下一代網絡核心技術和發展趨勢范文

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摘要固網智能化、IP化，移動網絡帶寬的提高、業務多樣化以及IPTV極大改變了以前各個網絡功能單一的局面。電信網、Internet網、有線電視甚至是移動網絡，彼此之間業務的滲透越來越多，關于下一代網絡和三網融合的觀念逐漸越來越多得被人們提出和接受。本文以NGN為核心，介紹了下一代網絡的概念，各網絡之間融合存在的問題，相關技術以及未來的發展。

關鍵字NGN；軟交換；IMS；IPv6；IPTV

1下一代網絡的概念

下一代網絡(NGN)，下一代Internet(NGI)在九十年代逐漸被人們提出來。很久以來關于NGN和NGI的詳細內容具體沒有一個特別詳細的模型，是人們對未來網絡的一種設想。NGN和NGI都是下一代網絡的含義，技術上也有很多相同涵蓋的內容，但是，兩者的出發點是不一樣的。NGI的概念是建立在現在Internet網的基礎上，主要研究下一代Internet的發展，而NGN的概念要更加廣泛一些，涵蓋但是不局限于Internet。

ITU關于NGN最新的定義是：NGN是基于分組的網絡，能夠提供包括電信業務在內的所有業務，能夠利用多種寬帶且Qos保證的傳送技術；其業務相關功能與其傳送技術相獨立；NGN使用戶可以自由接入到不同的業務；NGN提供商支持通用移動性，允許為用戶提供始終如一的、普遍存在的業務。雖然NGN涵蓋的內容比較寬泛，但是網絡和業務分離是下一代網絡的基本特征，其承載網絡以現在流行的IP網也逐漸成為一個不爭的事實。拋開平臺的不同和終端的差異，為用戶提供始終如

一、普遍存在的業務是下一代網絡發展的終極目標。這也是三網融合，固定移動網絡融合的理念。

2下一代網絡的融合的核心技術

2.1電信網絡和Internet網絡

電信網絡基于傳統的電話網絡，是以電路交換為基礎的封閉網絡，業務能力單一，網絡和業務緊密結合在一起；固網智能化，在一定程度上實現了業務和承載的分離，但是還不足以勝任網絡開放化的重任。而與此相比，Internet網絡是建立在分組基礎之上，通過IP協議屏蔽鏈路的差異，實現上層業務透明的端到端的傳送，進而促進了Internet上業務的豐富和繁榮。

從經營理念上來講，電信網是從商業運營網設計理念出發；互聯網是從開發業務平臺的角度出發。雖然兩者的商業模式完全相反，但是誰也離不開誰，目前互聯網是以寄生網的形式與電信網共存，而寬帶IP業務也是電信業務的主題。目前電信新發展的業務以及全部IP化，其賴以生存的電話業務也在IP化，電信網上承載的業務(企業網的業務)也已完全IP化，電信網業務的全IP化趨勢已完全確定。電信網業務全IP化趨勢的確定也決定了承載網技術，即電信網將建立在以IP技術為基礎的承載網上。

2.2軟交換

軟交換是從英文Softswitch單詞翻譯過來，思科系統亞太區NGN/VoIP首席技術顧問殷康認為，這個單詞翻譯不是很確切，Softswitch這一術語借用了傳統電信領域PSTN網中的“硬”交換機“switch”的概念，所不同的是強調其基于分組網上呼叫控制與媒體傳輸承載相分離的含義。鑒于我國電信業歷來將名詞屬性的、設備概念范疇的switch譯為“交換機”，而將動名詞屬性的switching譯為“交換”，殷康認為把它翻譯成軟交換機更確切些。

軟交換是一種正在發展的概念和技術，核心是一個標準化協議和應用編程接口的開發體系結構，以便提供更廣泛的應用和業務平臺。軟交換的核心思想是通過硬件軟件化的思想來實現原來交換業務的控制連接和處理，可以同時在同一個網絡上同時提供語音、數據以及多媒體業務。軟交換的體系結構如圖1所示。圖1軟交換的體系結構

由圖1所知，軟交換體系結構分為業務/應用層、網絡控制層、核心交換層和邊緣接入層。邊緣接入層，負責將各種網絡和終端設備介入軟交換體系機構；核心交換層，對各種不同的業務和媒體流提供公共的傳送平臺，多采用基于分組的傳送方式，目前比較公認的核心傳送網為IP網或ATM骨干網；其主要實體為軟交換設備，實現網路控制層，完成呼叫控制、路由、認證、資源管理等功能；業務/應用層，在呼叫控制的基礎上向最終用戶提供各種增值業務。

在軟交換系統中，IP承載使網絡調整更為靈活，同時也使媒體能力增強，進而帶來一些新的業務，增強運營商網絡的網絡價值。另一方面，軟交換分離的架構使得網絡部署更靈活，可以有效降低運營商網絡的建網成本和運營維護成本。由此可見，IP承載的變化是對傳統網絡的一個革命性的改變。軟交換是NGN發展的一個重要技術未來。

2.3IMS

IMS(IP多媒體子系統，IPMultimediaSubsystem)在3GPPRelease5版本中提出，是對IP多媒體業務進行控制的網絡核心層邏輯功能實體的總稱。隨后又在R6、R7版本進行補充。R5 版本主要側重于對IMS基本結構、功能實體及實體間的流程方面的研究；而R6版本主要是側重于IMS和外部網絡的互通能力以及IMS對各種業務的支持能力等。R7階段更多的考慮了固定方面的特性要求，加強了對固定、移動融合的標準化制訂。IMS的體系結構如圖2所示。

圖2IMS的體系結構

IMS體系機構從上向下分為四層：應用層、控制層、承載層和接入層。應用層主要實現傳統的電話業務、智能網的接入以及提供基于SIP的非傳統電信業務等；控制層主要完成基本會話的控制、SIP會話路由控制等功能；承載層采用具有QoS保證的IP網進行承載；接入層主要完成各類SIP會話的發起、終結，完成與傳統PSTN/PLMN間的互聯互通。

軟交換和IMS子系統都可以作為NGN呼叫控制的體系結構，以IP為承載網絡，實現業務和承載分離，但是軟交換和IMS技術存在較大差異。軟交換重點解決PSTN的IP化，需要完全繼承PSTN的業務之上提供一些新的業務。IMS重點考慮IP多媒體業務，包括流媒體、視頻以及文本綜合業務，源自對移動網絡的研究。

IMS和軟交換最大的區別在于以下幾個方面。①在軟交換控制與承載分離的基礎上，IMS更進一步的實現了呼叫控制層和業務控制層的分離。②IMS起源于移動通信網絡的應用，因此充分考慮了對移動性的支持，并增加了外置數據庫——歸屬用戶服務器(HSS)，用于用戶鑒權和保護用戶業務觸發規則。③IMS全部采用會話初始協議(SIP)作為呼叫控制和業務控制的信令，而在軟交換中，SIP只是可用于呼叫控制的多種協議的一種，更多的使用媒體網關協議(MGCP)和H.248協議。IMS體系結構終端和核心側都采用基于IP承載的SIP協議，從而是IMS支持各類接入方式，可以為移動運營商提供豐富的網絡業務，也可以應用于固網運營商網絡演化和增值，因此也是固網移動網融合的關鍵技術。

2.4IPv6技術

IPv6是由IETF設計的下一代互聯網協議，目的是取代現有的互聯網協議第四版(IPv4)。IPv4簡單、靈活和開放性高，成就了Internet現在的輝煌成就。但隨著新應用的不斷涌現，IPv4逐漸暴露出自己弊端，重要的是其地址已經枯竭，嚴重制約了Internet的發展。以IPv6代替IPv4是網路信息化發展的趨勢。IPv6報文是在IPv4報文基礎上提出，相對IPv4報文它增加了優先級字段，去掉了一些可選項。IPv6的報文頭如圖3所示。圖3IPv6的報文結構IPv6相對于IPv4主要有以下優勢：地址量大，IPv6的128位地址長度包含340282399920938463463374607431768212456個地址，這足以為地球上每一粒沙子提供一個IP地址；內置安全性，IPv6協議給出兩個備選項用于解決安全問題，一個是“安全性操作”選項，另一個是“IPv6加密安全頭部”選項，用戶根據不同要求選擇不同的安全性操作，以提供不同優先級別的網絡服務性能；Qos，IPv6可以根據新加的“業務級別”和“流標記”提供不同的服務，有助于改進Qos；移動性，MIPv6(移動IPv6)相比移動IPv4，它取消了外地，而且給外地主機分配一個新IP，有效解決了三角路由問題，為每一個移動設備提供一個home地址，這個地址與設備接入網絡的位置無關，可以使用戶在任何地方都可以用home地址享受始終如一的服務。

不管是軟交換體系，還是IMS體系，都將以IPv6為其承載網絡。越來越多電子設備智能化、IP化，固網和移動網絡的融合，作為承載網絡的IPv6網絡將得到更多的應用和發展。

2.5IPTV

IP分組網絡是下一代網絡的承載網絡，在電信網絡IP化的同時，有線電視網絡也開始IP化的進程，IPTV就是有線電視IP化的產物。IPTV廣義的一種定義以國家廣電總局“互聯網等信息網絡傳播視聽節目管理辦法”(簡稱39號令)為代表，“以互聯網協議(IP)作為主要技術形態，以計算機、電視機、手機等各類電子設備為接收終端，…”，從節目到傳輸到終端，IPTV定義的內涵覆蓋整個產業鏈。

目前對IPTV的理解還存在一些不同，一種認為是IPTV是“IP+TV”，二者是平行的，上行控制工作在IP網絡，媒體流工作在Cable網絡中。另一種認為“TVoverIP”模式，即包括TV在內的所有業務都承載在IP之上，正如“EverythingoverIP”的設想相一致。

IPTV是利用目前廣泛存在寬帶有線電視網的基礎設施，以家用電視機或者個人PC作為主要終端設備，通過互聯網絡協議來提供包括電視節目在內的多種數字媒體服務。IPTV是下一代網絡(NGN)中最重要的業務之一，也是未來家庭網絡中非常重要的一種業務形態。

3下一代網絡發展存在的問題

3.1IP網絡的Qos問題

下一代NGN以IP網為承載網，IP網絡本身是“盡力而為”將數據包從某個源端點高效傳送到某個目的端點，而不提供端到端的可靠和QoS保證。隨著NGN業務發展，多媒體數據在網絡應用數據中所占比重增加，業務對網絡對實時性的要求也很高，因此對網絡的QoS提出了很高的要求。端到端的QoS保證需要承載網全網支持QoS機制。典型的IPQoS體系包括綜合業務模型(IntServ)和區分業務模型(DiffServ)。綜合服務主要采用RSVP方式，需要在網絡中端到端的為用戶提供帶寬保證，并在用戶占用此通道時進行有效的維護，但對網絡資源占用較大(主要是路由器)；差分服務定義了DS域，提供12個不同級別的PHB服務，路由器可只分析DS域里PHB的值即可提供不同的服務級別，而對包內具體的內容信息不關心。然而，這兩種IP業務型均不能完全滿足QoS要求。

未來承載網絡為IP網成為不爭的事實，對QoS保證是NGN成為未來統一平臺的關鍵。為了支持端到端的QoS，將Intserv和DiffServ技術互相補充，互相協同，共同實現端到端的QoS提供機制，在保證現有網絡下，實現類似電路交換的服務質量，保證下一代NGN的Qos發展的方向。

3.2軟交換的媒體傳輸

軟交換技術以“分離交換和控制”為核心思想，利用現有電信網絡基礎設施，打破傳統電信網絡結構，為數據和話音的融合并催生大量新業務做好了充分準備。然而以話音業務為主的傳統電信網絡帶寬有限，不能滿足大量媒體信息傳輸的要求，注定其不能作為下一代網絡的基礎網絡。與此同時，由于軟交換是建立在多固網智能化改造的基礎之上，因此其體系結構只是針對固網而言，不能很好支持移動接入性和漫游性，這和未來FMC(固網移動融合)的趨勢背道而馳，所以軟交換終究不是下一代網絡的終極技術，它只是一種過渡技術，最終要被IMS而取代。

3.3IMS和電信網絡融合問題

IMS是目前核心網絡的發展方向，也是公認的多媒體、業務控制和網絡融合平臺，也是業界公認的FMC的最佳途徑。但是基于IMS的融合是全新的解決方案，不能基于現網來實現，在IMS和現有網絡的融合中還存在一些問題。

基于IMS的融合網絡在快速靈活提供豐富業務的同時，給電信運營商提出了挑戰。電信運營商的優勢在于語音服務和其龐大的網絡設施和用戶群，而對于內容信息服務沒有太多經驗。目前用戶習慣于Internet的免費服務，大部分IMS都有互聯網的影子，如何挑戰運營模式和收費是電信運營商遇到的困難。傳統的Internet是一個完全開發，不可運營管理的網絡，未來的IMS提供端到端的IP連接，對于網絡維護提出了更高的要求。盡管3GPP的IMS標準中對于安全、Qos、計費進行了定義，但是還需要進一步的研究和完善。

3.4有線電視IP化問題

網絡覆蓋面廣，帶寬高，潛在用戶數量大，是有線電視網絡一項獨有的優勢，將在下一代網絡中扮演重要的角色。IPTV有效地將電視、通信和PC三個領域結合在一起，能夠很好地適應當今網絡飛速發展的趨勢，充分有效地利用網絡資源。但是，真正將有線電視IP化，作為下一代網絡的承載網絡之一，還有很多需要解決的問題。

政策不明朗、內容匱乏、價格不合理、技術不夠成熟等，給IPTV開展和擴展帶來了困難。IPTV的發展要得益于通信和廣播電視行業的互相準入互相合作。在我國政策的限制下，電信運營商擁有網絡資源，而廣電部門則擁有牌照等政策資源，兩個行業彼此封閉且各有優勢，雙方都希望成為產業鏈上直接面對用戶的關鍵角色，彼此局部利益沖突給IPTV的整體發展帶來了巨大障礙。除此以外，業務運營模式，與此相關的新的技術問題都將影響IPTV的發展。

4展望

在下一代網絡發展和三網融合的過程中，雖然還有很多待解決的技術和商業運營問題，但下一代網絡發展的總體趨勢是不變的。

1)業務和承載分離是下一代網絡發展和網絡融合的要求

建立在對PTSN改造之上的軟交換技術是分離的第一步，由于軟交換技術體系基于主從控制的特點，使其與具體的接入手段關系密切，而IMS體系由于終端與核心側采用基于IP承載的SIP協議通信，能支持各種接入方式。但是IMS是嶄新的技術平臺，不能建立在現有網絡之上，所以目前而言軟交換仍是主導。軟交換是初級階段，IMS是最終目標體系，以重疊網的方式引入，軟交換和IMS將以互通方式長期共存，最終IMS將融合軟交換。

2)承載網絡是基于IPv6的分組網

互聯網使用的IP技術是很成功的，電信網業務IP化和IPTV的發展也決定未來網絡是建立在IP承載網之上的。IPv4地址空間的局限性，限制了網絡的發展。IPv6技術，極大擴充地址空間，對Qos和安全性也做了相應的支持。盡管在發展中存在這樣或那樣的問題，但是那只是發展進程中的問題，不會改變互聯網使用IP技術的方向。使用雙協議棧和隧道技術，可以實現從IPv4到IPv6技術的過渡，進而完全發展到IPv6。

3)未來的物理承載是多樣化的網絡

光線承載，光纖傳輸具有衰減小、頻帶寬、抗干擾性強、安全性能高、體積小、重量輕等優點，所以在長距離傳輸和特殊環境等方面具有無法比擬的優勢，將成為下一代網絡理想的承載網絡；電信承載網絡，電信擁有3.4億的用戶，截至2007年9月份，我國網絡用戶達1.72億，ADSL成為家庭用戶寬帶接入的最主要手段，目前還在繼續發展，這一趨勢在很長時間都不會改變，電話網絡還將在下一代網絡的演化中扮演重要的角色；有線電視承載網絡，IPTV的發展極大挖掘了有線電視網絡的潛力，在IPTV之上可以發展多種多媒體擴展業務，有線電視寬帶技術得到應用，現在又有人在研究基于IPTV的IMS，中國有3億多有線電視用戶，有線電視網也將是下一代網絡的重要承載手段。

5結束語

下一代網絡以承載業務分離為核心概念，實現Internet網、電話網、有線電視網三網融合，固網和移動網絡融合，為終端用戶提供統一的接口和服務，將給未來人們生活帶來新的變革。

參考文獻

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