從NGN試驗看技術發(fā)展趨勢

廣州市電信分公司 歐振猛 林健　2002/04/15

　　近幾年來，Internet賦予了人們豐富的想象空間，IT技術的發(fā)展層出不窮，每一次技術突破都帶來了無限的商機，最近下一代網絡（NGN-Next Generation Network）和軟交換技術（SoftSwitch）已成為電信業(yè)界和通信領域的新貴和代名詞。
　　NGN是一種目標網絡，它表征了一種寬帶化、光纖化、大容量、包交換、數據化、層次化、呼叫承載分離、快速開發(fā)業(yè)務、集中部署業(yè)務等的理想網絡，NGN系統(tǒng)可以向用戶提供包含PSTN話音業(yè)務、無線話音業(yè)務、基礎數據業(yè)務、多媒體數據業(yè)務等。NGN系統(tǒng)結構如圖1所示。
　　在圖1中的實線表示實際連接線路，虛線表示通信協(xié)議，虛線上的數字表示NGN涉及到的主要協(xié)議內容。

　　①代表SoftSwitch軟交換設備和SG（Signaling Gateway）信令網關之間的通信協(xié)議，目前為SigTran-M3UA（Signaling Tranport-MTP3 User Agent）。

　�、诖�表SoftSwitch軟交換設備和其他SoftSwitch軟交換設備之間的通信協(xié)議，目前為BICC（Bearer Independent Call Control Protocol）/ SIP_T (Session Initialization Protocol for Telephony)。

　�、鄞�表SoftSwitch軟交換設備和TG（Trunk Gateway）中繼網關之間的通信協(xié)議，目前為H.248 / MeGaCo (Media Gateway Control Protocol)。

　�、艽�表Mm-server（Multimedia Server）多媒體呼叫服 務器和Mm-client多媒體客戶端之間的通信協(xié)議，目前為SIP (Session Initialization Protocol)。

　�、荽�表3rd party第三方開發(fā)商和Application Server應用服務器之間的編程通信協(xié)議，目前為Parlay/Jain。

　�、薮�表SoftSwitch軟交換設備和Mm-server多媒體呼叫服務器之間的通信協(xié)議，目前為SIP_T / SIP。

一、NGN研究領域

　　NGN的三大研究領域為：研究NGN提供傳統(tǒng)PSTN話音業(yè)務能力的SoftSwitch 技術、研究NGN提供多媒體數據業(yè)務能力的協(xié)議及相關技術、研究NGN系統(tǒng)之間互通技術。目前國際上兩大標準化組織ITU_T和IETF都在研究制訂相關NGN的標準。除此之外，電信業(yè)務一些論壇也積極推動NGN標準和應用的出臺。

　　1．SoftSwitch 技術

　　從NGN的研究領域來看，SoftSwitch是目前NGN的一種實現傳統(tǒng)PSTN話音業(yè)務的技術思路和實現手段。SoftSwitch是其中的一個重要部分。這是因為任何技術都是為了更好地提供更豐富的業(yè)務、吸引更多的客戶、更好地創(chuàng)造更客觀的利潤。
　　從業(yè)務收益的角度來看，目前PSTN話音業(yè)務的收入仍然是大量運營商的收入主要部分，特別是在中國，因此如何能以更合理、可靠、有效的手段和更好的性能價格比將話音業(yè)務提供給廣大用戶，是運營商采用NGN的一個重要原因，因此NGN上提供PSTN話音業(yè)務能力是相當重要的一環(huán)。
　　由于話音業(yè)務是依賴于電路交換技術，PSTN網絡系統(tǒng)是一套發(fā)展近百年的完善的、成熟的系統(tǒng)，PSTN網絡系統(tǒng)從設計思路、實現方式、業(yè)務類型、計算模式和數據網絡系統(tǒng)完全不相干系，而NGN是基于包交換技術。具體來說，從業(yè)務的承載方式和控制信令，電路交換網絡和包交換網絡完全不一樣。如何把PSTN話音業(yè)務移植搬遷到NGN上來運行，是SoftSwitch技術研究的重點所在，也就是圖1中的①SigTran、③H.248 / MeGaCo和⑤Parlay/Jain。
　　目前，大部分NGN設備制造商都把重點放在SoftSwitch領域，因為該領域可以為運營商帶來顯而易見的效益。大量的NGN設備其實只是實現了SoftSwitch的NGN設備。

　　2．多媒體數據業(yè)務

　　由于NGN網絡系統(tǒng)的承載技術是基于包交換網絡，比如是ATM網絡或者是IP網絡，基礎數據業(yè)務本來就是基于包交換數據網絡，因此NGN承載數據業(yè)務、特別是基礎數據業(yè)務，是不存在任何問題。近年來通信網絡主干速度、接入帶寬都在日新月異，多媒體數據通信業(yè)務重新進入人們重視的視線內，NGN在支持多媒體數據通信業(yè)務方面也成為了一大熱門。SIP協(xié)議在該領域大放異彩。在圖1中體現為④SIP。
　　目前多媒體數據業(yè)務還處于研究開發(fā)階段，個別廠家有實驗室的產品。

　　3．互通技術

　　任何通信系統(tǒng)都需要進行互通，NGN系統(tǒng)也不例外，因此互通方面也是研究的重點，這里，BICC、和SIP_T/SIP展開了較量。在圖中體現為②BICC/SIP_T和⑥SIP_T/SIP。
　　在這里，將NGN的開放性接口列入互通部分。理想的NGN是能夠通過Application Server提供開放標準的API給第三方廠家進行開發(fā)，第三方廠家可以自由開發(fā)出豐富的業(yè)務。在圖中體現為⑤Parlay/Jain。
　　目前系統(tǒng)間互通技術和開放性接口技術也處于比較低的研究階段，沒有成型的產品。

　　4．研究組織

　　這里介紹除了ITU_T和IETF之外兩個對NGN技術有相當影響的論壇。國際軟交換論壇和SIP論壇。
　　國際軟交換論壇（ISC-International SoftSwitch Consortium-www.softswitch.org）就是專門研究探索和制訂有關軟交換技術的實現方式、多廠家互通的工業(yè)標準組織的，該論壇由許多通信設備制造商和電信運營商參加，比如朗訊（Lucent）、北電（Nortel）、思科（Cisco）、Level3、 Qwest等，我國有中興通信公司參與該論壇，該論壇在SIP協(xié)議、MGCP協(xié)議、應用服務器層面、H.323互通等等方面均設立了工作組，積極推動技術和標準的發(fā)展。具體的例子是媒體網關控制協(xié)議，從早期的廠家標準IPDC（Level3-IP Device Control Protocol）、SGCP(CISCO-Simple Gateway Control Protocol)到最后被IETF吸收為第一版標準MGCP（Media Gateway Control Protocol）以及最新標準MeGaCo（RFC 3015 -Media Gateway Control Protocol），該協(xié)議同樣為ITU_T采用，成為H.248媒體網關控制協(xié)議。
　　在NGN提供多媒體數據業(yè)務的研究方面，目前占據主導地位的是SIP協(xié)議。除了兩大標準化組織外，SIP論壇（www.sipforum.org）也在針對SIP的協(xié)議以及應用進行積極研究。其中該論壇對基于SIP協(xié)議的即時信息通信方式進行詳盡的描述，目前Microsoft已經在她的即時消息軟件messenger 4.0以上版本采用了SIP協(xié)議來發(fā)起語音呼叫。

二、廣東省NGN試驗

　　廣東省電信公司于1999年開始著手研究NGN技術，先后和一些知名的設備制造商開展了合作試驗，即和朗訊公司開展了7R/E試驗（7 Revolution/ Evolution），這里數字7的涵義是針對朗訊公司的5ESS本地傳統(tǒng)話音交換機而言，表明朗訊公司從5ESS到7R/E的革命性的跳躍，該試驗持續(xù)了2年左右，后來圓滿結束；和愛立信公司開展了Engine Bridgehead V2試驗，該試驗持續(xù)1年左右，也已經成功驗收， 7R/E和Engine Bridgehead V2試驗不但進行了單機測試，而且還在廣州市內的骨干數據網和傳統(tǒng)市話網上進行實際大網環(huán)境測試，具有很高的參考價值和使用意義；另外在實驗室對北方電信的Successions也進行了相應的測試。
　　這三個項目總體上來說主要都集中NGN研究的第一個方面--SoftSwitch技術。具體表現為如何將話音業(yè)務的呼叫和承載分開、如何處理呼叫控制信令、如何實現媒體網關控制協(xié)議、話音業(yè)務如何承載在ATM數據網上等。
　　它們的主要技術比較如表1所示。
　　這里集中介紹7R/E試驗方案中大網測試部分。
　　網絡結構圖如圖2所示。
　　圖中，TAG=Trunk Access Gateway，為7R/E的接入網關，用來將市話端局和匯接局接入7R/E系統(tǒng)。本次試驗中共使用了3個TAG，其中用TAG1、TAG2和TAG3分別將廣州三個試驗點的端局和匯接局接入ATM網，在中心試驗點放置7R/E的核心控制設備：CG（Call Gateway－用來完成呼叫建立的呼叫服務器）、NFS（Network Feature Server－用來開發(fā)、加載新業(yè)務功能的后臺服務器）、OLM（Operation and Maintain－運行維護管理）等。
　　在7R/E測試過程中，基于《綜合交換機技術規(guī)范》、《郵電部電話交換設備總技術規(guī)范書》、《關于程控交換機的補充規(guī)范》、《國內網NO.7信令方式－ISDN用戶部分（ISUP）基本業(yè)務測試規(guī)程》、《國內網NO.7信令方式－ISDN用戶部分（ISUP）補充業(yè)務測試規(guī)程》、《國內NO.7信令方式技術規(guī)范綜合業(yè)務數字網用戶方式（ISUP）》、《中國電話網NO.7信令方式的測試規(guī)范和驗收方法》、《寬帶綜合業(yè)務數字網（B-ISDN）2號數字用戶信令（DSS2）測試規(guī)范》、《寬帶綜合業(yè)務數字網（B-ISDN）2號數字用戶信令（DSS2）技術規(guī)范》對該系統(tǒng)進行設備功能、局間信令、ATM UNI、ISUP/IP/ATM、IPDC以及處理指標進行測試。測試結果如表2所示。
　　從整個測試過程看，7R/E試驗是一種VTOA(Voice Telephony Over ATM AAL1)的方案，試驗是成功的。7R/E能與現有程控交換機相配合，能滿足對程控交換機的基本呼叫處理和常規(guī)維護，但是在操作維護、話務管理、網絡控制、計費等方面和我國對程控交換機的基本要求有相當的距離。
　　7R/E系統(tǒng)屬于比較早期的NGN方案，在協(xié)議標準上，Lucent公司使用了Level 3 IPDC作為媒體網關控制協(xié)議，使用了ISUP/IP/ATM（Lucent稱為ISUP＋）來傳遞局間信令等，同時，在多系統(tǒng)之間互聯(lián)上和多媒體數據呼叫業(yè)務也沒有進行提出相應的解決方案，Lucent公司表示將在未來LSS（Lucent SoftSwitch）方案解決上述問題，即采用MGCP來取代IPDC、SigTran來傳遞局間信令、BICC來提供系統(tǒng)間互聯(lián)和采用SIP協(xié)議來完成多媒體數據呼叫業(yè)務等。

三、NGN技術趨勢

　　從表1中可以看出，在承載媒體技術一級，Voice/AAL1大行其道，即將向Voice /AAL2邁進。呼叫控制信令上三個廠家現有的協(xié)議（ISUP/IP/AAL5、ISUP/AAL1、IPS7）為私有專用協(xié)議，均向SigTran靠攏。媒體網關控制協(xié)議上三個廠家現有的協(xié)議（IPDC、VSP、Aspen）也為私有專用協(xié)議，他們表示將向H.248或MeGaCo邁進，ITU-T的H.248和IETF的MeGaCo內容完全一致。在多媒體數據業(yè)務和互通領域，則SIP協(xié)議一支獨秀。

　　1．Voice/AAL2

　　目前NGN技術中比較有爭議的是現有的VOICE承載技術究竟是Voice / ATM 還是Voice / IP，其實在現在爭論這個問題是沒有意義的，大量的電信級別的設備制造商都是提供Voice / ATM方案，Voice / IP的設備也有，但是使用范圍不同，對于大型的、電信級別的NGN，用戶數量大，需要有強有力的QoS控制，因此Voice / ATM方案占了上風，對于一些小型的運營商來說，Voice / IP設備簡單、維護方便，而且用戶數量不會太多，因此不會對沒有QoS控制的系統(tǒng)造成太大的影響，顯而易見Voice / IP是他們的首選。
　　對于Voice / ATM來說，目前大量的設備制造商基本上采用Voice / AAL1，這是由于AAL1是ATM 技術最早為CBR（Constant Bit Rate）業(yè)務度身定做的封裝技術，技術成熟，但是Voice / AAL1的技術存在一個致命的問題，那就是在Voice / AAL1中，一條SVC/PVC同時只能為一路話音服務，目前基于Voice / ATM的廠商推出的媒體網關基本上是ATM交換機加上若干支持媒體網關控制協(xié)議和帶內信令協(xié)議的軟件構成，對于ATM交換機來說，同時可以建立的SVC并發(fā)數量最高為80~100左右，而且媒體網關還要處理媒體網關控制協(xié)議和帶內控制信令協(xié)議，因此真正可以建立的SVC可能為50~60左右，基于Voice / ATM的技術使得媒體網關同時只能建立50~60個同步語音數據流，系統(tǒng)在容量上受到了固有的限制，另外媒體網關需要為每一路語音數據流通過Q.2931 DSS2寬帶信令來建立SVC，在結束時需要釋放掉，媒體網關的CPU需要持續(xù)性、頻繁的建立和釋放SVC，特別對于一些BHCA值較大的局，媒體網關的CPU可能需要非常頻繁的建立和釋放SVC，這樣將占用大量的CPU資源，CPU的利用率很容易就突破50%到達很高的危險數值，眾所周知，通信設備的CPU資源利用率門限基本上要小于55%。
　　因此Voice / AAL1技術對于大型的NGN系統(tǒng)來說是不適合的，系統(tǒng)容量無法做到很大，可能出現的情況是，NGN的中心主要控制設備能夠處理的BHCA值很大，而實際上空閑率很高。系統(tǒng)處理瓶頸在于媒體網關，大量的呼叫被媒體網關阻塞，因此ATM-FORUM和ITU_T就Voice / AAL1技術進行升級，推出了Voice / AAL2技術，在ATM-FORUM中定義為AF-VTOA-0113.000，在ITU-T中定義I.363.2。
　　Voice /AAL2技術主要在于對AAL封裝進行重新規(guī)劃，見圖3�！　∑渲蠧ID=Channel ID，長度為8bit/s，值0~7保留，可以分配的值為8~255，因此在一條支持Voice /AAL2的SVC/PVC鏈路上最多可以同時有255－8＋1＝248路話音復用在一起。
　　LEN＝length，長度為6bit/s，表示PAYLOAD的有效長度。
　　UUI＝User User indicator，長度為5bit/s，主要用于SSCS（service-　　　　　specific-convergence-sublayer）和層管理。
　　HEC＝head error control，長度為5bits，主要用于對CID+LEN+UUI的差錯控制。
　　PAYLOAD長度可變，由LEN決定，主要是視從上層傳來的經過G.711/G.723/G.726/G.729等算法處理過的語音數據包而變。
　　從AAL2的封裝可以看出，如果一臺能夠支持并發(fā)連接為50~60 SVC的媒體網關，可以承載的最大并發(fā)話路可以為12400~14880，這是一個相當大的數字，從而可以避免媒體網關成為SoftSwitch系統(tǒng)瓶頸。

　　2．SIP/H.323

　　在多媒體數據業(yè)務方面，盡管三大廠家在試驗時尚未有成型產品，但均表示了將采用SIP協(xié)議來構筑多媒體數據通信系統(tǒng)。
　　ITU_T開發(fā)出的基于H.323的多媒體數據業(yè)務仍然占據一定的市場份額，但H.323協(xié)議族太過于龐大，僅用于通信控制的主要協(xié)議就有H.225.ras、H.225.0、H.245等，而且ITU_T的H.323協(xié)議族采用ASN.1 BER（Abstract Syntax Notation.1 Basic Encoding Rules）和ASN.1 PER （Abstract Syntax Notation.1 Packet Encoding Rules）編碼，這是一種二進制的編碼方式，需要借助解碼儀表才能了解協(xié)議內容。系統(tǒng)實現技術非常復雜，實現成本過高，而且效率低下，使用過Microsoft 公司的Location Server和Netmeeting軟件的人能夠體會到這一點。
　　而SIP協(xié)議是一種基于UDP/IP技術的應用層協(xié)議。SIP是完全基于文本的明文協(xié)議，一切的控制包無須專門的、昂貴的解碼儀表即能人工肉眼看懂。SIP協(xié)議非常簡單，僅有6條命令（INVITE、ACK、BYE、CANCEL、OPTION、REGISTER），返回代碼和HTTP協(xié)議基本一樣。實現起來非常方便，效率高，維護成本也相對較低，因此SIP協(xié)議受到各大設備制作商的大力支持，目前SIP本身的主體協(xié)議（RFC2543）已經完成，可以完成大部分的多媒體呼叫控制功能，SIP的補充協(xié)議草案在制訂和討論中。

　　3．SIP/SIP_T/BICC

　　在系統(tǒng)間互通方面，最新的發(fā)展趨勢也是SIP協(xié)議，BICC在軟交換開始研究時由ITU_T提出，ITU-T一直延續(xù)傳統(tǒng)的做法，BICC以傳統(tǒng)的ISUP/CSS7為基石，BICC CS1采用了ATM作為承載技術，BICC CS2采用了IP作為承載技術。但是ITU_T針對BICC協(xié)議從底層的媒體承載、高層的通信控制乃至垂直的控制協(xié)議進行了詳盡的描述，而且采用了ASN.1 BER /PER的方式。
　　 BICC覆蓋范圍太多、協(xié)議內容過于龐雜，實現相當困難。到發(fā)稿為止，目前還沒有一個廠家宣稱已經開發(fā)出支持BICC CS1/CS2的NGN產品。
　　相反，SIP協(xié)議由于簡單，在RFC2543協(xié)議文本上僅對SIP作了應用層的描述，規(guī)定了SIP協(xié)議可以承載在UDP/IP上，對具體的底層實現技術完全不必理睬。因此深受業(yè)界的歡迎，目前已經出現了SIP_T來取代BICC協(xié)議，SIP_T是SIP的一種應用，在SIP的凈荷部分封裝了ISUP信息單元或者翻譯了ISUP信息單元，同時采用了SIP協(xié)議的呼叫控制流程來簡化了ISUP控制信令。目前部分廠商開發(fā)出了封裝ISUP信息單元的SIP_T協(xié)議，發(fā)展的趨勢是在和傳統(tǒng)PSTN網絡接口的邊界上采用裝備了帶有翻譯ISUP信息單元功能的SIP_T協(xié)議設備，其余部分將采用SIP協(xié)議進行互通。

　　NGN是一種融合多種業(yè)務的新型目標網絡，勢必涉及相當多的傳統(tǒng)技術和新型協(xié)議，各種新技術和新協(xié)議將不斷出現并得到完善，因此研究和建設NGN是一個探索性、階段性、艱巨的過程。

通信世界　2002/04/15