NGN同步要求的探討
胡昌軍 徐一軍
2004/12/03
一、引言
NGN是基于分組的網(wǎng)絡(luò )，它通過(guò)使用靈活帶寬且具有QoS保證的傳送技術(shù)，能夠提供包括電信業(yè)務(wù)在內的各種業(yè)務(wù)。一方面，NGN是融合多種組網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )，對于傳送網(wǎng)，下一代網(wǎng)通常指自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )ASON；對于交換網(wǎng)，下一代網(wǎng)指軟交換；對于數據網(wǎng)，下一代網(wǎng)指下一代互聯(lián)網(wǎng)NGI；對于移動(dòng)網(wǎng)，下一代網(wǎng)指3G及后3G網(wǎng)絡(luò )。另一方面，NGN是在繼承現有網(wǎng)絡(luò )優(yōu)勢的基礎上實(shí)現的平滑過(guò)渡，現有的基于電路交換的網(wǎng)絡(luò )與將來(lái)基于分組的網(wǎng)絡(luò )將在很長(cháng)的時(shí)間內并存。本文將從各種網(wǎng)絡(luò )對頻率同步和時(shí)間同步要求的角度探討NGN對同步的要求。
二、軟交換的同步
軟交換是NGN的控制功能實(shí)體，為NGN提供具有實(shí)時(shí)性要求的業(yè)務(wù)的呼叫控制和連接控制功能，是NGN呼叫與控制的核心。軟交換的概念是隨著(zhù)IP網(wǎng)和ATM網(wǎng)的發(fā)展而產(chǎn)生的，而且也是下一代網(wǎng)路發(fā)展中所采用的理念。在《軟交換設備總體技術(shù)要求》中規定軟交換是電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)演進(jìn)的核心設備，也是下一代電信網(wǎng)絡(luò )的重要設備之一，它獨立于底層承載協(xié)議，主要完成呼叫控制、媒體網(wǎng)關(guān)接入控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認證、計費等主要功能，并可以向用戶(hù)提供現有電路交換機所能提供的業(yè)務(wù)以及多樣化的第三方業(yè)務(wù)。
軟交換是NGN的核心，是電路交換網(wǎng)與IP網(wǎng)的協(xié)調中心，即通過(guò)對各種媒體網(wǎng)關(guān)的控制實(shí)現不同網(wǎng)絡(luò )之間的業(yè)務(wù)層融合。由于軟交換在網(wǎng)絡(luò )從電路交換向分組網(wǎng)演進(jìn)的過(guò)程中起著(zhù)十分重要的作用，因此軟交換應能夠實(shí)現PSTN/ISDN交換機提供的全部業(yè)務(wù)，包括基本業(yè)務(wù)、補充業(yè)務(wù)以及智能網(wǎng)業(yè)務(wù)等。軟交換設備通過(guò)各種媒體網(wǎng)關(guān)與其他網(wǎng)絡(luò )設備相連，在實(shí)現對各種媒體網(wǎng)關(guān)的接入功能時(shí)，例如PSTN媒體網(wǎng)關(guān)、ATM媒體網(wǎng)關(guān)等，相關(guān)的媒體網(wǎng)關(guān)設備必須接入同步運行。此外，當軟交換提供基于分組交換的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)或高速數據業(yè)務(wù)時(shí)，為保證QoS也需要頻率同步的支持。
軟交換目前處于，快速發(fā)展中，在國內外均進(jìn)行了大量的軟交換實(shí)驗，而且國內不少廠(chǎng)家近期也提出了基于軟交換的相關(guān)設備的技術(shù)要求。但需要特別指出的指出是，在現有的技術(shù)文件中，并沒(méi)有對網(wǎng)絡(luò )及設備的同步提出任何要求，這對將來(lái)組網(wǎng)和互聯(lián)互通是極為不利的。尤其在與現有網(wǎng)絡(luò )(例如PSTN網(wǎng)或No.7信令網(wǎng))相連時(shí)，必須要求相連的設備間保持頻率同步，否則將直接影響到所承載的業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。另外，軟交換在計費方面也有較高的要求，提出了以秒為單位的時(shí)長(cháng)計費和以字節為單位的流量計費，這需要在相關(guān)設備的計費模塊上實(shí)現時(shí)間同步。
三、自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )的同步
自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )(ASON)代表了下一代光傳送網(wǎng)的發(fā)展方向，是用控制平面來(lái)完成自動(dòng)交換和連接控制的光傳送網(wǎng)，是承載下一代網(wǎng)絡(luò )各種業(yè)務(wù)的基礎網(wǎng)絡(luò )。根據功能劃分，自動(dòng)交換光網(wǎng)絡(luò )結構包括三個(gè)平面，即傳送平面、控制平面和管理平面。在三個(gè)平面中，傳送平面對同步有嚴格的要求。下面分別從設備和網(wǎng)絡(luò )兩個(gè)角度說(shuō)明ASON的傳送平面對同步的要求。
傳送平面設備可分為基于SDH的傳送平面設備和基于OTN的傳送平面設備兩種。傳送平面設備的同步要求包括同步功能和同步性能兩個(gè)方面。從同步功能上看，基于SDH的傳送平面設備需要頻率同步，且可能會(huì )被用于傳送定時(shí)和組建數字同步網(wǎng)，因此需要對其設備同步功能進(jìn)行規范；基于OTN的傳送平面設備暫不考慮用于傳送定時(shí)，無(wú)需額外規范其設備的同步功能要求。基于SDH的傳送平面設備的同步功能要求包括時(shí)鐘功能結構和SSM功能兩個(gè)方面，其中時(shí)鐘功能結構必須滿(mǎn)足ITU—T G.783的要求，SSM功能必須滿(mǎn)足ITU-T G.781的要求。從同步性能上看，傳送平面設備定時(shí)性能項目包括頻率準確度、牽引范圍、噪聲產(chǎn)生、噪聲容限、噪聲傳遞特性、相位瞬變和保持性能等。其中，基于SDH的傳送平面設備的時(shí)鐘性能必須滿(mǎn)足ITU-T G.813的要求，基于OTN的傳送平面設備的時(shí)鐘性能必須滿(mǎn)足ITU-T G.8251中附件A的要求。
以上是針對傳送平面設備提出的同步要求。另外，從網(wǎng)絡(luò )角度看，傳送平面必須接入同步運行，保證網(wǎng)絡(luò )同步，以確保傳送平面本身的同步性能以及其所承載業(yè)務(wù)的同步性能。
四、下一代互聯(lián)網(wǎng)的同步
在早期的分組交換網(wǎng)絡(luò )中，通常不考慮同步問(wèn)題，例如X.25網(wǎng)絡(luò )，它只能提供低速的非實(shí)時(shí)的業(yè)務(wù)。在后來(lái)的ATM網(wǎng)絡(luò )中，當它只提供非實(shí)時(shí)的數據業(yè)務(wù)時(shí)，同步問(wèn)題不是主要矛盾。而當它提供實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)或提供電路仿真服務(wù)時(shí)，則ATM網(wǎng)絡(luò )必須是頻率同步的，否則業(yè)務(wù)將無(wú)法正常開(kāi)通。現有的IP網(wǎng)絡(luò )主要是承載一些非實(shí)時(shí)的數據業(yè)務(wù)，對同步不是很敏感，通常只在提供實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)(例如VoIP，但無(wú)法保證QoS)或提供POS接口時(shí)，才考慮接入同步運行。在下一代互聯(lián)網(wǎng)將要提供電信級質(zhì)量的話(huà)音、視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和其它多種業(yè)務(wù)甚至全業(yè)務(wù)的情況下，同步問(wèn)題的重要性會(huì )凸現出來(lái)。
以流媒體業(yè)務(wù)中的RTSP(Real-Time Streaming Protocol)為例，它是為流媒體實(shí)現多點(diǎn)傳送和以點(diǎn)播方式單一傳送提供健壯的協(xié)議。RTSP采用了時(shí)間戳方法，即在每個(gè)媒體的數據流單元中加進(jìn)統一的時(shí)間戳。在發(fā)送時(shí)，將各個(gè)媒體都按時(shí)間順序分成單元，在同一個(gè)時(shí)間軸上，給每個(gè)單元都打上一個(gè)時(shí)間戳，處于同一時(shí)標的各個(gè)媒體單元具有相同的時(shí)間戳。在各個(gè)媒體到達終端后，讓具有相同時(shí)間戳的媒體單元同時(shí)進(jìn)行表現，這樣就得到了媒體之間同步的效果，從而保證了流媒體業(yè)務(wù)的QoS。換言之，這需要下代互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現全網(wǎng)的時(shí)間同步。
其實(shí)，在IP網(wǎng)中很早就考慮了時(shí)間同步的問(wèn)題。例如，為了對路由選擇進(jìn)行監視或控制，數據包每經(jīng)過(guò)一個(gè)路由器都會(huì )打上該路由器的當前時(shí)間，通過(guò)分析這些時(shí)間戳，就可以計算出各段路徑所引入的時(shí)延。因此，保證各個(gè)路由器的時(shí)間同步對于分析各段路由的流量，順利完成路由選擇是十分重要的。雖然，在IP網(wǎng)中已經(jīng)設置了大量的NTP服務(wù)器，但其應用范圍通常局限在較小的范圍內，而且精度及服務(wù)質(zhì)量良莠不齊，最重要的是缺乏面向全程全網(wǎng)的考慮與規劃。因此，下一代互聯(lián)網(wǎng)需要有時(shí)間同步網(wǎng)與頻率同步網(wǎng)的全面支撐，才能確保所提供的各種業(yè)務(wù)的QoS。
五、下一代移動(dòng)網(wǎng)的同步
在分組交換迅速發(fā)展的大趨勢下，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )也同樣面臨著(zhù)與NGN融合和向NGN演進(jìn)的問(wèn)題。就移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )而言，其發(fā)展方向是分組化、智能化和寬帶化的第三代通信網(wǎng)絡(luò )(3G)。從更廣泛的意義上來(lái)說(shuō)，3G網(wǎng)絡(luò )也是NGN的一個(gè)組成部分，而且它和其它組成部分間的聯(lián)系比現在GSM網(wǎng)絡(luò )與其它網(wǎng)絡(luò )間的聯(lián)系要密切得多，軟交換技術(shù)在其中更是發(fā)揮了重要的粘合作用。
3G網(wǎng)絡(luò )現有WCDMA，cdma2000和TD-SCDMA三種制式，這些網(wǎng)絡(luò )均需要頻率同步，而對時(shí)間同步的要求則是不同的。在cdma2000和TD-SCDMA系統中，基站系統之間需要高精度的時(shí)間同步(優(yōu)于10μs)，因為在軟切換中，如果RNC和NodeB之間沒(méi)有時(shí)間同步，可能導致在選擇器中發(fā)生郵件指令不匹配，從而使通話(huà)連接不能建立起來(lái)。WCDMA系統自身在正常工作時(shí)不需要時(shí)間同步，但當提供某些特殊業(yè)務(wù)，例如基于基站的高精度位置定位服務(wù)時(shí)，則需要各基站設備間的時(shí)間同步，而且是高精度(μs量級)的時(shí)間同步。
以WCDMA網(wǎng)絡(luò )為例，R99版本的網(wǎng)絡(luò )是基于A(yíng)TM架構定義的；在R4版本的網(wǎng)絡(luò )中，核心網(wǎng)將引入軟交換；在R5，R6版本的網(wǎng)絡(luò )中，核心網(wǎng)將逐步實(shí)現全IP化。3G網(wǎng)絡(luò )支持目前2G/2.5G網(wǎng)絡(luò )的所有業(yè)務(wù)和功能，同時(shí)能提供目前2G/2.5G網(wǎng)絡(luò )不支持的業(yè)務(wù)，如視頻電話(huà)、高速下載等。因此，3G網(wǎng)絡(luò )對同步的要求至少與2G/2.5G網(wǎng)絡(luò )相同，必須引起足夠的重視。在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )還有一個(gè)比較突出的同步問(wèn)題是基站同步問(wèn)題，無(wú)論是2G/2.5G網(wǎng)絡(luò )還是3G網(wǎng)絡(luò )，均是必須面對和解決的問(wèn)題，尤其是在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )提供高速數據以及視頻等多媒體業(yè)務(wù)后。
六、其他與同步相關(guān)的問(wèn)題
1.實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的QoS問(wèn)題
眾所周知，話(huà)音等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò )的時(shí)延抖動(dòng)是有嚴格要求的。IP分組網(wǎng)絡(luò )一般只能提供盡量傳輸服務(wù)，也就是說(shuō)，有可能會(huì )出現大量丟包現象，或者出現網(wǎng)絡(luò )擁塞，使其對網(wǎng)絡(luò )時(shí)延無(wú)法保證。然而，對于由分組網(wǎng)絡(luò )承載的語(yǔ)音等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，其對滑動(dòng)率的要求不低于目前基于電路交換提供的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。因此，必須有某種機制來(lái)保證分組包內實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)信號的內部同步，以滿(mǎn)足其QoS質(zhì)量要求，我們將這種實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)信號的內部同步稱(chēng)之為媒體內同步(Intra-media Synch ronisation)。為了實(shí)現媒體內同步，一個(gè)重要的前提是實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的產(chǎn)生和接收處理設備必須實(shí)現網(wǎng)同步。
實(shí)驗結果表明，數據設備頻率同步性能的好壞將直接影響到數據接口的傳送效率，從而影響到業(yè)務(wù)的QoS性能，其對GE及更高速率的接口，這種影響更加明顯。因此，在下一代全IP網(wǎng)絡(luò )中，需要對同步引起足夠的重視，將各種數據設備、路由設備、交換設備均接入同步工作，一方面能夠保其自身網(wǎng)絡(luò )高質(zhì)量、高效率地運行，另一方面也能提高其對實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的支撐能力，更好地保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的QoS質(zhì)量。
2.網(wǎng)絡(luò )管理及網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題
隨著(zhù)通信網(wǎng)向下一代網(wǎng)演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò )規模、業(yè)務(wù)種類(lèi)、業(yè)務(wù)規模都得到了飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )管理也在向集中化、智能化方向發(fā)展。在新的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，如何提高網(wǎng)絡(luò )管理水平、保證網(wǎng)絡(luò )安全是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。
高效可靠的網(wǎng)絡(luò )管理的重要標志，就是能夠快速準確地定位通信網(wǎng)中出現的各種故障類(lèi)型和故障點(diǎn)。目前，故障定位的一般方法是，通過(guò)集中網(wǎng)管系統收集各網(wǎng)元設備的告警信息，將這些告警信息按時(shí)間排序，從而分析出故障的源頭及引起的后果。這種故障定位的前提是，產(chǎn)生這些告警信息的設備必須是時(shí)間同步的。另外一種更精度的故障定位方是No.7信令監測系統，即在信令流量較大的STP節點(diǎn)設立信令采集點(diǎn)，用于監測和分析網(wǎng)上信令流的動(dòng)向。為避免因信令出現先后順序的錯誤而產(chǎn)生虛假信息，必須要求所有信令流的時(shí)間信息是準確無(wú)誤的。因此，為了準確及時(shí)地定位故障，為排除故障贏(yíng)得時(shí)間，以保障通信網(wǎng)絡(luò )的安全，時(shí)間同步是必不可少的。
3.網(wǎng)絡(luò )間的互聯(lián)互通
前面已經(jīng)強調過(guò)，NGN是在繼承現有網(wǎng)絡(luò )優(yōu)勢的基礎上實(shí)現的平滑過(guò)渡，NGN與現有網(wǎng)絡(luò )將在很長(cháng)時(shí)間內并存，因此必然存在NGN與現有網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)互通問(wèn)題。
現有通信網(wǎng)絡(luò )以高質(zhì)量的數字同步網(wǎng)作為支撐，為了保證NGN與現有網(wǎng)絡(luò )能夠成功實(shí)現互聯(lián)互通，保證全程全網(wǎng)的性能指標，NGN也必須保持網(wǎng)絡(luò )同步運行，組建自身的同步支撐系統。
4.新業(yè)務(wù)對同步的要求
NGN網(wǎng)絡(luò )的出現，極大地豐富了業(yè)務(wù)的類(lèi)型。在這些業(yè)務(wù)中，有些業(yè)務(wù)對時(shí)間同步或頻率同步有相當高的要求，比如位置定位、高速數據、實(shí)時(shí)圖像、電子商務(wù)等。
位置定位服務(wù)是由移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )提供的，位置定位的精度直接與各移動(dòng)基站時(shí)間同步的精度相關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，若各基站之間時(shí)間同步的誤差在1μs，則位置定位的精度大約在百米左右。對于一般數據和圖像業(yè)務(wù)，一次滑動(dòng)；奇造成突發(fā)誤碼和圖像失真，由于高速數據和實(shí)時(shí)圖像對滑動(dòng)更加敏感，因此其對滑動(dòng)指標應該有更嚴格的限制。安全保證是實(shí)現電子商務(wù)的基礎，其中一個(gè)有效的解決方法是采用“時(shí)間戳”。這就需要網(wǎng)絡(luò )上所有節點(diǎn)都實(shí)現時(shí)間同步。另外，在各種政務(wù)和商務(wù)文件中，時(shí)間也是十分重要的信息。譬如，在電子文件中，可以通過(guò)數字時(shí)間戳服務(wù)(DTS：Digital Time-stamp Service)對文件進(jìn)行安全保護。
七、結束語(yǔ)
同步網(wǎng)是通信網(wǎng)的支撐網(wǎng)，雖然現在我們已經(jīng)認同全網(wǎng)的頻率同步是保證網(wǎng)絡(luò )性能和服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵，尤其在對于基于電路交換的網(wǎng)絡(luò )。但在當初組建PSTN網(wǎng)時(shí)，由于未對交換機設備時(shí)鐘提出要求，在組網(wǎng)方面已走過(guò)彎路。現在，我們知道在下一代網(wǎng)絡(luò )中，全網(wǎng)不但仍需要高質(zhì)量的頻率同步，而且還需要考慮頻率同步，在組網(wǎng)時(shí)應該吸取PSTN網(wǎng)絡(luò )建設經(jīng)驗，不能再走彎路。因此，組建NGN必須以頻率同步網(wǎng)和時(shí)間同步網(wǎng)為支撐，而且需要考慮如何接入同步運行的問(wèn)題，例如規范相關(guān)設備的頻率同步和時(shí)間同步輸入接口等。另外，NGN對頻率同步和時(shí)間同步的具體要求仍是需要進(jìn)一步研究的課題。
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