解析关于NGN融合的若干问题讨论_电信_NGN及软交换

解析关于NGN融合的若干问题讨论

2007/03/29

　　概述了NGN（下一代网络）的最新标准进展，分析了国外运营商的网络转型实践，提出了基于IMS（IP多媒体子系统）实现NGN的融合架构需要注意的几个重要问题，最后从几个方面简要分析运营商网络转型策略。

引言

　　在刚刚结束的“2006全球NGN高峰论坛”上，业界人士对NGN都表现出极大的热情，对NGN的共识点表现在以下几个方面：第一，基于分组交换技术大部分是IP技术；第二，提供包括电信业务，移动业务，互联网业务在内的所有业务；第三，承载和业务控制相分离，而且承载层可满足各种有QoS保证的带宽要求；第四，用户可选择任何运营商，而不是受制于某一个运营商。这些都是我们所要努力的方向。我们一直都在追求一个目标，即从分离的网演进到综合统一的网络平台，这其实也是业界几十年追求网络融合的过程。现在大家谈NGN，就是要实现网络融合。可以说，网络融合已成为NGN发展的主旋律。

　　从2006NGN论坛上还能看到的另一个方面是，关于NGN软交换和IMS架构之间的抉择以及如何从软交换平滑过渡到IMS，仍是困扰运营商和设备制造商拿不准、看不清楚的问题。应该认识到：软交换与IMS的最大区别是，IMS可以灵活地提供更多业务应用。软交换是每个业务都要有自己的一套设计方案，IMS不仅在规划上可以统一，在QoS方面也可以做到统一；不仅是承载和控制分离，还可以实现用户界面分离。所有接入的方式，不管是移动的方式还是固网的方式，都可以实现。另外，它还能做到数据的集中。从业务融合的角度看，IMS具有很大的吸引力和优势。诺基亚相关人士称IMS是支持P2P通信的公认标谁，并透露，已针对目前的热点IMS业务开发出相关手机。不管从理论上还是实践中，都已证明IMS是NGN发展的基础。

1、NGN标准的重点进展

　　虽然NGN各个标准还没有最终确定下来，但国际国内通信业界基本上达成了一个共识：未来NGN应该是基于IMS体系架构的网络。

　　针对基于IMS的网络融合方案，3GPP、ITU-T和ETSI TISPAN都在进行研究，但是3个组织的研究侧重点并不相同。ITU-T和ETSI TISPAN这两个组织的工作重点在于从支持固定接入方式的角度对IMS提出各种需求，侧重从NGN的总体框架角度，明确IMS与其他子系统以及其他外部网络之间的关系，重点解决NGN的总体框架、接入网的附带问题和QoS问题。在具体规范的制定上。ITU-T的规范更加宏观，ETSI TISPAN的标准更加具体，进展较快。TISPAN和FGNGN标准组织主要从固网的角度出发，研究NGN的相关标准。而3GPP则侧重于移动网络。TISPAN的NGN R1标准在2005年底发布。

　　在ITU-T和TISPAN的NGN体系架构中，除了定义PSTN仿真子系统、IMS等业务子系统外，又增加了两个新的子系统：NASS（网络附着子系统）和RACS（资源和准入控制子系统）。NASS和RACS子系统均位于NGN的传送层，主要提供接入控制、QoS控制等功能，更加强调了对QoS的要求和对移动性管理的要求。

　　国内NGN还处于标准跟踪阶段，在标准化工作和实施上主要体现在软交换方面。国内已经制定了大量软交换相关规范并且在制定能够指导软交换在我国实施的软交换组网技术要求。在中国，软交换已经自成了一套比较完整的体系。目前在IMS方面的标准研究还处在跟进国外标准制定方面。

　　虽然关于NGN的标准还在完善中，但我们可以看出，与传统的PSTN/PLMN相比，NGN具有以下特点：

　　1）包含HLR（本地位置寄存器）相关功能实体（在TISPAN中称为UPSF），不包含VLR（访问位置寄存器）功能实体。不仅移动用户的业务属性要保存在HLR中，固定用户的业务属性也保存在该功能实体中，用户注册之后，用户相关的业务信息再由HLR下载到为用户提供服务的核心控制功能实体。

　　2）用户的服务控制由归属地控制功能实体完成，并且为用户提供服务的核心控制功能实体（在TISPAN中称为S-CSCF）不固定，是在用户登录网络之后由HLR根据网络资源情况临时指定。这种机制非常灵活地保证了网络核心设备的冗余备份和安全。

　　3）NGN可以同时支持固定用户、游牧用户和移动用户以及相应的各种接入方式。

2、国外运营商网络转型案例分析

　　Sprint是一家全球话音、数据、互联网提供商，担负全美的PSTN长途传输，话务量每年萎缩7%。传统交换机和软交换共存，扩容部分由软交换承担。长途电话网有40多个传统交换机，十几个软交换，上百个MGW（media gateway），合资的CAble公司两年前开始部署Class 4/5的软交换，不再投资交换网，现有传统交换机和软交换将与IMS长期共存。虽然软交换可以支持宽带用户的接入，但是Sprint认为IMS的业务和控制分离架构更适合提供多媒体业务，更能保证未来的投资回报。从传统交换机演进到软交换的驱动力来看是为了节省运维费用；从软交换演进到IMS的驱动力来看是为了提供新业务，降低用户离网率。目前Sprint为企业客户提供了基于IMS的IP Centrex业务，企业客户可以通过宽带接入IMS，使用语音留言邮件、点击拨号和与企业应用结合的通信业务。

　　Sprint对IMS网络的关注点集中在5个方面。

　　1）快速生成新业务的能力：OSA（开放服务结构）通过Paraly协议向外提供业务开发接口，有利于引入SP快速生成新业务。

　　2）业务交互组组合的能力：可编程的业务交互逻辑，根据用户定购的业务和呈现状态等信息，动态生成业务交互逻辑，有利于根据用户定制业务。

　　3）网络的安全性：保护网络拓扑和安全性、保密性，通过关联信令与媒体流，提高了IMS的可控制性。

　　4）QoS的控制：EV-DO RevA和IMS的QoS控制机制将结合保证端到端的QoS。

　　5）IMS业务与非IMS业务的集成：综合数据库HSS（归属用户服务器）方便了用户定购业务和single-sign-on；策略控制器可以保证分组业务的服务质量。

　　Sprint在软交换向IMS的转型是比较快的，实现了网络一定程度的融合。但即使这样，他仍然认为传统交换机和软交换将于IMS长期共存。他们从保证现有用户基本话音和数据通信的基础上逐步向用户提供面向IMS的服务，保证现有业务不受影响，又逐步拓宽价值链。国内运营商应该借鉴他们的实践经验，并结合中国自身的通信网络发展状况，制定出适合自己发展的网络转型策略。

3、基于IMS的网络融合参考架构

　　NGN的远期目标架构是网络融合的架构。融合是综合的、复杂的，它涉及网络、业务等多个方面。从网络架构来看，融合可以发生在网络的不同层面。具体体现在业务层面、控制层面、传输层面、接入层面、终端和支撑系统多个层面。从服务的角度来看，融合主要表现为更加丰富多彩的综合电信业务，例如统一账单、统一客服、统一接入、统一认证和统一业务等。从接入方式的角度来看，在网络上体现为多种接入方式共用某些网络的功能实体或设备，从业务层面的融合来看，融合主要表现为多种业务的组合，能够为用户提供统一的业务使用环境和更加丰富多彩的电信业务。承载网的融合是通过统一的分组承载网络，提供统一的业务数据和控制信令的传输承载。比如统一的IP网络。终端设备的融合主要体现在多模多频终端，实现固定和移动网络之间的无缝漫游与切换。运维管理层面的融合主要是指运营管理支撑系统和网管系统的融合。

　　这里我们谈基于IMS的网络融合，主要是指核心网会话控制层和业务层的融合。目的是使IMS成为SIP（会话启动协议）的通用平台，为用户提供丰富多彩的服务。基于IMS的网络融合架构见图1。

图1　基于IMS的NGN网络融合架构

　　3.1　接入层

　　接入层支持各种有线和无线终端。固定和无线SIP终端可通过IP接入网直接链入，非SIP终端（如H.323）必须通过TAI（终端适配接口）完成H.323和SIP的转换才能接入IP接入网。各种宽带IP终端可通过MGW、MGCF、SGW实现与PSTN/PLMN域的传统窄带TDM（时分复用）终端实现互通。

　　3.2　传输层

　　传输层基于一个统一的分组核心网，提供业务媒体流和控制信息流端到端的传送。以后NGN的编址应该支持IPv6协议。由于IPv6协议在原理上和IPv4基本相同，都是基于目的IP地址进行数据包转发，因此在网络结构和层次上与IPv4网络上无本质区别，可以借鉴原IPv4网络的许多设计理念和方法来设计NGI（下一代Internet）。运营商一般已有IPv4网络，如果打算基于现有的IPv4网络来构建NGI，实现从IPv4网络向IPv6网络的演进和过渡，就需要考虑各种因素。在实施演进与过渡时必须遵循相应的原则，如业务驱动、新业务的开展必须能为运营商带来实际利润；不能对原有的IPv4网络结构、性能和运行产生较大的影响和冲击。方案必须是易于理解和实现的，易于管理，不能太复杂等等。除去编址方面的问题，IP传输网络的QoS是一个十分重要的问题，因为多种业务提供严格的QoS是下一代网络的关键性要求。一个理想的端到端的QoS架构应该支持多种接入技术，支持有线和无线网络融合，支持多管理域，支持多种业务，并能够为不同的业务提供不同的QoS保证。由此可见，在涉及到端到端的网络QoS中。核心技术是如何将有限的网络资源最优化，以满足不同业务的相应QoS需求。因此，网络在资源分配和业务调度上必须足够灵活和智能，而不能像Internet那样消极地让用户来适应网络。

　　3.3　会话控制层

　　会话控制层的主要功能包括用户注册，建立、维持和终止应用级端到端会话，协商多媒体会话的需求和设置，修改当前会话的媒体资源等。统一会话控制是网络融合的核心。为更好地实现会话控制层的融合，需考虑以下3点：

　　1）SIP差异协调。

　　3GPP IMS呼叫控制使用的SIP来自IETF的SIP，但针对移动接入的特点进行了部分增强和舍弃，主要体现在登记、鉴权和会话策略等方面，为了实现统一的会话控制，需要协调这些差别。另外，由于无线空中接口资源十分有限，3GPP IMS增加了SIP压缩（SigComp）技术，以节省无线资源。对于固定接入带宽资源比较充足的情况，就没必要压缩SIP消息。

　　2）多媒体会话资源预留。

　　由于IMS最初是为移动用户设计的，所以3GPP规定移动终端可通过PDP语境激活来预留传输网络资源。PDP语境是与在移动网络分组域上传输数据相关的一系列配置和使用设置。移动终端在应用级注册之前可以激活一个PDP语境来获得传输所需资源；之后，如果想重新协商QoS配置，可以再次激活新的PDP语境。而固定网络却没有制定终端用户（例如xDSL终端）预留资源的机制，所以需要扩展P-CSCF以及Gq接口，以支持网络侧发起资源预留请求。

　　3）地址互通。

　　CSCF通过域名服务器（DNS）来确定下一跳的IP地址，完成路由的功能。网络融合提出了“单一号码接入”和各种网络“地址互通”的要求，DNS应支持电子号码（ENUM）机制，以完成E.164号码和SIP URI（统一资源标识符）之间的相互转译和路由功能。

　　3.4　业务层

　　开放的业务层由S-CSCF以及各种应用服务器构成，允许各种业务提供商通过标准的接口来向网络提供服务。它目前可提供3种业务：运营商提供的IP多媒体业务，传统智能网业务和第三方业务。这种分类方式既考虑到新需求下业务融合的趋势，又考虑到传统业务的保证：既允许运营商提供增值业务，也允许用户根据标准的API在服务器上进行增值业务开发，同时支持第三方服务的引入，大大扩展了通信价值链。有几点问题需要注意和考虑：

　　1）智能网业务扩展。

　　通过在S-CSCF和SCP之间加入IM-SSF，完成移动智能网CAP（CAMEL application part）协议和SIP之间的转换。为了支持固定智能网业务，必须对IM-SSF进行扩展，以支持INAP（intelligent network application part）。

　　2）移动固定业务的融合。

　　由于固定接入网和移动接入网的不同，有些业务主要是为无线或固定业务设计的，如宽带视频业务（主要为固定用户提供）和短消息业务（主要为移动用户使用），在网络融合的情况下，就需要消除这些区分。这就需要业务之间具有很强的交互协调能力，SIP在不断的扩展中应该能够实现这一目标。

　　3）用户数据库的统一。

　　固定宽带网络中，用户的注册信息记录于SIP注册服务器，移动网络中的用户信息存放在归属用户服务器（HSS），应该对这两种数据库进行统一。目前的看法是不仅移动用户的业务属性要保存在HLR中，固定用户的业务属性也保存在该功能实体中，用户注册之后，用户相关的业务信息再由HLR下载到为用户提供服务的核心控制功能实体。

4、国内网络发展思路

　　笔者认为，目前国内运营商的主要发展思路应该是整合网络资源，提高运行效率，降低网络运营成本，采用国际先进成熟技术，在发展和风险之间寻求一个平衡点。电话网向下一代网络演进的过程中，软交换是一个不可逾越的过程，运营商应注意的是不同设备商的软交换产品的相互兼容性，减少重复投资。在IP传送层面，充分利用现有的比较成熟的最新技术，搭建一个可扩展、高可用、具备一定QoS和安全性的融合的业务承载平台，采用国际主流技术MPLS，并积极进行城域网的优化和改造，使网络具有VPN等多种的业务能力，同时使网络层次更加清晰化；在控制管理方面进行管理控制集中化，用宽带接入服务器（BRAS）和业务路由器（SR）构建清晰的业务接入控制层，实现集中的业务提供和控制：在接入层面，继续以ADSL为主发展宽带接入技术，并积极试验VDSL2、WiMAX、FTTH。

5、结束语

　　网络融合是NGN发展的主旋律。IMS也已经被认为是发展下一代网络的必经之路，基于IMS的NGN融合和发展将是很长一段时间内业内关注的热点问题。目前NGN的发展还在前期研究阶段，会话控制、QoS、安全、计费、移动性管理等将是进一步需要重点研究和探讨的课题。

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