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NGN技术综述
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　　摘要
　　NGN是目前通信业界关注和探讨的一个热点话题，网络运营商、设备制造商和ITU、IETF以及众多技术论坛都在关注NGN，纷纷提出各自对NGN的设想，从不同角度描绘NGN。本文试图宏观地、全景式地介绍NGN，包括：NGN的概念、国外研究机构的研究进展和趋势、体系结构、主要技术、优势、存在问题以及应用情况。目的是为了在讨论问题、规划、研制NGN网络和设备时有一个较为全面的视角。
　　一、NGN的基本概念和特点
　　下一代网络（Next Generation Network，简称NGN）是一种新兴的技术。NGN就好比一个新生儿，虽然我们知道它一定会成长起来，但我们并不清楚最终它会长成什么样，而且在它的成长过程中必然会遇到这样或那样的问题，有些意料得到，有些则不然。所以到目前为止，没有一个标准化组织或权威机构提出对NGN的严格定义。
　　那么，究竟什么是NGN？
　　所谓NGN是一个极其松散定义的术语，泛指一个不同于目前一代的、以数据为中心的融合网络。NGN是一个广义的概念，它包含了正在发生的网络构建方式的多种变革。
　　一般认为，NGN是可以提供包括语音、数据和多媒体等各种业务在内的综合开放的网络构架，有以下三大特征：
　　首先，下一代网络体系采用开放的网络构架体系，其特点如下：
　　 将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相应的功能划分各自独立发展。
　　 部件间的协议接口基于相应的标准。
　　部件化使得原有的电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务的需要自由组合各部分的功能产品来组建网络。部件间协议接口的标准化可以实现各种异构网的互通。
　　第二，下一代网络是业务驱动的网络，其功能特点是：
　　 业务与呼叫控制分离。
　　 呼叫与承载分离。
　　分离的目标是使业务真正独立于网络，灵活有效的实现业务的提供。用户可以自行配置和定义自己的业务特征，不必关心承载业务的网络形式以及终端类型。使得业务和应用的提供有较大的灵活性。
　　第三，下一代网络是基于统一协议的基于分组的网络。
　　现有的信息网络，无论是电信网、计算机网和有线电视网不可能以其中某一网络为基础平台来生长信息基础设施，但近几年随着IP的发展，才使人们真正认识到电信网络、计算机网络及有线电视网络将最终汇集到统一的IP网络，即人们通常所说的"三网"融合大趋势，IP协议使得各种以IP为基础的业务都能在不同的网上实现互通，人类首次具有了统一的为三大网都能接受的通信协议，从技术上为国家信息基础设施(NII)奠定了最坚实的基础。
　　二、国外研究机构的研究进展和趋势
　　1．NGN研究范围
　　NGN具有广泛的内涵，其研究范围相当广泛，主要研究的内容有：新业务及应用；网络传送的基础设施；网络体系架构；IP网络技术；网络融合技术；互通和互操作；新型的控制、管理和运维机制；各网络单元；新的网络协议；网络安全体系和技术；测试技术等。ITU的专家们认为全球信息基础设施(GII)已经涵盖了现有网络和未来网络的全部内涵，随着业务和技术的发展，应不断加以扩充。ITU领导的GII标准化工作包括PSTN/ISDN、ATM、IP和基于多协议的网络，这些领域的成果对NGN起着重要的作用。
　　2．NGN研究机构
　　国外许多标准化组织和论坛包括ITU-T的第13工作组， IETF的IP Telephony工作组、信令传输工作组(Sigtran)、媒体网关控制工作组(Megaco)，ETSI 的Tiphon，国际软交换协会(ISC)，3GPP，3GPP2，MPLS论坛，ATM论坛，DVB，DSL论坛，PARLAY等都将NGN作为的研究工作的重点。
　　（1）ITU-T
　　ITU-T认为NGN是全球基础设施GII的具体实现，NGN代表了网络融合的发展趋势，其实现方式是多种多样的，网络互通和业务互通是NGN研究的关键内容，NGN的体系架构将是层次化的，其控制和管理之间的界面日益模糊，在技术上将解决现有网络存在的问题。
　　（2）IETF
　　IETF对NGN的研究集中在IP网络和光网络的融合方面，NGN在网络容量和资源方面将具有高带宽和大容量、足够的地址资源等重要特征。目前光网络系统和IP网络的研发都在朝着这一方向努力。有关下一代网络的地址问题将涉及IPv6的实现方案、 E - NUM 以及与现有网络编号互通的问题。
　　（3）ETSI对NGN的研究
　　ITU实际上还只是刚刚启动对NGN的标准化工作，在此之前，欧洲电信标准化组织ETSI的NGN启动小组对NGN进行了初步的定义，在其报告中建议把NGN定义如下：NGN是定义和部署网络的一个概念，由于它们形式上分为不同的层面和使用开放的接口，所以NGN给服务提供商与运营商提供了一个能逐步演进的平台，不断创造、开放和管理新的服务。实际上，此定义已经运用到ITU的GII的标准化中，也将在NGN标准工作开始之时保留此定义。
　　（4）欧盟的NGN行动计划
　　欧盟于2001年启动了为期2年的NGN行动计划(NGNI)，以推动欧洲信息技术的发展。在众多的NGN计划中，欧盟的NGN行动计划是一个内容广泛、技术全面的大型项目。NGNI不仅包括网络技术的发展和演进，还包括业务需求与业务模型、管制政策等众多内容，例如对QoS的研究，不仅仅是研究从网络技术上如何实现对005的支持，还包括各种应用对QoS之需求的研究，以及IPv6中的QoS等等。
　　3．NGN发展趋势
　　NGN应该是比今天更好的网络，它将具有更高速率，支持更多的业务，以更综合的方式支持多种业务，支持多种服务水平的QoS，运行/维护/管理更简单、经济。NGN的网络技术与业务，将有多种多样的接入和核心网服务于社会；由于网络技术的多样性，互通和互操作将成为今后的主要问题；NGN（IPv6，3G和WDM）将广泛用来提供宽带、高质量、安全的业务；新的通信软件将驱动个性化增值业务的发展；标准将在NGN中起到重要的作用。总之，NGN是一个范围很广的概念，它所讨论的内容是与未来网络相关的方方面面的事情，它不止是Internet、移动、IPv6、光或业务，而是所有这些的总和。
　　三、NGN的体系结构
　　1．NGN的网络架构
　　NGN将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相应的功能划分各自独立发展；部件间的协议接口基于相应的标准。其网络构架如图1所示：


　　图1：NGN的网络构架

　（1）从网络结构横向分层的观点来看， NGN主要可分为边缘接入和核心网络两大部分：
　　a)边缘接入：由各种宽窄带接入设备、各种类型的接入服务器、边缘交换机/路由器和各种网络互通设备构成。
　　b)核心网络：由基于DWDM光传送网连接骨干ATM交换机和/或骨干IP路由器构成。
　　(2)网络功能纵向分层的观点来看， 根据不同的功能可将网络分解成以下4个功能层面：
　　a)业务和应用层：处理业务逻辑，其功能包括IN（智能网）业务逻辑、AAA（认证、鉴权、计费）和地址解析，且通过使用基于标准的协议和API来发展业务应用。
　　b)控制层：负责呼叫逻辑，处理呼叫请求，并指示传送层建立合适的承载连接。 控制层的核心设备是软交换，软交换需要支持众多的协议接口，以实现与不同类型网络的互通。
　　c)传送层：指NGN的承载网络。负责建立和管理承载连接，并对这些连接进行交换和路由，用以响应控制层的控制命令，可以是IP网或ATM网。
　　d)边缘接入层：由各类媒体网关和综合接入设备（IAD）组成，通过各种接入手段将各类用户连接至网络，并将信息格式转换成为能够在分组网络上传递的信息格式。
　　2．NGN的主要业务
　　NGN不仅提供现有的电话业务和智能网业务外，还可以提供与互联网应用结合的业务、多媒体业务等。另外，通过提供开放的接口，引入业务网络的概念，也就是说将来业务开发商和网络提供商可以按照一个标准的协议或接口分别进行开发，快速提供各种各样的业务，使得新业务的开发和引入能够迅速实现。
　　NGN提供的业务主要有：
　　（1）PSTN的话音业务基本的PSTN/ISDN语音业务、标准补充业务、CENTREX业务和智能业务。
　　（2）与Internet相结合的业务Click to dail、WEB 800、Instant Messaging、同步浏览、个人通信管理。
　　（3）多媒体业务桌面视频呼叫/会议、协同应用、流媒体服务。
　　（4）开放的业务接口（API）：NGN不仅能够提供上述业务，更重要的是能够提供新业务开发和接入的标准接口。这些接口包括JAIN、PARLAY、SIP。
　　3．NGN支持的协议
　　NGN功能实体之间需要采用标准的通信协议。这些协议主要由ITU-T和IETF等国际标准化组织定义。NGN体系中主要涉及的协议有：
　　2 呼叫控制协议：SIP、SIP-T和BICC协议
　　SIP（Session Initiation Protocol）由IETF制定，用来建立、修改和终结多媒体会话的应用层协议，有较好的扩展能力。
　　SIP-T（SIP for Telephones）将传统电话网信令（目前仅对ISUP消息）通过"封装"和"翻译"转化为SIP消息，提供了用SIP实现传统PSTN网与SIP网络的互连机制。在NGN中，SIP终端同软交换之间、软交换同应用服务器之间运行SIP协议；同时SIP（SIP-T）已被软交换接受为通用的接口标准，以实现软交换之间的互连。
　　BICC协议由ITU-T制定，源于N-ISUP信令。
　　为了实现与现有网络的互通，软交换设备还需支持传统电话网和早期VoIP网络使用的ISUP、H.323等呼叫控制协议。

　　 媒体网关控制协议：MGCP和Megaco/H.248协议
　　MGCP（媒体网关控制协议）是IETF的一个草案，是目前使用最多的媒体网关控制协议。
　　Megaco/H.248协议由IETF和ITU-T联合开发，它是在MGCP协议的基础上，结合了其它媒体网关控制协议的一些特点发展而成，它提供了控制媒体建立、连接、释放的命令与保证这些信令执行的机制，同时也可以携带一些随路呼叫信令。
　　 基于IP的媒体传送协议
　　NGN使用RTP/RTCP协议作为媒体传送协议。
　　 业务层协议
　　可使用的业务层协议和API包括SIP、PARLAY、JAIN。
　　为实现传统智能网业务，软交换设备还应支持INAP协议。
　　 基于IP的PSTN信令传送协议
　　基于IP的PSTN信令传送协议主要有IUA、M3UA、M2PA，这些信令协议均基于SCTP/IP进行传递。
　　其他类型协议
　　网络管理协议（SNMP）、资源配置管理协议（COPS）、认证计费鉴权协议（RADIUS）、网络时间同步协议（NTP）。
　四、支撑NGN的主要技术
　　NGN需要得到许多新技术的支持，虽然ITU-T要等到2004年才会做一个清晰的规定，但目前为大多数人所接受的NGN相关技术是：采用软交换技术实现端到端业务的交换；采用IP技术承载各种业务，实现三网融合；采用IPv6技术解决地址问题，提高网络整体吞吐量；采用MPLS（多协议标签交换）实现IP层和多种链路层协议（ATM/FR、PPP、以太网，或SDH、光波）的结合；采用OTN（光传输网）和光交换网络解决传输和高带宽交换问题；采用宽带接入手段解决"最后一公里"的用户接入问题。因此，可以预见实现NGN的关键技术是软交换技术、高速路由/交换技术、大容量光传送技术和宽带接入技术。其中软交换技术是NGN的核心技术。
　　1．软交换（Softswitch）技术
　　作为NGN的核心技术，软交换是一种基于软件的分布式交换和控制平台。软交换的概念基于新的网络功能模型分层（分为接入层、媒体/传送层、控制层与网络业务层四层）概念，从而对各种功能作不同程度的集成，把它们分离开来，通过各种接口协议，使业务提供者可以非常灵活地将业务传送和控制协议结合起来，实现业务融合和业务转移，非常适用于不同网络并存互通的需要，也适用于从话音网向多业务/多媒体网的演进。
　　2．高速路由/交换技术
　　高速路由器处于NGN的传送层，实现高速多媒体数据流的路由和交换，是NGN的交通枢纽。
　　NGN的发展方向处理大容量、高带宽的传输/路由/交换以外，还必须提供由于目前IP网络的QoS。IPv6和MPLS提供了这个可能性。
　　作为网络协议，NGN将基于IPv6。IPv6相对于IPv4的主要优势是：扩大了地址空间，提高了网络的整体吞吐量，服务质量得到很大改善，安全性有了更好的保证，支持即插即用和移动性，更好地实现了多播功能。
　　MPLS是一种将网络第三层的IP选路/寻址与网络第二层的高速数据交换相结合的新技术。它集电路交换和现有选路方式的优势，能够解决当前网络中存在的很多问题，尤其是QoS和安全性问题。
　　3．大容量光传送技术
　　光纤传输：NGN需要更高的速率，更大的容量。但到目前为止，能够看到的，并能实现的最理想的传送媒介仍然是光。因为只有利用光谱才能带来充裕的带宽。光纤高速传输技术现正沿着扩大单一波长传输容量、超长距离传输和密集波分复用(DWDM)系统3个方向在发展。
　　光交换与智能光网：只有高速传输是不够的，NGN需要更加灵活、更加有效的光传送网。组网技术现正从具有分插复用和交叉连接功能的光联网向利用光交换机构成的智能光网发展，即从环形网向网状网发展，从光-电-光交换向全光交换发展。智能光网能在容量灵活性、成本有效性、网络可扩展性、业务提供灵活性、用户自助性、覆盖性和可靠性等方面，比点到点传输系统和光联网具有更多的优越性。
　　4．宽带接入技术
　　NGN必须有宽带接入技术的支持，因为只有接入网的带宽瓶颈被打开，各种宽带服务与应用才能开展起来，网络容量的潜力才能真正发挥。这方面的技术五花八门，其中主要技术有高速数字用户线(VDSL)，基于以太网无源光网(EPON)的光纤到家(FTTH)，自由空间光系统(FSO)、无线局域网(WLAN)。
　　五、NGN的技术优势
　　NGN的目的是为了改革现有电信网和信息产业的基础设施，以支持更广泛的业务。NGN不仅代表通信业务融合的潮流，也代表了通信网络的发展正在由技术驱动转向业务驱动的趋势。一般认为，NGN具备下列技术优势：
　　1．开放的、分层的网络构架体系
　　NGN强调网络的开放性，其原则包括网络架构、网络设备、网络信令和协议。开放式网络架构能让众多的运营商、制造商和服务提供商方便地进入市场参与竞争，易于生成和运行各种服务，而网络信令和协议的标准化可以实现各种异构网的互通。NGN的分层组网特点，使得运营商几乎不用考虑到过多的网络规划，仅需根据业务的发展情况，来考虑各接入节点的部署。在组大网方面，无论是容量、维护的方便程度，以及组网效率，NGN同PSTN相比也有明显的优势。
　　2．业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载相分离
　　NGN是业务独立于网络的网络，通过业务与呼叫控制分离以及呼叫控制与承载分离实现真正的"业务独立于网络"，允许业务和网络独立发展，使得业务供应商和用户能够灵活有效的生成或更新业务，也使得网络具有可持续发展的能力和竞争力。
　　3．支持各种业务和用户无拘束的接入
　　NGN是一个基于分组传送的网络，能够承载话音、多媒体、数据和视象等所有比特流的多业务网，并能通过各种各样的传送特性(实时与非实时、由低到高的数据速率、不同的QoS、点到点/多播/广播/会话/会议等等) 满足多样化、个性化业务需求，使服务质量得到保证，令用户满意。运营商可以推出新的盈利模式，实现按质论价、优质优价。普通用户可通过智能分组话音终端、多媒体终端接入，通过接入媒体网关、综合接入设备（IAD）来满足用户的语音、数据和视频业务的共存需求。
　　4．可与现有网络互通；
　　NGN是具有后向兼容性、允许平滑演进的网络，通过接入媒体网关、中继媒体网关和信令网关等，可实现与PSTN、PLMN、IN、Internet等网络的互通，从而充分挖掘现有网络设施潜力和保护已有投资。
　　5．支持移动性
　　移动电话的大发展充分表明人类对移动性的旺盛需求，电话服务需要移动性，互联网服务同样需要移动性。NGN的分层组网特点和部件化有利于支持普遍的移动性和漫游性。因此，在NGN体系中，可以提前预铺3G核心网，从而赢得竞争优势。
　　6．电信级的硬件平台
　　NGN的业务处理部分运行于通用的电信级的硬件平台上，运营商可以通过选购性能优越的硬件平台，来提高处理能力。同样，在这个平台上，摩尔定律所带来的处理性能的持续增长，也将使整个通信产业获益。
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NGN技术综述
　　六、NGN面临的问题
　　NGN的技术优势及其特点的为NGN的目标实现提供了一定的基础，但是，目前NGN的研究中仍有一些问题未看到有效的解决方法，例如端到端的QoS、安全性、对流媒体业务的支持、多播与广播、电话网和Internet的编号与寻址的统一、网管和计费及商业模式等。以下是NGN存在的一些主要问题。
　　1．承载网的QoS
　　IP、ATM都是可供选择的技术，其中ATM的QoS问题解决得比较彻底，对实时性较高的业务会比较有利。但是，它由于是面向连接的技术，信令比较复杂，另外，ATM的问题很多并没有解决。因此，未来的承载网采用IP的可能性极大。
　　但是，IP网本身亦有许多问题需要解决，如服务质量QoS如何保证？目前的分组数据网是为传送非实时、突发性数据业务而设计的，能否为下一代网络所承载的话音及视频等实时业务提供所需的QOS服务保证，是下一代网络发展所面临的主要问题。
　　2．网络互联互通
　　由于NGN技术本身在不断发展，协议本身也需要根据业务需求不断完善和补充。各厂家采用的协议不同，或者对同一协议细节的理解不同，因此不同厂家设备之间互通在今后几年内将是一个关键问题。
　　互联互通至少包括3个方面的内容：水平互通、垂直互通以及信令网间的互通。水平互通是指软交换系统间的互通，即网间互联。包括与SIP系统、SIP-T/BICC系统、H.323系统、智能网互通等。垂直互通主要指软交换系统内各子系统之间的互通，如软交换与各种媒体网关、与H.248终端、SIP终端、MGCP终端以及与业务生成系统、网络管理系统、认证系统的互通等。信令网的互通主要包括与No.7系统的互通以及与IP网信令的互通等。
　　由于上述协议尚未做到兼容性，还在发展之中，协议的选项需要运营商根据业务的需求来进一步确定。API没有成熟的产品。基于开放的业务平台，采用标准的API接口为网络运营商提供新业务开创了未来美好的前景。
　　3．如何实现私网穿透问题
　　为了隐藏私有地址，防止外部攻击以及节省对公网IP地址的占用，企业网与公网的边缘都会设有NAT(Network Address Translation)，实现IP地址及Port端口号的改变。
　　由于NAT仅对IP包的地址及端口号进行转换，而H.248及SIP等协议真正的媒体连接信息是放在SDP（即IP包的负载）中传递的，这部分的私网地址是无法被NAT映射成公网地址传到对方用户的，因此媒体流实际是无法真正建立起来的；且 NAT如何保持所记录的会话地址转换直到通话结束才被删除，这都是目前这一领域需要解决的问题。
　　目前有两种解决方案，一种是使用能够解析相关应用协议（如SIP）的增强型NAT，即应用层网关（ALG）；另一种是在NAT的外侧增加代理服务器。
　　上述解决方案的性价比怎样，可行性如何，是否会给网络带来新的问题（如成为网络的拥塞瓶颈），这些都有待进一步研究。
　　4．业务开发的问题
　　NGN的业务层是对网络运营商、ISP、ICP、ASP和用户完全开放的，他们都可以在NGN的业务层上创建业务、经营业务。最典型的是IP电话，网络运营商提供电话到电话的IP电话服务，ISP、ICP、甚至用户可以开展PC到PC的IP电话服务。
　　能够快速、灵活地提供丰富的业务，这是NGN的一个优势，但目前厂家能够提供的业务多集中为基本语音业务及补充业务、智能网业务、PINT业务、多媒体终端之间的同步浏览、统一消息、多媒体会议等，究竟什么业务才是运营商手中的杀手业务，才能真正带来收益，是目前运营商和设备商在共同苦思冥想的问题，目前并未出现使人眼前为之一亮的业务。
　　5．网络管理
　　即使到了NGN时代，资源也是有限的，服务也是有差别的，这一点是我们考虑问题的出发点。要使NGN有序、有效地发挥作用，管理是十分重要的方面。NGN的网络管理有两个内容：网络资源的管理和用户的管理。
　　网络资源管理同现在的电信网的网管功能基本相同，具有五大管理功能，性能、配置、故障、安全、计费。它也是采用网元管理、网络管理和业务管理的分层管理模型。其中NGN的网络的安全管理、NGN中端到端的QoS管理、四级网络和众多运营商网络的协调管理都是NGN的网络资源管理的重大课题。
　　用户的管理是NGN中的新问题。传统电信网管理到交换机的用户端口就可以对用户权限、QoS、用户业务、计费进行管理，这是因为从交换机用户端口到用户设备都是用户独享的。因特网通过AAA（授权、认证、计费）对共享资源的用户进行上网管理，但它在带宽、QoS、用户业务、业务网功能资源的占用（如使用MCU资源，功能服务器资源等）、安全等级等等的管理方面还是欠缺的。忽视用户管理，或者用户管理功能不全、不细是不能实现好的业务模式，从而达到好的赢利模式的关键因素之一。
七、NGN的应用情况
　　1．国际NGN应用情况
　　迄今为止，全球范围内已经有多家电信运营商积极开展了在NGN方面的试验和商用部署。在NGN网络的试验和商用部署方面，国外的运营商起步比较早。真正意义上的下一代网络部署始于1999年5月，英国的BT利用北电网络的Succession解决方案，在西班牙建立了第一个大规模的、基于分布式下一代网络结构的电信级第二大长途网，并投入商业运营，正式揭开了电信界向下一代网络演进的序幕。目前，BT西班牙已经拥有将近2000个大型企业、67000各种小企业，15000个居民用户以及大约90万个通过其它运营商PSTN网络间接介入的客户群。以下是一些主要的应用情况：
　　(1) 北电网络的Succession产品，包括软交换机及网关，在有线、本地、长途及无线这四个运营商NGN市场应用领域均赢得了大量客户。
　　(2) 美国Sprint选择了基于ATM承载网建设软交换；
　　(3) 美国Bell Atlantic、level3、LGG，巴西Telefonica等进行了软交换试验；
　　(4) 英国电信1998年开始将原有的近200个长途、汇接交换机优化为67个大容量的基于ATM的NGS，处理能力达500万BHCA。在本地网层面，准备开展有关软交换的试验；
　　(5) 德国电信：计划2002年在国际网络进行软交换试验；
　　(6) 比利时电信：目前引入软交换不成熟，在2004年比较适当；
　　(7) 香港电信，韩国电信等正在考虑基于ATM网络建设软交换。
　　2．国内NGN应用情况
　　随着技术和产品的成熟，NGN在我国也受到越来越多的关注，中国的各大电信运营商都开始进行相关的试验或组网。其中，中国网通从2001年2月开始试验，2001年底在北京、杭州、广州、宁波等地建设商用试验网，目前已经准备对现有的NGN网络进行扩容，以扩大自己的话音市场份额；中国铁通于2002年3月开始其软交换商用试验网建设工作，目前已开始试运营；中国电信也于2002年初开始在广州、深圳、上海、杭州四城市进行NGN试验。
　　八、结束语
　　总的来说，NGN目前还处于试验阶段，但由于各层技术的迅猛发展，NGN的建设在未来的2~3年内将启动并逐步商用，而从现有的网络到NGN的演进将是一个长期的过程。从中国情况来看，这个过程估计要10年左右的时间。当然，在技术与业务市场发展迅猛的今天，这种估计往往是不大可靠的。
　　不管怎样，事物总是发展的。正如综合网不是永恒的那样，多个不同的业务网并存的状况也不是永恒的，分久必合，合久必分。网络一直在演进，虽然我们无法预期电信网何时、怎样发生革命性变化，但新的业务和应用将促使创新的技术甚至革命性的技术出现，明天的网络将会更好。

[此贴子已经被作者于2005-4-18 17:31:15编辑过]