下一代网络NGN技术剖析

下一代网络NGN技术
摘要：本文首先介绍了NGN网络的含义:NGN是一种全新的网络体系架构,它融合了IP技术和多媒体通信技术,提出了分组、分层、开放的概念;接着具体描述了NGN网络具有的特征:基于分组交换,采用分层的体系结构,采用标准的协议接口和开放的业务接口.最后提出了NGN发展过程中所亟待解决的关于网络演进,端到端的服务质量QoS,网络安全等一系列问题和各自的解决方案。

关键词：下一代网络;IP技术;软交换;媒体网关;业务接口;NGN
引言
目前，全世界电话用户大约22亿多，固定电话和移动电话各占一半，移动电话略多；因特网用户数（包括无线互联网用户数）5亿；预计，电话用户数发展速度：移动通信用户即将超过固定电话用户；预计互联网用户数在4－5年时间后，将超过固定电话用户数；历来，网络的发展对于运营商影响极大，因为运营商几乎所有的业务都是依靠网络进行的。

这些影响是：原有网络能否满足用户的需要，是运营商能否取得稳定收入的决定性因素；新的网络的诞生，将从老的网络中抢走大量用户，使得运营商的利润大量转移。

例如移动网络的诞生和发展，使得固话用户流失，收入下降。

小灵通对于移动通信也有极大的影响，在老的网络上开展新的业务或者增值业务，将使得运营商增加大量的业务和利润。

网络业务发展停滞，运营商就将“下课”。

1 电信业界期待的新业务和应用需求
例如：移动电话、因特网业务、图象通信等；
电信业务和技术处于十字路口，电信网期待突破；
1.1当前网络的情况：
运营支撑系统
业务层
路由交换层
承载层
传输层
骨
干
网
城
域
网
接
入
网
驻
地
网图1 网络模型
公共视讯交换网
VC网 VoIP/FoIP 1791x网
CDMA-1X承载电子商务/IP传统业务内部信息网IDC
专线用户虚拟专网 VPN
专线用户虚拟专网 VPN CES(DDN ATM FR IP网
ATM+IP交换
长途传输网城域传输网用户接入网165网
VoIP承
载网
第三层
交换MPLS
图2 数据和固定业务、互联网业务体系
1.2网络发展对于运营商的影响
目前，全世界电话用户大约22亿多，固定电话和移动电话各占一半，移动电话略多；
因特网用户数（包括无线互联网用户数）5亿；
预计，电话用户数发展速度：移动通信用户即将超过固定电话用户；
预计互联网用户数在4－5年时间后，将超过固定电话用户数；
网络的发展对于运营商影响极大，因为运营商几乎所有的业务都是依靠网络进行的。

这些影响是：
原有网络能否满足用户的需要，是运营商能否取得稳定收入的决定性因素；
新的网络的诞生，将从老的网络中抢走大量用户，使得运营商的利润大量转移。

例如移动网络的诞生和发展，使得固话用户流失，收入下降。

小灵通对于移动通信也有极大的影响。

在老的网络上开展新的业务或者增值业务，将使得运营商增加大量的业务和利润。

网络业务发展停滞，运营商就将“下课”。

2下一代网络产生的背景
现有的电路交换网络对于话音的服务，安全并且有很好的质量保证，技术和应用也很成熟，缺点是不能满足数据通信的需要；
互联网是数据通信的很好的网络平台，但是其安全和质量均缺乏保证，并且是从免费的午餐开始的，缺乏电信业务所需要的质量指标、计费模式，效益很低；
光纤传输技术的发展：DWDM（密集波分复用技术）的应用，使得信息的传输速度加快，通道增加，成本降低，但是与此同时，固话运营商的利润大大下降；
IP网络电话将对固定电话产生新的冲击，虽然IP电话的质量不能使人满意，但是IP网络的巨大能力，使得电信工作者和广大用户对于IP网络寄予极大的希望。

目前，IP网络电话已经开始分流了固话业务，特别是利润较高的国际长途，影响很大；
电子邮件的发展，形成了免费的午餐，对于电话的话务量打击很大；
移动通信技术的发展，使得固话网络的用户ARPU值呈下降趋势，有较多的分流，但是目前的因特网缺乏在不同的接入网络业务的可携带性，移动的IP能力尚不足；
下一代通信网络是集话音、数据、传真和图像通信（视频业务）为一身、能够满足人们各种需求的多功能通信网络。

能够完成和实现这一需求的网络技术，从目前看来，是以软交换为核心的下一代网络
（NGN）技术。

这是由于：
在IP技术比较好地解决了各种不同特性的信号在网络上以共性进行传输的技术问题后，IP 技术作为今后通信技术的核心，已经被业内的专业技术人员公认，并为实践所证明。

因此，全球通信业务和数据联网协议正在快速的向IP汇聚，在整个电信行业，基于IP技术的电信业务在整个电信业务中所占的比重在逐步上升，并且最终将取代电路交换技术成为通信技术的主流。

在这种形势下，底层的传输技术必将向最佳支持IP技术的方向融合，这是通信技术发展的一个必然的趋势。

在光纤上直接传输IP数据包的方法，按照目前的传统作法，仍然是对于IP数据包采取分成若干帧结构的方法。

这需要确定相应的帧结构。

现在已经采用的帧结构有两种：SDH帧结构（IP/SDH/WDM）和以太网帧结构（IP/Ethernet/WDM），这也是当前宽带网网络接入的两种重要形式。

为了实现IP分组SDH上的传输，实现宽带交换，在SDH上又疊加了完成交换功能的A TM 层。

尽管目前电信行业力推的宽带网接入是ADSL这样一种在传统的双绞线上进行改造的技术，但是建立在主干网络上的、与网络的发展方向趋同的SDH和以太网这样两种在光纤上直接传输IP数据包的方法，无疑是最具发展前途的。

尤其是采用以太网帧结构的技术，由于网络的主干传输和接入技术在许多方面是相同的，这就使得其分组所需要的网络状态信息比较少，对于落地或者再生的分组通常不必使用再生设备，成本相应较低，加上使用的是异步协议，对于分组的延时和抖动不太敏感，是有很大的前途的。

从长远看，用于交换的A TM层和用于传输的SDH层将会消失，其功能将逐渐并入IP层和WDM/OTN层；
从水平的视点来看：下一代电信网络的初步结构考虑
网络将是以数据，特别是IP业务为中心的数据传输网络，电话网络则通过电信级网关与网络相连。

整个网络可以分为边缘层和核心层。

边缘层面向用户，负责提供各种中低速接口，汇集业务，提供服务，增加效益。

核心层面向边缘层，为边缘层产生的业务流量提供高效可用的信号复用、传送、交换和选路，使网络的结构简单，成本降低，提高效率，但是核心层对于业务是透明的。

核心层的骨干业务接点目前多采用ATM交叉连接设备，或太比特路由器，并且将逐步向以路由器为主过渡。

太比特路由器成为网络的骨干接点。

从而是网络的结构变得简单。

网络的结构将变为太比特路由器和太比特传输链路组成所谓的“双T网络”。

ATM交换机将从核心网转移至边缘网，以网络的形式来支撑IP网。

由于IP业务成为网络的主要业务和应用协议，ATM和SDH的作用将逐步削弱，更高效率的IP over WDM将逐步成为网络的主导形式，在核心网络中取代ATM交换机甚至路由器（IP over SDH）。

可以预见的未来，电路交换、A TM交换和IP路由技术将共存，适应当前网络环境的多样化，支持各种业务。

演化的条件是能够支持基于A TM/IP分组网和电路交换网间的无缝连接，保证各自的用户的应用/业务的互操作性。

所以由于IP技术（internet protocal）广泛采用—目前数据联网的协议主要是IP协议。

支持IP传输的技术，目前主要是三种：（P11）
IP over ATM：IP负责承载信息，以ATM为宽带交换网络平台进行传输。

最适于各种需要交换的业务通信网络的进行；
IP over SDH ：省去A TM层的IP传输网络，IP分组通过点到点的PPP协议或LAPS协议，直接影射到SDH的帧，省去了中间的A TM层，好处是提提高了效率，保留了网络的无连接特性，简化了网络的体系结构。

特别在容量大的时候，其性能价格比明显高于IP over ATM，但是缺点是不适合目前的多业务平台。

在IP over SDH中，SDH是以链路方式来支持IP网络，不参与IP网络的寻址，这种IP网络本质上是一个以路由器提供地址的网络，当前路由器技术已经可以达到吉比特和太不同时，已经具有比较大的优越性。

特别MPLS技术基础上，性能进一步加强，应用也进一步扩大。

缺点是网络边缘的路由器的性能将制约网络的性能。

IP over WDM：IP直接在光路上传播，是最简单直接的体系结构。

可以简化层次和设备，减少功能的重叠，减轻网管和网络配置的复杂性。

由于额外的开销最低，所以传输的效率也最高。

不过，需要开发一个新的适配层来代替SDH层，目的是提供一个帧结构，以便进行必要的在线传输性能的检测和监视，并且可以保证传输质量。

这一个新的适配层，目前在短距离应用时，GbE以太网的帧可以作为这个新的适配层，在长距离应用时，因为GbE的帧结构的功能过于简单，难以保证，目前正在开发之中。

具体如IEEE 在开发10GbE(万兆以太网)长距离的应用标准时，采用了类似SDH的帧结构，只是不提供某些开销的功能。

目前ITU-T已经提出了用于IP over WDMD 数字的包封方案综合考虑了包括：误码纠错功能（例如FEC）。

此外IP over WDM
进一步的发展，与IP的不对称业务量相匹配，可以进一步采用不同的波长承载不同的协议与业务，取代ATM的业务汇集平台。

加上采用波分复用技术可以节省大量的ATM交换机和SDH 传输设备，简化网管，节省光纤和再生器，总成本可以比传统的电路交换网络降低一、二个数量级，最大的好处是IP over WDM可以在IP网络上实现电联网，也可以在WDM的光传送网络上实现光另外，提供完全的电信级的网络的可靠性和灵活性。

3什么是下一代网络
有各种回答，因为从不同的角度考虑，答案可以说是不同的。

从通信网络的发展来看，下一代网络是更加简单，组网更加灵活，网络的构架更加方便，可以提供更加宽带的，效率更高，质量更好，更加安全的网络；
从技术发展的角度来看，下一代网络应该是基于IP技术的，
从业务开展的角度来看，下一代网络是适宜开展多业务（包括话音，数据、特别是高速数据，视频）有利于各种业务的，即多业务的平台，适宜网络和行业的网络（例如电信网络、计算机网络和广播电视网络）融合，甚至是直接完成三网融合的网络；
从运营者的角度来看，在电信业务由于适应经济和社会发展，而取得高速度、高利润之后，由于用户的ARPU值增加缓慢，甚至降低的情况，导致运营商的利润下降，也就是说，运营商仅仅靠提供简单的业务已经不能产生足够的效益情况下，运营商寄希望于下一代网络的发展，希望获取更大的利润。

因此下一代网络时能够提供范围更加广泛的，对于用户更加有用的，更加方便的业务的，成本更低，因而效益更好的网络。

*从不同的角度来看，对于NGN有不同的理解：
计算机网络：IPv4为基础的互联网－宽带，IPv6的NGI(INTERNET)；
传输网络：TDM为基础，SDH+WDM－ASOM（自动光交换网络），GFP（通用帧协议）；
移动通信：GSM，CDMA(CDMA1X)－3G，WCDMA，CDMA2000；
电话网：TDM（时隙交换）－分组交换、软交换；
电信网络的核心技术：TDM电路交换－分组交换；
ETSI（欧洲电信标准协会）：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商提供一个平台，借助这一平台，逐步演进以生成、部署和管理新业务。

ITU－T：NGN表示了实现全球基础信息设施（GII）的关键技术。

NGN被看作是GII的“网络联邦”（即用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、如何地方和以可以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。

ISC(国际软交换协会)：基于IP的网络已经开始应用，但是IP网络的缺点就是缺乏质量保证，因此传统的电路交换仍然有市场。

国际软交换协会（软交换论坛）ISC（International Softswitch Consortium）
现在的问题是，随着IP技术的发展，传输质量的提高，IP网络的缺点必然会不断改进。

从而走向实际的应用。

4支撑下一代网络的主要技术
IPv6；
宽带接入技术，如VDSL、FTTH、EPON、FSO；
城域网技术；
光交换与智能光网络技术；
软交换技术；
光纤高速传输技术；
3G、4G技术；
IP终端技术；
网络安全技术；
5下一代网络的主要特点
支持业务的多样化，包括话音、数据和多媒体业务。

包括实时的/流/非实时业务和多媒体业务；支持业务的个性化、业务的移动性、开放性和灵活性；
基于IP分组，以包的形式传送；
网络体系采用分层结构，例如，分为传送层、控制层、业务层、接入层等，承载能力与控制功能、呼叫/会晤、应用/业务分离；
业务和网络呈现松耦合，并且提供开放的接口。

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；
具有端到端的宽带传送能力。

由于下一代网络的承载主要采用基于DWDM的光传输系统，并且将逐步过渡到全光网络，所以带宽足够，已经不再是问题；
能与传统的网络配合，充分利用现有的网络资源，所以下一代网络需要解决与现有的网络的互通和配合；
支持终端的移动性，满足移动业务的要求；
便于管理、维护和调度；
网络质量更好，并且具有更好的安全性和可靠性
6 下一代网络的结构
传送层：负责将信号（信息）从用户的一端传送到另一端；
主要功能是采用分组技术，提供高可靠性、端到端的QoS保证的综合传送平台；
控制层：控制媒体层完成信息的传送、计费、管理和维护；
主要功能是实现呼叫控制和连接管理，支配网络资源；
业务层：在基本业务的基础上完成各种附加业务的提供；
提供业务平面，提供传统交换机的业务和其它增值业务，还可以提供开放的业务
接口，供第三方开展业务；
接入层：用户可以通过各种接入方式接入到网络的核心层；
提供丰富的接入手段，将各类用户连接到分组网络，并且将信息格式转化成为能
够在分组网络上传送的信息格式。

7 NGN的7个基本特征
(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)可以提供并且通过开放接口，便于第三方提供业务，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)具有端到端透明性的宽带能力；
(6)与现有网络互通的通用移动性，用户通过各种接入设备，例如中继媒体网关、接入媒体网关、无线接入网关等以及各种IP/A TM终端连接到IP/ATM网络，通过IP/ATM承载通过各种呼叫连接，通过各种业务提供系统向用户提供各种业务；
(7)用户无限制的接入和业务的自由选择能力；
所以，NGN是基于IP协议，但是又具有电信业务质量QoS保证的通信交换网络；其基本特征是宽带化、移动性。

8软交换可以提供哪些主要业务
业务类型：基本业务、PSTN/ISDN补充业务、智能网业务、多媒体增值业务、等：
（1）软交换需要提供现有的传统网络能够提供的各种业务，数据业务，多媒体业务和移动业务如电话网络的业务，本地、长途、国际电话业务，高速和低速数据业务，以便与传统网络业务兼容；
（2）补充业务主要是指PSTN上所能够提供的各种业务，如主叫号码显示、主叫号码显示限制业务、三方通话、会议呼叫、呼叫前转、语音邮箱消息提示、呼叫等待、Centrex业务等；（3）智能网业务，具有比智能网更加灵活的业务功能，可以提供目前智能网具有的各种业务，特别是通过与第三方的合作，可以提供更多的业务种类；
（4）基于应用服务器和多媒体服务器的业务，如视频多媒体业务、WEB800业务、白板业务、VPN业务、统一消息业务、可视电话、点击传真业务等；
（5）个人呼叫管理业务，如个人数据维护业务、个人图片服务、网络用户服务、通过WEB 自定制业务等。

结束语
不积跬步何以至千里，本论文能够顺利的完成，也归功于各位任课老师的认真负责，使我能够很好的掌握和运用专业知识，并在设计中得以体现。

正是有了他们的悉心帮助和支持，才使我的毕业论文工作顺利完成，在此向老师表示由衷的谢意。

参考文献：
[1] 李以农，李梅.信息论基础教程.北京：北京邮电大学出版社.2005年1月:pp.1-176
[2]范评议，冯仲系.现代通信理论基础（中册）----网络理论.北京：清华大学出版社,2007
[3]范评议.网络信息论.北京：清华大学出版社.2009年2月：pp 1-147。