IP网络与电信网的互通

１ 引言

     近年来随着ＩＰ网络技术的发展，其应用领域不断扩大。除了传统的信息检索、电子邮件、远程登录、文件传输等项业务外，各种新的业务，如电子商务、远程教学、远程医疗、ＩＰ电话与传真、ＩＰ视频会议、网上协同工作、虚拟专网等均在蓬勃发展之中。人们预言，即将来临的２１世纪将是一个以ＩＰ网络和ＩＰ信息业务为主体的信息化时代的开始，它将影响到整个社会、经济和人们日常生活的各个方面。无疑，也将对电信网的发展带来巨大的影响。但是，必须看到，随着ＩＰ网络的规模与业务量的快速增长，它已面临许多新的问题。如通信带宽需求的不断增长与变化；网络服务质量（ＱｏＳ）的新要求；网络安全性的矛盾日益突出；ＩＰ地址容量的短缺以及对ＩＰ网络性能的监控与管理等等。针对这些问题，Ｉｎ-ｔｅｒｎｅｔ学会（ＩＳＯＣ）所属的Ｉｎｔｅｒｎｅｔ工程任务组（ＩＥＴＦ）正在开展一系列的研究。

     国际电联所属的ＩＴＵ－Ｔ从去年开始也将重点转向有关ＩＰ网络的研究。概括来说，这方面研究的一个中心问题就是如何构造未来的ＩＰ网络，使下一代的ＩＰ网络规模适应业务发展的要求。在建设和构造未来的ＩＰ网络的同时，还应当考虑ＩＰ网络与传统电信网的关系。目前，电信网已在全世界形成了近１０万亿美元的固定资产和１２亿遍布各个角落的电信用户。预计到２０１０年前，有线固定电话用户和蜂窝移动电话用户还将分别以年均增长率４％和２５％的速率发展。另外，基于ＡＴＭ技术的宽带综合业务数字网（Ｂ－ＩＳＤＮ），由于其具备对综合业务、服务质量（ＱｏＳ）、带宽动态管理及连接管理等功能的支持能力和对现有技术的兼容性等特点，也还会以一定的速率继续发展。因此，到２０１０年时，传统电信网的总用户预计将达到２７亿户，全球电话普及率约３８％，而且，除提供话音业务外，还可提供数据、文件资料传送和视频业务等。综合以上的各种因素，不论从技术上考虑，还是从经济上考虑，都必须研究ＩＰ网络与传统电信网互通方面的问题。

２ ＩＰ互通的功能参考模型

２．１ ＩＰ互通的功能参考模型

    ＩＰ互通是指ＩＰ网络的用户与现有电信网中使用ＩＰ业务的用户之间的互通，该问题涉及两方面的内容。第一个方面是业务互通，即ＩＰ网络的用户与电信网中使用ＩＰ业务的用户互通。第二个方面是网络互通，即通过电信网互连两个或多个ＩＰ网络，使不同ＩＰ网络的用户通过电信网互通。

     建议Ｙ．１４０１“ＩＰ网络互通的总体要求”规定了ＩＰ互通的功能参考模型，并在ＩＰ互通功能参考模型中引入了业务平面（Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｐｌａｎｅ）的概念，将ＩＰ协议层以上的各种业务应用（例如：ＨＴＴＰ、ＦＴＰ、ＷＷＷ、ＶＯＩＰ等）都放在了业务平面上。不论是对于业务互通还是对于网络互通，网络（包括ＩＰ网络和电信网）和互通功能（ＩＷＦ）单元对于业务平面而言都应该是透明的，即不论是哪种互通情况，都应该保证用户业务应用的互通。

２．２ 业务互通

    业务互通情况下，要实现ＩＰ网络的用户与非ＩＰ网（这里主要指电信网）中使用ＩＰ业务的用户互通。此时，互通功能单元要对ＩＰ分组进行必要的处理，将ＩＰ协议控制信息（ＰＣＩ）和ＩＰ用户数据信息进行分离，并将ＩＰ网络的ＰＣＩ翻译（转换）为电信网的ＰＣＩ，以便于电信网进行信息的传送和网络的控制与管理。然而，在互通功能（ＩＷＦ）单元进行ＰＣＩ翻译的过程中，ＩＰ用户数据信息不应受到任何的损伤（丢失或错误）。

２．３ 网络互通

    网络互通有两种情况：第一种情况是两个或多个ＩＰ网络通过非ＩＰ网络（这里主要指电信网）使不同ＩＰ网络的用户通过电信网互通。在这种情况下，电信网与ＩＰ网络之间的互通功能单元只是通过适配功能简单地对通过电信网的ＩＰ分组进行处理，然后透明地传送给远端的互通功能单元，其中ＩＰ分组中的协议控制信息也是透明地通过电信网在ＩＰ网络之间传送的。此时的电信网可以看作是ＩＰ协议的低层传送网。第二种情况是两个或多个电信网通过ＩＰ网络，实现电信网中ＩＰ业务用户之间的互通。在这种情况下（参见图４），电信网与ＩＰ网络之间的互通功能单元通过适配和转换功能对通过ＩＰ网的信息（话音、数据、图像等）进行处理，将各种信息（用户信息、控制信息和管理信息）封装为ＩＰ分组，然后通过ＩＰ网络透明地传送给远端的互通功能单元，此时的ＩＰ网可以看作是电信网协议的低层传送网。在现有电话网上提供ＩＰ电话业务就是采用这种互通形式的。

２．４ 对互通功能单元的要求

（１）用户平面的主要要求

   协议转换，其中包括业务互通时的音频／视频编码的映射；

  ＩＰ数据包的封装与拆装；

  服务质量（ＱｏＳ）／传送能力的映射；

  流量管理。

（２）控制平面的主要要求

  信令消息的映射；

  编号／寻址的映射；

  路由选择。

（３）管理平面的主要要求

  网络资源的管理；

  运营与维护管理（ＯＡＭ）的映射；

  用户权限与资费管理。

３ ＩＰ网络与Ｂ－ＩＳＤＮ的互通

３．１  ＩＰ网络与Ｂ－ＩＳＤＮ互通的几种典型情况

     Ｂ－ＩＳＤＮ是一种基于ＡＴＭ技术的宽带电信网络，其带宽通常都高于２Ｍｂｉｔ／ｓ。因此，在考虑ＩＰ网络与Ｂ－ＩＳＤＮ互通时，主要考虑宽带ＩＰ网络。

    ＩＰ协议属于第三层（网络层）协议，ＩＰ网络并未规定低层（物理层与链路层）的传输应采用何种传输通道与协议。对于一个广域ＩＰ网络而言，它的构成必须依赖电信网为它提供传输用的通道。至于采用怎样的传输通道可有不同的方式，一般来说应视业务的需要与具体情况而定。目前电信网提供的宽带传输通道（２Ｍｂｉｔ／ｓ以上）主要有３种类型，即帧中继（ＦＲ）、ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ与ＩＰ ｏｖｅｒ ＳＤＨ。除了这３种方式外，ＩＰ信息的传送也可以直接利用基于波分复用（ＷＤＭ）技术的光传输系统，即：ＩＰ ｏｖｅｒ ＷＤＭ，这是一种更为简单的方式，省去了复杂的ＦＲ、ＡＴＭ与ＳＤＨ等层次，这也就是所谓的光互联网。这４种不同的实现宽带ＩＰ网络的方式各有其特点与适用范围。所以，ＩＰ网络与Ｂ－ＩＳＤＮ的互通主要有下面４种典型情况：

  ＩＰ网络与Ｂ－ＩＳＤＮ互通时采用帧中继方式的传输通道；

  ＩＰ网络与Ｂ－ＩＳＤＮ互通时采用ＡＴＭ方式的传输通道；

  ＩＰ网络与Ｂ－ＩＳＤＮ互通时采用ＳＤＨ方式的传输通道；

  ＩＰ网络与Ｂ－ＩＳＤＮ互通时采用ＷＤＭ方式的传输通道。

    附加功能（ＡＦ）提供将ＩＰ信息转换和适配的功能，以适合低层不同的传输通道。

３．２  ＩＰ网络与Ｂ－ＩＳＤＮ的业务互通

    从应用的角度来看，这两个网的业务互通发生在ＩＰ业务和电信业务之间。对于ＩＰ网来说，话音、传真和消息型业务占主导地位，这些业务在ＩＰ网内使用ＩＰ的传送能力，在与Ｂ－ＩＳＤＮ互通时还要涉及到ＩＰ互通功能参考模型中的用户平面、控制平面和管理平面的功能。图６举例给出了业务互通的系统配置情况，其中，网络ＩＷＦ用于传送网之间，完成传送网的互通功能；而网关用于处理业务信息的转换功能，具体的转换功能取决于互通的业务类型。对于相同类型的业务的互通（例如话音业务），网关ＩＷＦ中的媒体转换功能将基于一种统一的标准格式进行处理，实现该业务的互通；对于不同类型的业务（例如话音业务与文本型业务），网关ＩＷＦ中的媒体转换功能将进行不同业务应用信息类型的相互转换，从而实现不同类型业务的互通。

    针对ＩＰ网络与Ｂ－ＩＳＤＮ互通的几种典型情况，本文给出了ＩＰ网络采用帧中继方式传输通道与Ｂ－ＩＳ-ＤＮ业务互通时的协议栈构成（参见图７），对于其它的互通情况也可以给出类似的协议栈构成。

３．３ ＩＰ网络与Ｂ－ＩＳＤＮ的网络互通

    ＩＰ网络与Ｂ－ＩＳＤＮ的网络互通相对业务互通来说要简单一些，即其中的一个网络将另外一个网络作为自身网络协议的低层传送网。

    与业务互通的情况类似，针对ＩＰ网络与Ｂ－ＩＳＤＮ互通的主要几种典型情况，本文给出了ＩＰ网络采用帧中继方式传输通道与Ｂ－ＩＳＤＮ网络互通时的协议栈构成，对于其它的互通情况也可以给出类似的协议栈构成图。

４ ＩＰ网络与Ｎ－ＩＳＤＮ或ＰＳＴＮ的互通

４．１  ＩＰ网络与Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ互通的几种典型情况

    窄带综合业务数字网（Ｎ－ＩＳ-ＤＮ）和公用交换电话网（ＰＳＴＮ）都是窄带电信网络，其中Ｎ－ＩＳＤＮ可以支持窄带的话音、数据、图像等业务，带宽通常为：小于６４ｋｂｉｔ／ｓ 、６４ｋｂｉｔ／ｓ、ｎ×６４ｋｂｉｔ／ｓ～２Ｍｂｉｔ／ｓ几档；而ＰＳＴＮ则是以支持话音通信为主的网络，带宽通常为：小于６４ｋｂｉｔ／ｓ 、６４ｋｂｉｔ／ｓ两挡。因此，在考虑ＩＰ网络与Ｎ－ＩＳＤＮ和ＰＳＴＮ互通时主要指的窄带ＩＰ网络。目前由Ｎ－ＩＳＤＮ和ＰＳＴＮ提供的传输通道（２Ｍｂｉｔ／ｓ以下）的类型主要有３种，即帧中继、Ｘ．２５和电路型的租用线路，当ＩＰ网使用电路型的租用线路时，在ＩＰ层和物理层之间使用ＰＰＰ协议来承载ＩＰ数据包。   典型情况如下：

  ＩＰ网络与Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ互通时采用帧中继方式的传输通道；

  ＩＰ网络与Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ互通时采用Ｘ．２５方式的传输通道；

  ＩＰ网络与Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ互通时采用电路型租用线路方式的传输通道。

４．２  ＩＰ网络与Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ的业务互通

    与宽带ＩＰ网的业务互通类似，这两个网的业务互通也发生在ＩＰ业务和电信业务之间。对于ＩＰ网来说，话音、传真和消息型业务占主导地位，这些业务在ＩＰ网内使用ＩＰ的传送能力，在与Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ互通时，网关ＩＷＦ用于处理各类信息的转换功能，具体的转换功能取决于互通的业务类型。对于相同类型的业务的互通（例如：话音业务），ＩＷＦ中的媒体转换功能将基于一种统一的标准格式对他们进行处理，实现该业务的互通，同时Ｉ-ＷＦ中的控制和管理功能也要完成相应的处理功能；对于不同类型的业务（例如话音业务与文本型业务），网关ＩＷＦ中的媒体转换功能将进行不同业务应用信息类型的相互转换，从而实现不同类型业务的互通。业务互通的系统配置中的网关主要由３个模块构成：媒体转换处理模块、控制模块、管理模块。

４．３ ＩＰ网络与Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ的网络互通

    ＩＰ网络与Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ的网络互通也有两种情况，第一种情况是两个或多个ＩＰ网络通过Ｎ－ＩＳ-ＤＮ／ＰＳＴＮ，使不同ＩＰ网络的用户通过Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ互通；第二种情况是两个或多个Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ通过ＩＰ网络，实现Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ中ＩＰ业务用户之间的互通。

４．３．１ Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ作为ＩＰ网络的传送网

    在这种情况下，Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ与ＩＰ网络之间网关的功能比较简单，它只完成简单的适配功能，并为通过Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ的ＩＰ分组建立连接，透明地将ＩＰ分组传送给远端的网关ＩＷＦ，其中ＩＰ分组中的协议控制信息（ＰＣＩ）也是透明地通过Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ在ＩＰ网络之间传送的。此时的Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ可以看作是ＩＰ协议的低层传送网。

４．３．２ ＩＰ网络作为Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ 的传送网

    在这种情况下，Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ与ＩＰ网络之间网关的功能比较复杂，其功能与业务互通的网关（ＩＷＦ）功能类似，它主要完成ＩＰ电话的互通。它也是由三个模块构成的：

    媒体处理模块：在话音业务互通时，主要完成话音编解码变换、回波消除、ＤＴＭＦ信号的检测产生、话音分组封装／解封等功能；

    控制模块：支持各种Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ信令标准，完成Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ号码到ＩＰ地址的转换，终止Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ信令协议并提取信令信息，将Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ的信令转换为ＩＰ网信令，Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ信令信息映射成Ｉｎｔｅｒｎｅｔ信令报文的格式，在ＩＰ网上建立会话通信。

    管理模块：提供管理代理的功能，主要完成故障管理、计费管理、配置管理、认证安全性管理、地址映射管理等功能。

    目前，在Ｎ－ＩＳＤＮ／ＰＳＴＮ上提供ＩＰ电话业务时就是这种网络配置情况。但是，在实际应用中还存在互通与互操作性问题。互通与互操作性包括两方面内容：网关产品的互通与互操作性和应用互操作性。

    从网关产品互通与互操作性现状来看，目前网关厂商已有符合Ｈ．３２３的产品，互通与互操作测试正在进行，多厂商网关产品之间的互通与互操作性的解决在近期将成为可能。为解决网关产品互通与互操作性问题，ＩＴＸＣ、Ｌｕｃｅｎｔ和Ｖｏ-ｃａＩＴｅｃ等公司倡导并提出了ｉ．ＮＯＷ互操作性框架（轮廓文件），目前已将ｉ．ＮＯＷ的详细说明提交给ＩＴＵ和ＩＥＴＦ。现已证明Ｌｕｃｅｎｔ和Ｖｏ-ｃａＩＴｅｃ网关产品具有互通与互操作性。ｉ．ＮＯＷ已得到Ａｓｃｅｎｄ、ＮＭＳ、Ｃｉｓｃｏ、Ｃｌａｒｅｎｔ、Ｄｉａｌｏｇｉｃ和Ｓｉｅｍｅｎｓ等公司的支持。

    从应用层互操作性现状来看，１９９８年应用部门与产品部门已开始合作，近期将可能得到应用／网关独立的产品。

５ 结束语

    不论从技术还是从经济角度来看，ＩＰ网络与电信网都将长期共存。因此，解决好ＩＰ网络与电信网的互通问题十分重要。本文给出的有关ＩＰ网络互通方面的研究进展还是初步的，仍有许多方面的研究工作要深入进行。中国也应该关注这方面的研究工作，并结合中国的具体国情加快研究ＩＰ网络的互通问题。

参考文献

１ ＩＴＵ－Ｔ ＳＧ１３． ＴＤ２５ （ＰＬＥＮ） Ｄｒａｆｔ Ｒｅｖｉｓｅｄ Ｎｅｗ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｙ．１４０１，Ｇｅｎｅｒａｌ Ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ ｆｏｒ Ｉｎｔｅｒｗｏｒｋｉｎｇ Ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ （ＩＰ） Ｂａｓｅｄ Ｎｅｔ-ｗｏｒｋｓ． Ｋｙｏｔｏ Ｊａｐａｎ，１０ Ｍａｒ ２０００

２ ＩＴＵ－Ｔ ＳＧ１３． ＴＤ３２ （ＰＬＥＮ） Ｆｉｎａｌ Ｅｄｉｔｅｄ Ｔｅｘｔ ｏｆ Ａｐｐｒｏｖｅｄ Ｎｅｗ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ  Ｙ．１３１０，Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｏｆ ＩＰ ｏｖｅｒ ＡＴＭ ｉｎ Ｐｕｂｌｉｃ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ．Ｋｙｏｔｏ Ｊａｐａｎ，  １０ Ｍａｒ  ２０００

３  侯自强．宽带ＩＰ网技术进展．中国通信，１９９８（９）

４  蒋林涛．谈谈ＩＰ电话的标准．中国通信，２０００（２）

５  汪润生．ＩＰ网络的发展现状与趋势．通讯世界，１９９９（１０）

（收稿日期：２０００－０６－１４）

[摘要] 要进一步扩大IP技术的应用领域，就必须考虑IP网络与其它现有网络的互通。文章在研究和分析ITU－T新起草的Y.1410建议的基础上，研究了IP网络与电信网络的互通概念、互通参考模型、互通单元的功能要求及互通方案等方面的内容。

[关键词] IP网络 互通 网络互通 业务互通

[Abstract] To further broaden the applications of IP related technologies, the interworking of IP based networks with the existing telecommunication networks should be taken into consideration. Based on the study and analysis of the new draft Recommendation Y.1410, this paper gives the concept, reference model, required functions of interworking components, and solutions of the interworking between IP based networks and telecommunication networks.

[Keywords] IP based network Interworking Network interworking Service interworking