下一代網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)以及需要關(guān)注的若干問(wèn)題
石友康
2005/06/06
摘要 本文首先討論了下一代網(wǎng)絡(luò)(NGN)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)以及需要關(guān)注的幾個(gè)問(wèn)題，包括IMS支持固定業(yè)務(wù)接入需要進(jìn)行的研究工作、用戶游牧控制問(wèn)題、QoS問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題等，然后介紹了中國(guó)關(guān)于NGN方面標(biāo)準(zhǔn)化工作情況。
關(guān)鍵詞 下一代網(wǎng)絡(luò) 軟交換 服務(wù)質(zhì)量 網(wǎng)絡(luò)安全
1、NGN技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
NGN是目前通信業(yè)界關(guān)注和探討的一個(gè)熱點(diǎn)話題，人們希望通過(guò)NGN來(lái)解決目前網(wǎng)絡(luò)中的許多問(wèn)題，如網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題、QoS問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)融合、前后向兼容平滑演進(jìn)以及可贏利商業(yè)模式等。但客觀說(shuō)來(lái)，NGN目前依然存在不少問(wèn)題和困惑，包括缺乏統(tǒng)一有效的定義，基本結(jié)構(gòu)、階段目標(biāo)與長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)、具體實(shí)施策略等尚不明確，國(guó)際上一些電信標(biāo)準(zhǔn)化組織和論壇的觀點(diǎn)也不盡相同。
1.1 ETSI有關(guān)基于IMS的NGN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建議
IP多媒體子系統(tǒng)(IMS)可看作為多種多樣的移動(dòng)多媒體業(yè)務(wù)提供的一個(gè)平臺(tái)。IMS的基本協(xié)議基于IETF已有標(biāo)準(zhǔn)，增加了支持移動(dòng)性的擴(kuò)展，包括SIP、Diameter、COPS等。
IMS的主要技術(shù)特點(diǎn)包括：會(huì)話控制基于SIP；采用IPv6地址(目前IPv4地址也在研究中)；用戶業(yè)務(wù)接入全部由歸屬網(wǎng)絡(luò)控制；獨(dú)立于接入(IMS與下層IP接入網(wǎng)絡(luò)相獨(dú)立，WLAN也可以接入)；綁定機(jī)制(通過(guò)G0接口建立SIP會(huì)話和GPRS會(huì)話之間的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)QoS和計(jì)費(fèi)管理)。
基于IMS的網(wǎng)絡(luò)框架易于引入面向SIP應(yīng)用的多媒體業(yè)務(wù)，在安全管理、QoS控制、計(jì)費(fèi)等方面具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。雖然目前NGN的業(yè)務(wù)種類還在討論中，但已明確將包括基于SIP的業(yè)務(wù)(如會(huì)話服務(wù)、呈現(xiàn)和即時(shí)消息)、非SIP的業(yè)務(wù)(如視頻流媒體和廣播業(yè)務(wù)等)、PSTN/ISDN的替代業(yè)務(wù)(即PSTN/ISDN仿真)等�；贗MS的NGN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括資源和接納控制子系統(tǒng)(RACS)、網(wǎng)絡(luò)附著子系統(tǒng)(NASS)、IMS、PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)和其他多媒體子系統(tǒng)和應(yīng)用，如圖1所示。
圖1 基于IMS的NGN網(wǎng)絡(luò)框架
PSTN/ISDN仿真子系統(tǒng)：PSTN/ISDN仿真是為連接到IP網(wǎng)(經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān))的傳統(tǒng)電話終端仿真PSTN/ISDN，使所有PSTN/ISDN業(yè)務(wù)保持可用和一致，這樣終端用戶不會(huì)意識(shí)到?jīng)]有連接到基于TDM的PSTN/ISDN。
IP多媒體子系統(tǒng)：由提供IP多媒體業(yè)務(wù)(例如語(yǔ)音、視頻、文本、聊天等)的所有構(gòu)架在分組傳送網(wǎng)上的核心網(wǎng)單元構(gòu)成。
流媒體子系統(tǒng)：隨著寬帶接入技術(shù)的成熟，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)钠款i正在被打破，實(shí)時(shí)的高質(zhì)量流媒體傳輸已成為可能，這為流媒體的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。同時(shí)，音頻和視頻編解碼技術(shù)的進(jìn)步和網(wǎng)絡(luò)流媒體協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化也為流媒體的廣泛應(yīng)用起到重要的促進(jìn)作用，使得基于流媒體傳輸?shù)膽?yīng)用得到了越來(lái)越多的重視。隨著視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教學(xué)、交互游戲、Internet TV等業(yè)務(wù)的廣泛開展，流媒體已經(jīng)在一定程度上改變了人們使用網(wǎng)絡(luò)的方式。
網(wǎng)絡(luò)附著子系統(tǒng)：它應(yīng)該提供下列功能，IP地址分配(例如使用DHCP)；發(fā)生在IP層的鑒權(quán)，可能是在地址分配程序期間或之前；根據(jù)用戶業(yè)務(wù)清單(profile)的網(wǎng)絡(luò)接入授權(quán)；根據(jù)用戶業(yè)務(wù)清單的接入網(wǎng)配置；發(fā)生在IP層的位置管理。
資源和接納控制子系統(tǒng)：它應(yīng)該提供接納控制和關(guān)口控制功能(包含NAPT控制)。接納控制涉及到根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的具體策略/規(guī)則和資源，檢查接入網(wǎng)附著子系統(tǒng)保存的簽約數(shù)據(jù)的授權(quán)。檢查資源可用性意味著接入控制功能應(yīng)校對(duì)被請(qǐng)求的帶寬是否與預(yù)定的帶寬和用戶使用的帶寬一致。
目前，ETSI TISPAN在NGN標(biāo)準(zhǔn)方面的研究比較領(lǐng)先，多媒體子系統(tǒng)已經(jīng)確定應(yīng)用IMS架構(gòu)，TISPAN NGN R1版本標(biāo)準(zhǔn)研究基本按計(jì)劃進(jìn)行，功能架構(gòu)基本穩(wěn)定，相關(guān)的業(yè)務(wù)流程和信令方面的工作基本同步進(jìn)行。
1.2 ITU有關(guān)NGN研究的進(jìn)度
ITU-T SG13負(fù)責(zé)對(duì)NGN的總體研究，雖然它在NGN的標(biāo)準(zhǔn)化方面進(jìn)行了大量的工作，并在2004年2月推出了11個(gè)NGN標(biāo)準(zhǔn)草案，但目前仍只是處在框架的范疇，無(wú)法滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。同時(shí)ITU在引導(dǎo)電信發(fā)展方向上也愈來(lái)愈力不從心，3GPP、3GPP2等在3G的標(biāo)準(zhǔn)化上已占據(jù)了主導(dǎo)地位。NGN作為當(dāng)前的熱點(diǎn)，目前方向尚不明朗，而ETSI在IMS基礎(chǔ)上所進(jìn)行的NGN的標(biāo)準(zhǔn)化工作將有可能成為NGN的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，這也將對(duì)ITU-T構(gòu)成一定威脅。為此，需要加速NGN標(biāo)準(zhǔn)制定工作，ITU-T于2004年5月成立了FGNGN(NGN焦點(diǎn)工作組)，F(xiàn)GNGN主要是在繼承第13工作組的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)面向NGN領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)展開工作。
FGNGN的工作是從三個(gè)方面展開的：一是在3GPP、3GPP2的IMS基礎(chǔ)上，制定ITU的IMS的第一個(gè)版本，這是一種基于SIP的業(yè)務(wù)系統(tǒng)或業(yè)務(wù)平臺(tái)；二是研究未來(lái)基于分組技術(shù)的數(shù)據(jù)網(wǎng)；三是繼續(xù)ITU-T NGN JRG的工作，包括：QoS問(wèn)題、NGN的體系結(jié)構(gòu)、安全問(wèn)題、移動(dòng)游牧問(wèn)題、網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)等。FGNGN計(jì)劃分為三個(gè)階段頒布NGN的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，目前已經(jīng)在NGN業(yè)務(wù)總體要求、功能體系架構(gòu)、IP QoS、控制和信令要求、網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)和安全等方面提出了較為具體的要求，處于需求分析和定義階段。
1.3 基于IMS的固定NGN已經(jīng)成為未來(lái)發(fā)展方向
在標(biāo)準(zhǔn)方面，基于SIP的3GPP IMS是目前比較完善的體系結(jié)構(gòu)，ETSI、ITU-T等已經(jīng)有在固定領(lǐng)域應(yīng)用IMS架構(gòu)的明確傾向，以后的固定NGN的多媒體域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將可能基于3GPP IMS發(fā)展。同時(shí)，ITU-T、ETSI所定義的NGN業(yè)務(wù)需求包括了通信、信息、娛樂(lè)等業(yè)務(wù)，移動(dòng)性已經(jīng)成為固定NGN的一個(gè)重要需求，NGN將在IMS架構(gòu)基礎(chǔ)上擴(kuò)展支持固定接入和其他融合業(yè)務(wù)。
在運(yùn)營(yíng)商方面，部分先進(jìn)運(yùn)營(yíng)商，如英國(guó)電信、法國(guó)電信等已經(jīng)明確提出在固定IP多媒體域，甚至PSTN電路域應(yīng)用IMS架構(gòu)的思路。很多運(yùn)營(yíng)商希望基于IMS的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)成為NGN的統(tǒng)一業(yè)務(wù)控制平臺(tái)，支持多種接入技術(shù)和多種業(yè)務(wù)。
在設(shè)備廠商方面，不少電信大廠商已經(jīng)加大IMS在固網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用的研究，積極參與基于IMS的NGN標(biāo)準(zhǔn)制定。
因此基于3GPP IMS架構(gòu)擴(kuò)展支持固定網(wǎng)絡(luò)接入需求和未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的各種業(yè)務(wù)需求，以便實(shí)現(xiàn)未來(lái)固定、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在核心業(yè)務(wù)控制層的共享和融合，并提供對(duì)高層多種業(yè)務(wù)的支持已經(jīng)成為固定NGN的發(fā)展方向。
2、需要關(guān)注的問(wèn)題
2.1 IMS支持固定業(yè)務(wù)接入需要進(jìn)行的研究工作
基于IMS的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建立NGN體系，在技術(shù)層面目前只是定義了網(wǎng)絡(luò)框架，對(duì)于功能實(shí)體定義和工作流程等方面的工作尚沒有開始。在具體技術(shù)實(shí)現(xiàn)和協(xié)議層面，由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與固定網(wǎng)絡(luò)之間的差異，需要在原有IMS規(guī)范的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究以下內(nèi)容：
- IMS要求強(qiáng)制使用IPv6，而其他固定接入網(wǎng)絡(luò)不強(qiáng)制要求支持IPv6，這意味著必須考慮IPv4，也就要求必須支持NAPT功能。
- 固定網(wǎng)絡(luò)不強(qiáng)制要求最終用戶設(shè)備支持UICC(universal integrated circuit card)，這意味著必須考慮替代的鑒權(quán)過(guò)程，即固定網(wǎng)絡(luò)終端可以通過(guò)其他方式進(jìn)行鑒權(quán)。
- 在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，由于接口資源有限，在一些協(xié)議功能方面需要特別的處理，例如采用SIP壓縮功能等。而對(duì)于固定網(wǎng)絡(luò)，將不著重考慮帶寬的限制，這將會(huì)導(dǎo)致把當(dāng)前的一些必選功能作為可選項(xiàng)。
- 在信令接口和計(jì)費(fèi)接口上，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與固定網(wǎng)絡(luò)由于位置管理存在差異，所有涉及位置信息的協(xié)議都會(huì)受到影響。
- 在接入網(wǎng)中，固定網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留過(guò)程的差異需要更改IMS資源授權(quán)和預(yù)留過(guò)程。
2.2 用戶游牧控制問(wèn)題
目前的IMS網(wǎng)絡(luò)只解決了業(yè)務(wù)層的游牧控制，接入層的游牧控制并未解決，特別是在固定網(wǎng)絡(luò)接入中，由于接入是不可控的，固定接入用戶游牧后，通過(guò)接入傳送層網(wǎng)絡(luò)在歸屬地網(wǎng)絡(luò)接入業(yè)務(wù)控制系統(tǒng)，IMS網(wǎng)絡(luò)中仍無(wú)法識(shí)別用戶的漫游，盡管能為用戶提供歸屬地的業(yè)務(wù)，但計(jì)費(fèi)問(wèn)題仍然沒有解決，因此需要通過(guò)接入層的游牧控制配合來(lái)提供完整的用戶游牧控制解決方案。
2.3 QoS問(wèn)題
NGN業(yè)務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求很高，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)的QoS提出了很高的要求，能否保證QoS是NGN能否能成為未來(lái)統(tǒng)一平臺(tái)的關(guān)鍵，而這很大程度上取決于NGN所基于的分組承載網(wǎng)絡(luò)。目前基于分組承載網(wǎng)的各種QoS解決方案主要關(guān)注于承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的QoS處理能力，更多的是基于分組承載網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的實(shí)現(xiàn)技術(shù)(如CAR、整形、隊(duì)列調(diào)度、優(yōu)先級(jí)標(biāo)記及DiffServ等)，這些具體的技術(shù)是所有QoS實(shí)施的基礎(chǔ)，但不是NGN QoS關(guān)注的重點(diǎn)。NGN需要從網(wǎng)管/資源方面實(shí)施相應(yīng)的QoS控制策略，需要有一個(gè)全網(wǎng)的QoS解決方案。因此NGN是否需要帶外QoS信令，即是否需要構(gòu)建一個(gè)具有高可靠性、高效性和可伸縮性特點(diǎn)的帶外信令基礎(chǔ)設(shè)施將有待進(jìn)一步的探討。另外，NGN的QoS問(wèn)題主要是接入網(wǎng)/城域網(wǎng)QoS問(wèn)題，在NGN的QoS指標(biāo)分配中，應(yīng)該給接入網(wǎng)/城域網(wǎng)分配多大比例也是應(yīng)該考慮的。
2.4 NGN安全問(wèn)題
NGN沒有UNI和NNI的區(qū)別，在承載層面是相互可見的。運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、協(xié)議甚至拓?fù)鋵?duì)用戶來(lái)說(shuō)都是可見的，用戶側(cè)產(chǎn)生的IP信息既有可能在用戶側(cè)終結(jié)，也可能在網(wǎng)絡(luò)中終結(jié)，這就使得用戶側(cè)有機(jī)會(huì)與運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)交換非法路由信息，也可攻擊運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的路由器和控制設(shè)備等。另外，位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的用戶側(cè)網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)和應(yīng)用一般都使用TCP/UDP/IP技術(shù)，用戶之間在承載層和應(yīng)用層都相互可見。這種要在通信過(guò)程中才確定信任關(guān)系的不面向連接的工作方式為用戶之間的相互攻擊提供了方便。因此非常有必要闡明和開發(fā)NGN安全體系架構(gòu)，提供網(wǎng)絡(luò)和用戶資源保護(hù)，允許高度分布性的端到端智能和多網(wǎng)絡(luò)技術(shù)共存，提供端到端的安全機(jī)制及應(yīng)用于多個(gè)管理域的端到端安全解決方案，確保終端以安全方式接入到NGN。
2.5 軟交換是NGN發(fā)展不可逾越的一個(gè)階段
NGN是一種目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)和理想化的網(wǎng)絡(luò)，其發(fā)展是現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)按NGN概念與框架要求逐步演進(jìn)完善的長(zhǎng)期過(guò)程，決不可能輕而易舉地一步到位。以軟交換技術(shù)為核心試驗(yàn)探索及啟動(dòng)實(shí)施PSTN向初級(jí)NGN的融合演進(jìn)，使NGN期望的低建設(shè)成本、低運(yùn)營(yíng)開銷、有效的平滑演進(jìn)等優(yōu)點(diǎn)能具體有所體現(xiàn)。
隨著軟交換體系架構(gòu)的完善、軟交換相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議的成熟以及產(chǎn)品的商用化，越來(lái)越多的運(yùn)營(yíng)商為了應(yīng)對(duì)外界和自身的種種挑戰(zhàn)，開始有規(guī)模地部署軟交換商用網(wǎng)絡(luò)。因此軟交換是NGN發(fā)展不可逾越的一個(gè)階段。這一階段主要集中于NGN基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的建設(shè)和現(xiàn)有PSTN向NGN的持續(xù)演進(jìn)，以及采用軟交換技術(shù)進(jìn)行交換機(jī)的網(wǎng)改和替換。在這一階段，分組網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)具有“低成本、高帶寬、多業(yè)務(wù)綜合承載”的特性，人們對(duì)低成本的長(zhǎng)途通信和高帶寬的多業(yè)務(wù)承載有很高的需求，加上多運(yùn)營(yíng)商的激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)都大大地促進(jìn)了NGN的發(fā)展。
2.6 軟交換未來(lái)的演進(jìn)方向
在TISPAN定義的NGN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，業(yè)務(wù)子系統(tǒng)包括PSTN/ISDN仿真部分，但PSTN仿真子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)尚未統(tǒng)一，目前采取并行研究基于IMS和呼叫服務(wù)器兩種架構(gòu)的方式。
基于IMS架構(gòu)的方式中，PSTN仿真和IMS可以共享一個(gè)通用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，但是要把PSTN仿真完全分離到AS(接入服務(wù)器)中，AGCF和PSTN AS間接口需要重新定義(標(biāo)準(zhǔn)的ISUP和SIP都無(wú)法支持)；PSTN業(yè)務(wù)難以完全繼承，如熱線業(yè)務(wù)，需要把用戶摘機(jī)事件上報(bào)PSTN AS，而在這種架構(gòu)下很難實(shí)現(xiàn)。如果重新設(shè)計(jì)，完全繼承PSTN業(yè)務(wù)，需要大量的標(biāo)準(zhǔn)化及產(chǎn)品化工作，需要很長(zhǎng)時(shí)間，而且僅支持傳統(tǒng)PSTN業(yè)務(wù)，代價(jià)太大。在完全基于IMS架構(gòu)中，軟交換蛻變?yōu)锳GCF，不處理業(yè)務(wù)，僅實(shí)現(xiàn)H.248到SIP/SIP-I的協(xié)議轉(zhuǎn)換。
基于呼叫服務(wù)器的PSTN仿真子系統(tǒng)架構(gòu)可以完全繼承PSTN業(yè)務(wù)，但是PSTN仿真和IMS為兩個(gè)完全獨(dú)立的域，PSTN仿真難以演進(jìn)融合到IMS，無(wú)法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制層的統(tǒng)一和融合，同時(shí)難以支持語(yǔ)音、多媒體融合業(yè)務(wù)。
3、國(guó)內(nèi)NGN標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展情況
為了配合NGN在我國(guó)的逐步建設(shè)，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)各技術(shù)工作委員會(huì)密切跟蹤國(guó)際上NGN標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展進(jìn)程，研究制定我國(guó)NGN的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，積累了大量資料和經(jīng)驗(yàn)，并取得了一定成績(jī)，為我國(guó)NGN/軟交換網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)、設(shè)備的開發(fā)、研制和引進(jìn)做好充分準(zhǔn)備。在NGN總體標(biāo)準(zhǔn)方面，正在對(duì)NGN網(wǎng)絡(luò)框架規(guī)范、NGN業(yè)務(wù)平臺(tái)/體系、NGN網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)、NGN端到端的QoS、NGN網(wǎng)絡(luò)安全、NGN廣泛移動(dòng)性技術(shù)等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)研；在軟交換相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)方面，已開始研究軟交換網(wǎng)絡(luò)框架體系，基本完成了軟交換、移動(dòng)交換服務(wù)器、ATM中繼媒體網(wǎng)關(guān)、IP中繼媒體網(wǎng)關(guān)、綜合接入媒體網(wǎng)關(guān)、媒體網(wǎng)關(guān)控制器、信令網(wǎng)關(guān)、基于軟交換的應(yīng)用服務(wù)器、基于軟交換的媒體服務(wù)器、綜合接入設(shè)備(IAD)、SIP服務(wù)器、軟交換業(yè)務(wù)接入控制設(shè)備等組網(wǎng)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)制定，基本完成H.248、BICC、SCTP、M3UA、M2UA、MGCP、Parlay、M2PA、IUA、V5UA、Diameter、IP網(wǎng)絡(luò)上傳送電話選路協(xié)議(TRIP)、SIP等組網(wǎng)協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)制定，基本完成軟交換的業(yè)務(wù)體系、SIP/MGCP/H.323/H.248/SNMP協(xié)議穿越NAT等標(biāo)準(zhǔn)的制定；在網(wǎng)絡(luò)管理方面，基本完成基于軟交換的綜合網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)(NMS)和綜合接入設(shè)備管理系統(tǒng)(IADMS)等標(biāo)準(zhǔn)的制定。目前正在重點(diǎn)開展對(duì)NGN架構(gòu)、PSTN/ISDN向基于軟交換的NGN演進(jìn)策略、固定網(wǎng)絡(luò)/移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)融合技術(shù)、IMS在固定網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用、NGN業(yè)務(wù)層總體技術(shù)要求、NGN資源管理、NGN網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)融合對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的影響等課題的研究。
中國(guó)通信網(wǎng)(www.c114.net)
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