下一代网络体系结构及相关问题的研究

1.引言
随着网络体系结构的演变和宽带技术的发展，传统网络向下一代网络的演进势不可挡。下一代网络将具有更广阔的业务范围。其主要目标是：支持实时的多媒体业务，缩减服务投向市场的时间，支持多种接入方式和多种接入终端，支持移动性，确保现有网络的平滑演进以及具有经济、可扩展的网络结构。
目前，许多国际标准化组织均积极参与研究下一代网络技术，特别是ITU-TSG13研究组，牵头立项NGN2004Project来研究NGN相关技术。2002年11月在日内瓦召开的2001－2004研究期会议上，下一代网络技术又成为会议讨论的热点，与会期间不但组织了NGN的专题研讨会，还与特别研究组(SSG)召开了联合研讨会，取得了多项研究成果，包括分析了NGN的特点，提出了NGN的功能模型，分析了NGN对移动性的要求，以及分析了NGN需要研究和解决的问题。
2.下一代网络的特点
下一代网络是一个很广义的范畴，旨在改革现有电信网和信息产业的基础设施，以支持更广泛的业务，其特点是：
基于分组传输平
呼叫控制与承载相分离；
支持各种业务；
可与现有网络互通；
支持移动性
3.NGN的功能模型
下一代网络功能模型如图1所示，包含四个层面，每个层面又可包含子层或其它部分。不同平面之间可以互相通信，具体如下：
－应用平面：由应用和中间件两部分组成。其中中间件是GII定义的一些通用软件。典型的中间件组件如鉴权、计费、目录、安全、浏览、查找、导航、格式转换等。应用平面不仅向大众用户提供服务，还向运营支撑系统和业务提供者提供服务支撑。
－网络控制平面：提供端到端的呼叫/会话控制，对底层自动交换传送网络(ASTN)的控制以及信令处理功能。
－传输平面：包含网络的下三层功能，第一层的交换和传输，二层的转接和交换以及三层的交换和/或路由功能（可选）。
－管理平面：提供远程和本地管理能力。
此外，NGN体系还需具备与现有的电路交换网互通的互通功能(IWF)。

图1NGN功能模型
4.NGN网络需要分析和解决的问题
4.1NGN通用框架模型
研究NGN通用体系原则,以体现NGN中控制功能与资源、业务和传送等分离的特性。研究NGN网络功能体系模型，该模型将提供如何应用功能性方法定义NGN功能体系的准则。
4.2NGN网络功能体系和协议
重点考虑使用通用的参考模型来标识运营商内或运营商间支持NGN所需要的通信流程；定义与传统终端所需要的互通功能；定义BICC协议用于中继层面；确定跨越异构网络如何支持端到端业务、呼叫控制和用户移动性；规定NGN终端中有关软件升级机制、冗余和版本协商和管理的功能要求等。
4.3服务质量问题
QoS是一个端到端的问题，主要研究不同端系统如何实现端到端QoS的协商，定义上层协议控制低层的QoS参数，以及传送平面和接入平面的QoS保证措施。其中控制层面对低层的QoS控制又得从两个层面来实现：一是通过上下平面之间的“垂直”协议将上下层之间的QoS机制联系起来，另外就是在“水平”层面实现不同域或网络之间的QoS控制和协商。总体来说，研究的内容主要包括：
端到端电话业务的QoS等级；
端到端多媒体业务的QoS等级，定义其框架，研究QoS注册方法；
如何使用网络低层的QOS机制获得高层QOS对低层QoS机制的研究；
研究运营商间网络低层QOS控制机制；
研究QOS的端用户规则。
4.4业务平面
NGN很重要的一个方面就是将业务控制和底层网络分离，要实现此目标，需要业务平面向三方业务提供商提供开放的接口，如ParlayAPI和/或代理服务器，此外，业务必须能够支持位置移动性，即当用户漫游到其它网络时仍然可以享受服务。具体研究内容包括：
定义业务控制体系结构；
研究如何实现漫游时的业务使用，以及不同网络之间的业务互联。
研究如何实现用户对业务的定制和管理；
用户移动性对业务平面的影响。
4.5网络管理
由于NGN网络由固定网、移动网、IP网和接入网等组成，这导致了对这样网络网管的复杂性和挑战性，因此应研究完善和增强核心网络管理的体系；定义适用于NGN要求（故障管理、性能管理、客户管理、计费/帐务管理、业务量和路由管理等）的基本网络管理业务和接口；应用新的网络管理体系概念和新的网络管理技术，例如TML等。
4.6安全
在NGN网络中，网络安全关系到网络体系、QoS、网络管理、移动性、计费系统和帐务系统，因此有必要开发NGN的安全性体系和安全性导则，以及开发NGN所需的安全性协议和API接口。
4.7广泛移动性（Generalizedmobility）
广泛移动性是指当用户采用不同的接入技术时将作为一单个客户来处理，允许用户跨越现有网络边界使用和管理他们的业务。对用户的移动性要求包括：用户有能力改变接入点或终端，并作为mobile/nomadic用户；用户可以应用各种接入技术从任何网络接入点接入到网络；用户可以得到连续性的服务和网络应用，这些业务和网络应用可以由网络运营商、业务提供商或第三方提供。对于移动性应考虑网络的业务能力以支持个人的移动性、终端的移动性以及他们的组合。为了支持上述要求，ITU在NGN的研究中，应充分考虑业务的需求，要求网络具有识别（Identification）和认证（authentication机制、接入控制和授权（Authorization）功能、位置（Location）管理、支持终端或会晤（session）的IP地址分配和管理功能、支持用户VHE管理功能、支持用户管理功能等。

5.NGN网络移动性问题研究
现今的网络，不论是移动网还是固定网均在向基于IP的网络演进，以支持多媒体业务。随着网络能力的提高，用户可享受的服务越来越多，一种发展趋势是不论通过何种技术手段访问网络的用户均应得到相同的服务，这种情况在固定接入网中屡见不鲜，如XDSL，有线电缆接入等。然而，就目前看来，网络对用户仍然区分对待，不同用户使用不同的网络服务体系并且不能互通，这对于希望以最便捷方式在不同接入技术的网间移动的用户来说是个严重缺陷。未来服务提供的关键一步就是为用户提供稳定可靠的服务，即当用户使用不同的接入技术时被作为同一个实体对待，使他们可以跨越当前的网络界限始终如一地享用所需服务。
目前，用户可以在结构相同的公共无线接入网中漫游，而在固定网中漫游则受到很大限制，移动性只适用于同类网络环境，网络的发展需要未来能实现用户在不同的固定接入网和公共无线接入网间的移动(例如从UMTS到WLAN)，并且可获得相同的服务，要实现此目标，需要实现各种接入手段的互操作性以及核心网互操作性，现在已有一些关于具体的互操作性的文章，例如WLAN_--UMTS，但还没有全球化。

1)各种接入手段的互操作
未来网络要想提供自由广阔的服务环境，关键在于实现各种接入技术的协调共存，解决各种不同技术之间的互联以获得互操作性，以及在此基础上实现集成。目前，主要考虑的接入系统包括以下几种：
各种公共蜂窝系统，如W-CDMA，CDMA-2000，GPRS等。
与移动系统实现无缝连接的固定接入网，包括XDSL，有线电缆，各种窄带接入以及WLAN等。

数字音讯广播(DAB)
以上各个系统使用的接入技术和带宽能力均不相同，因此不可能期望某个多媒体终端同时支持各种接入，但用户可通过多种终端访问网络服务，要实现异构环境下的移动性除了支持用户移动性外，还应支持业务的移动性。一般来说，用户对移动性的要求包括：
用户可改变接入点或终端，不过此功能仅适用于有移动或漫游权利的用户。
用户可从任一节点访问网络，这需要网络具备一定的认证能力。
用户可得到始终如一的服务，不过可能受限于用户当前所在位置，因此需要网络提供者和业务提供商之间的配合。
网络、业务和应用系统甚至第三方的业务和应用系统应知道用户是否可用和可达。
2)服务水平
下面列出了移动性应考虑的几种服务水平：
个人和终端的移动性：
个人移动性是指用户可改变其终端；而终端移动性是指用户与他的终端一起移动。所谓用户改变其网络接入点，就是说在个人移动性中，用户改变位置或终端或接入技术，在终端移动性中，用户改变位置或接入技术，但保持同样的终端。

游动（Nomadism）
游动给用户随其移动可改变网络接入点，当接入点发生变化时，用户的会话会中断，之后再重新建立。

移动性
移动性即用户可随位置移动而改变网络接入点并且不中断当前会话，不过在某些情况下可能有短时间的通话中断。

漫游性
漫游性即用户能够在非归属网络即访问网络服务。
有人可能认为上述要求只要通过对当前网络进行一些扩展就可解决。下面举例说明此观点并不正确。例如，一个用户通过ADSL方式接入网络并鉴权通过，于是他开始进行多媒体会话，过了一会儿，这个用户转换成UMTS接入并且也鉴权通过，于是又开始新的多媒体会话，由于在两网中用户信息是不同的，所以移动性和稳定服务就无法提供，并且两种方式下需要不同身份、登录和密码的鉴权，而且由于XDSL接入方式“永远在线”的特性，使得即使用户在用UMTS方式通信，仍然占用系统资源，从而导致资源的浪费。如果可支持应用漫游功能和多接入的单用户信息，则可简化跨网接入的认证、鉴权和仲裁等功能。

3)移动性对NGN网络的要求
要实现更加透明的固定-无线宽带通信以及跨越不同接入技术的移动性需要对当前网络结构做出重大变革，进一步扩展控制层的网络功能，主要包括：
认证和鉴权机制
从用户的角度来看，为了避免控制机制的重复，可认为此项功能在当前网络的认证和鉴权机制中已有定义。
接入控制和鉴权功能
鉴权的结果决定是否接受用户连接请求，下一步便是使接入网结构适应移动用户，包括用户连接的QOS水平，该水平由用户情况和接入网的技术限制决定。
位置管理
位置管理包括网络位置和地理位置的管理。
IP地置分配和管理
解决方法是之一是让用户使用固定的IP地址，这就需要有专门的移动性管理方案来授予用户的本地IP地址.
用户环境管理
用户环境定义为整个“接入网+终端”。用户环境决定了移动用户获得服务的范围。这项功能的作用是把主要的用户环境特征抽象成数据，以用于为移动用户提供相关的服务。这项功能对于在不同类环境之间操作显得很重要。因为同类环境对于所有用户内涵相同，也就不需要这样的数据。NGN更广阔的网络环境使得不同类环境之间的操作愈来愈多。这项功能实现了虚拟归属环境的第一步，即确定了用户环境的特征，使得服务与当前用户环境相适应。
用户信息管理
以上功能都依靠一些用户数据——个人数据或网络数据。这些数据的存储和更新便是由用户信息管理功能来完成。
接入用户数据 
此项功能提供用户数据的过滤，即限制某些讯问实体获得某些用户数据，从而保证用户数据隐私。
4)NGN移动性方面的标准化进展
3GPP和3GPP2着重研究IMS演进，它们所提供的移动性管理只对它们自己的系统有效，要实现在3GPP和3GPP2之间的IMS接入，需在两个多媒体系统之间进行协调互通。
IETF正在研究移动IP技术，以实现路由器间的宏观移动性，但如何把移动IP应用于其它情况(如无线网)是个值得考虑的问题。
ITU-T中的SSG负责IMT2000的协调和集中问题，且已开始撰写要求。

7．结论
本文概述ITU－TNGN2004Project目前在NGN方面取得地研究成果和最新进展情况，包括下一代网络的特点和功能模型，下一代网络需要分析和解决的问题，以及下一代网络如何支持移动性。
NGN是一个长远的目标，在此过程中有许多尚待解决的技术和标准体制方面的问题。随着信息技术及设备的不断改进，用户必将在未来的网络中得到更广泛、更高质量的服务。