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高速电信网络系统的结构

2/14/2005来源:光纤通信人气:12060

高速电信网络系统的结构
随着数据网络的商业用户和Internet用户的飞速发展,网络运营商试图构建一种在公共平台上支持多种业务的网络,即在单一网络平台上集成话音、视频和数据业务,此外,目前许多企业还希望在公共承载网络上开设虚拟专用网络。

任何网络均由接入、交换、传输和网络控制/管理四部分组成,这四个部分的综合是构建综合平台的基础,这是一个理想化和最终发展目标。就目前而言,一个以支持数据业务为核心的网络如图1所示,网络可由以下设备构成:

接入层:在用户端支持多种业务的接入,由于接入环路成本昂贵以及期望局端/用户业务接入接口的单一化,接入设备应能向上连接高速传输线路,向下支持多种业务的接口。这样的接入设备具体有支持PPP协议的综合接入设备IAD(Integrated access Device)、通过数字用户线接入复用器DSLAM(Digital Subscriber Line Access Multiplexer)的ASDL接入设备以及第3代无线接入设备。

传输层:面向用户端支持透明的TDM线路的接入,在网络核心提供大带宽的数据传输能力,并替代传统的配线架,构建灵活和可重用的长途传输网络。传输层设备包括用于低速率接入和会聚的异步分叉设备(ADM-Asynchronous De-Multiplexer)和用于速率静态交换的数字交叉连接设备(DCS-Digital Cross System)。

媒体层:这里采用媒体层,而不是综合网络体系中的“交换层”,是因为IP数据网络的核心设备采用路由器,虽然逐步引入第2层交换能力,但毕竟和交换机是有区别的,故不拟采用交换机的提法。 这里媒体层主要指网络为完成端到端的数据传输进行的路由判决和数据转发的功能。它是网络的交换核心,目的是在传输层基础上构建端到端的通信过程,这里可能包括的技术有ATM和IP。具体设备分成网络核心单元(交换机)和异种网络互连单元(网关)。其中,交换设备又可细分为支持各种媒体接入的媒体交换机(MSW-Media switch)和用于长途传输的骨干交换机(CSW-Core switch),实际网络中交换机也可由直接支持第3层功能的路由器或具有2/3层功能的交换路由设备替代;网关则又划分成完成相应功能的各种设备,如数据网关(DGW-Data gateway)、接入网关(AGW-Access gateway)、中继网关(TGW-Trunk gateway)和无线网关(wireless gateway)。

控制层:用于媒体层的网络设备的控制,在传统电信网络中由No.7信令支持网络控制操作;但在IP网络中,协议框架中控制能力比较弱,因此需要额外的设备完成类似信令网络的功能,这里包括支持不同网络信令互通的信令网关(SGW-Signaling gateway)、用于控制媒体交换机的媒体网关控制器(MGC-Media Gateway Control)以及用于加强广域网中基于QoS路由选择的路由控制器(RC(Routing Controller)。

业务层:在电信网络环境中,通过智能网络平台提供各种增值服务;而在多媒体网络环境中,也需要相应的业务生成和维护环境,即业务执行节点(SEN-Service Execution Node)。

注意,图1中传统网络和数据网络互联互通时,信息传输和信令传输分别在不同层次上进行交流,这和网络分层概念是相符合的。

现有高速数据网络的构建尚处于传输层和媒体层,主要完成网络物理平台的构建,侧重于高速网络的传输和交换平台。高速网络的构建包括骨干网络和边缘接入,其中骨干网络包括网络高速自愈能力和端到端交换能力,而接入网络则需支持多种媒体接入。接入网部分除了直接用户的接入,另外还可作为与其他网络的网关接入。随着Internet网络的普及并逐步过渡到其他网络的汇接网络,网关接入其他网络的功效将引起人们的重视。

控制层和网络业务层作为网络的逻辑控制体系,应能支持新业务的引入和构成,但目前这方面尚处于非常薄弱状态,只能实现如何与其他网络的互联互通的功能。这是因为传统的IP网络主要支持基于站点的各种服务,如WWW、FTP和电子邮件等,但随着人们对Internet业务的期望以及高速IP网络的建设,将引入诸如话音和视频等信息服务,Internet网络也将逐步转化成一个电信级的运营网络,这就要求网络逐步从“无政府”状态向可控制、保证质量的状态转化,这就要求网络在不同层次上作相应的改进。特别是在控制层和网络业务层,应在网络控制体系增加各种网络设备的环境中,能够更方便地提供各种策略服务、完备的用户管理,而这些服务和管理本身的工作难度和复杂度可能会超过网络本身支持业务的复杂度,对应网络的开销也是如此,有关这方面的许多问题还处于研究阶段。在IP网络协议并不完善的今天,为满足这方面的需求,不同的厂商也提出了有限解决方案。我们认为,传统电信网络虽然在其媒体层上运作方式和高速IP网络有所不同,但在网络管理和业务实现,甚至许多控制方法方面值得高速IP网络平台借鉴。

媒体层和传输层网络结构

数据网络的媒体层和传输层作为物理骨干平台,20年前产业界就期望将多种类型的业务合成,可在单一平台上传输单一流,人们提出基于ATM的综合业务数字网络(B-ISDN),将音频、视频和数据信息转化成ATM信元承载格式,以便通过SDH网络传输。时至今日,网络期望的业务种类和运作模型均有所不同,应重新评估基于ATM的B-ISDN网络。与此同时,几乎所有桌面的计算机均支持以太网络和IP协议,而在企业网络环境中,ATM技术并不支持端到端通信过程,另外,帧中继技术仍然是目前支持广域数据的主要接入方式。因此,在新的网络体系构架中必须考虑到IP业务的支持,图2给出了目前可能的,由若干种网络组成的技术方案。

图2给出的若干功能设备和实际产业界推出的设备可能有所不同,如有些厂商推出的ATM交换机是ATM传输设备,而有些厂商的IP设备实际上是ATM和IP的混合设备。图2中给出不同层次的网络设备的功能和相应局限性。

网络层提供端到端的传输路由,在多跳通信网络中,为实现从发送端将信息传送到接收端,网络层的路由设备必须能够在网络中根据通信过程的需求,建立一条传输路由。IP路由器充分体现了现有Internet网络工作准则:网络协议可自动适配网络拓扑的变化、网络协议开销比较大,适合中低速数据传递、无连接工作方式限制了Internet支持连续媒体信息的传输。1997年后,IETF提出了一系列协议用于改善Internet网络的服务质量问题,但是无连接的工作模式导致通信过程中信息传输路由根据网络拓扑状态的变化而变化,这样在网络中很难进行资源预留、流量控制以及接入控制等操作。Internet网络若想支持实时连续媒体通信必须改变整个运作框架。可以看到,Internet协议的最大优势在于广泛的互联性,这意味着基于现有的IP路由设备无法建立多业务传输平台。

链路层支持网络中相邻节点间信息的可靠传输,链路层的网络设备是交换机,如ATM交换机和帧中继交换机。但是,ATM技术的定位主要来自其运作的机制,ATM技术综合电路交换和分组交换技术,迄今为止,还没有比ATM在传输、交换和复用等方面更先进的技术。虽然广域网络中的分组交换、DDN网和帧中继网络在不同层次上可以支持不同数据率的通信业务,但实际上各种网络目前都已经不堪重负,市场迫切需要更强大的通信网络支持计算机通信。

物理层主要支持比特流的传输,在大容量数据传输中保证传输的可靠性,网络出现线路和设备故障时,能够在50ms范围内实现无中断的线路切换。这和OSI协议层的物理层的功能是不完全相同的,另外在物理层还需支持丰富的网络管理和控制信令传送通道。在目前环境下, SDH是在物理层提供可靠通信的设备。

光纤层用于实现以往常规光缆/电缆所不能提供的高速传输能力,例如,目前在光纤上采用多波长复用方式提供多达400Gb/s传输能力,甚至太比特级传输速率。但是,目前DWDM传输还只限于点到点的传输,在光层上未能实现强有力的自愈网络和未能提供强大的管理和控制能力。

根据以上的分层网络分析,重新估计图2给出的6种组网方式,如表1所示。

显然,越来越多的新兴网络运营商更看重IP市场,IP市场包括了Internet上网访问业务以及基于传统数据网络的IP业务互联。其中,前者面向将来的业务服务市场,而后者则占现有数据市场的绝大多数份额,代表了商业社会的网络应用。因此,网络运营商期望能在IP路由设备增加ATM的QoS机制和SDH的自愈保护功能,大幅度降低网络构建和运维成本,从而增加其在市场上的竞争能力。

业务层和控制层网络

随着运营商之间的竞争日益加剧,营运的费用和设备的投资同样受到网络运营者的关注。传统的数据网络未能支持类似于电话网络完备的管理和控制功能,在新兴的综合网络中有关控制和业务生成/管理的功能层是必不可少的。目前,网络运营商和设备提供商正在协同制定有关的标准,期望在水平方向将原有的集中交换机功能扩展到数据网络核心的交换和路由设备,从网络分层的垂直方向将相应的业务功能生成环境控制操作分布于媒体层和业务层相应设备中。从而可简化业务流量控制并优化网络中的用户操作。图3给出了在PSTN和IP网络间的网络视图。基于分组的高速IP网络可提供网络、传输和终端用户间的协议转换、网络和业务的管理以及与传统通信网络的互联互通。

在媒体层和传输层将融入更多的现有网络结构,同时逐步过渡到统一的交换和传输平台;特别在媒体控制层和业务生成层将引入更多的网络控制单元和业务生成单元,并能和现有的智能网络平台更好地融为一体,以提供电信的管理和服务。图中的网关完成IP网络和PSTN网络的信息传输转换功能,关口设备通过媒体网关控制协议(MGCP)完成多个网关的管理,并支持点到点的呼叫控制过程,关口的业务管理中心(SMC)模块完成各种网络增值业务,并通过信令网关(SGW)和智能网络平台连接,提供功能更强大的附加业务。业务控制点(SCP)和信令交换点(SSP)均归属于电信的智能网络平台,其中SCP执行由业务生成环境(SCE)生成的数据驱动的代码程序,这些程序将完成特定业务流程;SSP实现对具体交换设备的业务控制和操作以及信令采集。所有网络中各种设备的控制均可由SMC和网管中心(NMC)通过SNMP协议予以完成。另外,网络整体的安全性可通过各个平台的防火墙予以保证。

高速电信级数据网络体系结构主要是以电信级IP网络为主要目标,有关各层次的技术正在逐步成熟,许多标准化组织正在推出相应信令和业务生成环境的协议。可以预测,将来的通信网络不是一个完全脱离于现有技术的实体,而是能够很好地融合现有各种技术和各种网络的综合性网络。