新一代通信网（NGN）发展与展望

1、 山东科技大学 Shandong University of Science and Technology2014.10 郭银景教授现代通信技术研究所新一代通信网（NGN）发展与展望 2NGN（Next Generation Network)的定义与特点NGN 协议的发展历程与热点交换技术的发展与NGNIP多媒体系统（IMS）无所不在的物联网（IoT）软件定义网络（SDN）概 要下一代网络（Next Generation Network），又称为次世代网络或新一代网络。 NGN是一个分组网络，它提供包括电信业务在内的多种业务，能够利用多种带宽和具有服务质量(QoS)能力的传送技术，实现业务功能

2、与底层传送技术的分离；它提供用户对不同业务提供商网络的自由接入，并支持通用移动性，实现用户对业务使用的一致性和统一性。1.1 NGN 定义用户的费用需求创意的跨界需求企业的竞争需求花费最少的钱，享受最好的服务。多领域的知识需要融合，每个人都在开放思想。提高技术门槛，挤垮同行企业，迎合市场需求。新时代的需求1.2 为什么要NGN？竞争需求快速的开展新业务用户需求消费者个性化消费需求成本需求降低建设与运维成本技术需求需要一个高效的网络运营商需求NGN对运营商而言解决现有网络问题对最终用户而言随时、随地、随心所欲地享受通信乐趣对市场竞争而言符合市场发展的趋势解决方案预期结果多媒体化：NGN中发展最快

3、的特点将是多媒体特点，同时多媒体特点也是NGN最基本、最明显的特点；开放性：NGN网络具有标准的、开放的接口，为用户快速提供多样的定制业务；个性化：个性化业务的提供将给未来的运营商带来丰厚的利润；虚拟化：虚拟业务将是个人身份、联系方式以至于住所都虚拟化。用户可以使用个人号码实现在任何时候、任何地方的通信；智能化：NGN的通信终端具有多样化、智能化的特点，网络业务和终端特性结合起来可以提供更加智能化的业务1.3 NGN 特点SDH向PTN的演进：交换技术的发展：IP调制技术的发展： ，铜向光的演进：一按需网络（BUN）：2 NGN 协议的发展与热点软交换（SS）：软交换是下一代网络的重要组成部分

4、，是NGN的控制单元，通过标准协议与NGN网中的其他单元进行通信，软交换能够整合语音、数据与图像，并能在不同的网络之间如无线与有线系统之间进行协议转换。（1997年，美国贝尔实验室）IP多媒体系统（IMS）：IP多媒体子系统为NGN接入网和终端提供基于会话启动协议(SIP)的业务，包括多媒体会话业务、集群信息定购等（2002年，3GPPR5的版本中定义）物联网（IoT）： ，下一代网络从某种角度看，就是可以连接任何物品的物联网。按照传统的定义，下一代网络是在任何时间、任何地点，以任何方式提供信息访问和管理的服务，侧重于为人提供服务，可以称为信息网络；(1995,比尔盖茨的未来之路提出） （ 1

5、999年,美国Auto-ID中心定义）（ITU互联网报告2005：物联网真正提出标准 ）软件定义网络（SDN）：一种新型网络创新架构，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。简单来说，SDN可以实现网络如电脑般可编程，可以创建易于管理的网络虚拟化层。而OpenFlow则是一个标准化SDN应用协议。（2011年12月，由美国斯坦福大学cleanslate研究组提出）按需网络（BUN）：NGN发展的必然趋势，以需求为驱动力，网络虚拟化，自组织化，绿色、便捷、经济、可靠。2 NGN 协议的发展与热点3 软交

6、换业务提供功能网管功能计费功能SSF功能呼叫控制功能各种媒体网关SIP终端H.248终端MGCP终端INH.323 IP电话网NO.7AAA服务器网管服务器应用服务器（APIS)SIP 系统Softswitch互通功能信令网关信令网关软交换设备 Radius SIP/INAP SNMPSS7/IP(SIGTRAN) H.248INAP/IPSIP/BICCSIPH.323 SIP H.248 MGCP软交换设备的功能要求H.323协议 MAC IP H.323 用户部分 消息传递部分 TCP UDP Q.931RAS/H.245H.323是ITU制定的用于提供实时音频、视频和数据通信的标准，呼

7、叫控制是其中的重要组成部分，它可用来建立点到点和多点媒体会议 。各个不同厂商的多媒体产品和应用可以进行互相操作，用户不必考虑兼容性问题 H.323本身是个协议集，主要包含RAS、Q.931和H.245协议 。Megaco/H.248协议媒体网关控制器和媒体网关之间联系 ，能把呼叫控制从媒体转换中分离出来具有建立和删除电路交换和包交换间媒体流的交叉连接的功能正式标准的媒体网关控制协议,可用 Add命令创建，用Subtract或 Move命令删除。 基于TCP（传输控制）和UDP（用户数据报）协议之上SIP协议SIP（Session Initiation Protocol）协议是一个用于建立、更改

8、和终止多媒体会话的应用层控制协议。它是IETF(互联网工程任务组)多媒体数据和控制体系结构的核心协议，具有易扩展、易实现等特点，适合用于实现基于因特网的多媒体会议系统。软交换系统通过SIP信令与其它的软交换系统设备互联，实现它们之间的呼叫控制功能。4. IP多媒体系统（IMS）IMS：IP Multimedia SubsystemIP =基于IP的传输基于IP的会话控制基于IP的业务实现Multimedia =语音、视频、图片、文本等多种媒体的组合支持多种接入方式，各种不同能力终端Subsystem = 依赖于现有网络技术和设备，最大程度重用现有网络系统无线网络把PS/GPRS网络作为承载网络

9、 固定网络把基于固定接入IP系统作为承载网络IMS（IP Multimedia Subsystem-IMS），由3GPP在R5阶段引入，叠加在PS域上，目的是在基于全IP的网络上为移动用户提供多媒体业务电信业务应用发展是IMS的驱动力视频化 3G网络带宽的提升，推动了移动视频业务的飞速发展，以视频为表现形式的业务越来越多，如视频通话、视频彩铃、视频邮件、视频共享等。互联网化 随着3G网络对数据支持能力的提升，传统互联网上的业务开始向移动互联网上转移。3G技术的规模商用将大大加快此进程。媒体化 在3G网络的支持下，移动业务的媒体化特征更加明显，提供的内容形式更加多样化，手机电视、移动FM、电子书

10、、富媒体等都是典型的3G媒体型业务。商务化 3G应用使产业链更加完善，丰富了业务的发展，为移动电子商务的应用带来了广泛的市场空间。手机支付、手机银行、电子门禁卡等都是移动电子商务的典型应用。全IP网路发展趋势互联网对电信业的挑战用户需求的变化IMS产生背景全IP网络发展趋势ALL IP 已被业界广泛接受，3GPP/3GPP2/IEEE等标准组织纷纷提出ALL IP演进趋势基于IP的业务应用越来越受到运营商的普遍关注ALL IP时代正在到来：IP业务应用; IP核心网络; IP承载网络随着用户需求的不断变化和提升，移动话音和VoIP增长趋势明显用户对多媒体和融合业务的需求越来越明显多种接入方式、

11、统一的账户、统一的号码的需求2用户需求的变化3互联网对电信业的挑战新的竞争力量互联网服务提供商迅猛发展不断挑战传统运营上，尤其是VoIP等业务对运营商的传统业务形成了很大冲击互联网能提供更为广泛的应用（游戏、即时通信等），业务提供方式更加灵活，业务部署更快捷。1IMS产生背景IMS国际市场应用目前，IMS重要性被运营商广泛认可，且IMS越来越多地出现在运营商业务融合和转型战略的下一代网络架构中IMS是实现NExT战略的引擎FT计划利用IMS实现FMC网络融合法国电信IMS是AT&T 下一代网络架构CATRS中的核心控制部分AT&TBTBT将IMS作为21CN计划中核心网技术。并支持Web2.0

12、业务国内运营商IMS市场态势三大运营商结合各自网络状况加速推进IMS现网试点及试商用步伐IMS大规模商用已经到来中国电信中国联通中国移动原电信宽带用户原电信固定用户原联通C网用户原移动客户原铁通宽带客户原铁通固定客户原联通G网用户原网通固定用户原网通宽带用户中国移动已制定较完善的IMS企规，在集团公司的统一部署下，09年已完成IMS试点网络的建设，大规模集采和商用部署已经展开。中国电信已完成系列IMS规范的制定工作和广院测试，目前已经开始了现网IMS推广工作。中国联通已完成系列IMS规范的制定工作，在原联通&原网通IMS试验基础上，09年下半年开始开展的总部及IMS试点推广工作。IMS主要特征

13、接入无关归属地控制业务提供能力安全机制统一策略 控制IMS主要特征支持多种固定/移动接入方式的融合，支持无缝的移动性和业务连续性，为全业务运营提供了便利呼叫控制和业务控制都由归属网络完成，保证业务提供的一致性，易于实现私有业务扩展，促进归属运营商积极提供吸引客户的服务，区别于软交换拜访地控制打破竖井式业务部署模式，业务与控制完全分离，有利于灵活、快速的提供各种业务应用，更利于业务融合，实现开放的业务提供模式多种安全接入机制共存，并逐渐向Fully IMS机制过渡部署安全域间信令保护机制部署网络拓扑隐藏机制统一的QoS和计费策略控制机制IMS系统架构UEApplication(SIP/OSA A

14、S,CAMEL SE)ASSIP ASOSA-SCSIM-SSFCSCFP-CSCFS-CSCFI-CSCFMGCFSGWBGCFSLFHSS/USPFIMS DataHLR/AuC(CS/PS)GGSNPEFMRFCMRFPIM-MGWPDF/PCRF/RACSSGSNRAN承载层控制层固网接入UEWimax/WiFiUEBASWAG/AGWCS Networks(PSTN/SS, PLMN)业务层ISCAGCFAGPOTSPSS/PES ASPDSNRANUENASSSBC业务网络主要是应用服务器，用于向IMS用户提供各种增值业务，目前在IMS域中主要有三种业务提供方式：SIP-AS提供方

15、式、Parlay网关提供、SCP提供IP-CAN网络IP连通网络，提供IP接入承载，可以是任意的IP网络，包括CDMA PS域、WCDMA PS域、WIMAX、WIFI、固定宽带接入等IMS核心网这部分是系统主要要实现的部分，主要完成IMS用户管理、网间互通、业务触发等处理，主要由P/I/S-CSCF网元、SLF/HSS、BGCF、MRFC/MRFP等网元构成互通域包含SGW、MGCF/MGW等实体，用于IMS域业务域传统的PSTN、PLMN等网络的互联互通IMS和软交换最大的区别在于以下几个方面 1 在软交换控制与承载分离的基础上，IMS更进一步的实现了呼叫控制层和业务控制层的分离；2 IM

16、S起源于移动通信网络的应用，因此充分考虑了对移动性的支持，并增加了外置数据库归属用户服务器（HSS），用于用户鉴权和保护用户业务触发规则；3IMS全部采用会话初始协议（SIP）作为呼叫控制和业务控制的信令，而在软交换中，SIP只是可用于呼叫控制的多种协议的一种，更多的使用媒体网关协议（MGCP）和H.248协议。总体来讲，IMS和软交换的区别主要是在网络构架上。软交换网络体系基于主从控制的特点，使得其与具体的接入手段关系密切，而IMS体系由于终端与核心侧采用基于IP承载的SIP协议，IP技术与承载媒体无关的特性使得IMS体系可以支持各类接入方式，从而使得IMS的应用范围从最初始的移动网逐步扩大

17、到固定领域。此外，由于IMS体系架构可以支持移动性管理并且具有一定的服务质量（QoS）保障机制，因此IMS技术相比于软交换的优势还体现在宽带用户的漫游管理和QoS保障方面。5. 物联网（IoT）物联网（IOT）的定义早在1995年，比尔盖茨在未来之路一书中就已经提及物联网概念。但是，“物联网”概念的真正提出是在1999年，由EPCglobal的Auto-ID中心提出，被定义为：把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来，实现智能化识别和管理。2005年，国际电信联盟（ITU）正式称“物联网”为“The Internet of things”，并发表了年终报告ITU互联网 报告2005

18、：物联网。报告指出，无所不在的“物联网”通信时代即将来临，世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换；并描绘出“物联网”时代的图景：当司机出现操作失误时汽车会自动报警；公文包会提醒主人忘带了什么东西；衣服会“告诉”洗衣机对颜色和水温的要求等等。 现在较为普遍的理解是，物联网是将各种信息传感设备，如射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。通过装置在各类物体上的电子标签（RFID）、传感器、二维码等经过接口与无线网络相连，从而给物体赋予智能，可以实现人与物体的沟通和对话，也可以实现物体与物体互相间的沟

19、通和对话。物联网的三大特征全面感知可靠传输智能处理感知传输智能利用RFID、传感器、二维码等能够随时随地采集物体的动态信息。通过网络将感知的各种信息进行实时传送。利用计算机技术，及时地对海量的数据进行信息控制，真正达到了人与物的沟通、物与物的沟通。 物联网的技术体系框架（4层，将应用层分开）302008年-美国智慧地球IBM提出的“智慧地球”概念（建议政府投资新一代的智慧型基础设施）已上升至美国的国家战略。该战略认为IT产业下一阶段的任务是把新一代IT技术充分运用在各行各业之中，具体地说，就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，并且被普

20、遍连接，形成“物联网”。2009年-欧盟物联网行动物联网行动计划。具体而务实，强调RFID的广泛应用，注重信息安全。2009年6月，欧盟委员会向欧盟议会、理事会、欧洲经济和社会委员会及地区委员会递交了欧盟物联网行动计划（Internet of Things-An action plan for Europe），以确保欧洲在建构物联网的过程中起主导作用。行动计划共包括14项内容，主要有管理、隐私及数据保护、“芯片沉默”的权利、潜在危险、关键资源、标准化、研究、公私合作、创新、管理机制、国际对话、环境问题、统计数据和进展监督等一系列工作。2009年-日本i-Japan战略i-Japan战略。在u-

21、Japan的基础上，强调电子政务和社会信息服务应用。2004年，日本信息通信产业的主管机关总务省（MIC）提出20062010年间IT发展任务u-Japan战略。该战略的理念是以人为本，实现所有人与人、物与物、人与物之间的连接，即所谓4U=ForYou（Ubiquitous,Universal, User-oriented, Unique），希望在2010年将日本建设成一个“实现随时、随地、任何物体、任何人（anytime, anywhere, anything, anyone）均可连接的泛在网络社会”。2009年-韩国u-Korea战略继日本提出u-Japan战略后，韩国也在2006年确立了

22、u-Korea战略。u-Korea旨在建立无所不在的社会（ubiquitous society），也就是在民众的生活环境里，布建智能型网络（如IPv6、BcN、USN）、最新的技术应用（如DMB、Telematics、RFID）等先进的信息基础建设，让民众可以随时随地享有科技智慧服务。其最终目的，除运用IT科技为民众创造食衣住行育乐各方面无所不在的便利生活服务，亦希望扶植IT产业发展新兴应用技术，强化产业优势与国家竞争力。2009年-中国感知中国感知中国。2009年8月7日家宝总理在无锡考察时提出要尽快建立中国的传感信息中心或者叫“感知中国”中心。各国物联网战略或计划物联网核心关键技术（1）R

23、FID技术是物联网中让物品“开口说话”的关键技术，物联网中，RFID标签上存储着规范而具有互用性的信息，通过无线数据通信网络把它们自动采集到中央信息系统，实现物品(商品)的识别。传感器技术在物联网中，传感技术主要负责接收物品“讲话”的内容。传感技术是关于从自然信源获取信息，并对之进行处理、变换和识别的一门多学科交叉的现代科学与工程技术，它涉及传感器、信息处理和识别的规划设计、开发、制造、测试、应用及评价改进等活动。物联网核心关键技术（2）无线网络技术物联网中，物品与人的无障碍交流，必然离不开高速、可进行大批量数据传输的无线网络。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包

24、括为近距离的蓝牙技术和红外技术人工智能技术人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为（如学习、推理、思考、规划等）的技术。在物联网中，人工智能技术主要负责将物品“讲话”的内容进行分析，从而实现计算机自动处理。物联网核心关键技术（3）云计算技术物联网的发展离不开云计算技术的支持。物联网中的终端的计算和存储能力有限,云计算平台可以作为物联网的“大脑”,实现对海量数据的存储、计算。物联网的技术难点（1）技术标准问题世界各国存在不同标准。中国信息技术标准化技术委员会于2006年成立了无线传感器网络标准项目组。2009年9月，传感器网络标准工作组正式成立了PG1(国际标准化)、PG2(标准体系与系统架构)、PG3(通信与信息交互)、PG4(协同信息处理)、PG5(标识)、PG6(安全)、PG7(接口)和PG8(电力行业应用调研)等8个专项组，开展具体的国家标准的制定工作。数据安全问题信息采集频繁，其数据安全必须重点考虑。物联网的技术难点（2）IP地址问题每个物品都需要在物联网中被寻址，就需要一个地址。物联网需要更多的IP地址，IPv4资源即将耗尽，那就需要IPv6（6.7x1023个/平方米）来支撑。IPv6协议已经从实验室走向了应用阶段。终端问题物联网终端除具有本身功能外还拥有传感器和网络接入等功能，且不