多业务融合的下一代网络

1 下一代网络的含义及其特征

　　近两年，向下一代网络(NGN)的发展成为信息产业界的探讨热点。设备制造商、电信运营商、业务提供商都在积极开展有关NGN的研究。许多组织如ETSI和ITU-T已经启动了NGN相关的研究项目[1，2]。技术的发展不是静止的，要将NGN严格地定义在一个单一的解决方案上是困难的，不能简单地将某种技术看成是NGN。NGN真正要做的是基于已知的需求解决既有的未决问题，保留适合网络发展的既有技术并寻求可能的新技术。尽管尚没有为业界认可的NGN的统一定义，但对于NGN的内涵与特征正逐步明晰。ETSI认为，NGN是一种规范和部署网络的概念，通过使用各种分层、分面和开放接口的方式，给业务提供者和运营者提供一个平台，借助这一平台逐步演进以生成、部署和管理新的业务[3]。NGN的特征主要有以下几点：下一代网络采用开放的网络构架体系，各网络功能模块分离并独立发展，部件间的协议接口基于相应的标准；部件化使得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。下一代网络是业务驱动的网络：业务与控制分离，控制与承载分离，目标是使业务真正独立于网络，灵活有效地实现业务提供。对于NGN的这些特征，并不是在NGN标准制订完成与技术实现后总结出的，而是在现有技术和网络状况下，通过分析现有技术方案为满足用户与市场需求而归纳出来的。下一代网络只有具备了这些特征，才能更好地满足业务提供商以及终端用户的需求。

　　为满足用户的多种业务应用需求以及市场竞争的需要，运营商与业务提供商对下一代网络的实现将会有多种方案，实现NGN的多样性意味着互连将是一个关键问题。一方面，用户层次与业务需求的多样性要求下一代网络能够提供不同层次和等级的服务。既有面向企业应用的专线和VPN业务，也有面向个人的电子邮件和网页浏览等应用。既包括传统的电路交换业务如话音通信，也包括互联网环境下的IP新应用。与之相应的是多种类型的或集成了多种应用功能的终端。而另一方面，随着电信市场的开放以及电信市场竞争的加强，运营商为了满足业务提供商和客户的多种需求，将会采用多种技术进行基础设施建设。所有这些都为下一代网络的多业务支持提出了更高的要求。下一代网络需要融合当前单个网络和分离业务结构下的公共网络设施，通过支持既有业务和新业务，网络可以随时随地提供多种类型和等级的业务。

　　2 多业务融合网络

　　为了支持不断增加的多媒体业务和数据业务，适应数据流量的快速增长，要求多个网络逐步融合，形成一个以分组网络技术为核心的网络，从而提高运营商为用户提供多种服务的能力，并降低网络运营成本。下一代网络不但要支持传统电话网络与分组网络业务的融合，同时要支持传统技术如ATM、FR、SDH业务的融合。目前主要有基于软交换、多业务传送光网络、多协议标记交换(MPLS)这3种多业务支持网络技术。

　　2.1 软交换多业务融合网络

　　软交换是下一代网络的控制功能实体，为下一代网络提供具有实时性要求的业务呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。软交换把呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过软件实现连接控制、呼叫进程选择、呼叫选路等呼叫控制功能。软交换一方面造就了网络的融合；另一方面，软交换采用了开放式应用程序接口(API)，允许用户在独立于设备制造商的情况下，根据需要在网络中开发和引入新业务。

　　软交换多业务融合网络具有了下一代网的主要特点。软交换多业务网络采用了分离结构和网关模式，具有很强的灵活性和可扩展性。网络服务体系中的关键单元是网关、网络服务器和网络管理。网关的作用是使分组网络上的用户能够无缝地接入PSTN业务，它负责将所承载的流量和信令在PSTN和 IP／ATM网络间进行转换，支持多种信令标准(如H.323、SS7、SIP和MGCP)以确保不同类型网络的互连互通。软交换实现了基于IP的多业务互通；提供了传统电话业务和IP分组电话业务的互通，并正逐步扩展到多媒体业务和移动业务。另外，软交换建立了多业务创建平台与传送网络的联系，支持新应用的创建、部署和传递。

　　2.2 多业务智能光网络

　　在城域网络上，SDH要适应数据业务发展，可以通过对自身进行改造，从而演变成为多业务传送平台(MSPP)。MSPP支持ATM业务的统计复用，并通过内部的交叉矩阵直接将其映射到SDH的虚容器通道(VC)中进行传输，节省了SDH带宽。同时可以利用SDH的网络保护功能，而节省了ATM的VP保护功能。MSPP提供了以太网的透明传送功能，将来自用户以太网接口的信号不经过2层(L2)交换，直接映射到SDH的VC中进行点到点传送。Ethernet over SDH的映射协议可以采用链路接入规程SDH(LAPS)或通用成帧规程(GFP)。随着光通信技术的进一步发展，传输系统将逐渐由SDH向智能光传送网络发展。下一代光网络无论是在标准还是实验室产品方面，已经得到了业界的广泛关注。数据业务的突发性，迫切要求网络具有动态分配带宽的能力。而传统传送网中数字交叉连接(DXC)和光交叉连接(OXC)配置需人工干预，远不能适应数据业务发展和市场竞争的需要。ASON即自动交换光网络，是在光传送网(OTN)的基础上增加了一个新的控制平面，完成光传送网内光网络连接自动交换功能，以实现动态的光路由和及时的带宽分配。ASON网络由控制平面、管理平面和传送平面构成，具有下一代网的结构分离性特征。ASON支持永久连接(PC)、交换连接(SC)和软永久连接(SPC)3种连接管理。通过控制平面和管理平面在光网络中引入的适当智能性，ASON的3种连接管理可以将核心光网络从带宽传送网转向直接提供盈利服务和应用的业务网，业务网中的业务主要为波长业务，是指波长批发、波长出租、光虚拟专用网(OVPN)业务等。ASON的发展也要能够很好地与现有技术兼容，支持现有业务与业务演进，最大程度地保护运营商的投资。作为未来核心网络技术，ASON也应支持多种客户层信号，包括话音业务、IP业务以及多种2层业务如ATM、FR、SDH、RPR和Ethernet等[4]。这些2层业务经过物理层适配后映射到传送层的虚拟级联容器中，通过光传送层实现点到点传送。链路容量调整方案(LCAS)控制VC的增加与减少，根据链路节点的各种状态情况和两者间控制信息的交换，以实现虚拟级联信号的灵活调整。而ASON控制平面可以对用户网络接口(UNI)以及LCAS等进行控制。IP网络与光网络的整合，以及对传送层多业务技术的支持，能够进一步优化网络资源，提供更大容量和经济的网络。应用IP控制协议的自动光路径建立，ASON能够快速灵活地提供光路径，并支持创建新的光业务。

　　2.3 MPLS多业务网络

　　多业务网络的另一个典型例子是多协议标记交换(MPLS)多业务融合网络。现在国外的许多网络运营商正在考虑将MPLS作为不远将来核心网络的主要候选之一，其灵活和简单的运行特征以及易于为其他网络所采纳是这种考虑的原因。MPLS技术本身的国际标准包括MPLS网络体系架构、标记分发以及支持流量工程和区分服务的相关协议，标准已经在IETF形成。目前，关于MPLS的研究已进入对多业务支持以其在公共网络中的应用方面。其标准化工作主要在ITU-T、MPLS论坛和IETF开展。ITU-T SG13的建议草案Y.atmpls对基于MPLS的互连问题进行了讨论，IETF(PWE3 WG)提出了若干基于MPLS的多业务互连草案。MPLS支持多业务的网络互连体系结构模型如图1所示[5]。

图1 MPLS多业务网络

　　在MPLS多业务融合网络中，边缘的标记交换路由器(LSR)和互通功能(IWF)组成了MPLS网关，MPLS网关间可以利用路由受限-标记分发协议(CR-LDP)或资源预留协议-隧道扩展(RSVP-TE)信令建立LSP，而两端的2层业务网络如ATM间可以建立端到端的SPVC或SVC。多业务通过MPLS核心网络标记交换路径(LSP)传送的协议栈如图2所示。这种多业务网络不但可以支持IP业务、3层VPN业务，而且可以支持传统的2层业务和2层VPN业务。

图2 MPLS多业务协议栈模型

　　MPLS利用了现有网络中的多数功能，自身不具有路由和寻址，而以IP寻址和IP路由作为扩展。MPLS标记功能可以根据邻接层业务或路由需求增加和去除标记。MPLS多业务标记栈的模型如图3所示。在MPLS多业务标记栈中，MPLS标记被分为传送标记和互连标记。传送标记主要用于在MPLS核心网络中的数据转发，标识连接MPLS网络两端的MPLS网关的传送LSP。而互连标记则用来标识MPLS传送LSP中的互连LSP，实现在MPLS网络边缘与2层业务的连接，一个传送LSP中可以支持多个互连LSP。在标记和载荷之间是控制字段和针对特定业务(如ATM、FR或SDH)的字头。控制字段包含了帧长等公共控制信息，而特定业务字头包含了MPLS载荷与特定业务载荷相互转化与重构的控制信息。“MPLS over Everything”和“Everything over MPLS”是MPLS的主要特征，这一点与IP是类似的，因此能够很好地支持多业务融合。MPLS不再是仅仅用来改善IP路由器的性能。它通过使IP和链路层协议分离而简化它们之间的互连。

图3 MPLS多业务标记栈模型

　　3 下一代多业务融合网络的参考模型

　　尽管软交换、MPLS和ASON网络都可以支持多种业务的融合。但它们在网络结构的开放性以及多业务支持能力方面还有着明显的区别。从它们所处的网络层次上看，它们对业务的支持处于网络的不同层次。软交换主要针对话音业务和IP应用，而MPLS和ASON除了对IP业务的支持外还主要考虑了对2层业务的支持，包括ATM、FR、SDH、Ethernet等业务。在业务支持方面，软交换考虑了业务应用创建平台，通过软交换建立了各种应用服务器与传送网络的联系，而MPLS网络和ASON则更多地考虑了传送功能。在满足NGN的开放性特征方面，3种多业务网络都采用了分离的网络结构，但其分离程度不尽相同，同时网关结构的灵活性程度也是不相同的。MPLS不是通常网络的一个层次，它借助网络层和链路层的部分功能才能实现对多业务的支持。单纯的MPLS只是网络中的一项功能，因此这是一种功能体的多业务支持。ASON在光层实现动态业务分配，具有分布式处理功能，实现了控制平面与传送平面的独立，具有NGN所要求的分离性特征。

　　通过对软交换多业务融合网络、多业务传送网络、MPLS多业务网络的综合分析，下一代网络的体系结构可以进一步深化，其参考模型如图4所示。为了简单，图4没有表示出网络管理功能。

图4 下一代多业务网络的参考模型

　　该模型具有了下一代网络所需要的特征：结构开放、层次分离以及支持多业务融合，可以更好地满足对未来网络的需求。在多业务支持的层次方面，低层的多业务融合支持高层多业务融合技术，并增加了新的业务。在体系结构的开放性方面，下一代网络从不同层次实现了多业务的网关结构接入。光网络接入网关主要包括光传送网络中的UNI等功能，而光网络网关控制器主要实现ASON控制平面的功能。根据接入网关的不同，控制平面中的软交换、MPLS网关控制器和光网络网关控制器所基于的主要协议也各有不同。这种体系结构对应的下一代网络丰富了网络服务的价值链。多业务接入网络资源的多个接入点意味着更加丰富的价值结构，包括应用开发商、内容提供商、业务提供商、网络运营商、甚至运营商的运营商。他们各自的收入来自于对网络各部分功能的实现。网络中采用的主要技术是基于分组的，但也非常重视考虑对电路交换业务的支持。事实上，多业务接入除了ATM、SDH、FR、IP外，也包括了PSTN和移动业务的接入。网络应用主要有连接服务与应用服务两种类型。连接服务可以提供专线业务、光波长出租、VPN业务等，能够为企业用户提供高质量和安全的业务传递路径。应用服务需要网络上的大量应用信息，包括游戏、新闻、技术资料等音频与视频信息。为了满足用户对网络服务的期望，使之能够迅速引入丰富的新业务，构建经济有效、便于管理的下一代网络，下一代网络要求在结构设置上具有高度的灵活性。在多业务融合网络中，要实现收入增长，最重要的是两个方面的开放性：应用开发平台接口的开放性和多业务接入网关接口的开放性，使得网络的核心要素从网络容量转向信息应用，而产业链条从封闭单一转向开放合作。

　　4 下一代多业务网络对网络互连技术的挑战

　　随着通信技术的迅速发展以及业务驱动的下一代网络的发展，多业务融合网络为网络互连提出了新的挑战。一方面，由于网络模型层次的减少以及某些功能在层次中分布情况的变化，OSI的7层参考模型在应用于NGN的新协议时具有其局限性，需要一个新的参考模型；另一方面，一些技术与多业务网络的出现，使网络互连时层次间的严格对应关系被打破，例如，ATM over MPLS、SDH over MPLS、Ethernet over IP、FR over IP等，不再仅仅是通常的IP/MPLS over ATM/SDH关系。因此，为了支持多业务融合，应考虑和研究下一代网络下的更一般的网络互连技术。一般的网络的互连中，重要的不是考虑OSI参考模型的绝对分层概念，而是协议之间以及协议邻接层之间的基本关系。为了实现网络之间、端系统之间或不同部分之间的交互作用，需要网络的互连提供能够支持端到端通信的功能实体，提供穿过两个分离网络的互通性。

　　根据功能实体间交互作用协议之间的关系，网络的互连可以分为两种基本类型：业务互连和网络互连[6]。两个网络中的业务特征相似时，互连可以通过等价业务在网络间的映射而实现。这种方式称为业务互连。在业务互连中，互连功能中断网络中的协议，并尽可能地为数据、控制和管理平面功能将协议控制信息翻译成相连网络的应用协议的协议控制信息。IWF在协议间进行的翻译和转化实现了端到端的业务互连。IWF中断了每个协议并在协议提供的业务间进行了映射。业务互连建立了网络协议间的水平对等关系。实现端到端连通性的另一种方式是将一个网络叠加到另一个网络之上，通过适配函数将网络的一个或多个相关协议封装到相连网络的协议之上而实现。在这种方式下，一个网络协议被封装在另一个网络协议的业务层中，网络中应用协议的PCI以及载荷信息是由IWF通过适配作用透明地传递的。这种方式被称为网络互连，网络互连方式在网络协议间建立了垂直分层关系。一般地，垂直封装的协议之间可以假定没有固定的关系，可以任意方式进行组合。例如，根据所适合的情况，MPLS可以在ATM上运行，ATM也可以在MPLS上运行。

　　5 总结

　　技术进步与市场竞争的需求推动了业界对下一代网的关注与研究。尽管对下一代网尚没有统一认可的定义，但其含义与特征正逐渐明确。通过对软交换、ASON、MPLS 3种多业务技术的分析综合，这里探讨了满足NGN基本特征的多业务网络参考模型，它是由3种技术为代表的多种功能实体组成的。下一代网的发展以及新的多业务支持技术的出现，对网络互连技术提出了新的挑战，需要更一般的互连技术满足多业务网络的发展与部署。另外，对于多业务下一代网络相关的其他问题，如网络管理和控制的端到端一致性，以及跨域、跨运营商和跨技术网络端到端的QoS与安全性问题，也需要进一步的探讨和研究。

　　参考文献

　　1 ITU-T SG13. Living List on Next Generation Networks. ITU-T SG13 WP2 Temporary Document6, Chitose, Japan, July 2002
　　2 ETSI Next Generation Networks Starter Group (NGN SG). Conclusions from the NGN-SG. ETSI 38th General Assembly Meeting, Nice, November 2001
　　3 ETSI. Functional Architecture for Next Generation Network. Draft ETSI ES 2XXX XXX v<m.t.e>, June 2002
　　4 Shew S D. Data Over Transport with ASON - Optical Network Clients and Services. ITU-T Workshop on IP/Optical, Chitose, Japan, July 2002
　　5 Koleyni G. Multi Services over MPLS. ITU-T Workshop on Multimedia Convergence, Geneva, March 2002
　　6 Keith G Knightson. Base Text for Consent of Y.1251. ITU-T SG13 WP2 Temporary Document 7, Chitose, Japan, July 2002

[摘要] 文章介绍了下一代网络的含义与特征，分析、比较了3种多业务融合技术，提出并探讨了多业务融合网络的参考模型体系结构，以及适应下一代网络的网络互连技术。

[关键词] 下一代网络；多业务；软交换；自动交换光网络；多协议标记交换

[Abstract] Concepts and characteristics of Next Generation Networks （NGN） are given first, then three typical multi-service converged network technologies are analyzed and compared with each other. Based on the integration of all factors, an optimized architecture of NGN reference model is set up and finally the network interconnection technology for NGN is discussed.

[Keywords] Next generation network; Multi-service; Softswitch; Automatically switched optical network; Multi-protocol label switch