NGN的IP承载方案

要害词：NGN、IP、承载网、QoS、MPLS、VPN

一、 NGN（软交换）对承载网的要求

　　NGN是完全基于数据网络，非凡是分组网络（IP网络）的IP承载网来实现语音业务及其他增值业务的开放平台。中兴通讯基于软交换技术的NGN网络相关设备通过10/100M自适应以太网接口接入IP承载网。

　　从国际国内架构NGN的情况看，涉及到从国家级骨干网络，到城域网的核心、汇聚和接入等IP网络的所有层面。例如CN2建设的一个主要业务，就是提供NGN的中继电路，通过以轻载为主实现QoS。

　　因此，为了高效承载NGN业务，对数据产品及其组网—IP承载网的要求，体现以下几个方面：

　　● 对IP承载网的结构要求

　　● 对IP承载网的带宽要求

　　● 可治理和可控制的工程治理

　　● 网络安全性考虑：设备的安全性与可靠性，网络的安全性与可靠性

　　● 对IPv6的支持

　　NGN业务基于IP，由于业务的大量开展，IPv4地址的缺乏，IPv6将会被使用。因此，要求承载网能够支持或者平滑升级支持IPv6。

　　● 病毒预防和检测机制

　　● 异地容灾方案

　　总之，软交换网络建设需要：

　　● 高性能、高可靠性的全面IP产品如路由器、交换机支撑。

　　● 最新的网络技术：QoS、MPLS和MPLS VPN、MPLS-TE、IPv6等保障服务质量、安全、可靠等。

二、 NGN承载网方式比较

　　目前中兴通讯在国际国内的电信运营商进行软交换商用的承载方式主要使用以下三种方式之一或者这些方式的组合：

　　● 光纤直连

　　● 现有城域网承载

　　● MSTP

　　其中某电信运营商采用“现有城域网+MSTP”混合方式，而另外一个电信运营商经历了一期和二期“光纤直连”单一方式到三期“核心层采用光纤直连+接入层光纤直连/MSTP”混合模式。

　　下面对这三种承载方式从话务质量、安全性、资源占用情况等几个方面进行比较，如表1所示。

表1  三种承载方式的比较

　　通过三种承载方式的比较，考虑到软交换业务开展的紧迫性和对承载网在QoS、安全、可靠、故障快速定位、快速修复等方面的高要求。中兴通讯根据国际国内广泛建设NGN网络的丰富经验和国际国内建设IP网络的丰富经验，以及对承载网的深入研究，特提出NGN承载网最终可行的组网方案：

　　核心层和汇聚层设备采用光纤直连，接入层设备和汇聚层设备依托MSTP联接的方式建设一个专用的、精品的IP专网来承载NGN。

　　● 利用MPLS VPN建立NGN逻辑承载网，实现NGN业务和传统数据业务的逻辑隔离，保证NGN承载网的安全性。

　　● 通过轻载，结合快速路由收敛、 DiffServ、流量工程（TE）和FRR等技术，实现QoS保证。

三、 VoIP QoS要求

1. NGN VoIP中的时延

　　话音在分组网络中传输时会受到分组丢失、时延和时延抖动等因素的影响，造成话音的不连贯甚至中断现象。传输时延与其引入的回声在相当程度上决定了话音的可懂度和可交互性，对话音呼叫质量有很大影响，这一点在VoIP环境中尤为明显。

　　话音信号在端到端传输过程中受到的时延迟滞通常包括：

　　● 编解码器引入的时延

　　● 分组打包时延

　　● 去抖动时延

　　● 承载网上的传输、节点中排队、服务处理时延

　　这些时延累计的总和将影响话质，导致回声干扰和交互性的劣化。

　　端到端的时延可以分成两个部分：固定时延和可变时延。固定时延包括编解码器引入的时延和打包时延。固定时延是和采用的压缩算法、打包的语音数据量相关的。这部分的时延优化的可能性不大，通过选择合适的压缩算法，减少打包数据量，合理分配DSP的负荷，采用设计良好的Pipeline处理流程等方法可以改进这部分的时延。

　　可变时延包括：承载网上的传输、节点中排队、服务处理时延、去抖动时延。这些和设备的端口速率，网络的负载情况，经过的网络路径，设备对QoS的支持方式，实现的QoS算法等密切相关。非凡是去抖时延与承载网络的抖动指标密切相关，通过采用合适的网络技术可以显著降低语音通过网络时引入的抖动，从而减少抖动时延。

2. 抖动

　　抖动会引起端到端时延的增加，会引起语音质量的降低。

　　影响抖动的因素一般和网络的拥塞程度相关。由于语音同数据在同一条物理线路上传输，语音数据通常会由于数据报文占用了物理线路而导致阻塞。

　　在局域网环境中，仅考虑抖动的影响，采用G.711，如表2所示。

表2  抖动对话音的影响

　　解决抖动通常采用的措施：

　　● 采用缓冲队列来解决（在网关、IAD上均有JitterBuff来消除抖动）；

　　● 需要IP承载网采用QoS策略，保证语音数据的最高优先级，得到最先发送和获得高带宽是解决抖动问题的主要手段。

3. 丢包率

　　丢包对VoIP语音质量的影响较大，在局域网环境中，采用G.711时，假如仅考虑丢包的影响，如表3所示。

表3  丢包率对话音的影响

　　可见，当丢包率大于10%时，已不能接受，而在丢包率为5%时，基本还可以接受，因此，要求IP承载网的丢包率小于5%。

4. 网络带宽

　　足够的带宽是保障业务QoS的重要手段。譬如一路比较清楚的IP电话（G.729 20ms）需要占用约32kbps的网络带宽，因此不可能在1条64kbps的链路上同时承载4路这样的IP电话。而且IP网络的主干带宽越宽，在一定范围内越会有效降低整个网络中数据传送的时延。

　　基本设计思想是：对VoIP实时性高的语音业务分配足够的带宽来保证话音的QoS。

四、 国内闻名应用介绍

1. 组网方案

　　中兴通讯在某电信采用ZXR10 T128电信级高端路由器、ZXR10 T64E电信级高端路由器、ZXR10 GER通用高性能电信级路由器、ZXR10 T16C智能C系列MPLS路由交换机、ZXR10 3904路由交换机、ZXR10 2826/2826E/2618/1816二层以太网交换机共计80多台设备组建高性能、高可靠、安全、高带宽、QoS保证、可控的IP承载网络。

图1  国内某闻名IP承载网络示意图

　　● 高可靠和高稳定可靠设计：ZXR10 T128电信级高端路由器和ZXR10 T64E电信级高端路由器采用电源、交换和主控电信级冗余配置、之间运行VRRP ；

　　● 两台ZXR10 GER通用高性能电信级采用电源、交换和主控电信级冗余配置、之间运行VRRP；

　　● 两台ZXR10 3904路由交换机之间运行VRRP。

　　ZXR10 T128、ZXR10 T64E和ZXR10 GER采用1000M或者100M光纤与ZXR10 T16C、ZXR10 3904、ZXR10 2826/2826E/2618/1816直联，然后由交换机提供网关M100、A200等TG、AG网关接入到SS1、S100。

2. 业务、网络扩展及其他

　　在此NGN网络上开展了丰富的增值业务，形成了某电信集团NGN商用模式，接待了上海电信、贵州电信、福建电信、电信北京研究院、哈萨克斯坦和广东省政法系统等国际国内各大行业的用户参观和考察，成为某电信集团的NGN样板工程。目前网上成功开展了以下业务：

　　● 逾10万用户语音的基本业务、补充业务和附加业务

　　● WAC业务

　　● UPT业务(可附带彩铃业务)

　　● 点对点视频业务(备有100部可视硬终端和400部可视软终端供深圳电信号)

　　● WEB 800业务

　　● UC业务

　　● CTD业务(web call业务)

　　● IP CENTREX

　　● 软终端、硬终端等多种增值业务

　　● 异地、异厂商软交换系统间互联互通

　　● 179xxIP电话的互通测试

　　● 一号通+彩铃业务等。

五、 NGN承载总结

　　利用现有的IP城域网进行优化改造，采用“光纤直连+MSTP”混合方式建设一个高效、安全、工程可控、精品的IP逻辑专网来承载NGN，同时面向IPv6过渡。