下一代网络与下一代传送网络
李秉钧
2004年5月20日
四川通信学会“世界电信日”报告会
提 要
本报告讨论的技术特点，并且探讨由此而决定的下一代传送网络
的技术特征，发展方向，归纳目前关于传送智能化的进展。
除了作者自己撰写外，报告中引用了4月28日会议的部分专家的论述。
（1）下一代传送网络的技术特征
NGM概貌
年初国际电联NGN会议给NGN的定义：
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。
NGN所包含的
NGN的基本特征
分组传送；
控制功能从承载、呼叫/会话、应用/业务中分离；
业务提供与网络分离，提供开放接口；
利用各基本的业务组成模块，提供广泛的业务和应用（包括实时、流、非实时和多媒体业务）；
具有端到端QoS和透明的传输能力；
通过开放接口与传统网络互通；
具有通用移动性；
允许用户自由地接入不同业务提供商；
支持多样标志体系，并能将其解析为IP地址以用于IP网络路由；
同一业务具有统一的业务特性；
融合固定与移动业务；
业务功能独立于底层传送技术；
适应所有管理要求，如安全性和私密性等要求。
传送网络的映射现象
传送网络是电信网络的一部分，电信网络
的特征将映射到传送网络
下一代传送网络的技术特征
以最充分的技术措施支持电信网络获得最大的利润
以最佳的传送方式支持网络的分组化
以独立的控制平面支持
网络的控制 功能
以先进的网络拓扑和网络组织保证网络的业务取向
（2）下一代传送网络的运营特征
目前我国电信网络的运营现状
移动用户已经超过了固定用户，
基于VoIP的长途电话业务超过了TDM，
用于数据通信的干线带宽超过了语音业务。
收益的增加比用户的增加慢
我国干线带宽的增速超过了业务量增速的6倍，超过了业务收入增速的12倍。
2003年移动通信用户增长31%，当年收入增长低于31%
2004年移动通信用户增长预计21%，而年收入增长可能会更慢。
ARPU在下降
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2002年1-3月 |
2003年1-3月 |
2004年1-3月 |
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移动通信 |
94．3元/月 |
89．0元/月 |
78．0元/月 |
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固定通信 |
77．2元/月 |
79．4元/月 |
72．7元/月 |
——2003年我国电信收入占GDP的4％，远高于世界平均水平，高速发展空间已趋消失；，——除非有重大的技术革新，否则收入增幅日趋有限，ARPU值的下降仍将无法得到抑制。
移动对固网替代趋势加速
移动的技术替代和业务分流使固网在话务量、收入和电话主线三方面全面进入衰退阶段。
中国的情况：移动年均用户数增幅达固网的2倍，移动业务总收入于2003年2月超过固网；移动本地话务量增幅更是高达固网的70倍；第二，数据业务对PSTN话音业务形成巨大冲击。
数据发展快
中国2003年年底省际干线数据带宽达到话音的4.3倍，过去三年的数据业务量形成了高达260％的年增长率。
快速增长的数据业务不赚钱，赚钱的语音业务却在下降
传统的电信商务模式在IP电话运营站已经维持不下。现实的情况是，带宽增长快于业务量增长，业务量增长快于成本增长，成本增长又快于收入增长
希望寄托于NGN
这一切无不显示着我国网络业务的发展到了转折点，全球的电信网都面临着技术转型的重任。经历电信低谷而尚未完全复苏的电信运营公司，把重振的希望寄托在新一代网络技术的出现上。在NGI之后，ITU和ETSI等提出了更高的目标——NGN，将多业务、宽带化、分组化、开放性、移动性、兼容性、安全性、可管理性作为NGN的基本特征。下一代网的出现为固网运营商提供了技术转型和发展的战略机遇及再次振兴的希望。而这次转型是指整体转型，并不特指某单项技术，而是几乎涵盖了所有的网络技术领域。
固网对于技术转型的要求也更为迫切。收入增长率远远低于行业水平，市场份额在逐年下降，对行业增量的贡献越来越少，增量不增收现象更趋严重，固网投资回报率不断减小，业务量被移动通信、PHS和IP加速分流，明显缺乏重要的业务增长点等等，这些均是固网目前存在的主要问题。固网急需新业务和全业务的加入，而移动和宽带则是固网发展的关键
下一代传送网络对电信网络运营的贡献
提高网络的CAPEX，
改善网络的OPEX，
多业务提供赢利机会
智能化提高网络的利用效率
拓扑的改善提高网络的生存性能
（3）下一代传送网络传送分组业务的能力
IP与QoS：出路在何处
各种信源的特性之一是非固定速率特性，包括人的声音、目前的视频编码以及互联网的各种业务等等。因此，采用分组网络来交换和传送这些信息是最适宜的，因为分组网络的统计复用的特点能够高效地使用网络资源。
传统电信业务受到来自互联网的强大冲击，IP电话大量分流了传统电话业务，促使传统电信运营商提供更加灵活、更加多样化的业务，同时降低成本。反过来看，互联网虽然业务丰富，吸引了大量的用户，但无法很好地解决QoS、安全、计费等问题，不能形成完整的商业模式。
无连接模式在QoS保证方面先天不足，NGN意图通过引入面向连接的特性来支持QoS，但是到目前为止，还未找到对QoS的理想解决方案。
MPLS带来的希望
MPLS能够成为NGN的承载平台。
MPLS是从MPLS域入口到出口建立的连接。MPLS组网是有连接的组网，是对每一种业务的连接，而不是对每一个业务呼叫的连接。这与端到端的用户呼叫连接有很大的差异。
MPLS技术支持任意到任意的连通性，提供可预测的性能（QoS），具有可扩展性、简易性和VPN安全性。它融合了无连接组网的灵活性、扩展性和连接组网的QoS保证性、可管理性，通过流量工程扩展的技术进行各节点各中继资源信息通信，带网络资源约束的路由计算。这就是MPLS组网在三层功能评价体系里的状况，它具有网络路由管理和静态网络资源管理的功能。目前出现了一个新的动向，就是新研制的MPLS交换机路由器已经向着融合ATM技术和路由器技术方向进行。其技术改进方向，一是节点具有探测网络拥塞的能力，即网络测量能力，二是增加OAM机制，这个问题不仅仅是路由器要研究。以太网路由器要成为一个可域名的网络，如提供综合业务，也得增加OAM机制。
MPLS技术还提供了专线接入、帧中继/ATM接入等多种接入方式。
在网络安全性和稳定性方面，则提供了机制、工具及实施过程来保护网络避免路由不稳的出现，防止DOS攻击。尤为重要的是，MPLS技术具有支持VoIP以及其他多媒体增值业务的能力。
电信级IPQoS是支持在IP网络上开展可运营、可管理、高质量的电信业务的关键技术，是实现电信和IP网络融合的基础。电信级IPQoS要求能够在IP网络上承载电信级多媒体业务，如IP电话、视讯会议、视频电波等，并为3G、软交换等提供承载层的服务质量保证。
争论的焦点集中于IPQoS可控的体系架构上。运营商的主要思路为：在承载网上引入资源管理器来实现实时的流量工程。资源管理器接受业务资源申请，为业务分配和管理承载网的资源与转发路径，并控制边缘或网关路由器，识别用户的业务流，让用户的业务流按照分配的路由和资源转发。
关于将MPLS作为构造与IP友好协议的一个范例的研究：虽然MPLS还不是端到端的协议，还没有最终解决QoS的问题，但引入面向连接的信令来改进IP包的传送的方式，比其他技术更为理想和成熟，因此MPLS将会在未来NGN中起到应有的作用。
NGI的目标是成为对数据业务优化的全业务网，即主要支持数据业务，尽力而为地支持包括话音在内的实时业务，利用轻载等方式提供部分QoS或COS。
Ipv6在我国可能发展更快
IPv6的发展过程：Web的应用导致Internet的爆炸性发展，并由此开始了下一代IP网络协议的研究，1992年，IETF成立IPNG工作组，并在今后的两年中收到提案，1994年夏，IPNG工作组提出下一代IP网络协议（IPv6）的推荐版本，于1995年完成IPv6的协议文本。1995至1999年，IETF完成协议审定和测试，1999年成立IPv6论坛，开始正式分配IPv6地址，IPv6的协议文本成为标准草案。
IPv6可提供极为丰富的地址资源，可为地球每平方米提供上百万个IP地址，他表示，IPv6地址初期使用量为15％，其余85％用于将来发展。IP技术一旦进入电信领域，首当其冲的问题是地址问题，IP电信网是要能持续发展的，IPv4无法支持持续发展，因而使用IPv6势在必行。
中国将会是IPv6大国，原因在于中国的人口基数大，经济发展迅速，国力日益增强，IP业务需求基础已经建立，而IP地址缺乏已严重制约IP应用的进一步发展，同时，实时IP业务在中国已经大规模商用，实时移动业务、宽带网的需求日益增强，但IP业务的安全问题、QoS问题急待解决。中国联通认为以IPv6为基础的下一代互联网是互联网发展的必然趋势，并将成为移动数据业务发展的重要基础。基于此，中国联通对下一代互联网的发展十分关注，并针对性地考虑了下一代互联网的发展战略。
IPv6的安全性：Ipsec是专门为IPv6设计的，有Ipsec的配合，IPv6的安全性得到显著改善，已有能力做到提供用户与用户之间端到端的安全性；Ipsec已经开始用在IPv6的系统中，尽管Ipsec是伴随IPv6产生的，但从目前来说，已不是IPv6所独有；IPv6中有专用的安全报头，在设备之间信任关系的建立上，将会发挥很好的作用。
IPv6的服务质量， IPv6在QoS上的考虑主要是设定了通信流类型（8bit）和数据流标号（20bit），当然这28bit只是用来指示特定的数据流，真正QoS的实现还要网络设备采用特定技术来实现。但是在传输成本大大下降的今天是否有必要引入对流的标记尚可讨论。
IPv6在移动性方面的优势。非实时业务，传输时延不是关键参数。实时业务，传输时延是一个极其重要的参数，它不能容忍采用三角迂回路由来进行通信，在这方面IPv4就很难处理，IPv6则有可取的解决办法。
下一代传输网络如何面对分组化
基于分组的传送，
需要直接处理数据分组的能力：在传输节点设备进行。必要但是要恰如其分。
基于分组的传送，推动了传输和交换的融合。
基于分组的传送，推动传送网络的独立的控制平面的出现。
基于分组的传送，在传送网络实现QoS，CoS。
基于分组的传送，提高带宽利用的各种措施。
基于分组的传送，引入智能化的网络管理。
（4）下一代传送网络面向业务的技术特征
业务的多样化
NGN的赢利点主要是通过多媒体化、个性化、多样化服务来实现的。
业务的多样化趋势是运营商运作的需要，也是社会信息化导致的用户需求；
业务的综合化趋势是技术发展的必然产物，多媒体业务是下一代网的主流业务。
非实时业务已经完全IP化，IP电话带来的突破、视讯业务的全IP化，在妥善解决QoS等以后全IP化实时业务即可进入电信网络。
ITU提出的未来NGN需要支持的业务非常广泛，包括传统的电信业务、高速上网带来的各种应用、VOD、流媒体等的视频业务、多媒体业务等；还要支持广泛的具有移动性和游牧性业务，特别是要更多地支持机器与机器间大流量的通信业务。比如：生活信息的传递、异地数据的备份、新闻的馈送、多媒体电子邮件的收发、空间——地上数据的传输、用传感器来监测生活环境等应用。
过去的网络已经不够支撑现代及未来人类发展的需求，只有提高网络的多媒体处理能力、个性化程度；开放思维，不断创造新服务，同时保证服务质量，才能保证社会的可持续发展，寻求到更大的市场，为人民生活提供更好更新的交流、管理、商贸、医疗保险等方式。
不同的商业模式：
传统电信业务——集贸市场式经营——只要求运营商提供带宽作为通道，
NGN的商业模式——超市式经营——NGN时代的运营商则不仅要提供带宽通道，还要负责以下服务：设置货架———建设业务平台；商品归类放置，设置导引牌———业务管理；保证进场商品质量———业务认证；收费———计费系统、收费系统；实行信用消费、预约消费———用户鉴权；及时的物流配送能力———有QoS保证的资源分配机制等。
基于分组的IP：NGN的技术基础
目前业界达成的共识是用基于分组的IP作为NGN的技术基础，并使IP网络可运营可管理，能够满足传送未来通信业务的要求。总的来说，NGN应满足如下的通用要求：支持人－人、人－机、机－机的通信模式；支持高数量的用户和终端；支持端到端连接和多点连接在内的多种类型和模式下的通信；支持QoS，从尽力而为业务到优先级较高的商业业务；提供网络安全性和可靠性以充分保护用户隐私，且安全性实施进程要尽量减少在用户侧的工作；提供一个功能平台，使得任何人都能比较便利地利用网络建立新的商业业务。为了满足以上要求，NGN必须具有以下三个基本属性：可靠的端到端通信，建立简单、操作容易的用户网络，多种业务生成和新的商业机会。
NGN要求支持实时业务和非实时业务，支持对等型通信和客户/服务器型通信，支持固定用户和移动用户的接入。所以NGN至少具备以下业务能力：授权、认证、离线或在线计费、定位、策略控制、会话处理、载体提供、信息交换等。此外，NGN应具有IP多媒体应用的协商能力，以定义和选择IP多媒体会话的可用媒体部件和资源、QoS等；应具有快速的业务生成和配置能力，使得某些应用及其相关技术不必等到标准化就可以在网络中有效配置。NGN－SRQ重点提出了VPN的业务要求，因为VPN业务在未来的业务市场中仍将扮演重要的角色。VPN应具有同时支持数据、语音和视频业务的能力，具有用户点播能力；支持多播、QoS和移动性；提高安全性、接入技术的多样性和互操作性；提供多层VPN、支持IPv4/IPv6和多提供者等复杂环境。VPN业务将具有更广泛的服务内涵、更低的复杂性、更便利的管理和操作能力。
NGN功能的增强及业务要求的提高需要相应的网络条件来支撑，因此，对网络架构、网络技术和控制管理等方面都提出了新的要求。NGN架构应该独立于特定应用并且在功能上分离，目前比较一致的划分分为传送平面、会话和呼叫控制平面、应用平面和管理平面。NGN还应该提供多种接入类型，如xDSL、Cable、以太网、WLAN、蜂窝无线接入等。
下一代传送网络支持各种业务
通过分层的结构开放式地接受各种业务。换句话说，分层不取决于业务的种类。
针对业务的网络分层
传送层主要是采用光通信技术（DWDM、SDH等），提供点到点连接的固定带宽的电路或光路。下一代传送网络主要担任传送层的任务。
承载层是一个分组网络，适应各种信源的非固定速率特征和提供统计复用功能，在承载层组建不同的承载VPN，为不同信源通信提供其所需要的QoS保证和网络安全保证。
业务层解决各种信源通信的特点、属性、编址、控制信令、媒体处理等不同的个性化问题。业务层根据不同信源的特点进行信源编码并分组化。
NGN应该是网络层分组模式与传送层电路模式的结合，这样可以充分利用现有的网络资源，业务功能与承载技术分开。NGN将基于无连接但需有面向连接的特性。
互操作
在互操作方面，NGN应该支持与现存的固定/移动话音和数据网络的互操作，包括PSTN、ISDN、2G、3G移动网络和Internet。在移动性方面，NGN要支持用户和终端的漫游和游牧性，提供用户和终端的注册功能和移动性管理功能，识别用户轮廓和建立用户数据库，为漫游用户提供不同网络和接入技术下的无缝移交机制。在安全性方面，NGN要与其他网络和用户之间建立一种信任关系，具有对他们的识别和鉴权能力，能够在任何时间核实用户身份，检查用户是否具备使用资源和接入业务的权利；而从用户的角度，用户也应该能够对网络进行识别。在QoS方面，NGN应该提供域内和跨域的端到端QoS，QoS体系要支持多管理域且独立于各种接入技术，支持基于测量的准入控制和拥塞控制，支持基于使用的记账和计费。在用户网络方面，NGN的用户网络应该能够为一个IP多媒体会话或单个媒体流确定一个可选的目的地，并有权发起向其它目的地的转向；用户可以平行地运行多个多媒体会话并在任何时刻暂停、继续和终止会话。在OAM方面，NGN要提供多种技术和业务下的管理功能，既要支持分段的OAM又要支持端到端的OAM，还要支持层间OAM的互操作。此外，对保护倒换和重路由能力也提出了新的要求。
互操作为传送网络带来新的要求。
下一代传送网络支持3G
CCSA 2004年4月杭州会议议论此问题，没有明确的结论，但是表明已经在传输业界充分重视此需求。
是否有特殊的需要，而且这种需求还没有能够使用现在的传输 技术实现？没有明确地提出。
3G传送网络发展趋势及特性：
a) 组网扁平化，传输IP化，当前以TDM/ATM传输比较成熟；
b) 核心层容量大、节点少；
c) 接入层以TDM/ATM传输为主，基站接入速率高于2G网络；
d) 既要考虑兼容原有投资，又要考虑未来业务及协议的发展。
3G网络传输的特质
l 3G传输网络可分为接入传输网络和骨干传输网络。接入传输网络可分为接入传输网络和骨干传输网络。接入传输网络负责传输网络负责NodeB和RNC之间的业务传送，骨干传输之间的业务传送，骨干传输网络负责网络负责CN内部各业务节点的业务互连和传送； 内部各业务节点的业务互连和传送；
l 3G CN 内部流量趋于稳定，因此骨干传输网络需具备多内部流量趋于稳定，因此骨干传输网络需具备多业务透传能力。接入传输网络在某些情况下需要业务的收业务透传能力。
l 接入传输网络在某些情况下需要业务的收接入传输网络是最复杂、投资最大的部分，属于本地传输接入传输网络是最复杂、投资最大的部分，属于本地传输网的范畴，是网的范畴，是3G传输网建设的关注重点；
l 3G接入传输关注的接口： 接入传输关注的接口：Iub 、Iur和Iu（Iu-cs 、Iu-pss）；
l WCDMA（R99/R4）采用采用ATM ATM协议，CDMA2000可采用ATM/IP ATM/IP协议，因此协议，因此3G RAN内传送全部为分组业务，在CN内有TDM业务和分组业务之分。全业务和分组业务之分。全IP化以后从终端到RAN 和CN 将全是分组业务；
仅就3G传输而言， SDH或MSTP并不是必须的。以WCDMA R99/R4为例，ATM网络完全可以满足业务传网络送和处理需求。
3G传输网络物理层媒介
l 传输媒介分为有线和无线两种；
l 有线传输媒介有光纤、同轴电缆或双绞线；无线传输媒介有微波、卫星等；
l 同轴电缆或双绞线主要用于低、中容量的短距离传输；
l 相比有线传输，无线传输方式无需铺设电缆，具有安装方便、开通迅速等优势，但容量受限，可作为有线传输（主要是光纤传输）的一种补充方式，用于山区、偏远地区、铺设光纤较困难等区域；
光纤传输具有大容量、传输效率高等优点，仍然是光纤传输具有大容量、传输效率高等优点，仍然是3G网络传输的首选方式。
3G业务特点分析
a）基站带宽：
1～4×E1，覆盖与2G基本相当。其中从无线基站的业务量估计的角度出发，详细分析了RAN传输设备的接口带宽需求。
b）核心网带宽；
根据话务量规划计算
c）业务内容；
语音是基础，数据业务逐步发展
d）网络定位。
数据业务定位于高端用户，资费逐步平民化
3G对传输的接口要求
l Iub：Node B到RNC的业务接口，接口类型包括E1、N×E1 IMA、STM-1（承载ATM）；
l Iu-cs：RNC到电路域MSC的接口，接口类型为E1、STM-N（承载ATM）；
l Iu-ps ：RNC到分组域SGSN的接口，接口类型为E1、STM-N（承载ATM）；
l Iur：RNC之间的接口类型为E1、STM-N（承载ATM）；
l G：包括MSC、VLR、HLR和GGSN、SGSN之间的多种互连接口，包括STM-N（承载ATM、TDM）、POS、FE、GE、E1等类型。
MSTP平台组网
3G业务目前成熟的版本都是基于ATM平台，同时具有基于连接、保证QOS、统计复用、带宽管理等特性是它最大的优势，MSTP设备具有ATM处理能力；作为3G的承载传输网，实际上主要考虑MSTP平台对ATM的支持。
MSTP对3G