NGN概述

华 为 技 术 136 期出版日期2002年3月22日1. NGN 以开放融合的业务驱动网络持续发展2. NGN网络发展概述3. NGN协议介绍4. 软交换技术的发展华为技术NGN 以开放融合的业务驱动网络持续发展NGN是一种业务驱动型网络通过业务/呼叫控制分离和呼叫控制/承载分离实现相对独立的业务体系使业务独立于网络这种开放式业务架构可不断地满足用户的业务需求增强运营网络的综合竞争力实现可持续发展NGN的出现加快了数据语音视频三网合一的进程软交换统一控制使多媒体协同工作成为可能业务融合和开放所带动的业务增长远远超越了1+1+1 ... 模式从而为运营商带来新型持续发展的赢利同时业务的融合和创新也推动着网络发展在构建下一代网络时运营商对业务发展提出了更高要求提供差异化和有竞争力业务针对新客户提供多业务能力并对老客户业务升级快速引入新业务尽量利用原有网络投资以运营商为核心提供行业和大企业解决方案降低业务部署和维护成本提高客户忠诚度一NGN业务应用网络的开放和融合带来业务的百花齐放综合分析NGN的业务应用大体分为以下几类而且这些业务之间互有融合并非完全独立1分组话音和增强特性实现传统交换机基本语音业务和增值业务同时具备更具性价比的IP特性典型应用包括IP Centrex Call Wait Call Park Call Transfer Conference Call Privacy ManagerIP Centrex业务以低成本提供丰富应用提供广域Centrex可实现商业客户分散机构的语音互连Privacy Manager业务提供客户设置隐私保护机制对未登记的匿名电话通过语音播放姓名的方法提示被叫确认是否接通本次呼叫2协同工作融合业务NGN将数据语音视频融为一体因此多种媒体协同工作业务是NGN的天然产物典型应用包括Unified Messaging UM Instant Messaging IM One Number Link to You ONLYClick to Dial CTDUM业务融合了Email V oice Mail V oice Video SM Fax等多种媒体客户无论在任何地方都可接收Email SM Fax V oice Mail也可以查看动态图象随之可能出现可视可听的多媒体EmailIM传统结合移动消息Internet消息和固定消息使移动用户网上用户和固定终端用户通过多媒体进行聊天协同工作业务可使商业客户之间进行语音或文本交流实现互推网页PowerPoint 胶片传送等实时业务ONLY业务实现客户无论在办公室出差或上网无论携带的是电话手机计算机或传呼机都可通过一个号码完成呼叫CTD传统可使PC成为无处不在的通信工具Phone to PC PC to Phone PC to PC将成为人们熟悉的通信方式取代传统的Phone to Phone方式3Video Streaming 业务NGN使传统电话网上无法实时传送的图象流媒体业务的实现成为可能典型应用包括VOD Pay TV E-Learning E-Hospital Video/Streaming/Web等多种形式VOD业务可实现网上查询浏览播放影片该业务可能直接导致DVD VCD录象机淡出市场 Pay TV使数字节目进入家庭影片的图象音色非模拟电视所能比拟节目内容数字化后可破除节目源的垄断用户可根据兴趣选择喜爱的频道甚至付费频道E-Learning实现家庭教育内容可随个性调整自行控制内容进度可以语音或Text方式进行练习或考核E-Hospital病人医生虽不在同一地点但可进行互动交流实现不同医院甚至不同国家的专家会诊 Video/Streaming/Web可在家中或办公室召集参加会议会议的图象声音幻灯片文本交谈和文件可同步传送给每位参会者动态图象以Streaming方式进行传递4利用高带宽带来的商业应用充裕的带宽资源不仅会吸引客户更愿意停留在网上同时也能促进网上商业活动的繁荣高带宽和集中呼叫信令/媒体控制使NGN网络成为IP Call Center的最佳承载体没有硬件排队机交换机加上统一的路由和排队功能使网络呼叫中心成为NGN的天然产物Text Chat 护航浏览电子白板CTD视频话务员则又成为增强型特性B2B B2C E-Business模式在宽带网上具有三维模仿能力和真人服务能力从而对大众产生强烈的吸引力使IDC发展成为企业服务的主流安全可靠集中控制是NGN Business的主旋律Game从家庭模式走向互连群体范畴作为软件与互联网结合的产物宽带网游戏更逼真高速使网络游戏等娱乐形式获得越来越多的消费者的接受和参与5针对管理的应用配置计费安全管理是网络可运营可管理和应用发展的永恒业务话题VPN将从CPE模式过度到IP VPN分布于不同地点的商业客户分支机构如同存在于一个安全的网络之中但客户不需购置建设管理和维护任何互连网络设备IP Hotel作为酒店菜单定制信息查询会议管理一体化通信的统一管理窗口是提高客户忠诚度提升酒店竞争力的有效工具Network配置自动化带来业务的个性化用户可通过Internet电话等方式更改设备功能而流量数据统计的标准化则可实现这些参数的图形显示界面从上述业务应用可以看出NGN具有丰富的业务能力从而为运营商带来持续赢利的能力这些业务的实现得益于开放融合的业务架构在NGN中软交换提供了访问数据库第三方应用平台和服务器接口等支持各种增值业务管理业务和第三方应用NGN接口采用开放协议如SIP API为了方便业务开发还提供了软交换与智能网SCP之间的接口支持对现有智能网业务的支持采用INAP协议二NGN业务的开发模式在NGN中开放融合的业务架构改变了业务提供和业务开发模式这种改变可快速提供新业务在以往的业务开发模式中业务的开发是一种垂直型模型与下层网络紧密结合业务的发布与网络结构有关不同的网络可能需要发布不同的版本不同的网络之间业务交互困难业务融合难度大业务实现复杂开发周期长投资收益低不利于第三方开发NGN引入了新型业务开发模式业务的开发呈现水平型结构业务与下层网络松耦合 符合协议标准的业务可发布于任何网络只需一个版本具有快速易用灵活动态的业务开发环境通过SIP API如Parlay协议使业务间具有良好的集成关系开发难度和周期大大减少投资收益高第三方开发者只需要了解SIP API而不需深入了解电信网络知识业务开发模式的改进和快速业务提供能力为电信运营商带来了巨大益处将互联网开发模式引入电信领域吸引数目庞大的ASP/ISV快速扩展新业务提高商业收入业务架构的易用性使业务开发周期大大减少成本降低通过多方参与降低商业风险业务架构具有防火墙功能提供完善的访问和鉴权机制保护核心网络由于ASP/ISV具有特定领域的专业知识可开发出特色业务对于业务开发者来说他们只需了解开放的接口这一接口屏蔽了电信网络的复杂的特性知识即可开发出独立于具体网络的业务带来高收益和低花费等优点扩大市场规模三结束语NGN具有丰富的应用前景满足人们多样化和个性化的业务需求在NGN统一网络上可融合通信信息电子商务娱乐等业务实现互动梦想新型语音数据图像融合业务将层出不穷改善人们沟通和生活的方式姚逊返回目录NGN网络发展概述一N GN概述近年来我国电信网络发展迅速取得了巨大成绩综合通信能力明显增强但是随着产业界的融合趋势电话网计算机网有线电视网趋于融合网络面临的压力越来越大网络面临着负荷在不断增大业务需求也趋于多样化运营商必须提供越来越多的多媒体业务才能吸引住用户而这些新型的多样性业务是目前PSTN PLMN网络所难以提供的与此同时飞速发展的数据网已经对PSTN PLMN业务形成分流并将逐渐成为承载话音业务的基石运营商已经积累了丰富的V oIP运营经验但H.323 V oIP只满足分组话音的基本需求缺乏丰富的业务功能在这一发展背景下基于软交换技术的NGN网络应运而生NGN又称为下一代网络是电信史上的一块里程碑它属于一种综合开放的网络构架提供话音数据和多媒体等业务图1 NGN业务分层结构NGN可在统一的分组网络上融合通信信息电子商务和交易等业务满足多样化个性化业务需求在继承的基础上实现与各种业务网络PSTN/ISDN PLMN IN Internet之间的互通在全网内快速提供新的语音数据图像融合业务如图1所示二NGN网络特点1开放分布式网络结构采用软交换技术将传统交换机的功能模块分离为独立网络部件各部件按相应功能进行划分独立发展采用业务与呼叫控制分离呼叫控制与承载分离技术实现开放分布式网络结构使业务独立于网络通过开放式协议和接口可灵活快速地提供业务个人用户可自己定义业务特征而不必关心承载业务的网络形式和终端类型2高速分组化核心承载核心承载网采用高速包交换网络可实现电信网计算机网和有线电视网三网融合同时支持语音数据视频等业务3独立的网络控制层网络控制层即软交换采用独立开放的计算机平台将呼叫控制从媒体网关中分离出来通过软件实现基本呼叫控制功能包括呼叫选路管理控制和信令互通使业务提供者可自由结合承载业务与控制协议提供开放的API接口从而可使第三方快速灵活有效地实现业务提供4网络互通和网络设备网关化通过接入媒体网关中继媒体网关和信令网关等网关可实现与PSTN PLMN IN Internet 等网络的互通有效地继承原有网络的业务5多样化接入方式普通用户可通过智能分组话音终端多媒体终端接入通过接入媒体网关综合接入设备IAD来满足用户的语音数据和视频业务的共存需求三NGN的网络发展策略1网络建设模式从目前网络向NGN网络的过度可采用分布建设策略SoftSwitch是一种发展中的新技术从标准到体系结构都在发展中逐步成熟国际上已有运营商使用SoftSwitch技术和体系结构建设端到端电话网国内运营商在2002年也开始进行NGN 技术实验预测2002下半年将开始小规模商用试验网建设大部分运营商在NGN的发展策略上采取了分步建设方式降低网络风险积累网络运营经验建设初期先建立一个小规模商用实验网采用单域组网结构总容量在5-10万端口左右使用少量软交换设备和分布式网关在全网或部分地区开展小规模实验运营进行网络业务验证积累网络运营经验软交换设备对各城市进行逻辑划分成不同的域支持所有城市的终端接入域内IP电话的网内呼叫由交换机完成呼叫处理在网内完成一次呼叫的建立通话拆线全过程当需要与PSTN实现互通时则每个城市的有关中继网关必须与本地PSTN网互联第二步在商用实验网的基础上采用分域处理话务呼叫控制方法将全国分成多个域每个域内设立软交换设备和分布式网关分地域全网开展规模运营每个区域有一套或多套软交换设备提供网络业务负责维护域内路由数据第三步在前两个阶段网络运营取得成功的基础上结合软交换技术充分利用运营商网络资源实现基于软交换技术的NGN网络规模建设最终形成NGN网络2网络互通方式在NGN的建设过程中实现与原有网络的互通方式包括1NGN与PSTN/ISDN/GSM/CDMA的互通NGN与PSTN电路交换网以及与核心网为电路交换的移动通信网GSM CDMA的互通均可通过中继网关TMG完成2NGN与七号信令网的互通NGN与七号信令网的互通通过信令网关SG完成3软交换网络与现有智能网的互通当软交换网络内的用户使用智能网业务时如卡号业务必须实现与智能网的互通关键在于卡号数据而对于800号业务则必须实现PSTN/ISDN用户与软交换网络用户统一使用实现方式有两种一种是通过TMG中继媒体网关与PSTN进行话路互通在PSTN接入智能网对软交换系统没有要求另一种是软交换设备直接接入智能网这种方式对软交换系统提出较高要求但在网络资源占用时延等方面具有优势3NGN网络建设中需要关注的问题NGN是一种全新的网络其建设必须关注以下环节NGN属于开放式标准网络依赖于统一实用的标准规范来指导产品的开发与运营充分发挥开放网络的优势基于软交换技术的NGN网络必须实现多运营商NGN网络之间的互通实现与现有网络之间的互通并在此基础上实现跨网跨运营商的互通因此网络的互联互通需要相互协商和统一考虑作为分组网面临的一些技术问题如IP地址分配分组话音QoS全程保证网络安全等都必须逐一解决此外NGN网络与现有网络的运营模式也有很大区别这一点非常重要四NGN网络的发展展望据Ovum公司预测全球最终用户在电信和信息服务方面的开支将从2000年占GDP 3增长到2010年的7按市场价值计十年内将从每年1万亿美元增长到每年3万亿美元在这一总体市场下由最终用户带给下一代网运营商的收入在2010年将增加到9000亿美元是固定网总收入的一半从2004年开始下一代网络的收入趋势开始逐渐明朗国外多家运营商已经进行了NGN网络试运营国内运营商也正在积极进行NGN网络实验随着产品技术标准和网络运营的不断成熟相信在不久的将来NGN必然会成为网络建设的主流名词解释NGN Next Generation Network 一种综合开放的网络构架可以提供话音数据和多媒体等多种业务SoftSwitch软交换其将呼叫控制功能从媒体网关传输层中分离出来通过软件实现基本呼叫控制功能包括呼叫选路管理控制连接控制建立/拆除会话和信令互通从而实现呼叫传输与呼叫控制的分离为控制交换和软件可编程功能建立分离的平面媒体网关媒体网关将一种网络中的媒体转换成另一种网络所要求的媒体格式例如媒体网关能够在电路交换网的承载通道和分组网的媒体流之间进行转换媒体网关可以处理音频视频或者T.120也可以具备处理这三者的任意组合的能力媒体网关也能够进行全双工的媒体翻译媒体网关可以演示视频/音频消息实现其它IVR功能也可以进行媒体会议董理斌返回目录NGN协议介绍一概述NGN的目标是建设一个能够提供话音数据多媒体等多种业务的集通信信息电子商务娱乐于一体满足自由通信的分组融合网络为了实现这一目标IETF ITU-T制定并完善了一系列标准协议H.248/Megaco SIP BICC SIGTRAN H.323H.248/Megaco IETF ITU-T制定的媒体网关控制协议用于媒体网关控制器和媒体网关之间的通信SIP IETF制定的会话初始协议用于多方多媒体通信H.323ITU-T制定的IP电话和多媒体通信协议提供V oIP和多媒体应用BICC ITU-T制定的与承载无关的呼叫控制协议可使呼叫控制与承载控制分离SIGTRAN由IETF SIGTRAN组织制定的在IP网上传送PSTN/ISDN的信令协议二协议体系1协议分类图1 NGN的各种协议及其分布NGN协议包含非对等和对等两类协议非对等协议主要指媒体网关控制协议H.248/Megaco对等协议包括SIP H.323BICC等SIGTRAN为信令传送协议由于历史原因NGN系列协议有些相互补充有些则相互竞争H.248/Megaco是一个非对等主从协议与其它协议配合可完成各种NGN业务SIP H.323均为对等协议存在竞争关系由于SIP具有简单通用易于扩展等特性逐渐发展成为主流协议图1和图2分别为各协议之间的关系/分布与其体系结构图2 NGN协议体系结构2协议应用和发展NGN是一个融合网络包括PSTN/ISDN H.323ATM/IP等网络网络互通是NGN成功的必要条件NGN网络主要包括软交换媒体网关信令网关智能终端和各种数据库/服务器等SIP协议是NGN多媒体通信协议用于软交换SIP服务器和SIP终端之间的通信控制和信息交互扩展的SIP-T可使SIP消息携带ISUP信令在需要媒体转换的地方可设置媒体网关H.248/Megaco 为媒体网关控制器MGC用于控制媒体网关完成媒体转换功能它并不负责呼叫控制功能H.323也是多媒体通信协议它比SIP H.248/Megaco的发展历史更长是一项复杂的协议升级和扩展性不是很好SIP+H.248/Megaco可取代H.323为了与H.323网络互通NGN必须支持该项协议SIGTRAN用于解决IP网络承载七号信令的问题它允许七号信令穿过IP网络到达目的地BICC可使ISUP协议在不同承载网络ATM IP PSTN上传送随着网络应用和需求的发展以及团体协作的进展各种标准不断完善升级目前NGN 网络信令有两大阵营第一种持纯IP观点重点关注SIP会话初始协议TRIP 通过IP的电话路由和ENUM IETF提议的电子编码第二种强调NGN与PSTN的结合关注ITU信令传输协议SIGTRAN三主要协议简介1H.248/MegacoH.248/Megaco协议是网关分离概念的产物网关分离的核心是业务和控制分离控制和承载分离这样使业务控制和承载可独立发展运营商在充分利用新技术的同时还可提供丰富多彩的业务通过不断创新的业务提升网络价值H.248/Megaco是在MGCP协议RFC2705定义的基础上结合其它媒体网关控制协议特点发展而成的一种协议它提供控制媒体的建立修改和释放机制同时也可携带某些随路呼叫信令支持传统网络终端的呼叫该协议在构建开放和多网融合的NGN中发挥着重要作用基本概念终端Termination终端是H.248/Megaco协议的两个主要抽象概念之一是MG逻辑实体能够发送和/或接收一种或多种媒体如模拟用户接入网关中的电话线中继网关中的中继电路一个终端在任一时刻属于且只能属于一个上下文上下文Context上下文也是H.248/Megaco协议的两个主要抽象概念之一它是一些终端之间的联系是描述终端间拓扑关系和媒体混合/交换的参数可通过Add命令进行创建通过Subtract Move命令进行删除协议介绍H.248/Megaco协议的一条消息包含着一个或多个事务处理每个事务处理包含一个或多个上下文每个上下文包含一个或多个命令每个命令包含一个或多个描述符H.248/Megaco包含八条命令Add Subtract Move Modify Audit V alue Audit Capabilities Notify Service Change各种命令通过其携带的参数实现各种业务典型呼叫过程主叫摘机MG检测到后通过Notify命令将事件Off-Hook报告给MGCMGC通过Add命令让MG将主叫端口加入一个Context并向主叫送拨号音用户拨号MG将收到的号码通过Notify命令报告给MGCMGC分析被叫号码找出被叫端口命令MG将被叫端口加入一个ContextMGC命令MG向主叫送回铃音向被叫送振铃音被叫摘机MGC命令MG连接主被叫主/被叫挂机MGC命令MG释放主被叫连接将主/被叫端口放空Context2SIP 协议会话发起协议SIP Session Initiation Protocol是IETF制定的多媒体通信系统框架协议之一它是一个基于文本的应用层控制协议独立于底层协议用于建立修改和终止IP网上的双方或多方多媒体会话SIP协议借鉴了HTTP SMTP等协议支持代理重定向登记定位用户等功能支持用户移动与RTP/RTCP SDP RTSP DNS等协议配合支持V oice Video Data Email Presence IM Chat Game......等基本思想采用Client/Server 和HTTP 协议模型每一个请求触发服务器的操作方法请求和响应构成一个事务事务之间相互独立一个完整的呼叫包含多个事务独立于底层传输协议UDP/TCP/SCTP 消息中可携带任意类型的消息体基本功能 SIP 终端用户定位SIP-URL+DNS会话属性协商SDP Message Body发起会话INVITE 改变会话re-INVITE 结束会话BYE + CANCEL协议特点 1简单只包括六个主要请求六类响应基于文本编码易实现易调试便于跟踪和手工操作2扩展性和伸缩性具有灵活的扩展机制和强大的能力协商机制新的方法消息头和功能添加无须改动协议网络简单智能边缘分布式体系结构提高了系统的灵活性和可靠性3安全性和可靠性逐跳加密和认证Ipsec SSL代理认证Proxy-Authentication端到端HTTP 认证基本方式和摘要方式端到端加密PGP S/MIME每次呼叫包含一个时间/空间唯一的Call-ID 每次请求都有一个Cseq 用于复制包检测请求之后有应答INVITE 应答后有ACK 确认没有收到回应则重传4互通性简单轻型协议基于文本编码方式容易描述和分析应用层协议与底层传输无关基本内容消息基于文本方式共有36种消息头六种请求方法和一系列响应请求消息结构如图3所示图3 SIP 协议的请求消息结构1六种请求方法及其响应INVITE 发起呼叫1XX进展指示ACK 响应应答2XX成功REGISTER 用户登记3XX重定向OPTIONS 能力询问4XX客户端错误CANCEL 取消呼叫5XX服务器错误BYE 终止呼叫6XX全局错误2SIP体系实体User Agent Client发起请求的逻辑实体User Agent Server接收请求的逻辑实体Proxy Server代表客户端转发请求或响应的网络逻辑实体包括路由呼叫控制业务提供计费认证授权…等Redirect Server将请求中的地址映射为零个或多个新的地址返回给客户端完成路由功能Register Server接收注册请求提供定位服务典型呼叫流程图4为SIP用户cz@cs.tu-berlin.de呼叫SIP用户henning@的过程图4 SIP用户之间的呼叫过程3BICC 协议随着数据网络和语音网络的集成融合的业务越来越多PSTN 64Kbit/s N* 64K bit/s的承载能力局限性太大分组承载网络除IP网络外还有A TM网络但IP分组网不具备运营级质量为了在扩展的承载网络上实现PSTN ISDN业务ITU-T SG11小组制定了BICC Bearer independent call control protocol协议BICC协议解决了呼叫控制和承载控制分离的问题使呼叫控制信令可在各种网络上承载包括MTP SS7网络ATM网络IP网络BICC协议由ISUP演变而来是传统电信网络向综合多业务网络演进的重要支撑工具目前BICC协议由CS1能力集1向CS2CS3发展CS1支持呼叫控制信令在MTP SS7ATM上的承载CS2增加了在IP网上的承载CS3则关注MPLS IP QoS等承载应用质量以及与SIP的互通问题4SIGTRAN协议SIGTRAN是IETF的一个工作组其任务是建立一套在IP网络上传送PSTN信令的协议SIGTRAN协议包括SCTP M2UA M3UA提供了和SS7 MTP同样的功能协议栈如图5所示图5 SIGTRAN协议栈结构SCTP流控制传送协议用于在IP网络上可靠地传输PSTN信令可替代TCP UDP协议SCTP 在实时性和信息传输方面更可靠更安全TCP为单向流且不提供多个IP连接安全方面也受到限制UDP不可靠不提供顺序控制和连接确认M2UA MTP2用户适配支持MTP3互通和链路状态维护提供与MTP2同样的功能M3UA MTP3用户适配支持MTP3用户部分互通提供信令点编码和IP地址的转换SUA信令用户适配支持SCCP用户互通相当于TCAP over IPM2PA MTP2用户对等适配层协议支持MTP3互通支持本地MTP3功能支持M2PA SG信令网关可以作为STP5H.323协议H.323是一套在分组网上提供实时音频视频和数据通信的标准是ITU-T制定的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议H.32x的一部分基本概念终端发起呼叫或被呼叫产生或终止信息流网守为H.323终端网关和多点控制单元提供地址翻译控制网络访问网关在分组网H.323终端和电路网其它终端之间或H.323网关之间提供实时双向业务多点控制单元用于控制多点会议名词解释。