下一代網絡(NGN)淺析

摘要　介紹了NGN產生的背景、功能、特點及其業(yè)務應用，并介紹了NGN的關鍵技術----軟交換。

關鍵詞　NGN 關鍵技術 軟交換

1、NGN產生的背景

　　近年來，電信網綜合通信能力明顯增強，業(yè)務需求也趨于多樣化，運營商必須提供更多的多媒體業(yè)務才能吸引住用戶，因此網絡面臨的壓力越來越大。而另一方面，各個運營商的業(yè)務重點還是在爭奪話音業(yè)務收入上。因此業(yè)內人士認為，網絡的建設、未來的發(fā)展和當前的現(xiàn)實收入出現(xiàn)了矛盾，如何能夠把這兩方面有效地結合起來，并且通過業(yè)務的結合和捆綁發(fā)揮兩個方面的優(yōu)勢，成為運營商需要解決的問題。同時，網絡規(guī)模的不斷擴大和網絡結構的復雜直接導致了運營管理運行成本比例不斷上升，為了單一的業(yè)務而建立相應的網絡成為綜合性運營商的成本包袱。在這一發(fā)展背景下，基于軟交換技術的NGN(下一代網絡)技術應運而生。

2、NGN的功能

　　NGN是電信史上的一塊里程碑，它屬于一種綜合、開放的網絡構架，提供話音、數(shù)據(jù)和多媒體等業(yè)務。

　　NGN可在統(tǒng)一的分組網絡上融合通信、信息、電子商務和交易等業(yè)務，滿足多樣化、個性化業(yè)務需求，在繼承的基礎上實現(xiàn)與各種業(yè)務網絡(PSTN/ISDN、PLMN、IN、Internet)之間的互通，在全網內快速提供新的語音、數(shù)據(jù)、圖像融合業(yè)務。

3、NGN的特點

　　3.1　開放分布式網絡結構

　　采用軟交換技術，將傳統(tǒng)交換機的功能模塊分離為獨立網絡部件，各部件按相應功能進行劃分，獨立發(fā)展。采用業(yè)務與呼叫控制分離、呼叫控制與承載分離技術，實現(xiàn)開放分布式網絡結構，使業(yè)務獨立于網絡。通過開放式協(xié)議和接口，可靈活、快速地提供業(yè)務，個人用戶可自己定義業(yè)務特征，而不必關心承載業(yè)務的網絡形式和終端類型。

　　3.2　高速分組化核心承載

　　核心承載網采用高速包交換網絡，可實現(xiàn)電信網、計算機網和有線電視網三網融合，同時支持語音、數(shù)據(jù)、視頻等業(yè)務。

　　3.3　獨立的網絡控制層

　　網絡控制層即軟交換，采用獨立開放的計算機平臺，將呼叫控制從媒體網關中分離出來，通過軟件實現(xiàn)基本呼叫控制功能，包括呼叫選路、管理控制和信令互通，使業(yè)務提供者可自由結合承載業(yè)務與控制協(xié)議，提供開放的API接口，從而可使第三方快速、靈活、有效地實現(xiàn)業(yè)務提供。

　　3.4　網絡互通和網絡設備網關化

　　通過接入媒體網關、中繼媒體網關和信令網關等網關，可實現(xiàn)與PSTN、PLMN、IN、Internet等網絡的互通，有效地繼承原有網絡的業(yè)務。

　　3.5　多樣化接入方式

　　普通用戶可通過智能分組話音終端、多媒體終端接入，通過接入媒體網關、綜合接入設備(IAD)來滿足用戶的語音、數(shù)據(jù)和視頻業(yè)務的共存需求。

4、NGN的關鍵技術--軟交換

　　目前，軟交換已經被公認為NGN網絡的核心技術，它的發(fā)展受到越來越多的關注。作為下一代網絡的控制功能模塊，軟交換為下一代網絡(NGN)具有實時性要求的業(yè)務提供呼叫控制和連接控制功能。

　　軟交換技術體現(xiàn)在物理節(jié)點上，即通常所講的“軟交換機”或“通信服務器”，所謂的“軟”是相對于電信網絡以前的TDM電路交換設備中大多采用專用硬件平臺而言的。

　　4.1　軟交換的功能

　　軟交換的軟件功能組成，可比擬傳統(tǒng)程控交換機“呼叫控制”功能模塊，繼承并實現(xiàn)以下5項功能：

　　(1)媒體網關接入功能。該功能可以認為是一種適配功能，軟交換可以連接各種媒體網關，如PSTN/lSDNIP中繼媒體網關、ATM媒體網關、用戶媒體網關、無線媒體網關和綜合接入網關等；支持H.248媒體網關控制協(xié)議或MGCP協(xié)議來實現(xiàn)對媒體網關的控制、接入和管理。

　　(2)呼叫控制功能。呼叫控制功能是軟交換的重要功能之一，實現(xiàn)基本呼叫的建立、維持和釋放，包括呼叫處理、連接控制、智能呼叫觸發(fā)檢出和資源控制等。

　　(3)業(yè)務提供功能。在網絡從電路交換向分組交換的演進中，對終端用戶而言，業(yè)務應當具有完全的繼承性。因此軟交換必須能夠實現(xiàn)PSTN/ISDN交換機提供的全部業(yè)務，包括基本業(yè)務和補充業(yè)務，以及與現(xiàn)有智能網配合提供智能網業(yè)務。此外，新業(yè)務作為NGN網絡不可或缺的組成部分，軟交換要提供可編程的、開放的API接口，實現(xiàn)與外部應用平臺的互通，從而易于新業(yè)務的引入和開發(fā)。

　　(4)互連互通功能。下一代網絡并不是一個孤立的網絡，尤其是在現(xiàn)有網絡向NGN的發(fā)展演進中，不可避免的要實現(xiàn)與現(xiàn)有多個網絡的互聯(lián)互通(包括PSTN網、PLMN網、SS7信令網、VoIP網、智能網、其它軟交換網等)。因此需要軟交換設備支持相應的信令與協(xié)議，例如中國ISUP、INAP、PRI、V5.2、MAP，從而完成與上述網絡之間的互聯(lián)互通。

　　(5)網管與計費功能。要支持本地的維護管理以及通過SNMP協(xié)議實現(xiàn)與網管中心的通信；實現(xiàn)維護、配置、業(yè)務統(tǒng)計、告警以及計費信息的采集等功能。

4.2　軟交換的應用
　　針對不同的網絡狀況和業(yè)務需求，目前軟交換應用主要集中在以下4個方面：

　　(1)分組中繼。針對用戶數(shù)增加對匯接局、長途局容量需求激增以及傳輸帶寬增加的情況，通過采用軟交換技術構建分組中繼疊加網絡，利用媒體網關直接提供高速的分組數(shù)據(jù)接口，大大減少傳輸網絡中低速交叉連接設備的數(shù)量，對語音進行靜音抑制和話音壓縮以及AAL2／ATM的可變速率適配，降低了網絡傳輸成本和帶寬需求(可以節(jié)省近60%的傳輸資源)，從而滿足對現(xiàn)有的長途局和匯接局的擴容要求。

　　(2)本地接入。在多種多樣的接入方式條件下，例如DSL、以太網、Cable、WLAN、雙絞線等，采用軟交換技術實現(xiàn)分組話音的本地接入，從某種意義上講，它不僅完成了Class5端局的替代或新建，而且為終端用戶提供了數(shù)據(jù)和語音的綜合業(yè)務。

　　(3)多媒體業(yè)務。針對用戶多媒體業(yè)務的需求，利用軟交換技術，將各種應用服務器上的新業(yè)務，在軟交換設備的集中呼叫控制下，通過各種網關設備最終提供給廣大終端用戶，其中軟交換直接控制著各種新業(yè)務的發(fā)放與實施，保證了業(yè)務在全網開展的及時性。

　　(4)3G核心網。軟交換技術不僅適用于固定網絡，同樣，在3GPPR4定義的3G無線核心網中，也采用軟交換技術，實現(xiàn)呼叫控制與媒體承載的分離。

5、NGN的業(yè)務應用

　　網絡的開放和融合帶來業(yè)務的百花齊放，綜合分析NGN的業(yè)務應用，大體分為以下幾類，而且這些業(yè)務之間互有融合，并非完全獨立。

　　5.1　分組話音和增強特性

　　實現(xiàn)傳統(tǒng)交換機基本語音業(yè)務和增值業(yè)務，同時具備更具性價比的IP特性，典型應用包括IP Centrex：Call Wait、Call Park、Call Transfer、Conference Call、Privacy Manager。

　　(1)　IP Centrex業(yè)務

以低成本提供豐富應用，提供廣域Centrex，可實現(xiàn)商業(yè)客戶分散機構的語音互連。

　　(2)　Privacy Manager業(yè)務

　　提供客戶設置隱私保護機制，對未登記的匿名電話，通過語音播放姓名的方法，提示被叫確認是否接通本次呼叫。

　　5.2　協(xié)同工作、融合業(yè)務

　　NGN將數(shù)據(jù)、語音、視頻融為一體，因此多種媒體協(xié)同工作業(yè)務是NGN的天然產物，典型應用包括Unified Messaging (UM)、Instant Messaging (IM)、One Number Link to You (ONLY)、Click to Dial(CTD)。

　　(1)　UM業(yè)務

　　融合了Email、Voice Mail、Voice、Video、SM、Fax等多種媒體，客戶無論在任何地方都可接收Email、SM、Fax、Voice Mail，也可以查看動態(tài)圖象，隨之可能出現(xiàn)可視、可聽的多媒體Email。

　　(2)　IM傳統(tǒng)

　　結合移動消息、Internet消息和固定消息，使移動用戶、網上用戶和固定終端用戶通過多媒體進行聊天，協(xié)同工作業(yè)務可使商業(yè)客戶之間進行語音或文本交流，實現(xiàn)互推網頁、PowerPoint膠片傳送等實時業(yè)務。

　　(3)　ONLY業(yè)務

　　實現(xiàn)客戶無論在辦公室、出差或上網，無論攜帶的是電話、手機、計算機或傳呼機，都可通過一個號碼完成呼叫。

　　(4)　CTD傳統(tǒng)

　　可使PC成為無處不在的通信工具，Phone to Pc、Pc to Phone、PC to PC將成為人們熟悉的通信方式，取代傳統(tǒng)的Phone to Phone方式。

　　5.3　Video、Streaming業(yè)務

　　NGN使傳統(tǒng)電話網上無法實時傳送的圖象、流媒體業(yè)務實現(xiàn)成為可能，典型應用包括VOD、Pay TV、E-Learning、E-Hospital、Video/Streaming/Web等多種形式會議。

　　(1)　VOD業(yè)務

　　可實現(xiàn)網上查詢、瀏覽、播放影片，該業(yè)務可能直接導致DVD、VCD、錄象機淡出市場。

　　(2)　Pay TV

　　使數(shù)字節(jié)目進入家庭，影片的圖象、音色非模擬電視所能比擬，節(jié)目內容數(shù)字化后可破除節(jié)目源的壟斷，用戶可根據(jù)興趣選擇喜愛的頻道，甚至付費頻道。

　　(3)　E-Learning

　　實現(xiàn)家庭教育，內容可隨個性調整，自行控制內容進度，可以語音或Text方式進行練習或考核。

　　(4) E-Hospital

　　病人、醫(yī)生雖不在同一地點，但可進行互動交流，實現(xiàn)不同醫(yī)院甚至不同國家的專家會診。

　　(5)　Video/Streaming/Web

　　可在家中或辦公室召集、參加會議，會議的圖象、聲音、幻燈片、文本交談和文件可同步傳送給每位參會者，動態(tài)圖象以Streaming方式進行傳遞。

6、現(xiàn)有電信網絡向NGN的演進

　　6.1　網絡建設模式

　　從目前網絡向NGN網絡的過渡，可采用分布建設策略。

　　SoftSwitch是一種發(fā)展中的新技術，從標準到體系結構都在發(fā)展中逐步成熟。國際上已有運營商使用SoftSwitch技術和體系結構建設端到端電話網。國內運營商在2002年也開始進行NGN技術實驗。

　　大部分運營商在NGN的發(fā)展策略上采取了分步建設方式，降低網絡風險，積累網絡運營經驗。

　　建設初期先建立一個小規(guī)模商用實驗網，采用單域組網結構，總容量在5-10萬端口左右。使用少量軟交換設備和分布式網關在全網或部分地區(qū)開展小規(guī)模實驗運營，進行網絡業(yè)務驗證，積累網絡運營經驗。軟交換設備對各城市進行邏輯劃分成不同的域，支持所有城市的終端接入，域內IP電話的網內呼叫，由交換機完成呼叫處理，在網內完成一次呼叫的建立、通話、拆線全過程。當需要與PSTN實現(xiàn)互通時，則每個城市的有關中繼網關必須與本地PSTN網互聯(lián)。

　　第二步在商用實驗網的基礎上，采用分域處理話務呼叫控制方法，將全國分成多個域，每個域內設立軟交換設備和分布式網關，分地域全網開展規(guī)模運營，每個區(qū)域有一套或多套軟交換設備提供網絡業(yè)務，負責維護域內路由數(shù)據(jù)。

　　第三步在前兩個階段網絡運營取得成功的基礎上，結合軟交換技術，充分利用運營商網絡資源，實現(xiàn)基于軟交換技術的NGN網絡規(guī)模建設，最終形成NGN網絡。

　　6.2　網絡互通方式

　　在NGN的建設過程中，實現(xiàn)與原有網絡的互通方式包括：

　　(1)NGN與PSTN/ISDN/GSM/CDMA的互通

　　NGN與PSTN電路交換網以及與核心網為電路交換的移動通信網(GSM、CDMA)的互通，均可通過中繼網關TMG完成。

　　(2)NGN與七號信令網的互通

　　NGN與七號信令網的互通通過信令網關SG完成。

　　(3)軟交換網絡與現(xiàn)有智能網的互通

　　當軟交換網絡內的用戶使用智能網業(yè)務時，如卡號業(yè)務，必須實現(xiàn)與智能網的互通，關鍵在于卡號數(shù)據(jù)；而對于800號業(yè)務，則必須實現(xiàn)PSTN/ISDN用戶與軟交換網絡用戶統(tǒng)一使用。

　　實現(xiàn)方式有兩種：一種是通過TMG中繼媒體網關與PSTN進行話路互通，在PSTN接入智能網，對軟交換系統(tǒng)沒有要求；另一種是軟交換設備直接入智能網，這種方式對軟交換系統(tǒng)提出較高要求，但在網絡資源占用、時延等方面具有優(yōu)勢。

　　6.3　NGN網絡建設中需要關注的問題

　　NGN是一種全新的網絡，其建設必須關注以下環(huán)節(jié)。

　　NGN屬于開放式標準網絡，依賴于統(tǒng)一實用的標準、規(guī)范來指導產品的開發(fā)與運營，充分發(fā)揮開放網絡的優(yōu)勢�；�于軟交換技術的NGN網絡必須實現(xiàn)多運營商NGN網絡之間的互通，實現(xiàn)與現(xiàn)有網絡之間的互通，并在此基礎上實現(xiàn)跨網跨運營商的互通。因此，網絡的互聯(lián)互通需要相互協(xié)商和統(tǒng)一考慮。

　　作為分組網面臨的一些技術問題：如IP地址分配、分組話音QoS全程保證、網絡安全等，都必須逐一解決。此外，NGN網絡與現(xiàn)有網絡的運營模式也有很大區(qū)別，這一點非常重要。

7、結束語

　　業(yè)內人士認為，運營商期望籌建一個能贏利的網絡，而歸根結底這些利潤來自最終用戶的需求。因此，這種以用戶需求為基礎開發(fā)新業(yè)務，以多網融合為出發(fā)點提供靈活的用戶接入和業(yè)務分發(fā)，才將是真正的未來網絡所向。由于NGN的分組化、開放式、高帶寬、多種媒體流統(tǒng)一承載等特性，使NGN能夠和電子商務、教育、醫(yī)療、娛樂、休閑、自動控制結合起來，為人們提供新的工作、生活方式。通信的對象也由單純的人與人擴展為人與物、物與人、人與人、物與物等。未來網絡業(yè)務的含義比今天的通信業(yè)務的含義將有較大的擴展，有些業(yè)務已經超出單純通信的范疇。NGN順應了電信時代發(fā)展的需要，將成為電信發(fā)展歷史上的一座里程碑。