通信网络融合发展趋势

    信息产业部电信传输研究所
    一、通信网络融合研究现状
    1.网络融合的含义
    网络融合的含义是通过不同的终端在任何时候、任何地点获取信息和享受多样化的业务。网络融合应能做到满足以下需求：屏蔽用户终端、网络类别提供统一、综合的业务；减少网络建设成本；简化网络维护和管理等；需要寻求能够提供收入的新业务，如基于SIP的增值业务；与现有基于TDM承载的网络实现互连互通，既能保证网络的平滑演进，又能最大限度地保护现有投资。

    当前电信网有了很大的发展，大量新技术的出现使得网络融合成为可能。其中，VoIP技术使得在分组网络（如IP网络）上统一承载数据、语音和多媒体等多种媒体流成为可能；软交换技术的发展使得多种网络上基于多种协议的实时呼叫的统一控制成为可能；开放业务接口技术（OpenAPI）和分布式中间件技术（如CORBA）的发展使得多种网络业务层面的融合成为可能，并进一步促进了电信领域与IT领域的融合；各种宽带接入、综合接入、无线接入技术（如WLAN、3G、Beyond3G）的发展使得多种网络到核心分组传输网络的综合接入成为可能；光网络传输技术（如ASON）的发展促进了网络宽带化，使得以多媒体业务为主要特征的全业务提供成为可能。这些新技术促进了多种网络在业务层面、控制层面、接入层面和传送层面的融合，促进了电信领域与IT领域的融合。

    网络融合是建立在网络可分离的前提下，只有这样才能灵活、开放地提供各种各样的业务。首先，应用层与控制层分离，以便获得业务与用户的物理位置具备无关性；其次，控制层与传送层分离，便于呼叫或会话的控制独立于承载的控制，可实现基于不同承载提供相同的控制能力；再次，传送层与接入层需要完全分离，使得无论何种终端、何种接入方式都可以共享同一承载网络，从而充分利用网络资源，屏蔽网络的复杂性。这样的目标网络技术即下一代网络（NGN）技术。

    国际很多研究组织开展了对通信网络融合和下一代网络的研究，比如ITU-T、IETF、ETSI、3GPP/3GPP2、OSA/Parlay/JAIN、MSF、OMA等，涉及到下一代网络体系架构、业务体系、承载网络服务质量控制、宽带接入和综合接入等多个方面。但是目前看来，各个研究组织的观点还未统一，所研究的内容还远未成熟或实用化。

    2.NGN技术发展趋势
    NGN是目前通信业界关注和探讨的一个热点话题，人们希望通过NGN来解决目前各类网络中的许多问题，如网络安全、QoS、网络融合、前后向兼容平滑演进以及可赢利商业模式等。但客观说来,NGN目前依然存在不少问题和困惑，包括统一而明确有效的定义、基本结构、阶段目标与长远目标，具体实施策略等,国际上一些电信标准化组织和论坛对此看法亦不尽相同。

    (1)ETSI有关基于IMS的NGN网络架构建议
    基于IMS的网络框架易于引入面向SIP应用的多媒体业务，在安全管理、QoS控制、计费等方面具有较强的优势。虽然目前NGN标准的业务种类还在讨论中，但是NGN需要包括基于SIP的业务（会话服务、呈现和及时消息）、非SIP的业务（如视频流媒体和广播业务）、PSTN/ISDN的替代业务（即PSTN/ISDN仿真）。基于IMS的NGN网络架构包括资源和接纳控制子系统、网络附着（Attachment）子系统、IP多媒体子系统（IMS）、PSTN/ISDN仿真子系统和其他多媒体子系统和应用.

    ●PSTN/ISDN仿真子系统：PSTN/ISDN仿真是为连接到IP网(经过网关)的传统电话终端仿真PSTN/ISDN，所有PSTN/ISDN业务保持可用和一致，这样端用户并不会意识到没有连接到基于TDM的PSTN/ISDN。

    ●IP多媒体子系统（IMS）：由提供IP多媒体业务（如语音、视频、文本、聊天等）的所有构架在分组传送网上的核心网单元构成。

    ●流媒体：随着宽带接入技术的成熟，网络传输的瓶颈正在被打破，实时的高质量流媒体传输已成为可能，这为流媒体的发展奠定了良好的基础。同时，音频和视频编解码技术的进步和网络流媒体协议的标准化也为流媒体的广泛应用起到重要的促进作用，使得基于流媒体传输的应用得到了越来越多的重视。随着视频点播、远程教学、交互游戏、InternetTV等业务的广泛开展，流媒体已经在一定的程度上改变了人们使用网络的方式。

    ●接入网附着子系统：应该提供下列功能：IP地址分配（例如使用DHCP）；发生在IP层的鉴权，可能是在地址分配程序期间或之前；根据用户业务清单的网络接入授权；根据用户业务清单（Profile）的接入网配置；发生在IP层的位置管理。

    ●资源控制子系统：资源控制子系统应该提供接纳控制和关口控制功能（包含NAPT控制）。接纳控制涉及到根据运营者的具体策略规则和资源，检查接入网附着子系统保存的签约数据的授权。检查资源可用性意味着接纳控制功能校对被请求的带宽是否与预定的带宽和用户使用的带宽一致。

    目前，ETSITISPAN在NGN标准方面研究比较领先，TISPAN将在NGN中将尽可能重用IMS架构，在多媒体子系统已经确定应用IMS架构，TISPANNGNR1版本标准研究基本按计划进行，功能架构基本稳定，相关的业务流程和信令方面的工作基本同步进行。

    (2)ITU有关NGN研究进度
    ITU-TSG13负责对NGN的总体研究。虽然SG13在NGN的标准化方面进行了大量的工作，并在2004年2月推出了11个NGN标准草案，但目前只是处在框架的范畴，无法满足业务发展的需要；同时ITU在引导电信发展方向上也愈来愈力不从心，3GPP、3GPP2等在3G的标准化上已经占据了主导地位；NGN作为当前的一个大热点，目前方向尚不明朗，而ETSI在IMS基础上在进行了NGN的标准化工作，有可能会成为NGN的事实标准，这也将对ITU-T构成威胁。为此，为了加速NGN标准制订工作，ITU-T于2004年5月成立了FGNGN工作组，FGNGN的主要工作是在继承第13工作组的基础上，重点面向NGN领域的关键技术开展工作。

    ITUFGNGN的工作实际是从三个方面展开：一是在3GPP、3GPP2的IMS基础上，制订ITUNGNFG的IMS的第一个版本，这是一种基于SIP的业务系统（或业务平台）；二是未来基于分组技术的数据网；三是继续ITU-T NGN JRG工作，包括QoS问题、NGN的体系结构、安全问题、移动游牧问题、网络的演进等。

    FGNGN已经在NGN网络和业务总体要求、功能体系架构、IPQoS、控制和信令要求、网络演进和安全等方面提出了较为具体的要求，计划分为三个阶段颁布NGN的相关标准。

    FGNGN主要研究内容包括：
    ●NGN功能结构：对NGN的功能和体系结构进行描述，内容主要包括xDSL、IMS架构等。
    ●游牧性和移动性：研究各种类型设备的移动性需求以及在NGN功能结构中定义的“游牧性”行为，定义一种结构模型，实现管理功能以及再开发和控制的能力。

    ●QoS：定义端到端的QoS架构和相关的协议。要在NGN上支持各种业务（实时业务/流媒体业务/非实时业务/多媒体业务⋯），NGN就必须可以为各种QoS 级别的业务提供可预见的、一致的、端到端的QoS 保证。

    ●NGN控制、信令和鉴权能力：定义业务结构，提供可靠、可控的NGN的NGN网络以及提供传输平面和控制平面的参考配置。NGN控制、信令和鉴权能力是实现NGN 的一个非常迫切的要求。

    ●安全问题：研究相关的安全问题，实现真正的“可靠、可控”的NGN网络。
    ●TDM网络向NGN的演进：制定适当的演进方案，使现有网络和业务能够与NGN网络进行无缝的互联。

    FGNGN虽然已经开过5次会议，在NGN网络和业务总体要求、功能体系架构、IPQoS、控制和信令要求、网络演进和安全等方面提出了较为具体的要求，但目前还只是处于需求分析和R1阶段。FGNGN在R1阶段主要完成需求定义，目前也有重用IMS的讨论，还未到定义具体架构和流程的阶段。

    (3)基于IMS的固定NGN已经成为未来技术发展趋势
    在标准方面，基于SIP的3GPPIMS是目前比较完善的体系结构，标准组织ETSI、ITU-T等已经有固定领域应用IMS架构的明确倾向，以后的固定NGN的多媒体域网络架构，将可能在基于3GPPIMS架构基础上发展。同时，ITU-T、ETSI所定义的NGN业务需求包括了通信、信息、娱乐等业务，移动性已经成为固定NGN的一个重要需求，NGN网络将在IMS架构基础上扩展支持固定接入和其他融合业务。

    在运营商方面，部分先进运营商，如英国电信、法国电信等已经明确提出在固定IP多媒体域，甚至PSTN电路域应用IMS架构的思路。很多运营商希望基于IMS的网络架构成为NGN的统一业务控制平台，支持多种接入技术和多种业务。

    在厂商方面，不少电信大厂商已经加大IMS在固网领域应用的研究，积极参与基于IMS的NGN标准制定。

    因此，基于3GPPIMS架构扩展支持固定网络接入需求和未来网络的各种业务需求，以便实现未来固定、移动网络在核心业务控制层的共享和融合，并提供对高层多种业务的支持已经成为固定NGN网络的发展方向。

    虽然基于IMS的固定NGN已经成为未来技术发展趋势，但是，要真正付诸实施，则还存在若干关键问题没有解决，比如在网络融合的整体架构、控制层组网和路由体系、业务层体系架构和新型增值业务、承载网服务质量、网络管理等诸多关键问题上还未成熟。

    二、通信网络融合对公共资源的影响
    1.号码资源
    网络融合对号码资源的影响主要有以下几个方面。
    (1)对E.164编号资源的需求会增大，而且它的应用范围也将增大
    在网络融合的过程中，E.164号码将不仅用于传统电信网提供的业务，而且被用于传统电信网运营商从传统网络移植到IP网络的业务；以及传统电信网运营商在他们的IP网络中提供的全新的业务，同时还可能被应用于在公众互联网上提供的全新的业务。这将导致对E.164号码的需求增加，而且E.164号码应用的业务也更加多样化。

    (2)号码与IP地址互通的需求增加
    在电路交换网与分组交换网的融合中所遇到的一个技术上的挑战就是如何对从一种网络到另一种网络的呼叫进行寻址，因为电路交换网中是通过E.164号码来寻址的，而分组交换网是通过IP地址寻址的。

    (3)在号码中包含位置信息在技术上成为可能固定终端可以与移动终端一样，支持HLR。
    (4)建立公共数据库的需求增加

    在网络融合的情况下，各个网络中的用户和业务也将逐步融合，即：同一用户可以使用相同的用户数据和终端号码通过任一通信网络中的接入资源接入网络使用融合的、统一的、多网络的通信业务。解决上述用户和业务融合的关键在于，用户在任一网络中接入，当前网络都可以及时地得到该用户的签约用户数据，从而当前网络根据用户数据为用户提供相应的业务和服务。

    (5)随着网络的融合，业务环境将是多样化的，不稳定的，编号计划要支持这种不稳定的业务环境,要具有充分的灵活性。

    2.IP地址资源
    从长远来看，随着网络的融合，全网可能最终会成为全IP的网络，因此，如果仅为现有的用户，每人分配一个固定的IP地址，IPv4地址的数量远远不能满足网络发展的要求。

    我国应该尽早制订IPv6发展策略和具体的地址规划研究，运营商应及早参与到IPv6网络的实验与实施，争取在IPv6地址的资源竞争中取得先机。

    当然，在现实中，一次性地用IPv6取代现有的IPv4网络是不可能，也是不现实的，IPv4和IPv6网络将共存相当长的时间。IPv6网络的开始阶段要面临很多的问题：

    (1)从网络的构架上看，要关注IPv4与IPv6的转换，过渡和共存；
    (2)从技术角度看，目前的所有的过渡技术中，没有一个能统一彻底地解决问题，需要根据不同的环境和不同的客户进行不同的适配和不同的技术组合；
    (3)从业务开展模式上看，首先要解决好用户的接入，认证，计费，管理等工作。

    3.域名资源
    域名资源与其他资源相比，应该相对是很充足的，但网络的融合会给DNS的管理带来新的挑战。如传统的电话用户使用E.164号码进行呼叫，如果在网络融合后要求用户改变拨号习惯，不再呼叫电话号码而是被叫用户的IP地址或是域名，这对于业务的发展是不利的。最方便的方法就是做一个用户标识与原有E.164号码的对应的域名查询机制。现在提出了一种ENUM技术来解决这个问题。

    此外网络的融合，会逐步采用IPv6地址，这也会给DNS带来挑战，在未来的网络里，DNS不仅要为IPv4址址进行解析，也要为IPv6地址进行解析，这不仅会增加DNS解析的压力，也会带来很多新的问题。可以试想，一个域名的拥有者如果只为其IPv4的地址进行了注册，在未来IPv6地址应用时，可能为在IPv6地址的域名上面临他人恶意抢注的问题。所以随着网络的不断融合，域名复杂性的增加，还需要不断制定新的法规及管理办法来加强域名注册管理以减少不必要的纠纷。但是域名的注册手续还应更加开放、透明、方便，有利于所有有需求的人进行注册。

    4.无线电频率资源
    从目前频率分配使用的现状看，不同的移动通信系统均使用不同的频率，并没有共享使用的频段，而且未来的无线通信系统考虑的频段也没有考虑和现有的无线通信系统使用相同的频段，因为如果两个无线通信系统使用相同的频段，必然产生干扰问题，从而影响无线通信系统的正常工作。所以从这点看，通信网融合并不会对无线电频率的分配产生影响。

    需要考虑的问题是，新的无线技术将对频谱分配提出新的需求，如B3G、802.16、我国自主研发的集群通信系统等，这会对未来无线通信的频谱分配提出新的需求。因此，我们需要研究在未来的新的无线系统中，有哪些新的无线通信技术有发展前景，市场对无线通信的传输带宽需求有多大以及新的无线技术需要在什么时间段内，在哪个频段分配频率，并且需要根据新的无线技术的容量和市场需求综合考虑所需分配的带宽，同时还要考虑和其他系统的共存和频率保护间隔。

    三、国外网络融合技术分析
    网络融合是一个发展过程，不是对现有网络的合一，是在网络演进的过程中逐步实现的。
    1.网络融合是在网络演进的过程中融合
    网络融合是在网络演进的过程中融合，而不是对现有的网络融合。现有网络如PSTN、HFC网、2G网必须经过演进才能融合，PSTN通过向NGN的演进、2G通过向3G的演进，只有当不同的业务网络具有相同的传送、承载、控制技术时才能融合。

    2.网络融合是在数字化、分组化基础上的融合网络融合是对各种不同应用在数字化、分组化基础上融合。
    3.融合网络的基础传送平台是光传送网络

    世界各运营商采用光网络作为其基础传送网。主要的实用技术有SDH、DWDM、MSTP等，ASON技术也逐步进入商用化。在智能化方面，ASON具有自动配置、自动选路、流量控制等功能。因此无论从容量、传输距离还是智能化方面光网络都是理想的综合传送网络。全球主要的运营商都正在部署或开始部署智能光网络，如Verizon、Sprint等。

    4.融合网络的业务承载平台是基于IP/MPLS网络
    多协议标签交换（MPLS）技术目前已成为IP网络QoS的基础技术，具有良好的可扩展性，适用于大规模核心网络。通过MPLS技术可以实施流量工程，区分服务和计费管理，增强电信IP网络的盈利能力。目前采用MPLS标记交换技术构建统一的业务承载网络或是升级现有的IP为MPLS网络已经是业界的共识。将不同的业务划分为不同的VPN，多个独立业务的VPN在同一个IP公网平台上的同一个节点进行接入。

    目前全球大的运营商如AT&T、Sprint、Qwest、BT、NTT等运营商都已部署了MPLS核心网络，并计划：在未来1～3年内主要的运营商业务网络都将融合到MPLS核心网络中；运营商将会逐渐将传统的FR、ATM等二层专线业务转移到MPLS核心网络中；运营商利用MPLS核心网络快速部署IPVPN业务，获得新的利润增长点；3G和NGN的核心承载网络采用基于MPLS核心网络。

    5.融合网络的业务控制系统是基于IMS的NGN系统
    基于IMS架构扩展支持固定网络接入需求和未来网络的各种业务需求，以便实现未来固定、移动网络在核心业务控制层的共享和融合，并提供对高层多种业务的支持已经成为NGN网络的发展方向。

    6.融合网络具有统一的、开放的业务环境
    目前的固定网、移动网和有线电视网的增值业务网络是相互独立的，各种增值业务网络或平台彼此不能共享。因此，建立统一的融合的增值业务网络，为所有的业务网提供统一的、适应多类承载网和多种业务应用的通用业务平台是各运营商的共识。通用业务平台可支持现有的和基于IPv6的业务；具有支持移动/漫游业务能力；支持固网、移动网、Internet和WLAN的终端业务和应用；具有一定的支持QoS能力；支持对业务的统一管理，具有接入认证、鉴权能力，支持多种计费方式。采用parlay技术提供第三方应用是建立开放的业务环境的主要手段。