下一代网络——NGN

2019-11-03 19:18:53

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供稿：网友

文武，肖寒春　重庆邮电学院

　　摘　要：下一代网络（NGN）是可以在电信网、计算机网和有线电视网3种互联互通的网络上提供语音、数据、视频的新一代网络，它实现了业务与网络的分离，并采用开放的体系结构，使NGN能够提供丰富的多媒体业务，NGN时代的到来也就成为电信网络发展中的一座重要里程碑。

　　关键词：下一代网络；业务驱动；软交换

1　NGN的网络基础

　　随着数字技术的迅速发展和全面采用，把语音、数据和图像信号编码成“1”、“0”符号进行传输，从而电信网、计算机网和有线电视网有了共同语言，使得上述网络合三为一成为可能。所有的业务在数字网中成为统一的0／1比特流，因此，语音、数据、声频和视频等各种内容无论其特征如何都可在不同的网络中自由传输、交换以及进行选路处理。合并后的网络必然有高要求的带宽和传输质量，大容量光纤通信技术的发展，从传输平台上为三网融合提供了技术条件，使网络容量这一困扰网络发展的制约因素得到了解决。基于Voip技术的IP协议在三网上的普遍应用，使得各种以IP为基础的业务都能在不同的网上实现互通而无须关心下层基础网络。统一的通信协议实现了用户网到接入网和到核心网，即整个网络各个端到端的透明连接。这样，将电信网、计算机网和有线电视网合并在一起进而演进成NGN，则是支持在同一个高性能网络平台上运行同一协议族的语音、数据、视频等各种综合业务，既有Internet的灵活性，又能为语音等实时业务和重要数据提供质量保证。从电信发展的现状来看，业务提供成为市场关键，而NGN恰好提供了能运行灵活多样的综合业务的网络平台，所以NGN这一结合多种网络优势和特点的全新的网络体系结构已经成为国内外电信运营商及制造商关注的重点，并已经在逐步构建。在研讨NGN时，不得不注意到它的内涵实际上是非常广泛的，从当前网络及近期发展来看，以智能光网为核心的下一代光网络，以MPLS和Ipv6为重点的下一代IP网络以及3G，4G的下一代无线通信网络都在NGN的探讨范畴当中，而下一代IP网络以及结合PSTN的NGN则是广大运营商关注的热点。

2　NGN的概念

　　NGN并不是电信网、计算机网和有线电视网的物理结合，它主要是在高层业务应用上的融合，在网络层上实现互联互通，在应用层上使用统一的IP协议，所以，NGN明确的概念是：NGN是以业务驱动为特征的网络，让电信与电视和数据业务灵活地构建在一个统一的开放平台上，构成可以提供现有3种网络上的语音、数据、视频和各种业务的网络解决方案。从NGN的概念出发，可以看到NGN的一个核心思想：媒体与业务分离，媒体与控制分离，即业务驱动，业务与网络分离。用户可以自行配置和定义自己的业务特征而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，从而满足用户不断发展更新的业务需求，也使得网络具备了可扩展性和快速部署新业务的能力，使网络运营者更具竞争力。图1给出了NGN的分层结构，它在功能上可分为4层，从中可以看出，由于媒介层的设备不需要知道业务逻辑，所以媒介层设备的成本有所降低，从运营商的角度来看，这也是 NGN受其青睐的另一原因。

　　（1）接入层，将用户连接至网络，集中用户业务并传递至目的地，从图1的NGN分层结构可以看到有各种接入方式，如无线接入、IP汇聚等。

　　（2）媒介层，将信息格式转换成为能够在网络上传递的信息格式，例如将语音信号分割成IP包。

　　（3）控制层，提供呼叫控制和连接控制功能。引入独立的软交换设备（Softswitch），它是网络控制层的核心，为NGN提供统一的控制平台，并通过网络业务层引入IN、网管以及面向数据的各种业务。

　　（4）网络业务层，提供增值业务、业务开发平台和第三方可编程接口。

3　NGN的核心——软交换

　　软交换的基本含义就是把呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过服务器或网元上的软件实现基本呼叫控制功能，包含呼叫选路、管理控制、连接控制（建立会话、拆除会话）、信令互通（如从SS7到IP）。软交换是NGN的控制功能实体，是NGN呼叫控制和连接控制的核心。它独立于底层承载协议，完成呼叫控制、媒体网关接入控制、资源分配、协议处理、路由、认证、计费等主要功能，并可以向用户提供现有电路交换机所能提供的所有业务，并向第三方提供可编程能力。因为NGN是一个融合网络，网络必须互通，这是NGN发展的关键。软交换通过对各种媒体网关的控制实现不同网络之间的业务层融合。软交换作为控制中心，通过网关发出信令，控制语音／数据业务通路。在NGN体系结构中，软交换是开放的体系，信令转换（即用一种信令建立呼叫，用另一种信令结束呼叫）通过相应的协议来实现。支持的有H．248／MeGoCo，SIP，SigTran，BICC，H．323等多种协议。

　　（1）H．248／MeGoCo协议。该协议是ITU和IETF取得共识，共同推荐的一种网关控制协议，用于媒体网关控制器和媒体网关之间的通信。它提供控制媒体的建立、修改和释放机制，同时可携带某些随路呼叫信令，支持传统网络终端的呼叫。H．248／MeGoCo协议实现了在NGN中业务与控制分离，业务与承载分离的关键部分，在构建开放的多网融合的NGN中发挥着重要作用，得到了厂商的广泛支持，成为NGN关键的媒体网关控制协议。

　　（2）SIP（session initiation PRotocol）协议。按照IETFRFC2543的定义，SIP是一种基于文本的应用层控制协议，独立于底层协议，用于创建、修改和终结IP网上的多媒体会话或呼叫。这些多媒体会话包括Internet多媒体会议、远程教育、Internet电话等应用。SIP协议借鉴了HTTP协议和SMTP协议，具有支持代理、重定向、登记定位用户等功能，并支持用户移动，可在TCP或UDP之上传送，由于SIP本身具有握手机制，可首选UDP。从目前情况来看，因为应用SIP协议的下一代IP网络倍受关注，支持SIP协议的厂商正大幅度增加。SIP协议已被广泛接受，包括3G移动多媒体在内的多媒体业务与应用的核心协议。NGN中基于SIP的号码移动性的研究也成为了目前关于NGN的一大热点。

　　（3）SigTran协议。SigTran是在IP网络中传递电路交换信令（主要是七号信令）的协议，通过信令网关实现。它是强调NGN与PSTN结合时应用在IP　　网络上传递PSTN信令的协议，包括SCTP（流控制·001·传递协议）、M2UA（MTP2用户适配）、M3UA（MTP3用户适配）、SUA（信令用户适配）、M2PA（MTP2用户对等适配层协议）。在我国的规范中，信令网关用于七号信令网与IP网的互通边缘，对信令信息进行中继、翻译或终结处理。

　　（4）BICC协议。BICC协议是ITU－T制定的与承载无关的呼叫控制协议，解决了呼叫控制与承载控制分离的问题，使呼叫控制信令可在各种网络上承载，包括MTPSS7网络、ATM网络、IP网络。

　　（5）H．323协议。该协议是ITU－T制定的IP电话和多媒体通信协议，在分组网上提供实时音频，视频和数据通信标准，即提供VoIP和多媒体应用。

　　从NGN的概念和支持软交换的协议出发不难得到NGN的组网结构（如图2），图2中的实线表示实际连接线路，虚线表示通信协议，虚线上的字符表示NGN涉及到的主要协议。可以看出，Softswitch 和信令网关SG（signaling gateway）之间的通信协议是SigTran和Softswitch之间的通信协议，也是BICC，Softswitch和媒体网关MG（media gateway）之间的通信协议（H．248／MeGoCo），终端与Softswitch之间的通信协议针对不同的终端类型采用相应的协议，如H．323或SIP，在图2中注意连接到应用服务器Parlay／Jain API，它是第三方开发商（third party）和应用服务器（application server）之间的可编程的、逻辑化控制的开放通信协议，提供了对第三方应用和各种增值业务的支持功能，实现了网络与外部应用平台的互通。

4　NGN提供的业务

　　NGN中各个功能模块独立发展，同时又有机地组合成一个整体，这种开放性以及软交换开放的体系使得我们越来越关注到开发运营用户真正需求的各种电信业务，而不是去担心不同设备的互连互通问题。NGN实现了业务与网络的分离，又使新业务的开发变得更为高效和多样化，同时，NGN集中了各个网络的资源，各个网络的用户共享这些网络提供的业务，甚至是全球性的，比如在呼叫过程中同时获得Internet的资源。由于使用了例如IP网络来作为传输的载体，也使得这种业务的成本相对低廉，这不管对于运营商还是用户来讲都是非常欢迎的。这是NGN继承了原由PSTN网络的所有业务，同时又把大量的数据传输卸载到IP网络，使PSTN网络的负荷得以减轻，又易新增和加强以IP技术为特征的业务，例如：①入口业务，针对用户的终端环境为其提供个性化的业务环境，包括监控、协调功能；②增强型多媒体会话业务，即多方会话且不会因为会话方终端的变换而终止会话，同时引入增强型会话等待，允许用户处理实时的呼叫；③建立移动与固定、移动与移动、固定与固定电话之间的可视呼叫；④在个人业务环境或Web会议中，提供Click to Dial业务直接对在线用户或服务器发出呼叫；⑤通过Web browser来组织多方的多媒体会议；⑥语音识别业务；⑦文本到语音，再到文本的双向转换；⑧手机定位业务；⑨个人路由策略，根据不同的时间，系统对照用户的Routing Profile有选择地把呼叫转移到不同的话机上；①0增强型的呼叫功能。

5　小结

　　作为NGN控制核心的软交换结合了传统电话网络可靠性和IP技术灵活性、有效性的优点，是传统的电路交换网向分组化网络过渡的重要网络概念。但是NGN的发展不仅在于软交换，还在于各层技术的全面进步，如DWDM，光网络技术，API接口技术，无线在内的各种宽、窄带接入技术（如LMDS，XDSL等）。由于对NGN的构建还处于起步阶段，我国关于NGN网络的部分相关标准（包括在NGN框架体系研究、组网设备及组网协议的标准）也都还在制定当中。

　　目前，电信运营商在电话网的语音业务方面已经趋于成熟。但是，由于NGN刚刚起步，国内外还没有大规模的组网和运营，全球的电信运营商和设备制造商在NGN的研究实验当中，包括NGN体系结构和协议、网络控制和端到端的QoS、业务平台、网络管理、网络安全和移动性管理。现在已能提供语音的解决方案，而基于IP的新业务和多媒体业务还待开发。不能忽略的是其中出现的重要问题，特别是全面的QoS解决方案（如用户评估的QoS、应用的QoS、访问Internet的QoS、Web下载的时延、VoIP的QoS等）和网络安全问题（如数据、系统、网络的授权访问和使用，网络上数据、话务的授权监控，对于任意用户、主机、网络的业务接口限制，防止TCP／IP包或其它Web，E－mail信息的伪造等）都是非常值得关注且必须解决的问题，因为QoS的保证是任何网络发展成熟的关键。NGN业务多样化，其业务管理也是一个必须重视的问题。总的看来，虽然NGN相关技术（如软交换、IP技术、无线技术、互联网数据技术等）还需要相当长的时间来发展完善，但通过上面的讨论也让我们看到了NGN的美好前景。

参考文献：

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［5］　李艳军．NGN网中基于SIP的号码移动性研究［D］．重庆：重庆邮电学院，1999．

摘自　北极星电技术网

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