下一代網絡(NGN)：軟交換技術研究進展
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NGN(下一代網絡)一直是業界的熱點與焦點，國外的政府、行業團體、運營商、設備廠商等都在進行NGN的研究與探索，從國外的有關NGN的研究與行動上來看，NGN包含的內容非常廣泛，例如：采用軟交換技術的分組化的話音網；以智能光網為核心的下一代光網絡；以MPLS、IPv6為重點的下一代IP網；以及采用3G、4G的下一代無線通信網等等。一些行業組織和標準化機構也啟動了本領域的NGN網絡技術研究，如：IETF的下一代IP網、3GPP與UMTS論壇的下一代移動通信網、ITU-T的NGN Project 2004。雖然一些國家的政府、標準化組織、電信運營商、制造商和服務提供商在NGN上的作法仍不盡相同，但是，他們目的都是相同的：即研究和部署面向下一代的技術與業務。
NGN代表著網絡未來的發展方向，各個國家的政府都把對NGN技術的掌握視為提升本國(或本地區)經濟、增強競爭實力的重要內容。歐美在目前的5年計劃FP5中，專門設立一個關于NGN的項目NGNI，研究內容包括：QoS、IPV6、光網、接入網、有線與無線的融合、內容與網絡的管理、業務、衛星、移動通信、互操作性等不僅包括網絡技術的發展和演進，還包括業務需求與業務模型、管制政策等內容。例如對QoS的研究，不僅僅是研究從網絡技術上如何實現對QoS的支持，還包括各種應用對QoS之需求的研究，以及IPv6中的QoS等等。隨著對NGN研究的深入，歐盟在2002年底提出NGN 2010。NGN 2010比目前的NGNI又向前進了一大步，內容增加了：家庭網絡、NM(網管)、AAA、DTV(數字視頻廣播)、衛星、技術經濟性等內容。
下一代網絡(NGN)技術是ITU-T研究的一大熱點。為了加快NGN的研究和標準化進程，ITU-T SG13繼2003年9月的會議之后，于2004年1月和2月又召開了NGN課題報告人聯合會議(JRG-NGN)，推出了11個NGN標準草案，意在對NGN的研究方向、框架體系、業務需求、網絡功能、互通、服務質量、移動性管理、可管理的IP網絡和NGN演進方式等各個方面提出總體要求，為世界各國的通信運營商和設備制造商提供網絡發展和產品研發的思路和依據。在2004年2月的研究組全會上提出了NGN功能特性的建議草案(NGN-Overview)，對NGN的基本特征、能力、目標和功能進行了描述。會議延續了NGN網絡通用的原則、需求和框架體系，對NGN的基本模型做了進一步的詳細劃分，將用戶平面、控制平面和管理平面分別置于業務層和傳送層上，使得水平垂直關系一目了然；在NGN業務方面，進一步明確了NGN的業務范疇，并定義了業務要求和網絡要求，體現了業務與網絡相分離的NGN基本原則；本次會議細化了NGN移動性管理的總體要求和體系架構(MOB)，還提出了基于SLA可管理的IP網絡的概念(MAN)，并詳細定義了MAN的業務和框架。在QoS方面，形成了關于QOS體系架構、端到端QoS要求、和接入網QoS的三個標準草案。在網絡演進方面，啟動了NGN演進方式標準草案的研究。
二.軟交換網絡體系結構
軟交換網絡的主要思想是業務、控制、傳送與接入相分離，各實體間通過標準的協議進行連接和通信，整個網絡分為四個層面：業務應用與支撐層；控制層；傳送層和接入層。軟交換網絡體系結構如圖1所示。軟交換位于網絡的控制層，提供各種業務的呼叫控制、連接以及部分業務提供。信令網關是用于連接7號信令網與IP網的設備，主要完成PSTN/ISDN側的七號信令與IP網側信令的轉換功能。中繼媒體網關網關位于軟交換網絡的接入層，用于電路交換網和IP分組網之間的網關，提供媒體映射和代碼轉換功能。綜合接入媒體網關也位于軟交換網絡的接入層，直接連接用戶終端和V5接入網設備。綜合接入設備(IAD)位于軟交換網絡的用戶接入層，將用戶的語音、數據及視頻等應用接入到分組交換網絡中，在分組交換網絡中完成相應的功能。無線接入網關完成移動用戶的接入。用戶智能終端作為軟交換網絡中的用戶終端設備，具有局域網接口，直接接入軟交換設備，完成用戶的接入和語音編解碼和媒體流的傳送。軟終端作為軟交換網絡中新型的用戶終端，不再是一個物理的終端實體，而是作為一種終端軟件，運行于用戶的PC機上或其它具有類似功能的設備上，接入軟交換設備，配合其它PC外設(耳機、麥克風、攝像頭等)，完成用戶的接入和語音編解碼和媒體流的傳送。應用服務器位于軟交換網絡中的業務應用與支撐層面，提供業務執行環境，負責為接入軟交換網絡的用戶提供增值的智能業務和各種個性化的業務，廣義的應用服務器應包括傳統的智能網SCP、SIP應用服務器和通過Parlay網關接入的第三方應用服務器。媒體服務器位于軟交換網絡中的業務應用與支撐層面，是軟交換網絡中提供專用媒體資源功能的獨立設備，在軟交換或應用服務器的控制下，提供各種業務所需的媒體資源，包括DTMF信號的采集與解碼、信號音的產生與發送、錄音通知的發送、會議、不同編解碼算法間的轉換等各種資源功能以及通信功能和管理維護功能。網絡管理系統位于軟交換網絡的業務應用與支撐層面，提供所有軟交換框架體系下設備的網絡管理功能。計費營帳系統位于軟交換網絡的業務應用與支撐層面，提供軟交換框架體系下所有終端用戶開戶、業務的計費處理、帳單生成與用戶交互。策略服務器通過COPS協議與軟交換系統的各個組件進行通信實施策略管理，根據業務需求以及特性分配標簽、控制接納等，能夠為不同業務流保證QoS，滿足用戶日益個性化的業務需求。位置服務器位于軟交換網絡的業務應用與支撐平面，記錄所有軟交換網絡用戶的用戶信息，包括用戶位置、屬性等，供軟交換網絡中的其它設備如軟交換、應用服務器等查詢用戶信息。IADMS位于軟交換網絡體系的業務應用與支撐層面，作為網管系統與綜合接入設備之間的代理，為軟交換網絡中大量的IAD設備提供網管功能。
軟交換網絡中各部件的協議接口參見圖1網絡體系結構中的所示，具體描述如下：
Ss接口：軟交換與軟交換之間的互通協議接口，為SIP或BICC協議；
Sa接口：軟交換和信令網關(SG)之間信令傳輸承載接口，信令的傳輸承載協議為SCTP，不同的組網模式下可分別采用M3UA、M2PA、M2UA、IUA等；
Sb接口：軟交換與媒體網關(TG/AG/WMG)之間的控制信令接口，為H.248或MGCP協議；
Sc接口：軟交換與綜合接入設備(IAD)之間的控制信令接口，為H.248或MGCP協議，推薦采用H.248協議；
Sd接口：軟交換與智能終端、SoftPhone終端之間的控制信令接口，分別為SIP或H.323、H.248、MGCP協議；
Se接口：軟交換與策略服務器(Policy Server)之間的接口，具體協議待研究；
Sf接口：軟交換與位置服務器(Location Server)之間的接口，可以為LADP協議、TRIP(IP網絡上傳送電話選路協議)等，具體待研究；
Sg接口：軟交換與媒體服務器(Media Server)之間的接口，為MGCP或H.248協議；
Sh接口：軟交換與應用服務器(AppServer)之間的接口，為INAP或SIP協議或Parlay API接口；
Si接口：軟交換與計費營帳系統Billing之間的接口，為XML接口；
Na接口：網管系統NMS與IADMS之間的管理接口，為XML接口；
Nb接口：IADMS與軟交換網絡終端之間的管理接口，為SNMP協議；
Nc接口：網管系統與軟交換網絡設備之間的管理接口，為SNMP協議。
三.我國有關軟交換體系標準研究情況
下一代網絡的研究是目前的熱點，為了配合NGN網絡在我國的逐步建設，應從業務需求的分析入手,考慮網絡裝備的情況,研究新一代網絡體系架構NGN具有廣泛的內涵,其研究范圍相當廣泛,主要研究的內容如下:新業務和應用的研究；網絡傳送的基礎設施；網絡體系架構的研究；IP網絡技術的研究；網絡融合技術的研究；互通和互操作的研究；新型的控制、管理和運維機制；各網絡單元的研究；新的網絡協議的研究；網絡安全體系和技術的研究；測試技術的研究等，制定一個完整、統一、先進的NGN技術系列標準,指導我國NGN網絡的規劃和建設。
中國通信標準化協會各技術工作委員會密切跟蹤國際上NGN標準的發展進程，研究制訂我國NGN的相關標準，并積累了大量資料和經驗，并取得了一定成績。為我國軟交換網絡的建設、網絡的演進、設備的開發、研制和引進做好充分準備。
1)在軟交換組網總體技術研究方面
已開始研究軟交換網絡框架體系，內容包括確定軟交換網絡的體系模型、軟交換組網技術、業務模型、軟交換網絡性能和QOS、綜合網管、軟交換網絡的編址、網絡互通和業務互通、軟交換網絡安全要求等。
2)在組網設備方面
已經完成以下設備規范的制訂：
-軟交換設備總體技術要求；
-軟交換設備總體技術要求(修訂版)；
-移動交換服務器設備規范；
-軟交換設備測試規范；
-媒體網關技術規范-ATM中繼媒體網關；
-媒體網關技術規范-IP中繼媒體網關；
-媒體網關技術規范-綜合接入媒體網關；
-媒體網關技術規范-支持多媒體業務部分；
-媒體網關技術規范-支持移動業務部分；
-媒體網關測試規范-ATM中繼媒體網關；
-媒體網關測試規范-IP中繼媒體網關； {{分頁}}
-媒體網關測試規范-綜合接入媒體網關；
-媒體網關控制器技術規范；
-信令網關設備技術規范；
-信令網關設備測試規范；
-基于軟交換的應用服務器技術要求；
-基于軟交換的媒體服務器技術要求；
-基于軟交換的應用服務器技術要求；
-基于軟交換的媒體服務器技術要求；
-基于軟交換的綜合接入設備(IAD)技術規范；
-基于軟交換的綜合接入設備(IAD)測試規范。
目前正在進行以下設備規范的制訂：
-IP智能終端技術規范；
-IP智能終端測試規范；
-基于軟交換的位置服務器測試規范；
-基于軟交換的應用服務器測試規范；
-媒體網關控制器測試規范等。
3)在組網協議方面
已經完成以下協議的標準制訂：
-基于H.248的媒體網關控制協議技術規范；
-BICC協議技術規范；
-SCTP協議技術規范；
-M3UA協議技術規范；
-M2UA協議技術規范；
-MGCP協議技術規范
-SIP與H323協議互通技術要求
-PARLAY協議技術要求
-M2PA協議技術規范；
-IUA協議技術要求；
-V5UA協議技術要求；
目前正在進行以下協議標準的制訂：
-IP網絡DIAMETER協議技術規范；
-IP網絡上傳送電話選路協議(TRIP)技術規范；
-基于會話初始協議SIP的呼叫控制技術規范；
-基于H.248的媒體網關控制協議(修訂)；
-Parlay X Web服務器技術要求；
-SIP協議穿越NAT技術要求；
-MGCP協議穿越NAT技術要求；
-H323協議穿越NAT技術要求；
-H248協議穿越NAT技術要求等。
4)在網絡管理方面
目前正在進行以下標準的制訂：
-綜合接入設備管理系統(IADMS)技術要求；
-基于軟交換的綜合網絡管理系統(NMS)技術要求等。
5)在業務方面
目前正在進行以下標準的制訂：
-基于軟交換的業務體系技術要求；
-基于軟交換的業務系列規范：號碼顯示類業務技術規范；
-基于軟交換的業務系列規范：呼叫前轉類業務技術規范；
-基于軟交換的業務系列規范：多方通話類業務技術規范；
-基于軟交換的業務系列規范：點擊撥號類業務技術規范；
-基于軟交換的業務系列規范：視頻多媒體業務技術規范等。
四.需要關注的幾個問題
1.軟交換試驗問題
目前，無論是從技術角度還是從網絡角度來講，全球范圍內下一代網絡均處于研究和試驗階段。同時當前網絡到下一代網絡的演進和過渡還需要一段時間。世界各國正在進行下一代網絡相關技術和網絡試驗，對下一代網絡相關技術還需進行較深入的研究。目前已建的通信網絡還會與下一代網絡在較長的時間內以重疊網的形式共存。從國外的發展情況看，發達國家已經從當前網絡發展過程中獲得了很多的利益，因而為在下一代網絡發展過程中繼續獲得更大的利益，紛紛投入一定力量進行下一代網絡的研究。我國也應在政府的統一引導下，從實際情況出發，協調各運營商、設備制造商的立場，分步驟、有計劃地投入一定的人力和物力對下一代網絡所涉及到的各種關鍵技術進行研究、比較和分析，對關鍵技術/設備進行研究與開發，同時建設下一代網絡試驗床，進行關鍵技術/設備的聯網試驗與測試，并進行各種業務試驗。在研究試驗的基礎上，制定出我國下一代網絡建設和發展規劃，并在一定范圍內進行下一代網絡的商用試驗，在時機成熟的情況下，整合行業資源，推廣使用下一代網絡，實現跨越式發展，促進我國電信運營業的新業務和應用的開發，帶動我國民族信息產業的發展。
實驗應包含以下主要內容：
1)組網技術的試驗；
2)各類網絡終端接入試驗(固定終端、移動終端、IP終端)
3)設備的兼容性與互通性研究與試驗
4)NGN商業模式研究與試驗；
5)檢驗承載網的能力(包括QOS和安全)和對下一代網絡的適應性；
6)固定網與移動網(特別是軟交換中固定和移動的互通問題)的融合試驗，尤其是軟交換中固定和移動的互通試驗；
7)NGN尋址技術的試驗(IPv6、ENUM、數字域名、用戶編號)；
8)NGN多業務應用(話音、數據、多媒體、第三方提供的應用)的試驗以及提供這些業務的復雜性和可行性等；
9)NGN多廠家環境下的OAM、OSS技術研究；
10)NGN與Internet的互補性研究；
11)研究網絡演進步驟(IPv4向IPv6的過渡、現有網演進等)；
12)網絡抗攻擊和安全防護技術研究與試驗
13)終端漫游研究與試驗等。 {{分頁}}
2.軟交換組網技術問題
傳統電信網經過長期的運營積累，在網絡組織方面已經具有相當成熟的經驗；而基于軟交換的網絡組織目前國內外尚無成熟的經驗，是采用基于軟交換的全平面結構，還是分區域選路結構等在技術和實踐方面都有待進一步的探索。
關于軟交換與軟交換之間的組網，有如下的兩種結構：
1)平面路由結構
在這種方式下，路由功能在軟交換內實現，每個軟交換都維護著全網所有用戶的路由信息，軟交換之間為邏輯網狀網結構，通過一次地址解析就可以定位到被叫軟交換。
圖1平面路由結構
2)分層路由結構
(1)分層位置服務器方式
在這種方式下，路由信息放置在位置服務器上，位置服務器之間形成分層結構，軟交換可以配置一個或多個位置服務器，軟交換向位置服務器發送地址解析請求，地址解析在位置服務器上完成。位置服務器之間應實現路由信息的共享和互通，軟交換和位置服務器之間應實現路由信息的獲取。在分層位置服務器結構的模式下，位置服務器的層次數量決定于實際網絡的容量和建設規模，運營商可以根據實際情況靈活設置。
圖2分層位置服務器路由結構
路由體系下軟交換層面為邏輯網狀網結構，與傳統的電話網不同，局向、長途、本地等概念均弱化，網絡中任何一個軟交換設備均可直接定位對端軟交換，不存在呼叫信令的逐調轉發，而是通過集中設置的位置服務器提供路由服務，位置服務器可以按照網絡容量設置層次，以解決大規模組網問題。
從路由信息的獲取方式來看，位置服務器的路由信息可靜態配置也可動態生成，靜態配置類似現有H.323 VoIP電話網絡的網守路由方式，即在網守中保存號碼和網關地址的對應關系。而動態路由中討論較多的技術為TRIP，TRIP由IETF IPTEL工作組提出，為策略驅動的動態路由協議，屬于一種域間定位和路由協議。基于TRIP實現的路由考慮了許多附加信息，如支持的協議、容量、服務質量等信息。
(2)分層軟交換結構方式
在這種方式下，端局軟交換之間采用匯接軟交換來互連，軟交換之間采用靜態路由配置。
在分層軟交換結構的模式下，軟交換的層次數量決定于實際網絡的容量和建設規模，運營商可以根據實際情況靈活設置。此種路由體系借鑒了現有電話網的分層思想，將軟交換劃分為不同層次，即軟交換層面不為邏輯網狀網結構，而是增加了互連軟交換。互連軟交換負責不同域的軟交換網絡之間的互通，如省間路由或者不同運營商的軟交換網絡之間的路由，當互連軟交換的路由數據過于龐大時，可將互連軟交換分成多級，如省級互連、大區級互連或者國家級互連。
此種體系下互連軟交換中的路由信息是靜態配置的，通常只需配置下一跳的軟交換即可，對于不同運營商網絡之間的互聯，則可配置到對方的網間互連軟交換，并不需要了解其內部結構。
層次化軟交換路由體系和定位服務器方案均可解決大規模組網時的呼叫路由問題，其中層次化軟交換路由體系，實現技術成熟，并且通過互連軟交換可保持各個區域軟交換網絡的簡單及易于擴展的特點，同時互連軟交換層作為一個簡單的層面，提供到外部網絡的網關功能，避免了太多的互聯點出現，并可保證內部網絡結構和信息的安全，但是由于信令需要逐跳轉發，中間經過的每個互連軟交換均需要對呼叫信令進行處理，從而帶來了較大的呼叫時延。
位置服務器方案下，呼叫信令無需轉接，直接在起始和目的軟交換之間傳遞，但目前技術不太成熟，位置服務器與軟交換之間以及軟交換之間的通信規程尚無標準，并且此結構下長途/本地概念受到弱化，對現有的運營和管理模式有較大影響。對于靜態路由和動態路由，靜態路由簡單、高效、可靠，但數據需要手動更新，而且只能支持簡單的路由策略，動態路由相對比較靈活，且數據更新靈活、方便，但設備實現復雜。
由于網絡的發展并非一蹴而就，不同運營商可以根據自己的網絡狀況選擇不同的路由方案，例如在網絡建設初期，可采用軟交換全互連的平面結構，隨著網絡規模擴大，采用一層位置服務器提供路由服務，在后期，可采用分層的定位服務器為全網提供路由服務。
3.IPv6的應用與演進問題
在軟交換網絡中，將引入大量的IP智能終端和綜合接入設備(IAD)，由于每個終端均需占用一個IP地址，如果大面積應用，必然會面臨Ipv4地址匱乏問題。在尚未實施IPV6地址分配方案之前，解決此問題的方法之一就是分配私有IP地址，并通過NAT進行公私有地址之間的轉換。
目前，業界對NAT穿透問題非常關注，也提出了各種解決方案，主要包括ALG、STUN(Simple Traversal of UDP through NAT)、MIDCOM(Traversal Using Relay NAT)等，這些解決方案各有其應用場合。到底采用哪種方式需要從以下角度進行綜合考慮：1)升級要求：哪些網絡元素需要做升級；2)網絡業務量：應用這種解決方案后，是否會引入新的網絡開銷；3)話音質量：此解決方案是否影響話音質量，增加時延或丟包率？4)運營商的投資：運營商是否需要做大量投資？5)企業投資：如果面向企業客戶，企業是否需要做大量投資？6)確定性：此解決方案是否只能在特定環境下生效，是否可以支持各種應用方案，是否可以穿越各種NAT；7)擴展性：此方案是否支持大規模應用。目前我國正在制訂相應的NAT穿透標準。
對于IPv6協議，它的最大優勢是提供了巨大的地址空間。IPv6適合于NGN業務端到端的特性、巨大的用戶數目、永遠在線等特點。但一次性地用IPv6取代現有的IPv4網絡是不可能，也是不現實的，IPv4和IPv6網絡將共存相當長的時間。
NGN網絡中需要在現有的IPv4網絡上逐步融合IPv6，如利用穿越現存IP v4網的隧道技術將許多個“IPV6孤島”連接起來，逐步擴大IPV6的實現范圍，直至最后IPv6網絡完全取代IPv4。
在NGN網絡從IPv6的應用和演進過程中應遵循以下原則：1)支持IPv6的產品以滿足業務需求為導向；2)不破壞現有的IPv4業務；3)在主機/應用之間提供IPv4/IPv6業務；
遞增式的升級和部署，不旨在一次性完成過渡；4)對NGN網絡業務開展成本、維護支撐要求最小化。
4.全網QoS問題
在承載網絡方面，另一個敏感問題就是QoS，QoS能否保證是軟交換網絡能否能成為未來統一平臺的關鍵，這很大程度上取決于軟交換網絡所基于的承載網絡，但也需要從網管方面實施相應的QoS控制策略。
NGN網絡的業務實時性要求很高，因此對網絡的QoS提出了很高的要求，能否保證QOS是軟交換網絡能否能成為未來統一平臺的關鍵，這很大程度上取決于軟交換網絡所基于的分組承載網絡，但也需要從網管方面實施相應的QoS控制策略，因此需要有一個全網的QoS解決方案。
全網的QoS解決方案基本思路是通過在全網布置一定數量的策略服務器，策略服務器通過和控制會話的軟交換以及和負責媒體接入控制和轉發的邊緣路由器進行交互，來保證全網的業務是在一個可控的和可管理的方式下進行開展。
有關軟交換網絡的QOS目前正在研究之中。
5.用戶管理認證問題
NGN網絡是基于分組網絡，大量的用戶終端可以通過分組接口直接接入NGN網絡，給NGN網絡的設備帶來了極大的安全隱患，以及帶寬盜用等問題。同時，隨著NGN網絡中業務的豐富與多樣性，對終端智能化程度要求也越來越高，終端版本的升級、維護、饋電等都提出了相應的要求，因此NGN網絡中對終端用戶的管理與認證是必不可少的，是保證整個NGN網絡業務開展的必要條件。
隨著NGN網絡業務的不斷開展，終端數量會爆炸性的增長，單純通過網管系統來管理數量巨大的終端，必然給集中式網管系統帶來巨大的開銷，因此NGN網絡的終端管理認證系統要求采用終端-IADMS-網管方式的分布式終端管理系統架構。
五.結語
目前雖然不少廠家推出了NGN的解決方案，國內外各運營商也在積極進行相關的試驗，但新技術的應用需要相當長的時間來完善。目前NGN從信令系統到體系結構都還需要逐步完善和成熟，但積極試驗和發展NGN已成為目前電信界考慮的重大戰略性趨勢。
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