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關鍵詞下一代網絡軟交換存在問題
Abstract:Itdescribesthestateofsoftswitchtechnologyintheworld,servicesprovidedbyNGNbasedonsoftswitch,relatedorganizationsonsoftswitchstudyandproblemsonitsdevelopment.
Keywords:NGNSoftswitchProblem
1國際軟交換技術的發(fā)展狀況
下一代網絡(NGN)是一個建立在IP技術基礎上的新型公共電信網絡,它將話音、數據、視頻等多種業(yè)務集于一體。建設下一代網絡是電信競爭的需要。隨著通信技術的飛速發(fā)展和電信市場的逐步開放,電信業(yè)的一個最重要的發(fā)展趨勢就是業(yè)務運營和網絡運營的分離,由網絡運營商提供可靠、高效的基礎承載平臺,由業(yè)務提供商提供各種應用,他們與設備制造商三足鼎立,共同推動了電信業(yè)的繁榮和進步。
軟交換技術是下一代網絡的核心技術,軟交換思想吸取了IP、ATM、IN和TDM等眾家之長,形成分層、全開放的體系架構,作為下一代網絡的發(fā)展方向,軟交換不但實現了網絡的融合,更重要的是實現了業(yè)務的融合。
目前,歐洲電信運營商對于軟交換(下一代網絡)的發(fā)展和應用大體上采用比較務實和謹慎的態(tài)度,運營商都是根據自身網絡的實際情況和業(yè)務的發(fā)展來采取對策。德國電信聚焦海外市場,積極開拓國際IP網的話音業(yè)務,并在新技術投入使用之前,注重新技術和新設備的試驗和評估。2001年開始在國際網絡進行軟交換的試驗,放置了一臺軟交換機和4個媒體網關開展IP網絡提供語音業(yè)務、呼叫中心業(yè)務和VPN業(yè)務的試驗,其軟交換的標準采用SIP-T協議。英國電信則逐步地在長途網和本地網實現分組話音,本地網有5個節(jié)點開展了軟交換實驗,部分已經商用,并且試驗規(guī)模在逐步擴展。在提供話音質量的保證方面,英國電信已在其承載網絡內全面采用ATM技術。比利時電信認為2004年以后引入NGN比較適當,但目前需注意跟蹤技術和設備的發(fā)展,比利時電信的技術部門在NGN方面重點研究未來分組話音網絡的體系架構和需求、開展NGN技術培訓、建立NGN實驗室,為開展現場試驗進行技術準備。一些北美電信運營商也正在積極開展有利于軟交換提供話音業(yè)務的試驗,有些運營商已經開始提供商用業(yè)務。
2002年3月,中國電信下一代網絡(NGN)試驗項目在北京、上海、廣州、深圳4城市啟動。中國電信與北電網絡、愛立信、西門子、中興通訊、上海貝爾5廠家簽訂了下一代網絡試驗工程設備合同。合同涉及金額近1億元人民幣。根據中國電信與北電網絡簽署的合同,在北京、上海、廣州和深圳4城市部署北電網絡的SUCCESSIoN下一代網絡解決方案。NGN網絡全國試驗網項目涉及的技術面、提供的業(yè)務量、網絡覆蓋的廣度、深度均在全球首屈一指。
在設備制造商方面,特別值得一提的是加拿大北電網絡,其NGN產品為SUCCESSIoN(繼往開來)解決方案,于1999年在BT-SPAIN首次正式商用,迄今為止,在全球超過24個國家的40多個網絡中得到試驗或商用。其商用客戶中包括VErIzoN、SPrINT、中國電信、香港寬頻(HKBN)、新世界電信(NEWWorLDTEL)及鐵通等。
SUCCESSIoN的應用類型包括了長途及匯接(C4)業(yè)務、本地接入(C5)及多媒體業(yè)務、無線匯接及3G核心網業(yè)務以及有線電視多網合一業(yè)務。目前幾種解決方案已經在實際網絡中運用。其中,VErIzoN的軟交換本地匯接網絡包含2個軟交換節(jié)點及70多個媒體網關,每個節(jié)點每天處理超過1100萬次呼叫。SPrINT作為全美第一個實現TDM端局以軟交換替換的運營商,其第一期工程(350萬線)全部采用北電的SUCCESSIoN方案。香港寬頻應用SUCCESSIoN本地IAD接入方案,在短短的17個月時間內,已擁有16萬用戶,是全球最大的基于以太網IAD接入的NGN網絡,目前運營穩(wěn)定良好。在最近的市場調研報告中,北電網絡列全球軟交換市場份額第一,也是全球VoIP和VoATM媒體網關市場份額第一。
2NGN提供的業(yè)務
軟交換技術的引入除了對現有PSTN話音業(yè)務實現全面的繼承以外,還在基于SIP的寬帶多媒體業(yè)務、PSTN與因特網業(yè)務結合衍生的業(yè)務、用戶個性化業(yè)務以及業(yè)務創(chuàng)新方面有著PSTN和因特網等單一網絡無法比擬的優(yōu)勢。傳統PSTN由于終端智能和帶寬的限制,無法實現多種靈活的業(yè)務邏輯和多媒體業(yè)務。由于業(yè)務邏輯控制和網絡智能在PSTN內每個交換機上呈分散式節(jié)點式分布,并且由于用戶數據由各自歸屬的交換機管理,導致某些業(yè)務(如廣域CENTrEx)難以開展。PSTN的終端種類非常單一且沒有智能,業(yè)務的智能完全由交換機實現,因此一直以來難以實現用戶對業(yè)務的個性化定制,而且由于終端智能的限制存在使用不便和各種電話補充業(yè)務難以推廣的問題。引入NGN則在業(yè)務實現的簡單性和靈活性上有了本質改變。NGN的業(yè)務邏輯控制和網絡智能在軟交換和應用服務器等少量網元上集中部署,因此可以方便地在全網實現業(yè)務部署和業(yè)務升級,NGN對廣域CENTrEx的實現就非常容易。由于NGN引入了對等性控制協議(SIP),使得終端的智能大大提高,目前市場上已經出現了豐富多彩的SIP智能終端。終端智能的提高及媒體承載能力的加強(如支持話音、視頻等)使得用戶對業(yè)務的個性化定制成為可能并且已經商用。如NGN的“呼叫屏蔽”這一特性,用戶可以對不同來話進行篩選性的監(jiān)控,可以在不同時間對不同來話實施不同的應答策略,應答的方式也不僅僅局限于接聽、轉發(fā)、掛斷等傳統方式,而是包括了話音應答、問候音播放、語音信箱轉接、電子郵件轉接、網頁推送等多種不同的應答方式。這種靈活性在傳統PSTN上是無法實現的。
此外,NGN能夠實現許多PSTN所無法實現的業(yè)務特性,一號通就是一個很好的例子。PSTN通過IN方式也可以實現一號通業(yè)務,然而NGN基于SIP協議可以輕松實現IN方式的一號通所無法實現的能力。如NGN的一號通業(yè)務可以實現用戶根據自己的需要隨時設定對來話的振鈴終端和振鈴順序,而這些策略可以依據來話者的不同和時間段的不同而變化。比如對自己的家人和同事可以實施兩種完全不同的振鈴策略,自己上班和下班時的振鈴策略也可以完全不同。這就給了用戶最大的自由和靈活性,保證可以有一種方式能聯系到他,給日常生活和工作帶來了極大的方便。這種業(yè)務特性是PSTN所無法實現的。類似的例子還有許多,如WEB800、點擊傳真等。
NGN不但在業(yè)務實現的簡易性和靈活性上有獨到之處,并且能實現許多PSTN無法實現的業(yè)務,而且具有業(yè)務的惟一性。NGN的業(yè)務能力主要包括:
A)全面繼承PSTN傳統話音業(yè)務(包括基本話音業(yè)務、電話補充業(yè)務、CENTrEx業(yè)務、ISDNPRI補充業(yè)務、IN類業(yè)務等);
B)基于SIP的寬帶多媒體業(yè)務;
C)PSTN與因特網相結合的業(yè)務(即PINT業(yè)務,如點擊撥號、點擊傳真、WEB800、ICW等);
D)用戶可定制的個性化業(yè)務。3從事軟交換研究的國際組織
NGN是目前運營商和設備廠商都在討論的熱點技術,也是國外許多標準化組織和論壇(包括ITU-T的第11和16工作組,IETF的IPTELEPHoNY工作組、信令傳輸工作組(SIGTrAN)、媒體網關控制工作組(MEGACo),ETSI的TIPHoN,國際軟交換協會(ISC),3GPP,3GPP2,MPLS論壇,ATM論壇,DVB,DSL論壇,PARLAY等)的研究工作重點。我國網絡與交換標準研究組和IP研究組于2000年開始制定NGN網絡的相關標準。
其中,ISC成立于1999年5月,目前有近150個成員,是運營商和設備供應商交流需求和動態(tài)的場合。國際上大多數知名的電信設備制造商,如阿爾卡特、朗訊、北方電訊、CISCo、西門子、富士通、諾基亞、愛立信等,另外有一些電信運營商如美國的LEVEL3、QWEST、AT&T、日本的NTT等均為該協會成員。
軟交換論壇包含5個工作組,負責網絡架構、協議制定等技術工作。
業(yè)務應用工作組負責業(yè)務功能制定、協調以及API標準的應用。
網絡結構工作組負責軟交換網絡功能架構的制定。
設備控制工作組負責軟交換間以及軟交換與其他網絡設備間控制協議的制定和補充、增強,如MGCP、MGC和設備的兼容性等。
網絡管理工作組負責網絡管理的結構和協議制定。
SIP工作組負責SIP協議在軟交換網絡中的應用和增強。
此外,ITU-T和IETF在相關協議的標準化方面已經取得了重要的進展,如H.248協議、BICC協議、SIP協議和SIGTrAN系列協議等。
4存在的問題
目前雖然不少廠家推出了軟交換的解決方案,各運營商也在積極進行相關的試驗,但新技術的應用需要相當長的時間來完善。從目前廠家所提供的解決方案來看,目前存在的主要問題如下:
A)國際上尚無大型網絡的組網和運營經驗。傳統電信網經過長期的運營積累,在網絡組織方面已經具有相當成熟的經驗;而基于軟交換的NGN網絡組織目前國內外尚無成熟的經驗,是采用基于軟交換的全平面結構,還是采用分區(qū)域選路結構等,在技術和實踐方面都有待進一步的探索。
B)協議尚未做到兼容性,標準還在發(fā)展之中。不同廠家的軟交換在技術標準的選用及協議的兼容性方面還難以做到相互兼容。BICC協議、SIP-T協議和H.248協議也在發(fā)展之中,協議的選項需要運營商根據業(yè)務的需要來進一步確定。
C)API沒有成熟的產品?;陂_放的業(yè)務平臺,采用標準的API接口為網絡運營商提供新業(yè)務開創(chuàng)了未來美好的前景,但是相應的產品仍在探索和研發(fā)之中。
D)業(yè)務開發(fā)問題。標準、開放的API接口能夠快速、靈活地提供豐富的業(yè)務,這是軟交換體系的一個優(yōu)勢所在,但目前廠家能夠提供的業(yè)務多集中為基本語音業(yè)務及補充業(yè)務、IN類業(yè)務、PINT業(yè)務、多媒體終端之間的同步瀏覽、統一消息、多媒體會議等,究竟什么業(yè)務才是運營商手中的殺手業(yè)務,才能真正帶來收益,是目前運營商和設備商在共同苦思冥想的問題,目前并未出現使人眼前為之一亮的業(yè)務。
E)網絡安全和網絡Qos問題。目前業(yè)界還沒有一個非常完善的方法來解決網絡安全性的問題,只能通過要求TG、軟交換等網絡設備應具備一定的反入侵能力以增強系統的安全性,用戶賬號、密碼等用戶數據的安全則只能采用加密的方式解決。在網絡Qos方面,IETF組織已經提出了多種服務模型和機制來滿足Qos的需求,其中比較著名的有綜合業(yè)務模型(INTSErV)、區(qū)分業(yè)務模型(DIFFSErV)、MPLS技術、流量工程等,具體這些方案如何組合使用、可行性如何,效果如何,有待研究。
IPTV一般泛指通過IP網絡傳輸音視頻內容并用電視機收看的業(yè)務。目前電信運營商提供的IPTV運營在支持組播的可管理的IP網上,其主要業(yè)務為直播電視(轉播電視廣播)、時移電視、視頻點播(VoD)以及交互信息服務等。
目前中國的IPTV系統采用客戶機/服務器模式提供單播和點播(包括VoD和時移電視)業(yè)務。由于服務器輸入/輸出(I/O)“瓶頸”的限制,一臺服務器只能支持有限的并發(fā)流(千數量級的并發(fā)流)。要解決十萬、百萬用戶同時收看的問題,不僅需要大量服務器,還需要極寬的網絡帶寬。目前的解決方法一是采用組播來提供廣播,二是采用內容傳送網絡(CDN)技術將服務器盡量放到離客戶近的地方以減輕網絡負荷?,F有網絡要支持組播,需要進行改造,這不僅導致成本增加還將損失互聯網無所不在的通達能力。因此,IPTV只能在經過改造的局部網絡內提供廣播業(yè)務。對于IPTV進一步向網絡新媒體演化趨勢,目前的客戶機/服務器模式也不能很好地提供支持。
客戶機/服務器已經成為制約IPTV發(fā)展的“瓶頸”,解決方法是體系結構向對等連接(P2P)模式演化。
2.P2P內容分發(fā)技術的演化
計算機網絡發(fā)展演化過程不斷在集中和分布之間擺動。早期計算機的使用模式是眾多用戶共享大型計算機,以后發(fā)展了個人計算機,從集中走向分布。在互聯網上存在類似情況,開始采用客戶機/服務器方式,使用網站上集中的服務器。進一步發(fā)展將走向分布式,集中的服務器變成分布式的。
P2P技術將許多用戶結合成一個網絡,共享其中的帶寬,共同處理其中的信息。與傳統的客戶機/服務器模式不同,P2P工作方式中,每一個客戶終端既是客戶機又是服務器。以共享下載文件為例,下載同一個文件的眾多用戶中的每一個用戶只需要下載文件的一個片段,然后互相交換,最終每個用戶都得到完整的文件。
實現P2P的第一步是在互聯網上進行檢索,找到擁有所需內容和計算能力的結點地址;第二步是通過互聯網實現對等連接。為了充分發(fā)揮互聯網無所不在的優(yōu)勢,不能對互聯網協議進行任何修改。解決的方法是在基礎的互聯網上架設一個P2P重疊網。
P2P重疊網分為無組織的P2P重疊網、有組織的P2P重疊網和混合型網三大類。目前在互聯網上廣泛使用的大多是無組織的P2P重疊網,如BitTorrent(BT)下載。而有組織的P2P重疊網目前還處于學術界研究階段,如Tapestry、Chord、Pastry和CAN等網絡。正在研究的新一代的P2P應用包括多播、網絡存儲等都運行在這種有組織的P2P重疊網上。一些實用系統開始使用混合型結構。
無組織的P2P重疊網已經演進了幾代。第一代P2P網絡采用中央控制網絡體系結構。早期的軟件Napster就采用這種結構;第二代P2P采用分散分布網絡體系結構,適合在自組織(Ad hoc)網上應用,如即時通信等;第三代P2P采用混合網絡體系結構,這種模式綜合了第一代和第二代的優(yōu)點,用分布的超級結點取代中央檢索服務器,并進一步利用有組織網的分布式哈希表(DHT)加速檢索。
廣播影視資料內容的分發(fā)主要采用兩種方法:一種方法是先下載,下載后再觀看,這種方法現在被稱為播客(Podcast);另一種就是用流媒體的方式邊下載邊收看。P2P技術對這兩種方式都支持。
P2P共享下載大家比較熟悉。目前常用的P2P軟件BT屬于第三代混合型無組織網。每天全球都有數以千萬計的網民用BT軟件下載整部電影、MP3和大型軟件等,其數據流量已占全球因特網總數據流量的70%以上。在中國情況類似,寬帶用戶大部分流量是P2P應用。版權問題是困擾P2P下載發(fā)展的主要問題,目前一些有合法版權的播客網站開始健康發(fā)展。
P2P流媒體是近年來才發(fā)展起來的,目前在中國發(fā)展得非常好,有10多家網站采用自主開發(fā)的軟件提供P2P Internet視頻服務,注冊用戶達250萬戶。
3.P2P流媒體直播技術進展
利用P2P技術實現大規(guī)模流媒體點播和直播的系統Webcast出現于1998年。Webcast利用一棵二叉多播樹在用戶之間進行實時多媒體數據的傳輸和共享。此后由于流媒體直播服務相對簡單,首先得到快速發(fā)展。2000年出現第一套P2P視頻直播系統的原型——ESM系統,該系統采用用戶網狀結構互連構造最優(yōu)媒體數據多播樹的方法在用戶間傳播實時的多媒體內容。由于算法限制,這套系統只能擴展到幾千人同時在線,但已經標志著P2P流媒體直播系統進入了系統發(fā)展期。
此后各種原型系統、高度可擴展的應用層多播協議大量涌現。其中典型的系統有提供音頻廣播的Standford大學的Peercast系統和德國的P2PRadio系統,他們均采用開放源代碼。而應用層多播協議有微軟的Coopnet/Splitstream協議、思科的Overcast協議、馬里蘭大學的NICE協議、伯克利大學的Gossip協議等。雖然這些系統和協議尚不能實用,但為P2P流媒體直播打下了堅實的理論基礎。
2004年5月歐洲杯期間,香港科技大學張欣研博士開發(fā)的CoolStreaming原型系統在Planetlab網上試用獲得成功。這套系統使用Goosip協議在用戶之間傳播控制信令,使用類似于BT的多點對多點數據傳播協議在用戶之間傳送媒體數據包。CoolStreaming系統是第一次真正將高可擴展和高可靠性的網狀多播協議應用在P2P流直播系統當中,標志P2P直播技術進入準商業(yè)運作階段。在CoolStreaming成功的鼓舞下,中國流媒體直播技術和業(yè)務發(fā)展迅速,在世界上獨樹一幟,目前中國有10多個網站使用各自發(fā)展的軟件提供P2P流媒體直播業(yè)務。用戶最多的是PPLive網采用的Synacast系統。Synacast系統的核心是一套完整的網上視頻傳輸和運營支持業(yè)務平臺。在此平臺上可以方便地完成節(jié)目采集、、認證、統計分析等功能。
由于采用了P2P技術進行流媒體內容的分發(fā),Synacast系統對服務器端的要求比較低。通常情況下,每一個源分發(fā)服務程序只占用5%左右的CPU負載,20 MB的內存和10 Mb/s的網絡帶寬。以PPLive網為例,該網站原本使用的是傳統的Windows Media服務器,一臺100 Mb/s服務器以單播方式提供一路節(jié)目的直播,最多可支持200~300個用戶并發(fā)訪問;當使用了Synacast技術后,一臺100 Mb/s接入互聯網的普通PC服務器可以同時提供5~10路視頻節(jié)目的直播,每一路節(jié)目均可以支持百萬用戶同時收視。
目前P2P流媒體直播的主要性能如下:播放的電視節(jié)目的碼率一般為3~500 kb/s,有些頻道已經開始提供800 kb/s的碼率,超過VCD的畫面質量;在20 s~1 min左右完成數據緩沖,并開始播放,可以給用戶提供穩(wěn)定、清晰的電視節(jié)目,一般不會出現播放停頓的問題;具有內網穿越功能,從而保障內網用戶的使用;使用5~10 Mb/s服務器出口帶寬支持百萬級數量用戶的同時在線;具有認證、計費平臺。
P2P流媒體電視直播采用計算機終端,在用戶計算機中存儲的內容僅幾分鐘,不需要使用硬盤,目前正開始發(fā)展廉價的機頂盒終端。
4.P2P流媒體點播技術進展
與直播領域相比,在流媒體點播領域,P2P技術的發(fā)展速度相對較為緩慢。主要是因為點播當中的高度交互性需求,使得實現的復雜程度較高。此外節(jié)目源版權因素對P2P點播技術的應用有阻礙。2000年,美國普度大學實現的GnuStream系統是在Gnutella網絡基礎之上的第一個P2P準點播系統。該系統也使用了網狀多播的策略。由于版權因素的限制,這套系統沒有能得到大規(guī)模的使用。2000年之后,P2P的點播技術在適用于點播的應用層傳輸協議技術、底層編碼技術以及數字版權技術等方面都有重要進展。在應用層傳輸協議方面,比較重要的有2002年提出的P2Cast協議以及2003年提出的CollectCast協議(用于PROMISE系統)。目前正在發(fā)展實用的P2P點播系統,開始進入商業(yè)應用階段。
美國在線(AOL)和華納兄弟合作將在互聯網上采用Kontiki公司P2PVoD推出In2TV業(yè)務,為客戶提供電視劇點播業(yè)務。有6類電視劇節(jié)目,具有DVD質量的視頻效果。In2TV還提供各種交互服務如游戲等。
與P2P流媒體直播不同,P2P流媒體終端必須擁有硬盤,其成本高于直播終端。
5.P2PInternetTV發(fā)展進程和存在的問題
2004年中國開始出現采用P2P流媒體技術在互聯網上進行電視直播的網站。目前中國有10多個網站使用各自發(fā)展的軟件提供P2P流媒體直播業(yè)務,掀起了一股P2P Internet TV浪潮。主要Internet TV系統有:
PPLive網絡(采用Synacast軟件)
ppStream網絡
QQ直播網絡(已與新版QQ進行了捆綁)
貓眼網絡電視(貓撲網)
TVKoo網絡(沸點網絡電視)
Rox磊客網
一些電信運營商也開始加入這一潮流,貴州網通采用上海網用公司的技術開展實驗運營,上海電信也在實驗。
P2P流媒體一方面提高了電視的通達性,另一方面降低了電視播出的門檻。
目前中央電視臺網站通過客戶機/服務器模式向全世界提供廣播服務。但是畫面很小,同時在線人數也受限制。如果采用P2P模式既可保持互聯網的通達性,覆蓋到全球,又可以保證質量支持大量用戶同時收看。P2P流媒體還可以降低廣播電視播出門檻,用很簡單的服務器就可以實現網上流媒體廣播。P2P共享下載可以降低內容分發(fā)的門檻。
2006年春節(jié)聯歡晚會期間,中央電視臺使用P2P和CDN技術向全球進行同步視頻直播。除在全球布設CDN服務,采用客戶機/服務器模式用流媒體技術提供直播外,還采用清華大學的Gridmedia系統和天天寬廣公司的UUSee平臺進行P2P流媒體電視直播。2006年1月28日16時至1月29日1時,央視網站頁面點擊量達到2.96億次,頁訪問次數達4 792萬次,收看春節(jié)晚會視頻直播的人次為410萬,其中89萬來自海外;最高同時在線人數為46.7萬,其中7.5萬來自海外;最大帶寬超過5.38 Gb/s,其中國際帶寬最大4.9 Gb/s。
2005年湖南衛(wèi)視超女總決賽,PPLive進行了網上直播,有50萬人同時在線收看。2005年12月31日晚,使用PPLive直播軟件看“2005-2006年超女跨年演唱會”的用戶數突破百萬大關。其中30%來自海外。
中國基于E-mail和手機號碼的網上收付費平臺——由快錢公司和上海天娛傳媒有限公司合作完成的系統,首次應用P2P內容版權保護技術于網絡直播活動,用戶需要領取免費的門票才可以觀看。
中國已經開始P2P流媒體網上新聞直播,如神六升空和返回過程中,搜狐、新浪和網易等門戶網站使用P2P流媒體技術進行了視頻直播。
山東省三大新聞網之一的山東新聞網與擁有國際領先流媒體技術的光芒傳媒合作,成功開通了網上視頻新聞欄目。搜狐2006年將推出“我形我秀”的P2P網絡電視臺。
P2P流媒體技術和業(yè)務在中國的快速發(fā)展受到了資本市場的青睞,如軟銀投資CoolStreaming公司,建立光芒傳媒Roxbeam公司,運營Rox磊客網,并且向Yahoo BB提供技術。此外還有Uusee、Mysee、PPLive、PPstream和千橡等網絡也都得到了風險投資(VC)公司的投資。
P2P Internet TV在短短的一年多時間內快速發(fā)展,2005年底注冊用戶已達到250萬戶。顯示出了巨大的生命力,但另一方面也應該看到其還面臨很多困難和問題。
首先是缺乏能夠盈利,可以持續(xù)發(fā)展的運營模式和產業(yè)鏈。目前基本上都是免費收看爭取提高用戶點擊率,以獲取VC公司的投資。結果是不能通過健康的產業(yè)鏈,合法地得到內容,只能轉播現有的電視頻道和以灰色方式得到內容。
其次是接入門檻很低,眾多的新興公司進入競爭行列,導致競爭加劇。而大多數創(chuàng)業(yè)者是搞技術出身,不熟悉媒體業(yè),資本不足,形成不了規(guī)模,結果只能導致低水平競爭。
P2P Internet TV的發(fā)展將引發(fā)一系列法律問題。傳統電視是本地服務的,有一系列監(jiān)管的法律法規(guī)。簡單地將目前用于電視的法規(guī)移植到互聯網上是不可行的。目前歐洲共同體已經開始制訂適用于Internet TV的新法規(guī)。
此外P2P Internet TV將會引發(fā)利益分配的問題。在中國已出現電信運營商要封堵BT和Skype軟件的傳言;在美國一些電信運營商推出分兩等級服務的計劃,導致要求國會立法保持網絡中性的爭論。
6.P2PIPTV
目前中國IPTV和P2P Internet TV是沿兩條路徑獨立發(fā)展的,各自遇到一些發(fā)展中的困難。如果將兩者結合起來,以發(fā)展IPTV的資源和力量發(fā)展P2P Internet TV,或者換句話說以P2P Internet TV的理念和技術發(fā)展IPTV有可能開創(chuàng)網絡媒體演化的新局面。這就是P2P IPTV。
中國正在建設創(chuàng)新型國家,發(fā)展基于P2P的IPTV是一次引領世界發(fā)展潮流,實現世界級創(chuàng)新的歷史機會。目前中國在P2P Internet TV的技術和應用方面居世界領先地位,電信業(yè)在發(fā)展寬帶業(yè)務方面有強烈的需求和良好的基礎,有先進的網絡基礎設施和有國際競爭力的電信和網絡設備制造業(yè),可以成功地支持創(chuàng)新。
P2P IPTV運行在公共互聯網上,架構P2P重疊網,建立運營平臺,擁有認證、授權和計費系統,具有互聯網無所不在覆蓋全球的通達能力,能夠支持向網絡新媒體平滑演進。
P2P IPTV還面臨技術、運營模式、產業(yè)鏈以及法律法規(guī)等各方面的問題,而解決這些問題為實現科技創(chuàng)新提供了很好的機會。發(fā)展P2P IPTV有助于平衡各方面利益,建立可持續(xù)發(fā)展的產業(yè)鏈。
[關鍵詞]NGN網絡架構、軟交換、IP承載網
中圖分類號:TN 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)13-0209-01
一、基于IP承載技術的NGN網絡
1、網絡基本概念
NGN-Next Generation Network,NGN 是“下一代網絡”或“新一代網絡”的縮寫。
廣義的NGN網絡是指下一代網絡,從業(yè)務層面來分析在電話網中指軟交換體系,在移動網中指IP 3G和后3G,在數據網中指下一代因特網和IPV6,在傳輸網中指下一代智能光網絡。狹義的NGN就是指以軟交換為控制層,兼容語音網、數據網、視頻網三網的開放體系架構。
2、NGN分布式的網絡體系結構
NGN網絡體系結構主要由業(yè)務管理、網絡控制、數據承載和邊緣接入四個層次組成。
計費系統、N2000網管系統在業(yè)務管理層負責在呼叫建立的基礎上提供額外的增值服務,以及運營支撐。
Softx3000軟交換設備是網絡控制層設備,負責實現呼叫控制,其核心技術就是軟交換技術,完成基本的實時呼叫控制和連接控制功能。
S9300,S8500及各種系統的交換機所組成的IP承載網設備是核心交換層的主要設備負責采用分組技術,提供一個高可靠性的、具有QoS保證和大容量統一的綜合傳送平臺。
UA5000接入媒體網關,UMG8900通用媒體網關等邊緣接入層設備,通過各種接入手段將各類用戶連接至網絡,并將信息格式轉換成為能夠在網絡上傳遞的信息格式。
NGN網絡結構的基本特點是分層的、構件化的。另外,所有的構件之間并不需要直接的物理連接,而是都通過分組接口連到分組承載網上,通過分組網實現信令和業(yè)務的互通。
二、NGN網絡的分組承載網
作為核心技術軟交換是NGN網絡的控制層,它利用把呼叫控制功能與媒體網關分開的方法來溝通公用電話交換網(PSTN)與IP電話(VoIP)的一種交換技術。軟交換是一種功能實體,為下一代網絡NGN提供具有實時性要求的業(yè)務的呼叫控制和連接控制功能,是下一代網絡呼叫與控制的核心。
1、NGN網絡中的協議
TCP/IP協議譯為傳輸控制協議/因特網互聯協議,是Internet最基本的協議與國際互聯網絡的基礎,由網絡層的IP協議和傳輸層的TCP協議組成,代表因特網整個TCP/IP協議族。從協議分層模型方面來講,TCP/IP由四個層次組成:網絡接口層、網絡層、傳輸層、應用層。TCP/IP 定義了電子設備如何連入因特網,以及數據如何在它們之間傳輸的標準。
2、NGN網絡中各設備之間主要交互協議
NGN組網各設備之間主要的交互協議有MGCP 、H.323、SIP、SIP-T、H.248等。SoftX3000使用的協議包括:MGCP、H.248、H.323、SIP、 SIGTRAN等。
MGCP(Media Gateway Control Protocol)是一個為媒介網關和語音IP終端設備提供信令和呼叫控制的主從設備控制協議,是簡單網關控制協議和IP設備控制規(guī)范的結合。媒體網關控制協議主要功能是建立一個良好的業(yè)務承載連接模型,將呼叫和承載連接進行分離,通過對各種業(yè)務網關管理,實現分組網絡和PSTN網絡的業(yè)務互通。
H.248/MeGaCo,簡稱H.248協議,是IETF、ITU-T制定的媒體網關控制協議,一個非對等協議,用在媒體網關控制器(MGC)和媒體網關(MG)之間的通信。SoftX3000軟交換系統做為分離網關體系中的MGC,通過MGCP/H.248控制各類MG(AG、TG、MRS等)。
H.323 IP電話與多媒體通訊協議是ITU制定的用于在分組交換網中提供多媒體業(yè)務的通信控制協議,它可用來建立點到點的媒體會話和多點媒體會議。H.323本身是個協議集,主要包含RAS、Q.931和H.245協議。RAS在UDP上傳輸,Q,931/ H.245在TCP上傳輸。H.323作為多媒體通信協議,它比SIP、H.248的發(fā)展歷史更長,是一項復雜的協議,升級和擴展性不是很好 。
SIP會話初始協議(Session Initiation Protocol)是一個用于建立、更改和終止多媒體會話的應用層控制協議。它是IETF多媒體數據和控制體系結構的核心協議。NGN軟交換系統通過SIP信令與其它的軟交換系統以及SIP域設備互聯,實現它們之間的呼叫控制功能。與復雜的H.323協議和BICC協議相比,SIP 具有易擴展、易實現等特點,目前已成為一種主流的分組協議。
SIGTRAN:由IETF SIGTRAN 組織制定的在IP網上傳送PSTN/ISDN的信令協議。SIGTRAN協議棧用于解決IP網絡承載七號信令的問題,它允許七號信令穿過IP網絡到達目的地。 SIGTRAN協議棧有兩個主要功能:適配和傳輸。與此對應,SIGTRAN協議棧由包傳輸層和UA層組成。
SIGTRAN協議組在SoftX3000同PSTN互通互聯時使用,其上承載ISUP協議;MGCP、H.248協議用于同各種媒體網關進行互聯;H.323、SIP協議用于軟交換設備之間進行互聯互通,同時H.323也可用于同H.323多媒體終端互通、SIP可用于同SIP終端進行互通。
3、本鋼NGN網絡的IP承載網拓撲圖
本鋼的NGN網絡的IP承載網由華為技術有限公司的S9300系列、S9700系列S5700系列等系列以太網交換機共同組成。
核心交換層由S9312和S9712兩臺交換機構成,互作備份,保證在網絡中的交換機一臺出現故障時,備份的交換機可以完成核心交換功能。
2臺S5700交換機和8臺S3300交換機負責接入12臺UA5000媒體接入網關,每個交換機與兩臺核心交換機起VRRP協議并且與核心交換機連接的光纜都選擇了不同的路由,利用虛擬路由器冗余協議(VRRP)這種選擇協議特性,當它在主路由器不可用時,自動選擇提供動態(tài)的故障轉移機制,保障接入媒體網關連接不間斷的穩(wěn)定運行。
本鋼NGN網絡的IP承載網拓撲圖
4、NGN設備與IP承載網的融合
摘要:軟交換作為下一代網絡中的語音業(yè)務、數據業(yè)務和視頻業(yè)務呼叫、控制、業(yè)務提供的核心技術,其發(fā)展相當迅猛。各運營商在組建以軟交換為核心的下一代網絡時,要考慮到與現有網絡和未來網絡的互通問題。
關鍵詞:軟交換技術 互聯互通 技術
軟交換作為下一代網絡中的語音業(yè)務、數據業(yè)務和視頻業(yè)務呼叫、控制、業(yè)務提供的核心技術,其發(fā)展相當迅猛。但是PSTN(公眾電話交換網)在技術、業(yè)務和價格上仍然有很強的優(yōu)勢。就目前通信現狀來看,PSTN還未具備向軟交換網絡整體演進的條件,這兩種網絡將在很長一段時間內共存。因此,各運營商在組建以軟交換為核心的下一代網絡時,要考慮到與現有網絡和未來網絡的互通問題。
一、本地和長途業(yè)務的劃分
傳統的電路交換網,不管是固定網還是移動網,把本地網內的呼叫稱為本地呼叫,按本地電路業(yè)務進行計費;經過長途網的呼叫稱為長途呼叫,費用要包括本地電路業(yè)務的費用和長途電路網的費用。
對于軟交換的組網,由于目前還沒有標準規(guī)定未來軟交換組網的網絡架構,因此軟交換組網的網絡架構需要盡快確定,特別是軟交換的組網采用了IP作為承載網,是否還需要類似PSTN的本地網和長途網的概念,是否需要還是就沒有本地和長途的區(qū)分(除國際呼叫之外,所有的電話呼叫只有一種費率)都沒有確定。這個問題需要電信管制部門和運營商一起來確定。
從服務的角度看,用戶并不關心網絡采用的是何種技術,如果電信運營商能夠使用軟交換組網的技術和保證質量的承載網,提供與電路交換網一樣服務質量,還是可以把網絡按照PSTN一樣劃為本地網和長途網的。從目前軟交換提供的業(yè)務分析,還沒有哪一種業(yè)務可以稱為killer業(yè)務。因此,在軟交換發(fā)展的初期,基本話音還是運營商爭奪的焦點,而長途業(yè)務是獲得利潤的重中之重。
二、移動性
接入網絡的終端大致可分為兩類:一類是普通電話機通過接入網關或用戶網關接入到網絡,這種用戶的用戶線接口是網關提供的Z口;另一類是智能終端(例如SIP終端、H.323終端),它可以直接接入網絡,這種用戶的用戶線接口是以太網口。如果將來的計費都是基于用戶口,即類似PSTN的計費,用戶線接口與用戶捆綁進行計費,這種方式實現簡單,但是不安全,可能出現偷打盜打電話的現象,此外作為未來的網絡,也不能夠提供用戶的移動性。
軟交換組網支持SIP終端用戶的移動性,目前的實現方式是SIP終端用戶離開自己的歸屬地游牧(有別于移動網的漫游,移動網的用戶在接入網絡后仍然可以移動,而固定網的用戶在接入網絡后就不能移動)到非歸屬地的網絡之后,接入網絡進行注冊和認證,注冊和認證通過后就可以獲得網絡的服務。但是目前的注冊和認證并不經過游牧地的軟交換,而是旁路游牧地的軟交換,直接從終端到歸屬地的軟交換進行注冊和認證,因此呼叫建立的過程中也不經過游牧地的軟交換。這種業(yè)務的提供方式的缺陷在于,游牧地向用戶提供了接入服務和承載服務,但是由于這種缺陷使游牧地的運營商無法向用戶歸屬地的運營商進行結算,得不到其應得的收費。這種移動性業(yè)務要得到發(fā)展,就應該按照移動網的漫游業(yè)務一樣,用戶接入注冊到游牧地的軟交換,認證去歸屬地進行認證,呼叫建立時,呼叫就應該通過游牧地的軟交換,這樣游牧地的軟交換就可以產生CDR,游牧地的計費中心使用CDR進行計費。
三、編號
信息產業(yè)部于2000年11月了“YD/T 1088-2000 IP電話業(yè)務的編號”,本標準對于IP電話業(yè)務中以下3種情況的編號要求進行了規(guī)定:(1)基于IP網絡的用戶呼叫PSTN/ISDN/移動用戶;(2)PSTN/ISDN/移動用戶呼叫基于IP網絡的用戶;(3)PSTN/ISDN/移動用戶之間進行通信,使用基于IP的網絡在呼叫所涉及的用戶之間進行連接。其中,(2)規(guī)定了IP用戶采用網號的方式。但是這個標準當時并不是為軟交換網的用戶專門制定的,而且軟交換支持的用戶種類比較多,業(yè)務也非常豐富,將來可能從編號上需要區(qū)分開不同種類的用戶。因此,軟交換的編號是在運營商商用軟交換技術商用之前需要信息產業(yè)部亟待規(guī)定的問題。
四、軟交換的互聯互通
軟交換作為下一代網的控制核心,不可能是孤島式地通過PSTN相互連接起來,而必須實現軟交換之間的互聯互通。目前軟交換之間的互聯互通協議主要是會話初始協議(SIP)和與承載無關的呼叫控制(BICC)。BICC是基于N-ISUP的信令協議,在不影響現有網的接口和端到端業(yè)務的情況下,在寬帶網上支持窄帶ISDN業(yè)務,與現有網絡和攜載語音消息的任何系統完全兼容。
SIP在軟交換控制的網絡中還是得到了很快的應用,甚至有人認為將來軟交換之間采用的控制協議就是SIP。軟交換發(fā)展的初期,出于能夠提供相對于電路中繼價格便宜的長途中繼,使用了軟交換控制IP分組電路代替電路交換網的長途中繼。但是對于運營商而言,軟交換的誘惑力,并不是長途IP電話的價格便宜,而是利用軟交換特有的技術,能夠向用戶提供新的服務。多媒體業(yè)務是未來軟交換能夠提供的具有競爭力的業(yè)務,而SIP終端就是提供多媒體業(yè)務的一種終端,因此軟交換要支持SIP終端,就需要支持SIP協議。如果軟交換之間采用BICC,那么軟交換網在支持傳統的語音業(yè)務時,軟交換就使用BICC,支持SIP終端的多媒體業(yè)務時就使用SIP。這樣在軟交換控制的網絡中就會同時有兩張網:BICC和SIP。對于運營商而言,要同時管理維護性質不同的兩張網非常困難,也會遇到許多預想不到的問題,而采用一種核心控制協議應該是不錯的選擇,那就是SIP。
五、視頻業(yè)務和終端
關鍵詞:LTE;地面無線通信;民航通信;調度
1 研究背景
民用機場地面通訊發(fā)展,經歷了兩個階段。從原始的手勢通訊指揮,過渡到電子通訊指揮。上世紀90年代,模擬集群系統開始興起。當時語音集群業(yè)務已經可以滿足通信組內快速通信的需求,在指揮調度中發(fā)揮重要作用,90年代中期,模擬集群技術已經在我國的軍隊、公安、交通等多個領域廣泛應用。2001年,我國建設了第一張TETRA網絡,隨后TETRA在中國取得了很好的發(fā)展。但是,隨著社會的發(fā)展,行業(yè)用戶對多媒體調度、多任務并發(fā)、實時數據處理等實時綜合業(yè)務需求愈加強烈,迫切需要新一代的無線通信接入技術來滿足多媒體調度的需求。
2 LTE地面無線通信技術介紹
2.1 LTE地面無線通信技術概況
LTE無線通信技術英文名稱是Long Term Evolution,長期演進技術。是基于UMTS/HSPA和EDGE/GSM的新一代的通信網絡技術。LTE通信技術是基于IP的網絡結構,是原來的GPRS核心分組網的替代物。同時,由于LTE的兼容特性,可以向UMTS、CDMA2000和GSM等較舊的網絡提供數據和語音的無縫切換,所以LTE也被叫做核心分組網演進。LTE之所以可以提升無線網絡和數據傳輸能力和數據傳輸速度,主要得益于LTE借助新調制方法和新技術。LTE通信技術主要可以分為TDD和FDD兩種制式。LTE可以提供高速移動的通信需求,得益于LTE支持廣播流和多播技術。LTE的頻譜增效是3G增強技術的2-3倍,因為LTE是以MIMO(多入多出技術)和OFDM(正交頻分復用技術)為基礎的。LTE-Advanced(LTE增強技術)是國際電信聯盟認可的第四代移動通信標準。
2.2 LTE地面無線通信技術的基本架構
LTE地面無線通信技術的結構主要分為兩個網元,演進型分組核心網(EPC,Evolved Packet Core)和演進型Node B(eNode B,Evolved Node B)。LTE地面無線通信系統只存在分組域。其中,eNode B主要負責接入網,也稱作演進型UTRAN(E-UTRAN,Evolved UTRAN);移動管理實體(MME,Mobility Management Entity)負責信令處理;演進型分組核心網(EPC,Evolved Packet Core)負責核心網;服務網管(S-GW,Serving Gateway)主要負責數據處理,如圖1所示。
2.3 LTE地面無線通信技術接口協議
LTE地面無線通信技術的空中接口是E-UTRAN,有以下一些基本特性:
(1)支持TD(時分雙工)和FDD(頻分雙工)通信,同時支持無線連接的時分半雙工通信。
(2)強化支持高速移動的移動通信,可以支持終端在高達
500km\h的移動速度下在不同頻段下使用網絡服務。
(3)節(jié)省電力,LTE上傳技術采用SC-FDMA,下載技術采用
OFDMA技術。
(4)延遲低,LTE地面無信通信技術支持較短的建立連接和交
接的準備時間,最佳狀態(tài)下,小IP包甚至低于5ms延遲。
(5)數據傳輸速度高,在E-UTRAN技術、20Mhz頻段和4×4天線的配合下,峰值上傳速率高達75Mbit/s,峰值下載速率高達299Mbit/s。
LTE地面無線通信技術的控制平面協議:
LTE地面無線通信技術的控制平面主要負責QoS保證、最后的資源釋放、無線連接的建立、用戶無線資源的管理,見圖2:
NAS(Non-Access Stratum,非接入層)、MAC(Media Access Control,媒體接入控制子層)、RLC(Radio Link Control,無線鏈路控制子層)、PDCP(Packet Date Convergence Protocol,分組數據匯聚子層)、RRC(Radio Resource Control,無線資源控制子層)等共同組成LTE地面無線通信技術控制平面協議棧。其中,NAS(非接入子層)和RRC(無線資源控制子層)實現了控制平面的主要功能。NAS(非接入層)控制協議實體主要負責非接入層的控制和管理,位于MME(移動管理實體)和UE(終端)里。實現了以下功能:安全控制、產生LTE-IDLE狀態(tài)下的尋呼信息、鑒權和承載管理等。
3 LTE地面無線通信系統在民航通信業(yè)務中的應用
3.1 地面無線通信系統的安全性
APN專線安全接入:
APN指一種網絡接入技術,決定了終端上網時通過哪種接入方式來訪問網絡。APN具體結構和業(yè)務走向圖如圖3所示。P-GW和單位CE(單位4G接入路由器)置入同一MPLS VPN內,使網絡能夠實現三層互通,之后P-GW和單位CE(單位4G接入路由器)之間建立GRE隧道,此時P-GW和單位CE(單位4G接入路由器)邏輯上相當于直連。P-GW為用戶分配地址,P-GW將LTE終端地址路由到用戶接入路由器,下一跳為單位CE(單位4G接入路由器)的GRE接口,單位CE設置回指路由,下一跳為P-GW的GRE隧道口。實現LTE終端和用戶接入路由器的互聯互通,之后再在兩個互聯互通的IP之間實現業(yè)務或者業(yè)務通過硬件級的IPSEC加密。(此部署根據情況自行配置)
3.2 地面無線通信系統在安全生產中的應用
3.2.1 地面多媒體調度應用方案概述
此方案為基于LTE無線通信系統部署的調度平臺。如圖4所示,核心機房部署有調度平臺服務器、交換機,運營商路由器。用戶手中的LTE終端通過運營商的LTE網絡與核心機房的服務器進行通信,服務器建立地域A與地域B之間的通信鏈路,地域A與地域B之間進而建立通信。出于安全性的考慮,機房與用戶之間的通信還可以通過APN專線進行安全通信。核心機房集中對地域A以及地域B的用戶進行管理,地域A與地域B的通信數據保存在核心機房服務器上。
由此可見,基于LTE地面無線通信調度系統的優(yōu)勢在于:
(1)終端功能多樣化,智能化、IP化。地面調度不僅有語音功能,而且還可以滿足新形勢下的新業(yè)務需要,語音調度、視頻調度以及數據傳輸可以同時進行;
(2)可以實現終端加密和空中加密,通過通訊審計,將語音、視頻保存在核心機房。杜絕無法審計或審計無法朔源的情況發(fā)生;
(3)可通信范圍更加廣闊,只要有運營商信號的地方就可以進行通信,目前運營商的信號覆蓋已經相當廣泛;
(4)可拓展性強,除了多媒體調度應用之外,核心服務器還可以開發(fā)其他相關應用供用戶使用。
3.2.2 系統健壯性
處于系統健壯性方面的考慮,在核心機房,可以部署冗余備份。例如,雙服務器熱備份,同時部署兩臺交換機,實現業(yè)務高可用性。與此同時,對于運營商的選擇,可以同時選擇兩家運營商互為鏈路備份保障,從而保障系統可以安全可靠運行。