下一代網(wǎng)絡體系結構及相關問題的研究

1.引言
隨著網(wǎng)絡體系結構的演變和寬帶技術的發(fā)展，傳統(tǒng)網(wǎng)絡向下一代網(wǎng)絡的演進勢不可擋。下一代網(wǎng)絡將具有更廣闊的業(yè)務范圍。其主要目標是：支持實時的多媒體業(yè)務，縮減服務投向市場的時間，支持多種接入方式和多種接入終端，支持移動性，確?，F(xiàn)有網(wǎng)絡的平滑演進以及具有經(jīng)濟、可擴展的網(wǎng)絡結構。
目前，許多國際標準化組織均積極參與研究下一代網(wǎng)絡技術，特別是ITU-TSG13研究組，牽頭立項NGN2004Project來研究NGN相關技術。2002年11月在日內(nèi)瓦召開的2001－2004研究期會議上，下一代網(wǎng)絡技術又成為會議討論的熱點，與會期間不但組織了NGN的專題研討會，還與特別研究組(SSG)召開了聯(lián)合研討會，取得了多項研究成果，包括分析了NGN的特點，提出了NGN的功能模型，分析了NGN對移動性的要求，以及分析了NGN需要研究和解決的問題。
2.下一代網(wǎng)絡的特點
下一代網(wǎng)絡是一個很廣義的范疇，旨在改革現(xiàn)有電信網(wǎng)和信息產(chǎn)業(yè)的基礎設施，以支持更廣泛的業(yè)務，其特點是：
基于分組傳輸平
呼叫控制與承載相分離；
支持各種業(yè)務；
可與現(xiàn)有網(wǎng)絡互通；
支持移動性
3.NGN的功能模型
下一代網(wǎng)絡功能模型如圖1所示，包含四個層面，每個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：
－應用平面：由應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、計費、目錄、安全、瀏覽、查找、導航、格式轉換等。應用平面不僅向大眾用戶提供服務，還向運營支撐系統(tǒng)和業(yè)務提供者提供服務支撐。
－網(wǎng)絡控制平面：提供端到端的呼叫/會話控制，對底層自動交換傳送網(wǎng)絡(ASTN)的控制以及信令處理功能。
－傳輸平面：包含網(wǎng)絡的下三層功能，第一層的交換和傳輸，二層的轉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)務和傳送等分離的特性。研究NGN網(wǎng)絡功能體系模型，該模型將提供如何應用功能性方法定義NGN功能體系的準則。
4.2NGN網(wǎng)絡功能體系和協(xié)議
重點考慮使用通用的參考模型來標識運營商內(nèi)或運營商間支持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；確定跨越異構網(wǎng)絡如何支持端到端業(yè)務、呼叫控制和用戶移動性；規(guī)定NGN終端中有關軟件升級機制、冗余和版本協(xié)商和管理的功能要求等。
4.3服務質量問題
QoS是一個端到端的問題，主要研究不同端系統(tǒng)如何實現(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。其中控制層面對低層的QoS控制又得從兩個層面來實現(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機制聯(lián)系起來，另外就是在“水平”層面實現(xiàn)不同域或網(wǎng)絡之間的QoS控制和協(xié)商?？傮w來說，研究的內(nèi)容主要包括：
端到端電話業(yè)務的QoS等級；
端到端多媒體業(yè)務的QoS等級，定義其框架，研究QoS注冊方法；
如何使用網(wǎng)絡低層的QOS機制獲得高層QOS對低層QoS機制的研究；
研究運營商間網(wǎng)絡低層QOS控制機制；
研究QOS的端用戶規(guī)則。
4.4業(yè)務平面
NGN很重要的一個方面就是將業(yè)務控制和底層網(wǎng)絡分離，要實現(xiàn)此目標，需要業(yè)務平面向三方業(yè)務提供商提供開放的接口，如ParlayAPI和/或代理服務器，此外，業(yè)務必須能夠支持位置移動性，即當用戶漫游到其它網(wǎng)絡時仍然可以享受服務。具體研究內(nèi)容包括：
定義業(yè)務控制體系結構；
研究如何實現(xiàn)漫游時的業(yè)務使用，以及不同網(wǎng)絡之間的業(yè)務互聯(lián)。
研究如何實現(xiàn)用戶對業(yè)務的定制和管理；
用戶移動性對業(yè)務平面的影響。
4.5網(wǎng)絡管理
由于NGN網(wǎng)絡由固定網(wǎng)、移動網(wǎng)、IP網(wǎng)和接入網(wǎng)等組成，這導致了對這樣網(wǎng)絡網(wǎng)管的復雜性和挑戰(zhàn)性，因此應研究完善和增強核心網(wǎng)絡管理的體系；定義適用于NGN要求（故障管理、性能管理、客戶管理、計費/帳務管理、業(yè)務量和路由管理等）的基本網(wǎng)絡管理業(yè)務和接口；應用新的網(wǎng)絡管理體系概念和新的網(wǎng)絡管理技術，例如TML等。
4.6安全
在NGN網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡安全關系到網(wǎng)絡體系、QoS、網(wǎng)絡管理、移動性、計費系統(tǒng)和帳務系統(tǒng)，因此有必要開發(fā)NGN的安全性體系和安全性導則，以及開發(fā)NGN所需的安全性協(xié)議和API接口。
4.7廣泛移動性（Generalizedmobility）
廣泛移動性是指當用戶采用不同的接入技術時將作為一單個客戶來處理，允許用戶跨越現(xiàn)有網(wǎng)絡邊界使用和管理他們的業(yè)務。對用戶的移動性要求包括：用戶有能力改變接入點或終端，并作為mobile/nomadic用戶；用戶可以應用各種接入技術從任何網(wǎng)絡接入點接入到網(wǎng)絡；用戶可以得到連續(xù)性的服務和網(wǎng)絡應用，這些業(yè)務和網(wǎng)絡應用可以由網(wǎng)絡運營商、業(yè)務提供商或第三方提供。對于移動性應考慮網(wǎng)絡的業(yè)務能力以支持個人的移動性、終端的移動性以及他們的組合。為了支持上述要求，ITU在NGN的研究中，應充分考慮業(yè)務的需求，要求網(wǎng)絡具有識別（Identification）和認證（authentication機制、接入控制和授權（Authorization）功能、位置（Location）管理、支持終端或會晤（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)絡移動性問題研究
現(xiàn)今的網(wǎng)絡，不論是移動網(wǎng)還是固定網(wǎng)均在向基于IP的網(wǎng)絡演進，以支持多媒體業(yè)務。隨著網(wǎng)絡能力的提高，用戶可享受的服務越來越多，一種發(fā)展趨勢是不論通過何種技術手段訪問網(wǎng)絡的用戶均應得到相同的服務，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)絡對用戶仍然區(qū)分對待，不同用戶使用不同的網(wǎng)絡服務體系并且不能互通，這對于希望以最便捷方式在不同接入技術的網(wǎng)間移動的用戶來說是個嚴重缺陷。未來服務提供的關鍵一步就是為用戶提供穩(wěn)定可靠的服務，即當用戶使用不同的接入技術時被作為同一個實體對待，使他們可以跨越當前的網(wǎng)絡界限始終如一地享用所需服務。
目前，用戶可以在結構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，移動性只適用于同類網(wǎng)絡環(huán)境，網(wǎng)絡的發(fā)展需要未來能實現(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(例如從UMTS到WLAN)，并且可獲得相同的服務，要實現(xiàn)此目標，需要實現(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)絡要想提供自由廣闊的服務環(huán)境，關鍵在于實現(xiàn)各種接入技術的協(xié)調(diào)共存，解決各種不同技術之間的互聯(lián)以獲得互操作性，以及在此基礎上實現(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。
與移動系統(tǒng)實現(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)
以上各個系統(tǒng)使用的接入技術和帶寬能力均不相同，因此不可能期望某個多媒體終端同時支持各種接入，但用戶可通過多種終端訪問網(wǎng)絡服務，要實現(xiàn)異構環(huán)境下的移動性除了支持用戶移動性外，還應支持業(yè)務的移動性。一般來說，用戶對移動性的要求包括：
用戶可改變接入點或終端，不過此功能僅適用于有移動或漫游權利的用戶。
用戶可從任一節(jié)點訪問網(wǎng)絡，這需要網(wǎng)絡具備一定的認證能力。
用戶可得到始終如一的服務，不過可能受限于用戶當前所在位置，因此需要網(wǎng)絡提供者和業(yè)務提供商之間的配合。
網(wǎng)絡、業(yè)務和應用系統(tǒng)甚至第三方的業(yè)務和應用系統(tǒng)應知道用戶是否可用和可達。
2)服務水平
下面列出了移動性應考慮的幾種服務水平：
個人和終端的移動性：
個人移動性是指用戶可改變其終端；而終端移動性是指用戶與他的終端一起移動。所謂用戶改變其網(wǎng)絡接入點，就是說在個人移動性中，用戶改變位置或終端或接入技術，在終端移動性中，用戶改變位置或接入技術，但保持同樣的終端。

游動（Nomadism）
游動給用戶隨其移動可改變網(wǎng)絡接入點，當接入點發(fā)生變化時，用戶的會話會中斷，之后再重新建立。

移動性
移動性即用戶可隨位置移動而改變網(wǎng)絡接入點并且不中斷當前會話，不過在某些情況下可能有短時間的通話中斷。

漫游性
漫游性即用戶能夠在非歸屬網(wǎng)絡即訪問網(wǎng)絡服務。
有人可能認為上述要求只要通過對當前網(wǎng)絡進行一些擴展就可解決。下面舉例說明此觀點并不正確。例如，一個用戶通過ADSL方式接入網(wǎng)絡并鑒權通過，于是他開始進行多媒體會話，過了一會兒，這個用戶轉換成UMTS接入并且也鑒權通過，于是又開始新的多媒體會話，由于在兩網(wǎng)中用戶信息是不同的，所以移動性和穩(wěn)定服務就無法提供，并且兩種方式下需要不同身份、登錄和密碼的鑒權，而且由于XDSL接入方式“永遠在線”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，從而導致資源的浪費。如果可支持應用漫游功能和多接入的單用戶信息，則可簡化跨網(wǎng)接入的認證、鑒權和仲裁等功能。

3)移動性對NGN網(wǎng)絡的要求
要實現(xiàn)更加透明的固定-無線寬帶通信以及跨越不同接入技術的移動性需要對當前網(wǎng)絡結構做出重大變革，進一步擴展控制層的網(wǎng)絡功能，主要包括：
認證和鑒權機制
從用戶的角度來看，為了避免控制機制的重復，可認為此項功能在當前網(wǎng)絡的認證和鑒權機制中已有定義。
接入控制和鑒權功能
鑒權的結果決定是否接受用戶連接請求，下一步便是使接入網(wǎng)結構適應移動用戶，包括用戶連接的QOS水平，該水平由用戶情況和接入網(wǎng)的技術限制決定。
位置管理
位置管理包括網(wǎng)絡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“接入網(wǎng)+終端”。用戶環(huán)境決定了移動用戶獲得服務的范圍。這項功能的作用是把主要的用戶環(huán)境特征抽象成數(shù)據(jù)，以用于為移動用戶提供相關的服務。這項功能對于在不同類環(huán)境之間操作顯得很重要。因為同類環(huán)境對于所有用戶內(nèi)涵相同，也就不需要這樣的數(shù)據(jù)。NGN更廣闊的網(wǎng)絡環(huán)境使得不同類環(huán)境之間的操作愈來愈多。這項功能實現(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，使得服務與當前用戶環(huán)境相適應。
用戶信息管理
以上功能都依靠一些用戶數(shù)據(jù)——個人數(shù)據(jù)或網(wǎng)絡數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)的存儲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)
此項功能提供用戶數(shù)據(jù)的過濾，即限制某些訊問實體獲得某些用戶數(shù)據(jù)，從而保證用戶數(shù)據(jù)隱私。
4)NGN移動性方面的標準化進展
3GPP和3GPP2著重研究IMS演進，它們所提供的移動性管理只對它們自己的系統(tǒng)有效，要實現(xiàn)在3GPP和3GPP2之間的IMS接入，需在兩個多媒體系統(tǒng)之間進行協(xié)調(diào)互通。
IETF正在研究移動IP技術，以實現(xiàn)路由器間的宏觀移動性，但如何把移動IP應用于其它情況(如無線網(wǎng))是個值得考慮的問題。
ITU-T中的SSG負責IMT2000的協(xié)調(diào)和集中問題，且已開始撰寫要求。

7．結論
本文概述ITU－TNGN2004Project目前在NGN方面取得地研究成果和最新進展情況，包括下一代網(wǎng)絡的特點和功能模型，下一代網(wǎng)絡需要分析和解決的問題，以及下一代網(wǎng)絡如何支持移動性。
NGN是一個長遠的目標，在此過程中有許多尚待解決的技術和標準體制方面的問題。隨著信息技術及設備的不斷改進，用戶必將在未來的網(wǎng)絡中得到更廣泛、更高質量的服務。