下一代网络(NGN)技术简述

下一代网络（NGN）技术简述摘要：本文通过对下一代网络(NGN)进行了初步的介绍和分析，针对NGN的特点、优势和面临的问题做出了简单的总结关键词：下一代网络系统架构优势问题下一代网络(NGN)是一个基于IP的全新通信网络，可以承载语音、数据、多媒体等种类丰富的业务。它是建立在单一的包交换网络基础上，应用软交换技术、各种应用服务器及媒体网关技术建立起来的一种分布式的、电信级的、端到端的统一网络。NGN汇聚了固定、移动、宽带等多种网络，致力于和PSTN(公共交换电话网)及移动网的完美互通。同时，NGN提供了一个开放式的体系架构，便于新业务的快速开发和部署。下一代网络(NGN)的基本思路是具有统一的IP通信协议和巨大的传输容量，能以最经济的成本灵活、可靠、持续地支持一切已有和将有的业务和信号。显然，这样的网络其基础物理层只能是波分复用（WDM）光传送网，这样才可能提供巨大的网络带宽，保证可持续发展的网络结构、容量和性能以及廉价的成本，支持当前和未来的任何业务和信号。总体来说，广义上的下一代网络(NGN)是指以软交换为代表，IMS为核心框架，能够为公众灵活提供大规模视视频话音数据等多种通信业务，以分组交换为业务统一承载平台，传输层适应数据业务特征及带宽需求，与通信运营商相关，可运营、维护、管理的通信网络。一．NGN主要特征NGN的主要特点是能够为公众灵活、大规模地提供以视频业务为代表，包含话音业务、互联网业务在内的各种丰富业务。当前所谓的电信网是为电话业务设计的，实质上是为电话网服务的。要适应NGN多业务、灵活开展业务的特征，必须要有新的网络结构来支持。一般来说，NGN主要有如下特征。1．NGN是业务独立于承载的网络传统电话网的业务网就是承载网，结果就是新业务很难开展。NGN允许业务和网络分别提供和独立发展，提供灵活有效的业务创建、业务应用和业务管理功能，支持不同带宽的、实时的或非实时的各种多媒体业务使用，使业务和应用的提供有较大的灵活性，从而满足用户不断增长的对新业务的需求，也使得网络具有可持续发展的能力和竞争力。2．NGN采用分组交换作为统一的业务承载方式传统的电话网采用电路（时隙）方式承载话音，虽然能有效传输话音，但是不能有效承载数据。NGN的网络结构对话音和数据采用基于分组的传输模式，采用统一的协议。NGN把传统的交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，它们通过标准的开放接口进行互联，使原有的电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务的需要，自由组合各部分的功能产品来组建新网络。部件间协议接口的标准化可以实现各种异构网的互通。3.NGN能够与现有网络如PSTN、ISDN和GSM等互通现有电信网规模庞大，NGN可以通过网关等设备与现有网络互联互通，保护现有投资。同时NGN也支持现有终端和IP智能终端，包括模拟电话、传真机、ISDN终端、移动电话、GPRS终端、SIP终端、H248终端、MGCP终端、通过PC的以太网电话、线缆调制解调器等。4．NGN是安全的、支持服务质量的网络传统的电话网基于时隙交换，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基于分组交换组建，则必须考虑安全以及服务质量问题。当前采用IPv4协议的互联网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则必须保证一定程度的安全和服务质量。5．NGN是提供多媒体流媒体业务的多业务网络当前电信网业务主要关注话音业务。数据业务虽然已超过话音，但是在盈利方面还有待提高。大规模并发流媒体以及互动多媒体业务是当前宽带业务的代表，因此仍然以话音和传统互联网数据业务为主的NGN是没有意义的。NGN必须在服务质量以及安全等保障下提供多媒体流媒体业务。二．NGN的系统架构NGN的服务将包括两个方面：基于会话的服务和非基于会话的服务。前者的例子诸如IP电话、电视会议和电视聊天，后者业务有媒体流和广播等。此外，下一代网络支持公用交换电话网/综合业务数字网(PSTN/ISDN)替代物（ITU-T的术语即PSTN/ISTN的仿真）。下图中展示了NGN结构。根据Y.2011建议书，下一代网络的功能分为服务层和传输层。终端用户功能由用户-网络接口（UNI）接到下一代网络，而其他网络则通过网络—网络接口（NNI）互相连接。ANINNIUNI多媒体控制管理用户-网络接口网络-网络接口应用-网络接口管理功能其他网络第三方供应商传输层业务层服务控制应用功能服务控制功能服务用户身份传输用户身份终端用户功能传输控制功能网络接触控制功能资源和应用控制功能多媒体处理接入功能接入传输功能边沿功能核心传输功能网间连接功能传输功能NNIUNIANI下一代网络结构示意图1．传输层功能传输层功能为NGN内所有成分和物理上分开的功能提供连接。IP是NGN最有前景的传输技术。因此，传输层将为NGN外的末端用户设备和通常驻留在网络内服务器上的控制器和启动器提供连接。传输层还负责提供端对端的服务质量控制。端对端的服务质量是人们所期望的NGN应具有的特性之一。传输层分成接入网和核心网两个部分，并由一种连接功能连接起来。（1）接入功能接入功能管理末端用户对网络的接入。它涉及的接入技术有宽带码分多址（W-CDMA）和数字用户线（xDSL）等。接入网包括相关的电缆接入、数字用户线技术、无线技术、以太网技术和光学接入的功能。（2）接入传输功能接入传输功能负责将信息通过接入网进行传输。它还提供直接处理用户业务，包括缓冲管理、排队和调度、包过滤、业务分级、标注、监控和整形的服务质量控制机制。（3）边缘功能当接入业务并入核心网时，边缘功能负责进行业务处理。（4）核心传输功能核心传输功能负责确保通过核心网的信息传输顺利进行。根据与传输控制功能的相互作用，它提供鉴别网内传输质量的方法。它还提供直接处理用户业务，包括缓冲管理、排队和调度、包的过滤、业务分级、标注、监控和整形、门控制和防火墙的服务质量机制。（5）网络接触控制功能网络接触控制功能执行接入级的登录以及进入NGN服务的末端用户功能的启动。它提供网络级的识别/认证，管理接入网的IP地址空间和确认接入会话，还向末端用户发布NGN服务和应用功能的接触点。也即，网络接触控制功能协助末端用户设备进行登录和启动使用NGN。（6）资源与准入控制功能资源与准入控制功能提供准入控制和门控制功能，包括对网址、端口编译（NAPTs）和不同服务场地码点（DSCPs）的控制。准入控制通过网络接触控制功能来进一步核验用户身份。核验资源的可用性是指准入控制功能验证一个资源（如带宽）申请的合理性，在检查了已经分配或占用的资源后，决定是否在剩余资源中批准配给。资源与准入控制功能与传输功能相互作用来控制传输层内的功能，包括：包过滤、业务分级、标注和监控，带宽保留和指配、网址和端口编译、IP地址的反欺骗、网址和端口编译/防火墙的通过和使用计量。（7）传输用户身份功能传输用户身份功能块将传输层内的用户和其他控制数据编译成单一的“用户身份”。该功能可以规定为驻留在NGN内任何部分的一组功能性合作数据库并加以实现。（8）网间连接功能网间连接功能提供与其他网络的互联能力，包括许多现存的网络，如基于公用交换电话网/综合业务数字网的网络。为其他网络设置的网络-网络接口，用在控制与传输级两者中，包括边界处的网间连接。控制和传输级间的交互可以直接进行，或通过传输控制功能进行。（9）媒体处理功能该系列的媒体资源处理功能为提供生成单音信号、译码和会议桥接类的服务进行媒体资源处理。2．服务层功能服务层功能提供基于会话的和非会话的服务，包括现况信息的描绘，即时消息交换的消息方法等。服务层功能还提供与现有的公用交换电话网/综合业务数字网服务和能力相关的全部网络功能，以及与遗留雇主设备的接口。（1）服务和控制功能它包括在服务级上的会话控制功能、登录功能、确认和批准功能，控制媒体源（专门资源）的功能。（2）服务用户身份功能该功能将服务层内的用户和其他控制数据编译成单一的“用户身份”。该功能可以规定为驻留在NGN内任何部分的一组功能性合作数据库，并加以实现。（3）应用功能NGN支持开放的应用接口，可使第三方服务供应商为用户提供增强的服务。全部应用功能（委托的和非委托的）和服务供应商，通过服务层内的服务或网间连接器，接入NGN资源。3．管理功能管理功能可以分布式地位于每个功能实体（FE）内，与网络要素（NE）管理、网络管理和服务管理功能实体相交互。管理功能包括计费和开单功能，给NGN运营商提供资源利用率数据以使他们能准确地给用户开计费单。记费和开单功能支持离线记账的数据收集和近实时的在线记账类的数据收集。4．末端用户功能对末端用户的接口有物理接口和功能接口两种方式，如上图所示。NGN对所有类型的雇主设备都支持，包括遗留下来的单线电话和复杂的集团网络。末端用户设备可以是移动的，也可以是固定的。三．支撑NGN的九大关键技术１．Pv6作为网络协议，NGN将基于IPv6。IPv6相对于IPv4的主要优势是：扩大了地址空间、提高了网络的整体吞吐量、服务质量得到很大改善、安全性有了更好的保证、支持即插即用和移动性、更好地实现了多播功能。２．光纤高速传输技术NGN需要更高的速率、更大的容量，但到目前为止我们能够看到的，并能实现的最理想传送媒介仍然是光。因为只有利用光谱才能带给我们充裕的带宽。光纤高速传输技术现正沿着扩大单一波长传输容量、超长距离传输和密集波分复用(DWDM)系统三个方向在发展。单一光纤的传输容量自1980至2000年这20年里增加了大约1万倍。目前已做到40Gb/s，预计几年后将再增加16倍，达到6.4Tb/s。超长距离实现了1.28T(128x10G)无再生传送8000Km。波分复用实验室最高水平已做到273个波长、每波长40Gb(日本NEC)。３．光交换与智能光网光有高速传输是不够的，NGN需要更加灵活、更加有效的光传送网。组网技术现正从具有分插复用和交叉连接功能的光联网向利用光交换机构成的智能光网发展，从环形网向网状网发展，从光-电-光交换向全光交换发展。智能光网能在容量灵活性、成本有效性、网络可扩展性、业务灵活性、用户自助性、覆盖性和可靠性等方面比点到点传输系统和光联网带来更多的好处。４．宽带接入NGN必须要有宽带接入技术的支持，因为只有接入网的带宽瓶颈被打开，各种宽带服务与应用才能开展起来，网络容量的潜力才能真正发挥。这方面的技术五花八门，主要有以下四种技术，一是基于高速数字用户线(VDSL)；二是基于以太网无源光网(EPON)的光纤到家(FTTH)；三是自由空间光系统(FSO)；四是无线局域网(WLAN)。５．城域网城域网也是NGN中不可忽视的一部分。城域网的解决方案十分活跃，有基于SONET/SDH/SDH的、基于ATM的、也有基于以太网或WDM的，以及MPLS和RPR(弹性分组环技术)等。这里需要一提的是弹性分组环(RPR)和城域光网(MON)。弹性分组环是面向数据(特别是以太网)的一种光环新技术，它利用了大部分数据业务的实时性不如话音那样强的事实，使用双环工作的方式。RPR与媒介无关，可扩展，采用分布式的管理、拥塞控制与保护机制，具备分服务等级的能力。能比SONET/SDH更有效地分配带宽和处理数据，从而降低运营商及其企业客户的成本。使运营商在城域网内通过以太网运行电信级的业务成为可能。城域光网是代表发展方向的城域网技术，其目的是把光网在成本与网络效率方面的好处带给最终用户。城域光网是一个扩展性非常好并能适应未来的透明、灵活、可靠的多业务平台，能提供动态的、基于标准的多协议支持，同时具备高效的配置能力、生存能力和综合网络管理的能力。６．软交换为了把控制功能(包括服务控制功能和网络资源控制功能)与传送功能完全分开，NGN需要使用软交换技术。软交换的概念基于新的网络分层模型(接入与传送层、媒体层、控制层与网络服务层四层)概念，从而对各种功能作不同程度的集成，把它们分离开来，通过各种接口协议，使业务提供者可以非常灵活地将业务传送协议和控制协议结合起来，实现业务融