中国联通下一代网络的实践与思考

1 电信运营网络发展面临的问题

1.1 面临的问题与挑战
    下一代网络(NGN)是相对于运营商前期和目前部署网络的一个新的概念，是通信业界对能够满足未来业务和用户需求的网络的一个统称。NGN并不拘泥于某种特定的技术体制或某种特定的网络系统。从电信网络发展和NGN概念的提出背景来看，目前电信网络的发展面临3个主要问题：

(1)网络建设模式问题
    传统电信网络只能提供单一业务，即每当提供一个新业务就需要新建设一个网络，随着新业务的增加，网络也越建越多。这种建设模式不仅造成巨大的重复建设和投资浪费，而且在运营过程中需要投入大量的人力财力来进行多个网络的管理和维护，使得电信运营公司的运营成本大大增加。如果能够建立一个统一的网络来提供多个业务，并且能够统一管理和维护，将从根本上解决网络重复投资和运营的问题，建立新的电信网络运营机制和盈利模式。

(2)网络服务质量问题
    互联网的出现给广大用户带来了丰富的内容信息，并且越来越广泛地深入到社会的各个领域。但是由于IP协议的特点，目前的互联网还是一个不可控制、不可管理、不能保障服务质量的网络。带宽的增长永远无法满足用户需求和业务的要求，而且由于无法区分用户和业务，往往使不同用户和业务享受同样的服务质量，造成网络价值难以体现。这使得因特网无法找到一种可良性发展的运营模式。例如：IP宽带电话的兴起与热买，得益于几乎无偿使用、不限量地使用电信网络的资源，其结果是直接导致传统长途语音电话业务大量分流，多家全球电信运营公司收入大幅持续下滑，直至被收购。这预示着传统网络技术已经不能够适应目前市场发展的需要。

(3)业务提供模式问题
    传统的业务开发模式是“垂直型”的，与下层网络结合紧密，这样就导致了业务的开发与网络结构相关，不同的网络可能需要发布不同的版本；不同的网络之间，业务交互困难，业务融合难度大；业务实现复杂，开发周期长，投资效益低，不利于第三方开发。因此如何方便、快捷提供新业务新应用已经成为电信技术发展和电信网络进步过程中亟待解决的问题。

    以上问题的出现，不仅反映了电信网络建设和运营模式需要改变，同时，新的技术也亟需进行研究以适应网络融合和演进的电信网未来发展趋势。

1.2 问题的解决   
    为了解决以上问题，全球信息通信与IT界的多个组织和研究机构从不同技术思路和层面多方面进行了探索和研究，如以ITU-T为代表的电信组织提出的NGN的概念，以IETF为代表的计算机组织提出的NGI的概念，其目的都是“推动公平竞争，鼓励私有投资，定义网络体系和功能架构以满足不同电信管制需求；提供开放网络接口，保证广泛业务提供；推动多元文化和语言要求，以及促进世界范围内的广泛合作。”

    虽然人们对NGN的理解和解释都不尽相同，但是对NGN的概念都有如下共识：
“NGN是基于分组技术的网络，能够提供包括电信业务在内的多种业务；在业务相关功能和下层传送功能分离的基础上，能够利用多种带宽、有QoS支持能力的传送技术；能够为用户提供无限制地接入到多个运营商的可能；能够支持普遍移动性，从而确保用户一致的、普遍的业务提供能力。”
所谓的“包括电信业务在内的多种业务”是指除现有的电信业务和互联网业务外，包括有线电视网(CATV)、高清晰度电视等在内的其他业务。这与前段时间提出的通信、计算机和消费电子(3C)和近期国外提出的“三栖业务”都是相同目标的不同说法。

    为了实现一个网络平台承载多种业务，几十年来通信界一直在不断探索与努力。70年代基于电路交换的ISDN(综合业务数字网)，80年代基于ATM的B-ISDN(宽带综合业务数字网)都是为了实现网络融合为目标，但都未成功。90年代提出的基于路由器的互联网，也曾试图提供所有电信业务，但也未达到预期的目的。下一代网络的提出是追求以上目标的继续，以实现融合网络条件下综合业务的提供。

1.3 下一代网络的基本特征
    尽管对下一代网络定义不尽相同，但是业界对下一代网络的基本特征有着共同的认识，即融合与开放。融合与开放并不是抽象的概念，具体到电信网络中，融合与开放有其具体的含义。

(1)融合
    从网络的分层结构上来看，融合指4个层次的融合，即：
传送层的融合——在统一的基于SDH、DWDM的光网络上借用MSTP、ASON等控制、接入机制实现大容量、多业务、多节点的统一接入和统一传送。

    承载层的融合——在基于分组的承载网络上，通过IP、MPLS、VPN、InterServ/DiffServ等技术和机制，实现QoS、流量工程和资源的有效利用等。

    业务的融合——业务核心控制的融合，在开放的业务平台上，能够实现业务的统一开发和控制；目前，在软交换和IMS的架构中，都对此进行了详细的研究。

    运营支撑的融合——维护、管理、计费的统一和融合，实现基于业务、用户、服务质量等多重因素的统一的运营支撑系统。

(2)开放
    开放既包括业务的开放也包括网络的开放。
    业务的开放主要指通过业务与网络分离，使业务开发与业务控制相互独立，从而使业务运营更加开放。基于OSA/ParleyAPI的开放业务接口的研究就是业务开放性研究的主要组成部分。

    网络的开放性主要指通过网络控制与承载分离，使网络控制独立于具体的承载网络和承载技术。同时进一步实现不同网络之间的互连互通的开放性。不久前3GPP将原本属于自定义的网关GPRS支持节点/服务GPRS支持节点(GGSN/SGSN)与IP多媒体子系统(IMS)之间的Go/28接口开放，就是未来3G核心网络更加开放的标志。

1.4  中国联通下一代网络的探索
    中国联通一直把实现和推进下一代网络发展和演进作为公司的技术发展战略，在网络的融合和综合业务的提供上进行了大量的创新和实践工作：

    (1)创造性地将IP路由技术、ATM流量控制工程以及运行、管理和维护(OAM)技术通过多协议标记交换(MPLS)技术进行无缝地融合，实现了电信级的IP服务质量，完成网络承载层的融合与统一。

    (2)在多域网络体系架构、多厂家环境设备互连互通、三网融合、固定移动融合等方面对基于软交换的电信网络的网络体系架构、功能、性能、扩展性等进行了全方位的探索，找到了一条电信网络核心控制层融合的统一的网络发展和业务提供模式。

    (3)将骨干网的服务质量(QoS)特性通过城域网延伸到用户端，创新地设计出了基于CCM(呼叫控制管理)+SACP(业务接入控制点)的城域网络体系架构，使终端用户可以通过“一根线”就可以使用包括话音、数据在内的有服务质量保障的综合业务。

    (4)逐步实现从IPv4网络到IPv6网络的过渡和演进，通过建设基于IPv6的骨干网络，积极推进相关城域网、接入网的建设，探索IPv6相关应用和业务，特别是移动IPv6业务的研发和推广。

2 中国联通多业务统一网络平台
    统一多业务平台简而言之就是“多个业务，一个承载平台”。与传统的建网模式不同，在这个统一的分组化的网络平台上承载着中国联通IP电话网、互联网、CDMA2000 1x移动数据网、宽带视讯网以及ATM/FR、电路仿真等业务网络，能够提供包括话音、数据、视频会议、可视电话等在内的多种业务类型。

    实现一个承载业务种类众多，质量要求高低不同，地域覆盖广泛，用户数众多的网络，要求：

• 在一个数据网上承载大量的语音、视频等实时性很强的业务。
• 在一个网络平台上提供各种不同质量要求的业务。
• 解决网络的扩展性、可靠性。
• 实现全程全网的统一管理、灵活调度。
  

    从当时的技术情况看，还没有哪一种组网技术能够完全满足这些要求，甚至没有任何经验和技术标准可以遵循和借鉴。

    通过综合研究ATM技术、路由器技术以及结合ATM技术和路由器技术优点的MPLS技术，最终确定采用ATM+IP+MPLS的技术方案，通过MPLS(多协议标签交换)技术将ATM和IP两者融合，利用两者的技术优势，解决容纳多种业务，尤其是容纳对QoS有不同要求的各种业务问题。

    图1是多业务统一网络平台的网络示意图。

2.1  多业务QoS保障的融合的承载平台
    为了能够在一个电信级的网络上提供有服务质量保障的业务，使网络即稳定又具有扩展性，且业务的提供更加开放和灵活，中国联通统一多业务平台采取了多项创新性的技术方案，包括：

(1)电信级IP网络的实现
    首次提出了将ATM、IP、MPLS多个技术有机融合的方案，同时吸纳了IP技术在灵活性和ATM技术在流量工程方面的优点，采用MPLS技术将IP和ATM技术进行融合，解决了利用IP技术实现所有电信业务的服务质量保障问题。

    IP技术特点之一就是具有高速转发特性，而ATM技术则有非常良好的QoS机制以及流量工程机制。通过改造传统的ATM交换机，在ATM交换机上增加IP的功能，使IP/MPLS设备同时具有接入控制、队列控制、流量带宽控制等QoS控制机制，同时具有高速转发性能。这样使IP骨干网上各种业务的服务质量保障成为可能。

    目前中国联通的统一多业务平台的骨干核心层由经过改造的具有服务质量功能的太比特级IPv4/IPv6路由器组成，而网络边缘设备是由多个具备IP/MPLS功能的IP/ATM设备组成。

(2)可控可管IP网络的实现
    由于IP的天然特性，在IP网络中很难实现网络的可控可管性，而ATM技术具有非常强大的二层OAM功能和流量控制机制。通过使用虚拟路由和IP/MPLS技术，解决了ATM不适应大量IP应用的问题，并对开放式最短路径优先(OSPF)算法进行完善扩充，解决了适应大量IP类应用网络的服务质量问题。同时在路由器中增加OAM和流量控制工程等功能，使IP网络成为一个可管理、可控制、并有服务质量保证的网络，为下一代网络核心网建设和网络的运营维护提供了一种切实可行的技术保证。改造后的设备不仅端口密度增加，转发效率提高，支持的虚拟专用网(VPN)数量增加，同时成本还有所降低。

(3)一个物理网络上实现多个业务网络
    VPN技术在企业级的网络中有着广泛的应用，但是将电信业务网与VPN技术对应起来却属首次，其原因就是：电信网络结构复杂，业务种类、层次繁多，VPN的部署和实施难度将很大。
在多业务统一网络平台上，通过设计业务与VPN之间的映射机制，实现了复杂网络结构下、多层多类业务与VPN的对应，使每个VPN对应于一种业务，从而实现在一个物理网络上建立多个业务网络的目的。将不同业务定义为不同QoS级别，采用MPLS技术将不同IP流映射到相应QoS的标记交换路径上，解决了安全实时性要求很高业务的QoS问题。

2.2  融合的软交换核心控制架构
    核心控制层的统一是下一代网络的重要特点，是NGN实现的“初级阶段”。在基于软交换的体系架构下，可以实现网络承载与网络控制的分离，以及业务提供与网络控制的分离，使业务的提供更加开放，网络功能更加模块化，更加独立。从2000年开始，国内外陆续开展了相关的试验与试商用，与它们相比较，中国联通的网络在全国近100个城市已经商用，并且具有鲜明的特点。

(1)多域网络架构的实现
    软交换组网架构是否具有扩展性是软交换能否得到大规模商用的重要前提，在当时国内外都没有采用多域架构组建网络的先例，都采用单域架构。在对已有协议进行扩展的基础上，中国联通采用多域架构实现了软交换组网(见图2)，使软交换网络真正具有可扩展性，使组建电信级的软交换网络成为可能。

(2)多厂家设备的互连互通 
    电信级网络面临的首要问题之一就是多厂家设备的互连互通。在当时，不仅没有这方面的成功经验，甚至没有相关的互通协议或标准。通过研究，提出了基于会话启动协议(SIP)的不同厂家软交换设备互通技术要求，实现了包括话音、数据和部分视频业务在内的业务互通。

(3)三网合一的实现
    由于软交换具有接入的灵活性和网络开放性，在提供综合业务方面具有独特的优势。通过网络资源调配，在实现联通ATM数据城域网与广电数据网互通基础上，利用混合光纤/同轴电缆(HFC)网上现有终端设备及新增加综合接入设备(IAD)终端，实现软交换网络向广电网络的延伸。
实现方式主要有两种模式：

    对于广电HFC支持DOCSIS1.1协议的网络，可以直接将HFC网上原有Cable Modem综合接入设备(CMIAD)接入到软交换网上，受联通软交换系统控制，享用软交换网络业务。
对于广电HFC目前只能支持DOCSIS1.0协议的网络(如图3所示)，采取在CM下行局域网(LAN)口直接连接IAD终端或IP可视话机，实现软交换语音视频业务。

(4)固定移动融合的尝试
    实现“通用移动性”是NGN的重要目标之一，实现固定网络与移动网络的融合更是电信运营界一直追求的目标。中国联通对在固网上提供移动性管理功能做了的初步尝试。移动性管理主要包括3个方面：位置管理、漫游和切换。通过实现固网和移动网络的联合寻址，实现了用户在PSTN、CDMA2000 1x、GSM网络中业务的连续性和无缝的切换。具体的方案是：

• 支持移动性的软交换采用H.248协议控制ATM中继网关。
• 分别与CDMA和GSM的STP、MSC相连，为CDMA网和GSM网中的用户提供呼叫控制功能。
• 软交换可同时支持CDMA ANSI-41和GSM MAP协议，可以实现对CDMA网络和GSM网络中归属位置寄存器(HLR)的综合寻址，从而使软交换具备了汇接功能和综合关口局的功能。

2.3 多业务QoS保障的城域综合业务网络
    在城域网方面，根据下一代网络体系架构特点首次提出了呼叫控制管理(CCM)和业务接入控制点(SACP)的城域综合业务网体系结构和相关标准，解决了IP业务在本地和接入端承载层纵向QoS关联机制、网络资源、业务资源、用户资源的管理即安全性问题。

    以中国联通现有的城域承载网为基础，通过统一的业务和网络平台，在城域范围内实现语音、视频和互联网等各种业务的综合，以统一的网络平台实现联通现有和未来各种业务从骨干网向用户侧的延伸，同时向用户提供本地话音业务和本地视讯业务。

    中国联通城域综合业务网提供的业务具有电信级服务质量的保证，该网络应具备电信级的可管理、可运营能力和较强的多业务控制能力，中国联通城域综合业务网的网络结构如图4所示。

    该网络在城域层面致力解决综合业务的控制问题，对IP地址匮乏、服务质量保证、计费、安全等方面进行了全面考虑，并结合对各个业务网的综合承载，使用户通过一根线便可以方便地提供多种具有服务质量保证的业务。

2.4  基于IPv6的网络承载技术
    随着网络应用逐步从客户端/服务器(C/S)模式向点到点(P2P)模式的转变，传统的IPv4网络和应用模式已经远不能满足未来互联网发展的要求，积极开发基于IPv6的应用，推进IPv6网络的发展是实现这次网络变革的必由之路。

    由于IPv6本身并不能够解决QoS的问题，而是必须由有QoS机制的承载网络来实现，否则IPv6仅仅实现了地址空间上的扩展，其实际的价值和意义远远无法体现出来。而中国联通的多业务平台(Uninet)在这方面有着独特优势，能够使得IPv6的优势得到发挥。

    中国联通采用了由现有统一网络平台向IPv6网络平滑过渡的方案，逐步建成基于IPv6的7城市骨干网，已经开始试运行并提供部分商业应用。通过高端双栈路由器，用叠加网络的方式将原有的IPv4网络与IPv6骨干网连接，这样就保证了在不需要大规模重复投资的情况下实现了网络从IPv4到IPv6的平滑过渡。这意味着作为国内惟一的全业务运营商，中国联通已经在下一代网络的建设上先行了一步。

3 中国联通NGN实践总结

3.1 发展方向
    著名的国际咨询公司YangeeGroup于2004年5月提出的一份研究报告指出，全球收入在前20位包括NTT、AT&T在内的电信公司中，已经有85%的公司准备在2003—2004年启动网络融合方案，也是采用IP/MPLS技术进行网络融合，计划在3～5年内完成。这说明采用IP/MPLS技术进行承载网络的融合已经成为主流电信运营商未来的战略方向和发展趋势，而中国联通的统一多业务平台整整比这个计划超前了3～4年，显示出很大的前瞻性和领先水平。

3.2  效果与效益  

(1)网络规模
    已经覆盖350多个城市，并将延伸至香港、美国等地区和国家。

(2)业务量和业务种类
    承载了话音、传统数据(电路仿真)、互联网、视频以及CDMA2000 1x移动数据等多种业务，其业务量水平已经达到电信级水准。其中长途话音月去话时长已超过15亿分钟每月，传统数据已承载5万个2 Mb/s，互联网用户已经超过1 351万拨号用户和6.16万专线用户，基于IP技术有QoS保障的视频会议、远程教育和可视电话用户已超过65万户，CDMA2000 1x数据服务已覆盖全国，拥有超过1 000万用户，而且网络还具有很大的扩展性。

(3)质量
    网络质量经过国家网络检测中心以及信息产业部有关部门、中国建设银行、中国电子科学院、新华社、电信管理局等单位所组织的多次评测，均获得第一，网络质量优于采用传统技术建设的独立网络的质量水平，显示出新技术的优势。

(4)经济效益
    2000年开创了当年建设，当年运营，当年赢利1.7亿元的先例，截止到2003年底，共创收入217亿元，实现利润30.1亿元，上缴国家税金7.5亿元。这是传统建网方式根本无法做到的(传统建网方式需要3～4年才能够盈利)。这主要得益于大大节省了建网的成本和降低了网络的维护管理费用。中国联通NGN实践的成功不仅为企业带来明显的经济效益，更重要的是可以方便灵活地不断开发出新的业务、新的应用，并给用户使用电信业务带来经济上的节省，以及使用上的方便。

(5)技术创新
    研究制订了包括网络总体、业务、设备、协议、互通等在内的一系列技术和测试规范，多项被吸收采纳为国家行业标准。在项目实施过程中，有10余篇技术提案已被国际标准组织ITU-T、IETF采纳，填补了国内外相关技术标准领域的空白。有两项创新成果获得了国家发明专利，并获得国家科技进步一等奖一项和多项省部级奖励。

(6)形成产业链
    有一大批国内外著名的设备制造商在按照其技术标准的要求研制、生产新的网络设备，一个包括承载网络、控制网络、终端等新的产业价值链正在形成。

4 中国联通NGN未来发展思路

4.1 存在的问题
    中国联通NGN相关实践所采用的技术及解决的有关问题是电信运营公司向下一代网络技术过渡、演进、发展所必须要面对的课题，因此它具有开拓创新的价值。新兴电信运营公司要想向下一代网络过渡也必须利用以上技术，逐渐将新增的业务量和新提供的业务通过采用新的技术路线实现。
通过实践，目前已经解决了承载层融合、利用软交换实现控制层以及业务与承载分离的问题(见图5)，但是需要清醒地认识到，NGN的探索才刚刚起步，本文开始所提到的问题并没有完全解决，特别是业务开发与控制模式以及新业务创新的问题。各个业务网络的核心网，即各个业务的控制与交换，还都是独立的。这不仅使得业务的控制变得非常复杂，每新增加一类业务就要增加一种新的控制模式和核心网络，即使控制机制相似的业务也不能共享同一个核心网，建网的成本增加，网络运行维护的成本和复杂度大大提高，而且多个业务网络之间的互操作性变得更加复杂，不利于综合业务的提供、管理和计费，也不符合下一代网络的发展方向。

    本文认为，未来NGN技术与发展将向基于IMS的NGN方向继续演进，同时网络承载层技术将逐步从IPv4过渡到IPv6，为此中国联通将积极探索基于IMS的NGN网络架构与组网模式，积极探索面向IPv6的应用实验与推广工作，特别是移动IPv6业务的开发和推进。

4.2  基于IMS的NGN的发展与演进
    IMS是3GPP在Release 5提出的支持IP多媒体业务的子系统，它的核心特点就是采用SIP协议和与接入的无关性。

    目前国际主要通信标准化组织3GPP、3GPP2、ETSI、ITU-T等都将IMS作为网络核心网演进的目标，研究基于IMS的网络融合方案，在IMS的架构下，不同的固定网络、移动网络的核心网将首次统一在一起。

    IMS体系为NGN彻底解决业务体系垂直独立问题，使完全的分层融合成为可能。
从图6不难看出，在网络结构上IMS在两个方面与软交换有着不同：

(1)进一步将业务控制功能与会话控制功能分离，使业务逻辑独立于业务控制存在，使业务具有独立控制和实现模式。

(2)将用户属性和业务属性进一步从会话控制中独立出来，使整个网络可以共享一个统一的用户和业务属性数据库，避免了多个业务多个用户和业务数据库的浪费。

    以上的改变使得在IMS架构下业务体系的分层融合成为可能：

• 统一资源：使所有应用和业务共享数据，用户属性具有唯一性，实现完整的用户体验
• 简化、汇聚应用：不同网络可以使用同一种应用，使应用与网络独立，同时降低开发和实现成本
• 统一汇话控制

4.3  基于移动的IPv6应用
    同IPv4相似，IPv6可以各种不同的形式用于网络中实现多个不同目的。在移动网络中，IPv6的使用主要分为两种类型：在最终用户应用端的应用，作为接入网和核心网中的传输技术。

    从更远的角度来看，IPv6是管理新环境IP网络和支持移动应用环境下的关键网络构建功能模块。
在最终用户终端上的应用，实质上是指在计算机和电话客户机、服务器等通信终端上使用IPv6地址，就如同今天的固定网络及移动互联网中使用IPv4地址一样。其实现的关键特性为：

(1)为移动和固定终端用户提供基于IPv6连接能力。

(2)支持IPv6的终端用户应用：终端用户的应用应该能够在IPv6环境下运行，并支持特定的IPv6信元(如地址、DNS队列等)和API。

(3)IPv6主机堆栈(包括客户机端和服务器端)。

    最初，需要依赖IPv6提供移动服务的支持性应用，将主要为3GPP IP多媒体子系统及其他新型点对点通信服务。随着IPv6走向成熟，传统业务和应用支持程序也将逐渐演进为支持IPv6。

    将IPv6作为接入网和核心网中的传输技术，在GSM/WCDMA核心网络等中可以利用IPv6的许多优势，如地址的轻松再分配、简化的安全解决方案等，但也存在封闭式的网络安全性问题。因此是否采用IPv6，应完全出于纯业务考虑，而不必顾虑用户流量是IPv4流量，还是IPv6流量，或是两者的混合。因为在3GPP网络中，用户级(隧道传输)IP流量与底层IP分组传输基础设施间是严格的分离的。

    中国联通作为一个移动通信运营商，一直关注着移动相关技术和业务的进展，并将努力推进IPv6技术在移动网络域移动终端上应用。

收稿日期：2005-03-16

[摘要] 文章介绍了中国联通的多业务统一网络平台，包括多业务服务质量(QoS)保障的融合的承载平台、融合的软交换核心控制架构、多业务QoS保障的城域综合业务网络和基于IPv6的网络承载技术。依据中国联通在下一代网络(NGN)方面的实践，文章对多业务统一网络平台的先进性、效果与效益进行了总结，并指出了存在的问题。文章指出：由于未来NGN技术将向基于IP多媒体子系统(IMS)的NGN方向继续演进，同时网络承载层技术将逐步从IPv4过渡到IPv6，因此中国联通将积极探索基于IMS的NGN网络架构与组网模式，努力开展面向IPv6的应用实验与推广工作，特别是移动IPv6业务的开发和推进。

[关键词] 下一代网络；网络平台；IP多媒体子系统；IPv6协议

[Abstract] This paper looks into China Unicom;s QoS guaranteed, unified multiservice platform with regard to the integrated service bearing platform, converged and Softswitch-based architecture, metropolitan area integrated services network, and IPv6-based network bearing technologies. On the basis of China Unicom;s practice on NGN, it summarizes the advanced nature, effect and profit of the unified multiservice platform and points out problems existed with the platform. It is noted that, since NGN will further evolve towards the IP Multimedia Subsystem (IMS) based networks and network bearing layer technologies will transit from IPv4 to IPv6, China Unicom will actively probe into the IMS-based NGN architecture and networking modes, and make great efforts on the trial application and promotion of IPv6, especially on the development and publicity of mobile IPv6 services.

[Keywords] NGN; network platform; IMS; IPv6 protocol