NGN技術和標準體制最新進展
——下一代網(wǎng)絡當前須分析和解決的問題

趙慧玲 2003/05/06

　　NGN并不是一個新的專用詞匯，一般泛指采用了比目前的網(wǎng)絡更為先進技術或能夠提供更先進業(yè)務的網(wǎng)絡。NGN包含的內(nèi)容非常廣泛，并且隨著技術與業(yè)務的發(fā)展，內(nèi)涵不斷擴大與改變。NGN更像一把大傘，從目前的情況來看，在傳輸基礎設施方面，指全光智能網(wǎng)（ASON）；在IP網(wǎng)絡方面指IPv6；在移動網(wǎng)絡方面指超3G；在業(yè)務網(wǎng)絡方面指軟交換等。

　　下一代網(wǎng)絡將具有更廣闊的業(yè)務范圍。其主要目標是：支持話音、實時的多媒體業(yè)務，縮減服務投向市場的時間，支持多種接入方式和多種接入終端，支持移動性，確�，F(xiàn)有網(wǎng)絡的平滑演進以及具有經(jīng)濟、開放和可擴展的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

　　目前，許多國際標準化組織均積極參與研究下一代網(wǎng)絡技術，特別是ITU－TSG13研究組，牽頭立項NGN2004Project來研究NGN相關技術，提出了NGN的功能模型，分析了NGN對移動性的要求以及NGN需要研究和解決的問題�？傮w來說，NGN是一個長遠的目標，在此過程中有許多尚待解決的技術和標準體制方面的問題。隨著信息技術及設備的不斷改進，用戶必將在未來的網(wǎng)絡中得到更廣泛、更高質(zhì)量的服務。

　　NGN網(wǎng)絡需要分析和解決的問題包括以下幾個方面。

———NGN通用框架模型。研究NGN通用體系原則，以體現(xiàn)NGN中控制功能與資源、業(yè)務和傳送等分離的特性。研究NGN網(wǎng)絡功能體系模型，該模型將提供如何應用功能性方法定義NGN功能體系的準則。

———NGN網(wǎng)絡功能體系和協(xié)議。重點考慮使用通用的參考模型來標識運營商內(nèi)或運營商間支持NGN所需要的通信流程；定義與傳統(tǒng)終端所需要的互通功能；定義BICC協(xié)議用于中繼層面；確定跨越異構(gòu)網(wǎng)絡如何支持端到端業(yè)務、呼叫控制和用戶移動性；規(guī)定NGN終端中有關軟件升級機制、冗余和版本協(xié)商及管理的功能要求等。

———服務質(zhì)量問題。服務質(zhì)量（QoS）是在分組交換網(wǎng)絡上支持實時應用所需考慮的最重要因素。由于分組交換網(wǎng)絡固有的無連接的特征，使得端對端的QoS保證并非輕而易舉，因此，QoS已成為當今網(wǎng)絡技術研究、標準化工作的一個極為活躍的課題。人們試圖通過提供多種可選的服務來改進或增強IP網(wǎng)絡原有的“盡力服務”能力，然而實現(xiàn)途徑卻五花八門。如IntServ基于數(shù)據(jù)流、DiffServ基于包處理，而MPLS卻基于虛擬電路來保證某種程度的QoS。這些方法均有各自的特點和缺陷，有的還只適合某個特定網(wǎng)絡環(huán)境或部分網(wǎng)絡。也曾經(jīng)有過一些開拓性的研究（例如，IETFRFC2998），試圖通過綜合采用多種方法途徑彌補單一手段的不足。但目前各設備制造商實現(xiàn)QoS的方式不盡相同，對QoS的理解也很不一致，成為端到端QoS未能得到有效保證的主要障礙。

　　ITU－TSG13制訂了建議草案Y.qosar“分組網(wǎng)絡QoS參考體系結(jié)構(gòu)”。該建議草案在對電路交換和分組交換網(wǎng)絡實現(xiàn)QoS方式的特征和異同分析的基礎上，從應用和網(wǎng)絡角度，概括分析了不同應用對QoS有不同要求和網(wǎng)絡對不同類型的業(yè)務提供相應的響應的方式，提出了達到綜合效果使用該業(yè)務的用戶感到滿意的QoS參考體系結(jié)構(gòu)的目標要求，即實現(xiàn)IETFRFC2990中定義的以保證QoS實現(xiàn)并有效使用網(wǎng)絡整體資源的6種可能服務響應控制方式：控制網(wǎng)絡服務響應以保證每個服務元素響應的穩(wěn)定性和可預測性；控制網(wǎng)絡的響應保證每個服務元素的響應等級不低于要求的保證門限；允許預先建立所需的網(wǎng)絡響應；控制資源的競爭，保證服務元素對網(wǎng)絡資源的優(yōu)先權；控制資源的競爭，約束服務元素對網(wǎng)絡資源的非公平占用；使網(wǎng)絡利用更高效。

　　建議草案Y.qosar明確定義了與網(wǎng)絡能力、DiffServ、MPLS、IntServ等實現(xiàn)QoS的具體方式無關的基本QoS構(gòu)建模塊，通過不同的方式把這些塊組織起來，就可以控制網(wǎng)絡提供業(yè)務所要求的響應。同時也考慮了實現(xiàn)QoS對安全的影響及相應機制。

　　QoS是一個端到端的問題，主要研究不同端系統(tǒng)如何實現(xiàn)端到端QoS的協(xié)商，定義上層協(xié)議控制低層的QoS參數(shù)以及傳送平面和接入平面的QoS保證措施。目前討論比較多的是承載層面如何保證服務質(zhì)量，而在業(yè)務層面如何控制承載層面來保證網(wǎng)絡資源，達到服務質(zhì)量保證的目的是非常重要的。但目前還沒有令人滿意的解決方案。其中控制層面對低層的QoS控制可以從兩個層面來實現(xiàn)：一是通過上下平面之間的“垂直”協(xié)議將上下層之間的QoS機制聯(lián)系起來，另外就是在“水平”層面實現(xiàn)不同域或網(wǎng)絡之間的QoS控制和協(xié)商。

　　總體來說，研究的內(nèi)容主要包括：端到端電話業(yè)務的QoS等級；端到端多媒體業(yè)務的QoS等級，定義其框架，研究QoS注冊方法；如何使用網(wǎng)絡低層的QoS機制獲得高層QoS對低層QoS機制的研究；研究運營商間網(wǎng)絡低層QoS控制機制；研究QoS的端用戶規(guī)則。

———業(yè)務平面。NGN很重要的一個方面就是將業(yè)務控制和底層網(wǎng)絡分離，要實現(xiàn)此目標，需要業(yè)務平面向三方業(yè)務提供商提供開放的接口，如ParlayAPI和/或代理服務器，此外，業(yè)務必須能夠支持位置移動性，即當用戶漫游到其它網(wǎng)絡時仍然可以享受服務。具體研究內(nèi)容包括：定義業(yè)務控制體系結(jié)構(gòu)；研究如何實現(xiàn)漫游時的業(yè)務使用以及不同網(wǎng)絡之間的業(yè)務互聯(lián)；研究如何實現(xiàn)用戶對業(yè)務的定制和管理；用戶移動性對業(yè)務平面的影響。

———網(wǎng)絡管理。由于NGN網(wǎng)絡由固定網(wǎng)、移動網(wǎng)、IP網(wǎng)和接入網(wǎng)等組成，這導致了對這樣網(wǎng)絡網(wǎng)管的復雜性和挑戰(zhàn)性，因此應研究完善和增強核心網(wǎng)絡管理的體系；定義適用于NGN要求（故障管理、性能管理、客戶管理、計費/賬務管理、業(yè)務量和路由管理等）的基本網(wǎng)絡管理業(yè)務和接口；應用新的網(wǎng)絡管理體系概念和新的網(wǎng)絡管理技術，例如TML等。

———安全。在NGN網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡安全關系到網(wǎng)絡體系、QoS、網(wǎng)絡管理、移動性、計費系統(tǒng)和賬務系統(tǒng)，因此有必要開發(fā)NGN的安全性體系和安全性準則以及開發(fā)NGN所需的安全性協(xié)議和API接口。

———廣泛移動性。廣泛移動性是指當用戶采用不同的接入技術時將作為一單個客戶來處理，允許用戶跨越現(xiàn)有網(wǎng)絡邊界使用和管理他們的業(yè)務。對用戶的移動性要求包括：用戶有能力改變接入點或終端，并作為mobile/nomadic用戶；用戶可以應用各種接入技術從任何網(wǎng)絡接入點接入到網(wǎng)絡；用戶可以得到連續(xù)性的服務和網(wǎng)絡應用，這些業(yè)務和網(wǎng)絡應用可以由網(wǎng)絡運營商、業(yè)務提供商或第三方提供。對于移動性應考慮網(wǎng)絡的業(yè)務能力以支持個人的移動性、終端的移動性以及他們的組合。為了支持上述要求，ITU在NGN的研究中，應充分考慮業(yè)務的需求，要求網(wǎng)絡具有識別（Identification）和認證（authentication）機制、接入控制和授權（Authorization）功能、位置（Location）管理、支持終端或會晤（session）的IP地址分配和管理功能、支持用戶VHE管理功能、支持用戶管理功能等。

注：作者趙慧玲為中國電信集團北京研究院副院長，國家網(wǎng)絡與交換標準研究組主席，國家IP與多媒體標準研究組副主席，國家863通信主題專家組成員。

背景資料

下一代網(wǎng)絡的特點

下一代網(wǎng)絡是一個很廣義的范疇，旨在改革現(xiàn)有電信網(wǎng)和信息產(chǎn)業(yè)的基礎設施，以支持更廣泛的業(yè)務，其特點是：基于分組傳輸、呼叫控制與承載相分離、支持各種業(yè)務、可與現(xiàn)有網(wǎng)絡互通、支持移動性。

下一代網(wǎng)絡功能模型包含四個層面，每個層面又可包含子層或其它部分。不同平面之間可以互相通信，具體如下。

——應用平面：由應用和中間件兩部分組成。其中中間件是GII定義的一些通用軟件。典型的中間件組件如鑒權、計費、目錄、安全、瀏覽、查找、導航、格式轉(zhuǎn)換等。應用平面不僅向大眾用戶提供服務，還向運營支撐系統(tǒng)和業(yè)務提供者提供服務支撐。

——網(wǎng)絡控制平面：提供端到端的呼叫/會話控制，對底層自動交換傳送網(wǎng)絡（ASTN）的控制以及信令處理功能。

——傳輸平面：包含網(wǎng)絡的下三層功能，第一層的交換和傳輸，第二層的轉(zhuǎn)接和交換以及第三層的交換和/或路由功能（可選）。

——管理平面：提供遠程和本地管理能力。

此外，NGN體系還需具備與現(xiàn)有的電路交換網(wǎng)互通的互通功能（IWF）。


NGN 的端到端服務質(zhì)量保證

　　下一代網(wǎng)絡不僅要使在一次通話中所涉及的網(wǎng)絡各元素滿足端到端的QoS的要求，而且要合理設置參數(shù)以使上層協(xié)議可以用來控制傳輸和接入層面的資源以保證QoS。QoS控制在電話系統(tǒng)和多媒體系統(tǒng)中是有差別的，因為后者不僅要進行綜合處理，還要針對單個媒體流進行處理。同樣，底層的QoS控制機制也分為兩個部分，即連接上層和下層QoS機制的垂直協(xié)議和連接不同域或網(wǎng)絡的下層QoS控制之間的水平協(xié)議。

　　下一代網(wǎng)絡在解決端到端的QoS問題上應著重研究以下幾點：完成包括基于分組話音在內(nèi)的電話系統(tǒng)的端到端的QoS等級定義；定義端到端的多媒體QoS等級和單個媒體流注冊QoS等級的方式；指明在網(wǎng)內(nèi)如何用低層的QoS機制獲得高層的QoS；低層的域內(nèi)QoS控制。

　　PSTN的路由方式是基于電路的概念，即在整個通話期間建立端到端的電路連接。這樣，通話中兩個端用戶之間的任何信息總是經(jīng)過相同的物理通道傳送的。在這種路由方式下，一旦通話建立，就可以直接保證所要求的傳輸特性。這種從支持電話交換中產(chǎn)生的模式也被ITU－T用于數(shù)據(jù)通信標準的虛電路定義中。這個概念在X.25中被使用，后來又用于幀中繼和ATM網(wǎng)絡中。

　　相比之下，IP路由方式避免了為建立和維持虛電路所需要的機制。IP的QoS主要處理可分配帶寬、等待時間控制、抖動控制和包丟失。一直以來，IP網(wǎng)絡都支持所謂的盡力而為的包傳送。這樣，不同類型的業(yè)務沒有被區(qū)別對待，并且信息包到達的次序以及是否能夠準確到達都得不到保證。不管端對端的QoS要求是什么，在網(wǎng)絡層，信息包都是逐跳傳送的（即從一個路由器傳到另一個路由器）。每個路由器把新到達的包進行排隊，然后，根據(jù)路由表把它們轉(zhuǎn)發(fā)到與之相連的最適合的路由器或目的主機。大多數(shù)路由器采用先進先出的排隊機制以保證對所有的包公平，也正是這個原因沒法設置優(yōu)先級。

　　QoS結(jié)構(gòu)框架的關鍵是使用通用的網(wǎng)絡機制，把網(wǎng)絡業(yè)務響應轉(zhuǎn)換成可以具體到網(wǎng)絡元素的業(yè)務請求，在網(wǎng)絡元素之間發(fā)送信號以及控制和管理跨網(wǎng)業(yè)務量。QoS架構(gòu)可分為三個平面。

——控制平面：由處理用戶業(yè)務流路徑的一系列機制構(gòu)成。這些機制包括準入控制、QoS選路、資源預留。

——數(shù)據(jù)平面：由直接處理用戶業(yè)務的一系列機制構(gòu)成。這些機制包括緩沖器管理、避免擁塞、標記分組、排隊和時序安排、業(yè)務分類、業(yè)務管轄、業(yè)務整形。

——管理平面：由處理網(wǎng)絡的操作、運行、管理的一系列機制構(gòu)成。這些機制包括服務標準協(xié)議（SLA）、業(yè)務預定、計量和記錄。

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