网络融合和业务融合的探讨

 摘要：融合是未来网络发展的主旋律。利用因特网协议/多协议标记交换(ip/MPLS)技术建设多业务承载网络，可以为商业客户和企业客户提供有服务质量(QoS)保证的融合网络。

    要害词：承载网；IP多媒体子系统；融合

    Abstract:Convergenceisthemain direction of networks in the future. The Internet PRotocol/Multi-protocol Label Switching (IP/MPLS) technologies can be employed to build multi-service transport network and provide guaranteed QoS to support the converged multi-service networks for business and enterprise customers. The uniform and integrated service provision platform (including the service execution environment and the service developing environment) can provide converged services of voice, video and data over multiple access networks. However, the network and service convergence is a long-term strategic vision. Dependent on factors sUCh as market conditions, technologies, services and costs, it will evolve along a gradual migration path.

    KeyWords:bearernetwork;IP Multimedia Subsystem (IMS); convergence

    1 融合的IP承载网络

    在IP层面融合成为主旋律。基于因特网协议/多协议标记交换(IP/MPLS)技术建设多业务融合承载网络已经被通信界认同，通过建设一个相对独立于已存互联网的精品网络，为商业客户和企业客户提供有质量保证的业务，已被大家普遍认同。国际主流运营商也采用了同样的双网运营的技术路线。英国电信(BT)、AT&T、韩国电信等世界跨国一流运营商都先后提出了基于IP/MPLS技术的多业务融合承载网络的建设规划。基于IP/MPLS技术的大容量多业务融合承载网采用了优化的拓扑结构和路由组织、快速路由收敛、快速重路由、MPLS二层和三层虚拟专用网(VPN)、服务质量(QoS)保障、组播、网络时间协议(NTP)、网络治理和安全等先进设计理念和技术，成功实现了电信级IP网络的可扩展性、可用性、融合业务承载能力，以及可治理性和安全性，可同时承载大客户互联网业务、二层(包括伪专线和虚拟局域网)和三层VPN业务、QoS业务、组播业务(如IPTV)等高附加值业务。所以目前运营商采取的技术路线是以IP-MPLS-DWDM为核心技术建设骨干网，利用IP VPN业务平台承载多种业务；以各种数字用户线(xDSL)、各种无源光网络(XPON)技术为主导构建多业务宽带接入网，重视网络边缘的部署和治理；采用区分服务(DiffServ)和多协议标记交换流量工程(MPLS TE)相结合的技术提高IP网络QoS性能；提高网络控制力度和增加网络智能；大力推进IPTV、家庭网络等新型IP业务。

    在城域网层面，运营商积极进行城域网的优化和改造，IP城域网优化改造以业务为导向，充分满足语音、视频、数据业务的发展需要，使网络具有VPN等多种业务能力，同时使网络层次更加清楚化，通过二、三层网络分离，构建层次清楚的三层路由网络(城域骨干网)和二层接入网络(宽带接入网)，遵循城域骨干网大容量、少节点和宽带接入网广覆盖的原则，减少IP城域网的物理和逻辑级联级数，进行网络质量差异化能力的部署，通过在IP城域网部署区分服务机制，为不同用户和不同业务提供不同QoS等级的差异化服务；在控制治理方面进行治理控制集中化，用宽带接入服务器(BRAS)和业务路由器(SR)构建清楚的业务接入控制层，实现集中的业务提供和控制。

    IP城域网优化改造主要完成如下工作：

    (1)网络层次清楚化

    通过二、三层网络分离，构建物理和逻辑层次清楚的三层路由网络(城域骨干网)和二层接入网络(宽带接入网)。

    (2)网络结构扁平化

    利用城域骨干网的大容量、少节点，宽带接入网的广覆盖特点，减少IP城域网的物理和逻辑级联级数，使得网络扁平化。

    (3)网络质量差异化

    通过在IP城域网部署区分服务机制，为不同用户和不同业务提供不同QoS等级的差异化服务。

    (4)治理控制集中化

    用宽带接入服务器(BRAS)和业务路由器(SR)构建清楚的业务接入控制层，实现集中的业务提供和控制；同时加强省级集中的认证计费和网络治理系统建设，提高网络的可治理性，实现电信级的业务支撑和网络治理。

    (5)设备要求规范化

    制订并完善设备规范，明确新增网络设备支持IP城域网业务开展所需的功能、性能、治理和互通性等要求，确保未来网络对业务的支撑。

    城域网优化后应具备：

    (1)宽带接入网具备二层接入用户隔离以及用户标识唯一性的能力，确保用户的可溯源性。

    (2)IP城域网具备差异化服务能力，能够提供不同的服务等级。

    (3)IP城域网具备商用规模的组播支持能力，支持组播类IPTV业务的开展。

    (4)IP城域网具备多种接入方式的二、三层VPN业务能力，能够实现物理或逻辑上的企业互连。

    (5)IP城域网具备网络层防攻击能力，实现网络的安全防护。

    在下一代网络架构的研究中，电信运营商正在积极寻求能够驾驭IP网络的解决方案。下一代网络(NGN)的体系架构经过千锤百炼，正试图打造这样一个美好的未来网络，使得运营商能够控制和治理基于IP的网络且具有业务治理的能力，并让网络的体系具备融合的能力，在业务层面具有灵活扩展和组合的能力，在用户接入层面能够进行接入控制、标识和治理。这样一种体系架构是NGN的内涵所在。NGN中的网络附着子系统(NASS)和资源和接纳控制功能(RACF)就是想使接入治理和控制成为可能。NASS不仅完成接入的连接认证和用户配置治理，而且能够进行用户的位置治理；而RACF则在业务控制功能实体(SCF)和传送功能实体(TF)之间，综合用户信息、服务等级协议(SLA)、运营商网络策略、业务优先级、接入和核心网络的资源可用性等因素，完成QoS传送资源协商和预留功能。

    未来IP承载网络的发展趋势主要体现在以下几个方面：

    (1)网络架构方面向融合多业务承载的方向发展，运营商优化改造其互联网，以便承载多重播放业务。高等级客户的需求演变为高带宽，网络能力将向高可靠性、高扩展性、高QoS、低延时和线速转发方向提升。

    (2)网络对用户和业务要求具有用户唯一性识别和业务感知能力。

    (3)网络支持大规模商业组播能力；在超级核心节点开始逐步引入路由器矩阵技术，以降低整体网络架构的复杂度；在核心路由器设备上，40GPOS接口开始进入试商用阶段；城域网中10GE端口将会取代10GPOS接口而成为主流接口形态；业务路由器(SR)向综合性、大容量和高性能方向发展，未来将支持高性能的深度包检测能力。

    (4)电信营运商开始积极面对点到点(P2P)流量对带宽的占用，对互联网中的流量进行引导。并积极探索电信级的IP承载网架构，逐步引入全网端到端资源治理和控制平台。

    (5)电信级以太网新技术获得大发展，拓展了营运商针对商客的业务范畴。

    2 未来融合的控制网络

    在NGN的控制架构方面，目前国际上已经明确定义了支持话音业务的软交换控制架构，支持多媒体会话型业务和融合业务的IP多媒体子系统(IMS)控制架构，正在研究非会话型业务例如流媒体业务等控制架构。

    2.1IMS的标准化

    IMS国际标准由第3代移动通信合作计划(3GPP)组织、国际电信联盟电信标准部门(ITU-T)和欧洲电信标准组织的高级网络电信与因特网融合业务和协议组织(ETSI TISPAN)三大组织协作制订，其概念框架基本一致，且相互引用，但侧重点各有不同：3GPP侧重从移动网角度定义IMS，ETSI和ITU-T侧重于将IMS作为NGN有机组成部分之一，并定义了IMS与NGN其他子系统之间的标准接口。

    3GPP定义了R5、R6、R7等阶段性IMS标准。R5阶段主要定义了IMS的基本框架及3G接入的能力；R6版本具体定义了接口和功能，并且定义了无线局域网(WLAN)接入的能力，已于2004年12月份冻结；R7版本对移动部分作了进一步的优化，并引用TISPAN R1标准以支持xDSL接入，定义了接入方式无关的策略控制和计费架构，考虑了语音呼叫连续性(VCC)能力等，目前该版本尚未完成。

    TISPAN定义了R1、R2、R3等阶段性IMS标准。R1版本引用了3GPP IMS R5标准，并扩展支持xDSL等固定接入方式，重点研究NGN架构下的IMS、公共交换电话网(PSTN)仿真子系统、PSTN模拟子系统、NASS/RACS接入子系统等，目前该版本已经完成；R2版本将新增光纤到驻地(FTTP)接入、WiMAX接入、固定移动融合(FMC)等其他业务需求研究，目前尚在进展中；R3版本将新增移动性治理能力，尚未开展具体研究。

    总的来说，IMS标准在对移动用户的控制方面以3GPP R5为代表已经成熟，R6是移动网络规模商用的标准，TISPAN R1是同时对移动用户和固定宽带用户控制的标准，2005年底发布，3GPP R7还未完成[1-3]。

    2.2IMS网络应用情况

    基于对新业务开发快速推广、优化网络结构及资源建设的需求，目前大部分运营商都在着手进行IMS实验，只有少部分运营商开始进行IMS商用部署。

    IMS在业务能力上能够提供基于会话的多媒体会议、一号通、号码携带、集中用户交换机(Centrex)、一键通(PoC)、呈现(Presence)、组治理(Group Management)、即时消息(Instance Message)等业务。

    在融合和组合的业务中IMS可以提供移动电路域与IMS域协作业务(CSI)，如视频共享(Video Sharing)、VCC、混合Centrex、游戏(成员间通信业务，如即时通信、多方通话等)、Web搜索与点击拨号相结合、语音视频通信与IPTV相结合等。

    移动运营商主要关注用IMS在移动网络的基础上提供POC、视频共享等多媒体增值业务。固网运营商重点关注用IMS向企业客户提供IP Centrex和公众客户的IP语音(VoIP)第二线业务。而对于固网移动综合运营商则更加关注通过统一的IMS核心网接入固定和移动用户。据2006年2月Lightreading公司对来自全球60个网络运营商实施IMS的计划的调查来看，已有8%的运营商在部署IMS，超过60%的运营商将在2007年年底之前开始部署IMS，19%的运营商将在2007年之后部署IMS。根据Gartner公司的猜测和统计，2006年第2季度全球有46个IMS合同，90%是试验局，而且64%是检验IMS能力的网络。事实上，全球大部分商用的IMS网络都处于初级阶段。

    2.3IMS与软交换

    软交换技术主要设计思想是控制与承载和业务分离，各实体之间通过标准的协议进行连接和通信，以便在网上更加灵活地提供业务。软交换是一个基于软件的分布式交换/控制平台，它将呼叫控制功能从网关中分离出来，开放业务、控制、接入和交换间的协议。

    软交换技术的主要优势是可以提供成熟的语音业务。软交换技术已经具备了替代电路交换机的能力，并具备一定的宽带多媒体业务能力。软交换与IMS的设计在理念上是一致的，都是基于IP、实现承载与业务的分离，在功能上也有重叠部分。但IMS技术的主要优势是IMS体系架构可以支持移动性治理，基于会话初始协议(SIP)，具有业务应用的灵活性，并具有一定的QoS保障机制，因此IMS在宽带用户的漫游治理和业务能力方面更具有优势。此外IMS在提供会话型多媒体业务能力方面和标准化方面明显优于软交换。

    2.4IMS与P2P

    IMS与P2P是两种不同思路的架构。IMS采用客户/服务器(C/S)架构，强调治理和控制的集中，基于SIP协议，客户(Client)之间的业务能力管控是集中的，客户(Client)之间的媒体能力是对等的。P2P采用分散的架构，在业务能力和媒体交互能力上采用分散的架构。

    两种不同思路的架构可相互借鉴。IMS引入了分散化思路，IMS的P2P化逐渐呈现；P2P引入SIP，基于分散业务能力的协议规范化也已开始。

    两者在业务能力上相互渗透，P2P的渗透能力强、覆盖面广。IMS以会话型业务为主导，附加以视音频通信、流媒体服务等增值业务能力，业务框架相对完善，业务能力想得比做得多，实际部署应用和参与增值业务开发的企业仅限于传统的设备制造商和传统运营商。

    P2P以分布式计算为主导，结合客户端能力完成业务能力的大规模处理，业务能力覆盖内容分发、视音频通信、流媒体服务、协同计算等，实际中得到了大量部署应用，专业化开发人员多。

    IMS与P2P代表了两种不同的发展趋势。IMS符合传统运营商的发展趋势、治理体制和业务开展思路；P2P是互联网发展的回归，是Web2.0的一部分。处于转型阶段的国际运营商，对IMS和P2P都很重视，两者都得到了发展。

    IMS技术与P2P技术可以互为补充和折衷。IMS为网络核心，其将某些功能在网络上集中设置，架构简单、可管控性好，如鉴权、业务认证治理、多种协议的转换、媒体编码的适配和转换等。远期，在终端能力具备时可以在终端之间采用P2P技术实现某些功能。

    运营商应当探索发展自有的新型横向综合性P2P业务网络，综合利用电信已有的用户、网络和运营平台等资源优势，探索“客户参与，前后向结合经营”的新型商业模式，借P2P技术尽早开发非传统通信，因为最好的防御就是进攻。

    2.5IMS与NASS、RACS

    NASS是下一代网络组成部分之一，主要完成对用户附着于接入网络的治理，包括用户验证、网络地址分配、位置治理等。

    现有接入网已具备部分的NASS功能，如用户认证、地址分配等，但不具备业务系统地址分配、位置治理功能。可以业务需求为导向，由IMS与NASS技术配合，实现对用户的接入鉴权、接入位置识别。

    RACS是下一代网络组成部分之一，将业务层(IMS)的资源需求与网络承载层的资源分配相关联，主要完成策略控制、资源预留、接纳控制、网络地址转换(NAT)和防火墙穿越等功能。RACS和现有的网络层QoS技术是相互协调配合的关系。RACS的资源分配策略需要网络层QoS技术来执行，DiffServ和MPLS是部署RACS的必要条件。RACS的部署取决于业务的需求。

    NASE和RACE体现了承载网对所有业务支撑的网络和接入能力，可以支持IMS业务，也可以支持其他业务，部署的策略取决于业务要求和经济成本。

    2.6IMS与业务平台

    业务平台包括综合业务治理平台(ISMP)与综合业务提供平台两部分。其中综合业务提供平台可实现面向第三方内容提供商/服务提供商(CP/SP)的业务能力可重用的综合业务，包括业务接入网关(SAG)、业务引擎(SE)等功能实体。

    IMS可以提供业务引擎能力，如IMS会话控制能力、呈现能力，也可作为移动网络的业务引擎。

    2.7IMS与FMC

    FMC是指固定和移动的融合，FMC使用户无论是在固定环境中还是移动环境中都能享受同样的服务。从技术上看，FMC可以包含多种业务捆绑、终端融合、业务融合、网络融合。FMC涉及业务、控制、接入终端等多个层面的融合。IMS适合于实现固网移动在控制层面的融合，是实现固定和移动核心网融合的技术基础，但它不是FMC的全部，并非一定要引入IMS才能实现FMC，即使不引入IMS，运营商也可以通过多种其他方式为用户提供FMC业务体验。

    在多张核心控制网络并存的情况下，FMC可在业务层和接入终端层先行融合，此时可能要求IMS与之配合；中远期，IMS将逐步成为固网和移动网融合后统一的IP多媒体业务控制核心。

    尽管IMS是NGN架构中的重要组成部分，为我们在提供丰富、灵活的IP多媒体业务和构建固网移动融合网络等方面展现了美好前景，但IMS的发展仍面临挑战。整体上看，IMS真正要投入实际运营还有很多问题需要解决，例如IMS在固网的业务定位还不够清楚，业务种类还不够丰富，IMS在固网的应用还受限于网络的接入控制能力，同时IMS技术本身也面临P2P等因特网技术和商业模式的挑战，总之IMS目前还处于发展的前期预备阶段，还应不断进行深入研究和试验。

    3 业务层融合

    3.1业务层的基本概念

    随着电信网与因特网的不断融合，业务层的功能范畴不断拓展，逐步从传统意义上的电信增值业务开发、执行、治理功能，拓展为包括电信增值业务、内容提供、内容分发、互联网应用等在内的更为广泛意义上的应用业务开发、执行、运营治理等功能。但仍可大致分为业务提供系统和业务治理系统两部分。业务提供系统包括业务执行环境和业务开发环境两部分，应用业务逻辑在业务开发环境中开发编写，并加载到业务执行环境中；应用业务在业务执行环境中运行，并访问和调用控制层的网络能力，这些网络能力既包括传统意义上的电信网络能力，也包括更为广泛意义上的内容分发网络能力。业务治理系统提供给用业务开发和执行过程中的治理功能。

    3.2业务层融合的驱动力

    业务层融合的驱动力有：

    (1)满足以客户为中心的捆绑业务体验需求和统一服务体验要求。如捆绑组合业务和资费套餐、统一业务受理、统一业务门户、统一帐单、统一客服等等。

    (2)发挥运营商的综合资源优势，满足客户的综合业务体验要求。综合业务不仅包括传统意义上的跨越固定和移动网络以及结合语音视频数据等多种网络能力的电信增值业务，也包括电信增值业务以及与因特网应用、行业企业应用相结合的融合业务。如固网移动的混合Centrex业务、统一消息业务、内嵌于在线游戏中的角色间通信(如视频群组通信)、IPTV与来话通知相结合等等。

    (3)以较低的成本，快速灵活地响应客户复杂多变的业务需求。目前客户需求在越来越复杂的同时，也越来越难以提前猜测，激烈的市场竞争又迫切要求运营商一旦发现市场机会后能够快速灵活地加以响应。然而，运营商所拥有的网络资源和业务系统是有限的。发现一个新的市场需求，立即开始为新业务重新建设新的业务系统既不现实也不经济。因而，构建体系架构清楚、功能融合、重用性与扩展性良好的业务系统，快速和低成本地满足客户灵活多变的业务需求，将成为运营商赢得竞争胜利的重要手段。

    3.3业务层融合的含义及发展状况

    与上述业务需求相对应，业务层融合包括两部分：业务提供系统的融合、业务治理系统的融合，以实现统一的业务治理功能和业务提供功能，并实现体系架构上良好的重用性和可扩展性。

    3.3.1业务提供系统的融合

    与目前垂直体系架构的业务提供系统(如固定智能网)不同，业务提供系统的融合，是指可通过融合的统一的业务提供平台(包括业务执行环境和业务开发环境)，利用同时访问和控制多个网络的多种网络能力，为多网用户提供跨网络的、结合语音视频数据等多种网络能力的、融合的应用业务。

    目前实现业务提供系统融合的技术主要包括4类：综合智能网技术、SIP业务提供技术、Parlay/OSA/OMA开放业务接口技术、面向业务的体系架构(SOA)技术(包括Web Services中间件)。4类技术在体系架构和实现上各有特色。

    (1)综合智能网技术

    其核心是可同时支持智能网应用协议(INAP)、移动网络增强定制应用逻辑应用协议(CAP)的综合业务控制点(SCP)，可以通过分别访问控制固网和移动网中的业务交换点(SSP)，提供固网移动融合的智能网业务，如混合Centrex等。综合智能网技术基本成熟，但能力有限，仅限于提供语音增值业务，且不支持对第三方开放的能力。

    (2)基于SIP的业务提供技术

    其突出代表是在IMS体系架构中，由呼叫会话控制功能(CSCF)与SIP AS协作的业务提供架构。由于SIP(包括IMS核心控制架构)可做到与固定移动等接入方式无关，且扩展性好，可同时支持语音视频实时会话控制以及呈现和IM控制能力，此外SIP会话控制机制为SIP AS和CSCF提供了对等的多次交互机制，因而这种业务提供技术可实现业务与控制分离的、固网移动融合的、可结合语音视频业务能力和呈现与即时消息等数据业务能力的、可灵活触发灵活嵌套的融合业务提供能力。目前在技术产品上仍处于发展完善之中。但不支持对第三方开放的能力。

    (3)基于Parlay/OSA/OMA开放业务接口技术的业务提供系统

    其核心技术特点是定义了抽象的、与具体底层网络技术细节无关的业务接口，以及面向第三方开放所需的鉴权治理等能力，使得电信运营商可以通过该接口，将其网络能力安全可治理地提供给第三方业务提供者，从而支持第三方业务开发和业务运营。因而，这种业务提供技术，可实现与具体网络无关的、结合语音视频数据等等多种网络能力的融合业务，实现第三方因特网应用与电信业务的结合。

    这种业务提供系统的体系架构通用性较好，可通过增加接口适配模块(如Parlay SCS)的方式，快速适应底层网络的变化，满足灵活多变业务提供的要求。

    (4)基于SOA架构和Web Services中间件的业务提供系统

    在SOA体系架构中，所有相关的业务能力被标准化为服务模块，通过定义这些服务模块之间的组合顺序(包括控制流和数据流)、动态的模块发现和获取机制，并通过更为适应于Internet环境的Web Services中间件进行信息交互，可自动和即时地生成新的应用业务，并快速部署和运行。这种架构能够更好地满足快速多变的业务需求，实现现有能力的灵活重用，实现业务的快速开发和部署。目前SOA架构和Web Services中间件已广泛应用于企业应用和IT领域，并已在电信领域有所应用。但针对电信级的业务要求，目前这套架构的安全性、可运营治理性、可靠性等还有待进一步提高。

    3.3.2业务治理系统的融合

    业务治理系统的融合，是指通过构建统一的业务治理系统，并与业务运营及治理支撑系统(MBOSS)相结合，实现对应用业务开发和运行的统一治理、对使用业务的用户的统一治理、对使用电信网络资源的第三方CP/SP的统一治理。如统一认证、统一帐号、统一计费、统一帐单、统一业务受理、统一门户等等。

    业务治理系统的融合在技术上没有国际标准可循。其技术难点主要是治理数据模型难以确定，系统整合难度很高。

    3.4业务层融合带来的其他问题

    业务提供系统的融合，在满足客户融合业务需求、实现运营商业务平台架构清楚可重用的同时，也带来了其他技术问题，突出表现为业务冲突检测和业务嵌套治理问题。业务冲突检测和治理的问题由来已久，早在智能网体系中就已经开展了相关研究，但在SIP业务提供技术体系、Parlay/OSA/OMA开放业务接口技术体系、SOA技术体系中，这个问题将更为突出。目前相关国际标准组织对此也有所涉及，如在IMS体系架构中提出了业务控制交互治理(SCIM)的框架，试图通过在SIP AS与CSCF之间介入一个控制实体，完成业务嵌套治理和业务冲突治理功能，但目前这套机制还远未成熟。

    4 结束语

    网络融合和业务融合是长远的目标，需要在市场的需求、技术成熟、业务分析和成本分析的基础上综合考虑逐渐实现。

    5 参考文献

    [1]ETSIES282 007. Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networks(TISPAN): IP Multimedia Subsystem(IMS), Functional Architecture [S].

    [2]ETSIES282 006. Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networking(TISPAN), IP Multimedia Subsystem(IMS), Stage 2 [S].

    [3]ETSITS182 012. Telecommunications and Internet Converged Services and Protocols for Advanced Networks(TISPAN), IMS-based PSTN/ISDN Emulation Subsystem(PES), Functional Architecture [S].

    作者简介：

    赵慧玲，中国电信股份有限公司北京研究院副院长，教授级高工，博士生导师，主要从事于宽带网络和下一代网络的技术研究以及通信网络发展战略研究，主持了中国网络标准的研究和制订工作；任中国通信学会信息通信网络技术专业委员会副主任委员；中国通信学会北京通信学会副理事长；中国通信标准协会网络与交换技术工作委员会主席。

    董斌，中国电信股份有限公司北京研究院高级工程师，博士，从事下一代网络技术和网络演进的研究。