NGN中业务承载网研究

real

--------------------------------------------------------------------------------

摘 要 先容了NGN的特征、分层、业务承载网的特点以及基于ATM技术，IP技术的NGN业务承载网技术。

　　关键词 NGN 业务承载网 ATM IP

　　一、引 言

　　NGN一直是业界研究的热点与焦点，国内外的政府、行业团体、运营商、设备厂商一直都在进行NGN的研究与探索。从国外有关NGN的研究行动来看，NGN包含的内容非常广泛：从计算机网络看，NGN是以高带宽和IPv6为基础的NGI（下一代互联网）。从传输网络看，NGN是以ASON（自动交换光网络）和GFP（通用帧协议）为基础的。从移动通信网络看，NGN是以WCDMA和cdma2000为代表的3G。从电话网看，NGN是指以分组交换和软交换为基础的电话网络。一些行业组织和标准化机构也启动了本领域的NGN网络技术研究，如：IETF的下一代IP网，ITU，3GPP与3GPP2的下一代移动通信网、ITU的NGN Project 2004。虽然一些国家的政府、标准化组织、电信运营商、制造商和服务提供商在NGN上的作法不尽相同，但是他们目的都是相同的，即研究和部署面向下一代的技术和业务。

　　二、NGN和业务承载网界定

　　1. NGN的特征

　　NGN是能够大规模地为公众提供以视讯为代表的多种通信业务；以分组交换数字通信技术为业务统一承载平台；传输层适应数据业务特征；NGN是可运营、维护、管理的通信网络。业界公认NGN的特征主要有：

　　（1）下一代网业务和终端趋于IP化。

　　（2）NGN是一个高速宽带的网络，能综合实时业务、非实时业务、宽带业务、窄带业务的网络，特别是能满足即将崛起的多媒体业务的发展需求。

　　（3）采用单一业务承载网和多个业务网与承载网相分离的体系结构，多业务网能够共享一个业务承载网。

　　（4）业务网采用业务与呼叫控制分离、呼叫控制与承载分离的体系结构。

　　（5）NGN是安全和可信任的，运营者保证网络是足够安全的，用户可以放心地、可信任地使用网络资源。

　　（6）能保证提供电信级的服务质量，保证现有的电信业务和今后可能产生的电信业务获得与传统电信业务相同的服务质量。

　　（7）必须有良好的生态模型和价值链，能使该价值链上的所有商家赢利。

　　2. NGN的分层

　　传统网络通常都是分层描述的。在互联网上通常可以采用五层模型，即互联网层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。ISO有OSI七层模型，即应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层和物理层。同理，传输网络、电话网络都是分层描述和实现的。NGN同样也需要分层描述和实现。NGN分层原则为：分层必须保证通信系统完备高效，每一层必须独立完成某种特定功能，每一层应当使用下层为上层提供服务，每一层实体与同层实体对等通信，层间逻辑独立。根据这种原则，NGN从上到下可以分成三层（如图1所示），即业务层、业务承载层与传输层。



　　（1）业务层。可以分成业务层管理维护、业务层控制和业务层会话。业务层负责业务提供，例如电话业务、视频业务、Web浏览业务、邮件业务等。每一种业务拥有自己的会话层、控制层和管理维护。不同的业务采用同一个业务承载层承载。在NGN业务层中控制必须与业务相分离。

　　（2）业务承载层。可以分成网络层管理维护、网络层控制（选路）和分组层。业务承载层采用分组格式。业务承载层负责分组寻址、复用及路由功能。NGN业务承载层必须在同一个承载网上提供多种业务。NGN采用的分组承载必须安全可靠并且保证服务质量。

　　（3）传输层。可以分为传输层管理维护、传输层控制和传送层。传输层主要为业务承载层提供专线，将业务承载层节点连接起来。NGN传输层必须匹配分组传输特征。

　　NGN业务承载网利用NGN传输层提供的服务，为业务层提供服务的层面。NGN传输层利用传输和传送技术，为NGN业务承载层提供专线传输服务，将业务承载层节点连接起来。NGN业务承载网利用NGN传输层提供的专线服务构造一个透明、与传输接入帧格式无关的平台，在该平台上利用寻址、复用、选路技术为NGN业务层提供点到点通信服务和多点到多点通信服务。

　　三、NGN业务承载网特点

　　根据NGN特征描述，NGN业务承载网应当具有如下特征：

　　1. 较强的可扩展性

　　网络规模在某种程度上受技术现状所制约：例如IPv4网络由于地址空间限制，被迫使用影响业务开展的NAT等技术。传输网络中的环结构有距离限制，在中国这样大范围上很难使用单环结构。因此，NGN的业务承载网应该是有较强扩展性的网络，并在地址空间、网络规模、支撑用户数、地理范围等方面都能支撑不断增加的用户和用户对网络不断增强的需求。

　　2. 与网络业务无关

　　传统电话网是承载网与业务相关的，承载网业务网一体化实现，甚至传输也与业务相匹配。NGN中通过业务与业务承载分离，允许业务独立发展，提供灵活有效的业务创建、业务应用和业务管理功能，支撑不同带宽的、实时的或非实时的各种媒体业务使用，能提供较大灵活性的业务和应用，满足用户不断发展更新的业务需求。

　　3. 有能力同时支撑多业务

　　NGN采用开放式体系结构，可以方便地生成新业务，可以通过API接口向第三方运营商提供服务。NGN采用统一的协议，把传统电信网的功能分离成为独立的网络部件，通过标准的开放接口进行互联，网络体系的部件化使电信网逐步走向开放，运营商可以根据业务的需要，自由组合各部分的功能来组建新网络。因此，NGN业务承载网应该有能力同时支撑多种业务，并对用户统一接入。

　　4. 高速，宽带，适应视频业务

　　NGN是一个能综合实时业务、非实时业务、宽带业务、窄带业务的网络，特别是能满足即将崛起的多媒体和视频业务发展需求的网络。NGN业务承载层利用NGN传输层密集波分复用技术和单波长高速传输技术，为NGN业务层提供高速，宽带，适应视频业务。DWDM近年来获得了迅速发展，其速度超过了由摩尔定律限定的交换机和路由器的发展速度，为高速的NGN业务承载网提供了技术可能性。

　　5. 安全可靠

　　传统的电信网包含电话网和数据网。电话网是基于电路交换的，对普通用户来说的确是安全和可信任的，电信运营企业经营的数据网（X.25 ，F.R ，ATM）对普通用户来说也被认为是安全和可信任的。NGN业务承载网基于分组，安全性和可信任性问题是必须予以重点解决的。NGN传输层安全性通常没有问题，而NGN业务承载层的安全是NGN安全可靠的主要问题。

　　6. 保证服务质量

　　传统的电话网是基于时隙交换的，为每一对用户都准备了双向64kbit/s的虚电路，传输网络提供的都是点对点专线，很少出现服务质量问题。NGN是基于分组交换组建的，必须考虑业务承载层的服务质量问题。当前业务承载层采用的IPv4协议，只提供尽力而为的服务。NGN要提供包括视频在内的多种服务就必须要求业务承载层有一定程度的服务质量保障。

　　7. 可管理，可运维，可盈利

　　NGN必须有良好的生态模型和价值链，能使该价值链上的所有商家赢利。因此，NGN业务承载网应拥有Internet 网的灵活性，能承载现有Internet 的全部业务。它拥有电信网的高稳定性、可靠性和高可管理性和可维性的商用网特征，能够保证现有的电信业务和今后可能产生的业务的正常运行和良好经济效益。

　　四、NGN业务承载网技术

　　1. 基于ATM技术的业务承载网

　　90年代初，多数专家认为基于分组交换的数字通信技术可以实现业务综合，实现长期以来电信界的理想，以ATM为核心的B-ISDN能作为NGN的业务承载网。在技术层面，ATM做到了实时业务和非实时业务、宽带业务和窄带业务的完全综合（至少在实验网的范畴内）、安全可靠、保证服务质量、可运营可管理。ATM技术已经成功，如果继续发展完全有可能成为NGN中业务承载网。但是，ATM在其发展过程中，外部环境发生了突变。ATM赖以发展的条件（传输资源紧缺，传输资源价格昂贵，用提高ATM交换机的复杂度来克服传输带宽不足的问题）已不复存在。光纤通信技术的发展，尤其密集波分复用技术（DWDM）的出现，使传输资源不再昂贵。因此，为了节省这些传输资源而使节点设备（ATM交换机）复杂化显然得不偿失。这是ATM从全盛走向衰亡的一个十分重要的原因，也是导致ATM不能成为NGN业务承载层核心技术的主要原因之一。ATM商业运作的失败，业务起点选择过高，ATM业务无法快速推广，以多媒体业务作为其核心业务不符合电信的商业模式，也是ATM从全盛走向衰亡的的原因。

　　近年来，由于IP技术进展不力，特别是几个关键技术没有突破性进展，ATM在电信网和大型企业网中再一次得到重视，ATM交换机的销售出现了一个新的高潮。近年，ATM交换机出现销售高潮的主要原因是：IP网在安全、服务质量方面存在严重缺陷，而业务的发展又对IP网的安全、服务质量提出了更高的要求。IP网技术支撑业务的能力和现实业务需求之间有着巨大的差距。在不能改进IP网技术的情况下，为了满足业务发展对网络的要求，设备开发商和系统集成商提出了"2层＋3层"的IP网过渡性结构体系，即用ATM的PVC组成若干个资源独立的虚拟专网（VPN）。所谓的"第2层"体系是指ATM的VPN资源独立，可以确保用户所需的传输资源；信息隔离性好，可以保证业务网之间的安全性。"第3层"架构是指在ATM的虚拟专网上建立物理上完全独立的路由器网，构成若干个物理上完全隔离的路由器网。这里的路由器可以是物理路由器也可以是ATM边缘交换机上的虚拟路由器，它们的本质是一样的。在"2层＋3层"的IP网体系结构中，ATM是一种补救措施，IP网技术目前还存在严重缺陷而采用的一种补救措施，一旦IP网将上述问题解决，ATM将无存在必要。一方面，这种设计不合理，造成功能的重复和设备上的重叠，传输和处理的开销加大。另一方面，世界各大标准化组织没有一个继续进行ATM的标准化工作，目前ATM广泛使用的只是PVC，只提供数字专线服务，在运营商级的大网中没有实现SVC。因此，在运营商级的大网中完全使用SVC后，是否能保证在技术上每一对端到端业务的服务质量是值得怀疑的。

　　目前，ATM技术的升温，是为了回避IP网中的棘手问题而出现的，是一种权宜之计。在现有条件下，ATM的复杂性、当前业务和终端的IP化已决定ATM技术不可能作为NGN业务承载层核心技术。

　　2. 基于IP技术的业务承载网

　　Internet因为Web的迅速发展，成为和电信网抗衡的全球性大网。非实时业务的成功和网络规模的迅速扩大，使电信业务成为Internet 谋求发展的业务。电话业务作为电信业务中的最大赢利点更成为Internet谋求发展的重中之重。因此，VoIP设备被迅速设计制造，并立即进入了商用。实际测试结果表明，只要IP网设计合理，IP电话的质量完全可以达到传统电话的质量。至此，电信网中的最关键业务被IP技术突破。近年来，国内电信界的绝大多数专家都认为基于IP的分组数字通信技术将会是NGN业务承载层核心技术，NGN业务承载网将会是IP网。

　　（1）IP网存在的问题

　　IP网在服务质量（QoS）及网络安全性方面存在严重问题。当时业界充满信心，认为这些问题在2~3年内就可以克服。但3~4年过去了，IP技术没有发生根本变化，以前IP网存在的问题，3~4年后的IP网依然存在。在此期间，IT界一直在努力改进IP网的性能，相应标准不断制定出来，相应设备也不断制造出来，但一切努力都没有使问题发生本质的改观。迄今为止，问题仍没有完全解决。

　　研究表明，IP技术在承载电信业务中的确存在问题。问题在于Internet网的设计理念与电信网设计理念之间存在巨大差距。Internet是以用户自律为基础的非赢利性网络，没有中心也无需管理，网络的运营者既不负责网络安全，又不负责业务的赢利。Internet先用于军事，后用于教学科研，没有商业模型，无需赢利，直到Web巨大成功才将它推向商用。正因为如此，Internet在商用上是有先天缺陷的。电信网则一开始就是以商业经营为目的的网络，它必须具有商业经营必备的全部属性。这二者的巨大差异决定了从Internet到IP网不会是一个简单的借用过程，在设计上必须要发生质的改变。到目前为止，所谓电信级的IP设备或电信级的IP网还只是简单地将Internet模式搬过来，没有实质性的变化，只在设备的冗余和可靠性方面接近电信网节点的水平。这是近3～4年用于电信业务网目的的IP技术没有取得进展的关键原因所在。

　　（2）电信业务分类

　　从目前的现实情况看，企业网中（无论大型企业网或中小型企业网）的业务几乎100%是IP业务；电信网上的业务也有快速IP化的趋势，目前电信业务主要有3类：

　　● 电话业务。迄今为止，在本地网上TDM电话仍占着统治地位。随着IP电话在中国的成功，从理论和实践都已证实IP电话可供商用，在技术上不存在不可逾越的困难，因此有迅速扩展使用的趋势。

　　● 数据承载网业务。电信网目前能提供的数据承载网业务有2个，一个是X.25业务，这是真正可以实现端到端寻址的数据业务。由于技术落后，业务量很少，已不列入发展之列。另一个是IP业务，在电信数据业务中，IP业务已占95%以上，可以说数据承载网业务已基本IP化。

　　● 专线业务。无论是DDN业务、F.R业务还是ATM业务，都是租给企业用户的，而企业用户中其业务量的100%都是IP业务，间接地算，专线网上主要也是IP业务。近来视讯业务有很大的发展趋势，目前视讯业务的绝大部分也是IP业务。可以看出，目前电信网中的业务除了电话业务外都是IP业务，未来的IP电话将逐步取代传统电话，最终电话业务将完全IP化。

　　（3）NGN业务承载层的核心技术

　　从理论上讲，分组交换技术能够综合实时业务与非实时业务、宽带与窄带业务，是实现电信业务综合的最佳技术。IP技术采用不面向连接的工作方式，简化了信令，克服了节点设备复杂化问题。光纤通信技术发展，DWDM的大量商用，使得传输资源不再紧缺和昂贵。因此基于IP技术的分组数据通信技术应该是NGN业务承载层核心技术。

　　近年，电信业务及电信网的IP化之所以没有取得预期的效果，其根本原因是电信界的专家盲从于Internet模式，将基于Internet设计理念的IP网不加改变地搬来，试图加载电信业务来实现电信网的过渡，没有考虑二者之间设计理念的差异和Internet在设计上的固有缺陷。要将IP技术用于电信网，就必须考虑电信网的特点、要求和其商业目的，深入研究Internet与电信网设计理念上的差异。也就必须考虑电信网的设计理念改造IP网，才能使之真正成为NGN业务承载网。

　　五、结束语

　　NGN分为业务层、业务承载层与传输层三层。利用NGN传输网提供的高速专线服务承载灵活多样的宽窄带业务是业务承载网主要的工作。为适应NGN特点，业务承载层必须具有较强的可扩展性、与网络业务无关、能同时支撑多业务、高速，宽带，适用于视频业务、安全可靠、保证服务质量、可管理、可运维、可盈利的特征。当前，NGN中业务与终端的IP化已成定局，ATM技术只能成为业务承载层的一个子层，不可成为NGN业务承载层核心技术。而IP技术在经过改造后有可能成为NGN业务承载网的核心技术。( 魏 亮 信产部电信研究院通信标准研究所副总工，高工 摘自　中国电信网)