NGN之路—十字路口的思考

2019-11-03 19:17:39

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供稿：网友

邬贺铨

　　摘要：本文从目前网络业务和技术的发展现状出发，描述了下一代网（NGN）的概念和特征，同时指出在向NGN演进中，其传送平台、城域网与接入网和移动通信系统的可能发展方向以及需要进一步解决的问题。

　　关键词：软交换、自动交换光网络、多业务传送平台、第三代移动通信、NGN

前言

　　随着业务和技术的发展，一百多年来电信网络体系经历了重要的演变。从模拟到数字是电话网时代有代表性的技术革命，因特网的崛起是其中又一个重要的里程碑，移动通信业务的发展和迅速普及则进一步开拓了电信网技术和应用的新领域。新世纪之初种种迹象表明网络还将面临更大的变化，电信网将演进到信息网，这是由于网络业务的变化所决定的。

到2001年底，全世界电话用户数已近20亿，其中固定电话、移动电话约各占一半，固定电话略多一些，因特网用户数接近5亿。据国际电联报道，2002年移动通信用户总数已经超过固定电话用户。按照现在的发展速度，因特网用户数（包括无线互联网用户）也将在四、五年内超过固定电话用户数。这种业务结构演变的趋势在中国也不例外。另一方面，数据业务发展很快，但所占投资和消耗带宽与收入不成比例。ip收费模式对传统电话收费模式的冲击不断缩小电信网的赢利空间，移动用户的增长与ARPU（平均每用户贡献的电信收入）的下降同样很快，电信业超高速发展和高利润时代难以再现。

　　在过度投资而又需求不足情况下，全球电信业落到低谷，电信界期待着开发出适合人们需要的能刺激电信业发展的新业务与应用，例如像移动电话、Internet那样足以改变人们工作和生活的业务和应用。而这些未来的新业务与应用需要新技术或新的网络体系来支持，因此可以说电信网业务和技术目前都走到了发展的十字路口，电信网技术面临换代的前夜。

下一代网产生的背景

　　现在的电信网对电话业务是相当成熟和有效的，但以电话网来传数据的方式难以适应高速数据业务的日益增长，因为用电路交换方式来传送分组交换的数据效率有限。就效率而言，因特网是一个对无连接业务优化的网络。但面对指数增加的IP业务量，也暴露出其始料不及的可扩展性问题，安全性也令人担忧。此外，因特网虽也可以传送电话，但现有的IP电话质量难以令人满意。对移动通信业务而言，目前的因特网还不具有在不同接入网上的业务可携带性，即还需要增加移动IP能力。当然可以将电话包括移动电话和数据业务分到不同的网络来承载，发挥各自所长，但从网络资源的利用和管理以及用户的使用方便特别是多媒体业务的发展考虑，总是希望网络能够成为多业务平台，下一代网（NGN）或者说信息网就成为人们的期望。

　　什么是NGN呢？目前仅有ETSI对NGN给出了定义：“NGN是一种规范和部署网络的概念，通过使用分层、分面和开放接口的方式，给业务提供者和运营者提供一个平台，借助这一平台逐步演进以生成、部署和管理新的业务。” ITU在一些文件中对NGN提出如下的解释：“NGN表示了实现全球信息基础设施（GII）的关键技术。NGN 被看作是GII的‘网络联邦’（用IP能力增强的传统电信、广播和数据网的联合）的一部分。这一概念使人们能够在任何时间、任何地方和以可接受的价格与质量安全地使用一组包括所有信息模式和支持开放式多种应用的通信业务。”上述笼统提法没有给出NGN与现有网不同的特征，与其说定义不如说反映了人们的愿望。

　　ITU-T列出如下七方面作为NGN的基本特征：（1）基于分组传送；（2）控制功能与承载能力、呼叫/会晤及应用/业务能力分离；（3）通过开放接口，业务的提供与网络独立开发；（4）支持广泛类型的业务包括实时、流媒体、非实时业务和多媒体业务；（5）具有端对端透明性的宽带能力；（6）与现有网互通；通用移动性；（7）用户无拘束的接入和对业务的自由选择能力。

　　从这些特征可以归纳出NGN将是基于IP协议且有电信业务质量（QoS）保证的网，宽带化和移动性是其基本能力。之所以选择IP作为NGN的统一协议并非认为其足够理想，而是因为它已无处不在。不过也有人认为若用QoS来改造IP，则可能又回到类似ATM的老路。因此，NGN的QoS要求，及其在IP基础上的实现方式是当前研究的热点。但目前除了IntServ（综合服务）、DiffServ（区别服务）和MPLS（多协议标签交换）外还没有更有效的方法。DiffServ将有限的网络资源按需安排到优先级别高的业务。MPLS结合分组选路和电路交换技术，分离控制面与转发面，利用类似于信令的标签分配协议（LDP），实现用第二层的面向连接来支持第三层无连接方式的包的传送。它加快了数据包在业务节点的转发过程，也有利于流量管理，方便组织VPN和支持话音等实时业务。这是将电信网技术引入IP网的一个比较成功的例子。

宽带综合多业务平台 —— 城域网和接入网的发展

　　传统的电信网按照长途网、本地网和接入网来划分，现在逐渐过渡到以核心网、城域网、接入网和用户驻地网（CPN）来分割。核心网变得越来越简化，网络的复杂性推到边缘。计算机网中应用的城域网概念在电信网中进一步扩展，这是一个适于发挥千兆以太网和万兆以太网技术的场合。

　　以太网技术最近几年系统比特率迅速提高，单位带宽的成本显著下降，而且工作模式已从广播式扩展到点到点和全双工。由于其易于连接、简单及可扩展性，过去只用在LAN中的以太网技术将进入公用网。但公用网的应用需要增加多业务传送平台（MSTP）的特性，对以太网技术提出很多新的挑战。例如，对在以太网上传输的实时信号需要提供QoS措施，在公网上应用还需要具有计费和维护管理功能，对共享以太网的用户需要逻辑隔离。针对这些要求已有一些解决方案。前述在IP网上改进QoS的技术也可用在以太网上，此外对TDM信号打包，并对每个包都插入时间标签,可以在接收侧消除抖动恢复时钟，实现了TDM over IP和TDM over Ethernet，为利用分组网提供电路仿真业务开辟了新的方向。

　　随着光纤到小区或到大楼，所谓“最后一公里”实际上只有数百米，但接入网的复杂性和多样性并没有降低，其作为多业务接入瓶颈的重要性更加突出，宽带化、资源动态分配和安全性管理也是下一代接入网的主要特征。基于SDH或ATM的MSTP、VDSL和EPON都在改进，力图适应这一要求。工作在较高频段的WLAN结合了以太网和宽带无线技术的优势，在最后的几百米内以其灵活性和高带宽挑战光纤和铜线接入系统(例如802.11b的WLAN系统工作在2.4GHz射频,在22MHz信道带宽内，可支持高达11Mbit/s的业务,覆盖范围达数百米),在NGN的宽带接入技术方面将占有重要位置。有竞争力价格的WLAN网卡使便携PC容易获得无线上网能力,为在公众场所随时随地上网提供了可能。

第三代移动通信

　　移动通信的换代特征十分明显，第一代移动通信基于电路交换、模拟信号、频分多址（FDMA）方式。第二代移动通信仍然基于电路交换，但采用数字信号，多址方式为时分（TDMA）或码分（CDMA）。即将投入应用的第三代移动通信（3G）的主要模式还是CDMA，与前两代主要的不同是宽带分组交换。2000年由ITU、随后于2001年由3GPP（第三代移动通信伙伴组织）确定的3G无线接口技术的主流标准有三个，即WCDMA（主要为欧洲、日本提议）、cdma2000（主要为美国提议）和TD-SCDMA（由中国提议）。

　　WCDMA、cdma2000和第一代、第二代移动通信一样都是基于频分双工（FDD）方式，上、下行使用不同的频段。两者的不同主要在信道带宽、码片速率等方面。WCDMA以5MHz为信道基本带宽，将基本码片速率定为3.84Mcps，在一个完整的信道内使用直接扩频调制。此方案充分考虑了与GSM系统的互操作性和对GSM核心网的兼容性。cdma 2000基于cdmaOne的平滑升级，其中cdma2000－1X直接使用cdma One的一个基本信道（带宽1.25MHz），1X所支持的业务速率可达307kbit/s，1XEV-DO最高可达2.4Mbit/s，而1XEV-DV可以兼容语音和数据，其数据速率最高可达5.2Mbit/s。cdma2000原设计还可通过频分复用使用cdmaOne的3个基本信道进行多载波扩频调制，这称为cdma2000－3X，预期能够进一步增强数据传输速率，但由于1XEV的发展，3X的必要性似乎不大。

　　TD-SCDMA则基于时分双工（TDD）方式，1.6MHz信道，低码片速率（1.28Mcps），在同一频段内依靠按需动态分配时隙来适应上、下行信号的带宽需求。这一方式不仅节省频带而且能灵活匹配宽带信号天然的上、下行不对称性。TD-SCDMA的多址方式不是单纯的码分，而是在时分的基础上再码分，由于同时采用TDMA与CDMA技术，适于兼容GSM的网络。TD-SCDMA依靠智能天线技术通过基站的一组天线跟踪并定位移动终端，检出多径时延差并自适应抵消，避免了多径干扰，通过波束成形对准移动终端的位置发射，减少了多址干扰。根据对移动终端测距的结果，基站可控制各终端的发送信号的相位，使得在基站接收机前收到的各终端信号基本同相，这种同步方式减少了在TDD环境下多址干扰的影响。

　　由于在通信过程中基站控制器通过基站能时刻掌握移动终端的位置，可由基站控制器视移动终端的位置和可用的信道资源来指挥终端的切换，这种切换方式不同于WCDMA和cdma2000由终端发起的软切换，它被称为接力切换。TD-SCDMA不及前两种方式之处主要是可承受的终端运动速度。ITU规定TDD方式应能支持120km/h，FDD方式应能支持500km/h。对于城市地区，120km/h的运动速度几乎可以覆盖所有情况了。由于TD-SCDMA使用智能天线，其频谱利用率高于第三代移动通信中其他方式，特别适于高话务密度地区使用。

　　鉴于3G标准目前的格局和欧、美对各自标准情有独钟的情况，3G用户的世界漫游只能寄托于多模和多频的终端，甚至要求和2G终端兼容。这增加了3G终端的复杂性，推迟了3G的面市时间，更为关键的是还未开发出非3G不可而又为广大用户认可的业务及应用。不过3G高效的频谱利用率不仅对宽带业务就是对话音仍然十分有吸引力，大城市频谱紧张的局面期待3G来缓解，而且随时随地高速上网和视频流媒体将会有可观的市场前景，总之对3G既要有信心还要有耐心。对带宽和更高频谱利用率的要求是无止境的，在3G尚未商用时，面向超高速多媒体业务（下行30～100MHz、上行3～30MHz）的后3G或准4G的研究已经开始了，有可能工作在5～6GHz，将采用更加高效的调制和多址方式。

结束语

　　上述技术为NGN的目标实现提供了一定的基础。但站在十字路口往前看,目前NGN的研究中仍有一些问题未看到有效的解决，例如端到端的QOS、安全性、对流媒体业务的支持、组播与广播、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。

　　为此ITU列出如下七个研究领域：NGN体系原则、功能体系模型、端到端的QOS、业务平面API、网管、安全性和通用移动性。这些研究还有待深入，但以下的趋势已经出现，即电信业务将从电话扩展到数据、多媒体、流媒体，从固定扩展到移动，从电路型发展到分组型，从基本业务扩展到增值业务，从大众业务扩展到客户化业务等问题。交换和选路功能将从网络层延伸到物理层、网络的智能从核心移到边缘、从IP over everything 发展到IP under everything、作为多业务平台其业务控制与承载资源分离，控制面和管理面界限将淡化。虽然目标和趋势是清楚的，但实现NGN之路还没有定论，更谈不到理想的唯一的解决方案。

　　人们对NGN倾注了太多理想，但电信标准的发展历史表明，看上去理想的全能的网络往往并不成功。电信界总是希望有一个综合的网络能一网打尽，如ISDN、B-ISDN......，但总是一次又一次未达到预期目的。NGN的综合之梦能实现吗？在不放弃追求最高境界的远大目标的同时，用多个不同的业务网的组合来支持我们所需的各种业务可能是较为现实的解决方法。只要接入是综合的，从用户的角度来看就是综合网，或者说是虚拟综合网。3G采用公共的接入技术通过电路交换域、分组交换域和多媒体交换域，分别处理不同的业务类型的方式就是现实的例子。当然，用多个业务网分别支持不同的业务并不意味着目前的网络技术已经满足业务要求了。电话网和Internet网分别对电话和数据业务是有优势的，但就各自所支持的单一业务而言也仍然需要改进。上述提到的为NGN准备的一些技术对电话网或Internet也是有用的。

　　无论如何，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和怎样发生革命性变化，但新的业务和应用将催生创新的技术甚至革命性的技术出现，明天的网络将更好，至于是否是我们想象的NGN可能并不重要，因为NGN之后还会有NGN。

摘自　通信市场

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