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NGN技术体系的研究


无线通信网络论文
题 目

NGN 技术体系的研究

学 专 年

院 业 级

物理电气信息学院 通信工程学 200 级 1200

学生学号 学生姓名 指导老师

2011 年 11 月

NGN 技术体系的研究

摘 要
NGN自提出以来,其体系架构的研究一直是国内外关注的热点。描述 了NGN的基本概念和特点,介绍并分析了ITU-T和ETSI等组织的NGN的标 准化进程,提出了NGN的体系架构及其使用的主要技术,最后对NGN体系 的技术发展方向进行了描述。

关键词: 关键词:NGN,标准化,网络架构,IMS

NGN OF THE TECHNICAL SYSTEM RESEARCH

ABSTRACT

The architecture of NGN is one of the hot topics of NGN research

around theworld.Firstly,this paper describes the basic concept and characteristics of NGN,then introduces the progress of standardization in some organizations such as ITU-T and ETSI,then puts forward viewpoints on the the architecture and main technologies of NGN.At last,this paper describes the trends of NGN technologes.

KEY WORDS NGN,Standardization,Network Architecture,IMS





第一章 NGN 的基本概念及特点............................................ 5 1.1 NGN 是业务独立于承载的网络..................................... 5 1.2 NGN 采用分组交换作为统一的业务承载方式......................... 5 1.3 NGN 是提供多媒体流媒体业务的多业务网络......................... 5 第二章 NGN 标准的研究进展.............................................. 6 2.1ITU-T NGN 标准化情况............................................ 6 2.2 ETSI TISPAN 标准化情况......................................... 7 2.3 TU-T FGNGN 和 TISPAN 标准化情况对比分析......................... 9 2.4 其它国际标准组织的标准化情况 .................................. 9 第三章 NGN 的网络架构 ................................................. 9 第四章 支撑 NGN 的主要技术............................................ 10 4.1 IP 多媒体技术................................................. 11 4.2 高速路由和交换技术 ........................................... 11 4.3 光传送技术 ................................................... 11 4.4 宽带接入技术 ................................................. 12 第五章 NGN 体系的技术发展方向 ........................................ 12 5.1 向融合网络演进 ............................................... 12 5.2 实现可管理的 IP 网络框架....................................... 12 参考文献............................................................. 13

第一章 NGN 的基本概念及特点

1.1 NGN 是业务独立于承载的网络

2004年2月,ITU-T对下一代网络(NGN)做出了如下的定义:NGN是一个分组网络, 它可以提供包括电信业务在内的多种业务;它能够利用多种带宽,具有QoS控制能力, 能够实现业务功能与底层传送技术的分离;它使得用户可以自由接入不同业务提供 商的网络,并支持通用移动性,实现用户使用业务时的一致性和统一性。 NGN的主要特点是能够为公众灵活地、大规模地提供以视讯业务为代表,包含话 音业务和互联网业务在内的各种丰富业务。一般来说,NGN主要有如下特征。 传统电话网的业务网就是承载网,很难开展新业务。NGN允许分别提供和独立发 展业务与网络,提供灵活有效的业务创建、业务应用和业务管理功能,支持不同带宽 的、实时的或非实时的各种多媒体业务,使业务和应用的提供更为灵活,从而满足用 户不断增长的对新业务的需求,也使得网络具有可持续发展的能力和竞争力。

1.2 NGN 采用分组交换作为统一的业务承载方式

传统的电话网采用电路(时隙)方式承载话音,虽然能有效传输话音,但是不能有 效承载数据。NGN的网络结构对话音和数据采用基于分组的传输模式,采用统一的协 议。NGN把传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件,它们通过标准的开放接 口进行互联,使原有的电信网络逐步走向开放,运营商可以根据业务的需要,自由组 合各部分的功能产品来组建新网络。部件间协议接口的标准化可以实现各种异构网 之间的互通。

1.3 NGN 是提供多媒体流媒体业务的多业务网络

当前电信网业务主要还是话音业务。 数据业务虽然已超过话音,但是在盈利方面 还有待提高。 大规模并发流媒体以及互动多媒体业务是当前宽带业务的代表,因此仍

然以话音和传统互联网数据业务为主的NGN是没有意义的,NGN必须在服务质量以及 网络安全等保障下提供多媒体流媒体业务。

第二章 NGN 标准的研究进展

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 网络的全部内容,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,在这些领域的研究成果对NGN起着 重要的作用。 目前NGN还处在标准化阶段,国际上主要有两大标准组织在进行NGN相关标准的 制定———ETSI的TISPAN和ITU-T的下一代网焦点组(FGNGN,Focus Group over Next Generation Network)。 TISPAN首先提出了NGN的体系架构和网络功能实体模型,并且 直接影响到FGNGN的相关标准.目前两个组织的工作进度已经相差不大,2005年底之 前TISPAN将发布Release 1版本,ITU-T将发布相应的FRA(Functional Requirements and Architecture of the NGN)。ITU-T作为传统的制定国际性电信标准的组织,对 电信业影响非常大,但TISPAN的影响也不仅仅局限在欧盟的范畴,并且已经在中国和 国际上产生了重大的影响。总的来看,TISPAN的工作进程相对较快,研究重点已经从 体系架构转移到了接口协议上,而FGNGN目前的工作还主要集中在FRA上。

2.1ITU-T NGN 标准化情况

在ITU-T中研究NGN的研究组有SG13、SG11、SG15、SG16和SG19,FGNGN是ITU为了 加快NGN研究而于2004年5月成立的一个临时性的工作组,隶属于SG13,主要从业务需 求、体系架构、服务质量、控制和信令能力、安全、网络演进、未来基于分组的网 络这7个领域进行研究,而传送、管理、协议、终端等内容由其它研究组进行研究。 FGNGN已经在2005年11月14日至17日的第9次会议后正式结束,后续NGN研究工作 将在SG13的主导下完成,并且成立了NGN-GSI(Global Standards Initiative)协调

SG13、SG11、SG16等工作组之间的NGN标准化工作。

2.2 ETSI TISPAN 标准化情况

TISPAN是ETSI于2003年9月专门成立的对NGN进行研究和标准化工作的组织。 TISPAN分为8个工作组,分别负责业务、体系、协议、号码与路由、服务质量、测试、 安全、 网络管理方面的研究和标准化工作,主要的研究领域又分成多个研究项目分别 进行,如NGN、FMMS(Fixed Multimedia Short message)、EMTEL(Emergency Telecommunication)、OSA(Open Service Access)等。 TISPAN是国际上成立较早的专门针对NGN进行研究的标准化组织,而且直接基于 3GPP Release6进行研究,在国际NGN标准方面已经产生了非常重要的影响。 在TISPAN第8次全会上,确定了最新工作计划。 会议经过讨论,确定TISPAN将分两 个Package发布Release 1的相关标准,其中所有关键部分 在2005年底的Package 1中发布,其余部分于2006年6月份在Package 2中发布。 在2005 年11月28日到2005年12月9日召开的TISPAN第9次全会上,主要的工作就是对Release 1中所涉及的标准进行进一步完善和修订,并且开始考虑Release 2阶段需要研究的 内容。目前TISPAN已经会议通过了140多份文档并即将颁布。 归纳起来,TISPAN在Release 1阶段所取得的主要成就包括以下几方面。 (1)确定了NGN总体架构 引出了NASS子系统、RACS子系统、PSTN/ISDN仿真子系统、IMS子系统以及其它 子系统等概念,清晰了NGN的研究条例。 (2)对各子系统进行了详细的描述 包括NASS子系统、 RACS子系统、 基于IMS的PSTN/ISDN仿真子系统,对这些子系统 中所涉及的功能实体、 各功能实体之间的关系,以及不同子系统之间的关系都进行了 详细规定。 目前对这些子系统的规定主要考虑ADSL这种接入方式。 对于IMS子系统采 用直接引用3GPP Release 7的方式,并且针对固定的特殊需求,对其中的功能实体进 行了简单的扩展,同时引出了IBCF、 IBGF、 IWF等功能实体,对IMS又进行了相对扩展。 (3)规定了各子系统之间的接口 由于时间关系,TISPAN在Release l版本没有规定子系统内部各功能实体之间的 接口,而主要对各子系统之间的接口进行了规定,包括Gq’接口(AF和RACS之间的接 口)、e5接口(UE和ARF/AMF之间的接口)、e2接口(NASS和业务控制子系统之间的接 口)、e4接口(NASS和RACS之间的接口)、e5接口(UAAF和UAAF之间的接口)、Ia接口

(SPDF和BGF之间的接口)、Rq接口(SPDF和A-RACF之间的接口)、Mp接口(MRFC和MRFP 之间的接口)、Mn接口(MGCF和TGW之间的接口)等。 (4)支持多媒体业务 主要针对PSS(PSTN/ISDN模拟)业务,在2005年底完成和发布的业务要求 有:OIP(Originating Identification Presentation)、OIR(Originating Identification Restriction)、 TIP(Terminating Identification Presentation)、 TIP(Terminating Identification Restriction)、ACR(Anonymous Communication Rejection)、MWI(Message Waiting Indication)、MCID(Malicious Communication Identification),CDIV(Communication Diversion)、CONF(Conference)、 ACRCB(Anonymous Communication Rejection)、ECT(Explicit Communication Transfer)。 (5)码号和路由 在号码和路由方面,提出了NGN中的码号、命名、寻址和标识。明确了ENUM服务 可以仅在运营商内部应用,而不一定需要和外部的DNS交互或整合。另外关于线标识 的问题,如果需要在运营商之间传递,则引出全球标识的问题,目前相关需求方面还 有待进一步研究。 (6)服务质量 目前对语音、视频、数据和文本的QoS都提出了相应的要求,并且还给出了关于 NGN QoS的框架和总体要求,包括对QoS的分类、架构和信令要求,内容相对较简单。 (7)测试 TISPAN还制定了一些测试用例,并进行了一系列测试来验证NGN相关功能的可行 性,目前正在进行的工作有SIP和ISUP的互通以及对一些补充业务的测试。 (8)网络管理 主要给出了OSS的要求和OSS的架构。在NGN方面,TISPAN和3GPP合作关系紧密; 作为ETSI统一管理下的两个标准化组织,它们之间又有着明确的分工。 如在核心网方 面,TISPAN主要在3GPP Release 6相关规范的基础上加以扩展来实现固定的特性。为 了实现固定和移动接入使用统一核心IMS的目的,IMS核心规范由3GPP进行维护;如果 需要对核心IMS进行扩展或修改,TISPAN则向3GPP提交修改请求。在3GPP正在制定的 Release 7版本的规范中,则大量采用了TISPAN NGN的研究成果以及所提交的文稿。 在安全方面,由TISPAN制定安全架构,3GPP负责规范具体实现。如果仔细看TISPAN的 文稿,存在大量对3GPP的参考、引用和修订。在会议组织形式上,TISPAN和3GPP除了 互相输出联络函之外,还定期和不定期地召开联席会议,对共同关心的问题进行探

讨。

2.3 TU-T FGNGN 和 TISPAN 标准化情况对比分析

FGNGN和TISPAN都在对业务、体系架构、服务质量、安全、信令等5个共同关心 的问题进行研究。所不同的是FGNGN从网络发展和承载技术角度出发,增加了演进、 未来基于分组网络两个领域的研究,而TISPAN则更多从网络运营和实用的角度增加 了编号和路由、 测试以及网络管理三个方面的研究。 从目前的研究进展来看,正是大 家普遍关心的业务、 体系架构、 QoS和安全这些问题,取得了较多的进展,也是文稿最 多的领域。

2.4 其它国际标准组织的标准化情况

除了ITU-T和ETSI之外,国际上NGN标准组织还涉及很多,其中比较重要的一个标 准化组织———IETF,主要负责SIP、IPv6、MPLS等技术研究。 目前,国际上NGN的标准化已经完成R1阶段的研究,即将进入新的研究周期—— —R2。相关标准和文件发布之后,将推动NGN产品制造和NGN网络的实施和商用。

第三章 NGN 的网络架构

目前国际NGN标准的研究重点之一是NGN的体系架构,不同标准研究组织提出的 架构也不尽相同,但是在NGN的结构方面欧洲的推进速度最快,相应的标准也具有实 施性,因此它的标准将会直接影响ITU-T的NGN的标准。 因此下面主要介绍目前TISPAN 对NGN的研究进展。 TISPANNGN的功能结构包括业务层和基于IP的传送层。 业务层包括下列部件: ·资源和接纳控制子系统(RACS); ·网络附着(Attachment)子系统(NASS);

图1 TISPANNGN的结构

·IP多媒体子系统(IMS); ·PSTN/ISDN仿真子系统(PES); ·其它多媒体子系统(例如流媒体子系统、广播子系统等)和应用; ·公共部件(即几个子系统共用的部件),例如计费功能、用户清单管理、安全管 理等。 传送层在网络附着子系统及资源和接纳控制子系统的控制下,向TISPAN NGN终 端提供IP连接性,这些子系统隐藏了IP层下使用的接入和核心网的传送技术。 这些子 系统可以分布在网络/业务提供者域,例如网络附着子系统可以分布在拜访和归属网 之间。图1给出了TISPANNGN的结构。

第四章 支撑 NGN 的主要技术

要实现NGN定义中所描述的增强功能以及业务需求,NGN需要得到许多新技术的 支持。目前大家普遍认可的NGN相关技术是:采用IMS实现端到端的业务控制;采用IP 技术承载各种业务,实现三网融合;采用多协议标签交换(MPLS)实现IP层和多种链路 层协议(ATM/FR、PPP、以太网,或SDH、光波)的结合;采用光传输网(OTN)和光交换网 络解传输和高带宽交换问题;采用宽带接入手段解决 “最后一公里” 的用户接入问题。 因此,可以预见实现NGN的关键技术是IP多媒体技术、高速路由和交换技术、大容量

光传送技术和宽带接入技术。其中IP多媒体技术是NGN的核心技术。

4.1 IP 多媒体技术

IMS是目前业界公认的NGN中多媒体业务控制和网络融合平台。IMS是3GPP在 Release 5版本中提出的支持IP多媒体业务的子系统,在Release 6版本中得到了进一 步完善;其核心特点是采用SIP协议,具有分布式特点、 接入无关的特性和标准开放的 业务控制接口。 各标准组织都很重视IMS,3GPP在Release 7中继续发展IMS,引入其它 接入方式;3GPP2认同了IMS的架构;ETSI的TISPAN确定了基于IMS的NGN网络架构,目 标锁定固定移动融合(FMC);ITU FGNGN同样采纳IMS技术,如出一辙地演绎固网移动 融合。

4.2 高速路由和交换技术

高速路由器处于NGN的传送层,实现高速多媒体数据流的路由和交换,是NGN的交 通枢纽。NGN的发展方向除了大容量、高带宽的传输/路由/交换以外,还必须提供大 大优于目前IP网络的QoS。IPv6和MPLS提供了这个可能性。 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。 MPLS是一种将网络第三层的IP选路/寻址与网络第二层的高速数据交换相结合 的新技术。 它集电路交换和现有选路方式之优势,能够解决当前网络中存在的很多问 题,尤其是QoS和安全性问题。

4.3 光传送技术

NGN需要更高的速率,更大的容量。 到目前为止,能够看到并能实现的最理想的传 送媒介仍然是光。因为只有利用光谱才能带来充裕的带宽。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。 只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络发

展,即从环形网向网状网发展、 从光-电-光交换向全光交换发展。 智能光网络在容量 灵活性、成本有效性、网络可扩展性、业务提供灵活性、用户自助性、覆盖性和可 行性等方面,比点到点传输系统和光联网具有更优越的性能。

4.4 宽带接入技术

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, 其中最主要的有高速数字用户线(VDSL)、基于以太网无源光网(EPON)的光纤到家 (FTTH)、自由空间光系统(FSO)和无线局域网(WLAN)等技术。

第五章 NGN 体系的技术发展方向

5.1 向融合网络演进

随着网络技术的不断成熟,未来的多网融合架构将真正成为统一开放的网络架 构,以IMS作为主要的会话控制和业务提供网络,提供宽带终端、窄带终端、移动/无 线终端等多种终端接入能力,提供无所不在的、 始终如一的终端、 用户和业务的移动 性,提供开放的业务能力,提供结合宽带数据、多媒体以及IT领域丰富企业应用能力 的多种业务。届时,原有的网络界限将不复存在。

5.2 实现可管理的 IP 网络框架

随着IP网络技术的发展,IP网络在网络资源的复用能力、 组网的灵活性和扩展性 等方面具有巨大优势。同时,随着基于IP网络技术的Internet的普及,在IP网络上承 载包括话音和视频的多媒体业务成为明确的发展趋势。这些业务的流量主要是连续 媒体流,而且通常具有交互性。要在IP网络上承载这些业务,需要满足电信级的性能 和可靠性要求以及可运营、 可管理的需求,电信运营商作为业务提供者要能够收取业 务费用、同时为服务性能提供承诺。

参考文献

[1] 张秋艳. 浅谈 NGN 的发展现状及趋势[J]. 科技资讯. [2] 俞 敏. 浅谈 NGN 技术[J]. 黑龙江科技信息. [3] 卢郅睿. 下一代网络(NGN)的关键技术——软交换[J]. 价值工程.

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