对IP电信网关键技术的思考

1 前言

　　网络融合和业务融合是电信界和计算机网络界长期以来一直追求的目标。人们希望用一个网络完成电信网、计算机网、广播电视网的各种业务的通信，而且还希望承担起包括宽带多媒体、家电上网等新业务的通信。光通信的快速发展为我们提供了大带宽的技术保证；IP的无连接组网为我们提供了灵活地组建端到端网络的技术；各种业务通过IP打包，送入IP网后总是可以通过IP地址寻址可达。似乎网络融合的问题已经解决了，人们只要关注上层的应用，创建各种新的业务交给下层的IP网络就可以完成各种通信了。但经过多年的努力后，人们面临的现实却是网络泡沫的破灭，巨大的光通信和IP网络投资很难回收，整个业界陷入低迷状态，而人们建网的初衷??网络融合和业务融合却依然没有解决。

　　问题出在哪里？从技术方面来看，本人认为缺乏对网络技术体系的研究，缺乏对各种业务特性与属性以及各种业务的网络要求研究，缺乏对网络运营性的研究，没有完整的技术业务体系等是不能建设好的网络，提供综合业务，实现赢利模式的根本原因。对于新一代网络，本人对其功能、性能要求，地域模型和功能模型进行了认真思考分析，认为需要认真对待的有如下一些问题：

　　(1)传输层最突出的问题是接入网和驻地网的传输技术选择问题。

　　(2)编址的问题是IPv4地址资源无法满足需求，而IPv6尚需时日。

　　(3)下一代网络要基于分组技术组网，服务质量问题必须高度重视，多协议标记交换(MPLS)只是在骨干网、城域网发挥作用，不是一种端到端的服务质量机制。

　　(4)接入网和驻地网的服务质量保证问题是最难掌握的，接入网和驻地网的路由交换或者有差别资源共享将是下一代网络的重要问题。

　　(5)业务层会有丰富多彩各种各样的业务，它们对路由交换层将有不同属性的要求，除了加强路由交换的能力来适应这种要求外，采用业务承载虚拟专用网也是很好的解决方法。

　　(6)在业务融合仍有许多未解决的问题之前，组建带有端到端业务交换和业务特殊处理功能的业务网或业务系统是快速提供业务的好方法。

　　(7)在下一代网络中，网络的安全管理是特别突出的问题，网络资源的共享必然带来网络安全的脆弱，如何通过安全的管理弥补这一问题是下一代网络网管的重要课题之一。

　　(8)即使下一代网络实施了，资源也是有限的，服务也是有差别的，这一点是我们考虑问题的出发点。要使下一代网络有序有效地发挥作用，管理就是十分重要的方面。下一代网络的管理要特别重视网络资源的管理、用户的管理和业务的管理。

　　总之要想用一个网络承载交换具有不同属性、不同安全要求的业务，对用今天的技术组建的网络来说实在是勉为其难，因此需要对新的分组网络??IP电信网中的关键技术进行研究。

　　下一代网络的发展不是突变的、革命性的，而是逐渐演变过渡的。在过渡的过程中，尤其要注意网络与业务的协调发展，保证在这一过程中有及时足够的投资回报，使推动网络向下一代网络演变的实体能够持续健康成长。

　　2 对网络模型的思考

　　不同的网络模型会有不同的建网方案，而网络模型的制订是基于我们对自己的市场定位，对各种网络技术功能、性能和成熟度的判断。对于希望提供包括话音、视频、因特网及专线出租等综合业务的运营商，由于目前的单一技术组网不能完全满足各种业务属性对网络的不同要求，因此我们需要扬长弃短，取某种技术之长，克服另一种技术之短，建设综合性能优良的网络，并在不降低服务质量的前提下尽快开展综合业务。
　　这就是本文提出图1所示的网络模型的依据。在这个网络模型中，特别突出了路由交换层(承载层)和业务层。

图1 下一代网络模型

　　如果认为IP承载层能够很好地支持各种业务的不同业务属性，既能承载又能交换各种端到端的业务，同时网络的安全性也能得到充分保证，我们就可以把各种业务放心地交给公共的路由交换层，由路由交换层来满足不同业务对网络的要求。这时网络模型就成为像软交换技术所支持的应用层、控制层、媒体层的网络模型，而淡化承载层。

　　采用图1的网络模型的另一个重要原因是不同业务的融合目前并没有实质性的进展。不论是编址、控制信令，还是媒体的处理等都没有统一，各业务的属性不同，对安全的要求不同。目前在软交换中所做的多媒体业务，仍然是电话业务的补充增值业务。因此我们需要突出业务层，在下一代网络的业务层解决各种业务的特点不同、业务属性不同、编址不同、控制信令不同，媒体处理不同等个性化的问题。

　　在图1中运营支撑系统包括网管系统、计费结算清算系统、认证系统、营帐系统、客服系统等。

　　3 对编址方式的思考

　　编址的统一是网络融合、业务融合的前提。从业务层面看，E.164仍将是主要的端到端业务的终端编址方式。为了在IP网中承载端到端业务，需要对E.164进行IP地址解析，实际就是把E.164作为别名进行IP地址解析的域名系统。E.164有如下优点：

• 十进制；
• 变长编码；
• 容量巨大；
• 编码结构性好，容易进行路由聚合；
• 业务属性能够由编码表征；
• 用户已经熟悉并广泛使用这种编址。

　　最后一条优点是目前其他任何编址方式都没有做到，而且今后也很难做到的。另外5条优点中除了十进制和变长编码外，余下的正是今后IPv6想要达到的特性。对十进制的处理不论是网络设备还是终端设备都不存在问题。变长编码正是E.164优于IPv6的128位二进制定长编码的一大特点。IP组网中的CIDR技术、掩码技术就是要通过路由聚合，对IP地址进行变长处理，减少存储和处理工作量，提高地址的利用率。两者的根本区别是：E.164 在分配时是按地域按业务分配地址，自然带有变长编码特性；而IP地址是先申请先分配，再通过路由聚合获得变长处理特性。

　　端到端业务终端编号采用E.164后，我们还希望承载分组网络，这是因为分组网络相对于电路网络有许多优点，如大带宽、变带宽业务承载，统计复用，多媒体综合业务承载等。今天我们采用IP网络来承载端到端业务，尤其是实时端到端业务，并不是一个好的方法，不论是地址问题、服务质量问题、安全问题、管理问题都没有解决好，更严重的是需要通过两套地址才能完成通信。而E.164编址并没有被限制只能用于电路网络中。既然这样，我们可以大胆地设想，直接用E.164进行分组网络的寻址，用E.164进行分组网络的组网，尽可能地保持IP组网的无连接特性。利用E.164的各种特点研究E.164分组电信组网技术，研制E.164路由设备、局域网设备、终端设备。

　　4 对服务质量的思考

　　服务质量是端到端的问题，我们粗略地将其分为骨干网、城域网解决方案和接入网、驻地网解决方案。最有希望的骨干网城域网服务质量解决方案是采用多协议标记交换技术。对接入网、驻地网服务质量问题现在还没有多数人认同的解决方案。

　　目前多协议标记交换已经有了一些进展，如：

• 规定了流量工程机制；
• 提出了封装2层(ATM、FR、以太网等)流量的标准草案；
• 基本完成多协议标记交换-虚拟专用网(MPLS-VPN)标准；
• 正在制订通用多协议标记交换(GMPLS)标准来有效地使用光传输资源。

　　多协议标记交换的服务质量有3种方法来保证：

• 用下层ATM/FR的服务质量机制，如ATM的CBR、rt-VBR、nrt-VBR、UBR，FR的不同CIR等；
• 用路由器网络的DiffServ、IntServ资源预留协议；
• 专门研制多协议标记交换（MPLS）交换机。

　　第1种方法是我们今天已经在使用的方法，不论是集成模式还是重叠模式，或者两者的结合。中国联通在数据网中就采用了这种方法。

　　第2种方法的问题是：DiffServ、IntServ资源预留协议还并没有在运营商的网络中规模实现。原因主要有两个：路由器的硬件结构对带服务质量的高速转发支持不好；路由器除了知道网络路由信息外，并不能了解网络资源信息、网络运行管理信息。

　　专门的多协议标记交换机通过专门的硬件结构解决不同类标记交换路径(LSP)的带服务质量信息交换问题是第3种方法。通过标记分配协议(LDP)能够把建立不同类的标记交换路径的信息在多协议标记交换网络中传送给相关的多协议标记交换机，预先建立标记交换路径的方式可以确保网络资源预留。

　　但服务质量问题并未完全解决，多协议标记交换组网还需要采用如下措施：

• 对下应把网络的带宽资源动态管理起来；
• 对左邻右舍应及时通报网络资源利用情况和设备运行情况；
• 对上应及时动态检测不同类标记交换路径的输入流量情况，根据服务质量处理机制，对需要确保的类，通过增加同一个标记交换路径的
  带宽或者发起新的标记交换路径来保证该类业务的服务质量。

　　此外考虑到增强网络自组织能力，标记分配协议希望用分布式协议，目前就是RSVP，但我们知道RSVP并不是组大网的协议，因此需要对RSVP进行改造。网络运行管理信息需要在多协议标记交换网络中动态传送和智能处理，使得多协议标记交换交换机能够透明监视整个网络的状况。

　　5 关于电信级综合业务接入网和驻地网

　　电信级综合业务接入网和用户驻地网的主要要求为：

• 足够的带宽
• 建设和运营成本低廉
• 解决多种业务综合接入
• 具有服务质量控制机制
• 完善的管理(用户管理和业务管理)
• 用户末端配置十分简单
• 确保安全或私密性
• 设备小型化、低功耗、高可靠、低成本

　　这些是衡量接入网、驻地网组网技术和设备是否适合电信级综合业务运营商使用的标准，缺一不可。

　　目前的综合业务接入方式有：

• IP综合业务接入
• 以太网综合业务接入
• 多业务传送平台(MSTP)综合业务接入
• ATM/FR综合业务接入
• PON/APON/EPON等综合业务接入
• FTTB+xDSL综合业务接入
• 宽带+窄带综合业务接入

　　IP综合业务接入和以太网综合业务接入最大的问题有：

• 公共IP地址资源严重不足，私有IP地址需要跨接入网、驻地网甚至城域网进行规划，而这些网络往往不在一个运营商的管理范围；
• 与骨干网城域网如何无缝互连互通；
• 对服务质量的控制；
• 对用户的管理，对多个业务的管理，对安全的管理；
• 不能提供TDM业务；
• 对接入网、驻地网进行服务质量配置和管理配置相当复杂；
• 以太网接入缺乏网络安全的保护。

　　弹性分组环(RPR)对以太网帧结构进行改造，增加环路保护，增加优先级控制，增加时钟强插功能，提供多业务接入能力。弹性分组环设备复杂，成本高，适合城域网和大用户接入。弹性分组环应用于分组业务为主有少量TDM业务的场合。

　　多业务传送平台(MSTP)是对SDH帧改造以适应TDM业务和分组业务(以太网、IP、ATM/FR)传输需要的统一传送平台。MSTP的带宽颗粒较大，设备较复杂，成本较高，只能透传，适合城域网或需要租用运营商资源自己组建专网的集团大用户应用。多业务传送平台应用于TDM业务为主分组业务为辅的场合。

　　ATM/FR综合业务接入是目前较好解决了多业务综合，又有服务质量保证的综合业务接入方式。但由于成本高和控制的复杂性，ATM/FR到末端缺乏市场的支持。ATM/FR适合城域网和大用户接入，大用户租用运营商资源自己组专网。ATM/FR适合应用于分组业务为主有少量TDM业务的场合。

　　PON/APON/EPON都是树状分叉结构，为克服反向噪声积累问题，需要对全网各端点进行测距测噪，进行全网去噪均衡，这制约了其在竞争电信市场的应用。

　　宽带+窄带综合业务接入和FTTB+xDSL都是在传输层共用资源，在业务层分开独立汇接到城域网骨干网的各业务交换设备上。问题是在接入网和驻地网的出口需要多套业务汇接设备，宽带+窄带综合业务接入还需要布两套线(双绞线和五类线)。

　　实际实施过程中，这些综合业务接入方式都不能单独完全满足电信级综合业务接入网和用户驻地网要求。这就需要运营商做出决策，在不能满足的要求中，哪些是我们采取其他技术和经济手段可以弥补的，哪些是我们暂时没有办法解决的，想清楚了才能做出正确的选择。

　　对设备厂商来说，就应抓住时机，研究满足电信级综合业务接入网、驻地网要求的组网技术和设备。

　　6 关于IP电信网的业务层

　　在实际确定业务的融合过程中，对每种业务我们都把它的属性列出来，分清楚哪些是要承载网支持的，哪些是业务网业务系统支持的，哪些是要运营支撑系统支持的，并对业务分类提出对骨干网、城域网、多协议标记交换网、接入网、驻地网的要求。

　　业务融合首先要明确在图1的网络模型中的哪一个层次，哪一级网络进行融合？是在业务层中的控制信令上进行融合，还是在运营支撑系统中进行融合？是只在网络侧进行融合，还是终端侧也要融合？是统一性的融合(编址统一、控制信令统一、媒体处理统一)，还是互通性的融合(通过网关)？最重要的是我们应回答进行这种融合的目的是什么：创造新的多媒体业务？捆绑多种业务？节省网络建设投资？此外，我们还要判断这种融合是否给我们带来新的高增长的业务收入？是否能尽快回收投资？

　　本文认，为业务融合还是从下往上，从边缘向核心，从易到难更可行。业务融合是一个长期的过程。

　　7 结束语

　　当前电信界和计算机网络界都处于徘徊时期，下一代网络如何发展？向什么方向发展？如何解决网络融合、业务融合的问题？这些都是困扰网络运营商和设备制造商的重要问题。在整个世界范围内IT与电信经济由高潮向低潮转变的时候，各运营企业的投资都十分谨慎。这要求我们更加冷静、全面地研究网络技术与业务体系。本文是对下一代网络若干问题的思考，同样希望对网络运营商、设备制造商和标准化组织有一定的参考价值，引起人们对下一代网络若干重大问题的深入认识和研究。

　　参考文献：

　　[1] 李晓明. 新一代网络若干问题的思考[J]. 电信科学, 2002,1 (1):43-47.

[摘要] 文章探讨了网络融合和业务融合依然没有解决的原因，对IP电信网关键技术中的网络模型、编址方式、服务质量等问题进行了深入思考，并给出了构建电信级综合业务接入网和驻地网以及实现业务融合应关注的地方。

[关键词] IP电信网；下一代网络；关键技术；探讨

[Abstract] The paper discusses the reason why network convergence and service convergence have not been fully realized, and presents considerations on issues related to the key technologies of IP telecom network, such as network model, addressing mode, QoS, etc. Crucial points in building the telecom-level integrated service access network and premise network and realizing service convergence are also overviewed in the paper.

[Keywords] IP telecom network; Next generation network; Key technology; Discuss