下一代网（NGN）的现状与发展趋势

摘 要介绍了下一代网(NGN)的国际发展动向及发展现状，阐述了支撑NGN的主要技术和基本要求，最后预测了NGN的发展趋势。
关键词下一代网(NGN) 固定网 接入网 城域网
一、引言
　　“下一代”网的提法最早是由美国克林顿政府于1997年10月10日提出的(下一代互联网行动计划NGI)。其目的是研究下一代先进的组网技术，建立试验床，开发革命性应用。
　　然而，到了90年代末，电信市场在世界范围内开放竞争，互联网的广泛应用使数据业务急剧增长，用户对多媒体业务产生了强烈需求，对移动性的需求也与日俱增。电信业面临着强烈的市场冲击与技术冲击。在这种形势下，出现了下一代网(NGN)的提法，并成为大家探讨最多的一个话题。
　　到了2002年，世界范围内发生了两个变化。一是全球移动用户数超过固定用户数，二是全世界网上传送的数据业务量超过话音业务量。实际上，这两个“超过”反映了随着时代与技术的进步，人类对移动性和信息需求急剧上升的趋势，隐含着大量更高价值的下一代服务与应用。当前的网络，不管是电话网，还是互联网或移动网，均不能适应这个发展趋势，必须向下一代发展。因此，NGN成为网络界描述未未电信网共同使用的一个新概念。实际上，它好像一把大伞，涵盖了固定网、互联网、移动网、核心网、城域网、接入网、用户驻地网等许多内容。
　　对于NGN，只有欧洲ETSI曾将其作为定义和部署网络的一个概念。由于它们形式上分为不同的层和面，并使用开放的接口，所以NGN给服务提供商与运营商提供了一个能逐步演进的平台，在此平台上可不断创造，开放和管理新的服务。从这一定义可以看出，NGN最后的落脚点是服务，是可以不断创造、开放和管理的新的服务。
二、国外主要发展动态
　　现在，许多国家都在研究探讨NGN，但时至今日，运营商、制造商和服务提供商对NGN的看法各不相同。大家都希望能够对NGN取得共识，以便对它制定国际标准，于是，ITU-T在2002年1月的13组会议上决定启动NGN的标准化工作，并在第13研究组内建立一个新的项目，即NGN2004Project，该项目将与ITU-T已有的GII(全球信息基础设施)项目相对应，因为ITU-T把NGN看作是GII的具体实现，ITU在1995年启动的GII项目形成了目前的Y系列建议，包括GII原则与架构、GII场景设想方法与举例、信息通信结构、互联参考模型，后来又加入了有关IP传送的内容。但在Y系列建议中，除了互操作与互通问题没有完备外，网络上如何具体实现的问题更是空白。NGN2004Project的目标即是填补这一空白，计划在2004年制定出相关建议。NGN2004Project包括NGN的总体框架模型、NGN的功能体系结构模型、端到端QoS、服务平台、网络管理和安全性。
　　欧盟于2001年启动了为期2年的NGN行动计划(NGNI)，以推动欧洲信息技术的发展。NGNI不仅包括网络技术的发展和演进，还包括业务需求与业务模型、管制政策等众多内容。为此，成立了“网络设施”，“移动与无线”，“光网络”，“家庭网络”，“边缘设备”，“QoS/CoS、SLA/SLS、流量工程”，“网管和主动网络”7个工作组。研究内容涉及QoS、IPv6、光网、接入网、有线与无线的融合、内容与网络的管理、业务(包括业务需求、模型等)、卫星、移动通信、互操作性等。
三、对NGN的基本要求
　　虽然目前对NGN还没有形成统一认识，NGN最终发展成什么样现在也难以描述清楚，但对NGN至少可以提出一些基本要求：
　　(1)为了支持更多更有价值的服务与应用，特别是支持今后将成为主要市场驱动力的视像应用和多媒体，NGN应是一个具有巨大容量，在每一个网络环节都不会产生带宽瓶颈的网络。
　　(2)为了消灭地址壁垒，恢复因地址有限而失去的端到端连接功能，让数十上百亿的人和设备上网，实现互联网的普遍服务，并且把服务方式由提取(pull)演进为推送(push)，NGN应是一个具有海量地址空间，能实现端到端连接的网络。
　　(3)面对用户对新服务需求的急剧增长，NGN应是一个基于IP的，能够承载话音、多媒体、数据和视象等所有比特流的多业务网，并能通过各种各样的传送特性(实时与非实时、由低到高的数据速率、不同的QoS、点到点/多播/广播/会话/会议等等)满足这些业务的要求，使服务质量得到保证，令用户满意。运营商可以推出新的盈利模式，实现按质论价、优质优价。
　　(4)为了适应完全开放与竞争的环境，让众多的运营商、制造商和服务提供商方便地进入市场参与竞争，易于生成和运行各种服务，NGN的网络结构和功能组织应当提供开放式的接口。
　　(5)服务与应用是无止境的，为了让服务与应用能够不断演进，而不受制于网络，NGN应是一个在与网络传送层/接入层分开的服务平台上提供服务与应用的网络。也就是说，服务的提供要与网络分开，服务功能要与传送功能分开。
　　(6)为了充分挖掘现有网络设施潜力和保护已有投资，NGN应是一个具有后向兼容性、能与传统网络(PSTN、IPv4网等)互操作与互通、允许平滑演进的网络。
　　(7)移动电话的大发展充分表明人类对移动性的旺盛需求，电话服务需要移动性，互联网服务同样需要移动性。现在越来越多的人希望在移动的过程中高速接入互联网，获取急需的信息，完成所想做的事情。NGN应能支持普遍的移动性和游牧性。
　　在新世纪，在新的经济体系下，网络安全和信息安全保障能力将是国家的综合国力、经济竞争实力和生存能力的重要组成部分，是世界各国在奋力攀登的制高点。因此，NGN应具备很高的安全性，能够适应国家安全、经济建设、科研生产和保护公众利益的需要。
四、支撑NGN的主要技术
　　为了满足上述基本要求，NGN必须得到许多新技术的支持。下面列举若干目前能够预见到的技术。
　　1.IPv6
　　作为网络协议，NGN将基于IPv6。IPv6相对于IPv4的主要优势是，扩大了地址空间，提高了网络的整体吞吐量，服务质量得到很大改善，安全性有了更好的保证，支持即插即用和移动性，更好地实现了多播功能。IPv6并非尽善尽美，一劳永逸，不可能解决所有问题，何况今后还会遇到现在预计不到的问题。但不管怎样，IPv6带来的好处将使网络上到一个新台阶，并将在发展中不断完善。
　　2.光纤高速传输技术
　　NGN需要更高的速率，更大的容量。但到目前为止，能够看到的，并能实现的最理想的传送媒介仍然是光。因为只有利用光谱才能带来充裕的带宽。光纤高速传输技术现正沿着扩大单一波长传输容量、超长距离传输和密集波分复用(DWDM)系统3个方向在发展。单一光纤的传输容量自1980～2000年这20年里增加了大约1万倍。目前已达到40Gbit/s，预计几年后将再增加16倍，达到6.4Tbit/s。超长距离实现了1.28Tbit/s(128×10Gbit/s)无再生传送8000km，波分复用实验室最高水平已达到273个波长，每波长40Gbit/s的10.9Tbit/s系统(日本NEC)。
　　3.光交换与智能光网
　　光有高速传输是不够的，NGN需要更加灵活、更加有效的光传送网。组网技术现正从具有分插复用和交叉连接功能的光联网向利用光交换机构成的智能光网发展，即从环形网向网状网发展，从光—电—光交换向全光交换发展。智能光网能在容量灵活性、成本有效性、网络可扩展性、业务提供灵活性、用户自助性、覆盖性和可靠性等方面，比点到点传输系统和光联网具有更多的优越性。
　　4.宽带接入
　　NGN必须有宽带接入技术的支持，因为只有接入网的带宽瓶颈被打开，各种宽带服务与应用才能开展起来，网络容量的潜力才能真正发挥。这方面的技术五花八门，其中主要技术有高速数字用户线(VDSL)，基于以太网无源光网(EPON)的光纤到家(FTTH)，自由空间光系统(FSO)、无线局域网(WLAN)。与ADSL相比，VDSL既可工作于不对称方式，也可工作于对称方式，速度要快得多，能支持ADSL不能支持的业务。再加上VDSL不基于ATM技术，设备简单，建设快，故总体造价比ADSL便宜。由于具有上述优势，VDSL在2001年开始升温。特别是利用FTTC或FTTB配合VDSL可以成为一种很好的宽带接入方案，既能满足目前需要，也能适应将来更新的技术。所谓EPON，就是把全部数据装在以太网帧内来传送的一种PON。考虑到现在95%的LAN都使用以太网，把以太网技术用于对IP数据最优的接入网是十分合乎逻辑的。由EPON支持的FTTH现正在悄然兴起，它能支持Gbit/s的速率，而且成本不久可降到与DSL和HFC网相当的水平。美国在FTTH安装方面在过去12个月中增加了200%多。自由空间光系统(FSO)是光纤通信与无线通信的结合。它通过大气而不是光纤传送光信号。FSO技术既能提供类似光纤的速率，在无线接入带宽上有了明显突破，又不需在频谱这样的稀有资源方面有很大的初始投资(因为无需许可证)。与光纤线路相比，FSO系统不仅安装时间少得多，成本也低得多，FSO已经在企业和多住户单元(MDU)市场得到使用。WLAN具有一定的移动性，灵活性高，建网迅速，管理方便，网络造价低，扩展能力强以及不需许可证等优点。随着其自身技术的提高，现被重新定位为一种高速无线接入技术，在一定范围可满足接入互联网和移动办公的需求，形成了自己的市场空间，与移动通信、固定无线接入、无线个人域网等其它无线技术互为补充。
　　5.城域网
　　城域网也是NGN中不可忽视的一部分。城域网的解决方案十分活跃，有基于SONET/SDH/SDH和ATM的，也有基于以太网或WDM以及MPLS和RPR(弹性分组环技术)等。这里需要一提的是弹性分组环(RPR)和城域光网(MON)。弹性分组环是面向数据(特别是以太网)的一种光环新技术，它利用了大部分数据业务的实时性不如话音那样强的事实，使用双环工作方式。RPR与媒体无关，可扩展，采用分布式管理、拥塞控制与保护机制，具备分服务等级的能力，它比SONET/SDH能更有效地分配带宽和处理数据，从而降低运营商及其企业客户的成本，使运营商在城域网内通过以太网运行电信级的业务成为可能。城域光网是代表发展方向的城域网技术，其目的是把光网在成本与网络效率方面的好处带给最终用户。城域光网是一个扩展性非常好并能适应未来的透明、灵活、可靠的多业务平台，能提供动态的、基于标准的多协议支持，同时具备高效配置、生存能力和综合网络管理的能力。
　　6.软交换
　　为了把控制功能(包括服务控制功能和网络资源控制功能)与传送功能完全分开，NGN需要使用软交换技术。软交换的概念基于新的网络功能模型分层(分为接入与传送层、媒体层、控制层与网络服务层四层)概念，从而对各种功能作不同程度的集成，把它们分离开来，通过各种接口协议，使业务提供者可以非常灵活地将业务传送和控制协议结合起来，实现业务融合和业务转移，非常适用于不同网络并存互通的需要，也适用于从话音网向多业务/多媒体网的演进。
　　7.3G和后3G移动通信系统
　　3G定位于多媒体IP业务，传输容量更大，灵活性更高，形成了家族式的世界单一标准，并将引入新的商业模式，目前正处在走向大规模商用的关键时刻。值得关注的是，3G将与IPv6相结合。欧盟认为，IPv6是发展3G的必要工具，若想大规模发展3G，就不得不升级到IPv6。制定3G标准的3GPP组织于2000年5月已经决定以IPv6为基础构筑下一代移动网，使IPv6成为3G必须遵循的标准。包括4G在内的后3G系统将定位于宽带多媒体业务，使用更高的频带，使传输容量再上一个台阶。在不同网络问可无缝提供服务，网络可以自行组织，终端可以重新配置和随身佩带，是一个包括卫星通信在内的端到端IP系统，与其它技术共享一个IP核心网。它们均为支持NGN的基础设施。
　　8.IP终端
　　随着政府上网、企业上网、个人上网、汽车上网、设备上网、家电上网等等的普及，必须开发相应的IP终端来与之适配。许多公司现正在从固定电话机开始开发基于IP的用户设备，其中包括汽车的仪表板、建筑物的空调系统、家用电器、音响设备、电冰箱及调光开关和电咖啡壶等。所有这些设备都将挂在网上，可以通过家庭LAN或个人域网(PAN)接入或从远端PC机接入。
    9.网络安全技术
　　网络安全与信息安全是休戚相关的，网络不安全，就谈不上信息安全。现在，除了常用的防火墙、代理服务器、安全过滤、用户证书、授权、访问控制、数据加密、安全审计和故障恢复等安全技术外，还要采取更多的措施来加强网络的安全，例如针对现有路由器、交换机、边界网关协议(BGP)、域名系统(DNS)所存在的安全弱点提出解决办法；迅速采用增强安全性的网络协议(特别是IPv6)；对关键的网元、网站、数据中心设置真正的冗余、分集和保护；实时全面观察了解整个网络的情况，对传送的信息内容负有责任，不盲目传递病毒或攻击；严格控制新技术和新系统，在找到和克服安全弱点之前或者另加安全性之前不允许把它们匆忙推向市场等。
五、结束语
　　NGN好比一个新生儿，在不久的将来它一定会成长起来。但无法预测最终它会是什么样，因为在它的成长过程中必然会遇到这样和那样的问题，有些预料得到，有些预料不到。但有理由相信，NGN必将在不断探索、不断创新、不断演进的过程中成长起来，它将在容量、质量、功能和包容性上给予足够的保证，可以放开手脚创造更多更有价值的服务与应用，把人类带入一个新的信息时代。(雷震洲/CHINA通信网)