下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與演進策略
2002/12/26
一、下一代網(wǎng)絡(luò)的概念和特征
所謂下一代網(wǎng)（NGN）是一個極其松散定義的術(shù)語，泛指一個不同于目前一代的，大量采用創(chuàng)新技術(shù)，以IP為中心同時可以支持語聲、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的融合網(wǎng)絡(luò)。一方面，NGN不是現(xiàn)有電信網(wǎng)和IP網(wǎng)的簡單延伸和疊加，而應(yīng)是兩者的融合結(jié)果，所涉及的也不僅僅是單項節(jié)點技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而是整個網(wǎng)絡(luò)的框架，是一種整體網(wǎng)絡(luò)解決方案。另一方面，NGN的出現(xiàn)與發(fā)展不是革命，而是演進，即在繼承現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的平滑過渡。下一代網(wǎng)是一個內(nèi)涵十分廣泛的術(shù)語，不同專業(yè)和背景的人實際都在應(yīng)用。如果特指業(yè)務(wù)網(wǎng)層面，則下一代網(wǎng)指下一代業(yè)務(wù)網(wǎng)（例如對于數(shù)據(jù)網(wǎng)，則下一代網(wǎng)指下一代互聯(lián)網(wǎng)；而對于移動網(wǎng)，則下一代網(wǎng)指3G網(wǎng)和超3G網(wǎng)；如果特指傳送網(wǎng)層面，則下一代網(wǎng)指下一代傳送網(wǎng)，特別是光網(wǎng)絡(luò)）。泛指的下一代網(wǎng)實際包容了所有新一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而狹義的下一代網(wǎng)往往特指以軟交換為控制層，兼容所有三網(wǎng)技術(shù)的開放體系架構(gòu)。
從業(yè)務(wù)層面看，下一代網(wǎng)絡(luò)將主要是以ATM/IP特別是IP為基礎(chǔ)的分組化網(wǎng)已成為業(yè)界的共識。然而，從傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)到分組化網(wǎng)將是一個長期的漸進過渡過程，因而在未來10年～15年電信公司的主要任務(wù)是同時支持兩種網(wǎng)絡(luò)，解決兩網(wǎng)之間的互通以及各自業(yè)務(wù)和應(yīng)用之間的互操作性，從而最終完成由傳統(tǒng)電路交換為基礎(chǔ)的電信網(wǎng)向分組化網(wǎng)的平滑過渡。而軟交換將是完成這一過渡任務(wù)的關(guān)鍵。
從基礎(chǔ)傳送網(wǎng)層面看，以WDM為基礎(chǔ)的光網(wǎng)絡(luò)將是理想的大容量網(wǎng)絡(luò)，然而主要基于點到點通信的WDM光網(wǎng)絡(luò)盡管容量有余，但組網(wǎng)靈活性欠佳，而能實現(xiàn)光層靈活聯(lián)網(wǎng)功能的光聯(lián)網(wǎng)將是理想的下一代光網(wǎng)絡(luò)傳送平臺。
簡言之，下一代網(wǎng)絡(luò)將是以軟交換為核心，光聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的融合網(wǎng)絡(luò)。
二、向下一代業(yè)務(wù)網(wǎng)的演進策略
從傳統(tǒng)的電路交換網(wǎng)到分組化網(wǎng)將是一個長期的漸進過渡過程，總的看，目前有兩大過渡策略。
1.以軟交換為核心的重疊網(wǎng)策略
主張這種演進策略的主要理由是現(xiàn)有電路交換網(wǎng)在傳輸電話業(yè)務(wù)方面是基本勝任的，而且是電信公司的主要收入來源。目前全球傳統(tǒng)話音和傳真的業(yè)務(wù)收入達6500億美元，占總收入的80％，即便像NTT這樣的老牌電信公司，其業(yè)務(wù)收入的50％也來自傳統(tǒng)話音。因而合乎邏輯的結(jié)論是最好不要或少去觸動它，讓其獨立發(fā)展。對于日益增長的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)特別是IP業(yè)務(wù)可以通過建設(shè)一個重疊的分組化網(wǎng)（ATM網(wǎng)或IP路由器網(wǎng)）來解決。兩個網(wǎng)的業(yè)務(wù)節(jié)點獨立發(fā)展，其間通過一類特殊協(xié)調(diào)設(shè)備實現(xiàn)互聯(lián)互通。這類設(shè)備不僅交換話音、數(shù)據(jù)和其他業(yè)務(wù)，而且完成7號信令與IP的轉(zhuǎn)換。歷史上，這類設(shè)備開始稱為協(xié)調(diào)設(shè)備或協(xié)調(diào)交換機，功能較簡單，智能較低。后來功能逐漸發(fā)展和集中，呼叫控制層和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)層與媒體層開始分離，上述設(shè)備開始稱為網(wǎng)守、呼叫代理、呼叫服務(wù)器或媒體網(wǎng)關(guān)控制器，1999年后開始稱為軟交換并定位于網(wǎng)絡(luò)控制層，基本作用類似，但采用開放標準結(jié)構(gòu)，且功能上越來越強大和集中并成為最通用的術(shù)語。盡管如此，由于技術(shù)認識上的差異，特別是有關(guān)融合的商務(wù)模型認識上的差異，使軟交換的定義仍然像一縷煙一樣難以準確捕捉，各種版本的定義多達十幾種。筆者認為軟交換應(yīng)該是一種建立在開放計算平臺上能夠?qū)崿F(xiàn)分布通信功能并為下一代網(wǎng)提供呼叫控制和信令以及完成不同網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議間的協(xié)調(diào)功能的開放標準軟件。
軟交換對用戶是透明的，主要處理實時業(yè)務(wù)，提供呼叫控制、連接控制、媒體網(wǎng)關(guān)接入、帶寬管理、選路、信令互通和安全管理等功能。支持H.323、H.248、會唔開始協(xié)議（SIP）或媒體網(wǎng)關(guān)控制協(xié)議（MGCP）等協(xié)議。軟交換的主要特點是采用開放式體系結(jié)構(gòu)實現(xiàn)分布式通信和管理，具有良好的結(jié)構(gòu)擴展性。其應(yīng)用層和媒體控制層已經(jīng)與媒體層硬件分離并納入開放的標準的計算環(huán)境，有利于網(wǎng)絡(luò)運營商靈活選擇網(wǎng)絡(luò)各層最佳的設(shè)備，加速新業(yè)務(wù)和新應(yīng)用的開發(fā)、生成與部署，快速實現(xiàn)廣域業(yè)務(wù)覆蓋。其次，采用軟交換后，實現(xiàn)了多個業(yè)務(wù)網(wǎng)的融合，簡化了網(wǎng)絡(luò)層次和結(jié)構(gòu)，避免了建設(shè)維護多個分離業(yè)務(wù)網(wǎng)所帶來的高成本和運維配置升級復雜性。還有，采用分組交換技術(shù)后，提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率，減少了交換機互連復雜性和業(yè)務(wù)網(wǎng)的承載成本。再有，由于軟交換的價格可以遵循軟件許可證方式，不必遵循現(xiàn)行交換機的價格模式，投資大小隨用戶數(shù)而增長，有利于新的競爭的電信運營商或傳統(tǒng)運營商開發(fā)新市場。而現(xiàn)行電路交換機由于有很大的共用設(shè)備成本，使初期負擔成本很高，用戶數(shù)不大時進入成本很高，比軟交換機大一個量級，不利于新的競爭的電信運營商或傳統(tǒng)運營商開發(fā)新市場。最后，軟交換設(shè)備占地很小，不僅明顯提高了機房空間利用率，而且也便于節(jié)點的靈活部署和業(yè)務(wù)的快速拓展。
在實際應(yīng)用中，采用軟交換后可以卸載或旁路IP撥號業(yè)務(wù)，減輕電路交換網(wǎng)的壓力，代替?zhèn)鹘y(tǒng)電路交換網(wǎng)的匯接局和端局。其初始投資成本與具體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成和提供的業(yè)務(wù)有關(guān)，其運營成本則將大幅度降低，投資回報期明顯縮短，對業(yè)務(wù)量變化的敏感性較低，因此抗風險能力較強。若綜合考慮語音和數(shù)據(jù)，則一個融合的網(wǎng)代替多個獨立的網(wǎng)，因而無論初始成本還是運營成本都將會大幅度降低，而且具有更豐富的呼叫特性和應(yīng)用以及可擴展性。當然，將開放的商用計算平臺用于軟交換還需要采取一系列措施來改進可靠性、性能和成本，但作為發(fā)展方向不應(yīng)該有疑問。
從網(wǎng)絡(luò)角度看，通過軟交換機結(jié)合媒體網(wǎng)關(guān)和信令網(wǎng)關(guān)跨接和互聯(lián)電路交換網(wǎng)和分組化網(wǎng)后，盡管兩個網(wǎng)仍基本獨立，但業(yè)務(wù)層已實現(xiàn)基本融合，可統(tǒng)一提供管理和加快擴展部署業(yè)務(wù)。等到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)逐漸成為網(wǎng)絡(luò)的主要業(yè)務(wù)后再考慮將電路交換網(wǎng)上的電話業(yè)務(wù)逐漸轉(zhuǎn)移到分組化網(wǎng)上來，最終形成一個統(tǒng)一的融合的網(wǎng)。這種網(wǎng)絡(luò)演進思路允許不同的網(wǎng)按各自的最佳方向獨立演進，不受限于節(jié)點結(jié)構(gòu)，是最適合于像中國電信這樣的傳統(tǒng)運營商的網(wǎng)絡(luò)演進策略。據(jù)OVUM公司估計，在8年內(nèi)，一個不投資在軟交換上的運營商的利潤將比投資在軟交換上的運營商少50％以上。當然，軟交換還處于發(fā)展完善過程之中，會有這樣或那樣的問題，但作為發(fā)展方向已經(jīng)獲得業(yè)界的認同。
2.以綜合交換機為核心的混合網(wǎng)策略
主張這種策略的主要理由是電話業(yè)務(wù)仍然會繼續(xù)發(fā)展，因而有必要開發(fā)新一代的交換機（稱為綜合交換機）來進一步改進電路交換網(wǎng)，提高交換節(jié)點的效率，擴大交換節(jié)點的容量，減少連接的復雜性，降低交換網(wǎng)成本，同時仍保留原有全部交換功能。當然這種新一代的交換機還應(yīng)能支持ATM/IP業(yè)務(wù)的發(fā)展，便于網(wǎng)絡(luò)向分組化方向演進。這種交換機在外部可以同時支持STM、ATM和IP網(wǎng)，即不同業(yè)務(wù)量各走各的網(wǎng)，只是業(yè)務(wù)節(jié)點在物理上融合成一體。其內(nèi)部交換矩陣有采用單一ATM交換矩陣或其他信元交換矩陣的，也有采用ATM和STM兩個基本獨立交換矩陣的，還有采用ATM、STM和IP三個基本獨立交換矩陣的。這種新一代的交換機接口采用STM－1乃至STM－4/16，交換容量很大，目前可達512k和1MBHCA，減少了交換機互連復雜性和成本，還可以將網(wǎng)關(guān)集成在內(nèi)。采用這種新型交換機后可以卸載原有電話業(yè)務(wù)量，承載新增業(yè)務(wù)量和所有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量，從而最終完成向分組網(wǎng)的過渡，主要應(yīng)用場合為長途局和匯接局以及關(guān)口局。
采用這種策略的主要問題是其總體設(shè)計思想是建立在電路交換的框架之上，對話音業(yè)務(wù)最優(yōu)，同時兼顧數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，因此缺乏長遠的生命力。此外，其體系結(jié)構(gòu)封閉，業(yè)務(wù)接口不開放，不支持第三方應(yīng)用，業(yè)務(wù)提供不靈活，新業(yè)務(wù)開發(fā)困難，受制于交換機制造商，將話音網(wǎng)節(jié)點和數(shù)據(jù)網(wǎng)節(jié)點捆綁在一起，互相牽制，使網(wǎng)絡(luò)發(fā)展受制。
采用何種策略須根據(jù)具體網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)預測以及經(jīng)濟比較進行詳細分析后才能決定，沒有現(xiàn)成的答案。筆者認為，就我國的網(wǎng)絡(luò)實際來看，以重疊網(wǎng)為基礎(chǔ)的演進策略是最適合傳統(tǒng)電信運營商的，在軟交換成熟以前根據(jù)實際容量發(fā)展需要在網(wǎng)絡(luò)的長途節(jié)點采用新一代綜合交換機也是現(xiàn)實的過渡性措施。
三、中國電信發(fā)展下一代網(wǎng)的思考
中國電信作為傳統(tǒng)的電信運營商，其主營的固話業(yè)務(wù)正遭受移動和IP業(yè)務(wù)的巨大分流威脅，在長途和國際通信大量業(yè)務(wù)被IP分流，在本地網(wǎng)則大量業(yè)務(wù)被移動分流。在這樣的形勢下，中國電信急需尋找降低網(wǎng)絡(luò)成本、增加業(yè)務(wù)收入、開發(fā)新業(yè)務(wù)的戰(zhàn)略性新途徑，下一代網(wǎng)的出現(xiàn)和發(fā)展恰好提供了一個重要機遇。為了及時把握這一重要技術(shù)發(fā)展大趨勢，中國電信啟動實施了下一代網(wǎng)絡(luò)實驗工程，其目的是為將來中國電信網(wǎng)全面實施戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型積累實際網(wǎng)絡(luò)經(jīng)驗，并從觀念上、技術(shù)上、人員培訓上做好初步準備工作，為下一步的全面鋪開打下堅實的基礎(chǔ)。
中國電信對下一代網(wǎng)的理解絕不限于簡單的交換設(shè)備更新，也不是簡單的幾個工程而已，而是有更長遠的戰(zhàn)略性認識。從體系結(jié)構(gòu)上必須是開放的分布式架構(gòu)，從業(yè)務(wù)上必須有可持續(xù)發(fā)展的能力，從網(wǎng)絡(luò)上必須能覆蓋從核心到邊緣、從有線到無線，在應(yīng)用環(huán)境上必須是多廠家環(huán)境，需要實現(xiàn)互操作性。簡言之，下一代網(wǎng)將必須是端到端的演進的融合的整體解決方案，而不是局部的技術(shù)改進更新，這將是我們未來10～15年的主要戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型任務(wù)。
四、向下一代傳送網(wǎng)的演進策略
1.傳輸鏈路的寬帶化可望突破
從過去二十多年的光通信發(fā)展史看，商用系統(tǒng)的速率已從45Mbit/s增加到10Gbit/s，40Gb/s系統(tǒng)不久也將實用化。進一步擴容的出路是轉(zhuǎn)向光的復用方式。近幾年來波分復用系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展十分迅猛。目前1.6Tb/sWDM系統(tǒng)已經(jīng)開始商用，日本NEC和法國阿爾卡特公司分別實現(xiàn)了總?cè)萘繛?0.9Tb/s（273×40Gb/s）和總?cè)萘繛?0.2Tb/s（256×40Gb/s）的傳輸容量最新世界記錄。
從技術(shù)上看，在5年左右的時間，實用化的最大傳輸鏈路容量有可能達到5Tb/s～10Tb/s。簡言之，網(wǎng)絡(luò)容量將不會受限于傳輸鏈路，焦點將集中在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點上。
2.核心光網(wǎng)絡(luò)從點到點WDM走向光聯(lián)網(wǎng)
普通的點到點波分復用通信系統(tǒng)盡管有巨大的傳輸容量，但只提供了原始的傳輸帶寬，需要有靈活的節(jié)點才能實現(xiàn)高效的靈活組網(wǎng)能力。然而現(xiàn)有的電DXC系統(tǒng)十分復雜，從發(fā)展看無法跟上網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路容量的增長速度。于是業(yè)界的注意力開始轉(zhuǎn)向光節(jié)點，即光分插復用器（OADM）和光交叉連接器（OXC），實現(xiàn)光層聯(lián)網(wǎng)。
從實現(xiàn)技術(shù)上看，OXC可以劃分為兩類，即采用電交叉矩陣的OXC和采用純光交叉矩陣的OXC。前者可以比較容易地實現(xiàn)信號質(zhì)量監(jiān)控和消除傳輸損傷，更重要的是可以對小于整個波長的帶寬進行處理，符合近期的市場容量需要。然而其擴容主要是通過持續(xù)的半導體芯片密度和性能的改進來實現(xiàn)的，無法跟上網(wǎng)絡(luò)傳輸鏈路容量的增長速度，難以滿足長遠需要。另一方面，采用光交叉矩陣的OXC省去了光電轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，不僅節(jié)約了大量光電轉(zhuǎn)換接口，而且容量可望大幅度擴展，隨之帶來的透明性還可以使其支持各種客戶層信號，具有更長遠的技術(shù)壽命，但近期的容量需求并不需要這么大容量的OXC。
光傳送聯(lián)網(wǎng)的一個最新發(fā)展趨勢是引入自動波長配置功能。隨著IP業(yè)務(wù)的爆炸性增長，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求不僅變得越來越大，而且由于IP業(yè)務(wù)量本身的不確定性和不可預見性，對網(wǎng)絡(luò)帶寬的動態(tài)分配要求也越來越迫切。傳統(tǒng)的主要靠人工配置網(wǎng)絡(luò)連接的原始方法耗時費力，不僅難以適應(yīng)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和新業(yè)務(wù)提供拓展的需要，也難以適應(yīng)市場競爭的需要。一種能夠自動完成網(wǎng)絡(luò)連接的新型網(wǎng)絡(luò)概念———自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）應(yīng)運而生。在傳統(tǒng)的傳送網(wǎng)中引入動態(tài)交換的概念不僅是幾十年來傳送網(wǎng)概念的重大歷史性突破，也是傳送網(wǎng)技術(shù)的一次重要突破。
3.采用重疊網(wǎng)策略順利完成向自動光聯(lián)網(wǎng)的過渡
向自動光聯(lián)網(wǎng)目標的過渡主要有兩種基本演進結(jié)構(gòu)，即重迭模型和集成模型。盡管兩者都是以IP為中心的控制結(jié)構(gòu)，都將應(yīng)用簡化的MPLS信令和基于下一代光網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但在管理應(yīng)用上有很大的不同，基本反映了計算機界和電信界的不同思路。
（1）重迭模型
重迭模型又稱客戶－服務(wù)者模型，是ITU光互聯(lián)論壇（OIF）和光域業(yè)務(wù)互連（ODSI）等國際標準組織和準標準組織所支持的網(wǎng)絡(luò)演進結(jié)構(gòu)。這種模型的基本思路是將光傳送層特定的控制智能完全放在光傳送層獨立實施，無須客戶層干預，客戶層和光傳送層將成為兩個基本獨立的智能網(wǎng)絡(luò)層，而光傳送層將成為一個開放的通用傳送平臺，可以為包括IP層在內(nèi)的所有客戶層提供動態(tài)互聯(lián)。為此，這種模型有兩個獨立的控制平面，一個在核心光網(wǎng)絡(luò)，即光網(wǎng)絡(luò)層，而另一個在客戶層，兩者之間不交換路由信息，獨立選路，最大限度地實現(xiàn)了光網(wǎng)絡(luò)層和客戶層的控制分離。
這種模型的最大好處首先是可以實現(xiàn)統(tǒng)一透明的光傳送層平臺，支持多客戶層信號，不限定于IP路由器。其次，讓客戶層特定要求通過接口傳送給光服務(wù)層，由光網(wǎng)絡(luò)層來完成客戶的連接要求可以屏蔽光傳送層的網(wǎng)絡(luò)拓撲細節(jié)，維護了光網(wǎng)絡(luò)擁有者的網(wǎng)絡(luò)秘密。第三，這種模型允許光傳送層和客戶層獨立演進，也允許光傳送層內(nèi)的每一個子網(wǎng)獨立演進。這樣光傳送層不會受制于IP層發(fā)展速度。第四，采用子網(wǎng)分割后，運營者既可以充分利用原有基礎(chǔ)設(shè)施，又可以在網(wǎng)絡(luò)其他部分引入新技術(shù)，不為原有基礎(chǔ)設(shè)施所累。第五，采用這種方式后在網(wǎng)絡(luò)運營商和客戶層信號間有一個清晰的分界點，允許網(wǎng)絡(luò)運營商按照需要實施靈活的策略控制。最后，這種模型可以利用成熟的標準化的UNI和NNI，比較容易在近期實現(xiàn)多廠家光網(wǎng)絡(luò)中的互操作性。
這種模型的缺點是功能重疊，兩個層面都需要有網(wǎng)管和控制功能。其次是擴展性受限，存在N的平方問題。還有，管理兩個獨立的物理網(wǎng)的成本較高，帶寬利用率較低，存在額外的幀開銷。最后，由于兩個層面存在兩個分離的地址空間，因此需要復雜的地址解析。
總的看，目前這種模型最適合那些傳統(tǒng)的已具有大量SDH網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施而同時又需要支持分組化數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)運營商。
（2）集成模型
集成模型又稱對等模型或混合模型，是IETF所支持的網(wǎng)絡(luò)演進結(jié)構(gòu)，為此IETF提出了通用的多協(xié)議標記交換（GMPLS）概念。基本思路是將IP層用于MPLS通道的選路和信令經(jīng)適當修改后直接應(yīng)用于包括光傳送層在內(nèi)的各個層面的連接控制。
這種模型的基本特點是將光傳送層的控制智能轉(zhuǎn)移到IP層，由IP層來實施端到端的控制。此時光傳送網(wǎng)和IP網(wǎng)可以看成是一個集成的網(wǎng)絡(luò)，光交換機和標記交換路由器具有統(tǒng)一的選路區(qū)域，兩者之間可以自由地交換所有信息并運行同樣的選路和信令協(xié)議，實現(xiàn)一體化的管理和流量工程，消除了不同網(wǎng)絡(luò)區(qū)域間的壁壘。敷設(shè)統(tǒng)一的控制面可以消除管理具有分離的、不同的控制和操作語義的混合光互聯(lián)系統(tǒng)而帶來的復雜性。
然而采用這種模型時光網(wǎng)絡(luò)層只能支持單一的客戶業(yè)務(wù)，難以支持其他業(yè)務(wù)，失去了對業(yè)務(wù)的透明性，這對多數(shù)運營商并不適合。其次，為了實現(xiàn)路由器對光傳送層的全面控制，必須對客戶層開放光傳送層的網(wǎng)絡(luò)拓撲等細節(jié)，這在多數(shù)情況下是行不通的。最后，這種模型必須在IP和光傳送層之間有大量的狀態(tài)和控制信息需要交換，從標準化的角度較難實現(xiàn)光傳送層的互操作性。
總的看，這種模型較適合那些新興的同時擁有光網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)的ISP運營商，從長遠看，也適合于傳統(tǒng)的電信運營商。
在某些場合下，有可能將上述兩者結(jié)合在一起，形成所謂的混合方式�；舅悸肥菍τ谟赏粋�運營者擁有的光網(wǎng)絡(luò)和IP網(wǎng)部分可以集成在一起，按集成模型管理，而將該光網(wǎng)絡(luò)與其支持的其他客戶層信號（IP信號和其他非IP信號）部分按重迭模型管理。
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