论文部分内容阅读
摘要：下一代网络(NGN)是业界的热点话题，其中关于IP多媒体子系统(IMS)、软交换(Softswitch)的定位和未来发展方向需要达成共识。软交换和IMS都是属于NGN的业务网。软交换从设备的实现而言，应该可以平滑演进到IMS，但是从网络的演进而言，由于软交换将主要支持传统的公共交换电话网/综合业务数字网(PSTN/ISDN)业务，而它的基本业务和补充业务都是在本地实现，因此要实现向IMS的平滑演进有一定难度。
关键词：下一代网络；IP多媒体子系统；软交换
Abstract: When NGN becomes a hot topic in the industry, it is imperative to reach a consensus on positioning IP Multimedia Subsystem (IMS) and Softswitch, and planning their future directions. Both the Softswitch and IMS are adopted in the Next Generation Network (NGN) service layer. The Softswitch equipment can be evolved smoothly to relevant equipment in IMS. However, it is rather difficult to realize smooth network evolution towards IMS as the Softswitch mainly supports the traditional Public Switched Telephone Network/Integrated Services Digital Network (PSTN/ISDN) services, and its basic and complementary services are offered locally.
Key words: next generation network; IP multimedia subsystem; Softswitch
下一代网络(NGN)从其概念提出之日起，关于它的名称、定义和业务范围的讨论就是热点话题，到后来关于它的业务层采用何种技术也成为一个焦点问题。起初业务层网络技术以软交换(Softswitch)技术为主，认为NGN是提供多业务和网络融合的系统；后来又出现了IP多媒体子系统(IMS)，认为IMS将会取代软交换成为NGN在业务层的主要网络技术。那么NGN、软交换和IMS的关系如何？软交换的作用何在？下面就这些问题进行分析和探讨。
1 NGN
NGN是英文Next Generation Network的缩写，字面意思是下一代网。从字面上理解这一概念不准确，因为下一代网后面出现的网络还可以叫下一代网络。实际上，目前研究的NGN是一个基于分组的核心网络(有别于先前的时分复用网络)，能够提供包括电信业务在内的多种业务，支持多种宽带能力和具有按需求的服务质量(QoS)进行传送的技术，实现与业务相关的功能与底层传送技术的独立。它可以根据用户的选择自由地接入网络、业务提供者和业务。因此，这个名字只是为了强调其相对于先前的网络有突破性或者革命性。
NGN是个有能力提供全业务的网络，包括话音、数据、视频、流媒体、Internet接入、数字电视广播、移动等各种带宽、有线和无线的业务和应用，并提供开放的业务接口，允许多种业务提供商构建和提供业务。从用户的角度看，NGN包含现有业务环境(如电话业务、无线/移动业务、广播和分布式业务以及Internet等)提供的所有电信业务和应用。从NGN所提供的业务和应用可以看出，NGN业务和应用并不是一种革命性的目标，而是一种完美目标，即换一种技术方式实现现有所有网络的业务和应用，同时考虑未来可能出现的各种业务和应用。
2 软交换及其定位
软交换是电信交换网络演进过程中实现承载与控制分离的一种技术。软交换利用分组数据网的信息传送的能力，把传统电路交换机的呼叫控制功能、媒体承载功能、业务功能进行分离。软交换机不再处理媒体流和业务的属性，只是负责基本的呼叫控制，用户的接入由各种用户网关来完成。
软交换技术开始的出发点是采用承载与控制分类、控制与业务分离的思想，利用分组IP网的传送能力提供电信级的IP语音(VoIP)业务，使运营商能够更快更有效地提供各种满足不同用户群需求的基于话音的增值业务。由于IP分组网本身具有综合业务的传送能力，不仅可以传送IP化的话音，也可以传送IP化的视频和多媒体业务，因此人们自然想到软交换如果能够实现对这些业务的控制能力，这个网络就具备了在一个网络上提供多种业务的能力，实现电信界追求的网络和业务融合的理想。因此在基于软交换控制的网络中增加了宽带接入的会话初始协议(SIP)用户，在软交换的控制下提供宽带的视频业务、多媒体业务和一些数据业务。
但是NGN IMS概念的出现，使得这种想法搁浅了。以欧洲电信标准组织(ETSI)为代表的TISPAN计划提出了NGN的4个业务部件：公共交换电话网/综合业务数字网(PSTN/ISDN)仿真部件、IP多媒体子系统部件、流媒体部件和其他多媒体部件。ITU-T SG13也给出了NGN的框架(如图1所示)，其中基于IMS的体系架构是NGN的主体架构。ITU-T认为IMS代表了NGN发展的方向，NGN IMS可以支持PSTN/ISDN仿真业务，也可以支持基于IMS的各种宽带业务，同时还可以支持支持固定和移动接入的宽带用户，使得移动和固定融合(FMC)成为可能。但是由于基于IMS的网络融合研究刚刚开始，技术上还不够成熟稳定，其标准化工作还有很长的路要走。特别是NGN IMS要支持PSTN/ISDN仿真业务，要求基于IMS的网络具备原有PSTN/ISDN的许多特征，就会失去IMS的一些天然优势，因此并不一定适合所有PSTN/ISDN业务的提供。
目前，相当多的运营商面临的问题是如何将传统的基于电路的PSTN/ISDN演进到基于分组技术的NGN中。在2004年12月ITU NGN会议上，大会同意启动基于呼叫服务器(称之为CS-based PES，即软交换提供PSTN/ISDN业务)网络演进的标准化研究工作。ITU下一代网络热点组(FGNGN)也在2004年6月启动了PSTN演进的研究，提出了基于呼叫服务器的PSTN演进方案和示例。呼叫服务器将主要完成电路交换网的演进历程，而IMS将主要完成多媒体业务的功能，随着IMS的成熟，两者的应用将长期共存。
因此软交换技术实现电路交换向分组交换演进是电话网发展的重要技术举措，而NGN IMS可能是未来NGN中解决宽带固定和移动融合提供多媒体业务的总体架构。考虑到这些因素，如果把软交换定位于实现电路交换向分组交换演进电话网，根据市场需求支持少量的部分宽带用户的业务(如视频和部分多媒体业务)，实现一线入户(一线提供宽窄带的业务)，可能是一种市场和网络演进综合考虑的选择。
软交换网络是固网运营商由于市场业务竞争的需求在现阶段实施NGN的一种方式。目前软交换可以提供C4局的业务，替代传统的电路交换，实现长途电话业务；也可以通过数据接入把各种终端接入软交换的核心业务网进行服务，提供C5局的业务。
现有的软交换网络组网时有两种结构：一种方式是软交换设备接入不同的有线用户，包括窄带用户和宽带用户，暂称之为综合软交换；另外一种组网方式是由媒体网关控制器(MGC)和SIP服务器两个设备共同完成软交换的业务，MGC接入和控制窄带用户，暂称之为窄带软交换;SIP服务器接入和控制宽带用户，暂称之为宽带软交换。
由于软交换是NGN实施的初级阶段，而且目前主要是针对有线接入用户考虑的业务，它的演进和发展应该考虑到未来NGN的需求。如果运营商在规划NGN时，认为PSTN要演进到NGN的CS-based PES网络，在实施和演进软交换网的时候就应该考虑到这种需求，部署窄带软交换满足市场的需求。即使有宽带的一些市场需求，也建议采用综合软交换提供业务，而不建议采用宽带软交换组网。
宽带软交换主要是基于SIP服务器提供类似于IP终端的话音业务，从形式上看当然可以实现这些终端用户的移动性和一些IP话音的需求，SIP服务器也能按照IMS的标准去演进到NGN的IMS。但实际上它与IMS体系架构还相距甚远，主要体现在用户的用户数据和业务数据还在本地的服务器设置，并没有集中的数据库设置和管理；核心控制只有服务的SIP服务器，并没有按照IMS架构规定的代理/呼叫会话控制功能(P-CSCF)、查询/呼叫会话控制功能(I-CSCF)、服务/呼叫会话控制功能(S-CSCF)区分这些功能。也许从产品的提供平台上SIP服务器能够演进到IMS的产品，但是目前SIP服务器组织的运营网络却很难演进到NGN的IMS。
3 IMS及其定位
IMS由3GPP标准组织在其标准R5版本中提出，R5主要定义IMS的核心结构、网元功能、接口和流程等内容；R6版本增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和无线局域网(WLAN)接入特性等；R7版本加强了对固定、移动融合的标准化制订，要求IMS支持数字用户线(xDSL)、电缆调制解调器等固定接入方式。目前，3GPP R5和R6已经被冻结。
TISPAN和ITU-T SG13标准组织主要从固网的角度出发研究NGN的相关标准。IMS是TISPAN定义的NGN体系架构中的业务部件之一，TISPAN IMS是在3GPP R6 IMS核心规范的基础上对功能实体和协议进行扩展的，支持固定接入方式。
当3G牌照发放之后，每个运营商都有可能成为全业务运营商。传统的固网运营商在组建R4的3G网并提供业务之后，不久的将来可能由于市场竞争压力，而组建一个IMS网络。这个IMS网络在一开始只是接入3G的用户，但是从网络的标准上一定要考虑接入有线宽带数据用户。当然最好是在一开始就统筹考虑这两类接入用户的业务需求，而建设一个一开始就融合的网络，但是从业务需求方面，有线和无线接入用户在业务需求的时间上有差距，业务种类也可能不一样，因此业务网可能是分离的网络。将来随着用户对业务的需求性的类同、运营商全业务的运营，两个网络将会走向融合，届时这个网络会通过WLAN、WiMax等各种接入技术或接入网而接入用户。
IMS是一个在分组域(PS)上的多媒体控制/呼叫控制平台，IMS使得PS具有电路域(CS)的部分功能，支持会话类和非会话类的多媒体业务。IMS为未来的多媒体应用提供一个通用的业务平台，典型的业务如呈现、消息、会议、一键通(PoC)等。因此对于传统的移动运营商，IMS的需求更多的是未来FMC和近期市场的需求，在考虑建设IMS网络时，不仅要考虑移动用户的需求，也需要考虑大客户的需求和一些潜在固定宽带用户的需求。但是这些固定业务的需求，并不是传统PSTN/ISDN业务的需求，应该是宽带多媒体业务的需求，因此在考虑建设IMS时也并不需要考虑PSTN仿真业务(PES)的提供，而是提供PSTN模拟业务(PSS)。
对于IMS的宽带接入用户，未来不仅有多媒体业务的需求，还有流媒体业务的需求。目前NGN R1版本支持多媒体业务，所以现在已经准备在NGN的R2版本中，在IMS上支持流媒体业务。IMS的优势在于用户的归属业务服务器中存储了用户定制业务的触发机制，用户的个性化的一些业务流媒体业务(或IPTV业务)在IMS上实现应该是一种很好的选择。
4 结束语
NGN从字面上理解，并不是一个特定的网络，它是一个发展的网络。目前研究的NGN的重点是在一个统一的分组网上提供多业务的能力，但是从长远看NGN各个层面(例如业务层、承载层、传送层)和各个部分(终端、客户网络、接入网、核心网)都可能发生变化，这些内容都应该是NGN的研究范围[1-6]。软交换和IMS都属于NGN的业务网，它们的业务范围也比较重叠，但是它们定位还是有些差别，软交换是一种NGN中现实的业务实现方案，而且已经在现网中应用，但是其标准化程度不高；IMS是一种网络框架结构的标准，目前在现网中的应用还不多。软交换从设备的实现而言，应该可以平滑演进到IMS，但是从网络的演进而言，由于软交换将主要支持传统的PSTN/ISDN业务，而它的基本业务和补充业务都是在本地实现，因此要实现向IMS的平滑演进有一定难度。
5 参考文献
[1] ITU-T Draft Supplement TRY.ngn.rel1.scope -NGN Release 1 Scope[S].
[2] ITU-T Draft Recommendation Y.2012 (formerly Y.NGN-FRA) [Draft Version 0.8] [S].
[3] ITU-T Draft Recommendation Y.piev - PSTN/ISDN evolution to NGN[S].
[4] ITU-T Draft Recommendation Y.PIEA(PSTN/ISDN Emulation Architecture)[S].
[5] ITU-T Draft Recommendation Y.csem[S].
[6] ITU-T Draft Recommendation Y.IFN (IMS for Next Generation Networks) [S].
收稿日期：2006-07-15
作 者 简 介
续合元，信息产业部电信研究院通信标准研究所总工程师，教授级高级工程师。电信研究院硕士研究生导师。中国标准协会网络交换组信令与协议工作组的组长，信息产业部通信科技委专家咨询组成员。
关键词：下一代网络；IP多媒体子系统；软交换
Abstract: When NGN becomes a hot topic in the industry, it is imperative to reach a consensus on positioning IP Multimedia Subsystem (IMS) and Softswitch, and planning their future directions. Both the Softswitch and IMS are adopted in the Next Generation Network (NGN) service layer. The Softswitch equipment can be evolved smoothly to relevant equipment in IMS. However, it is rather difficult to realize smooth network evolution towards IMS as the Softswitch mainly supports the traditional Public Switched Telephone Network/Integrated Services Digital Network (PSTN/ISDN) services, and its basic and complementary services are offered locally.
Key words: next generation network; IP multimedia subsystem; Softswitch
下一代网络(NGN)从其概念提出之日起，关于它的名称、定义和业务范围的讨论就是热点话题，到后来关于它的业务层采用何种技术也成为一个焦点问题。起初业务层网络技术以软交换(Softswitch)技术为主，认为NGN是提供多业务和网络融合的系统；后来又出现了IP多媒体子系统(IMS)，认为IMS将会取代软交换成为NGN在业务层的主要网络技术。那么NGN、软交换和IMS的关系如何？软交换的作用何在？下面就这些问题进行分析和探讨。
1 NGN
NGN是英文Next Generation Network的缩写，字面意思是下一代网。从字面上理解这一概念不准确，因为下一代网后面出现的网络还可以叫下一代网络。实际上，目前研究的NGN是一个基于分组的核心网络(有别于先前的时分复用网络)，能够提供包括电信业务在内的多种业务，支持多种宽带能力和具有按需求的服务质量(QoS)进行传送的技术，实现与业务相关的功能与底层传送技术的独立。它可以根据用户的选择自由地接入网络、业务提供者和业务。因此，这个名字只是为了强调其相对于先前的网络有突破性或者革命性。
NGN是个有能力提供全业务的网络，包括话音、数据、视频、流媒体、Internet接入、数字电视广播、移动等各种带宽、有线和无线的业务和应用，并提供开放的业务接口，允许多种业务提供商构建和提供业务。从用户的角度看，NGN包含现有业务环境(如电话业务、无线/移动业务、广播和分布式业务以及Internet等)提供的所有电信业务和应用。从NGN所提供的业务和应用可以看出，NGN业务和应用并不是一种革命性的目标，而是一种完美目标，即换一种技术方式实现现有所有网络的业务和应用，同时考虑未来可能出现的各种业务和应用。
2 软交换及其定位
软交换是电信交换网络演进过程中实现承载与控制分离的一种技术。软交换利用分组数据网的信息传送的能力，把传统电路交换机的呼叫控制功能、媒体承载功能、业务功能进行分离。软交换机不再处理媒体流和业务的属性，只是负责基本的呼叫控制，用户的接入由各种用户网关来完成。
软交换技术开始的出发点是采用承载与控制分类、控制与业务分离的思想，利用分组IP网的传送能力提供电信级的IP语音(VoIP)业务，使运营商能够更快更有效地提供各种满足不同用户群需求的基于话音的增值业务。由于IP分组网本身具有综合业务的传送能力，不仅可以传送IP化的话音，也可以传送IP化的视频和多媒体业务，因此人们自然想到软交换如果能够实现对这些业务的控制能力，这个网络就具备了在一个网络上提供多种业务的能力，实现电信界追求的网络和业务融合的理想。因此在基于软交换控制的网络中增加了宽带接入的会话初始协议(SIP)用户，在软交换的控制下提供宽带的视频业务、多媒体业务和一些数据业务。
但是NGN IMS概念的出现，使得这种想法搁浅了。以欧洲电信标准组织(ETSI)为代表的TISPAN计划提出了NGN的4个业务部件：公共交换电话网/综合业务数字网(PSTN/ISDN)仿真部件、IP多媒体子系统部件、流媒体部件和其他多媒体部件。ITU-T SG13也给出了NGN的框架(如图1所示)，其中基于IMS的体系架构是NGN的主体架构。ITU-T认为IMS代表了NGN发展的方向，NGN IMS可以支持PSTN/ISDN仿真业务，也可以支持基于IMS的各种宽带业务，同时还可以支持支持固定和移动接入的宽带用户，使得移动和固定融合(FMC)成为可能。但是由于基于IMS的网络融合研究刚刚开始，技术上还不够成熟稳定，其标准化工作还有很长的路要走。特别是NGN IMS要支持PSTN/ISDN仿真业务，要求基于IMS的网络具备原有PSTN/ISDN的许多特征，就会失去IMS的一些天然优势，因此并不一定适合所有PSTN/ISDN业务的提供。
目前，相当多的运营商面临的问题是如何将传统的基于电路的PSTN/ISDN演进到基于分组技术的NGN中。在2004年12月ITU NGN会议上，大会同意启动基于呼叫服务器(称之为CS-based PES，即软交换提供PSTN/ISDN业务)网络演进的标准化研究工作。ITU下一代网络热点组(FGNGN)也在2004年6月启动了PSTN演进的研究，提出了基于呼叫服务器的PSTN演进方案和示例。呼叫服务器将主要完成电路交换网的演进历程，而IMS将主要完成多媒体业务的功能，随着IMS的成熟，两者的应用将长期共存。
因此软交换技术实现电路交换向分组交换演进是电话网发展的重要技术举措，而NGN IMS可能是未来NGN中解决宽带固定和移动融合提供多媒体业务的总体架构。考虑到这些因素，如果把软交换定位于实现电路交换向分组交换演进电话网，根据市场需求支持少量的部分宽带用户的业务(如视频和部分多媒体业务)，实现一线入户(一线提供宽窄带的业务)，可能是一种市场和网络演进综合考虑的选择。
软交换网络是固网运营商由于市场业务竞争的需求在现阶段实施NGN的一种方式。目前软交换可以提供C4局的业务，替代传统的电路交换，实现长途电话业务；也可以通过数据接入把各种终端接入软交换的核心业务网进行服务，提供C5局的业务。
现有的软交换网络组网时有两种结构：一种方式是软交换设备接入不同的有线用户，包括窄带用户和宽带用户，暂称之为综合软交换；另外一种组网方式是由媒体网关控制器(MGC)和SIP服务器两个设备共同完成软交换的业务，MGC接入和控制窄带用户，暂称之为窄带软交换;SIP服务器接入和控制宽带用户，暂称之为宽带软交换。
由于软交换是NGN实施的初级阶段，而且目前主要是针对有线接入用户考虑的业务，它的演进和发展应该考虑到未来NGN的需求。如果运营商在规划NGN时，认为PSTN要演进到NGN的CS-based PES网络，在实施和演进软交换网的时候就应该考虑到这种需求，部署窄带软交换满足市场的需求。即使有宽带的一些市场需求，也建议采用综合软交换提供业务，而不建议采用宽带软交换组网。
宽带软交换主要是基于SIP服务器提供类似于IP终端的话音业务，从形式上看当然可以实现这些终端用户的移动性和一些IP话音的需求，SIP服务器也能按照IMS的标准去演进到NGN的IMS。但实际上它与IMS体系架构还相距甚远，主要体现在用户的用户数据和业务数据还在本地的服务器设置，并没有集中的数据库设置和管理；核心控制只有服务的SIP服务器，并没有按照IMS架构规定的代理/呼叫会话控制功能(P-CSCF)、查询/呼叫会话控制功能(I-CSCF)、服务/呼叫会话控制功能(S-CSCF)区分这些功能。也许从产品的提供平台上SIP服务器能够演进到IMS的产品，但是目前SIP服务器组织的运营网络却很难演进到NGN的IMS。
3 IMS及其定位
IMS由3GPP标准组织在其标准R5版本中提出，R5主要定义IMS的核心结构、网元功能、接口和流程等内容；R6版本增加了部分IMS业务特性、IMS与其他网络的互通规范和无线局域网(WLAN)接入特性等；R7版本加强了对固定、移动融合的标准化制订，要求IMS支持数字用户线(xDSL)、电缆调制解调器等固定接入方式。目前，3GPP R5和R6已经被冻结。
TISPAN和ITU-T SG13标准组织主要从固网的角度出发研究NGN的相关标准。IMS是TISPAN定义的NGN体系架构中的业务部件之一，TISPAN IMS是在3GPP R6 IMS核心规范的基础上对功能实体和协议进行扩展的，支持固定接入方式。
当3G牌照发放之后，每个运营商都有可能成为全业务运营商。传统的固网运营商在组建R4的3G网并提供业务之后，不久的将来可能由于市场竞争压力，而组建一个IMS网络。这个IMS网络在一开始只是接入3G的用户，但是从网络的标准上一定要考虑接入有线宽带数据用户。当然最好是在一开始就统筹考虑这两类接入用户的业务需求，而建设一个一开始就融合的网络，但是从业务需求方面，有线和无线接入用户在业务需求的时间上有差距，业务种类也可能不一样，因此业务网可能是分离的网络。将来随着用户对业务的需求性的类同、运营商全业务的运营，两个网络将会走向融合，届时这个网络会通过WLAN、WiMax等各种接入技术或接入网而接入用户。
IMS是一个在分组域(PS)上的多媒体控制/呼叫控制平台，IMS使得PS具有电路域(CS)的部分功能，支持会话类和非会话类的多媒体业务。IMS为未来的多媒体应用提供一个通用的业务平台，典型的业务如呈现、消息、会议、一键通(PoC)等。因此对于传统的移动运营商，IMS的需求更多的是未来FMC和近期市场的需求，在考虑建设IMS网络时，不仅要考虑移动用户的需求，也需要考虑大客户的需求和一些潜在固定宽带用户的需求。但是这些固定业务的需求，并不是传统PSTN/ISDN业务的需求，应该是宽带多媒体业务的需求，因此在考虑建设IMS时也并不需要考虑PSTN仿真业务(PES)的提供，而是提供PSTN模拟业务(PSS)。
对于IMS的宽带接入用户，未来不仅有多媒体业务的需求，还有流媒体业务的需求。目前NGN R1版本支持多媒体业务，所以现在已经准备在NGN的R2版本中，在IMS上支持流媒体业务。IMS的优势在于用户的归属业务服务器中存储了用户定制业务的触发机制，用户的个性化的一些业务流媒体业务(或IPTV业务)在IMS上实现应该是一种很好的选择。
4 结束语
NGN从字面上理解，并不是一个特定的网络，它是一个发展的网络。目前研究的NGN的重点是在一个统一的分组网上提供多业务的能力，但是从长远看NGN各个层面(例如业务层、承载层、传送层)和各个部分(终端、客户网络、接入网、核心网)都可能发生变化，这些内容都应该是NGN的研究范围[1-6]。软交换和IMS都属于NGN的业务网，它们的业务范围也比较重叠，但是它们定位还是有些差别，软交换是一种NGN中现实的业务实现方案，而且已经在现网中应用，但是其标准化程度不高；IMS是一种网络框架结构的标准，目前在现网中的应用还不多。软交换从设备的实现而言，应该可以平滑演进到IMS，但是从网络的演进而言，由于软交换将主要支持传统的PSTN/ISDN业务，而它的基本业务和补充业务都是在本地实现，因此要实现向IMS的平滑演进有一定难度。
5 参考文献
[1] ITU-T Draft Supplement TRY.ngn.rel1.scope -NGN Release 1 Scope[S].
[2] ITU-T Draft Recommendation Y.2012 (formerly Y.NGN-FRA) [Draft Version 0.8] [S].
[3] ITU-T Draft Recommendation Y.piev - PSTN/ISDN evolution to NGN[S].
[4] ITU-T Draft Recommendation Y.PIEA(PSTN/ISDN Emulation Architecture)[S].
[5] ITU-T Draft Recommendation Y.csem[S].
[6] ITU-T Draft Recommendation Y.IFN (IMS for Next Generation Networks) [S].
收稿日期：2006-07-15
作 者 简 介
续合元，信息产业部电信研究院通信标准研究所总工程师，教授级高级工程师。电信研究院硕士研究生导师。中国标准协会网络交换组信令与协议工作组的组长，信息产业部通信科技委专家咨询组成员。