第 8 章下一代网络

第8章下一代网络

8．1 电信网发展概述 长期以来电信网的主体是电话网，在电话网中传输的主要是话音信息。随着计算机通信的发展，数据通信业务发展迅速，在上个世纪70年代产生了分组交换网。分组交换网问世以后，一个很自然的想法就是将它和电话交换网合并成一个网络，向用户提供统一的服务。这就是原CCITT于1972年提出的综合业务数字网(ISDN)

ISDN的定义 ISDN是由综合数字电话网IDN演变而成的，它提供端到端的数字连接，以支持包括话音业务和非话音业务的一系列广泛的业务，为用户进网提供一组标准的多用途用户一网络接口。 ISDN有以下四个基本特性： (1)ISDN是从数字电话网发展而成的； (2)能提供端到端的数字连接； (3)能提供包括话音业务和非话业务在内的一系列广泛的业务； (4)为用户进网提供一组标准化的多用途的用户一网络接口。

N—ISDN的基本结构

基本接口和基群接口 基本接口是通过对原来的模拟电话线改造而来的，包括两条传输速率为64kbit／s的全双工的B通道和一条传输速率为16kb／s的全双工的D通道。基群接口又叫做一次群接口。在采用2048kbit／s的传输速率时，基群接口的信道结构为30B十D。B信道的速率为64kbit／s，D信道的传送速率为64kbit／s。 B通道用来传送用户信息，D通道用来传送用户一网络信令或低速的分组数据。

ISDN网络内部能力 在ISDN网络内部，提供电路交换能力、分组交换能力、无交换连接(或半固定连接)能力和公共信道信令能力。从传输信道来看，ISDN的基本信息通道还是64kbit／s固定带宽信道，即使两个支持分组业务的ISDN终端经由ISDN网进行分组通信，还是先需要在ISDN网络内部通过电路交换方式建立两者之间的B信道连接，然后在其上透明传送分组数据。

用户通过电话/ISDN网络接入因特网的示意图

ISDN失败的技术上的原因 用户通过电话/ISDN网接入因特网的时，PSTN/ISDN交换机以电路连接方式建立至公用因特网的连接，在PSTN/ISDN交换网络中给用户分配固定大小的带宽。由于数据通信的特点是突发性很强，表现为在短时间内会集中产生大量的信息。突发性的定量描述为峰值比特率和平均比特率之比，对于一般的数据传输，突发性可高达50；对于文件检索和传送，突发性也可达20。由于用户通过电话/ISDN网接入因特网时采用电路交换方式，即使用户没有信息要传送，这些带宽也不能给其它用户使用，造成资源的严重浪费，而当用户需要高速下载文件时，电话/ISDN网提供给用户的带宽也仅为64k/s（在使用一个B信道时）。因此解决此问题的最好方法是把PSTN上已有的数据业务顺利卸载到新建的数据网上，减轻对电话/ISDN网络的压力。例如，用户通过ADSL方式接入因特网时，用户的数据通信业务的流量不通过PSTN/ISDN交换机，在进入局端时直接通过分组交换方式接入因特网。由于N-ISDN试图通过电路交换的方式来综合数据通信业务，不适合数据通信的业务特性，N-ISDN的发展并不顺利，用户很少，现在基本已停止发展。

下一代网络NGN发展的背景 随着技术的演进和市场的发展，传统电路交换网和因特网正在互相融合。现有的通信网络可分为传统的电路交换网和以IP为基础的分组数据网。电路交换网包括固定电话网和移动网，它主要提供传统的话音业务。我国的电话用户发展迅速，截至2007年12月，中国电话（包含移动电话用）户用户为8.3亿，在今后几年内，传统电话业务仍将是电信市场的主业。另外，以IP为基础的分组数据网发展迅速。随着经济信息化进程的加速，数据通信，特别是IP业务将会成为电信市场新的增长点。截至2007年12月，互联网上网用户已达到1.37亿，其中宽带接入用户5226.2万。大力发展以IP技术和装备为主导的新的数据通信网是新时期通信网的标志性工作。

一方面，由于电话网具有覆盖范围大的优点，人们通过电话网来传送数据业务（例如拨号上网）。但数据业务的增长速度很快，对并不适合传数据业务的PSTN造成了巨大压力。所以运营公司要把PSTN上已有的数据业务顺利卸载到新建的数据网上，减轻对传统网络的压力。一方面，由于电话网具有覆盖范围大的优点，人们通过电话网来传送数据业务（例如拨号上网）。但数据业务的增长速度很快，对并不适合传数据业务的PSTN造成了巨大压力。所以运营公司要把PSTN上已有的数据业务顺利卸载到新建的数据网上，减轻对传统网络的压力。另一方面，随着数据网的迅速发展，人们除在上面传输数据业务外，也开始利用因特网传话音业务。据统计2007年1月，IP电话国内长途通话时长达到1249亿分钟，IP电话逐渐成为发展方向之一，但它需要与PSTN实现互通。这引出了分组网与传统PSTN的融合问题。不同的网将按各自的最佳方向独立演进，融合发展。最终形成一个统一的、融合的、主要是以IP为基础的分组化网（下一代网络NGN）。

推动网络向下一代网络发展的主要因素 基础技术层面微电子技术将继续按摩尔定律发展，CPU的性能价格比每18个月翻一番光传输容量的增长速度以超摩尔定律发展，每14个月翻一番移动通信技术和业务的巨大成功正在改变世界电信的基本格局，全球移动用户数即将超过有线用户数 IP的迅速扩张和IPv6技术的基本成熟正将IP带进一个新的时代。业务量组成 100多年来，电信网的业务量一直以电话业务量为主，因而以电路交换网为中心的传统网络在支撑这种业务时是基本胜任的。数据业务已经成为电信网的主导业务量。为了有效支撑这种突发型的数据业务，需要有新的下一代网络结构。

NGN的定义 NGN的定义如下： NGN是基于分组的网络，能够提供电信业务；利用多种宽带能力和QoS保证的传送技术；其业务相关功能与其传送技术相独立。NGN使用户可以自由接入到不同的业务提供商；NGN支持通用移动性。

下一代网络的特点 1．将传统交换机的功能模块分离成为独立的网络部件，各个部件可以按相应的功能划分各自独立发展。部件间的协议接口基于相应的标准。 2．下一代网络是业务驱动的网络，应实现业务控制与呼叫控制分离、呼叫与承载分离。分离的目标是使业务真正独立于网络，以便灵活有效的实现各种业务。用户可以自行配置和定义自己的业务特征和接入方式，不必关心承载业务的网络形式以及终端类型。同时能够支持固定用户和移动用户，使得业务和应用的提供有较大的灵活性，。 3．下一代网络是基于统一协议的分组的网络。能利用多种宽带能力和有QoS保证的传送技术，使NGN能够提供通信的安全性、可靠性和保证服务质量。

向下一代网络的演进策略 向下一代网络的演进策略采用的主要是重叠网策略。现有电路交换网在传输电话业务方面是基本胜任的，而且是电信公司的主要收入来源，因而最好不要去触动它或仅作少量修改，让其独立发展。对于日益增长的数据业务，特别是IP业务，可以通过建设一个重叠的分组化网（ATM网或IP路由器网）来解决。两个网的业务节点独立发展，通过协调设备连接电路交换网和分组化网实现互联互通。

下一代网络的一般结构 下一代网络在功能上可分为媒体/接入层、核心媒体层、呼叫控制层和业务/应用层四层

接入层 接入层的主要作用是利用各种接入设备实现不同用户的接入，并实现不同信息格式之间的转换。接入层的设备都没有呼叫控制的功能，它必须和控制层设备相配合，才能完成所需要的操作。接入层的设备包括信令网关SG 媒体网关，简称MG或MGW，媒体网关可分为中继网关和接入网关。

信令网关SG No．7信令网关的功能是完成No．7信令消息与IP网中信令消息的互通，信令网关通过其适配功能完成No．7信令网络层与IP网中信令传输协议SIGTRAN的互通，从而透明传送No．7信令高层消息(TUP／ISUP或SCCP／TCAP)并提供给软交换（呼叫代理）。 SG只进行PSTN／ISDN信令的底层转换，即将7号信令系统的应用部分的传送由从7号信令系统的消息传递部分MTP承载转换成由IP传送方式，并不改变其应用层消息。

SIGTRAN协议栈结构 SIGTRAN协议栈的组成包括三个部分：信令适配层、信令传输层和IP协议层。信令适配层用于支持特定的原语和通用的信令传输协议，包括针对No．7信令的M3UA、M2UA、M2PA、SUA和IUA等协议，还包括针对V5协议的V5UA等。信令传输层支持信令传送所需的一组通用的可靠传送功能，主要指SCTP协议。 IP协议层实现标准的IP传送协议。

媒体网关 媒体网关：Media Gatewny，简称MG或MGW，实际上是一个广义概念，类别上可分为中继网关和接入网关。中继网关TGW负责桥接PSTN和IP网络，完成话音TDM格式和RTP数据包的相互转换，并经MGCP和H.248受软交换（呼叫代理）的控制，完成连接建立。在PSTN侧，话音是经由中继线由交换机接入的，因此TGW必须能支持多种类型的中继线，例如7号信令中继、MFC中继、模拟中继线等。还需要能提供中继接入所需的各种音信号，如7号信令的导通检验音、MFC中继的多频信号音等，能检测和解释这些信号音并向呼叫代理报告。需要时，还可装备录音通知或交互式语音应答设备，在呼叫代理的控制下完成与PSTN用户的交互。在IP侧，中继网关TGW将话音信息封装为RTP数据包。

接入网关 接入网关与住宅IP电话相连，负责采集IP电话用户的事件信息(如摘机、挂机等)，且将这些事件经IP网传给软交换（呼叫代理），并根据软交换（呼叫代理）的命令，完成媒体消息的转换和桥接，将用户的话音信息变换为相关的编码，封装为IP数据包，以完成端到端IP话音数据传送。接入网关的电路侧提供了比中继网关更为丰富的接口。这些接口包括直接连接模拟电话用户的POTS接口。连接传统接入模块的VS．2接口、连接PBX小交换机的PRI接口等，从而实现铜线方式的综合接入功能。

3．SIP终端：基于SIP的终端。可包括SIP硬终端和SIP软终端，后者是基于SIP的多媒体软件，运行在计算机平台上。3．SIP终端：基于SIP的终端。可包括SIP硬终端和SIP软终端，后者是基于SIP的多媒体软件，运行在计算机平台上。 4．IAD终端：是Integrated Access Device的简称。与接入网关相比，综合接入设备是一个小型的接入层设备。它向用户同时提供模拟端口和数据端口，实现用户的综合接入（实现语音和数据业务）

传送层 主要完成数据流（媒体流和信令流）的传送，一般为IP或ATM网络。

控制层 控制层是下一代网络的核心控制设备，该层设备一般被称为软交换机（呼叫代理）或媒体网关控制器（MGC）。软交换（呼叫代理）的主要功能如下：（1）呼叫控制功能　　（2）业务提供功能　　（3）业务交换功能　　（4）协议转换功能　　（5）互联互通功能　　（6）资源管理功能　　（7）计费功能　　（8）认证与授权功能　　（9）地址解析功能　　（10）语音处理控制功能

业务层 在下一代网络中，业务与控制分离，业务部分单独组成应用层。应用层的作用就是利用各种设备为整个下一代网络体系提供业务能力上的支持。主要设备包括： 1．应用服务器：又称Application Server，主要作用是向业务开发者提供开放的应用程序开发接口API， 2．用户数据库：存储网络配置和用户数据。 3．SCP：原有智能网的业务控制点。控制层的软交换设备可利用原有智能网平台为用户提供智能业务。此时软交换设备需具备SSP功能。

8．4 固定电话网向下一代网的演进

目前固定电话网存在的问题 1、用户数据分散管理，固定智能业务不能利用用户属性触发 2、机型多、版本杂，业务能力差异大 3、网络结构不合理

固定电话网向下一代网络的演进步骤 宽带化、多媒体化、移动性是未来通信发展的主要方向，固定电话网向下一代网络的演进可分为以下步骤： 1．对网络进行智能化改造 2．对固网进行分组化改造 3．固网终端智能化和接入宽带化

本地网智能化改造后网络的一般结构 本地网智能化改造后所有端局之间的直达中继电路全部取消，所有的端局都以负荷分担的方式接入两个独立汇接局/SSP，独立汇接局/SSP通过信令链路接入固网HLR（SDB(用户数据中心)）和业务控制点SCP。在固网智能化改造后，在本地网中建立了用户数据中心、业务交换中心和智能业务中心。

用户数据中心 借鉴移动网的成功经验，在固网中引入用户业务属性数据库，称为固网HLR或SDB(用户数据中心)，是用来集中存放固网本地网中所有PSTN网络用户号码及用户属性的数据库，用来保存用户的逻辑号码、地址号码、业务接入码及用户增值业务签约信息等数据逻辑号码又称业务号码、用户号码，是运营商分配给用户的唯一号码，也是用户对外公布的号码；为被叫方显示的主叫号码或主叫方所拨的被叫号码，同时也是运营商识别用户并计费的号码。地址号码又称物理号码、路由号码，是运营商内部分配的路由号码，用于网络内部寻址，该号码不对外公布。业务接入码是由运营商分配，用于指示交换设备路由或触发业务的引示号码。该接入码可由用户拨打、交换设备自动加插或SDB下发。 SDB通过与PSTN网络中的独立汇接局/SSP交互，完成主、被叫用户号码信息及增值业务信息的查询功能

改造汇接交换机，构建业务交换中心 通过对本地网汇接局的优化改造，使其成为业务交换中心，并具备SSP功能。采用大容量独立汇接局作为业务交换中心，可以减少汇接局及汇接区的数目，从而降低网络的复杂度。对于不具备相应业务功能的老机型端局，可通过标准的No.7信令电路与汇接局相连，由独立汇接局实现各类业务话务的汇聚和交换。通过该方式，降低了全网改造难度，便于开展全网业务，如实现全网市话详单、智能业务触发等。同时，也延长了老机型的生命周期，提高了设备的利用率。

智能业务中心 业务控制点SCP是本地网的智能业务中心。SCP通常包括业务控制功能SCF和业务数据功能SDF。 SCF接收从SSF／CCF发来的对IN业务的触发请求，运行相应的业务逻辑程序，向业务数据功能SDF查询相关的业务数据和用户数据，向SSF／CCF、SRF发送相应的呼叫控制命令，控制完成有关的智能业务。 SDF存储与智能业务有关的业务数据、用户数据、网络数据和资费数据，可根据SCF的要求实时存取以上数据；也能与SMS相互通信，接受SMS对数据的管理，包括数据的加载、更改、删除以及对数据的一致性检查。在建立智能业务中心后，只需修改业务控制点SCP的业务控制逻辑、业务数据和用户数据，就可开放各种新的智能业务。业务控制点SCP也可提供与NGN中应用服务器的连接，通过开放的API为第三方服务提供商开发业务创造条件。

本地网智能化改造后呼叫处理的一般过程 本地网智能化改造后呼叫处理的一般过程如下：端局将紧急呼叫除外的所有呼叫发送至汇接局汇接局采用ISUP或MAP访问SDB，查询用户注册的签约业务；SDB将查询结果返回汇接局如果用户有智能业务则加插业务接入码，发送给SSP，由SSP触发用户智能业务如果是普通呼叫，汇接局负责接续被叫。

实现固网智能化的技术方案 根据改造时是继续使用传统电路交换技术还是改用软交换技术，固网智能化的技术方案可以分为基于传统电路交换技术的改造方案汇接局方案端局方案基于NGN技术的改造方案在智能化汇接局的选择上，也可以采用软交换，这时具有SSP功能的汇接局本身就是软交换节点，从而不仅可以利用智能平台资源(SCP和应用服务器)来提供传统的智能业务，还可以依靠NGN技术在全网开展丰富多彩的多媒体业务。

“软交换汇接局完全访问SDB”模式的结构 TG是媒体网关，Softswitd/SSP是软交换/业务交换点，AS是应用服务器，SDB是用户数据中心，SCP是业务控制点。软交换与SDB之间采用扩展的MAP协议，与SCP之间采用INAP协议，与应用服务器AS之间采用SIP协议。软交换与TG之间采用H．248协议。

固网智能化业务种类 实施固网智能化后，能灵活方便的在现网上提供更多的增值业务，用户可以跨网络享受PSTN、软交换、PHS等网络提供的业务。目前固网智能化后能提供的业务可分为三类： 1 号码携带类业务，例如:混合放号、移机不改号等。 2 基于用户属性触发类业务：－主叫属性触发类业务，例如预付费业务。－被叫属性触发类业务，例如彩铃、一号通。－多重嵌套类业务，主被叫可申请多种业务。 3 3跨网融合类业务，SDB利用其丰富的外部接口，集中统一的数据存储功能向多个网络（PSTN/NGN/PHS）提供共享查询，以提供跨网络的融合型业务。

混合放号业务(移机不改号业务) 主叫逻辑号码=2871000，物理号码=2561234 被叫逻辑号码=2871001，物理号码=4561234

预付费业务

彩铃业务

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