NGN规划方法初探

NGN规划方法初探

http://www.chinatelecom.com.cn 　2003年06月11日 　　中国电信集团北京研究院 熊小明 孙红燕

摘要  随着网络体系结构的演变和宽带技术的发展，传统网络向下一代网络（NGN）的演进是不可避免的大趋势，基于软交换（Softswitch）的下一代网络开展传统的话音业务和多媒体业务的商业应用已逐步出现。本文在介绍NGN基本构架的基础上，提出NGN业务网络规划的基本流程，并详细阐述了NGN网络规划的基本思路。 关键词  NGN  软交换  规划 NGN规划是指对下一代业务网络的发展策略和发展目标的确定，以及为实现目标而投入的物质资金和采用的解决方案。NGN的规划方法，在解决NGN相关技术难题和探索NGN大规模商用模式阶段，同样需要重点关注的问题。 1  NGN体系架构 NGN是一个内涵广泛的术语，一般泛指采用了比目前网络更为先进的技术或能够提供更先进业务的网络。本文所谈的NGN是指基于软交换技术、实现端到端业务的下一代网络，其网络体系架构按照设备功能可划分为四个主要层次，如图1所示。 软交换设备位于控制层，提供多种业务的连接控制、路由、网络资源管理、计费、认证等功能。软交换设备与中继媒体网关、SIP（Session Initiation Protocol）终端、信令网关、其他软交换设备间采用标准协议相互通信。在接入层,信令网关的功能是连接信令网和分组网，实现PSTN/ISDN侧的七号信令与IP网侧信令的转换功能；媒体网关的功能是将各种用户或网络接入到核心网络，将业务转换成分组网所要求的媒体流传送格式；SIP终端是SIP系统中的用户代理，可以提供话音和数据业务。针对交互式多媒体业务，还需要在NGN网络中增加电信级的应用服务器设备。 2  NGN规划流程 按照CCITT《通信网规划手册》定义，电信网规划包括四大类：战略规划、实施规划、发展规划和技术规划，它们共同组成了电信网规划的整体，从各方面指导电信网的建设和发展。运营商实际部署实施NGN业务网络时规划的基本流程如图2所示。 发展策略包括业务模式和业务发展策略、网络演进和网络发展策略的制定，是规划期内的总体性指导原则；业务预测是通过市场需求分析，确定规划期内的市场业务量规模和发展目标；网络规划则是以业务发展目标为前提，对规划期内网络结构、规模的确定，以便合理地组织NGN网络资源。 2.1 发展策略 NGN的发展策略主要包括：NGN业务策略和NGN网络策略。 NGN业务的发展是一个渐进的过程，它主要是由市场需求和技术发展来共同推动：在NGN网络建设初期，NGN业务以分组话音和简单的无QoS保证的多媒体业务为主；随着分组网络的不断完善，有QoS保证的多媒体业务得到迅速发展；在NGN技术逐步完善后，由于其标准化和开放性的特点，业务提供商给网络提供更丰富的业务，其中个性化、虚拟化为特征的业务将成为主流。具体来说，NGN不仅可以提供话音和电话网增值业务（如呼叫转移、呼叫等待等），还可以提供丰富的多媒体业务，如： ·即时消息：集成文本、图片或图像的消息业务； ·多媒体桌面接入：用户可通过多媒体终端（如客户端软件、可视电话或SIP终端等）实现语音、数据和视频到桌面； ·个性化业务：可包括动态呼叫处理、个人呼叫管理等，用户可以自己控制通信的体验。 在NGN网络的引入建设上，新兴运营商更多关注的是分组承载网络是否能够提供分组话音业务，而传统运营商则更多关注网络体系对新业务的提供能力。因此，从市场需求出发，依据运营商自身的发展特点，制定切实可行的NGN业务发展策略，无论对新兴运营商，还是传统运营商，都具有重要的战略意义。 从发展的角度来看，NGN是传统的基于时分复用（TDM）的公共电话交换网（PSTN）逐步向基于IP/ATM的分组网络的演进，是PSTN与分组网融合的产物。从网络的角度看，以软交换为核心，结合媒体网关、信令网关互联电路交换网和分组网，以实现业务层的融合和网络的统一管理，这种叠加网络演进思路将成为国内下一代网络市场的主流方向。从设备厂商所提供的解决方案和国内市场的需求看，国内运营商实施部署NGN网络可采用两种引入策略：长途分组语音组网、本地分组语音和多媒体应用组网。长途分组话音组网是利用软交换技术来替代现有的长途电话网，也即所谓的长途中继，中继媒体网关将实现电路交换网和分组网之间的相互转换；本地分组语音和多媒体应用组网是指在城市或小区范围内采用软交换提供话音数据多媒体相结合的综合业务，并支持多样化的用户接入方式，包括PRI接入、V5接入、综合接入设备（IAD）接入和各种多媒体终端设备。对运营商来说，立足于现有网络并兼顾未来的发展需要，降低成本，增加利润，建设高效率、易管理且能提供多业务保证的下一代网络，是NGN网络发展策略的最终目标。 2.2 业务预测 业务预测是网络规划的前提，是整个规划的定量数据和定性发展的基础和依据，其准确程度将直接影响到规划的规模、发展和实用性。预测所涉及的关键问题是如何运用科学的预测方法进行实际的计算和操作，并依据技术、业务、市场等发展趋势对预测结果的合理性进行判断，并进行必要的修正。 无论采用何种NGN业务模式，其业务预测都包括了三个最基本的内容：用户数预测、业务量预测和流量流向预测。用户数预测指对规划期内潜在的用户市场的判断；业务量预测是根据用户特性、业务特性等计算的业务规模；流量流向预测则是端到端业务分布的确定。 业务预测应以业务开放和发展现状为基础，紧密围绕业务发展策略，对规划期内的重点业务进行需求分析。NGN业务预测过程中可能涉及的参数包括：电话用户数、企业用户数、终端类型和设备数量、业务和用户的渗透率、用户特性、业务特性、业务地理分布特征、业务流量流向特征等。针对其特定运营商的业务预测，还应结合其市场竞争力，综合考虑运营商的各种业务市场份额。 2.3 网络规划 NGN网络规划是对NGN网络的结构组织、网络规模等相关问题的规划设计。网络结构规划包括软交换、信令网关和媒体网关设备的设置方式，以及路由结构方面的考虑；设备容量测算则是对NGN网络设备在容量需求规模、设备数量设置、板卡数量配置等方面的计算；带宽容量测算关注的是媒体流和信令流对分组网承载的带宽需求；建设和投资方案是对NGN整体网络部署的方案确定和NGN网络设备投资的初步估算。另外，NGN网络规划还包括网络管理、QoS和地址资源分配等内容。 通过对规划期内NGN的发展目标进行分析测算，网络规划可以为运营商提供恰当的网络建设方案，实现NGN网络资源的合理组织和利用，实现资源的最大化利用。 （1）网络结构规划 网络结构规划应解决的重点是网络设备的拓扑设置。软交换、信令网关和媒体网关设备原则上应采用大容量设备，以本地网为单位进行设置，但在NGN建设初期，根据业务情况，网络设备的设置可考虑实现多个本地网覆盖：一个软交换可以覆盖多个本地网，称为软交换服务区；一个信令网关也可以覆盖多个本地网，称为信令网关服务区；一个媒体网关可以覆盖多个POP点（运营商网络接入点）。NGN网络结构规划设计如图3所示。 首先是根据网络覆盖范围初步设置POP点范围，并依据POP点接入的用户规模和预测业务量初步确定各POP点媒体网关设备的数量。对于软交换和信令网关设备，视NGN业务情况和设备性能，可分别设置软交换服务区和信令网关服务区的区域数目、服务区覆盖POP点范围，以及各服务区内设备的数量。网络规模容量测算结果可为NGN网络结构方案的近一步调整提供定量依据：若网络测算容量规模比较小，可将该设备所覆盖的POP点服务区的范围调大；如网络测算容量规模比较大，可减小该设备所覆盖的POP点服务区的范围，或直接增加网络设备的数量，增大处理能力。当测算容量规模既能保证现有设备性能的充分利用，又能满足网络结构布局的简洁性和可管理性，便可得到相对比较合理的结构方案。 （2）设备容量测算 在NGN网络规划中，所有网元设备都存在着设备容量测算的问题，而其中最重要的几类设备是软交换、信令网关和媒体网关。设备容量测算的最终目标是实现NGN网络资源的合理组织和利用，使其便于管理和维护。网络设备容量测算的基本步骤如图4所示。 测算的第一步是计算网络设备的容量（处理能力）需求。不同的网络设备，其容量需求的表示是不同的，软交换设备的处理能力可通过BHCA（忙时呼叫）表示，信令网关设备的处理能力可以通过BHCA或信令链路数表示，中继媒体网关设备的处理能力可以通过中继端口DS0（Digital Signal 0）数目来衡量。无论测算的目标网络设备为何种类型，其测算的基本前提都包括三类参数：业务特性参数、业务流量流向参数和网络结构参数。业务特性参数是与NGN业务特性相关的参数，例如话音业务的平均通话时长；业务流量流向参数是端到端的业务量大小的表示；网络结构参数是指与网络结构方案相关的参数，如软交换服务区的覆盖POP点范围、软交换数目等。 测算的第二步是计算网络设备的具体配置，包括设备数量和板卡配置量等。步骤二的规划目标对象是具体的设备制造商的设备。设备性能参数是指不同厂商的设备所能提供的最大处理能力的衡量参数，设备配置信息是指此类设备所能提供的最大处理板卡数、单板卡处理性能等相关信息。根据步骤一的测算结果，并考虑部分设备的冗余，可计算网络设备的最终配置规模。 （3）带宽容量测算 NGN接入层设备之间的流量主要是相关设备的寻路、语音媒体链路的建立以及语音和多媒体数据的传送，不仅对传输的安全可靠性、低时延要求较高，而且对于传输带宽的要求也很高。只有分组网提供必要的带宽与QoS保证，才能使基于软交换的语音业务及多媒体业务达到完美的实现。而要实现分组网的QoS与必要带宽的保证，除了引入新的QoS机制外，合理的网络资源配置是基础，这些配置包括分组网节点设备处理能力、端口资源分配和中继电路带宽分配等。网络资源配置的定量依据便是接入层设备间的媒体流和信令流的端到端带宽需求。 媒体流带宽的测算与NGN业务特性、网络承载特性和业务实施策略都紧密相关。如图5所示，无论是分组话音业务、视频多媒体业务还是实时消息类业务，单位会话/呼叫（话音、视频会话、实时消息）的媒体流带宽测算都应综合考虑以下几部分因素： ·媒体流压缩算法：对语音业务、视频业务，其压缩编码可以采用不同的标准，其采样时长不同，对应的采样报文长度也有差别。 ·报文封装格式：媒体流的分组承载网可以采用IP/ATM网，也可以是基于IP over ATM的网络。不同承载网的媒体报文封装格式和效率不同，采用的适配协议也不同，必须根据实际分组网的组织来确定。 ·分组网利用率：可确保分组承载网为话音业务提供足够的带宽保证。 单位呼叫/会话（语音、视频）媒体流带宽确定后，根据接入设备之间端到端预测业务量测算最终的媒体流带宽需求。 信令流带宽相对于媒体流带宽来说，其数据量相对较少，对承载网不会有太大的带宽负荷需求，但相对于媒体流，信令流对传输的安全可靠性、低时延要求更高。而且对采用标准信令协议的网络设备而言，确定其信令流量大小，才能确定设备信令侧端口速率的合理配置。软交换体系中的几种重要信令协议包括：Sigtran（信令传送）、H.248和SIP协议。 信令流的产生与呼叫控制连接的建立/释放相关联，信令流的带宽也直接由单位时间的呼叫次数所决定。信令协议的带宽流量测算需综合考虑呼叫控制连接的建立/释放过程中的消息报文特性、承载网报文封装格式以及业务量等因素，与媒体流带宽的测算有相似之处。由于各种信令协议在呼叫连接建立/释放流程中所涉及的信令消息报文类型、消息报文数，以及消息报文字节长度都可能不一样，实际测算中可将呼叫流程中所涉及的信令消息交互量折算成两个参数：平均信令消息数和信令消息平均字节数，实施简化处理。 3  结论和展望 对于运营商来说，NGN是一个融合的网络架构，有利于网络结构的优化和资源的整合，避免重复建网，降低建设投资和运行维护成本；NGN提供的综合（有线/无线、话音/数据/多媒体）和开放的业务能创造更多的收入；同时NGN开放、分布式网络结构使网络投资可根据用户规模确定，减少一次性投资，缩短收益周期。综上所述，由于NGN可以在统一平台上提供综合业务，在业务开拓、建设投资和维护成本等方面都为运营商带来诸多益处，因此随着相关技术的不断发展，NGN必将具有广泛的应用前景。NGN网络规划作为NGN网络建设的重要指导和依据，应进一步加强在新业务中的业务特性、组网方案和网络规模测算方法方面的研究。