NGN的关键技术和相关协议.docx

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NGN的关键技术和相关协议

第一章NGN概论

第一节NGN的产生背景及发展

    NGN（NextGenerationNetwork）即为下一代网络，它是一种全新的电信网络体系架构,它融合了IP技术和多媒体通信技术，提出了分组、分层、开放的概念，从面向管理的传统电信网络转变成面向客户、面向业务的新一代网络。

NGN作为一个发展中的新技术，还需要相当长的时间来完善。

目前NGN从信令系统到体系结构都还需要进一步研究，相应的产品仍在探索之中，特别是在网络安全、承载网的QoS、网络互联互通、业务开发、网络管理方面还有很多问题需要研究解决。

国内外NGN网络发展及现状为：

NGN的概念于1997年提出，并以极快的速度，迅速在世界范围内不断推广、应用,概括一下，NGN在全球的发展可以分为以下四个阶段：

从1996年到1998年为尝试阶段：

首先国际电联提出了H.323VoIP协议,应用H.323体系构建分组长途电话网络，获得了可观的收益，为今后NGN相关协议和应用的发展打下了一定的技术基础，且从另一方面说明了语音的IP化承载的必然性，在这个阶段，国内部分运营商也建设了长途IP电话网络。

从1999年到2004年为软交换试验阶段：

自从提出软交换概念以来，得到众多制造商和运营商的认可，并加以投资，使得软交换产品逐步趋于成熟，功能日益丰富，标准化过程也正平稳推进，软交换技术开始逐步走向市场。

 预计从2005年到2009年为规模部署阶段：

在这几年的发展中，随着软交换体系的完善以及相关企业的成熟、商品实现商用化，越来越多的运营商为了应对外界的挑战，开始大规模部署NGN的商用网络，主要集中于NGN基础结构的建设和现有PSTN网络怎么向NGN过渡以及采用NGN技术进行交换机的网改和替换工作。

    稳定发展阶段（2010年以后）：

在这一发展过程中,NGN的重点转移到开发更先进的业务上，运营商可以寻找更多的业务收入增长点进行业务开发，在这个过程中也可以逐步实现固网和移动网的融合。

在2010年以后随着网络自身业务的完善，包括承载网QoS的完善，网络业务逐步转向以提供多媒体业务为特征的业务。

在电子商务的发展过程中，NGN可以为电子商务提供更多的保障，给运营商带来更多的利润。

     第二节NGN的概念

NGN是“下一代网络（NextGenerationNetwork）”或“新一代网络（NewGenerationNetwork）”的缩写。

NGN是以软交换为核心，能够提供话音、视频、数据等多媒体综合业务，采用开放、标准体系结构，能够提供丰富业务的下一代网络。

它是电信史一块里程碑，标志着新一代电信网络时代的到来。

从发展的角度来看，NGN是从传统的以电路交换为主的PSTN网络中逐渐迈向以分组交换为主，它承载了原有PSTN。

NGN的概念已经提出多年，业界存在诸多不同的解释。

在今年年初国际电联NGN会议上，经过激烈的辩论，NGN的定义终于有了定论：

NGN是基于分组的网络，能够提供电信业务；利用多种宽带能力和QoS保证的传送技术；其业务相关功能与其传送技术相独立。

NGN使用户可以自由接入到不同的业务提供商；NGN支持通用移动性。

网络的所有业务，把大量的数据传输卸载到IP网络中以减轻PSTN网络的重荷，又以IP技术的新特性增加和增强了许多新老业务。

从这个意义上讲，NGN是基于TDM的PSTN语音网络和基于IP/ATM的分组网络融合的产物，它使得在新一代网络上语音、视频、数据等综合业务成为了可能。

目前，对NGN的研究成为热点，在研讨下一代网络体系及技术时，应从业务需求分析和网络装备的情况，研究新一代网络体系架构。

　　NGN是NextGenerationNetwork的缩写，字面意思是下一代网络。

当前所谓的下一代网络是一个很松散的概念，不同的领域对下一代网络有不同的看法。

一般来说，所谓下一代网络应当是基于“这一代”网络而言，在“这一代”网络基础上有突破性或者革命性进步才能称为下一代网络。

　　在计算机网络中，“这一代”网络是以IPv4为基础的互联网，下一代网络是以高带宽以及IPv6为基础的NGI（下一代互联网）。

在传输网络中，“这一代”网络是以TDM为基础，以SDH以及WDM为代表的传输网络，下一代网络是以ASON（自动交换光网络）以及GFP（通用帧协议）为基础的网络。

在移动通信网络中，“这一代”网络是以GSM为代表的网络，下一代网络是以3G（主要是WCDMA和CDMA2000）为代表的网络。

在电话网中，“这一代”网络是以TDM时隙交换为基础的程控交换机组成的电话网络，下一代网络是指以分组交换和软交换为基础的电话网络。

　　从业务开展角度来看，“这一代”网络主要开展基于话音、文字或图像的单一媒体业务，下一代网络应当开展基于视频、音频和文字图像的混合多媒体业务。

从电信网络层以下所采用的核心技术来看，“这一代”网络是以TDM电路交换为基础的网络，下一代网络在网络层以下将以分组交换为基础构建。

总体来说，我们认为广义上的下一代网络是指以软交换为代表，IMS为核心框架，能够为公众灵活提供大规模视讯话音数据等多种通信业务，以分组交换为业务统一承载平台，传输层适应数据业务特征及带宽需求，与通信运营商相关，可运营、维护、管理的通信网络。

第三节NGN的研究范围及特点

NGN具有广泛的内涵，其研究范围相当广泛，主要研究的内容有：

新业务及应用；网络传送的基础设施；网络体系架构；IP网络技术；网络融合技术；互通和互操作；新型的控制、管理和运维机制；各网络单元；新的网络协议；网络安全体系和技术；测试技术等。

ITU的专家们认为全球信息基础设施（GII）已经涵盖了现有网络和未来网络的全部内涵，随着业务和技术的发展，应不断加以扩充。

ITU领导的GII标准化工作包括PSTN/ISDN、ATM、IP和基于多协议的网络，这些领域的成果对NGN起着重要的作用。

NGN可以提供包括话音、数据和多媒体等各种业务综合开放的网络构架。

NGN采用开放的网络构架体系，其特点有：

将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相应的功能划分各自独立发展；部件间的协议接口基于相应的标准。

部件化使得原有的电信网络逐步走向开放，运营商可以根据业务需要自由组合各部分的功能产品来组建网络。

部件间协议接口的标准化可以实现各种异构网的互通。

　　NGN是业务驱动的网络，其功能特点为：

业务与呼叫控制分离；呼叫与承载分离。

分离的目标是使业务真正独立于网络，灵活有效的实现业务的提供。

业务供应商和用户可以配置和定义相应的业务特征，使得业务和应用的提供有较大的灵活性。

第四节NGN网络建设中需要关注的问题

（1）网络结构与协议

目前，很多标准化组织把下一代网络工作的侧重点放在了网络接入技术上。

如何完成接入网间和交换网间的互联互通不仅关系到网络运营商的成败，也直接影响到设备供应商的发展战略。

然而，我们现在对于下一代网络的总体结构以及各种下一代网络间的互联互通协议却缺乏研究。

例如，如何解决同时拥有3G和xDSL终端的用户享受下一代网络移动性的需求（在下一代移动网和下一代固定网中，用户可以通过内部协议定义自身信息给不同的终端）？

下一代网络的总体规划对网络运营商也非常重要，开放的结构体系和标准接口到底是什么？

这些都需要更细致的标准化工作。

（2）服务质量（QoS）

现有的IP网络还不能保证某些业务的服务质量。

前面提到下一代网络结构的一个重要演进策略就是融合现有的电路交换网络和VoIP网络。

IP网络采用先进的数字信号处理技术和统计时分复用技术进行语音编码及压缩，在降低了带宽成本的同时也带来端到端的服务质量问题。

如何在不同的网络间定义统一的服务质量标准直接关系到用户的满意程度。

对于下一代网络来说，服务质量（QoS）的定义不能局限于语音业务，还应包含数据和视频等多种媒体流。

（3）业务平台

下一代网络相对传统网络有两个“新”观点：

业务控制和低层配置分离以及业务控制功能从电话领域扩展到多媒体领域。

业务提供商可以独立于网络运营商而存在。

这就要求位于第三方的业务提供商使用能够提供开放接口的网络业务平台。

下一代网络的终端用户不仅能向现在的GSM用户那样选择不同的GSM网络提供商，在网间进行漫游，他们还能够接入不同业务层，选择不同的业务提供商，实现业务层漫游。

（4）网络管理

各种各样的网络（固定网、移动网、IP网、传输网和接入网等）融合形式已经使网络管理变得很复杂，而在各个网络层面上现有的和新增的各种业务更是增加了网络管理的复杂性。

因此，ITU-TSG4基于原有网络管理模型研发统一的网络管理平台来满足各种不同系统和用户要求。

其主要工作是加强核心网的网管结构研究和基础网络管理服务的定义，为下一代网络的网管要求（故障、性能、用户管理、计费、流量和路由管理）规范参考模型和接口。

（5）网络安全

下一代网络的网络安全的主要任务是：

发展一个复合的网络安全结构；开发下一代网络专项安全协议和应用编程接口（API）。

下一代网络安全的难点在于下一代网络已不是一个具有清楚接口的网络，网络安全的工作必须基于开放的API和具体应用来开展。

第二章NGN的关键技术和相关协议

第一节NGN的关键技术

1.1NGN九大关键技术

NGN需要更高的速率、更大的容量，但到目前为止我们能够看到的，并能实现的最理想传送媒介仍然是光。

因为只有利用光谱才能带给我们充裕的带宽。

光纤高速传输技术现正沿着扩大单一波长传输容量、超长距离传输和密集波分复用（DWDM）系统三个方向在发展。

（1）IPv6

（2）光纤高速传输　（3）光交换与智能光网

（4）宽带接入　（5）城域网（6）软交换

（7）3G和后3G移动通信系统

　（8）IP终端（9）网络安全

1.2NGN九大关键技术解析

IPv6：

作为网络协议，NGN将基于IPv6。

IPv6相对于IPv4的主要优势是：

扩大了地址空间、提高了网络的整体吞吐量、服务质量得到很大改善、安全性有了更好的保证、支持即插即用和移动性、更好地实现了多播功能

光纤高速传输技术：

NGN需要更高的速率、更大的容量，但到目前为止我们能够看到的，并能实现的最理想传送媒介仍然是光。

因为只有利用光谱才能带给我们充裕的带宽。

光纤高速传输技术现正沿着扩大单一波长传输容量、超长距离传输和密集波分复用（DWDM）系统三个方向在发展。

单一光纤的传输容量自1980至2000年这20年里增加了大约1万倍。

目前已做到40Gb/s，预计几年后将再增加16倍，达到6.4Tb/s。

超长距离实现了1.28T（128x10G）无再生传送8000Km。

波分复用实验室最高水平已做到273个波长、每波长40Gb（日本NEC）。

光交换与智能光网：

光有高速传输是不够的，NGN需要更加灵活、更加有效的光传送网。

组网技术现正从具有分插复用和交叉连接功能的光联网向利用光交换机构成的智能光网发展，从环形网向网状网发展，从光-电-光交换向全光交换发展。

智能光网能在容量灵活性、成本有效性、网络可扩展性、业务灵活性、用户自助性、覆盖性和可靠性等方面比点到点传输系统和光联网带来更多的好处。

宽带接入：

NGN必须要有宽带接入技术的支持，因为只有接入网的带宽瓶颈被打开，各种宽带服务与应用才能开展起来，网络容量的潜力才能真正发挥。

这方面的技术五花八门，主要有以下四种技术，一是基于高速数字用户线（VDSL）；二是基于以太网无源光网（EPON）的光纤到家（FTTH）；三是自由空间光系统（FSO）；四是无线局域网（WLAN）。

城域网：

城域网也是NGN中不可忽视的一部分。

城域网的解决方案十分活跃，有基于SONET/SDH/SDH的、基于ATM的、也有基于以太网或WDM的，以及MPLS和RPR（弹性分组环技术）等。

弹性分组环：

弹性分组环是面向数据（特别是以太网）的一种光环新技术，它利用了大部分数据业务的实时性不如话音那样强的事实，使用双环工作的方式。

RPR与媒介无关，可扩展，采用分布式的管理、拥塞控制与保护机制，具备分服务等级的能力。

能比SONET/SDH更有效地分配带宽和处理数据，从而降低运营商及其企业客户的成本。

使运营商在城域网内通过以太网运行电信级的业务成为可能。

城域光网：

城域光网是代表发展方向的城域网技术，其目的是把光网在成本与网络效率方面的好处带给最终用户。

城域光网是一个扩展性非常好并能适应未来的透明、灵活、可靠的多业务平台，能提供动态的、基于标准的多协议支持，同时具备高效的配置能力、生存能力和综合网络管理的能力。

软交换：

为了把控制功能（包括服务控制功能和网络资源控制功能）与传送功能完全分开，NGN需要使用软交换技术。

软交换的概念基于新的网络分层模型（接入与传送层、媒体层、控制层与网络服务层四层）概念，从而对各种功能作不同程度的集成，把它们分离开来，通过各种接口协议，使业务提供者可以非常灵活地将业务传送协议和控制协议结合起来，实现业务融合和业务转移，非常适用于不同网络并存互通的需要，也适用于从话音网向多业务多媒体网的演进。

3G和后3G移动通信系统：

3G定位于多媒体IP业务，传输容量更大，灵活性更高，并将引入新的商业模式，目前正处在走向大规模商用的关键时刻。

制定3G标准的3GPP组织于2000年5月已经决定以IPv6为基础构筑下一代移动网，使IPv6成为3G必须遵循的标准。

包括4G在内的后3G系统将定位于宽带多媒体业务，使用更高的频带，使传输容量再上一个台阶。

在不同网络间可无缝提供服务，网络可以自行组织，终端可以重新配置和随身佩带，是一个包括卫星通信在内的端到端IP系统，与其他技术共享一个IP核心网。

它们都是支持NGN的基础设施。

IP终端：

随着政府上网、企业上网、个人上网、汽车上网、设备上网、家电上网等等的普及，必须要开发相应的IP终端来与之适配。

许多公司现正在从固定电话机开始开发基于IP的用户设备，包括汽车的仪表板、建筑物的空调系统以及家用电器，从音响设备和电冰箱到调光开关和电咖啡壶。

所有这些设备都将挂在网上，可以通过家庭LAN或个人网（PAN）接入或从远端PC机接入。

网络安全技术：

网络安全与信息安全是休戚相关的，网络不安全，就谈不上信息安全。

现在，除了常用的防火墙、代理服务器、安全过滤、用户证书、授权、访问控制、数据加密、安全审计和故障恢复等安全技术外，今后还要采取更多的措施来加强网络的安全，例如，针对现有路由器、交换机、边界网关协议（BGP）、域名系统（DNS）所存在的安全弱点提出解决办法；迅速采用强安全性的网络协议（特别是IPv6）；对关键的网元、网站、数据中心设置真正的冗余、分集和保护；实时全面地观察了解整个网络的情况，对传送的信息内容负有责任，不盲目传递病毒或攻击；严格控制新技术和新系统，在找到和克服安全弱点之前不允许把它们匆忙推向市场。

第二节NGN的相关协议

2.1NGN协议介绍

软交换是NGN的核心技术，为NGN提供具有实时性需求的业务呼叫控制和连接控制。

从1999年开始，国际软交换协会（ISC：

InternationaLSoftswitchConsortium）已制定了一些相关的软交换标准草案，并颁布了一些标准，目前ISC、ITU-T、IETF等国际组织正在合作制订并完善相关的协议和标准。

　　按照功能和特点来分，NGN协议能分为呼叫控制协议、传输控制协议、媒体控制协议、业务应用协议、维护管理协议等。

目前所涉及到的具体协议如下：

　　呼叫控制协议：

包括承载无关呼叫控制（BICC）；SIP－Ｔ；H.323；ISUP、TUP；Q.931、QSIG。

传输控制协议：

包括　SIGTRAN；流控制传输协议（SCTP）；TCAP、SCCP；IUA、M3UA；MTP3；RTP、RTCP；TCP、UDP；IP；ATM。

　　媒体控制协议：

包括H.248/MEGACO；会话发起协议（SIP）；媒体网关控制协议（MGCP）。

　　业务应用协议：

包括ParLay；JAIN；INAP；MAP；LDAP；RADIUS。

　　维护管理协议：

包括SNMP和公共开放策略服务（COPS）协议。

2.2各协议的应用

　MGCP协议：

MGCP是由IETF的MEGACO工作组较早定义的媒体网关控制协议?

他是在综合简单网关控制协议（SGCP）和IP设备控制（IPDC）协议两个协议的基础上形成的，应用在软交换设备和MGCP终端之间。

　　MGCP采用了网关分离的思路，将以前的信令和媒体集中处理的网关分解为两部分：

媒体网关（MG）和呼叫代理（CA），CA处理信令，MG处理媒体。

CA控制MG的动作，由CA向MG发出要执行的命令，MG将所搜集的消息上报给CA。

　　MGCP的连接模型基于端点（endpoint）和连接（connection）两个构件。

端点发送或接收数据流，由软交换控制设备控制的终端在呼叫所涉及的端点间建立连接，一个端点上能建立多个连接，不同呼叫的连接能终结于同一个端点。

　　MGCP采用会话描述协议（SDP）描述连接参数，如IP地址、UDP端口、媒体流特性等。

　　MGCP定义了CA和MG的同步机制，但对CA和CA之间的同步机制没有定义，这是该协议需要完善的地方。

尽管MGCP协议具有易实现等特点，使IP电话网能接入PSTN，实现端到端电话业务，但其互通性和所支持的业务能力有限。

　　H.248/MEGACO协议：

H.248/MEGACO也称为媒体网关控制协议，是ITU和IETF两大国际标准组织合作，在MGCP协议的基础上，结合其他媒体网关控制协议的特点发展而成的，应用在媒体网关和软交换设备之间、软交换设备和H.248/MEGACO终端之间，在媒体网关控制功能和兼容性方面较MGCP大大增强。

　　H.248/MEGACO采用业务和控制分离、控制和承载分离的思想，定义了两个抽象的概念：

终结点（termination）和关联（context）。

终结点中封装有媒体流参数、调制解调器和承载能力等参数，是媒体网关逻辑实体，终结点能发送或接收一个或多个数据流。

例如，在一个多媒体会议中，一个终结点能支持多种媒体，并且发送或接收多个媒体流；关联所描述的内容是在一些终结点之间的连接关系。

终结点和关联都有许多描述符?

对于终结点，其描述符有Modem、Mux、Media、SingaL、Event、DigitMap、observedEvent、Statistics等。

　　H.248/MEGACO还定义了在媒体网关和软交换控制设备之间的一组命令组，称为事务交互。

每个事务交互包含一个或多个关联，每个关联包含一个或多个命令，每个命令包含一个或多个描述符。

事务交互确保对命令的有序处理，即在一个事务交互中的命令是顺序执行的；但并不确保各个事务交互之间的有序处理，即对一个事务交互的处理能以所有顺序进行，也能同时进行。

　　H.248/MEGACO定义了媒体网关之间的连接的总体框架，但对媒体网关和软交换设备间的呼叫建立状态机没有严密的定义。

尽管如此，该协议仍是软交换技术中的主流协议之一，在NGN中发挥着积极而重要的作用。

　　SIP协议：

SIP是由IETF提出的在IP网络上进行多媒体通信的控制协议，应用在软交换设备之间、软交换设备和SIP终端之间、软交换设备和基于IP的呼叫控制应用服务器之间。

　　SIP消息基于文本格式，分为消息头和消息体，承载IP地址、端口信息、编码方式、媒体能力等会话相关信息，消息机制采用了客户机/服务器（cLient/server）请求和响应的应答机制。

客户机发起请求，服务器进行响应，以建立或终结会话，会话内容能是Internet多媒体会议、Internet电话呼叫、多媒体信息流分配。

SIP呼叫由一个全局惟一的呼叫标识（CaLL-ID）予以标识。

　　SIP的请求消息有Invite、ACK、Bye、CanceL、Register、Option等六种。

　　SIP不仅是一种呼叫控制协议，也是一种媒体控制协议。

SIP－Ｔ是基于SIP的一种扩展补充协议，支持PSTN信令在IP网络上的协议转换和传输。

　　SIP和H.323是并列的协议体系，两者都用于解决IP电话问题，但SIP有着和H.323完全不同的设计思想，他是个分散式的协议。

在下一代网络中，话音和多媒体数据由IP/ATM承载，因此SIP比H.323更适用于呼叫控制。

　　尽管SIP－Ｔ能够非常好地为下一代网络的增值业务打造比较完美的平台，但由于在消息自动拥塞控制、对智能网业务的支持、和H.248/MEGACO的互通等方面还存在一些不足，所以业界更加看好BICC协议。

　BICC协议：

BICC协议由ITU-TSG11研究组完成标准化，由ISUP协议演进而来，是一种在骨干网中实现使用和业务承载无关的呼叫的控制协议。

BICC定义了信令传送转换器（STC）、应用传送机制（APM）、承载控制隧道协议（BCTP）和IP承载控制协议（IPBCP）。

通过点编码建立信令联系，信令链路通过静态SCTP连接，BICC节点中采用正常呼叫的选路原则选定路由，为呼叫的信令建立通路。

信令信息利用信令传送转换器转换之后，采用APM传送BICC特定的控制信息。

　　BICC协议把支持BICC信令的节点分为服务节点（SN）和呼叫协调节点（CMN），SN具有承载控制功能（BCF），CMN不具有承载控制功能。

对于SN，呼叫功能和承载控制功能在物理上既能分开，也能不分开。

如果分开，那么呼叫功能和承载控制功能实体需要用呼叫承载控制（CBC）信令来发送消息。

SN和CMN都使用“半呼叫”模型，每个完整的呼叫分为“入局”和“出局”呼叫，所允许的连接类型有3.1kHz音频、64kbit/s、２×64kbit/s、384kbit/s、1536kbit/s、1920kbit/s、N×64kbit/s?

N＝2～30等。

BICC信令消息包括初始地址消息（IAM）、地址全消息（ACM）、应答消息（ANM）、CIC系列消息，等等。

　　BICC从真正意义上解决了呼叫控制和承载控制相分离的问题，能用于所有承载网络，如ATM、IP、STM。

ATM具有非常好的QoS确保和呼叫处理能力，BICC能够更好地支持ATM网络承载，这可能是业界看好BICC的原因之一。

SIGTRAN协议：

SIGTRAN协议是IETF的信令传送工作组SIGTRAN所建立的一套在IP网络上传送PSTN信令的传输控制协议。

SIGTRAN定义了一个比较完善的SIGTRAN协议堆栈，分为IP协议、信令传输、信令传输适配和信令应用等四层。

每层所含内容如下：

　　IP协议层：

IP　　

　　信令传输层：

SCTP　　

　　信令传输适配层：

SUA；M3UA；M2UA/M2PA；IUA　　

信令应用层：

TCAP；TUP；ISUP；SCCP；MTP3；Q931/QSIG　　

　　不同的信令应用层需要不同的信令传输适配层，但IP协议层和信令传输层是共享的和相同的。

信令传输适配层和信令应用层的对应关系如下：

　　SUA对应TCAP　　

　　M3UA对应TUP；ISUP；SCCP、TCAP　　

M2UA/M2PA对应MTP3、ISUP　　

　IUA对应Q931/QSIG、ISUP

2.3各协议的具体阐述

（1）SCTP协议　　

　　SCTP由IETF提出，是个面向连接的传输层协议，采用了类似TCP的流量控制和拥塞控制算法，通过自身的证实和重发机制来确保用户数据在两个SCTP端点间可靠传送。

相对于TCP等其他传输协议，SCTP传输时延小，可避免某些大数据对其他数据的阻塞，具有更高的可靠性和安全性。

（2）M3UA协议　　

　　M3UA是MTP第三级用户适配层协议，提供信令点编码和IP地址的转换。

用于在软交换和信令网关之间实现七号信令协议的传送，支持在IP网上传送MTP第三级的用户消息，包括ISUP、TUP和SCCP消息，TCAP消息作为SC