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　　蒋林涛

　　摘要探讨了下一代电信网的分层结构,阐述了电信网分层的必要性以及软交换和自动交换光网络(ASON)在下一代电话业务网中的地位，提出了澄清模糊概念，加强电信网分层研 究的建议。

　　关键词　下一代 电信网分层 Internet 数据网

　　一、引言

　　下一代电信网研究中的一个概念问题是，电信网涵盖的范围和内容。对电信网的涵盖，一般有三种说法。一种说法是电信网是指电话网，因为目前电信业务的主体是电话，电信网是围绕电话业务网设计的。在这种说法的前提下，目前电信运营商经营的是电信网(电话网)、数据网和Internet。第二种说法是，电信网包含电话网和数据网，但Internet不在其范围之内。第三种说法是，电信网指的是电信运营商以商业运作为目的的网络的全体，即电信网包含电话网、数据网和Internet。从电信运营的角度来说，第三种说法更贴近实际，因为按这种说法，电信运营商可以将它所经营的网络作为一个整体来考虑。下面，拟根据这个概念探讨下一代电信网。

　　鉴于对电信网的不同看法，对下一代电信网的发展方向也出现了不同的说法。持前一种说法的业内人士在探讨下一代电信网时，往往将下一代电话网称为下一代网。于是，就有了把软交换技术作为下一代电信网的核心的说法。当然，业务处理的媒体类别会有所增加，如从单纯话音向声音、图像、数据及多媒体发展。持后一种观点的业内专家则将电话网、数据网与Internet网视为一个网，作为下一代网的目标。

　　下一代电信网研究中的另一个概念问题是电信网的分层问题，业内专家一致公认，电信网是分层的。如何分层，每层的功能是什么，说法不一。电信网的分层问题是一个很重要的问题，将这个问题探讨清楚，才能对电信网的体系结构有全面的了解，对电信网中节点设备的功能才会有清晰的定义。在电信网分层问题明确后，用电信网分层的观点来审视下一代电信网，就容易看清各层面将发生什么样的技术变化，目前发生的技术变化是否和下一代网的发展趋势相吻合，下一步的研究方向是什么。

　　作为比较，亦为说清电信网的分层思路，首先来分析电话网的分层。在电话业务是惟一电信业务时，电话网就是电信网。这时，电信网可以分为两层，即业务网(电话业务网与业务承载网合一)与传送网(见图1)。

　　其中，电话业务网由业务网节点(电话交换机)组成，它包含业务的组织、管理(业务网的功能)和业务元(话路)的寻址、传递(业务承载网的功能)。电话是一种面向连接的业务，业务节点(电话交换机)在信令的控制下为业务通信双方建立端到端的话路连接，在话路连接建立后再传递双方需要交流的信息。

　　传送网由传送网节点组成，其功能是为业务网节点提供点到点的连接专线和对汇聚的业务信息(元)群路进行交换，传送网节点与业务网节点之间的功能是独立的，无关联的，传送网节点不受业务网信令的控制。传送资源是依据话务量模型配置的，不会随话务量的变化自动调整传送资源的配置。

　　二、下一代电信网的分层结构

　　下一代电信网是基于分组交换技术的电信网。更确切地说，是基于IP技术的电信网，这一点已为绝大多数专家所认可。但下一代电信网(IP电信网)不是Internet，它与Internet有巨大差异，其设计理念是根本相左的，这一点目前还没有被广泛接受，随着时间的推移和研究的深入，必定会被业界认同和接受。

　　下一代电信网的特征是：业务网与业务承载网相分离，实现由一个业务承载网和众多业务网组成的电信网体系，实现电信业务的完全综合。

　　下一代电信网纵向可以分成三层，即传送网、业务承载网与业务网(见图2)。

　　1.传送网

　　在目前的电信网中，传送网有两个用途。用途之一是，传送网用于为业务承载网的节点设备提供连接专线。为了连接专线的可靠性，传送网需要有一系列保护性措施，如环网，保护倒换机制等。由于其作用是提供专线，从本质上讲，传送网无需建全程网。为了能有效地提供长途专线(国际、国内和本地)，可以构建若干个网，在管理系统的支持下，用配置的方式向业务承载层提供可靠的连接专线。用途之二是，传送网负责对汇聚的业务信息(元)群路进行交换或路由控制。在这种场合下，传送网需要成网(但仍然不需要有全程网)，它可以起对主干业务信息(元)群路进行交换或路由控制，或对本地(城域)业务信息(元)群路进行交换或路由控制。

　　对下一代电信网来说，传送网的作用就是提供点到点的专线。这些专线的作用只是将业务承载网的节点连接起来，传送网将按业务的需求来配置传送的资源。光纤/波长可以提供高速、大带宽的点对点专线，SDH VC可以提供中高速、大带宽的点到点专线，ATM PVC可以提供中高速的点到点专线，帧中继、DDN提供中低速专线。以上专线均可提供长途远程专线，双绞线、同轴线等则是提供用户与局端连接专线。从形式上来说，长途远程专线和本地近程专线有巨大的差异。但从本质上来说，两者对业务承载网都是连接其节点设备间的连接专线，它们都不参与业务信息元的交换或路由选择，不受业务承载层控制面的控制。

　　对能提供远程专线的传送网，其结构复杂，由若干节点设备组成。在管理系统的调度、配置下，提供有效、可靠的长途连接专线。传送网层将采用结构设计。为有效使用传送资源，避免N个出口导致N2连接问题，传送网通常采用汇聚式、层次化的设计。特别要指出的是，由于传送网只是用来提供连接专线，因而不一定要组建一个完整的全国网。例如，用于提供本地专线的传送网和提供长途专线的传送网可以是完全相互独立的两个网，两网之间可以没有任何关联。

　　传送网的内部也是分层的，电信网分层结构如图3所示。

　　2.业务承载网

　　下一代网的业务承载网是按电信理念设计的IP网，它的作用是依据IP包的目的地址，将进入的IP包传送到目的出口。业务承载网由业务节点组成，业务节点用传送网提供的各类专线连接起来，组成一个通达的网络。业务承载网从功能上分可以分为业务元传递面、控制面和管理面。其中，业务元传递面的作用是将来自业务层给定目的地址的IP包接受下来，按照控制层路由算法确定的路由，逐个节点(hop by hop)地将IP包向目的地转发，再由目的地节点输出。控制面的作用是，根据路由协议和获得的节点状态信息，形成全网拓扑结构和路由控制平面，为各个节点提供路由转发表，指导业务(信息元)承载传送层进行逐个节点的信息转发。管理面是实现对业务承载网节点的网元管理。

　　为了提高业务承载网的有效性、可靠性和可用性，业务承载网也将有层次结构，最简单的层次结构为树形结构。从物理连接来说，无论是Internet，企业Intranet，还是IP电信网(不管是那一类IP网)，都是分层的，如Internet和企业Intranet，可分为广域网、城域网和局域网，IP电信网可以分为骨干网、区域网、本地网等。从逻辑上来说，目前的IP网均为平面结构，即在IP网中的所有用户均处于同一个平面，所有用户之间在逻辑意义上都是直接通达的。其含义是，在IP网中任何一点加入一个设备，IP网上的所有设备都有通向该设备的路由。对一个拥有N个设备的IP网来说，存在N2个路由。对于传统的IP业务(Web，FTP，E-mail等)而言，这不是太大的问题，除了路由表过于庞大外，其它并没有太大困难。但是，对于有质量要求的实时业务来说，要管理N2路由上的资源将非常困难，甚至是不可逾越的困难。业务承载网的分层结构如图4所示。

　　3.业务网

　　业务网层是目前最为模糊的一层，存在着大量概念上的混淆。原因很简单，因为以前的电信网中业务单一，只有一种电话业务，电话网即为电信网。业务网和业务承载网是分不开的，其节点设备也是合一的，业务网节点是电话交换机，业务承载网节点也是电话交换机。电话交换机完成电话业务的接续和控制(业务网的功能)，同时还完成业务信息元(话音信息)的全网寻址、选路、交换和传送功能(业务承载网的功能)。传送网是为电话业务承载网节点(电话交换机)提供连接专线(长途和本地专线)与用户接入专线。从横向来说，电话业务网可以分为骨干网和本地网，骨干网主要包括国际交换节点和区间汇接节点，本地网则含有本地汇接节点和用户端局节点。

　　在下一代电信网中，业务网变化将是巨大的。变化的关键在于业务的多样化，业务承载网的单一化。从实用角度出发，如果电信业务只有电话一种，目前的电信网是一种最佳设计，不必走向下一代电信网。要走向下一代电信网的主要驱动力是业务的多样化，是社会对业务多样性的迫切需求。日益发展的信息技术引发用户对业务多样化的需求，利润的最大化追求和市场竞争的日趋激烈，使得运营者希望用业务的多样性来满足社会需求和实现在竞争中胜出的目的。但目前这种多业务网的技术现状使得运营商不堪重负，运营者期望网络体系达到最大限度简化。这两种要求的结合，必然导致单一业务承载网与多业务网的体系结构。这也是下一代网的最大特点之一，即业务网与业务承载网相分离，形成单一业务承载网、多业务网的体系结构。在下一代网中，业务网是自成体系的，是与业务承载网相独立的，业务网节点功能与业务承载网节点功能逻辑上完全独立、互不相关。因此，下一代电信业务网的设计与当前单一业务网的设计大不相同。在当前的单一业务网设计中，业务网与业务承载网的节点是合一的，节点设备要考虑用户接入论证、计费、用户授权，用户间会话的连接，用户通信中状态的监控，用户通信信息的寻址传送与交换等，即实现业务网与业务承载网的全部功能。在下一代电信网中，业务网与业务承载网是完全分离的，业务的组织管理、运行维护、监控，用户接入论证，用户间信息隔离以及计费、移动等全是业务网节点所为。业务承载网原则上将来自业务网源节点处产生的信元(IP包)，按照它指定的目的地址，保质保量有效地传送到目的地。业务承载网并不知道承载的是什么业务，它只是将各类业务网生成的业务信息元(IP包)有效、保质地送到目的地。

　　为了使读者对此有更清楚的了解，下面以下一代电信网中多媒体电话业务网设计为例，说明业务网与业务承载网之间的关系及多媒体电话业务网的设计。下一代电信网中，多媒体电话业务网纵向可以分为三层(这里只讨论业务网中的层面，不含传送网、业务承载网)，它们是媒体处理与会话面、呼叫控制面和应用服务面(见图5)。

　　媒体处理面的作用是信源信息处理(A/D，D/A，抽样，量化等)、信源编码(如语音编码、图像编码和数据编码等)和成帧、打包(根据呼叫控制层呼叫建立过程所产生的源地址和目的地址组成完整的IP包)、拆包、差错处理及控制，实现表示层的服务质量控制、对信道性能的测试(RTCP包)和实现IP包的接收与发送。

　　电话业务是一种面向连接的业务，其特点是，在进行二点间业务通信前，首先建立通信连接。呼叫控制面的作用包括用户接入论证与鉴权、呼叫建立、用户信息隔离、资源管理、用户状态监视及域名地址翻译、计费、结算等。呼叫控制面的最终作用是产生IP包的源地址和目的地址，并将IP地址传递给媒体处理面。目前，还有一种倾向是，在呼叫控制面实现业务激励。新业务的生成也属于呼叫控制面的功能，这个功能是有争议的。作为电路交换，由于一条物理链接只可支持一条电路，因而用户的新业务生成必须通过上层设备才能生成和实现。分组交换有大量虚电路的存在，新业务的生成和实现无需经上层设备来完成，原先电路交换的业务工作模式的设计已不再适用，业务设计应采用新思路。

　　应用服务面的作用是提供新业务和生成新业务，这一层面中的主要设备是应用服务器和特性服务器(Feature Server)。这一层面的功能是生成新业务，创生新业务，具体如何创生尚无明确实例。从概念上讲，这是援引传统电话的思维，呼叫控制面相当于SSP/CCP，应用服务面相当于SCP/SDP等。另外，提供API为第三方运营商开放资源。

　　从这个例子可以看出，在下一代网中，多媒体电话业务网的设计是完全独立于业务承载网的，业务网的节点功能与业务承载网是完全独立的。一般来说，业务网与业务承载网的节点在逻辑上和物理上都是分离的。

　　下面再来看一看信息检索业务网的设计。众所周知，IP网上的信息检索业务网就是Web系统，Web系统是一个不面向连接的业务网。Web业务网可分为媒体处理面和控制管理面。

　　媒体处理面的功能是进行信源信息处理、信源编码、信源管理和IP包的打包/拆包。媒体处理层的节点包括Web服务器和Web浏览器。Web服务器是资源库，Web浏览器是用户设备，媒体处理面形成完整的IP包交由业务承载层发送，媒体处理面接收来自业务承载层的IP包。

　　控制层面是实现域名地址(IP)翻译(DNS)，信息资源的组织、分类排序及索引，将网络中大量无序的信息资源有序化，组成真正的信息检索系统。控制层的主要节点有两类，即域名解析系统(DNS)和导航节点。因为Web系统是一个不面向连接的业务网，因而无需进行呼叫处理等工作。

　　这里举了两个例子，一个是面向连接的业务网(多媒体电话)，另一个是不面向连接的业务网(Web系统)。这两个业务网共同的特点是，业务网的最终产物是IP包(接收或发送IP包)。一旦IP包生成，确定了其目的地址，业务网的工作即告完成。IP包的寻址交换(路由)和传送完全是业务承载网的事。从这两个例子也可以看出，业务网与业务承载网的节点功能是不重叠的，是完全独立的，即业务网是完全独立于其承载网设计的。

　　对下一代网来说，这三个层面是清晰的，节点功能是不重叠的。相对来说，在这三个层面中，传输网与下一代网的核心技术——分组技术，关联得不那么紧密。它的作用就是提供专线，对于长途专线来说，基于TDM技术(PDH，SDH等)的传输网可以最有效地提供电路交换型业务承载网节点间(电路交换机)专线，而对提供分组交换型业务承载网来说，则谈不到高效。为了能为下一代网的业务承载网提供高效、可靠的专线，传送网的帧结构必须改变，不能再采用SDH帧结构(因为它对电路业务是高效的)，必须寻找对分组业务高效的帧结构。目前，正在研究中的帧结构正在朝这个方向努力。另外，由于多媒体业务量的突发性，传送网的资源配置和管理将实现智能化，ASON正在向这方面发展。这两点是下一代传送网研究和工作的方向。其余两个层面与下一代网的核心技术紧密相关，业务承载网的节点是用于IP包的路由寻址与传送。业务网则完全围绕IP技术设计，业务网的输出/输入就是IP包。因而，在这两个层面将有大量的工作要做，亦有大量的创新机会。

　　三、传送网与自动交换光网络(ASON)

　　在以往的概念中，传送网是实现长途传送。一般来说，它构成电信网的核心网部分。业务承载网由业务交换节点(电话交换机)组成，它分为用户局端交换机与汇接交换机，一般构成本地网部分。按通常的理解，传送网是业务承载网的一部分，而不认为传送网的本质是提供专线。它只是负责将业务节点连接起来，不具备业务元(电路)交换的能力，也不是业务承载网的一部分。按上面的分析，对于基于配置的传送网不会产生太大的问题。

　　对于下一代电信网来说，传送网到底处于什么地位，目前经常说未来的网络将趋于扁平化，到底什么是扁平化，怎样扁平化，扁平化是否的确是趋势，这些问题实际上都没有落实。从前面分析来看，电信网至少由三层组成，即传送层(提供专线)、业务承载层(寻址、交换、路由、传送)和业务层。这三层缺一不可。当然，具体设计起来，每一层的厚度可以不一样，传送层最薄可以只有光纤，最厚可有ATM PVC等。但从本质上来讲，其功能只是向其上层(业务承载层)节点提供连接专线。业务承载层的厚薄也可以不一样，SVC ATM，X.25，IP等都可以构成业务承载网。其功能是为业务元寻址和传递。从整体来说，电信网节点功能是清晰的，是不会混淆的。

　　目前一个比较突出的问题是，ASON(ASTN)如何处理。传送网以往是没有智能的，它历来是依靠配置来组建和提供长途专线的。配置效率比较低，是传送网的一大缺陷。以前，电话有明确的话务模型，配置可以满足要求。以后，网络将以多媒体数据为主，业务具有突发性，因没有良好业务模型，迫使传送网必须改变才能满足发展的需要。从目前的技术进展来看，ASON有两条路可走，它们分别由ITU-T和IETF在进行标准化，ITU-T提议用重叠模块。其本质是传送网不参与业务承载网的工作，仍然自成体系。从本质上来说，它仍然仅向业务承载网提供专线，只是在专线的配置及传送资源的调度方面引入智能，以满足数据信息量突变和无有效业务模型的需要。困难在于ASON的控制层如何来感知业务承载层业务的变化，据此来调度其传输资源。再一个问题是采用动态路由协议(如QSPF BGP等)到底将为控制层带来什么好处。对于传送网来说，到底是平面结构好(存在N2问题)，还是层次结构好，是值得深入探讨的问题。对于IETF而言，建议采用集成模型(也称为对等模型)。从本质上来说，它将ASON纳入业务承载网。在这里已不存在传送网节点，而全部是业务承载网节点，因而它们的节点就是光路由器和波长路由器。这时，ASON的控制层与业务承载网的控制层应该是一个控制层面。从上面的分析可以看出，ITU-T与IETF对ASON是有本质不同的，ITU-T仍将ASON纳入传送网体系，从本质上来讲它们是在智能控制层的管理下，向业务承载层提供专线。而IETF则是将ASON纳入业务承载层。从电信网分层角度来看，两者的本质一清二楚。

　　四、下一代网与软交换

　　下一代网是众多业务网中单一业务承载网的体系结构。电话业务是下一代网中的重要业务之一。作为业务网的一种，电话业务网将继续存在，并将在功能上有所发展和增强。上面根据电信网分层的概念，分析了软交换是下一代网的核心这种说法是不恰当的。那么，从业务网出发探讨软交换是否是下一代电话业务网的的核心，或者说软交换在下一代电话业务网中将处于什么位置，就是一件非常重要的事情。前面已经谈到，从交换的角度来说，分组交换与电路交换有质的不同。电路交换是基于时隙交换(由数字程控交换机中的交换器件来实现)或虚容器交换(由SDM中DXC来实现)，即一般是由硬件来实现的。而对于分组交换来说，交换的实现实际上是包头地址的改变。包头地址由A改为B，就可将传送A的信息变为传向B。一般来说，基于分组交换技术的业务交换全部是软交换，业务网层面交换只是软件干预而无需硬件参与。因而，软交换可以泛指基于分组交换的业务交换。当然，在下一代电话业务网中的软交换指的是，将媒体处理和业务信令处理与控制相分离的一种思维方式(信令处理与控制设备被称为软交换设备)。媒体处理和信令处理与控制从物理上分开是很合理的。一则媒体承载处理通常是由硬件设备去完成，一个用户(话路)需要一套硬件去与之对应，它最靠近用户，量大点多。信令处理与控制一般由通用计算机加软件构成，加上集群技术的成熟，设备的能力可以大大提高。另外，分组交换网的特点是，一个物理链接可以含有多条虚电路。这一特点为业务网的设计带来了极大的灵活性，这种灵活性不仅在电话业务中可以实现媒体处理和信令控制相分离，而且可为更加复杂的业务将逻辑功能独立的模块从物理上分开。基于软交换技术的下一代电话业务网存在的最严重问题，是缺乏业务系统的顶层设计。软交换概念的提出至今已有四年以上的历史，至今还说不清基于软交换的下一代电话业务网的体系结构，也没有一个人对软交换有明确的定义。这是一个极大的问题。作为电信网的一种主要业务，没有体系结构，也不知道如何发展，这是很成问题的。说到底，基于软交换的下一代电话业务网是从底向上来设计的。

　　设备制造厂家先制造出C4局的软交换设备和C5局的软交换设备等，然后在电信网中去寻找它的位置，进行商业运行。当商业网增大了，再去考虑下一步的解决办法，期望用这样的方法来构成完整的系统体系结构。但4年过去了，很多问题还是没有得到解决。应该说，这种做法在业务网，特别是电信主要业务网的设计中是忌讳的。从目前的情况来看，尽管对软交换的呼声很高，但真正要把它用于下一代电话业务网，要走的路还很长，还有很多问题需要解决和深入研究。

　　五、结束语

　　电信网的分层目前是一个模糊的概念，特别是对下一代电信网的分层目前还没有统一的说法，这影响到很多问题的讨论，并由此产生不少说法。比如说，目前有不少人认为软交换是下一代网的核心。如果从电信网分层的观点来看，软交换是业务网层的设备，因而只能是业务网层的一种技术，不会得出是下一代网核心的结论。当然，这种说法目前是越来越少了。电信网分层是十分重要的概念，尚需加强研究。(待续）