详解下一代网络(NGN)

下一代网络(NGN)是一个建立在IP技术基础上的新型公共电信网络，能够容纳各种形式的信息，在统一的管理平台下，实现音频、视频、数据信号的传输和管理，提供各种宽带应用和传统电信业务，是一个真正实现宽带窄带一体化、有线无线一体化、有源无源一体化、传输接入一体化的综合业务网络。

　　Internet是下一代网络的主体，IP技术是实现计算机互联网、传统的电话网和有线电视网三网融合的关键技术。随着Internet技术的发展，最终将实现计算机互联网、电话网(PSTN)和有线电视网实现三网融合。

　　下一代网络除了能向用户提供语音、高速数据、视频信息业务外，还能向用户方便地提供视频会议、电话会议功能，而且能像广播网一样，向有此项要求的用户提供统一的消息、时事新闻等。

　　一、下一代网络的构成

　　与传统的网络不同，NGN以在统一的网络架构上解决各种综合业务的灵活提供能力为出发点，提供诸如，“业务逻辑、业务的接入和传送手段，业务的资源提供能力和业务的认证管理等服务。为此，在NGN中，以执行各种业务逻辑的软交换(Softswitch)设备为核心进行网络的构架建设。除此之外，业务逻辑可在应用服务器上统一完成，并可向用户提供开放的业务应用编程接口(API)。因此，在NGN中业务层面和业务控制层面从传统的网络中分离出来，已成为重要的一部分(以后运营商的竞争将会集中在业务层面)。而对于媒体流的传送和接入层面，NGN将通过各种接入手段将接入的业务流集中到统一的分组网络平台上传送。另外重要的一点就是NGN强调网络的开放性，其原则包括网络架构、网络设备、网络信令和协议

　　分组化的、开放的、分层的网络架构体系是下一代网络的显著特征。业界基本上按业务层、控制层、传送层(媒体层)、接入层四层划分,各层之间通过标准的开放接口互连。

　　业务层：一个开放、综合的业务接入平台，在电信网络环境中，智能地接入各种业务，提供各种增值服务，而在多媒体网络环境中，也需要相应的业务生成和维护环境。在NGN中，业务层由一系列的业务应用服务器组成,提供各种各样的业务控制逻辑，完成增值业务处理。同时提供开放的第三方接口，易于引入新型业务。

　　控制层：主要指网络为完成端到端的数据传输进行的路由判决和数据转发的功能，它是网络的交换核心，目的是在传输层基础上构建端到端的通信过程，软交换(Softswitch)将是下一代网络的核心，体现了NGN的网络融合思想。

　　传送层：面向用户端支持透明的TDM线路的接入，在网络核心提供大带宽的数据传输能力，并替代传统的配线架，构建灵活和可重用的长途传输网络，一般为基于DWDM技术的全光网。传送层独立于业务控制提供QoS保证的分组化大容量骨干传送平台。

　　接入层：在用户端支持多种业务的接入，提供各种宽窄带、移动或固定用户接入。接入设备应能向上连接高速传输线路，向下支持多种业务的接口。
二、下一代网络中的媒体网关

　　媒体网关在NGN中扮演着重要的角色，如果说软交换是NGN的”神经“，应用层是NGN的”大脑“，那么媒体网关就是NGN的”四肢“，任何业务都需要媒体网关在软交换的控制下实现。

　　1.媒体网关的主要功能

　　在相关的标准(如H.248、MGCP)中，媒体网关被定义为是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。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，可以处理音频、视频或T。120，也具备处理这三者任意组合的能力，并且能够进行全双工的媒体翻译，可以演示视频/音频消息，实现其他IVR功能，同时还可以进行媒体会议等。

　　媒体网关主要涉及的功能如下。

　　(1)用户或网络接入功能

　　媒体网关负责各种用户或各种接入网络的综合接入，如普通电话用户、ISDN用户、ADSL接入、以太网用户接入或PSTN/ISDN网络接入、V5接入和3G网络接入等。总之，媒体网关设备是用户或用户网络接入核心媒体层的”接口网关“。　　(2)接入核心媒体网络功能

　　媒体网关以宽带接入手段接入核心媒体网络。目前接入核心媒体网络主要通过ATM或IP接入。ATM是面向连接的第2层技术，具有可靠的业务质量(QoS)保证能力，IP则是目前应用广泛的第3层技术。

　　(3)媒体流的映射功能

　　在NGN中，任何业务数据都被抽象成媒体流，媒体流可以是话音、视频信息，也可以是综合的数据信息。由于用户接入和核心媒体之间的网络传送机制的不一致性，因而需要将一种媒体流映射成另一种网络要求的媒体流格式。但是由于业务和网络的复杂性，媒体流映射并不是简单的映射，它涉及到媒体编码格式、数据压缩算法、资源预约和分配。特殊资源的检测处理。媒体流的保密等多项与媒体流属性相关的内容。此外，对不同的业务特性又有其特殊的要求，如话音业务对回声抑制、静音压缩、舒适噪音插入等有其特别要求。

　　(4)受控操作功能

　　媒体网关受软交换的控制，它绝大部分的动作，特别是与业务相关的动作都是在软交换的控制下完成的，如编码、压缩算法的选择，呼叫的建立、释放、中断，资源的分配和释放，特殊信号的检测和处理等。媒体网关和软交换之间的特殊关系决定了它们之间控制协议的重要性，MGCP和H.248就是软交换和媒体网关之间的控制协议。MGCP由IETF定义，实现相对简单，早期应用比较多，但目前的趋势则是转向了由ITU-T定义的H.248标准(可以说H.248是IETF与ITU-T结合的标准，IETF中叫MEACO)。

　　(5)管理和统计功能

　　作为网络中的一员，媒体网关同样受到网管系统的统一管理，媒体网关也要向软交换或网管系报告相关的统计信息。

2.媒体网关的分类

　　从设备本身讲，媒体网关并没有一个明确的分类，因为媒体网关负责将各种用户或网络综合接入到核心网络，但并不是说任何一个媒体网关设备都要支持所有的接入功能。媒体网关同样要遵循开放性原则，未来的NGN中的媒体网关都要受到软交换系统的统一控制。根据媒体网关设备在网络中的位置，可以将其分为如下几类。

　　(1)中继媒体网关

　　主要针对传统的PSTN/ISDN的中继媒体网关，负责PSTN/ISDN的C4或C5的汇接接入，将其接入到ATM或IP网络，主要实现VoATM或VoIP功能。

　　(2)综合接入媒体网关

　　综合接入媒体网关负责各种用户或接入网的综合接入，如直接将PSTN/ISDN用户，Ethernet用户、ADSL用户或V5用户接入。这类综合接入媒体网关一般放置在靠近用户的端局，同时它还具有拨号Modem数据业务分流的功能。

　　(3)小区或企业用媒体网关

　　从目前的情况看，放置在用户住宅小区或企业的媒体网关主要解决用户话音和数据(主要指Internet数据)的综合接入，未来可能还会解决视频业务的接入。

3.媒体网关与H.248/MEGACO协议

　　MGCP是IETF较早定义的媒体网关控制协议，主要从功能的角度定义媒体网关控制器和媒体网关之间的行为，实现比较简单，没有H.248那样对包和属性的详细定义，事件交互的机制也比较简单。事件交互由一个操作和一个响应组成，对属性参数没有过多的定义。困此，MGCP具有实现简单等特点，但其互通性和支持业务的能力受到限制。

　　H.248/MEGACO因其功能灵活、支持业务能力强而受到重视，而且不断有新的附件补充其能力，是目前媒体网关和软交换之间的主流协议，目前国内通信标准推荐软交换和媒体网关之间应用H.248协议。　

　　H.248和MECIACO在协议文本上相同，只是在协议消息传输语法上有所区别，H.248采用ASN。1语法格式(ITU-T X。680 1997)，MEGACO采用ABNF语法格式(RFC2234)

　　下一代网络要取得成功，离不开各种媒体网关的综合业务接入能力和在软交换系统控制下实现具体业务的能力，NGN技术以业务为核心展开，而业务关系到各个方面的问题，媒体网关设备只是这些业务链条中重要的一个环节。从某种程度上讲，媒体网关与软交换系统的配合决定着下一代网络的网络体系架构。

三、下一代网络中的软交换

　　软交换要求把呼叫控制功能从媒体网关(传输层)中分离出来，通过软件实现连接控制、翻译和选路、网关管理、呼叫控制、带宽管理、信令、安全性和生成呼叫详细记录等功能，把控制和业务提供分开。软交换提供了在包交换网中与电路交换相同的功能，因此，软交换也称为呼叫代理或呼叫服务器。

　　软交换是与业务无关的，它是在基于IP的网络上提供电信业务的技术。在电路交换网中，呼叫控制、业务提供以及交换矩阵均集中在一个系统中；而软交换的主要设计思想是业务、控制与传送、接入分开，各实体间通过标准协议进行连接和通信，能够更灵活地提供业务。即软交换是基于软件的分布式交换/控制平台，它将呼叫控制功能从网关中分离出来，从而可以方便地在网上引入多种业务。

　　1.软交换的网络结构及实现

　　软交换主要处理实时性业务，包括语音、视频和多媒体等业务，它可用于IP网、ATM网等数据通信网，也可用于电路交换网络。软交换用在IP网上是很自然的，因为IP网的呼叫控制与承载连接是分开的。从应用来说，软交换主要是应用在IP网上的。

　　软交换的实现是通过网关发出信令，控制语音和数据业务的互通。信令网关(SG)将SSN7信令转换成IP信令或根据通信要求发出IP信令控制媒体网关的数据通信，媒体网关(MG)负责电话交换网的PCM流与IP网络的数据包的转换。SG和MG都要受到媒体网关控制器/呼叫代理(MGC/CA)的控制，这里，SG、MGC/CA及其附属的数据库和完成的功能就是软交换。

　　媒体网关用来处理电路交换网和IP网的媒体信息互通。在H.248协议中，MG实体完成不同网络间不同媒体信息的转换。H。323协议中相似的功能实体是MM(Media Mana-ger)，它在MG或其他网关中负责将电路交换网媒体(PCM流等)转换成H。323媒体(RTP/RTCP)。

　　信令网关负责将电路交换网的信令转换成IP网的信令，根据相应的信令生成IP网的控制信令，在IP网中传输。

　　媒体网关控制器/呼叫代理负责控制IP网络的连接(包括呼叫控制功能)。MGC/CA是软交换的重要组成部分和功能实现部分。MGC是H.248协议关于MG媒体通道中呼叫连接状态的控制部分。MGC可以通过H.248协议或媒体网关控制协议(MGCP)、媒体设备控制协议(MDCP)对MG进行控制，MGC/CA之间通过H。323或者SIP协议连接。本地交换网(LS)包括本地电路交换网和SSN7网等。

　　由于软交换要实现各种信令间的协议转换，因此，它需要支持SSN7、ISUP、SIP、H。323和MGCP等协议。

　　软交换是下一代网络的控制功能实体，为下一代网络提供具有实时性要求的业务呼叫控制和连接控制功能，是下一代网络呼叫与控制的核心。软交换技术，是NGN体系结构中的关键技术，其核心思想是硬件软件化，通过软件来实现原来交换机的控制、接续和业务处理等功能，各实体间通过标准化协议进行连接和通信，便于在NGN中更快地实现各类复杂的协议，更方便地提供业务。软交换设备是多种逻辑功能实体的集合，提供综合业务的呼叫控制、连接以及部分业务功能，是NGN中语音/数据/视频业务呼叫、控制、业务提供的核心设备。

　2.软交换的功能

　　(1)提供支持多种信令协议(包括H.248、H。323、SIP、SCTP、ISUP+、INAP+、RADIUS、SNMP等)的接口，实现PSTN网和IP/ATM网间的信令互通和不同网关之间的互通。
　　(2)从当前应用的角度来看，软交换首先应能支持语音业务，其次是提供各种增值业务和补充业务。
　　(3)提供可编程的、逻辑化控制的、开放的API协议，实现与外部应用平台的互通。
　　(4)提供关口功能，包括接入认证、地址解析和带宽管理等功能，并具有计费功能。
　　(5)软交换的竞争力主要在软件上，它既可以作为独立的NGN网络部件分布在网络的各处，为所有媒体提供基本业务和补充业务，也可以与其它的增强业务节点结合，形成新的产品形态。
　　(6)在电路交换网上，软交换和媒体网关以及信令网关结合，完成控制转换和媒体接入转换，可作为汇接局和长途局的接入，提供现有的PSTN网中的基本业务和补充业务。
　　(7)在电路/分组网上，软交换可与分组终端进行互通，实现分组网与电路交换网的互通。
　　(8)在智能网上，软交换与媒体网关结合完成SSP功能，与智能网的SCP结合提供各种智能业务。

　　经过几年的发展，软交换技术的标准化和产业化的工作也取得了长足进展，一些老协议，如H。323、MGCP等不断完善成熟，BICC、SIP/SIP-T等新协议也不断推出，基于软交换技术的产品已逐步进入实用化阶段，软交换成为NGN中最活跃和热门的话题。

　　目前许多公司和厂商都已经推出了软交换设备，软交换将在下一代网络的话音、数据、图像通信中扮演重要的控制角色，显然它将成为NGN的关键技术，并成为技术研究的热点，具有广阔的发展前景。

四、下一代网络能提供的新业务

　　NGN在原有的PSTN，ISDN，智能网等等业务的基础上又增加了许多自己特有的业务，如下：

　　入口业务：主要是针对用户的终端环境，为其提供监控，协调等功能，并能为用户提供个性化的业务环境。它是VHE(Virtual Home Environment)的基本功能组成部分。

　　增强型多媒体会话业务：保持多方多媒体会话，而不会因为有会话方的加入或离开，以及会话方终端的变换而终止会话。

　　可视电话：能建立在移动/固定，移动/移动，固定/固定电话之间的可视呼叫。

　　Click to Dial：能在个人业务环境或Web会话中提供Click to Dial的业务直接对在线用户或服务器发出呼叫。

　　Web会议业务：能通过WEB browser来组织多方的多媒体会议。

　　增强型会话等待：允许用户处理实时的呼叫(如实时的呼叫屏等)。

　　语音识别业务：能自动识别语音并相应的作出标准的或事先用户设定的操作。

　　Text->Speech->Text：支持文本到语音双向转换。

　　基本定位业务：主要用在手机上，提供实际的地理位置

　　个人路由策略：根据不同的时间，系统对照用户的Routing Profile有选择的把入呼叫转移到不同的话机上。　

　　VOD：视频点播业务，用户可以根据需要订阅不同的视频流服务。

　　增强型的呼叫功能：因为呼叫类型的增加，参与呼叫用户类型的增加，从而相应的呼叫/会话的转移等业务也得到了相应的加强。同时还增加了会话合并功能，即两个出呼叫或入呼叫可以整合成一个三方会话。

五、下一代网络的特点

　　(1)开放性：NGN可以根据所处网络的不同，所提供功能的不同划分为几个模块，每个模块能独立发展，互不干涉，又能有机组合成一个整体；同时这种开放性也表现在各运营商可根据自己的需求来选择市场上的优势产品，而不必担心不同设备间的互连互通上。

　　(2)高效：因为NGN网络能实现业务与呼叫控制的分离，为业务真正的从网络中独立出来，有效的缩短新业务的开发周期提供了良好的条件；而且随着多网互通的实现，许多新兴业务也应运而生。

　　(3)多用户：NGN综合了固定电话网，移动电话网和IP网络的优势，使得模拟用户，数字用户，移动用户，ADSL用户，ISDN用户，IP窄带网络用户，IP宽带网络用户甚至是通过卫星接入的用户都能作为下一代网络中的一员相互通信。

　(4)多媒体：语音、视频以及其它多媒体流在下一代网络中的实时传输成为了NGN的又一亮点。

　　(5)资源共享：国际互联网的丰富信息资源一直是电信运营商面前的一块肥肉，由于采用了IP技术，NGN的出现使得在呼叫过程中获取国际互联网的资源变得不再是难事。

　　(6)低成本：采用了相对廉价的IP等网络作为中间传输的载体，因而NGN的通信费用将大大降低，这种优势尤其体现在长途，越洋电话上。

　　六、下一代网络的融合特征

　　下一代网络是一个高度融合的网络，融合的特征主要体现在如下几个方面：

　　技术融合：电信技术、数据通信技术、移动通信技术、有线电视技术及计算机技术相互融合，出现了大量的混合各种技术的产品：路由器支持话音、交换机提供分组接口等。

　　网络融合：传统独立的网络：固定与移动、话音和数据开始融合，逐步形成一个统一的网络。

　　业务融合：未来的电信经营格局绝对不是数据和话音的地位之争，而更多地是数据、话音两种业务的融合和促进，同时，图像业务也会成为未来电信业务的有机组成部分，从而形成话音、数据、图像三种在传统意义上完全不同的业务模式的全面融合。大量话音、数据、视频融合的业务，如VOD、VoIP、IP智能网、Web呼叫中心等业务不断广泛应用，网络融合使得网络业务表现更为丰富。

　　产业融合：网络融合和业务融合必然导致传统的电信业、移动通信业、有线电视业、数据通信业和信息服务业的融合，数据通信厂商、计算机厂商开始进入电信制造业，传统电信厂商大量收购数据厂商。

七、现有电信网络如何演进到下一代网络

　　现有电信网络在话音业务方面已经相当成熟。中国电信拥有遍布全国的电路交换网络，在这几十年来，中国电信投入了相当大的资金。如何保护现有资金和保护现有电信业务的收益是电信网络演进至NGN的需要解决的问题。演进应该分为几个层面。

　　(1)从网络接入层上的演进：宽带接入建设为用户提供宽带的且面向分组的接入，可以为用户提供更加高速的接入方式。现在各地智能小区的建设已经全面展开，意味着面向NGN的演进的开始。

　　(2)从长途网络层面上的演进：利用集成的或独立的中继网关，旁路部分话音话务到IP或ATM网络上，利用SoftSwitch进行路由控制和业务的提供，我们称之为中继旁路的策略。利用这种方式可以减缓现在的电路交换网络的拥塞问题。

　　(3)从Local交换网络层面上的演进：市话局是具有最大部分投资的点，拥有大量的用户机架以及许多Local的电话业务数据，改造将是最为困难的。建议利用综合的具有大容量的宽带接入设备取代现有的用户架，以独立的Access Gateway接入到IP网络或ATM网络，升级SoftSwitch和应用服务器以支持Local的电话业务和IP业务。　

　　八、有线电视网络的改造也应向下一代网络靠近

　　电信网迫切感到必需向下一代网络转型。有线电视网的双向改造不可违背技术发展的规律的。首先应当研究下一代网络的技术发展，在网络双向改造中，应当采用下一代网络技术或靠近下一代网络的技术，以便为过渡到下一代网络奠定下良好的基础。

　　有线电视网在语音和数据通信方面都没有历史，也就没有包袱。因此有线电视网在单向网向双向网的改造中，就像一张白纸，正好画最新最美的图画。应当紧跟当前信息网络技术的发展方向，去研究双向改造方案。应当采用最新的、最有发展前景的技术去改造网络，首先要选准有线电视网的正确位置，而后确定一个正确的网络改造方向。

　　HFC有线电视网的双向改造成功与否，决定它的发展命运。在网络双向改造方面，应当是高起点、大气势、营造出市场竞争的信心和决心。如果能把有线电视网经过改造而成为技术先进、品质优良的信息网络，这就是和传统网络运营商竞争的锐利武器。

　　有线电视网是和电信网、计算机网并行的国家三大信息网络之一。它有一张覆盖全国的光缆、电缆混合网，终端连接着一亿个用户，而且还在以每年500万户的速度稳步发展中。因此它的改造效果必须和它的地位相适应，以便和其它网络在业务市场中开展竞争，促进信息技术发展，采用高起点，直接建设下一代网络技术相融合的网络。有线电视网的双向改造是要建成连接千家万户的新型城域网，应当把网络的长远规划、长远目标放在首位，网络的改造目标要真正顺着宽带高速，支持综合业务这个网络发展方向，而且现在已具备这个条件。

　　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。

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