网络融合发展趋势的研究

摘要：本文指出了网络融合的必要性以及网络融合的发展现状，并在分别分析PSTN网络向NGN演进以及移动网络向3GPP IMS演进的基础上，探讨了多网融合的发展趋势。

1 网络融合的必要性

（1）PSTN网的弊端逐步显现

PSTN网从建设到目前的成熟应用已经经历了几十年的时间，它为实时的语音通信提供了优质的平台，但是随着人们对各种丰富业务需求的不断提高，PSTN网的弊端也逐渐暴露出来：

? 业务种类单一，只能提供窄带话音业务。

? 网络节点过多，维护管理困难。

? 呼叫控制与承载相关，信令和话务均需逐级转发，浪费网络资源。

? 业务开发复杂，能力有限，业务开展困难。

所有这些问题，给电信运营商带来了很大的困扰。而在此时Internet网络发展得如火如荼，它是作为一个“尽力而为”的网络而出现的，其简单、灵活、开放性的特点吸引了大家的视线，宽带用户量因此得到高速发展，大有超过交换网之势，但是正是由于它“尽力而为”的特点，使得其QoS无法保证，无法提供电信级的可靠安全的网络。

这一切使得人们不得不寻求一种更灵活、更开放、更安全、更可靠、更易于维护的网络技术，在这种情况下，NGN网络应运而生。

（2）多网融合需求不断增强

从网络运营的角度来看，目前中国的电信网络已形成多个相对独立的网络，包括固定电话网、移动网、有线电视网、H.323网、Internet网等，这些网络的格局纵向独立，每种不同网络有其特定的网络资源组成方式，并基于这些网络资源提供特定的功能和业务。这种“一种业务，一种网络”的网络格局已逐渐暴露其固有的弊端：多种复杂的协议、复杂的网络共存；网络管理和维护成本很高；不利于网络资源尤其是传输资源的共享；不便于跨网络多功能综合业务的提供。

从业务需求的角度来看，固定话音业务逐渐萎缩，移动和数据业务快速增长，用户对个性化、多样化业务需求不断增强。

从未来发展的角度来看，多种网络融合对于用户来说，可使用任一终端（移动台、PDA、PC等）通过任一方式接入网络（WLAN、DSL、GPRS等），而且号码可唯一、帐单可唯一，非常方便灵活；对于网络运营商或业务提供商来说，可以提供丰富、统一的业务，便于市场细分，扩大客户群和提高客户忠诚度，降低建设和运维成本；对于设备提供商来说，优化其研发进程、便于软、硬件的重用，能够提供更好、更丰富的通用的产品。

2 网络融合研究现状

3GPP、ETSI、ITU-T等国际组织开展了网络融合问题的研究，总体上处于体系架构讨论阶段。

其中，3GPP研究热点集中在三个方面：如何在IMS域中应用IPv6解决地址问题，以尽快实现IMS；如何协调移动和固定网络中SIP协议的差异；以及是否要在电路域上承载实时业务以达到较高的QoS保证。

ETSI TISPAN目前正在制订NGN相关规范，命名为TISPAN_NGN Release 1，其总体研究目标为：固定终端能够获得3GPP IMS核心网提供的所有业务；能全部或部分替代现有核心网提供的PSTN/ISDN业务；支持用户或终端的移动；提供QoS控制功能；提供业务的开发和互操作能力，提供第三方业务能力。

TISPAN和3GPP还合作开展IMS相关研究，在重用IMS概念基础上，重点关注用户识别卡问题以及业务引擎问题。

ITU-T于2004年6月成立的FGNGN（NGN专题组）也以IMS为基础，对网络架构、移动性以及业务等方面进行研究，如NGN业务需求、支持多种接入方式、固网和移动网络的融合等，并明确了NGN的Release1的业务以IMS Release 6中定义的业务为起点。

3 固定交换网向NGN的演进

NGN基于呼叫控制与承载控制相分离，业务与控制相分离的思想，它采用软交换为核心技术，承载于分组网络之上，将原有的交换机分解成软交换设备和媒体网关，并通过基于IP传输的协议实现呼叫、业务的控制和语音、数据的传输，不仅解决了目前交换网存在的问题，更重要的是它将交换网和数据网巧妙有机地结合起来，并在此基础上又提出了多种灵活丰富的业务提供方式，使得运营商、设备厂商、乃至第三方快速提供综合化或个性化业务成为可能。另外它也考虑到网络的循序渐进的发展规则，从而通过接入网关、综合接入设备等设备提供了普通POTS终端接入的方式，通过中继网关提供了有效的与PSTN网络互通的方式。综上所述，固定交换网确定了从PSTN向NGN演进的发展趋势。

图1 PSTN向NGN演进示意图

图1是PSTN向NGN的演进示意图。原有的交换机演进成为软交换设备和媒体网关，并增加了应用服务器等业务平台，NGN网络除了可接入窄带话机，还可接入SIP终端、PC等宽带终端，而原有的基于TDM方式的电路交换网也逐步由基于IP的承载网所替代。

4 移动核心网向IMS的演进

移动核心网也同样经历了技术的变革，其2G网络采用了与PSTN类似的网络结构，核心网络主要由MSC交换设备组成，另外由于移动的特性引入了用户数据库（HLR）、鉴权中心（AUC）等，MSC同样采用了分级组网的模式，利用七号信令控制，实现了窄带话音的传送。

发展到目前正在兴起的3G网络，在WCDMA R4阶段，其核心网络CS域也开始向软交换的结构发展，它将原来的MSC交换机分离成移动软交换（MSC Server）和媒体网关（MGW），实现了呼叫控制与承载控制相分离。与NGN所不同的是，CS域仍然旨在提供窄带话音业务，数据业务由PS域提供，移动软交换之间的呼叫控制主要采用BICC协议，而NGN中的固定软交换除了提供传统话音业务，其宽带软交换功能还可提供数据和多媒体业务，固定软交换之间的呼叫或会话控制主要采用SIP-T或SIP-I。

在WCDMA R5阶段，核心网又引入了多媒体域（IMS），它基于GPRS承载，用于提供多媒体业务。3GPP规定，IMS系统结构如图2所示。

图2 IMS系统结构

其中，CSCF（Call Session Control Function）是IMS域中用于完成会话控制的主要实体，它分成P-CSCF（代理CSCF）、I-CSCF（互通CSCF）、S-CSCF（服务CSCF），其中P-CSCF是终端接入IMS的第一个联系点，I-CSCF是归属地用于屏蔽网络结构的接入点，S-CSCF用于完成实际的会话控制和业务提供等功能。另外，MGCF（Media Gateway Control Function）提供IMS和PSTN/PLMN 网络在信令层上的互通功能，MGW（Media Gateway）提供承载层分组网络和PSTN/PLMN的互通，BGCF（Breakout Gateway Control Function）用于选择通过哪个MGCF与PSTN等其他固定网络相连，HSS（Home Subscriber Server）则是存储用户属性的数据库。MRF（Multimedia Resource Function）用于媒体资源的控制和处理。图3为WCDMA R5阶段典型的网络结构。

图3 WCDMA R5网络结构

WCDMA R6阶段则继续增强和完善IMS，在功能上支持和IP网络、WLAN的互通，并增强了QoS和基于服务的本地策略等，在业务上支持基于IMS的会议控制、组特性的业务、在线（Presence）业务等。

5 网络融合的发展思路

由上文可见，移动核心网与固定交换网的发展经历了相似的历程，未来的网络都将是以软交换为核心、以分组网为承载、通过与网络分离的业务平台灵活提供丰富业务的网络，同样的架构、类似的技术给网络融合带来了前所未有的契机。

网络融合的体系架构应坚持网络分层和功能分离的原则。首先，应用层与控制层分离，以便使得业务与用户的物理位置具备无关性；其次，控制层与传送层分离，便于呼叫或会话的控制独立于承载的控制，可基于不同承载提供相同的控制能力；再次，传送层与接入层需要完全分离，使得无论何种终端、何种接入方式都可以共享同一承载网络，从而充分利用网络资源，屏蔽网络的复杂性。

网络融合的体系架构可以IMS体系架构为基础开展研究。以IMS架构为核心的固定移动网络的融合已经成为国际研究热点，与固网软交换相比，IMS架构更加严谨，功能更为丰富，如通过功能实体细分（P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、MGCF、MRFC）提供了基本的移动性管理能力，提供了移动CS域、固定软交换网与IMS核心域互通的体系架构，通过设置独立的HSS数据库促进了控制层面与数据层面的分离，有利于运营商对用户数据和业务数据的统一管理等。

网络融合的发展思路如下：

（1）融合的初期阶段

考虑到初期相关技术尚不成熟，将形成以移动IMS域为核心，移动CS域、固网NGN、PSTN网络与IMS域互联互通的多种网络并存的网络架构，如图4所示（图中主要标明用于网间互通的网络实体）。

此时，可采取两类业务提供方式：方式一是建设统一的业务平台，各个网络均与其存在接口，使得该平台同时为多种网络提供业务，如图4(a)所示；方式二是对于普通业务，各网仍通过以前的方式提供，而对于丰富的宽带数据和多媒体业务，可通过设置用户属性标识等方式路由到IMS域，由IMS域统一提供，如图4(b)所示。

（a）业务提供方式一

（b）业务提供方式二

图4 网络融合的初期阶段

（2）融合的成熟阶段

随着网络技术的不断成熟，未来的多网融合架构将真正成为统一开放的网络架构，以GPRS作为承载网络，以IMS作为主要的会话控制和业务提供网络，提供宽带终端、窄带终端、移动/无线终端等多种终端接入能力，提供无所不在的、始终如一的终端、用户和业务的移动性，提供开放的业务能力，提供结合宽带数据、多媒体以及IT领域丰富企业应用能力的多种业务，网络架构如图5所示，此时，原有的网络界限将不复存在。

图5 网络融合的成熟阶段

6 结束语

本文探讨了固定交换网和移动核心网的演进思路，并在此基础上指出了多网融合的关键问题和多种发展思路。鉴于多网融合已经成为信息产业发展趋势之一，固定移动融合需求逐渐迫切，以IMS架构为核心的多网融合正在成为研究热点，建议我国加快IMS、固定移动融合、多网融合等相关问题的研究，并加大与国际组织交流协作的力度，在多网融合领域赶超国际先进水平。 (c001)

参考文献：

[1] 3GPP. TS 23.002 v6.4.0 (2004), Network architecture.

[2] 3GPP. TS 23.228 v6.5.0 (2004), IP Multimedia Subsystem (IMS) Stage 2.

[3] ITU-T FGNGN-OD-0007(2004), Draft FGNGN-FRA version 1

[4] ITU-T FGNGN-OD-00015R1(2004), Liaison to ETSI TISPAN Regarding Scope and Service Requirements and Capabilities