下一代網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)及相關(guān)問題的研究

1.引言
隨著網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的演變和寬帶技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向下一代網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)勢(shì)不可擋。下一代網(wǎng)絡(luò)將具有更廣闊的業(yè)務(wù)范圍。其主要目標(biāo)是：支持實(shí)時(shí)的多媒體業(yè)務(wù)，縮減服務(wù)投向市場(chǎng)的時(shí)間，支持多種接入方式和多種接入終端，支持移動(dòng)性，確?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)以及具有經(jīng)濟(jì)、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
目前，許多國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織均積極參與研究下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，特別是ITU-TSG13研究組，牽頭立項(xiàng)NGN2004Project來研究NGN相關(guān)技術(shù)。2002年11月在日內(nèi)瓦召開的2001－2004研究期會(huì)議上，下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)又成為會(huì)議討論的熱點(diǎn)，與會(huì)期間不但組織了NGN的專題研討會(huì)，還與特別研究組(SSG)召開了聯(lián)合研討會(huì)，取得了多項(xiàng)研究成果，包括分析了NGN的特點(diǎn)，提出了NGN的功能模型，分析了NGN對(duì)移動(dòng)性的要求，以及分析了NGN需要研究和解決的問題。
2.下一代網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
下一代網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)很廣義的范疇，旨在改革現(xiàn)有電信網(wǎng)和信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施，以支持更廣泛的業(yè)務(wù)，其特點(diǎn)是：
基于分組傳輸平
呼叫控制與承載相分離；
支持各種業(yè)務(wù)；
可與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)互通；
支持移動(dòng)性
3.NGN的功能模型
下一代網(wǎng)絡(luò)功能模型如圖1所示，包含四個(gè)層面，每個(gè)層面又可包含子層或其它部分。不同平面之間可以互相通信，具體如下：
－應(yīng)用平面：由應(yīng)用和中間件兩部分組成。其中中間件是GII定義的一些通用軟件。典型的中間件組件如鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)、目錄、安全、瀏覽、查找、導(dǎo)航、格式轉(zhuǎn)換等。應(yīng)用平面不僅向大眾用戶提供服務(wù)，還向運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)和業(yè)務(wù)提供者提供服務(wù)支撐。
－網(wǎng)絡(luò)控制平面：提供端到端的呼叫/會(huì)話控制，對(duì)底層自動(dòng)交換傳送網(wǎng)絡(luò)(ASTN)的控制以及信令處理功能。
－傳輸平面：包含網(wǎng)絡(luò)的下三層功能，第一層的交換和傳輸，二層的轉(zhuǎn)接和交換以及三層的交換和/或路由功能（可選）。
－管理平面：提供遠(yuǎn)程和本地管理能力。
此外，NGN體系還需具備與現(xiàn)有的電路交換網(wǎng)互通的互通功能(IWF)。

圖1NGN功能模型
4.NGN網(wǎng)絡(luò)需要分析和解決的問題
4.1NGN通用框架模型
研究NGN通用體系原則,以體現(xiàn)NGN中控制功能與資源、業(yè)務(wù)和傳送等分離的特性。研究NGN網(wǎng)絡(luò)功能體系模型，該模型將提供如何應(yīng)用功能性方法定義NGN功能體系的準(zhǔn)則。
4.2NGN網(wǎng)絡(luò)功能體系和協(xié)議
重點(diǎn)考慮使用通用的參考模型來標(biāo)識(shí)運(yùn)營(yíng)商內(nèi)或運(yùn)營(yíng)商間支持NGN所需要的通信流程；定義與傳統(tǒng)終端所需要的互通功能；定義BICC協(xié)議用于中繼層面；確定跨越異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)如何支持端到端業(yè)務(wù)、呼叫控制和用戶移動(dòng)性；規(guī)定NGN終端中有關(guān)軟件升級(jí)機(jī)制、冗余和版本協(xié)商和管理的功能要求等。
4.3服務(wù)質(zhì)量問題
QoS是一個(gè)端到端的問題，主要研究不同端系統(tǒng)如何實(shí)現(xiàn)端到端QoS的協(xié)商，定義上層協(xié)議控制低層的QoS參數(shù)，以及傳送平面和接入平面的QoS保證措施。其中控制層面對(duì)低層的QoS控制又得從兩個(gè)層面來實(shí)現(xiàn)：一是通過上下平面之間的“垂直”協(xié)議將上下層之間的QoS機(jī)制聯(lián)系起來，另外就是在“水平”層面實(shí)現(xiàn)不同域或網(wǎng)絡(luò)之間的QoS控制和協(xié)商。總體來說，研究的內(nèi)容主要包括：
端到端電話業(yè)務(wù)的QoS等級(jí)；
端到端多媒體業(yè)務(wù)的QoS等級(jí)，定義其框架，研究QoS注冊(cè)方法；
如何使用網(wǎng)絡(luò)低層的QOS機(jī)制獲得高層QOS對(duì)低層QoS機(jī)制的研究；
研究運(yùn)營(yíng)商間網(wǎng)絡(luò)低層QOS控制機(jī)制；
研究QOS的端用戶規(guī)則。
4.4業(yè)務(wù)平面
NGN很重要的一個(gè)方面就是將業(yè)務(wù)控制和底層網(wǎng)絡(luò)分離，要實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，需要業(yè)務(wù)平面向三方業(yè)務(wù)提供商提供開放的接口，如ParlayAPI和/或代理服務(wù)器，此外，業(yè)務(wù)必須能夠支持位置移動(dòng)性，即當(dāng)用戶漫游到其它網(wǎng)絡(luò)時(shí)仍然可以享受服務(wù)。具體研究?jī)?nèi)容包括：
定義業(yè)務(wù)控制體系結(jié)構(gòu)；
研究如何實(shí)現(xiàn)漫游時(shí)的業(yè)務(wù)使用，以及不同網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)互聯(lián)。
研究如何實(shí)現(xiàn)用戶對(duì)業(yè)務(wù)的定制和管理；
用戶移動(dòng)性對(duì)業(yè)務(wù)平面的影響。
4.5網(wǎng)絡(luò)管理
由于NGN網(wǎng)絡(luò)由固定網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)、IP網(wǎng)和接入網(wǎng)等組成，這導(dǎo)致了對(duì)這樣網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管的復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性，因此應(yīng)研究完善和增強(qiáng)核心網(wǎng)絡(luò)管理的體系；定義適用于NGN要求（故障管理、性能管理、客戶管理、計(jì)費(fèi)/帳務(wù)管理、業(yè)務(wù)量和路由管理等）的基本網(wǎng)絡(luò)管理業(yè)務(wù)和接口；應(yīng)用新的網(wǎng)絡(luò)管理體系概念和新的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，例如TML等。
4.6安全
在NGN網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)安全關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)體系、QoS、網(wǎng)絡(luò)管理、移動(dòng)性、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)和帳務(wù)系統(tǒng)，因此有必要開發(fā)NGN的安全性體系和安全性導(dǎo)則，以及開發(fā)NGN所需的安全性協(xié)議和API接口。
4.7廣泛移動(dòng)性（Generalizedmobility）
廣泛移動(dòng)性是指當(dāng)用戶采用不同的接入技術(shù)時(shí)將作為一單個(gè)客戶來處理，允許用戶跨越現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)邊界使用和管理他們的業(yè)務(wù)。對(duì)用戶的移動(dòng)性要求包括：用戶有能力改變接入點(diǎn)或終端，并作為mobile/nomadic用戶；用戶可以應(yīng)用各種接入技術(shù)從任何網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)接入到網(wǎng)絡(luò)；用戶可以得到連續(xù)性的服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，這些業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可以由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、業(yè)務(wù)提供商或第三方提供。對(duì)于移動(dòng)性應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)能力以支持個(gè)人的移動(dòng)性、終端的移動(dòng)性以及他們的組合。為了支持上述要求，ITU在NGN的研究中，應(yīng)充分考慮業(yè)務(wù)的需求，要求網(wǎng)絡(luò)具有識(shí)別（Identification）和認(rèn)證（authentication機(jī)制、接入控制和授權(quán)（Authorization）功能、位置（Location）管理、支持終端或會(huì)晤（session）的IP地址分配和管理功能、支持用戶VHE管理功能、支持用戶管理功能等。

5.NGN網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性問題研究
現(xiàn)今的網(wǎng)絡(luò)，不論是移動(dòng)網(wǎng)還是固定網(wǎng)均在向基于IP的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，以支持多媒體業(yè)務(wù)。隨著網(wǎng)絡(luò)能力的提高，用戶可享受的服務(wù)越來越多，一種發(fā)展趨勢(shì)是不論通過何種技術(shù)手段訪問網(wǎng)絡(luò)的用戶均應(yīng)得到相同的服務(wù)，這種情況在固定接入網(wǎng)中屢見不鮮，如XDSL，有線電纜接入等。然而，就目前看來，網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶仍然區(qū)分對(duì)待，不同用戶使用不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體系并且不能互通，這對(duì)于希望以最便捷方式在不同接入技術(shù)的網(wǎng)間移動(dòng)的用戶來說是個(gè)嚴(yán)重缺陷。未來服務(wù)提供的關(guān)鍵一步就是為用戶提供穩(wěn)定可靠的服務(wù)，即當(dāng)用戶使用不同的接入技術(shù)時(shí)被作為同一個(gè)實(shí)體對(duì)待，使他們可以跨越當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)界限始終如一地享用所需服務(wù)。
目前，用戶可以在結(jié)構(gòu)相同的公共無線接入網(wǎng)中漫游，而在固定網(wǎng)中漫游則受到很大限制，移動(dòng)性只適用于同類網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需要未來能實(shí)現(xiàn)用戶在不同的固定接入網(wǎng)和公共無線接入網(wǎng)間的移動(dòng)(例如從UMTS到WLAN)，并且可獲得相同的服務(wù)，要實(shí)現(xiàn)此目標(biāo)，需要實(shí)現(xiàn)各種接入手段的互操作性以及核心網(wǎng)互操作性，現(xiàn)在已有一些關(guān)于具體的互操作性的文章，例如WLAN_--UMTS，但還沒有全球化。

1)各種接入手段的互操作
未來網(wǎng)絡(luò)要想提供自由廣闊的服務(wù)環(huán)境，關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)各種接入技術(shù)的協(xié)調(diào)共存，解決各種不同技術(shù)之間的互聯(lián)以獲得互操作性，以及在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)集成。目前，主要考慮的接入系統(tǒng)包括以下幾種：
各種公共蜂窩系統(tǒng)，如W-CDMA，CDMA-2000，GPRS等。
與移動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無縫連接的固定接入網(wǎng)，包括XDSL，有線電纜，各種窄帶接入以及WLAN等。

數(shù)字音訊廣播(DAB)
以上各個(gè)系統(tǒng)使用的接入技術(shù)和帶寬能力均不相同，因此不可能期望某個(gè)多媒體終端同時(shí)支持各種接入，但用戶可通過多種終端訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，要實(shí)現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境下的移動(dòng)性除了支持用戶移動(dòng)性外，還應(yīng)支持業(yè)務(wù)的移動(dòng)性。一般來說，用戶對(duì)移動(dòng)性的要求包括：
用戶可改變接入點(diǎn)或終端，不過此功能僅適用于有移動(dòng)或漫游權(quán)利的用戶。
用戶可從任一節(jié)點(diǎn)訪問網(wǎng)絡(luò)，這需要網(wǎng)絡(luò)具備一定的認(rèn)證能力。
用戶可得到始終如一的服務(wù)，不過可能受限于用戶當(dāng)前所在位置，因此需要網(wǎng)絡(luò)提供者和業(yè)務(wù)提供商之間的配合。
網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)甚至第三方的業(yè)務(wù)和應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)知道用戶是否可用和可達(dá)。
2)服務(wù)水平
下面列出了移動(dòng)性應(yīng)考慮的幾種服務(wù)水平：
個(gè)人和終端的移動(dòng)性：
個(gè)人移動(dòng)性是指用戶可改變其終端；而終端移動(dòng)性是指用戶與他的終端一起移動(dòng)。所謂用戶改變其網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，就是說在個(gè)人移動(dòng)性中，用戶改變位置或終端或接入技術(shù)，在終端移動(dòng)性中，用戶改變位置或接入技術(shù)，但保持同樣的終端。

游動(dòng)（Nomadism）
游動(dòng)給用戶隨其移動(dòng)可改變網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)，當(dāng)接入點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)，用戶的會(huì)話會(huì)中斷，之后再重新建立。

移動(dòng)性
移動(dòng)性即用戶可隨位置移動(dòng)而改變網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)并且不中斷當(dāng)前會(huì)話，不過在某些情況下可能有短時(shí)間的通話中斷。

漫游性
漫游性即用戶能夠在非歸屬網(wǎng)絡(luò)即訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
有人可能認(rèn)為上述要求只要通過對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行一些擴(kuò)展就可解決。下面舉例說明此觀點(diǎn)并不正確。例如，一個(gè)用戶通過ADSL方式接入網(wǎng)絡(luò)并鑒權(quán)通過，于是他開始進(jìn)行多媒體會(huì)話，過了一會(huì)兒，這個(gè)用戶轉(zhuǎn)換成UMTS接入并且也鑒權(quán)通過，于是又開始新的多媒體會(huì)話，由于在兩網(wǎng)中用戶信息是不同的，所以移動(dòng)性和穩(wěn)定服務(wù)就無法提供，并且兩種方式下需要不同身份、登錄和密碼的鑒權(quán)，而且由于XDSL接入方式“永遠(yuǎn)在線”的特性，使得即使用戶在用UMTS方式通信，仍然占用系統(tǒng)資源，從而導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。如果可支持應(yīng)用漫游功能和多接入的單用戶信息，則可簡(jiǎn)化跨網(wǎng)接入的認(rèn)證、鑒權(quán)和仲裁等功能。

3)移動(dòng)性對(duì)NGN網(wǎng)絡(luò)的要求
要實(shí)現(xiàn)更加透明的固定-無線寬帶通信以及跨越不同接入技術(shù)的移動(dòng)性需要對(duì)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)做出重大變革，進(jìn)一步擴(kuò)展控制層的網(wǎng)絡(luò)功能，主要包括：
認(rèn)證和鑒權(quán)機(jī)制
從用戶的角度來看，為了避免控制機(jī)制的重復(fù)，可認(rèn)為此項(xiàng)功能在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的認(rèn)證和鑒權(quán)機(jī)制中已有定義。
接入控制和鑒權(quán)功能
鑒權(quán)的結(jié)果決定是否接受用戶連接請(qǐng)求，下一步便是使接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)適應(yīng)移動(dòng)用戶，包括用戶連接的QOS水平，該水平由用戶情況和接入網(wǎng)的技術(shù)限制決定。
位置管理
位置管理包括網(wǎng)絡(luò)位置和地理位置的管理。
IP地置分配和管理
解決方法是之一是讓用戶使用固定的IP地址，這就需要有專門的移動(dòng)性管理方案來授予用戶的本地IP地址.
用戶環(huán)境管理
用戶環(huán)境定義為整個(gè)“接入網(wǎng)+終端”。用戶環(huán)境決定了移動(dòng)用戶獲得服務(wù)的范圍。這項(xiàng)功能的作用是把主要的用戶環(huán)境特征抽象成數(shù)據(jù)，以用于為移動(dòng)用戶提供相關(guān)的服務(wù)。這項(xiàng)功能對(duì)于在不同類環(huán)境之間操作顯得很重要。因?yàn)橥惌h(huán)境對(duì)于所有用戶內(nèi)涵相同，也就不需要這樣的數(shù)據(jù)。NGN更廣闊的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使得不同類環(huán)境之間的操作愈來愈多。這項(xiàng)功能實(shí)現(xiàn)了虛擬歸屬環(huán)境的第一步，即確定了用戶環(huán)境的特征，使得服務(wù)與當(dāng)前用戶環(huán)境相適應(yīng)。
用戶信息管理
以上功能都依靠一些用戶數(shù)據(jù)——個(gè)人數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和更新便是由用戶信息管理功能來完成。
接入用戶數(shù)據(jù) 
此項(xiàng)功能提供用戶數(shù)據(jù)的過濾，即限制某些訊問實(shí)體獲得某些用戶數(shù)據(jù)，從而保證用戶數(shù)據(jù)隱私。
4)NGN移動(dòng)性方面的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展
3GPP和3GPP2著重研究IMS演進(jìn)，它們所提供的移動(dòng)性管理只對(duì)它們自己的系統(tǒng)有效，要實(shí)現(xiàn)在3GPP和3GPP2之間的IMS接入，需在兩個(gè)多媒體系統(tǒng)之間進(jìn)行協(xié)調(diào)互通。
IETF正在研究移動(dòng)IP技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)路由器間的宏觀移動(dòng)性，但如何把移動(dòng)IP應(yīng)用于其它情況(如無線網(wǎng))是個(gè)值得考慮的問題。
ITU-T中的SSG負(fù)責(zé)IMT2000的協(xié)調(diào)和集中問題，且已開始撰寫要求。

7．結(jié)論
本文概述ITU－TNGN2004Project目前在NGN方面取得地研究成果和最新進(jìn)展情況，包括下一代網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和功能模型，下一代網(wǎng)絡(luò)需要分析和解決的問題，以及下一代網(wǎng)絡(luò)如何支持移動(dòng)性。
NGN是一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)，在此過程中有許多尚待解決的技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)體制方面的問題。隨著信息技術(shù)及設(shè)備的不斷改進(jìn)，用戶必將在未來的網(wǎng)絡(luò)中得到更廣泛、更高質(zhì)量的服務(wù)。