發(fā)展中的NGN技術(shù)
林俐 趙學(xué)軍
2002/10/10
1 引言
隨著英特網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，人們對(duì)于帶寬及業(yè)務(wù)的要求也在迅速膨脹，原有的TDM網(wǎng)絡(luò)只能提供基于雙絞線(xiàn)的較低速接入、語(yǔ)音業(yè)務(wù)及少量低速視頻業(yè)務(wù)，已不能滿(mǎn)足用戶(hù)的需求；先進(jìn)的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施完備，但除了上網(wǎng)和郵件服務(wù)，其上幾乎沒(méi)有什么其他的賺錢(qián)業(yè)務(wù)，不能盤(pán)活已有投資；雖然數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量增長(zhǎng)速度超過(guò)語(yǔ)音業(yè)務(wù)，但業(yè)務(wù)收入的主要部分還是來(lái)源于語(yǔ)音業(yè)務(wù)。以上種種原因使得大家都在尋求一種網(wǎng)絡(luò)融合之道。
以軟交換設(shè)備為核心，能夠提供話(huà)音、視頻、數(shù)據(jù)等多媒體綜合業(yè)務(wù)，采用開(kāi)放、標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)，能夠提供豐富業(yè)務(wù)的下一代網(wǎng)絡(luò)（Next Genaration Network，以下簡(jiǎn)稱(chēng)NGN）應(yīng)運(yùn)而生，且一度成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)，是電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展與演進(jìn)的目標(biāo)。
2 軟交換體系結(jié)構(gòu)
軟交換體系按功能可分為四層：媒體接入層（邊緣層）、傳送層、控制層、業(yè)務(wù)及應(yīng)用層。
各層的功能及部件構(gòu)成如下：
（1）媒體接入層
通過(guò)各種接入手段將各類(lèi)用戶(hù)連接至網(wǎng)絡(luò)，并將信息格式轉(zhuǎn)換為能夠在網(wǎng)絡(luò)中傳遞的信息格式。主要設(shè)備有：信令網(wǎng)關(guān)（SG）、中繼網(wǎng)關(guān)（TG）、接入網(wǎng)關(guān)（AG）、綜合接入設(shè)備（IAD）、無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)關(guān)（WAG）、媒體資源服務(wù)器、H323網(wǎng)關(guān)（H323 GW）。
（2）傳送層
采用分組技術(shù)，提供一個(gè)高可靠性的、具有QOS保證、大容量的綜合傳送平臺(tái)，并將信息媒體流選路至目的地。目前主要有IP和ATM兩種網(wǎng)絡(luò)。
（3）控制層
是軟交換體系的呼叫控制核心，利用軟交換機(jī)SoftSwitch（或稱(chēng)呼叫服務(wù)器Call Server、媒體網(wǎng)關(guān)控制器MGC），以軟件的形式控制接入設(shè)備完成呼叫接續(xù)。
（4）業(yè)務(wù)及應(yīng)用層
該層主要是利用各種設(shè)備為整個(gè)體系提供各種豐富的增值業(yè)務(wù)、相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)管理及服務(wù)。包括：SCP、AAA服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、策略服務(wù)器。
3 軟交換技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
3.1 協(xié)議發(fā)展現(xiàn)狀
軟交換體系涉及協(xié)議非常眾多，系列標(biāo)準(zhǔn)的形成將對(duì)指導(dǎo)研發(fā)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用起到巨大的作用，直接影響著產(chǎn)品設(shè)計(jì)思路、業(yè)務(wù)的生成及互通。
國(guó)際上，IETF、ITU-T、SoftSwitch Org等組織對(duì)軟交換及協(xié)議的研究工作一直起者積極的主導(dǎo)作用，許多關(guān)鍵協(xié)議都已制定完成，或趨于完成。這些協(xié)議將規(guī)范整個(gè)軟交換界的研發(fā)工作，使產(chǎn)品從使用各廠(chǎng)家私有協(xié)議階段進(jìn)入使用業(yè)界共同標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議階段，各家之間產(chǎn)品互通成為可能，真正實(shí)現(xiàn)軟交換體系產(chǎn)生的初衷---提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放的體系結(jié)構(gòu)，各網(wǎng)絡(luò)部件可獨(dú)立發(fā)展。
在軟交換的研究進(jìn)展方面，我國(guó)處于世界同步水平。信息產(chǎn)業(yè)部“網(wǎng)絡(luò)與交換標(biāo)準(zhǔn)研究組”在1999年下半年就啟動(dòng)了軟交換項(xiàng)目的研究，目前已完成了《軟交換設(shè)備總體技術(shù)要求》，此外“IP標(biāo)準(zhǔn)研究組”還正在研制有關(guān)中繼媒體網(wǎng)關(guān)（TG）、信令網(wǎng)關(guān)(SG)、接入網(wǎng)關(guān)（AG）、綜合接入設(shè)備(IAD)等設(shè)備技術(shù)規(guī)范。
但是任何事物的發(fā)展都需要一個(gè)過(guò)程，整個(gè)軟交換的技術(shù)尚處于初期發(fā)展階段，許多思想尚須通過(guò)實(shí)踐來(lái)不斷驗(yàn)證和修正，協(xié)議也是如此，會(huì)隨著業(yè)務(wù)及功能的發(fā)展而不斷補(bǔ)充和更新（例如H.248的LastDraft早已完成，對(duì)于完成基本語(yǔ)音呼叫控制功能沒(méi)有問(wèn)題，但若想在網(wǎng)上真正實(shí)施其它業(yè)務(wù)，還須對(duì)其進(jìn)行許多Packet的擴(kuò)展和補(bǔ)充；SIP協(xié)議也是如此，其基本框架早已成型，但要真正應(yīng)用于各種業(yè)務(wù)，還須對(duì)一些參數(shù)及流程進(jìn)行規(guī)定）。
由于各廠(chǎng)家對(duì)同一協(xié)議的理解不同；由于協(xié)議本身規(guī)定得不夠清晰、完善，廠(chǎng)家在實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品時(shí)所進(jìn)行的擴(kuò)充和修改不盡相同；由于完成同樣功能的協(xié)議存在著多于一種的選擇（如軟交換之間互聯(lián)協(xié)議有SIP-T、SIP和BICC），而實(shí)際產(chǎn)品可能只支持其中的部分協(xié)議。由此，各廠(chǎng)家的軟交換產(chǎn)品單獨(dú)組網(wǎng)使用時(shí)，可能不會(huì)存在問(wèn)題，能夠滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)及用戶(hù)的需求；但在近幾年內(nèi)，廠(chǎng)家之間設(shè)備的互通可能會(huì)是一個(gè)難題，需要花費(fèi)較多的人力和物力，因此運(yùn)營(yíng)商在組網(wǎng)設(shè)備選型時(shí)一定要充分考慮這個(gè)問(wèn)題。相信這些問(wèn)題會(huì)在我國(guó)軟交換國(guó)家規(guī)范出臺(tái)后逐步得到解決。
3.2 軟交換產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀
軟交換技術(shù)最初由計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商提出，主要用于解決企業(yè)用戶(hù)的VoIP接入問(wèn)題。隨著業(yè)界對(duì)軟交換的逐步肯定，傳統(tǒng)交換設(shè)備制造商紛紛加入到軟交換的研制隊(duì)伍中，并陸續(xù)推出針對(duì)運(yùn)營(yíng)商級(jí)的解決方案，使得軟交換設(shè)備規(guī)模從企業(yè)級(jí)應(yīng)用邁向了運(yùn)營(yíng)級(jí)應(yīng)用。目前各廠(chǎng)家使用內(nèi)部協(xié)議或業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，對(duì)基本語(yǔ)音業(yè)務(wù)及補(bǔ)充業(yè)務(wù)都能予以支持，多媒體業(yè)務(wù)大多處于研發(fā)之中，在今后的一段時(shí)間內(nèi)將會(huì)有所發(fā)展和完善。
各廠(chǎng)商基本上都能提供支持多種業(yè)務(wù)解決方案的產(chǎn)品，有些廠(chǎng)家基于一套軟交換設(shè)備來(lái)提供各種解決方案，有的使用多套軟交換產(chǎn)品分別實(shí)現(xiàn)各種解決方案。
在各種業(yè)務(wù)解決方案中，較為成熟的是長(zhǎng)途中繼Class4解決方案，這一方案功能較為簡(jiǎn)單且提出最早，一般不涉及用戶(hù)數(shù)據(jù)的管理，可支持300、800等簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)。
對(duì)于提供端局業(yè)務(wù)的Class5解決方案各廠(chǎng)家也都能支持，能夠提供原PSTN交換機(jī)所能提供的基本話(huà)音及補(bǔ)充業(yè)務(wù)，能夠提供多種用戶(hù)接入手段，包括POTS、BRI、PRI、V5.2、ADSL、以太網(wǎng)接入等，還可對(duì)H323、H248等智能終端用戶(hù)進(jìn)行控制。
有的廠(chǎng)家基本已實(shí)現(xiàn)基于SIP協(xié)議的多媒體業(yè)務(wù)解決方案，實(shí)現(xiàn)多媒體業(yè)務(wù)的能力較強(qiáng)，并已能提供某些業(yè)務(wù)進(jìn)行演示；但也有廠(chǎng)家目前仍只是在談概念，其實(shí)并沒(méi)有實(shí)際的業(yè)務(wù)，它的多媒體業(yè)務(wù)服務(wù)器實(shí)際上并不能稱(chēng)之為一個(gè)完全的SIP體系，充其量不過(guò)一個(gè)IP地址與SIP用戶(hù)名的轉(zhuǎn)換器。
對(duì)于支持第三方業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)的API接口，各廠(chǎng)家均提出了自己的解決方案，具體性能及可用性如何仍有待驗(yàn)證。
3.3 軟交換技術(shù)應(yīng)用情況
長(zhǎng)途匯接（Class4）是廠(chǎng)商最早極力推薦給各PSTN運(yùn)營(yíng)商的解決方案，在世界范圍內(nèi)已有多家運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行了試驗(yàn)，目前已有商用實(shí)例。
隨著廠(chǎng)商陸續(xù)推出運(yùn)營(yíng)級(jí)的本地接入（Class5）解決方案，在世界范圍內(nèi)也已有運(yùn)營(yíng)商在網(wǎng)上進(jìn)行試驗(yàn)，離實(shí)際應(yīng)用還有一段時(shí)間，有些問(wèn)題尚待解決。
多業(yè)務(wù)應(yīng)用方案在2001年底已有廠(chǎng)家提供初步方案，但此類(lèi)方案目前仍處于實(shí)驗(yàn)室階段，并且通過(guò)該方案提供的業(yè)務(wù)種類(lèi)及可行性還有待運(yùn)營(yíng)商與廠(chǎng)商共同研究。
從整個(gè)業(yè)界看，目前各運(yùn)營(yíng)商對(duì)軟交換都持較為審慎的態(tài)度在進(jìn)行或計(jì)劃進(jìn)行試驗(yàn)。據(jù)有關(guān)資料顯示：通過(guò)對(duì)世界上50個(gè)運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行問(wèn)題調(diào)研，“你認(rèn)為IP電話(huà)將在何時(shí)能夠提供與電路交換/ATM相當(dāng)?shù)膬r(jià)格和性能”，結(jié)果返為“2003年4個(gè)、2004年2個(gè)、2005年13個(gè)、2006年2個(gè)、2007年20個(gè)”。由此可見(jiàn)，大部分運(yùn)營(yíng)商認(rèn)為IP電話(huà)將在2005年后會(huì)比較可能提供與電路交換/ATM相當(dāng)?shù)膬r(jià)格和性能。
4 軟交換發(fā)展還需解決的問(wèn)題
1) 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的完善和設(shè)備之間的互聯(lián)互通問(wèn)題
正如本文3.1節(jié)所敘述的，由于軟交換技術(shù)本身還在不斷發(fā)展，協(xié)議本身也需要根據(jù)業(yè)務(wù)需求不斷完善和補(bǔ)充。
由于各廠(chǎng)家采用的協(xié)議不同，對(duì)同一協(xié)議細(xì)節(jié)的理解不同，因此不同廠(chǎng)家設(shè)備之間互通在今后幾年內(nèi)將是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。
2) 如何組建大網(wǎng)問(wèn)題
在軟交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較小，節(jié)點(diǎn)少，軟交換之間可以采用平面結(jié)構(gòu)，有利于簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高接續(xù)速度。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模逐步增大，倘若仍采用平面形式，不但對(duì)設(shè)備處理能力、存儲(chǔ)能力、網(wǎng)絡(luò)安全性和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)維護(hù)都提出更高要求，而且宕機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò)造成的影響面也更大。
由此，各廠(chǎng)家提出了自己產(chǎn)品組建大網(wǎng)的解決方案，有的公司采用“重定向服務(wù)器”方式，引入路由數(shù)據(jù)分層概念，每一軟交換只了解一定區(qū)域的路由數(shù)據(jù)，對(duì)于其他區(qū)域的被叫用戶(hù)尋址，需要查詢(xún)網(wǎng)絡(luò)中增加的“重定向服務(wù)器”；有的公司采用“代理服務(wù)器”方式，在軟交換之上增加一層代理服務(wù)器或軟交換，每一軟交換只了解一定區(qū)域的路由數(shù)據(jù)，對(duì)于其他區(qū)域的被叫用戶(hù)尋址，需要經(jīng)過(guò)尚一級(jí)的代理服務(wù)器或軟交換進(jìn)行信令的接續(xù)和尋址。但所有這些目前都還只是廠(chǎng)家提出的思路，究竟在產(chǎn)品上能實(shí)現(xiàn)到什么程度，哪種方式在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)上才是最佳，這些都還有待人們?nèi)?shí)踐和探討。
3) 業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)問(wèn)題
標(biāo)準(zhǔn)、開(kāi)放的API接口；能夠快速、靈活地提供豐富的業(yè)務(wù)，這是軟交換體系的一個(gè)優(yōu)勢(shì)所在，但目前廠(chǎng)家能夠提供的業(yè)務(wù)多集中為基本語(yǔ)音業(yè)務(wù)及補(bǔ)充業(yè)務(wù)、智能網(wǎng)業(yè)務(wù)、PINT業(yè)務(wù)、多媒體終端之間的同步瀏覽、統(tǒng)一消息、多媒體會(huì)議等，究竟什么業(yè)務(wù)才是運(yùn)營(yíng)商手中的殺手業(yè)務(wù)，才能真正帶來(lái)收益，是目前運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商在共同苦思冥想的問(wèn)題，目前并未出現(xiàn)使人眼前為之一亮的業(yè)務(wù)。
4) 如何實(shí)現(xiàn)私網(wǎng)穿透問(wèn)題
為了隱藏私有地址，防止外部攻擊；以及節(jié)省對(duì)公網(wǎng)IP地址的占用，企業(yè)網(wǎng)與公網(wǎng)的邊緣都會(huì)設(shè)有 NAT，實(shí)現(xiàn)IP地址及Port端口號(hào)的改變。
由于NAT僅對(duì)IP包的地址及端口號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，而H.248及SIP等協(xié)議真正的媒體連接信息是放在SDP（即IP包的負(fù)載）中傳遞的，這部分的私網(wǎng)地址是無(wú)法被NAT映射成公網(wǎng)地址傳到對(duì)方用戶(hù)的，因此媒體流實(shí)際是無(wú)法真正建立起來(lái)的；且 NAT如何保持所記錄的會(huì)話(huà)地址轉(zhuǎn)換直到通話(huà)結(jié)束才被刪除，這都是目前這一領(lǐng)域需要解決的問(wèn)題。
目前有兩種解決方案，一種是使用能夠解析相關(guān)應(yīng)用協(xié)議（如SIP）的增強(qiáng)型NAT，即應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)（ALG）；另一種是在NAT的外側(cè)增加代理服務(wù)器。
上述解決方案的性?xún)r(jià)比怎樣，可行性如何，是否會(huì)給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)新的問(wèn)題（如成為網(wǎng)絡(luò)的擁塞瓶頸），這些都有待我們?nèi)ミM(jìn)一步研究。
5) 網(wǎng)絡(luò)安全性問(wèn)題
如果采用專(zhuān)用的IP網(wǎng)作為軟交換體系話(huà)音業(yè)務(wù)的承載網(wǎng)，則網(wǎng)絡(luò)安全應(yīng)可以得到保證。但如果采用公共IP網(wǎng)作為承載網(wǎng)，則存在以下兩方面的安全問(wèn)題：
第一，TG、軟交換等設(shè)備的安全問(wèn)題；
第二，用戶(hù)帳號(hào)、密碼等用戶(hù)數(shù)據(jù)的安全問(wèn)題。
目前業(yè)界還沒(méi)有一個(gè)非常完善的方法來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)安全性的問(wèn)題，只能通過(guò)要求TG、Softswitch等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備應(yīng)具備一定的反入侵能力以增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性；用戶(hù)帳號(hào)、密碼等用戶(hù)數(shù)據(jù)的安全則只能采用加密的方式解決。這些問(wèn)題未真正解決，將直接影響到業(yè)務(wù)的真正實(shí)施。
6) QoS問(wèn)題
目前的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)是為傳送非實(shí)時(shí)、突發(fā)性數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)而設(shè)計(jì)的，能否為下一代網(wǎng)絡(luò)所承載的話(huà)音及視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)提供所需的QOS服務(wù)保證，是下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展所面臨的主要問(wèn)題。
IETF組織已經(jīng)提出了多種服務(wù)模型和機(jī)制來(lái)滿(mǎn)足QoS的需求，其中比較著名的有：綜合業(yè)務(wù)模型（IntServ）、區(qū)分業(yè)務(wù)模型（DiffServ）、MPLS技術(shù)、流量工程等，具體這些方案如何組合使用、可行性如何，有待研究。
運(yùn)營(yíng)商與設(shè)備供應(yīng)商應(yīng)當(dāng)一起冷靜地解決這些問(wèn)題，并積極進(jìn)行試驗(yàn)，不斷加以完善。
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