NGN的基本原則、功能結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)（上）

引言：互聯(lián)網(wǎng)存在如下的“普適特性”：地址規(guī)劃，用域名服務(wù)器作地址指配和地址鑒別，以及有電子郵件、文件傳輸、WWW之類的應(yīng)用。鑒于上述這些特性及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，可以認(rèn)為，基于IP的系統(tǒng)將成為下一代網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。下一代網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)增強(qiáng)的基于IP的網(wǎng)絡(luò)。

但是，新的應(yīng)用和布網(wǎng)要求提出了新的需求，這些需求是設(shè)計(jì)第一代分組網(wǎng)絡(luò)時(shí)想象不到的。正是意識到這一點(diǎn)，ITU-T的Y.2001[1]明確了下一代網(wǎng)絡(luò)的一系列特征。此外，ITU-T的Y.2011[2]提出了實(shí)現(xiàn)這些基本特征所需的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及一般架構(gòu)。

一般觀點(diǎn)認(rèn)為傳統(tǒng)的電信服務(wù)和下一代網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別是：前者為分散垂直集成面向?qū)ｉT應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)，后者是能夠承載所有服務(wù)的單一網(wǎng)絡(luò)，前者在向后者轉(zhuǎn)移。對于電話服務(wù)，其將從電路交換的基礎(chǔ)設(shè)施向分組交換的基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)移。在當(dāng)前，下一代網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化工作目標(biāo)是，確�；�于IP的下一代網(wǎng)絡(luò)能夠達(dá)到與傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡(luò)相同的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，不僅包括電話服務(wù)，而且包含盡可能廣泛的當(dāng)前和未來的多媒體應(yīng)用。

一、ITU-T Y.2001建議：下一代網(wǎng)絡(luò)概述

ITU-TY.2001建議給出了下一代網(wǎng)絡(luò)的一般定義。下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）能提供電信服務(wù)，使用多寬帶及確保服務(wù)質(zhì)量（QoS）的傳輸技術(shù)，是基于分組技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。在該網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，與服務(wù)相關(guān)的功能不依賴于與傳輸相關(guān)的基礎(chǔ)技術(shù)。它能使用戶無束縛地接入網(wǎng)絡(luò)并能促進(jìn)服務(wù)供應(yīng)商的競爭。NGN支持能對用戶提供個(gè)性化和無所不至服務(wù)的廣泛移動性。

該定義確認(rèn)了服務(wù)與傳輸?shù)姆蛛x，提出把服務(wù)質(zhì)量控制（QoS）加到基于IP的傳輸上。NGN使得服務(wù)供應(yīng)商可以很容易地確立服務(wù)項(xiàng)目，用戶可以自由地選擇服務(wù)。該定義還表明移動和固定系統(tǒng)間以及固定系統(tǒng)間移動性得到適當(dāng)延伸。

Y.2001建議確定的基本特征在C.S.Lee和D.Knight的文章中作了陳述（見本年度《中國無線電》第一期刊載的系列譯文第一篇）。

二、ITU-T Y.2011建議：下一代網(wǎng)絡(luò)的一般原則和參考模型

ITU-T Y.2011的主要目的是確立支持下一代網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的功能模型的開發(fā)基礎(chǔ)。

該建議首先指出了下一代網(wǎng)絡(luò)分層系統(tǒng)和ITU-T X.200[3]建議書中定義的七層開放系統(tǒng)互連的基本參考模型（OSIBRM）間的潛在差別。例如，在考慮下一代網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（非開放系統(tǒng)互聯(lián)）時(shí)，對比七層開放系統(tǒng)互連的基本參考模型的層數(shù)和特殊特征，可能會遇到如下幾種困難情形:

·　層數(shù)可能不是七;

·　單個(gè)層的功能可能與開放系統(tǒng)互連的基本參考模型不符;

·　開放系統(tǒng)互連的基本參考模型中某些規(guī)定的或禁止的條件/定義可能不適用;

·　所涉及的協(xié)議可以不是開放系統(tǒng)互連協(xié)議（典型的例子是IP）;

·　開放系統(tǒng)互連的基本參考模型的一致性要求可能不適用。

ITU-T Y.2011的附件詳細(xì)地列出了可為下一代網(wǎng)絡(luò)保留的開放系統(tǒng)互連的基本參考模型的條款和不適用的條款。

服務(wù)和功能是彼此關(guān)聯(lián)的，因?yàn)楣δ苁怯糜跇?gòu)建服務(wù)的。將功能劃分為兩個(gè)明顯不同的組或面是非常便利的:一個(gè)包含所有的控制功能，另一個(gè)包含全部管理功能。

圖1 ITU-T Y.2011提出的功能模型

按照這種思路，ITU-T Y.2011接著考慮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能，提出了一個(gè)高級模型，如圖1所示。該模型顯示了基于系統(tǒng)開發(fā)的目的功能是如何分組的。圖1所示的功能塊可以進(jìn)一步劃分為子組，以利于方便地進(jìn)行分組和對分布式系統(tǒng)的描繪。

三、下一代網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)

本節(jié)介紹下一代網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)工作組在ITU-T指導(dǎo)下討論過的下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的情況。需要指出的是，最后的描述可能會依據(jù)進(jìn)一步討論的結(jié)論有所變動。

下一代網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)將包括兩個(gè)方面：基于會話的服務(wù)和非基于會話的服務(wù)。前者的例子諸如IP電話、電視會議和電視聊天，后者業(yè)務(wù)有媒體流和廣播等。此外，下一代網(wǎng)絡(luò)支持公用交換電話網(wǎng)/綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(PSTN/ISDN)替代物（ITU-T的術(shù)語即PSTN/ISTN的仿真）。

圖2 下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

圖2展示了下一代網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。根據(jù)Y.2011建議書，下一代網(wǎng)絡(luò)的功能分為服務(wù)層和傳輸層。終端用戶功能由用戶-網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）接到下一代網(wǎng)絡(luò)，而其他網(wǎng)絡(luò)則通過網(wǎng)絡(luò)—網(wǎng)絡(luò)接口（NNI）互相連接。

3.1 　傳輸層功能

傳輸層功能為下一代網(wǎng)絡(luò)內(nèi)所有成分和物理上分開的功能提供連接。IP是下一代網(wǎng)絡(luò)最有前景的傳輸技術(shù)。因此，傳輸層將為下一代網(wǎng)絡(luò)外的末端用戶設(shè)備和通常駐留在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)服務(wù)器上的控制器和啟動器提供連接。傳輸層還負(fù)責(zé)提供端對端的服務(wù)質(zhì)量控制。端對端的服務(wù)質(zhì)量是人們所期望的下一代網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有的特性之一。

傳輸層分成接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩個(gè)部分，并由一種連接功能連接起來。

（1） 接入功能

接入功能管理末端用戶對網(wǎng)絡(luò)的接入。它涉及的接入技術(shù)有寬帶碼分多址（W-CDMA）和數(shù)字用戶線（xDSL）等。接入網(wǎng)包括相關(guān)的電纜接入、數(shù)字用戶線技術(shù)、無線技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)和光學(xué)接入的功能。

（2） 接入傳輸功能

接入傳輸功能負(fù)責(zé)將信息通過接入網(wǎng)進(jìn)行傳輸。它還提供直接處理用戶業(yè)務(wù)，包括緩沖管理、排隊(duì)和調(diào)度、包過濾、業(yè)務(wù)分級、標(biāo)注、監(jiān)控和整形的服務(wù)質(zhì)量控制機(jī)制。

（3） 邊緣功能

當(dāng)接入業(yè)務(wù)并入核心網(wǎng)時(shí)，邊緣功能負(fù)責(zé)進(jìn)行業(yè)務(wù)處理。

（4） 核心傳輸功能

核心傳輸功能負(fù)責(zé)確保通過核心網(wǎng)的信息傳輸順利進(jìn)行。根據(jù)與傳輸控制功能的相互作用，它提供鑒別網(wǎng)內(nèi)傳輸質(zhì)量的方法。它還提供直接處理用戶業(yè)務(wù)，包括緩沖管理、排隊(duì)和調(diào)度、包的過濾、業(yè)務(wù)分級、標(biāo)注、監(jiān)控和整形、門控制和防火墻的服務(wù)質(zhì)量機(jī)制。

（5） 網(wǎng)絡(luò)接觸控制功能

網(wǎng)絡(luò)接觸控制功能執(zhí)行接入級的登錄以及進(jìn)入下一代網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的末端用戶功能的啟動。它提供網(wǎng)絡(luò)級的識別/認(rèn)證，管理接入網(wǎng)的IP地址空間和確認(rèn)接入會話，還向末端用戶發(fā)布下一代網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用功能的接觸點(diǎn)。也即，網(wǎng)絡(luò)接觸控制功能協(xié)助末端用戶設(shè)備進(jìn)行登錄和啟動使用下一代網(wǎng)絡(luò)。

（6） 資源與準(zhǔn)入控制功能

資源與準(zhǔn)入控制功能提供準(zhǔn)入控制和門控制功能，包括對網(wǎng)址、端口編譯（NAPTs）和不同服務(wù)場地碼點(diǎn)（DSCPs）的控制。準(zhǔn)入控制通過網(wǎng)絡(luò)接觸控制功能來進(jìn)一步核驗(yàn)用戶身份。核驗(yàn)資源的可用性是指準(zhǔn)入控制功能驗(yàn)證一個(gè)資源（如帶寬）申請的合理性，在檢查了已經(jīng)分配或占用的資源后，決定是否在剩余資源中批準(zhǔn)配給。

資源與準(zhǔn)入控制功能與傳輸功能相互作用來控制傳輸層內(nèi)的功能，包括：包過濾、業(yè)務(wù)分級、標(biāo)注和監(jiān)控，帶寬保留和指配、網(wǎng)址和端口編譯、IP地址的反欺騙、網(wǎng)址和端口編譯/防火墻的通過和使用計(jì)量。
　　
　�。�7） 傳輸用戶身份功能

傳輸用戶身份功能塊將傳輸層內(nèi)的用戶和其他控制數(shù)據(jù)編譯成單一的“用戶身份”。該功能可以規(guī)定為駐留在下一代網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任何部分的一組功能性合作數(shù)據(jù)庫并加以實(shí)現(xiàn)。

（8） 網(wǎng)間連接功能

網(wǎng)間連接功能提供與其他網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)能力，包括許多現(xiàn)存的網(wǎng)絡(luò)，如基于公用交換電話網(wǎng)/綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。為其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)-網(wǎng)絡(luò)接口，用在控制與傳輸級兩者中，包括邊界處的網(wǎng)間連接�？刂坪蛡鬏敿夐g的交互可以直接進(jìn)行，或通過傳輸控制功能進(jìn)行。

（9）媒體處理功能

該系列的媒體資源處理功能為提供生成單音信號、譯碼和會議橋接類的服務(wù)進(jìn)行媒體資源處理。

3.2 　服務(wù)層功能

服務(wù)層功能提供基于會話的和非會話的服務(wù)，包括現(xiàn)況信息的描繪，即時(shí)消息交換的消息方法等。服務(wù)層功能還提供與現(xiàn)有的公用交換電話網(wǎng)/綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)服務(wù)和能力相關(guān)的全部網(wǎng)絡(luò)功能，以及與遺留雇主設(shè)備的接口。

（1） 服務(wù)和控制功能

它包括在服務(wù)級上的會話控制功能、登錄功能、確認(rèn)和批準(zhǔn)功能，控制媒體源（專門資源）的功能。

　�。�2） 服務(wù)用戶身份功能

該功能將服務(wù)層內(nèi)的用戶和其他控制數(shù)據(jù)編譯成單一的“用戶身份”。該功能可以規(guī)定為駐留在下一代網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任何部分的一組功能性合作數(shù)據(jù)庫，并加以實(shí)現(xiàn)。

（3） 應(yīng)用功能

下一代網(wǎng)絡(luò)支持開放的應(yīng)用接口，可使第三方服務(wù)供應(yīng)商為用戶提供增強(qiáng)的服務(wù)。全部應(yīng)用功能（委托的和非委托的）和服務(wù)供應(yīng)商，通過服務(wù)層內(nèi)的服務(wù)或網(wǎng)間連接器，接入下一代網(wǎng)絡(luò)資源。

3.3 　管理功能

管理功能可以分布式地位于每個(gè)功能實(shí)體（FE）內(nèi)，與網(wǎng)絡(luò)要素（NE）管理、網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)管理功能實(shí)體相交互。

管理功能包括計(jì)費(fèi)和開單功能，給NGN運(yùn)營商提供資源利用率數(shù)據(jù)以使他們能準(zhǔn)確地給用戶開計(jì)費(fèi)單。記費(fèi)和開單功能支持離線記賬的數(shù)據(jù)收集和近實(shí)時(shí)的在線記賬類的數(shù)據(jù)收集。

3.4 　末端用戶功能

對末端用戶的接口有物理接口和功能接口兩種方式，如圖2所示。下一代網(wǎng)絡(luò)對所有類型的雇主設(shè)備都支持，包括遺留下來的單線電話和復(fù)雜的集團(tuán)網(wǎng)絡(luò)。末端用戶設(shè)備可以是移動的，也可以是固定的。
 
　　四、NGN的IP多媒體子系統(tǒng)

4.1　 IP多媒體子系統(tǒng)概述

IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)是一組核心網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)體和接口，主要由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商向用戶提供基于會話啟動協(xié)議（SIP）的服務(wù)組成。會話啟動協(xié)議是由互聯(lián)網(wǎng)工程特遣隊(duì)（IETF）制定的[4]。盡管在IP多媒體子系統(tǒng)與基礎(chǔ)傳輸功能之間有某些鏈路，而且這些鏈路是可以由接入體現(xiàn)的，但I(xiàn)P多媒體子系統(tǒng)大部分是獨(dú)立于接入網(wǎng)技術(shù)的。IP多媒體子系統(tǒng)是在互聯(lián)網(wǎng)工程特遣隊(duì)協(xié)議上建立的，它以特殊的形態(tài)和增強(qiáng)的性能，提供完備、強(qiáng)健的多媒體系統(tǒng)。

除了性能增強(qiáng)和運(yùn)行形態(tài)之外，IP多媒體子系統(tǒng)需要一組垂直的接口來提供如下的能力:

·　會計(jì)、安全、登錄資料、服務(wù)控制等應(yīng)用服務(wù)的公共接口，對服務(wù)構(gòu)成模塊的公共接口;

·　協(xié)調(diào)的和增強(qiáng)的服務(wù)質(zhì)量;

·　在運(yùn)營商控制下，基于會話的媒體啟用;

·　在服務(wù)、會話、和傳輸層中相關(guān)的會計(jì)和計(jì)費(fèi)。

這些能力使IP多媒體子系統(tǒng)不同于通常的會話控制的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。IP多媒體子系統(tǒng)基于這樣一種模型：網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和服務(wù)供應(yīng)商分別控制對網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)的接入，而雇主對他們分別付費(fèi)。這與通常的互聯(lián)網(wǎng)模型相反，互聯(lián)網(wǎng)是透明的，所有的服務(wù)是由末端提供的。理論上，用戶在服務(wù)質(zhì)量的控制、單一標(biāo)志的安全性和雇主支持等方面會有一定程度的改善。

4.2　 IP多媒體子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）核心網(wǎng)與接入網(wǎng)

如上所述，IP多媒體子系統(tǒng)是核心網(wǎng)功能實(shí)體的一個(gè)集合。這個(gè)區(qū)別于核心和接入的術(shù)語來自于無線網(wǎng)絡(luò)模型，在此模型中一個(gè)以上的無線接入網(wǎng)連接到一個(gè)公共核心。無線接入網(wǎng)提供從終端到核心網(wǎng)服務(wù)的連接。

就一個(gè)IP多媒體子系統(tǒng)而言，一個(gè)接入網(wǎng)是提供一個(gè)用戶域和一個(gè)核心傳輸網(wǎng)間IP傳輸連接性的實(shí)體集合。按照基礎(chǔ)技術(shù)、所有權(quán)或行政權(quán)力劃分，接入網(wǎng)彼此是有區(qū)別的。

核心網(wǎng)是在一個(gè)接入網(wǎng)和其它核心傳輸網(wǎng)間、兩個(gè)接入網(wǎng)間、或兩個(gè)其他核心傳輸網(wǎng)間提供IP傳輸連接性的實(shí)體集合。核心傳輸網(wǎng)還提供對服務(wù)層實(shí)體的連接性，如IP多媒體子系統(tǒng)。按照基礎(chǔ)技術(shù)、所有權(quán)或行政權(quán)力劃分，核心傳輸網(wǎng)也可能彼此有區(qū)別。

IP多媒體子系統(tǒng)的基本特征之一是支持用戶的移動性。圖3是這種網(wǎng)絡(luò)集合分配的一個(gè)例子。當(dāng)一個(gè)用戶從一個(gè)接入網(wǎng)運(yùn)動到另一個(gè)接入網(wǎng)時(shí)，IMS可以提供對同一個(gè)核心網(wǎng)的接入服務(wù)，這對漫游之類的非實(shí)時(shí)移動是可以實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)接入技術(shù)支持移動性時(shí)，對切換之類的實(shí)時(shí)移動也是可以實(shí)現(xiàn)的。

圖3 網(wǎng)絡(luò)配分案例

如圖3所示，與一個(gè)被訪問的網(wǎng)不同，IP多媒體子系統(tǒng)還支持母網(wǎng)的概念。在這個(gè)例子中，母網(wǎng)是支持具有登錄權(quán)的IP多媒體子系統(tǒng)的核心網(wǎng)。被訪問的網(wǎng)是當(dāng)前向用戶提供IP多媒體子系統(tǒng)服務(wù)連接的網(wǎng)。圖3中的運(yùn)營商A擁有許多疊接網(wǎng)用戶的母網(wǎng)，而運(yùn)營商C擁有移動電話的母網(wǎng)，而用戶正在運(yùn)營商D的網(wǎng)絡(luò)中漫游。