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，在这一发展背景下，NGN的出现为电信网络提供了新的构架思路。
NGN是技术发展的必然趋势
从上个世纪90年代初开始,数字技术代替了模拟技术在电信网络占有不可替代的位置,数字技术的发展使得多业务综合网络成为可能,那时候开始,人们就希望有一个统一的网络平台,能承载目前所能知道的所有电信业务,包括话音业务,数据业务,视频业务等等,于是从90年代开始提出的ATM技术和B-ISDN概念,其目标就是如此。
ATM技术是一种考虑的比较完善的技术,沿袭了传统电路交换网的信令和路由概念,因而也是一种相对复杂的技术,所以各厂家对标准的理解和执行各有出入,致使互操作性不是很好,另外一个问题是ATM采用面向连接的技术,使得其对非连接业务尤其是IP业务的支持很差,而IP业务的蓬勃发展是在90年代初所不能料及的,所以到90年代末期,ATM技术逐渐走向颓势,ATM核心网络并没有象当初预期的那样成为电信网络的公共平台,而只是作为多种业务平台中的一种组成了数据通信网络,和其他平台如固定电路交换网,移动电话交换网,CATV网等共同为用户提供业务。
另一方面,IP网络借助于PC的普及得到了极大的发展,使得其更广泛的为最终用户所体验,其可感知性,可操作性也非专业性很强的ATM技术所能比拟,所以,延续到90年代末期,IP在各种层面的用户群中掀起了一阵热潮,从最终用户,应用开发者到运营商,都对其投入了巨大的热情,进行研究和开发,使得IP网上各种新鲜的业务层出不穷,甚至希望 能在IP上提供传统电信业务,VoIP,IPVPN就是例子。。而业界也在不停的对IP技术进行补充和完善,希望它能不断发展,甚至强壮到成为运营级网络,MPLS,IPv6的提出和不断改进其目的就是如此。
所以我们可以得出一个结论:ATM是技术驱动的结果,而IP是市场驱动的结果。
但是我们从ATM技术和IP技术的本质可以看出,ATM技术天生就是一种电信技术,采用面向连接的通信方式,采用专用信令和管理通道使得连接可以被预先定制,从而使得QoS可以得到完美的保证,运营商可以根据SLA有选择的为用户提供分级服务。但是面向连接的技术也天生不能提供大业务量的检索型业务,如超文本检索,也就是IP上的HTTP应用,大量突发的,无序的,连接目的不可预料的检索业务会马上冲垮ATM网络,或者是其带宽和连接管理功能使得大部分的用户请求不能被满足。
但无连接的IP网络却特别适合这种业务,其路径的建立是根据自携带的包头而逐段转发的,所以这种对实时性和同步要求不高的业务总是可以被 转发和处理。但是其信令交互协议(动态路由协议如OSPF,BGP)从来只被设计为用来交流网络拓扑信息,不象PNNI那样可以还可以传递连接所需的其他信息,因而每个节点都对整个网络的流量分布完全不关心,执行的也是尽力而为的操作,所以IP网络几乎没有任何QoS保证,另外IP也几乎不考虑对用户的管理,对带宽管理和连接管理也非常有限。
从这里我们可以看出,我们需要一个这样的网络,它既要象IP那么简单和具有业务可开发性,又要象ATM那样提供一定的QoS保证(尽管QoS粒度不要那么精密)和用户管理能力, MPLS的出现即是来源于此,MPLS可以让ATM具有提供部分无连接业务的能力,也可以让IP提供部分面向连接的业务,但现在看来,由于各大电信设备生产商和运营商都把技术开发焦点投注在IP上,所以未来的网络极可能是在一个无连接的IP网络上提供部分面向连接的业务,MPLS技术应该是大有前途的。
在这种技术被完善之前,人们早就开始在ATM或者IP网络上进行多业务的研究和开发,早年出现的VoATM和VoIP就是如此,但早期的VoATM/IP从根本上来说是借助于新的话音压缩技术来减少对传输带宽的需求,从而降低长途电话的运营成本,在激烈的竞争环境中获利,所以实际上还是采用专用的IP网或者ATM通道提供业务。基于ATM的其他业务如VOD,远程教育等也由于设备昂贵,开发力量不够和其他原因而没有得到大规模的发展,基于IP的一些多媒体业务倒是如火如荼,但一方面其运营模式一直没有被规范和矫正,另一方面一些用户愿意付钱的业务如一些实时业务由于QoS不能得到保证而不能得到发展。但了这时候我们似乎觉得电信网络技术的发展已经走过了一个阶段,而维持在现在这种多种业务平台分离运行的状况下。
但在电信行业,技术的变革是从来不会被放弃的,当目前承载网络的技术(主要是IP QoS技术)改进到使人们已经看到一丝曙光,使得多业务网络在B-ISDN时代过去之后又一次变得可能,运营商和设备供应商也希望有一种新的模式或概念出现,能借助一个统一的平台提供各种各样用户所需要,所愿意付钱的各种业务,而且运营成本要相对现有的相互独立的多网络平台较低,这时候NGN和软交换应运而生。
NGN即下一代网络,实际上提出的是一种网络结构的概念,它希望采用一种横向分层的网络结构来替换原先的各自独立的多种业务平台,它将整个网络横向分割为四个层面,接入层,承载层,控制层和业务提供层。其中除了控制层是根据各种业务的通信方式不同而采用各种不同的控制服务器外,其他层面都可以为各种不同的业务所共享。比如说接入层和承载层既可以为电话业务提供传输媒介,又可以为视频业务提供传输媒介,当然这种融合很早就发生了,只不过以前发生在很低的层次上(比如光纤既提供ETHERNET over Fiber,又提供SDH over Fiber),现在希望能在较高的层次上进一步融合,比如说在承载网采用统一的ATM交换技术或者IP技术。
现在所希望的是采用NGN的网络结构可以:
1) 使运营成本降低,不用为每一种业务而对所有的层面进行重复投资 ,可以在少量的投入下灵活的添加新业务
2) 对新业务的开发有一定的约束作用,使其不再是无序发展,而是在一定的标准下开发出的具有开放接口的,可运营的业务或者应用,所以NGN概念中最关键的两点是分层的网络结构和开放的层间接口。
当我们要实施NGN结构的时候,为了解决话音业务在NGN结构中的运作,软交换技术于是被提了出来,软交换技术和原先的电路交换技术并没有什么本质的不同,都是由一个(或者一族)控制处理机来完成用户管理,业务逻辑,信令分析处理和路由选择等核心功能,然后控制交换组织完成话音通道的连接和建立。但是由于其交换组织已经由原先的TDM时隙交换矩阵被替换为包/信元交换网络(这也是”软”交换的由来),所以有些事情发生了变化
1) 原先每个厂家采用各自的专有协议完成处理机对交换距阵的控制,现在软交换采用标准的MGCP/H。248协议控制媒体网关来建立一个连接通道
2) 原先采用TDM作为中继,所以SS7只要将电路号CIC告诉对方就行,现在采用包/信元承载网络,所以新的BICC协议被用来代替7号信令,使得媒体网关可以采用IP地址:端口号或者ATM地址来建立连接
3) 为了与已有的PSTN网和接入网进行交互,媒体网关用来完成媒体流的转换,信令流(采用
SIGTRAN)也被转换到可以在包/信元网络上传输
撇开NGN对其他综合业务的考虑不谈,单独拿软交换和传统电路交换技术来比较,对运
营商而言,软交换在网络结构和网络实施也有如下优势:
1) 采用分布的MGW结构,使得MGW可以分布在各个需要部署的地方,甚至更小型的综合接入设备IAD也可以被引入而提供给很小的用户群,从而在同样的投入下可以提供更好的覆盖率和更灵活的满足用户的需求;这种分布式的MGW可以加快网络的实施和部署,从而更快的收回投资/
另外,CPU技术的发展使得交换机的处理机越来越强大,但一直受限于时隙交换矩阵的限制不能被尽量发挥,现在分布式的MGW结构使得软交换核心可以控制很多个MGW和IAD,从而分担在每个用户线上的成本相对降低
2) 采用开放标准接口,使得运营商可以选择多个供应商的设备组成一个整体网络,从而在网络的构建,扩展或升级中获得最好的性价比
NGN来自于市场驱动
从网络运营商的营运目标来说,追最求利润是股东和投资者的最终愿望,因此,网络运营管理者不得不尽一切努力去达到这个目标,归纳后其手段不外乎两种,一种是减少成本,包含减少投资成本CAPEX和运营成本OPEX,另一种是增加收入,包括保持现有的收入源和寻找新的增长点。通信网络的建设必须顺应这这两种手段的需要,所以,运营商对电信网络提出了技术上的要求:能否有这样一种网络,既能支持现在大部分能赚钱的业务,又有无限的新业务开发能力,还比较便宜而且不需要花多大力气去维护它。于是在B-ISDN以后,一次真正的对综合业务网络需求出现了。针对这种需求,业界(包含传统电信玩家即传统的电信运营商和电信设备供应商,和新兴数据玩加即新兴的以数据尤其是IP业务为主的运营商和数据设备供应商)提出了各种各样的解决方案,其思考的基本点各不相同,但是在对这些解决方案进行归纳总结之后,发现大家走向了一个共同点,就是采用横向分层的网络结构,使得各层网络资源能被尽量的利用。但从支持业务的角度来说,两者的考虑各不相同,传统电信玩家希望采用多个分离的子系统来分别管理不同的业务,认为这样可以提供最好的QoS保证,而数据玩家则更愿意采用一个系统来完成所有应用,即使放弃一部分业务也在所不惜,这也是沿袭了他们一贯的”盒子”方式,采用独立的盒子去完成它尽可能完成的事情。
另一方面,成本和性能总是背道而驰的,所以在对系统的框架和组件的构造上,两者也提出了各自不同的见解。当然,应该是可以找到一个平衡点,能兼顾考虑最大的利益。
但不管如何,各方至少达成了一个都认可的共识,那就是采用分层网络结构,现在人们称之为下一代网络NGN。
爱立信的看法和行动
爱立信作为一个资深的电信设备供应商,总是从运营的角度看问题,认为只有如此才能使运营商得到最大的发展,从而出现双赢的结果。对于NGN的发展,爱立信提出了自己的见解:
1) 横向分层的结构是电信网络的发展趋势
2) 通用的承载网将会采用包交换技术(ATM,IP或者MPLS)
3) NGN应该是一个多业务网络
4) NGN应该考虑到移动和固定的融合
5) 话音业务仍然会在相当长的时间内占收入主导
6) IP 多媒体业务将是电信业新的增长点
7) IP多媒体业务需要经过市场培育
从这几点出发,爱立信提出了自己的NGN解决方案,也就是ENGINE解决方案,ENGINE解决方案的本质可以归纳为如下几句话:在一个公共的基于包交换技术的承载网络上,采用不同的控制子系统来管理不同的业务,这些子系统可以被分阶段的单个部署,从而满足不同时期的需要,也可以并行同时部署而形成一个综合业务系统,除了控制层外,业务层网络也可以被不同的用户接入方式所共享,这样的网络模式即适用于固定网络,也适用于移动网络。
目前,爱立信的NGN包括三个子系统,一个是EIN(ENGINE Integral Network)子系统,提供固定网络上所有话音业务运营的保证,一个是W-CDMA CN中的CS域,提供移动网络中所需要的话音业务的保证,一个是EMM(Engine Multi-Meida))子系统,同时为移动网络和固定网络提供IP多媒体业务。
图一 爱立信的NGN目标网络
从本质上来说,EIN和W-CDMA CN的C。S。域只是名称不同,其原理都是采用包承载来提供话音类业务,其网络结构和设备组成除了接入层因固定,移动而不同之外,其它部分几乎完全一样。
本文中我们提及的只有EIN和EMM两个子系统。
EIN子系统
EIN是爱立信在综合考虑全球许多运营商的需求之后,于90年代末期开发的一套符合NGN结构的多业务系统,EIN支持的业务不但涵盖了所有传统电路交换机涵盖的PSTN和窄带ISDN业务,而且涵盖了所有传统的数据通信业务,如数字专线DDN,帧中继,ATM业务以及基于MPLS的IP业务。
在控制层EIN的软交换控制机称为TeS(Telephony Server),TeS采用了爱立信传统的AXE-10的控制处理器CP做控制核心,当然增加了H。248的协议以便支持分散的媒体网关部署。采用AXE-10的CP使得EIN系统不但继承了AXE-10的所有功能和特点,所有的硬件模块和大部分的软件模块都是经过运营考验成熟产品,具有电信级的高稳定,高可靠性。目前在EIN1。0种使用的CP是爱立信性能最高的APZ 212 33,单机支持操过20万个电话用户,处于试用阶段的APZ 212 40将会单机支持超过50万电话用户。
在承载层EIN可以采用ATM或者IP作为承载层,由于端到端的IP QoS目前尚有困难,而且EIN支持的话音业务是运营商目前收入的主要来源,所以爱立信建议目前采用ATM技术作为承载层,以提供让用户满意的语音业务。另外ATM天然QoS也使得其可以支持多种数据业务,比如在IP承载网上不能被很好支持的ISDN透明数据业务和Peer to Peer MODEM call 数据业务。在IP QoS成熟之后用户可以随时转换到IP承载网,目前EIN在IP承载网上采用RTP over MPLS VPN来提供话音业务,采用MPLS 二层VPN来提供数据业务。
在接入层使用了爱立信的AXD30x系列多业务交换机作为媒体网关,AXD30x在全球销售超过了1000台,整机所有具有电信级操作性和可靠性,所有板卡互为备份,支持热插拔,并且可以在不中断业务的情况下进行软/硬件升级。AXD30x的交换能力可以从10G扩展到160G。AXD30x既可作为中继网关,又可作为接入网关使用。对于最后一公里的接入手段,爱立信提供的是ENGINE Access Ramp设备,EAR设备可以提供高密度的POTS和ISDN线路板块,也提供ADSL和SHDSL用户线模块,在采用VoDSL技术后,不但满足住宅用户的电话和宽带Internet接入需要,而且满足中小企业的电话和数据接入需要。
在业务层EIN可以采用INAP协议和智能网互通,支持目前的智能网业务。
图二 EIN的网络结构
EMM子系统
EMM子系统是爱立信基于3GPP R5中IMS(IP MuliMedia Subsystem)域而开发的,提供IP多媒体业务的子系统。该系统的原意是提供丰富的多媒体业务使得3G更有吸引力,但后来发现在固定网络中这些新业务的引进也能帮助运营商建立新的收入源,甚至可能引起新的增长点和新的运营模式的变革,所以在固定网络中的应用竟然比在3G中更领先一步。爱立信在IMS的基础上增加了部分功能,以适应固定网络中用户的需求,从而形成了现在的EMM系统。EMM系统基于SIP协议,支持基于SIP的Voice+Video over IP的普通电话业务,还支持多方会议业务,呈现(Presence)和及时消息(Instant Message) 业务,以及其他SIP所能支持的多媒体业务。
图三 EMM的系统结构
在控制层EMM采用了CSCF(Call State Control Function)作为控制核心,CSCF和HSS(Home Subscriber Server)配合完成用户的管理,接入认证,目的分析等业务逻辑的处理,并且由CSCF完成业务网络的触发和调用,CSCF是由各种SIP服务器混合组成的,包含了SIP Proxy server,Redirect server和Register server的各种功能。控制层的另外一个组件是MGC,MGC通过H。248协议控制媒体网关,完成SIP用户和传统话音网络之间的交互功能。如果运营商认为多媒体业务的时机为到,可以选择先引入MGC和CSCF的部分模块,进行电话业务的运营,待多媒体业务的运营模式逐渐成熟之后,在依次引入CSCF模块的其他部分以及业务开放平台,最终组成一个多媒体业务网络。
在承载层EMM使用的是IP承载网络,但目前看来端到端的QoS保证仍然是一个问题,尤其是接入层的QoS由于接入模式多种多样,而很难得到统一处理,目前的做法是采用很大富余带宽来提供QoS保证,但这种模式浪费了很多资源,同时业没有经过大用户量的考验。另外IP地址的缺乏也是一个问题。期待中的IPv6应该可以解决这些问题。EMM可以同时在IPv4和IPv6上运行。
在接入层,EMM支持各种IP接入方法,如LMDS,HFC,XDSL,ETHERNET+FIBER,WIRELESSLAN,UMTS甚至GPRS等接入方式,只是在业务和接入方式之间需要进行综合考虑,比如GPRS能很好的支持PRESENCE和INSTANT MESSAGE业务,但对VOICE和VIDEO业务则不是那么理想。
和传统话音网之间的媒体网关采用了AXC811,AXC811同时支持RAS功能和VoIP功能,所以EMM也能提供拨号INTERNET接入以及INTERNET CALL WAITING业务。
在业务层爱立信提供了一个综合业务开发平台J2AS,该平台充分考虑到开发接口的多样性,支持和业务网络服务器之间采用parley,CPL和SIP SERVLET等开发接口,而和CSCF之间采用SIP协议完成系统功能调用。
值得注意的是爱立信并未采用通用的平台如SUN+SOLARIS,或者PC SERVER+WINDOWS等来完成控制层系统组件的实施,爱立信采用自行开发的TSP硬件平台和DICOS实时操作系统和免费的LINUX操作系统来作为的控制处理平台,除了媒体网关外,其他所有组件包括CSCF,MGC,J2AS等模块都运行在TSP平台上。TSP平台不但采用爱立信自行开发的底层硬件和软件系统,而且采用了CLUSTER结构,单系统最多可由41个PIII 1。3G处理器板构成处理器簇,不但处理性能极高,而且各板之间做到进程级任务分担,使得单板故障影响极小,更换板卡不会影响业务。当然和其他通用平台一样,TSP平台也可以支持双机备份。爱立信设计TSP平台的原因是最大限度的降低系统成本,最大限度的提供电信级的可靠性和稳定性。
爱立信NGN系统的特点
概括说来,爱立信的NGN的解决方案ENGINE的特点可以归纳为如下几点:
1) 采用不同的子系统支持不同的业务,在每种业务上都能给予最好的QoS保证
2) 采用传统的稳固平台APZ来支持传统业务,使得运营商的风险最小
3) 采用自行开发的高性能TSP平台,提供了电信极的可靠性,降低系统成本
4) 网络架构同时兼顾了固定网络和移动网络的需要,真正做到移动和固定的融合。
总之,爱立信在NGN系统的研发和市场处理上秉承了爱立信的一贯风格,那就是以促进运营商的发展为目的,形成与运营商的真正的合作伙伴关系,一荣俱荣,一辱俱辱。
