下一代网络（NGN）的实现

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0 引言
　　最近十多年来，计算机和电话在设备和网络方面的融合在不断加速。传统的公用网络运营商（PNO）发现公用交换通信网络（PSTN）电话业务份额在下降，部分原因是移动电话的不断普及和多种服务从电话网向互联网转移。
　　电话网用户已远远不满足于网络供应商提供的全包式“单站作坊”通信方式，而倾向于互联网提供的容量无限的多种通信能力。固定网络运营商对此的反应是通过部署宽带来满足用户需求。尽管这一方案可以满足用户对大容量网络的需求，然而它对促进全球通信网络的持续发展却贡献甚微，因为网络运营商所能做的只是提供对公用互联网接入（甚至只是为互联网服务供应商（ISP）提供接入），且提供的内容和服务与组网成本毫无关联。从网络运营商来看，用户购买的是服务而不是技术，因此，提供可以利用宽带优势的服务才是重要的。
　　综合宽带网络的概念在最近几年得到了发展，被称为“下一代网络”（NGN）。
　　下一代网络的基本特征可由网络运营商面对的问题来定义:在宽带接入系统上根据需求提供服务;综合用户对多种网络服务的需求，如数据（Web 浏览）、话音、电话、多媒体和新出现的“大众”互联网服务（即时消息、现况和广播类服务等）;持续的移动性，使用户可在任何地点接入所提供的服务。与提供一个特定解决办法的网络（如公用交换电信网）不同，21世纪所需要的网络是能支持一个灵活的服务平台的系列网络。
　　IP最重要的一个特性是协议层（较高层或较低层）的独立性。这一特性极大地影响着全球的接入网络，这些网络提供的连接不依赖于任何类型子层网络，如公用交换电信网、异步传输模式（ATM）和帧中继网。宽带接入，如非对称数字用户线（ADSL），使全球性的接入网络与各种在线应用相配合，产生了一种全球在线连接方式。
　　因此，下一代网络的目标是综合公用交换电话网和互联网两个网络的最佳特性。
1 对下一代网络的要求
　　自2003年以来，业界就在讨论下一代网络的标准问题，其中最基本的问题是“下一代网络是什么”。本文的引言所描述的商业需求指出了构建下一代网络的出发点，从而回答了这一问题。
　　国际电信联盟电信标准化局（ITU-T）第13研究组在Y.2001[1]建议书中为下一代网络下的定义是:“能提供电信服务，能使用多宽带、确保服务质量（QoS）的传输技术的，基于分组的网络。在该网络内，与服务相关的功能不依赖于与传输相关的基础技术，它能使用户无约束地接入网络，并能促进服务供货商的竞争，并使其自主选择服务。它支持广泛的移动性。”
　　Y.2001[1]建议书进一步确定了下一代网络的基本特征:
　　* 基于分组的传输;
　　* 在承载能力、呼叫/会话和应用/服务中控制功能的分离;
　　* 服务供应与传输、公共接口供应相分离;
　　* 支持广泛的服务、应用和基于服务构成块的机制;
　　* 端对端服务质量(QoS)的宽带能力;
　　* 通过公共接口与遗留网络的联网能力;
　　* 广泛的移动性;
　　* 用户不受限制地接入不同服务供应商;
　　* 具有各种各样的识别体制;
　　* 同一种服务具有一致的服务特征;
　　* 固定、移动网络融合的服务;
　　* 与服务相关的功能独立于基础传输技术;
　　* 支持多种最后一英里技术;
　　* 符合相关法规的要求，如应急通信、安全、隐私法规等。
　　为便于对上述要求及其解决办法进行研究，Y.2001建议书将下一代网络（NGN）分解成多个部分，它们构成了ITU-T及其它标准开发组织（SDO）的标准化活动基础，包括:
　　* 总的架构和结构原则;
　　* 服务能力和服务结构;
　　* 下一代网络中服务和网络的互通性;
　　* 灾害救助的电信能力;
　　* 下一代网络的结构模型;
　　* 端对端服务质量(QoS);
　　* 服务平台;
　　* 网络管理;
　　* 安全;
　　* 广泛的移动性;
　　* 网络控制结构和协议;
　　* 编号、命名和地址。
　　本文对总的架构和结构原则、服务能力和服务结构进行研究，同时也对其他领域进行简要的概述。
　　下一代网络覆盖的领域非常广泛，对网络的要求还在研究过程中。话音服务的提供导致了公用交换通信网控制和管理的复杂性;广泛的移动性要求造成了固定、移动的融合（FMC）和服务供应与传输的分离;而出于组网安全、保密和可靠性的考虑，公共接口的使用又增加了其复杂性。
　　某些公用网络运营商的进一步商业要求是用下一代网络来全部代替或部分代替原有的公用交换通信网。从用户的观点来看，用于替代公用交换通信网络的下一代网络，必须与运营商的公用交换通信网以完全等同的方式提供全部服务，因为未选择下一代网络服务的用户尽管与服务供应商没有签订新的合同，其拥有的设备也只是支持原有的网络，但其所享受的服务不应受网络变化或技术变化的影响。
2 制订标准的活动
　　2003年7月，ITU-T在瑞士的日内瓦总部组织了题为“下一代网络:是什么？何时实现？如何实现?”的工作会议。会议的参加者包括了大部分电信业界的代表，并包括法规制定者、工业界人士、运营界人士和用户群代表等。下一代网络全球标准引起了ITU-T成员的关注，ITU-T第13研究组在2003年及时地发布了下一代网络联合报告组(JRG)倡议。下一代网络联合报告组受委托来鉴别关键问题，并在2004年6月底前制订出建立下一代网络框架的基本标准，包括ITU-T背景下的定义。Y.2001[1]和Y.2011[2]建议书就是其成果，并成为ITU-T内研究下一代网络的基础。
3 欧洲电信标准研究所TIPHON和SPAN合并成立TISPAN
　　与ITU-T的倡议并行，欧洲的倡议也在区域标准实体，即欧洲电标准化研究所（ETSI）内启动了。2003年夏天，欧洲电标准化研究所内的两个现存的委员会进行了合并。欧洲电信标准化研究所的TIPHON委员会研究了在IP（VoIP）和公用交换通信网上进行话音互连的要求，取得了一些成果。欧洲电信标准化研究所的信令协议和网络(SPAN)委员会有着给电信标准增加欧洲特色的长久历史。这两者的合并成就了一个技术实体（TB），其重点工作是互联网协议、服务的复用等。尽管欧洲电信标准化研究所是一个欧洲区域标准开发组织，但它也吸纳欧洲之外的成员，在发展第2代全球移动通信系统(GSM)方面十分著名。
　　TISPAN启动很慢，但经过充分讨论并有少量网络运营商进行了重要的战略性投入之后，它推出了一个符合市场需求的简单计划:
　　* 第三代伙伴计划（3GPP）的互联网多媒体子系统(IMS)为宽带用户提供所能做到的全部服务，并将公用交换通信网/综合业务数字网(PSTN/ISDN)的互联网多媒体子系统服务连接到下一代网络上。
　　* 将大部分网络运营商的现有公用交换通信网/综合业务数字网的服务交给原有的旧设备和接口。
　　* 将3GPP互联网多媒体子系统的覆盖范围扩展到3GPP可能未覆盖的法规管理领域，特别是紧急呼叫、合法截取（LI）及可能的恶意呼叫显示（MCI）等。
　　由于第三代伙伴计划互联网多媒体子系统能提供下一代网络的若干基本特性，所以下一代网络就选择了它。互联网多媒体子系统是以分组传输为基础的，它支持承载能力、呼叫/会话和应用/服务中控制功能的分离;它将服务供应与传输分开;它提供开放的接口，提供广泛的服务、应用和基于服务构成块的机制。互联网多媒体子系统包含着广泛的移动性。
　　如前所述，替代公用交换通信网对于某些网络运营商来说是关键，但也不尽然。那些没有这种要求的运营商利用宽带接入（如非对称数字用户线）来提供公用交换通信网络式的服务。这导致了两种对公用交换通信网络服务的定义:仿真和模拟。这两个类似的术语在一定程度上表明我们需要细化不同需要之间的差别，一方面要以同样的方式支持公用交换通信网用户的原有的设备和接口，另一方面利用宽带接入向新的或增强型的用户设备提供服务。
　　因此可以得出TISPAN的下一代网络要素为:
　　* 支持不同服务子系统（公用交换通信网仿真网和互联网多媒体子系统）的服务控制面;
　　* 分离的应用面;
　　* 基于IP技术的核心传输面;
　　* 综合现有的各种宽带接入网;
　　* 安全，有良好的服务质量（QoS）和网络管理。
　　为了发展接入网的独立性和推进固定-移动的融合，TISPAN支持现有的固定宽带接入网并要求支持IP连接性接入网（IP-CAN）。这也将打消改变第三代伙伴计划互联网多媒体子系统的想法。
　　TISPAN提供的只是区域性的标准，不能提供一套全球标准，因此，需将其结果做某种全球化的处理，而ITU-T是适合进行这一工作的场所。
4 ITU-T
　　当2004年初许多标准化组织各自开始制订下一代网络标准的计划时，工业界和网络运营界对在未来下一代网络标准制订过程中，若由不同背景的组织制订标准而可能出现的重复、延缓、和不兼容等问题表示了担心。欧洲、北美、亚洲的区域标准化实体都对此进行了讨论，达成了在ITU-T内建立一个特别小组的共识，由特别小组来启动下一代网络的标准制订活动。ITU-T的研究周期为4年，在征询了欧洲电信标准化研究所、电信工业方案联盟（ATIS）、中国通信标准化协会（CCSA）、电信技术协会（TTA）和电信技术委员会（TTC）的意见，并咨询了第9届全球标准化合作（GSC）组织之后，2004年6月，ITU-T指导委员会负责组建了下一代网络重点工作组(FGNGN)，来对下一代网络研究的各个方面进行协调，尤其要关注欧洲电信标准化研究所TISPAN研究成果的全球化要求。
5 ITU-T的下一代网络重点工作组
　　下一代网络重点工作组开始的紧急任务之一是确定自己的参考条目（ToR），参考条目是在ITU-T第A.7号建议[3]的基础上制订的，它详细规定了重点工作组的活动。
　　在2004年5月召开的第9次全球标准化合作会议上，ITU授权下一代网络重点工作组12个月内在ITU-T第Y.2001[1]和Y.2011[2]的基础上制订出送审稿，且要特别关注下列问题:
　　* 下一代网络功能结构（如基于第三代伙伴计划/第三代伙伴计划2互联网多媒体子系统（3GPP/3GPP2 IMS）的功能结构，且包括对宽带接入的支持。例如xDSL）;
　　* 广泛的移动性;
　　* QoS;
　　* 下一代网络的控制和信令;
　　* 安全能力，包括认证能力;
　　* 现有网络向下一代网络的演进。
　　下一代网络重点工作组的第一次会议在ITU的批准下于2004年6月在日内瓦召开。会议的目的是批准所提出的参考条目，并建立管理小组和工作组。7个工作组的结构和工作范围是:
　　第1工作组负责研究服务要求，按照计划研究服务范围、服务要求和能力。第2工作组负责研究功能结构和移动性，一般情形和特殊情形之下的功能结构开发，包括移动性的各个方面。第3工作组，负责研究服务质量:端对端QoS相关送审文件的制定，包括网络性能的各个方面。第4工作组负责研究控制和信令:控制的相关送审文件的制定和QoS支持，包括资源的行政管理和控制的各个方面。第5工作组负责研究安全能力:下一代网络环境内安全架构的开发。第6工作组负责研究网络的演进:由公用交换通信网/综合业务数字网向下一代网络逐步演进的送审文件的制定。第7工作组负责研究未来基于分组的承载网络:鉴别现有基于分组的网络状态，研究未来对基于分组的网络的要求。
　　下一代网络重点工作组每2～3个月开一次会。第6次会议是与ITU-T第13研究组的会议共同召开的。ITU-T第13研究组被世界电信标准大会（WTSA）指定为下一代网络重点工作组在2004年底以前的母工作组。第13研究组还被指定为ITU-T内下一代网络研究的正式领导。详细的上报文件见下文。
　　遵循2004年世界电信标准大会的旨意，在第13研究组会议期间确定了下一代网络重点工作组的前途。下一代网络重点工作组在2005年底之前要完成自己的任务，制订出发布文件1（Release 1）。相关成果和所要继续的工作都要及时移交给第13研究组，以便赶上该组2006年1月的会议。某些送审文件将移交给ITU-T其它相应的研究组。
6 下一代网络重点工作组的发布计划和前景
　　ITU-T的下一代网络重点工作组的工作是以清晰的目标和定期的文件发布为基础的。发布文件的意图是对特定时间段内要做的业务按轻重缓急进行安排。

表1 发布文件1服务与能力概要

表2 ITU-T下一代网络重点工作组送审文件

　　（a)与发布文件无关的送审件表
　　下一代网络重点工作组为了在第一个发布文件中促进下一代网络的实现，正开展着如下工作：确定服务要求和服务所需要的能力，定义其它相关的能力。
7 下一代网络重点工作组发布文件的组成部分
　　下一代网络重点工作组从两个方面对发布文件进行了划分。
　　（1）功能: 从垂直和水平两个方面来表现下一代网络配置的技术成分。垂直面:覆盖传输层和服务层，或开放系统互连模型(OSI)的1～7层;水平面:端对端（用户终端对用户终端，包括所有网络和服务平台）。
　　（2）结构: 用于管理每一个发布文件制订的操作部分。一些参数已被ITU-T用于重要的电信基础设施的研发中，如综合业务数字网(基于ITU-T Rec.I130[4])。发布文件的时间即公布送审件的日期;研究阶段基于REC.I130[4]的1～3;深度即描述的层次。
8 下一代网络重点工作组“发布文件1”的研发情况
　　ITU-T下一代网络重点工作组正在上述7个工作组的基础上制订送审文件。发布文本1服务方面的概述是其它工作组活动的基础与指南。
发布文件1的制订情况见图1。

图1 发布文件1的覆盖范围

　　图1表明了下一代网络的发布文件1的几个关键方面。水平来看，下一代网络被分割成三个区域:用户设备、网络设备、与其它网络的互连（包括其它同等的下一代网络）。垂直来看，下一代网络被分成了两个领域:服务层和传输层。服务层的功能又可进一步分成服务/控制功能和应用功能。传输层分为垂直和水平两个方向。由于传输层与服务层是完全分离的，因此它需要自己的传输控制面来控制承载功能。传输网还可分为接入网和核心网。
　　关于两个层之间的连接，与承载者相关的事项是由资源和准入控制功能（RACFs）来提供;与用户身份有关的事项则由网络接入与接触功能来完成。
　　发布文件1中的服务类型及相关能力见表1。
　　许多对下一代网络的研究都表现出了对启用第三代伙伴计划多媒体（3GPP IM）系统的兴趣，ITU-T下一代网络重点工作组采用了这些小组的研究成果，并启用第三代伙伴计划多媒体子系统（3GPP IMS）作为下一代网络实时会话通信的呼叫/会话控制的基础。
　　标准制订的过程并不顺利。在下一代网络重点工作组会议期间，在IP多媒体子系统适用性方面存在许多争议，尤其是结构方面。因此下一代网络重点工作组第5次会议决定采取两种不同的方法来建立结构模型。一种方法是确定一般的结构模型，另一种方法是针对使用IP多媒体子系统的具体情况建立特定模型。
9 发布文件1的送审稿
　　发布文件1确定了对服务与结构方面的要求，并对各种能力如QoS、移动性、安全性、控制和转移等也进行了规定。下一代网络重点工作组发布文件1的计划已经通过其各个工作组的活动和送审文件对这些方面进行了区分。ITU-T承认某些重要的长期研究没有得到过它应有的优先级。因此，下一代网络重点工作组必须在其参考条目(ToR)中包含对未来基于分组的网络要求。
　　2005年5月之前，下一代网络重点工作组已完成了计划中的26个送审文件中的3个。所有的送审文件都必须指定专门的发布文件。遵循第13研究组的决定，下一代网络重点工作组至少应完成发布文件1的送审稿。表2给出了下一代网络重点工作组按发布文件分类的送审件。
10 第13研究组在ITU-T内主导协调工作的作用
　　为了弥补ITU-T研究周期间的空隙，作为下一代网络重点工作组的参考条目的一部分，第13研究组必须覆盖下一代网络大部分关键基础技术领域。下一代网络重点工作组参考条目之外的其它关键领域包括：管理方面（ITU-T第4研究组处理）、命名、编号、授地址和路由（ITU-T第2研究组处理）、计费和开单（ITU-T第3研究组处理）、传输方面（ITU-T第15研究组处理）、信令协议（ITU-T第11研究组处理）、网络性能中的QoS(ITU-T第12研究组处理)。
　　ITU-T第13研究组是ITU-T内研究下一代网络的领导小组，它在其它研究组的协助下指导ITU-T发布文件的制定。
11 下一代网络的影响
　　下一代网络的一个至关重要的特性是不同功能之间的分离，这对商业模型和相关的法规有重要影响。
　　服务层和传输层之间的分离导致的最大的影响是法规方向的改变。当前，大部分的服务是与特定的传输网络和信令协议紧密地拴在一起的，因此法规的实施主要是纵向的（例如关于服务的法规总是加到传输网络上）。它将随着下一代网络的产生改变为横向的，在服务和传输网络之间将有不同的法规。例如，对服务的管理可通过鼓励灵活的发展，传输网络可从建设的基础设施和资源导出。这可从图2的左侧看出。

图2 下一代网络的影响

　　下一代网络的第二个重要的影响是接入能力与核心传输能力的分离，如图2右侧所示。这一特性可能影响商业环境的变化。一个接入网络供应商领域内的商务活动可根据不同的接入技术而动态地扩展，用户有较大的选择空间，可根据自己的特殊需要来选择接入能力。下一代网络还有一个重要影响是它将促进固定通信和移动通信之间的融合。用户将可选择某种固定的和某种移动的接入能力，将它们两者或其中任意一个与核心传输能力结合起来。
　　将来的下一代网络似乎还包括远程广播，这将促成电信与广播的融合。
12 结论
　　在ITU-T下一代网络重点工作组的活动期间，存在一个共同的问题是“下一代网络与互联网的区别是什么？”这个问题的提出是因为二者都将IP作为其重要的协议。下一代网络与互联网相比，最明显的一个不同是它能不受限制地尽最大努力提供最好的服务。下一代网络将支持各种合同服务来满足用户的动态要求。下一代网络将是一个安全的、可信可管的网络。它不仅将为服务供应商提供建立基于特定能力的商机，也将为工业界提供系统开发的机遇。此外，下一代网络覆盖了比数据通信更为广泛的范围，这有利于传统电话网络向下一代网络转移和合并。
　　下一代网络未来的方向无疑是固定和移动网络及用户设备的融合。现在，下一代网络标准制订组正与移动通信标准制订组紧密联合（ITU-T内下一代网络重点工作组和第13研究组与第19研究组的联合；欧洲电信标准化研究所TISPAN与第三代伙伴计划的联合，等等）。下一代网络已不再是下一代的目标，而是正在变成这一代的现实。
　　参考文献
　　[1] General Overview of NGN .ITU-T Rec. Y.2001. Dec. 2004.
　　[2] General Principles and General Reference for Next Generation Networks. ITU-T Rec. Y.2001,.Oct. 2004.
　　[3] Working Methods and Procedures. ITU-T Rec. A.7 Focus Group. Oct. 2004.
　　[4] Method for Characterization of Telecommunication Service Supported by an ISDN and Network Capabilities of an ISDN. ITU-T Rec. I. 130.Nov. 1998.
　　[5] NGN Standards from ITU-T FGNGN. C.S. Lee. Broadband World Forum Asia, Yokohama Japan, Vol. 30, no.5, 2005.