NGN 下一代的网路和软交换技术

1.NGN与网路演进
1.1概述
我国电信网近年来有了飞速的发展，电信业务量持续的增长，电信业务的收入和网络规模有了很大的发展,在发展速度和规模上均处于世界领先地位，网络的水平有很大的提高。我国移动通信网、数据通信网和多媒体通信网的从无到有为我国的数据和多媒体通信奠定了基础，智能网、各类信息服务台、公众多媒体网的建成为用户提供了广阔的业务平台。很多新技术的应用与世界上先进的国家基本上是同步发展。过去电信网的主要任务是提供话音并在话音传输的基础上附带传输数据，而今后的电信网除继续传输话音业务以外更主要的还要传送数据和多媒体的业务。从当前电信发展的情况看，已有的网路包括电话网， X.25数据网， DDN网，帧中继网以及ATM和因特网都在承担着各种电信业务，但是今后的网应该如何发展呢？关于这个问题业界还有各种不同的看法，较多的看法认为未来的网路是基于包地传送。非凡是随着诸如下一代因特网等新一代网的发展， IP向传统电信业务的渗透和传统电信业务与IP的融合步伐会大大加快。目前无论是运营商还是设备制造商都在不断地探讨下一代网路的特点和新的增长点。
什么是下一代的网路(NGN) ，回答将是五花八门的，应该说他只是一个广义的概念。首先他要满足用户所需要的越来越多的业务和应用，从运营者的观点看光提供简单的业务不再产生足够的效益，要向用户提供范围广泛的、有用的和使用方便的业务。因此下一代网路是受服务驱动的，提供开通新业务的各种手段。从网路上看下一代网路在网路构筑方式上有很大的变更， NGN网路的结构不仅要有利于话音和数据的融合，而且有利于光传输与分组技术的融合、固定与移动的融合，最主要的是一个安全的和保证质量的网路。同时要有成本效率，运营成本应该是低于传统的网路。
1.2下一代网路的主要特点
目前ITU和其他一些国际标准组织度还处在研究阶段，没有明确地和完整的定义，但对于NGN的主要特征已有一些共识。根据可预见的未来业务发展的需要，下一代网路应具有以下特点：
1)下一代网路应支持业务的多样化,包括话音、数据和多媒体业务。支撑宽范围的业务包括实时的/流/非实时的业务和多媒体业务，同时应支持业务的个性化，业务的移动性、开放性和灵活性。
2)下一代的网路将是基于包地传送；
3)将承载能力与控制功能，呼叫/会晤，应用/业务分离
网路体系采用分层结构，即分为核心媒体层、控制层、业务层其中：
--核心媒体层：媒体层是负责将消息从用户的一端传到另一端。(
--控制层：控制层是控制媒体层完成消息的传送、计费、治理和维护。
--业务层(应用层)：负责在基本业务的基础上完成各种附加业务的提供。
---接入层：用户通过各种接入方式接入到核心媒体层。
下一代网路中网路的分层体系是下一代网路的一个主要的特点，它避免了传统电路交换网将各种功能集中在一个接点上的缺陷，不仅将业务的提供和呼叫控制分开而且将呼叫控制和承载连接分开，改变了现有传统的电路交换网中呼叫控制与承载连接紧密捆绑的状况，可以灵活、方便的组织网路和提供业务。
4)业务和网路松偶合并且提供开放的接口
下一代网路应提供开放的业务接口，通过各种标准的接口可以方便地由第三方来完成业务的提供。非凡要将运营公司、设备制造公司、增值业务经营公司、内容提供公司、系统集成公司、通信软件公司的合作发展多种业务。
5)具有端到端的宽带传送的能力。下一代网路的物理承载将主要采用基于WDM的光传输系统。并在光传输系统中逐步引入光交换设备。
6)下一代网路必须要能与传统网的配合，因为无论网路如何演进现有的传统的网路还要继续发挥作用，还要充分利用现有的网路资源因此下一代网路必须解决与传统的现有的各种网路的配合和互通。
7)支持终端的移动性
下一代的网路必须要支持终端的移动性，满足日益增长的移动业务的需要。
8)一代网路应是可方便治理、调度和维护的。
9)下一代网路应是保证质量和足够的安全性和可靠性保证的。
10)下一代网路应是可持续发展的。
由于关于下一代网路还有很多问题需要研究， ITU预计在2004年将有关于NGN的相关建议。
2、关于软交换技术
2.1软交换概述
2.1.1软交换在下一代网路中的位置
软交换设备(SoftSwitch)目前普遍的看法是一个电路交换网向分组网演进的核心设备，也是下一代电信网络的重要设备之一，它独立于底层承载协议，主要完成呼叫控制、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以及多样化的第三方业务。
而且也是下一代网路发展中所采用的理念。它的主要特点是:
-----业务提供和呼叫控制分开；
----呼叫控制和承载连接分开；
----开放的接口，便于第三方提供业务；
软交换在下一代分组网络分层结构中位于控制层面，可用图1示意。它与承载层，信令网、各种接入网关、中继网关等通过相应的协议互通来提供各种服务。
　
图1软交换设备与各种网关以及承载网的连接示意
在图1中，是以软交换为核心的组网的架构，在这个架构中包括各种接入网关、中继网关、信令网关、业务应用平面等。软交换提供多种接入手段包括V5.1的接入， XDSL的接入，无线接入等。软交换主要完成各种呼叫控制，并负责相应业务处理信息的传送。业务应用平面主要是提供多种增值业务。
2.1.2软交换的主要功能
软交换的主要功能包括以下几部分：
-呼叫控制功能
-业务提供功能
-业务交换功能
-互通功能
-SIP代理功能
-计费功能
-网管功能
-路由、地址解析和认证功能
-H.248终端、SIP终端、MGCP终端的控制和治理功能
-七号信令(即MTP及其应用部分)功能
-H.323终端控制、治理功能
软交换的功能结构和协议体系如图2所示。
　
图2软交换系统结构示意图
2.2软交换的成熟性分析
自贝尔实验室1997年提出Soft switch概念以来，在短短的几年时间内，
国际上已经先后经历了实验室阶段、市场推广阶段、应用阶段这三个发展阶段。在众多制造商和运营商的共同推动下， Soft switch产品逐步趋于成熟，功能日益丰富，标准化过程正稳步推进，从而使得Soft switch技术开始走向市场。
目前软交换在国内和国际上较热，普遍认为这是下一代网路的核心部分，并且希望借助软交换来逐渐的替代现有的电路交换网和通过软交换来提供新的业务增长点下面将简单的分析软交换的成熟性
2.2.1功能上的成熟性
软交换(有些厂商也称其为呼叫服务器,或性能服务器)很多厂商最开始提出的出发点是基于：
--将现有的电路交换网逐步地向IP网过渡，替代传统的电路交换网；
--现有的基于H.323的IP电话业务比较单一,希望通过软交换的实施能向用户提供更多的业务，至少在电话业务方面能获得与传统的电路交换网所能提供的相同的业务。如主叫号码显示，呼叫转移等业务。以次逐渐替代现有的电话网。
在网路演进中，越来越多的运营商和厂商意识到尽管数据业务在飞速发展但话音业务仍是主要的业务量，且是电信收入的主体。因此厂商的注重力还是集中在如何提供话音上。尽管大家都谈到软交换是下一代网路的核心，但目前软交换主要考虑以下方面：
--在IP/ATM网上提供软交换的控制设备将现有的长途话务通过软交换控制的网路旁路。实际上提供电话的中继交换。
--软交换的第二步是旁路整个的电话网，让用户通过接入网或通过终端的接入设备直接接到软交换控制的网路上来提供话音业务。也就是提供本地电话业务。
上述两个方面应该说是软交换首先也是需要重点考虑的问题，非凡是对于新的运营公司在建设电话网的时候希望能够采用新的技术来建设网路。软交换无疑是一些运营商的选择。
而各厂商对于软交换的定位是作为下一代网路的控制部分，也就是它不仅提供目前所需的电话业务同时也应在提供话音的基础上进一步的提供数据业务和多媒体业务。要为提供新的业务创造条件所以软交换还应能：
---通过各种IP终端(H.323终端、SIP终端)在软交换的控制下直接向用户提供各种业务。
--通过无线接入网关，能够提供移动电话业务，
--通过各种接入网关获得IP网的数据和多媒体业务；
--通过与智能网及与第三方应用服务器提供更多的服务。
在上述这些软交换的功能上，比较成熟的是提供固定电话业务，非凡是固定电话的转接业务。在提供端局功能方面由于需要提供很多补充业务因此必须提供与补充业务的相关的功能和协议的支持，目前一些软交换设备虽然具有相应的功能但是使用还不是很广泛，它的成熟性与转接话务相比还要差一些。
而软交换的移动功能的提供比固定网络更为困难。首先引入了移动软交换概念，此后才定义了采用SIP信令在分组域对多媒体业务进行控制的机制。移动网无论是3GPP还是3GPP2网路演进的目标与固定是相同的，并且根据移动网的特点采取分步实施。同时为了支撑在各种环境下全球的移动性，需要在控制层开发相应的网路功能。非凡是：
---识别和证实机制
----接入控制和鉴权控制
----位置治理
----终端和会晤地址分配和治理
----支撑用户环境的治理
----用户性能的治理
----接入到用户数据
目前提供商用的移动交换系统都是基于R99 。在2002年底以后，一些厂家能够提供基于R4 ，在R4的产品中开始引入了软交换的概念。目前，基于R4的产品在标准上应比较成熟，但没有各厂家间进行互联测试的经验。
因此目前软交换在移动网中的应用也是限于提供电话业务，并承担中继交换的功能。还不具备移动性的功能。
目前软交换在移动网中的引入也是分步骤发展的首先提供的是：
---Tandem的功能
在这种情况下他与固定网的软交换、媒体网关应用模式基本一样，主要解决移动网与固定网之间的IP互通。软交换还没有移动性的功能，无法支撑面向移动领域的业务。
---GMSC (Gateway MSC)
软交换的地位相当于Gateway MSC ，具有移动性概念，和HLR通过MAP/IS41接口，定位移动用户，支持新的移动性业务。
---VMSC (Visited or Serving MSC)
第三步才真正在VMSC中提供软交换的功能。
因此软交换在移动方面的成熟性与固定网一样主要是替代传统的汇接网部分提供IP电话。
2.3协议的成熟性
2.3.1软交换的协议体系
软交换的协议要求包括：
---与中继网关间的H.248协议，
---与NO.7互通的SIGTRAN协议
---与IP终端的SIP,H.248 ， MGCP协议
---与现有智能网的INAP,CAP,MAP协议
---与现有H.323IP电话网的H.323协议
---与其他软交换的SIP-T/BICC协议
---与接入网关间的的各种协议
---开放的API的协议
有关软交换的标准、协议是网络融合的要害。现在包括设备制造商、业务提供者在内的业界都在为标准制定工作而努力，希望把先进业务、语音应用引入到数据网中，并能和传统网络顺利融合。现在的标准工作主要涉及：互操作性；媒体控制协议(如MGCP、H.248) ，软交换机之间的通信(如SIP-T,BICC) ，扩展业务平台的协议和API；符合国际电话连接标准；安全标准；利用软交换传送高级业务等方面。相关的标准主要有H.323、MGCP、SIP等。但相关的软交换标准还有待完善、统一和被广泛接受。软交换所面临的首要的也是最主要的挑战就是多协议，即软交换所支持的协议很多，而且这些协议分别来自不同的标准化组织，这为技术研究、设备生产通信运营等各方面都带来了很多协调方面的困难。目前国内在协议的标准化工作中作了很多工作一些协议应经标准化了还有一些正在制定的过程中。
目前国内已经制定和正在制定的相关的协议如下表所示：
【NGN 下一代的网路和软交换技术】
2.4软交换的组网方面成熟性
从网路的角度看软交换的组网方面还有许多需要研究的问题：
----多个软交换的协同工作
目前软交换的实验基本是在一个软交换的基础上作的,现在某些运营商也开始进行多个软交换的试验，从网路的角度，采用单个软交换系统的方案只适合于小型运营商,在小型网络中迅速实施，但对于大型电信运营商来说，要构建覆盖全国的软交换网络，不论从扩展性到互联互通性以及业务提供的能力都有较大的限制。但在采用两个以上的软交换组网时将涉及到软交换系统之间的通信，这方面的协议尚不够标准化，每个厂家所能提供的协议也是不一样的，因此不同厂家之间的软交换的配合和互通目前还不够成熟。
----软交换的分级问题
假如软交换能解决多个软交换的协同工作，那么，应该采用怎样的网路等级呢？是采用一级还是多级，有些厂商也认为假如采用一级体系时，即使采用多个软交换方案，该方案也只适合于中型运营商在中型网络中实施。对于大型电信运营商来说，因为该方案组建的是一个平面的网络，其扩展性同样难以满足覆盖全国的电信级运营商的需求。因此，有的厂商甚至提出软交换也分成端局一级和汇接一级。假如将端局业务通过全网统一的业务点来提供，则由于过于复杂的流程交互和媒体流控制，使得业务提供的效率很低，而且可能损害部分业务特征，并降低业务改进的灵活性。在组网方面也有提出在软交换的网路中设置多级位置服务器的的网路体系。所以软交换的网络组织问题还不太成熟.还有一些问题需要研究。
2.5第三方提供业务方面的成熟性
由于开放接口的标准化工作尚未完成，因此尽管一些厂商可以提供一些第三方的业务，但还是限于同一个厂商的设备。不同厂商设备的配合和业务的提供并不很成熟。
3.目前国内软交换发展需要解决的一些问题
目前各个运营商纷纷开始进行Softswitch技术的测试和试验，随着软交换设备各项性能及实现功能的逐步完善，如何在整个电信网上全面运行，还需解决以下几个问题：
3.1地址问题
Softswitch设备作为包交换网中的节点，必须具有唯一的网络标识号(在IP网中即为IP地址) 。而这一标识号一般是有限的，不能任意分配。随着软交换网络规模的扩大和用户接入数量的增加，这个问题将越来越突出。一个现实的解决办法是启用私有标识号，但随之而来的就是公私标识号的映射问题。设备的标识是软交换网络建设中最基本的问题，也是下面讨论的路由问题的基础。