huì )。從某種意義上來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商需要更有效和更經(jīng)濟的手段來(lái)管理多波長(cháng)網(wǎng)絡(luò )，以避免資源浪費。設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(dòng)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換非常重要。業(yè)界專(zhuān)家普遍認為，骨干傳輸網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )結構應由簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)傳輸向光聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)。但我們也應注意到光核心網(wǎng)的變化只是一場(chǎng)革新（evolution），而不會(huì )是一次革命（revolution）。網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商曾經(jīng)計劃利用現有的智能寬帶數字交叉連接系統（DCS）和采用光疏導型交換以及光波長(cháng)交換來(lái)實(shí)現下一代骨干傳輸網(wǎng)——光聯(lián)網(wǎng)。運營(yíng)商們一般都采取根據實(shí)際的業(yè)務(wù)需求來(lái)設計骨干傳輸網(wǎng)發(fā)展的戰略，也就是充分利用現有的核心DGS平臺，直到不能滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需要時(shí)再發(fā)展光交換。
我們可以發(fā)現，當網(wǎng)絡(luò )的業(yè)務(wù)量達到需要采用多波長(cháng)技術(shù)通過(guò)核心網(wǎng)時(shí)，光集成（aggregation）和交叉連接功能會(huì )由骨干傳輸網(wǎng)的核心層轉到邊緣層，核心層由光交換負責管理和疏導，從而發(fā)展成光網(wǎng)型集中結構，完成由簡(jiǎn)單的點(diǎn)到點(diǎn)波分復用（WDM）傳輸向光聯(lián)網(wǎng)演進(jìn)。
（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）的基礎設施。下一代網(wǎng)絡(luò )作為將來(lái)的主要網(wǎng)絡(luò )結構，如何充分利用現有的網(wǎng)絡(luò )基礎演進(jìn)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(gè)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(kāi)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(yǔ)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(jìn)行轉換。用戶(hù)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(wèn)題
下一代網(wǎng)絡(luò )是一項巨大的系統過(guò)程，它涵蓋的技術(shù)涉及電信、計算機以及廣播電視等多個(gè)領(lǐng)域。參加下一代網(wǎng)絡(luò )標準化活動(dòng)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 )結構與協(xié)議
目前，很多標準化組織把下一代網(wǎng)絡(luò )工作的側重點(diǎn)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(yíng)商的成敗，也直接影響到設備供應商的發(fā)展戰略。然而，我們現在對于下一代網(wǎng)絡(luò )的總體結構以及各種下一代網(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(shí)擁有3G和xDSL終端的用戶(hù)享受下一代網(wǎng)絡(luò )移動(dòng)性的需求（在下一代移動(dòng)網(wǎng)和下一代固定網(wǎng)中，用戶(hù)可以通過(guò)內部協(xié)議定義自身信息給不同的終端）？下一代網(wǎng)絡(luò )的總體規劃對網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商也非常重要，開(kāi)放的結構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 )結構的一個(gè)重要演進(jìn)策略就是融合現有的電路交換網(wǎng)絡(luò )和VoIP網(wǎng)絡(luò )。IP網(wǎng)絡(luò )采用先進(jìn)的數字信號處理技術(shù)和統計時(shí)分復用技術(shù)進(jìn)行語(yǔ)音編碼及壓縮，在降低了帶寬成本的同時(shí)也帶來(lái)端到端的服務(wù)質(zhì)量問(wèn)題。如何在不同的網(wǎng)絡(luò )間定義統一的服務(wù)質(zhì)量標準直接關(guān)系到用戶(hù)的滿(mǎn)意程度。對于下一代網(wǎng)絡(luò )來(lái)說(shuō)，服務(wù)質(zhì)量（QoS）的定義不能局限于語(yǔ)音業(yè)務(wù)，還應包含數據和視頻等多種媒體流。
（3）業(yè)務(wù)平臺
下一代網(wǎng)絡(luò )相對傳統網(wǎng)絡(luò )有兩個(gè)“新”觀(guān)點(diǎn)：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(huà)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(yíng)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(kāi)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(hù)不僅能向現在的GSM用戶(hù)那樣選擇不同的GSM網(wǎng)絡(luò )提供商，在網(wǎng)間進(jìn)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(shí)現業(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(dòng)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(gè)網(wǎng)絡(luò )層面上現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)統一的網(wǎng)絡(luò )管理平臺來(lái)滿(mǎn)足各種不同系統和用戶(hù)要求。其主要工作是加強核心網(wǎng)的網(wǎng)管結構研究和基礎網(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(hù)管理、計費、流量和路由管理）規范參考模型和接口。
（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(gè)復合的網(wǎng)絡(luò )安全結構；開(kāi)發(fā)下一代網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)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(diǎn)在于下一代網(wǎng)絡(luò )已不是一個(gè)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(kāi)放的API和具體應用來(lái)開(kāi)展。
4 結論
發(fā)展下一代網(wǎng)絡(luò )的主要目的就是要充分利用先進(jìn)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(yíng)商的固定投資和運營(yíng)成本的同時(shí)，大大地提高他們的運營(yíng)收入。因此，如何規劃下一代網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )結構發(fā)展戰略對于網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因為它直接關(guān)系到在整個(gè)演進(jìn)過(guò)程中如何降低網(wǎng)絡(luò )設備的固定投資成本，從而在電信市場(chǎng)上保持競爭優(yōu)勢的問(wèn)題。下一代網(wǎng)絡(luò )結構的演進(jìn)發(fā)展戰略應該根據已經(jīng)安裝（或者準備安裝）的具體網(wǎng)絡(luò )規模、運營(yíng)商在當地的目標用戶(hù)數量和業(yè)務(wù)種類(lèi)以及網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商的未來(lái)的總體擴張戰略來(lái)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(gè)總體的或通用的時(shí)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(jìn)的最終方向是基于分組交換的網(wǎng)絡(luò )，無(wú)論如何演進(jìn)，傳統的電路交換網(wǎng)都會(huì )和新技術(shù)網(wǎng)絡(luò )共存一段時(shí)間。當前網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)的關(guān)鍵是充分利用現有網(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。
中國通信網(wǎng)(www.c114.net)
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