第9章 下一代通信网络
下一代网络具有如下特点。
① 新业务层出不穷，数据业务快速发展，数据业务量迅速膨胀。在一些经济发达国家，数据业务量已经超过语音业务量。
② 新的语音压缩技术已经可将语音信号压缩在低于64kbit/s的信道上传递。这种技术已经在IP电话、第二代和第三代移动通信系统中得到广泛应用。未来网络的带宽资源将主要用于数据业务，而语音业务则可用固定不变的甚至更少的带宽。
③ 计算机技术的发展和计算机互连需求的增加，使得基于IP或ATM的分组交换数据网日益发展壮大，这种分组交换网将适合各种类型信息的传送，而且网络资源利用率高。
概 述
下一代网络的定义
下一代网络应该是：一个通过高速公共传输链路和路由器等节点，利用IP承载语音、数据和视像所有比特流的多业务网；一个能为各种业务提供有保证的服务质量的网络；一个在与网络传送层及接入层分开的服务平台上提供服务与应用的网络。
一个向用户提供宽带接入，能充分发挥容量潜力的网络；一个具有后向兼容性，能充分挖掘现有网络设施潜力和保护已有投资，允许平滑演进的网络。
下一代网络的特点
下一代网络是可以提供包括语音、数据和多媒体等各种业务的综合开放的网络架构，有三大特征。
（1）采用开放的网络构架体系
（2）下一代网络是业务驱动的网络
（3）下一代网络是基于统一协议的分组网络
目前ITU-T对NGN的定义是GII的外延，并建议有关GII/NGN的研究方向应包括以下几方面。
① 第一层和第二层的交换的研究。
② IP选路的研究。
③ 在网络边缘提供业务平台的研究。
④ 核心网络技术与相关协议体系结构的研究。
⑤ 层间控制能力转化的研究。
⑥ 网络端到端业务的研究。
⑦ 接入网的研究。
下一代网络的分层
图9-1 下一代网络的分层结构
（1）接入和传输层（Accessand Transport Layer）
（2）媒体层（Media Layer）
（3）控制层（Control Layer）
（4）业务/应用层（Network Service/Application Layer）
下一代网络的体系结构
图9-2 软交换系统结构示意图
1．软交换技术的概念
软交换技术实际上是一组由多个功能平面中的网元协同执行并完成交换功能（建立端到端的通信连接）的和有效集成电路交换与分组交换网并传送融合业务功能（提供语音、数据、传真和视频相结合的业务以及未来通过软交换的开放应用程序接口API提供的新业务）的技术。
软交换结构可分为自上而下的4个功能平面：业务平面、控制平面、交换平面和接入平面（从采用软交换技术的网络体系结构来划分，则相应地称为业务层、控制层、核心层和接入层）。
（1）业务平面
（2）控制平面
（3）交换平面
（4）接入平面
2．软交换技术的优点
① 软交换技术可以降低处理业务（特别是数据业务）的成本。
② 软交换技术具有优异的提供新业务的能力。
③ 软交换技术具有良好的互操作性，有利于向IP网无缝演进。
④ 软交换技术具有开放的结构。
3．下一代网络的体系结构
由于历史的原因，现有通信网根据所提供的不同业务被垂直划分为几个单业务网络（电话网、数据网、CATV网、移动网等），它们都是针对某类特定业务设计的，因而制约了向其他类型业务的扩展。
图9-3 下一代网络结构
下一代网络的主要协议
下一代通信网络的特点是基于IP技术的多厂商、多技术、不同体系结构的复杂融合体，软交换技术在这样一个异构网络中起着极为重要的作用。协议是系统赖以生存的规则，如建立联系、交换数据以及终端会晤等，标准化协议是支持通信设备互通互连、提高通信设施效率、保障通信网络服务质量的关键因素。
图9-4 下一代网络设备间互连互通的协议关系
图9-5 下一代网络通信协议的组织结构
软 交 换
软交换的定义
从广义上看，软交换泛指一种体系结构，利用该体系结构可以建立下一代网络框架，其功能可以涵盖的4个功能层面：传输接入层、媒体层面、控制层面和网络服务层面，它主要由软交换设备、信令网关、媒体网关、应用服务器、IAD等组成。
图9-6 软交换示意图
图9-7 电路交换模式与软交换模式
软交换的主要特点
（1）高效灵活
（2）开放性
（3）多用户
（4）强大的业务功能
软交换的主要功能
1．呼叫控制和处理功能
2．协议功能
3．业务提供功能
4．业务交换功能
5．操作维护功能
6．计费功能
7．软交换与其他网络的互通
图9-8 软交换网络与基于协议的IP电话网的互通示意图
软交换支持的主要协议
1．
图9-9
2．MGCP
图9-10 MGCP应用范围
3．SIP
图9-11 SIP协议的应用范围
4．BICC协议
BICC协议的全称为与承载无关的呼叫控制协议，它是由ITU-T第11组提出的信令协议。BICC协议属于应用层控制协议，可用于建立、修改和终结呼叫，可以承载全方位的PSTN/ISDN业务。
5．SCTP
SCTP是IETF SIGTRAN小组提出的流控制传送协议，主要是在无连接的网络上传送PSTN信令消息，该协议可以在IP网上提供可靠的数据传输协议。
6．M2PA
M2PA（MTP2层用户对等适配层协议）是把信令的MTP3层适配到SCTP层的协议，它描述的传输机制可使任何两个信令节点通过IP网上的通信完成MTP3消息处理和信令网管理功能，因此能够在IP网连接上提供与MTP3协议的无缝操作。
7．M3UA
M3UA（MTP3层用户适配层协议）是把信令的MTP3层用户信令适配到SCTP层的协议。它描述的传输机制支持全部MTP3用户消息（TUP，ISUP，SCCP）的传送、MTP3用户协议对等层的无缝操作、SCTP传送偶联和话务的管理、多个软交换之间的故障倒换和负荷分担以及状态改变的异步报告。
软交换网络中存在的问题
1．软交换网络的QoS
2．软交换网络的业务提供能力
3．软交换网络的管理
4．软交换网络的组网
5．软交换网络协议的成熟性
网 关
网关的作用就是完成两个异构网络之间信息（包括媒体信息和用于控制的信令信息）的相互转换，以便使一个网络中的信息能够在另一网络中传输。
网关的这种结构对于IP电话系统的大规模部署具有相当的制约，这种制约主要表现为以下几点。
① 扩展性
② 与PSTN的无缝融合
③ 可用性
④ 7号信令能力
媒体网关
1．媒体网关的定义
媒体网关在NGN中扮演着重要的角色，如果说软交换是NGN的“神经”，应用层是NGN的“大脑”，那么媒体网关就是NGN的“四肢” 。
媒体网关是将一种网络中的媒体格式转换成另一种网络所要求的媒体格式的设备。
根据媒体网关设备在网络中的位置，可以将其分为如下几类。
（1）中继媒体网关
（2）综合接入媒体网关
（3）小区或企业用媒体网关
2．媒体网关的功能
（1）用户或网络接入功能
（2）接入核心媒体网络功能
（3）媒体流的映射功能
（4）受控操作功能
（5）管理和统计功能
3．媒体网关的协议
（1）控制层接口协议
（2）用户接入协议
（3）核心网接入协议
（4）媒体处理协议
（5）网络管理与统计协议
信令网关
信令网关是信令网与IP网的边缘接收和发送信令消息的信令代理，信令网关的功能用在信令网与IP网的关口，对信令消息进行中继、翻译或终结处理。
1．信令网关的种类
（1）信令网关
（2）用户信令网关
2．信令传送（Sigtran）的组成
图9-17 用户信令网关
3．SCN节点通过SG与IP网节点的互通
（1）信令网节点通过SG与IP网的MGC（软交换）的互通
图9-19 信令网节点与MGC（软交换）的互通（使用M3UA）
图9-20 信令网节点与MGC（软交换）的互通（使用M2PA）
图9-21 信令网节点与MGC（软交换）的互通（使用M2UA）
（2）信令网节点通过SG与IP网的数据库节点的互通
图9-22 信令网节点与IP网数据库节点的互通（使用M3UA）
图9-23 信令网节点与IP网数据库节点的互通（使用M2PA）
图9-24 信令网节点与IP网数据库节点的互通（使用SUA）
（3）ISDN端点（EP）通过SG接入IP网的MGC（软交换）
图9-25 信令网节点与MGC（软交换）的互通（使用IUA）
软交换的业务与安全
软交换的增值业务架构
图9-26 基于软交换的增值业务架构
软交换与应用服务器间的交互
图9-27 控制流
应用服务器之间的交互
图9-28 功能交互
业务应用编程接口
1．ParlayAPI在网络中的位置
2．ParlayAPl的体系结构
软交换中的安全
1．安全攻击与服务
在IP网上传递信息时，可能会受到下列的安全攻击。
① 中断
② 截取
③ 修改
④ 捏造
针对以上的安全攻击，安全系统一般需要提供的安全服务主要有以下几类。
① 保密性
② 认证
③ 完整性
④ 不可否认性
⑤ 访问控制
2．安全机制
（1）对称密钥机制
（2）公开密钥机制
（3）数字签名技术
3．IPSeC体系结构
图9-31 IPSec体系结构
三 网 融 合
1．什么是三网融合
三网融合即电话交换网、Internet及有线电视网的有机网融合。其本质是建成国家信息高速公路，实现网络从传输、接入到交换各个层面的宽带化。
2．为什么要实现三网融合
3．三网融合与光Internet
4．三网融合与宽带接入
练习思考题
1．下一代通信网络技术发展的驱动力是什么？
2．下一代通信网络有何特点？
3．下一代通信网络结构是怎样的？
4．三网融合实质是什么？
5．三网融合的聚点在哪里？
6．什么是网关？它有哪几种？有什么作用？
7．什么是软交换？软交换的体系结构是什么？
8．下一代通信网络和我国的信息基础设施有什么关系？
