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下一代網(wǎng)絡(luò )的發(fā)展趨勢以及需要關(guān)注的若干問(wèn)題

石友康　 2005/06/06

　　摘要　本文首先討論了下一代網(wǎng)絡(luò )(NGN)技術(shù)的發(fā)展趨勢以及需要關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題，包括IMS支持固定業(yè)務(wù)接入需要進(jìn)行的研究工作、用戶(hù)游牧控制問(wèn)題、QoS問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題等，然后介紹了中國關(guān)于NGN方面標準化工作情況。

　　關(guān)鍵詞　下一代網(wǎng)絡(luò )　軟交換　服務(wù)質(zhì)量　網(wǎng)絡(luò )安全

1、NGN技術(shù)發(fā)展趨勢

　　NGN是目前通信業(yè)界關(guān)注和探討的一個(gè)熱點(diǎn)話(huà)題，人們希望通過(guò)NGN來(lái)解決目前網(wǎng)絡(luò )中的許多問(wèn)題，如網(wǎng)絡(luò )安全問(wèn)題、QoS問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò )融合、前后向兼容平滑演進(jìn)以及可贏(yíng)利商業(yè)模式等。但客觀(guān)說(shuō)來(lái)，NGN目前依然存在不少問(wèn)題和困惑，包括缺乏統一有效的定義，基本結構、階段目標與長(cháng)遠目標、具體實(shí)施策略等尚不明確，國際上一些電信標準化組織和論壇的觀(guān)點(diǎn)也不盡相同。

1.1　ETSI有關(guān)基于IMS的NGN網(wǎng)絡(luò )架構的建議

　　IP多媒體子系統(IMS)可看作為多種多樣的移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)提供的一個(gè)平臺。IMS的基本協(xié)議基于IETF已有標準，增加了支持移動(dòng)性的擴展，包括SIP、Diameter、COPS等。

　　IMS的主要技術(shù)特點(diǎn)包括：會(huì )話(huà)控制基于SIP；采用IPv6地址(目前IPv4地址也在研究中)；用戶(hù)業(yè)務(wù)接入全部由歸屬網(wǎng)絡(luò )控制；獨立于接入(IMS與下層IP接入網(wǎng)絡(luò )相獨立，WLAN也可以接入)；綁定機制(通過(guò)G0接口建立SIP會(huì )話(huà)和GPRS會(huì )話(huà)之間的關(guān)聯(lián)，實(shí)現QoS和計費管理)。

　　基于IMS的網(wǎng)絡(luò )框架易于引入面向SIP應用的多媒體業(yè)務(wù)，在安全管理、QoS控制、計費等方面具有較強的優(yōu)勢。雖然目前NGN的業(yè)務(wù)種類(lèi)還在討論中，但已明確將包括基于SIP的業(yè)務(wù)(如會(huì )話(huà)服務(wù)、呈現和即時(shí)消息)、非SIP的業(yè)務(wù)(如視頻流媒體和廣播業(yè)務(wù)等)、PSTN/ISDN的替代業(yè)務(wù)(即PSTN/ISDN仿真)等。基于IMS的NGN網(wǎng)絡(luò )架構包括資源和接納控制子系統(RACS)、網(wǎng)絡(luò )附著(zhù)子系統(NASS)、IMS、PSTN/ISDN仿真子系統和其他多媒體子系統和應用，如圖1所示。

圖1　基于IMS的NGN網(wǎng)絡(luò )框架

　　PSTN/ISDN仿真子系統：PSTN/ISDN仿真是為連接到IP網(wǎng)(經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān))的傳統電話(huà)終端仿真PSTN/ISDN，使所有PSTN/ISDN業(yè)務(wù)保持可用和一致，這樣終端用戶(hù)不會(huì )意識到?jīng)]有連接到基于TDM的PSTN/ISDN。

　　IP多媒體子系統：由提供IP多媒體業(yè)務(wù)(例如語(yǔ)音、視頻、文本、聊天等)的所有構架在分組傳送網(wǎng)上的核心網(wǎng)單元構成。

　　流媒體子系統：隨著(zhù)寬帶接入技術(shù)的成熟，網(wǎng)絡(luò )傳輸的瓶頸正在被打破，實(shí)時(shí)的高質(zhì)量流媒體傳輸已成為可能，這為流媒體的發(fā)展奠定了良好的基礎。同時(shí)，音頻和視頻編解碼技術(shù)的進(jìn)步和網(wǎng)絡(luò )流媒體協(xié)議的標準化也為流媒體的廣泛應用起到重要的促進(jìn)作用，使得基于流媒體傳輸的應用得到了越來(lái)越多的重視。隨著(zhù)視頻點(diǎn)播、遠程教學(xué)、交互游戲、Internet TV等業(yè)務(wù)的廣泛開(kāi)展，流媒體已經(jīng)在一定程度上改變了人們使用網(wǎng)絡(luò )的方式。

　　網(wǎng)絡(luò )附著(zhù)子系統：它應該提供下列功能，IP地址分配(例如使用DHCP)；發(fā)生在IP層的鑒權，可能是在地址分配程序期間或之前；根據用戶(hù)業(yè)務(wù)清單(profile)的網(wǎng)絡(luò )接入授權；根據用戶(hù)業(yè)務(wù)清單的接入網(wǎng)配置；發(fā)生在IP層的位置管理。

　　資源和接納控制子系統：它應該提供接納控制和關(guān)口控制功能(包含NAPT控制)。接納控制涉及到根據運營(yíng)商的具體策略/規則和資源，檢查接入網(wǎng)附著(zhù)子系統保存的簽約數據的授權。檢查資源可用性意味著(zhù)接入控制功能應校對被請求的帶寬是否與預定的帶寬和用戶(hù)使用的帶寬一致。

　　目前，ETSI TISPAN在NGN標準方面的研究比較領(lǐng)先，多媒體子系統已經(jīng)確定應用IMS架構，TISPAN NGN R1版本標準研究基本按計劃進(jìn)行，功能架構基本穩定，相關(guān)的業(yè)務(wù)流程和信令方面的工作基本同步進(jìn)行。

　　1.2　ITU有關(guān)NGN研究的進(jìn)度

　　ITU-T SG13負責對NGN的總體研究，雖然它在NGN的標準化方面進(jìn)行了大量的工作，并在2004年2月推出了11個(gè)NGN標準草案，但目前仍只是處在框架的范疇，無(wú)法滿(mǎn)足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。同時(shí)ITU在引導電信發(fā)展方向上也愈來(lái)愈力不從心，3GPP、3GPP2等在3G的標準化上已占據了主導地位。NGN作為當前的熱點(diǎn)，目前方向尚不明朗，而ETSI在IMS基礎上所進(jìn)行的NGN的標準化工作將有可能成為NGN的事實(shí)標準，這也將對ITU-T構成一定威脅。為此，需要加速NGN標準制定工作，ITU-T于2004年5月成立了FGNGN(NGN焦點(diǎn)工作組)，FGNGN主要是在繼承第13工作組的基礎上，重點(diǎn)面向NGN領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)工作。

　　FGNGN的工作是從三個(gè)方面展開(kāi)的：一是在3GPP、3GPP2的IMS基礎上，制定ITU的IMS的第一個(gè)版本，這是一種基于SIP的業(yè)務(wù)系統或業(yè)務(wù)平臺；二是研究未來(lái)基于分組技術(shù)的數據網(wǎng)；三是繼續ITU-T NGN JRG的工作，包括：QoS問(wèn)題、NGN的體系結構、安全問(wèn)題、移動(dòng)游牧問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)等。FGNGN計劃分為三個(gè)階段頒布NGN的相關(guān)標準，目前已經(jīng)在NGN業(yè)務(wù)總體要求、功能體系架構、IP QoS、控制和信令要求、網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)和安全等方面提出了較為具體的要求，處于需求分析和定義階段。

　　1.3　基于IMS的固定NGN已經(jīng)成為未來(lái)發(fā)展方向

　　在標準方面，基于SIP的3GPP IMS是目前比較完善的體系結構，ETSI、ITU-T等已經(jīng)有在固定領(lǐng)域應用IMS架構的明確傾向，以后的固定NGN的多媒體域網(wǎng)絡(luò )架構將可能基于3GPP IMS發(fā)展。同時(shí)，ITU-T、ETSI所定義的NGN業(yè)務(wù)需求包括了通信、信息、娛樂(lè )等業(yè)務(wù)，移動(dòng)性已經(jīng)成為固定NGN的一個(gè)重要需求，NGN將在IMS架構基礎上擴展支持固定接入和其他融合業(yè)務(wù)。

　　在運營(yíng)商方面，部分先進(jìn)運營(yíng)商，如英國電信、法國電信等已經(jīng)明確提出在固定IP多媒體域，甚至PSTN電路域應用IMS架構的思路。很多運營(yíng)商希望基于IMS的網(wǎng)絡(luò )架構成為NGN的統一業(yè)務(wù)控制平臺，支持多種接入技術(shù)和多種業(yè)務(wù)。

　　在設備廠(chǎng)商方面，不少電信大廠(chǎng)商已經(jīng)加大IMS在固網(wǎng)領(lǐng)域應用的研究，積極參與基于IMS的NGN標準制定。

　　因此基于3GPP IMS架構擴展支持固定網(wǎng)絡(luò )接入需求和未來(lái)網(wǎng)絡(luò )的各種業(yè)務(wù)需求，以便實(shí)現未來(lái)固定、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )在核心業(yè)務(wù)控制層的共享和融合，并提供對高層多種業(yè)務(wù)的支持已經(jīng)成為固定NGN的發(fā)展方向。

2、需要關(guān)注的問(wèn)題

　　2.1　IMS支持固定業(yè)務(wù)接入需要進(jìn)行的研究工作

　　基于IMS的網(wǎng)絡(luò )架構建立NGN體系，在技術(shù)層面目前只是定義了網(wǎng)絡(luò )框架，對于功能實(shí)體定義和工作流程等方面的工作尚沒(méi)有開(kāi)始。在具體技術(shù)實(shí)現和協(xié)議層面，由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )與固定網(wǎng)絡(luò )之間的差異，需要在原有IMS規范的基礎上進(jìn)一步研究以下內容：

IMS要求強制使用IPv6，而其他固定接入網(wǎng)絡(luò )不強制要求支持IPv6，這意味著(zhù)必須考慮IPv4，也就要求必須支持NAPT功能。

固定網(wǎng)絡(luò )不強制要求最終用戶(hù)設備支持UICC(universal integrated circuit card)，這意味著(zhù)必須考慮替代的鑒權過(guò)程，即固定網(wǎng)絡(luò )終端可以通過(guò)其他方式進(jìn)行鑒權。

在無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )中，由于接口資源有限，在一些協(xié)議功能方面需要特別的處理，例如采用SIP壓縮功能等。而對于固定網(wǎng)絡(luò )，將不著(zhù)重考慮帶寬的限制，這將會(huì )導致把當前的一些必選功能作為可選項。

在信令接口和計費接口上，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )與固定網(wǎng)絡(luò )由于位置管理存在差異，所有涉及位置信息的協(xié)議都會(huì )受到影響。

在接入網(wǎng)中，固定網(wǎng)絡(luò )和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )資源預留過(guò)程的差異需要更改IMS資源授權和預留過(guò)程。

　　2.2　用戶(hù)游牧控制問(wèn)題

　　目前的IMS網(wǎng)絡(luò )只解決了業(yè)務(wù)層的游牧控制，接入層的游牧控制并未解決，特別是在固定網(wǎng)絡(luò )接入中，由于接入是不可控的，固定接入用戶(hù)游牧后，通過(guò)接入傳送層網(wǎng)絡(luò )在歸屬地網(wǎng)絡(luò )接入業(yè)務(wù)控制系統，IMS網(wǎng)絡(luò )中仍無(wú)法識別用戶(hù)的漫游，盡管能為用戶(hù)提供歸屬地的業(yè)務(wù)，但計費問(wèn)題仍然沒(méi)有解決，因此需要通過(guò)接入層的游牧控制配合來(lái)提供完整的用戶(hù)游牧控制解決方案。

　　2.3　QoS問(wèn)題

　　NGN業(yè)務(wù)對實(shí)時(shí)性的要求很高，因此對網(wǎng)絡(luò )的QoS提出了很高的要求，能否保證QoS是NGN能否能成為未來(lái)統一平臺的關(guān)鍵，而這很大程度上取決于NGN所基于的分組承載網(wǎng)絡(luò )。目前基于分組承載網(wǎng)的各種QoS解決方案主要關(guān)注于承載網(wǎng)絡(luò )設備的QoS處理能力，更多的是基于分組承載網(wǎng)絡(luò )設備的實(shí)現技術(shù)(如CAR、整形、隊列調度、優(yōu)先級標記及DiffServ等)，這些具體的技術(shù)是所有QoS實(shí)施的基礎，但不是NGN QoS關(guān)注的重點(diǎn)。NGN需要從網(wǎng)管/資源方面實(shí)施相應的QoS控制策略，需要有一個(gè)全網(wǎng)的QoS解決方案。因此NGN是否需要帶外QoS信令，即是否需要構建一個(gè)具有高可靠性、高效性和可伸縮性特點(diǎn)的帶外信令基礎設施將有待進(jìn)一步的探討。另外，NGN的QoS問(wèn)題主要是接入網(wǎng)/城域網(wǎng)QoS問(wèn)題，在NGN的QoS指標分配中，應該給接入網(wǎng)/城域網(wǎng)分配多大比例也是應該考慮的。

　　2.4　NGN安全問(wèn)題

　　NGN沒(méi)有UNI和NNI的區別，在承載層面是相互可見(jiàn)的。運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )設備、協(xié)議甚至拓撲對用戶(hù)來(lái)說(shuō)都是可見(jiàn)的，用戶(hù)側產(chǎn)生的IP信息既有可能在用戶(hù)側終結，也可能在網(wǎng)絡(luò )中終結，這就使得用戶(hù)側有機會(huì )與運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )交換非法路由信息，也可攻擊運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )的路由器和控制設備等。另外，位于網(wǎng)絡(luò )邊緣的用戶(hù)側網(wǎng)絡(luò )、業(yè)務(wù)和應用一般都使用TCP/UDP/IP技術(shù)，用戶(hù)之間在承載層和應用層都相互可見(jiàn)。這種要在通信過(guò)程中才確定信任關(guān)系的不面向連接的工作方式為用戶(hù)之間的相互攻擊提供了方便。因此非常有必要闡明和開(kāi)發(fā)NGN安全體系架構，提供網(wǎng)絡(luò )和用戶(hù)資源保護，允許高度分布性的端到端智能和多網(wǎng)絡(luò )技術(shù)共存，提供端到端的安全機制及應用于多個(gè)管理域的端到端安全解決方案，確保終端以安全方式接入到NGN。

　　2.5　軟交換是NGN發(fā)展不可逾越的一個(gè)階段

　　NGN是一種目標網(wǎng)絡(luò )和理想化的網(wǎng)絡(luò )，其發(fā)展是現有網(wǎng)絡(luò )按NGN概念與框架要求逐步演進(jìn)完善的長(cháng)期過(guò)程，決不可能輕而易舉地一步到位。以軟交換技術(shù)為核心試驗探索及啟動(dòng)實(shí)施PSTN向初級NGN的融合演進(jìn)，使NGN期望的低建設成本、低運營(yíng)開(kāi)銷(xiāo)、有效的平滑演進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)能具體有所體現。

　　隨著(zhù)軟交換體系架構的完善、軟交換相關(guān)標準和協(xié)議的成熟以及產(chǎn)品的商用化，越來(lái)越多的運營(yíng)商為了應對外界和自身的種種挑戰，開(kāi)始有規模地部署軟交換商用網(wǎng)絡(luò )。因此軟交換是NGN發(fā)展不可逾越的一個(gè)階段。這一階段主要集中于NGN基礎結構的建設和現有PSTN向NGN的持續演進(jìn)，以及采用軟交換技術(shù)進(jìn)行交換機的網(wǎng)改和替換。在這一階段，分組網(wǎng)絡(luò )的建設具有“低成本、高帶寬、多業(yè)務(wù)綜合承載”的特性，人們對低成本的長(cháng)途通信和高帶寬的多業(yè)務(wù)承載有很高的需求，加上多運營(yíng)商的激烈市場(chǎng)競爭都大大地促進(jìn)了NGN的發(fā)展。

　　2.6　軟交換未來(lái)的演進(jìn)方向

　　在TISPAN定義的NGN網(wǎng)絡(luò )架構中，業(yè)務(wù)子系統包括PSTN/ISDN仿真部分，但PSTN仿真子系統的實(shí)現架構尚未統一，目前采取并行研究基于IMS和呼叫服務(wù)器兩種架構的方式。

　　基于IMS架構的方式中，PSTN仿真和IMS可以共享一個(gè)通用的網(wǎng)絡(luò )架構，但是要把PSTN仿真完全分離到AS(接入服務(wù)器)中，AGCF和PSTN AS間接口需要重新定義(標準的ISUP和SIP都無(wú)法支持)；PSTN業(yè)務(wù)難以完全繼承，如熱線(xiàn)業(yè)務(wù)，需要把用戶(hù)摘機事件上報PSTN AS，而在這種架構下很難實(shí)現。如果重新設計，完全繼承PSTN業(yè)務(wù)，需要大量的標準化及產(chǎn)品化工作，需要很長(cháng)時(shí)間，而且僅支持傳統PSTN業(yè)務(wù)，代價(jià)太大。在完全基于IMS架構中，軟交換蛻變?yōu)锳GCF，不處理業(yè)務(wù)，僅實(shí)現H.248到SIP/SIP-I的協(xié)議轉換。

　　基于呼叫服務(wù)器的PSTN仿真子系統架構可以完全繼承PSTN業(yè)務(wù)，但是PSTN仿真和IMS為兩個(gè)完全獨立的域，PSTN仿真難以演進(jìn)融合到IMS，無(wú)法實(shí)現網(wǎng)絡(luò )控制層的統一和融合，同時(shí)難以支持語(yǔ)音、多媒體融合業(yè)務(wù)。

3、國內NGN標準化進(jìn)展情況

　　為了配合NGN在我國的逐步建設，中國通信標準化協(xié)會(huì )各技術(shù)工作委員會(huì )密切跟蹤國際上NGN標準的發(fā)展進(jìn)程，研究制定我國NGN的相關(guān)標準，積累了大量資料和經(jīng)驗，并取得了一定成績(jì)，為我國NGN/軟交換網(wǎng)絡(luò )的建設、網(wǎng)絡(luò )的演進(jìn)、設備的開(kāi)發(fā)、研制和引進(jìn)做好充分準備。在NGN總體標準方面，正在對NGN網(wǎng)絡(luò )框架規范、NGN業(yè)務(wù)平臺/體系、NGN網(wǎng)絡(luò )管理技術(shù)、NGN端到端的QoS、NGN網(wǎng)絡(luò )安全、NGN廣泛移動(dòng)性技術(shù)等標準進(jìn)行預研；在軟交換相關(guān)標準方面，已開(kāi)始研究軟交換網(wǎng)絡(luò )框架體系，基本完成了軟交換、移動(dòng)交換服務(wù)器、ATM中繼媒體網(wǎng)關(guān)、IP中繼媒體網(wǎng)關(guān)、綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)、媒體網(wǎng)關(guān)控制器、信令網(wǎng)關(guān)、基于軟交換的應用服務(wù)器、基于軟交換的媒體服務(wù)器、綜合接入設備(IAD)、SIP服務(wù)器、軟交換業(yè)務(wù)接入控制設備等組網(wǎng)設備的標準制定，基本完成H.248、BICC、SCTP、M3UA、M2UA、MGCP、Parlay、M2PA、IUA、V5UA、Diameter、IP網(wǎng)絡(luò )上傳送電話(huà)選路協(xié)議(TRIP)、SIP等組網(wǎng)協(xié)議的標準制定，基本完成軟交換的業(yè)務(wù)體系、SIP/MGCP/H.323/H.248/SNMP協(xié)議穿越NAT等標準的制定；在網(wǎng)絡(luò )管理方面，基本完成基于軟交換的綜合網(wǎng)絡(luò )管理系統(NMS)和綜合接入設備管理系統(IADMS)等標準的制定。目前正在重點(diǎn)開(kāi)展對NGN架構、PSTN/ISDN向基于軟交換的NGN演進(jìn)策略、固定網(wǎng)絡(luò )/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )融合技術(shù)、IMS在固定網(wǎng)絡(luò )中的應用、NGN業(yè)務(wù)層總體技術(shù)要求、NGN資源管理、NGN網(wǎng)絡(luò )安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )融合對網(wǎng)絡(luò )資源的影響等課題的研究。

中國通信網(wǎng)(www.c114.net)

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