下一代網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢以及需要關注的若干問題
石友康
2005/06/06
摘要 本文首先討論了下一代網(wǎng)絡(NGN)技術的發(fā)展趨勢以及需要關注的幾個問題，包括IMS支持固定業(yè)務接入需要進行的研究工作、用戶游牧控制問題、QoS問題、網(wǎng)絡安全問題等，然后介紹了中國關于NGN方面標準化工作情況。
關鍵詞 下一代網(wǎng)絡 軟交換 服務質量 網(wǎng)絡安全
1、NGN技術發(fā)展趨勢
NGN是目前通信業(yè)界關注和探討的一個熱點話題，人們希望通過NGN來解決目前網(wǎng)絡中的許多問題，如網(wǎng)絡安全問題、QoS問題、網(wǎng)絡融合、前后向兼容平滑演進以及可贏利商業(yè)模式等。但客觀說來，NGN目前依然存在不少問題和困惑，包括缺乏統(tǒng)一有效的定義，基本結構、階段目標與長遠目標、具體實施策略等尚不明確，國際上一些電信標準化組織和論壇的觀點也不盡相同。
1.1 ETSI有關基于IMS的NGN網(wǎng)絡架構的建議
IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)可看作為多種多樣的移動多媒體業(yè)務提供的一個平臺。IMS的基本協(xié)議基于IETF已有標準，增加了支持移動性的擴展，包括SIP、Diameter、COPS等。
IMS的主要技術特點包括：會話控制基于SIP；采用IPv6地址(目前IPv4地址也在研究中)；用戶業(yè)務接入全部由歸屬網(wǎng)絡控制；獨立于接入(IMS與下層IP接入網(wǎng)絡相獨立，WLAN也可以接入)；綁定機制(通過G0接口建立SIP會話和GPRS會話之間的關聯(lián)，實現(xiàn)QoS和計費管理)。
基于IMS的網(wǎng)絡框架易于引入面向SIP應用的多媒體業(yè)務，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)務種類還在討論中，但已明確將包括基于SIP的業(yè)務(如會話服務、呈現(xiàn)和即時消息)、非SIP的業(yè)務(如視頻流媒體和廣播業(yè)務等)、PSTN/ISDN的替代業(yè)務(即PSTN/ISDN仿真)等�；贗MS的NGN網(wǎng)絡架構包括資源和接納控制子系統(tǒng)(RACS)、網(wǎng)絡附著子系統(tǒng)(NASS)、IMS、PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)和其他多媒體子系統(tǒng)和應用，如圖1所示。
圖1 基于IMS的NGN網(wǎng)絡框架
PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)：PSTN/ISDN仿真是為連接到IP網(wǎng)(經(jīng)過網(wǎng)關)的傳統(tǒng)電話終端仿真PSTN/ISDN，使所有PSTN/ISDN業(yè)務保持可用和一致，這樣終端用戶不會意識到?jīng)]有連接到基于TDM的PSTN/ISDN。
IP多媒體子系統(tǒng)：由提供IP多媒體業(yè)務(例如語音、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(tǒng)：隨著寬帶接入技術的成熟，網(wǎng)絡傳輸?shù)钠款i正在被打破，實時的高質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，音頻和視頻編解碼技術的進步和網(wǎng)絡流媒體協(xié)議的標準化也為流媒體的廣泛應用起到重要的促進作用，使得基于流媒體傳輸?shù)膽玫玫搅嗽絹碓蕉嗟闹匾�。隨著視頻點播、遠程教學、交互游戲、Internet TV等業(yè)務的廣泛開展，流媒體已經(jīng)在一定程度上改變了人們使用網(wǎng)絡的方式。
網(wǎng)絡附著子系統(tǒng)：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(jù)用戶業(yè)務清單(profile)的網(wǎng)絡接入授權；根據(jù)用戶業(yè)務清單的接入網(wǎng)配置；發(fā)生在IP層的位置管理。
資源和接納控制子系統(tǒng)：它應該提供接納控制和關口控制功能(包含NAPT控制)。接納控制涉及到根據(jù)運營商的具體策略/規(guī)則和資源，檢查接入網(wǎng)附著子系統(tǒng)保存的簽約數(shù)據(jù)的授權。檢查資源可用性意味著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使用的帶寬一致。
目前，ETSI TISPAN在NGN標準方面的研究比較領先，多媒體子系統(tǒng)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行，功能架構基本穩(wěn)定，相關的業(yè)務流程和信令方面的工作基本同步進行。
1.2 ITU有關NGN研究的進度
ITU-T SG13負責對NGN的總體研究，雖然它在NGN的標準化方面進行了大量的工作，并在2004年2月推出了11個NGN標準草案，但目前仍只是處在框架的范疇，無法滿足業(yè)務發(fā)展的需要。同時ITU在引導電信發(fā)展方向上也愈來愈力不從心，3GPP、3GPP2等在3G的標準化上已占據(jù)了主導地位。NGN作為當前的熱點，目前方向尚不明朗，而ETSI在IMS基礎上所進行的NGN的標準化工作將有可能成為NGN的事實標準，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焦點工作組)，F(xiàn)GNGN主要是在繼承第13工作組的基礎上，重點面向NGN領域的關鍵技術展開工作。
FGNGN的工作是從三個方面展開的：一是在3GPP、3GPP2的IMS基礎上，制定ITU的IMS的第一個版本，這是一種基于SIP的業(yè)務系統(tǒng)或業(yè)務平臺；二是研究未來基于分組技術的數(shù)據(jù)網(wǎng)；三是繼續(xù)ITU-T NGN JRG的工作，包括：QoS問題、NGN的體系結構、安全問題、移動游牧問題、網(wǎng)絡的演進等。FGNGN計劃分為三個階段頒布NGN的相關標準，目前已經(jīng)在NGN業(yè)務總體要求、功能體系架構、IP QoS、控制和信令要求、網(wǎng)絡演進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)絡架構將可能基于3GPP IMS發(fā)展。同時，ITU-T、ETSI所定義的NGN業(yè)務需求包括了通信、信息、娛樂等業(yè)務，移動性已經(jīng)成為固定NGN的一個重要需求，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。
在運營商方面，部分先進運營商，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。很多運營商希望基于IMS的網(wǎng)絡架構成為NGN的統(tǒng)一業(yè)務控制平臺，支持多種接入技術和多種業(yè)務。
在設備廠商方面，不少電信大廠商已經(jīng)加大IMS在固網(wǎng)領域應用的研究，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)絡接入需求和未來網(wǎng)絡的各種業(yè)務需求，以便實現(xiàn)未來固定、移動網(wǎng)絡在核心業(yè)務控制層的共享和融合，并提供對高層多種業(yè)務的支持已經(jīng)成為固定NGN的發(fā)展方向。
2、需要關注的問題
2.1 IMS支持固定業(yè)務接入需要進行的研究工作
基于IMS的網(wǎng)絡架構建立NGN體系，在技術層面目前只是定義了網(wǎng)絡框架，對于功能實體定義和工作流程等方面的工作尚沒有開始。在具體技術實現(xiàn)和協(xié)議層面，由于移動網(wǎng)絡與固定網(wǎng)絡之間的差異，需要在原有IMS規(guī)范的基礎上進一步研究以下內容：
- IMS要求強制使用IPv6，而其他固定接入網(wǎng)絡不強制要求支持IPv6，這意味著必須考慮IPv4，也就要求必須支持NAPT功能。
- 固定網(wǎng)絡不強制要求最終用戶設備支持UICC(universal integrated circuit card)，這意味著必須考慮替代的鑒權過程，即固定網(wǎng)絡終端可以通過其他方式進行鑒權。
- 在無線網(wǎng)絡中，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，將不著重考慮帶寬的限制，這將會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，移動網(wǎng)絡與固定網(wǎng)絡由于位置管理存在差異，所有涉及位置信息的協(xié)議都會受到影響。
- 在接入網(wǎng)中，固定網(wǎng)絡和移動網(wǎng)絡資源預留過程的差異需要更改IMS資源授權和預留過程。
2.2 用戶游牧控制問題
目前的IMS網(wǎng)絡只解決了業(yè)務層的游牧控制，接入層的游牧控制并未解決，特別是在固定網(wǎng)絡接入中，由于接入是不可控的，固定接入用戶游牧后，通過接入傳送層網(wǎng)絡在歸屬地網(wǎng)絡接入業(yè)務控制系統(tǒng)，IMS網(wǎng)絡中仍無法識別用戶的漫游，盡管能為用戶提供歸屬地的業(yè)務，但計費問題仍然沒有解決，因此需要通過接入層的游牧控制配合來提供完整的用戶游牧控制解決方案。
2.3 QoS問題
NGN業(yè)務對實時性的要求很高，因此對網(wǎng)絡的QoS提出了很高的要求，能否保證QoS是NGN能否能成為未來統(tǒng)一平臺的關鍵，而這很大程度上取決于NGN所基于的分組承載網(wǎng)絡。目前基于分組承載網(wǎng)的各種QoS解決方案主要關注于承載網(wǎng)絡設備的QoS處理能力，更多的是基于分組承載網(wǎng)絡設備的實現(xiàn)技術(如CAR、整形、隊列調度、優(yōu)先級標記及DiffServ等)，這些具體的技術是所有QoS實施的基礎，但不是NGN QoS關注的重點。NGN需要從網(wǎng)管/資源方面實施相應的QoS控制策略，需要有一個全網(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具有高可靠性、高效性和可伸縮性特點的帶外信令基礎設施將有待進一步的探討。另外，NGN的QoS問題主要是接入網(wǎng)/城域網(wǎng)QoS問題，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安全問題
NGN沒有UNI和NNI的區(qū)別，在承載層面是相互可見的。運營商網(wǎng)絡設備、協(xié)議甚至拓撲對用戶來說都是可見的，用戶側產生的IP信息既有可能在用戶側終結，也可能在網(wǎng)絡中終結，這就使得用戶側有機會與運營商網(wǎng)絡交換非法路由信息，也可攻擊運營商網(wǎng)絡的路由器和控制設備等。另外，位于網(wǎng)絡邊緣的用戶側網(wǎng)絡、業(yè)務和應用一般都使用TCP/UDP/IP技術，用戶之間在承載層和應用層都相互可見。這種要在通信過程中才確定信任關系的不面向連接的工作方式為用戶之間的相互攻擊提供了方便。因此非常有必要闡明和開發(fā)NGN安全體系架構，提供網(wǎng)絡和用戶資源保護，允許高度分布性的端到端智能和多網(wǎng)絡技術共存，提供端到端的安全機制及應用于多個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)展不可逾越的一個階段
NGN是一種目標網(wǎng)絡和理想化的網(wǎng)絡，其發(fā)展是現(xiàn)有網(wǎng)絡按NGN概念與框架要求逐步演進完善的長期過程，決不可能輕而易舉地一步到位。以軟交換技術為核心試驗探索及啟動實施PSTN向初級NGN的融合演進，使NGN期望的低建設成本、低運營開銷、有效的平滑演進等優(yōu)點能具體有所體現(xiàn)。
隨著軟交換體系架構的完善、軟交換相關標準和協(xié)議的成熟以及產品的商用化，越來越多的運營商為了應對外界和自身的種種挑戰(zhàn)，開始有規(guī)模地部署軟交換商用網(wǎng)絡。因此軟交換是NGN發(fā)展不可逾越的一個階段。這一階段主要集中于NGN基礎結構的建設和現(xiàn)有PSTN向NGN的持續(xù)演進，以及采用軟交換技術進行交換機的網(wǎng)改和替換。在這一階段，分組網(wǎng)絡的建設具有“低成本、高帶寬、多業(yè)務綜合承載”的特性，人們對低成本的長途通信和高帶寬的多業(yè)務承載有很高的需求，加上多運營商的激烈市場競爭都大大地促進了NGN的發(fā)展。
2.6 軟交換未來的演進方向
在TISPAN定義的NGN網(wǎng)絡架構中，業(yè)務子系統(tǒng)包括PSTN/ISDN仿真部分，但PSTN仿真子系統(tǒng)的實現(xiàn)架構尚未統(tǒng)一，目前采取并行研究基于IMS和呼叫服務器兩種架構的方式。
基于IMS架構的方式中，PSTN仿真和IMS可以共享一個通用的網(wǎng)絡架構，但是要把PSTN仿真完全分離到AS(接入服務器)中，AGCF和PSTN AS間接口需要重新定義(標準的ISUP和SIP都無法支持)；PSTN業(yè)務難以完全繼承，如熱線業(yè)務，需要把用戶摘機事件上報PSTN AS，而在這種架構下很難實現(xiàn)。如果重新設計，完全繼承PSTN業(yè)務，需要大量的標準化及產品化工作，需要很長時間，而且僅支持傳統(tǒng)PSTN業(yè)務，代價太大。在完全基于IMS架構中，軟交換蛻變?yōu)锳GCF，不處理業(yè)務，僅實現(xiàn)H.248到SIP/SIP-I的協(xié)議轉換。
基于呼叫服務器的PSTN仿真子系統(tǒng)架構可以完全繼承PSTN業(yè)務，但是PSTN仿真和IMS為兩個完全獨立的域，PSTN仿真難以演進融合到IMS，無法實現(xiàn)網(wǎng)絡控制層的統(tǒng)一和融合，同時難以支持語音、多媒體融合業(yè)務。
3、國內NGN標準化進展情況
為了配合NGN在我國的逐步建設，中國通信標準化協(xié)會各技術工作委員會密切跟蹤國際上NGN標準的發(fā)展進程，研究制定我國NGN的相關標準，積累了大量資料和經(jīng)驗，并取得了一定成績，為我國NGN/軟交換網(wǎng)絡的建設、網(wǎng)絡的演進、設備的開發(fā)、研制和引進做好充分準備。在NGN總體標準方面，正在對NGN網(wǎng)絡框架規(guī)范、NGN業(yè)務平臺/體系、NGN網(wǎng)絡管理技術、NGN端到端的QoS、NGN網(wǎng)絡安全、NGN廣泛移動性技術等標準進行預研；在軟交換相關標準方面，已開始研究軟交換網(wǎng)絡框架體系，基本完成了軟交換、移動交換服務器、ATM中繼媒體網(wǎng)關、IP中繼媒體網(wǎng)關、綜合接入媒體網(wǎng)關、媒體網(wǎng)關控制器、信令網(wǎng)關、基于軟交換的應用服務器、基于軟交換的媒體服務器、綜合接入設備(IAD)、SIP服務器、軟交換業(yè)務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)絡上傳送電話選路協(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)絡管理方面，基本完成基于軟交換的綜合網(wǎng)絡管理系統(tǒng)(NMS)和綜合接入設備管理系統(tǒng)(IADMS)等標準的制定。目前正在重點開展對NGN架構、PSTN/ISDN向基于軟交換的NGN演進策略、固定網(wǎng)絡/移動網(wǎng)絡融合技術、IMS在固定網(wǎng)絡中的應用、NGN業(yè)務層總體技術要求、NGN資源管理、NGN網(wǎng)絡安全技術、網(wǎng)絡融合對網(wǎng)絡資源的影響等課題的研究。
中國通信網(wǎng)(www.c114.net)
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