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新一代的电信网络

2/14/2005来源:电信网络人气:9877

佘其炯
引 言
  当前的通信行业正面临着巨大的变化,它们是:
  ——无处不在的ip
  ——数据业务的爆涨
  ——大容量的DWDM(密波分复用器)的问世
  ——IETF(Internet工程任务组)提出的IP over Everything 和 Everything over IP
  ——运营商以数据形式的业务收入持续增加,预计到2005年将会超过总收入的50%
  ——全球对通信管制进一步放松,行业竞争愈加愈烈,同时也给运营商带来更多的机遇
  ——用户对带宽和各种新业务的需求不断增长
  ——纷纷涌现的IDC(Internet数据中心)已从单纯的机房租用,主机托管,带宽租用等发展到保障网络安全,负载均衡等各种增值服务。
  ——运营商从过去传递信息转变为拥有信息
  上述这些因素将引起通信行业内的各种融合,引起新一代网络的产生和推动各种网络技术的发展。
通信行业的各种融合
  1技术融合
  ——电信,数据通信和计算机通信
  ——DWDM与IP
  ——电路交换的PSTN(公众交换电话网)与分组交换的数据网
  ——路由选择与交换
  ——ATM(异步传递模式)+IP以及MPLS(多协议标签交换)的融入
  ——核心设备中的IP接口与信元光纤
  2网络融合——向宽带迈进
  ——无线与有线
  ——固定与移动
  ——话音与数据
  3应用融合——分组化
  在IP网络上提供话音、数据、视频等综合业务。
  4供应商融合——为运营商提供全套解决方案
  ——数据通信与计算机供应商进入电信领域
  ——传统的电信供应商需要有数据公司融入
  以上的融合将使当今运营商分散的业务(图1)经营走向以分组为核心的综合经营。
  四层结构的新一代电信网络
  随着通信环境与用户需求的变化、随着通信行业面临的各种融合,传统的采用TDM(时分复用)技术的电路交换PSTN已不能适应,需要建立新一代的电信网络。新一代的电信网络层次结构应越来越简化及有利于各种业务的发展。
  四层结构的新一代电信网络的层次结构为接入层,传输和交换层,控制层和网络服务层,如图2示。
  1接入层——提供各种各样的接入手段,实现窄带/宽带,有线/无线等综合接入。
  2传输和交换层——将信息格式转换成能在网络上传送的信息格式,例如将话音信号分割成ATM信元和IP包、完成交换和路由选择。该层一般有媒体交换机,核心交换机,相应的网关(数据网关,中继线网关,无线网关,接入网关等),以及ADM(插分复用器)和DCS(数字交叉连接设备)供实施该层的交换与传输功能。
  3控制层——确定用户收到的业务,控制低层网元对业务流的处理,并提供开放的体系,标准的接口和协议。该层具有呼叫智能,以完成呼叫处理。该层内通常有信令网关,媒体网关控制器及路由控制器等。
  4网络服务层——处理业务逻辑,并可提供标准的应用接口(API)、支持第三方创建和生成业务。在呼叫建立的基础上为用户提供所需的各种服务。
  四层结构的新一代电信网络是立足于传输层和交换层的高效组合,业务与交换控制分离,使业务的发展而依赖于具体的网络设备,网络层次的演进发展不会影响已有的业务。其主要特点是:
  1开放式的网络结构体系
  ——将传统交换机的功能模块分离成独立的网络部件,各个部件可以按相应的功能划分,各自独立地运作。
  ——部件间的接口均采用标准的协议。
  开放的网络体系结构,使用户可以根据业务的需要,自己组合各部分的功能产品,组成网络。由于部件间协议的标准化,因而能实现不同网络间的网间互通。
  2业务驱动网络
  ——把业务与呼叫控制功能分离
  ——把呼叫与承载分离
  分离使业务真正独立于网络,灵活有效地实现业务的提供,做到用业务驱动网络。
3基于统一协议及分组的网络
  无所不在的IP要求网络要分组化,统一的IP协议使各种以IP为基础的业务都能在不同的网络上实现互通。流量控制,流量管理及各种应用均基于IP。移动化,分组化都在IP网上运行。
  IP+光纤的新一代电信网络
  随着IP技术及光传输技术的发展,新一代的电信网络将可进一步演进到网络层次更少、效率更高的由核心层、边缘层和接入层组成的IP+光纤网络。
  IP+光纤网络简化了中心网络,其核心层只管传输,可以说像一个最先进的傻瓜网,核心层中的DWDM使传输速率可达到太比特级。中心网络简化后,复杂的交换等工作交给边缘层处理,网络边缘智能化。
  IP+光纤新一代电信网络的主要特点是:
  1核心层采用光波路由器(入路由器),该路由器的交换颗粒是入(波长),以及大容量的DWDM。
  2边缘层采用交换与路由结合的大型交换路由器(LSR)及千兆比特交换路由器(GSR)。
  3狭带网成为大网的接入网。
  4有线与无线,固定与移动,话音与数据都基于IP的移动化和分组化。
  5电信运营商的PSTN,PLMN(公众陆地移动网),数据网的X.25(分组交换),DDN(数字数据网),FR(帧中继)/ATM,以及信息服务的Internet等各种业务都在DWDM SDH(同步数字系列)的光网络上传输。
  6大大简化了网络结构,用户网、电信网或其它专用网都可在IP层上互通,不必建立多个虚连接与虚电路。
支持新一代电信网络的几项技术
  1MPLS(多协议标签交换)
  新一代骨干网核心部分的方向是交换和路由选择相结合的交换式路由器。它将选路和交换集成在同一芯片上,工作在第四层(传送层),不仅把交换机的高速转发性能与路由器的广播控制功能结合起来,而且利用标签技术还能对不同的数据流进行不同的控制,确保优先级的流量优先转发。
  交换式路由器实际上把二、三、四层功能融为一体,由于在交换与路由间进行的是标签分配协议,所以又被称为标签交换的解决方案。
  MPLS是由IETF提出的一项标准。MPLS将标记交换发送模式与网络层路由器结合成一个整体,属于广域网的一种体系结构。
  MPLS的交换路由主要由LSR(标签交换路由器)实施,它的基础是交换极短的固定长度的‘ 标记’,而不是交换网络层的信息,如IP包,它把标记的帧转为ATM信元,类似于邮政编码,加快信件传递。
  MPLS的出现,使得能将ATM QOS(服务质量)保证的优点与IP网络的使用方便结合起来,充分发挥各自长处。MPLS使类似信令的标签用面向连接的方式支持像IP那样面向无连接的操作,引入了连接模式的特性。
  MPLS的主要特点是:
  ——能为IP网提供流量控制,确保某些业务流必要的带宽,最佳地利用链路和节点,平衡负载,增强QOS保证。
  ——加强了网络性能及路由功能,如显示路由功能,环路控制,组播和VPN(虚拟专用网)等。
  ——将路由、寻址,控制等集成在一起,使控制过程大大减化。
  ——使用ATM交换机支持MPLS时,使IP与ATM很好地结合的同时,还保护了已有交换设备的投资。
  MPLS是新一代网络的重要支持技术之一,但是为了更好地发挥作用,尚须对真正的端到端连接,公用ATM网络如何引入MPLS技术,以及互连互通等问题作进一步的研究与改进。
  2IP over ATM (IP/ATM/SDH/DWDM)
  众所周知,IP技术是由计算机网演变而来的,而ATM则是由电信网发展出来的。电信网主要用于传送话音信号,它是面向千家万户的公共网络,通常采用中央控制,面向连接,注重服务质量及合理的收费。计算机网主要是用来传送计算机数据,通常采用分布式的网络结构及无连接的网络技术,注重网络的可操作性和坚固性,而对延迟等的服务质量和网络可利用率等不提供保证。
  ATM网络适合于需要有严格的QOS保证和安全性好的商业骨干网。IP的无连接性带来了网络的简便,可操作性和坚固性,因此它适合于用户端的多业务接入。
  ATM网的主要缺点是开销大,网络复杂,成本高。IP的主要缺点是缺乏QOS保证及需研究专门的计费方案。
  因此,IP over ATM(IP/ATM/SDH/DWDM)是一个把IP和ATM两者优点相结合的方案,和上面提到了把MPLS引入到IP网的策略是同一思路。
  IP over ATM的工作过程是:IP信号通过ATM层到SDH层,然后到物理层,在干线网络中还可能经过DWDM层再到光纤。ATM层提供灵活应用所需的较细的颗粒性和流量控制以保证必要的QOS,SDH层提供比较快速的信道保护倒换和自动恢复。
  IP/ATM/SDH/DWDM的多层体系结构对实时业务有较完善的QOS措施,但其效率较低,尤其是对于无连接的业务开销大,成本较高。因此近来出现了各种简化方案。如IP over SDH省去了ATM层,提高了效率,IP over DWDM省去了ATM层和SDH层,使结构更为简单。
  IP over DWDM采用了高速路由交换设备,极大地提高了网络带宽,对不同码率,数据帧格式的业务提供全面支持。
  为了更好地采用IP over DWDM,支持新一代的电信网络尚须开发一个新的适配层来代替SDH层,以便提供成帧结构和必要的在线传输性能监视功能。
  3MPλS
  MPλS(多协议波长交换)将MPLS技术与波长路由器结合实现光波路由器,即传输节点与业务节点的综合,突破了传统电信网传输与交换安全分离的界限,它是IP+光纤网中核心层的主要组成部件。
  MPλS是开放的提供电路和波长的协议,它充分利用了已有MPLS的技术规范。MPλS是分布式可扩充的、达到了新一代的SDH,光交换机路由器都在一个平面上。
  4软交换
  软交换(Soft Switch)或又称呼叫服务器(Call server)。较交换是把传统交换机的功能按功能分解,控制功能由软交换完成,承载功能由媒体网关完成,信令功能由信令网关完成。
  由于较交换只涉及呼叫发起和接收的节点,简化了信令的结构和控制的复杂性,具有对网络业务接入技术和智能业务的开放性,因此它是新一代话音网络交换的核心。如果说传统的电信网络是基于程控交换机的网络,则新一代分组网络可以说是基于软交换(呼叫服务器)的网络。
现有的网络向新一代电信网络的演进
  以电路交换技术为基础的现有的电信网络如何向新一代以ATM/IP为基础的,网络层次减少的分组交换网络的过渡,可考虑采取以下两种方式:
  1并行(重叠)网络演进
  由于现有的电路交换网是以话音业务为主,并且在相当长的一段时间,话音业务仍是运营商的主要收入,因此需要让它独立地发展。对于日益增长的数据业务、IP业务、视频业务、多媒体业务,可以另建一个并行(重叠)的分组网(ATM/IP)来满足需求。两网间的业务通过网关实现互连互通,并可统一管理。随着业务发展及条件的成熟,逐步将电路交换网上的业务转移到分组网上,最终形成一个融合的网络。这种方式允许不同的网络按照各自的最佳方向独立演进,其基本立足点是网络和业务的融合。
  2混合网络演进
  根据业务发展及技术进步的水平,可研究开发一种新型的交换机,进一步改进电路交换网的性能,向混合网络演进。该新型交换机应能提供STM(同步传递模式),ATM和IP网络接口,支持ATM/IP业务的发展,便于网络向分组化演进,可以承载各种业务量。这种向分组网络演进的混合网方式,其基本立足点是节点融合。
  在现有电路交换网络(PSTN)与分组交换网络的融合中,在向形成可以传递话音、数据等综合业务的新一代网络的前进道路中,需要再次强调的是,作为话音网络交换的核心,软交换(呼叫服务器)是一个关键的网络产品。

佘其炯 主任高级工程师/教授。上海交通大学电信工程系毕业。长期在邮电部门工作,先后担任过主任、处长、副总及总工等职务。
摘自《通信市场》