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電力企業信息網的下一代網絡（NGN）架構探究  Post By：2006/11/18 0:34:42 [只看該作者]
摘要 對電力企業信息下一代網絡的架構進行綜合性闡述。介紹電力企業信息化網絡的發展方向，從網絡結構框架和業務能力對下一代網絡進行技術分析，并對基于SIP的下一代網絡MCS5100在電廠的實際應用結果，從電力企業的角度，構建一個基于下一代網絡（NGN）的統一的融合的網絡，對于提高資源利用率，擴大市場占有率，保護投資，以及提供多樣化的業務都至關重要。
關鍵詞 電力企業；下一代網絡（NGN）；體系結構；應用研究
0、前言
近年來，隨著計算機網絡系統和通訊系統的不斷發展，如何構建一個下一代的網絡(Next Generation Network)來共同承載數據和通訊已經成為了一個炙手可熱的課題。無論是從電信運營商的角度還是從各類企業的角度來看，構建一個基于下一代網絡（NGN）的統一的融合的網絡，對于提高資源利用率，擴大市場占有率，保護投資，以及提供多樣化的業務都至關重要。本文將就下一代網絡（NGN）在電力企業信息化建設中的地位及其逐步的實現方式進行一些探究，期望能起到一個拋磚引玉的效果。
1、電力企業信息化網絡的發展方向及面臨的挑戰
目前，國內各個電力行業的企業都擁有自己的信息化網絡系統，或用于辦公自動化、無紙化，或用于對各類生產數據進行處理；類似的，基于傳統程控交換機的桌面電話系統和以微波等形式存在的長途通訊系統也已經先于計算機信息化網絡系統得到了構建。然而，企業在構建了自己各種各樣的內部計算機或通訊網絡以后，如何實現其對投資的回報并且盡可能的減少運行成本成為了其面臨的最大挑戰。移動辦公對通訊系統的要求也正隨著電子化的進步發生著變化，如今的移動辦公不再只是簡單的通過VPN接入企業內部共享數據資訊，其對語音和視頻的隨時隨地交互式的應用不可否認的成為了實現企業內部網絡價值的要素。過往我們常常說的三網合一多數都是建立在基于H.323的基礎上的應用，如今SIP(Session Initiation Protocol)在經過幾年的不斷演進和完善以后已經越來越顯現出其優勢，由于SIP協議的簡單性和強大的適應性，用SIP取代H.323來實現NGN的趨勢也越來越明朗。SIP簡單的呼叫流程、基于文本的協議消息以及其多樣的API接口使得SIP已經成為了3GPP的標準協議。企業網絡構建一個基于SIP的多媒體NGN網絡環境將得到業界的支持和認同，將成為企業信息化建設的潮流。
隨著計算機和通信技術的不斷發展，通過在一個統一的分組網絡中承載話音，數據，圖象已經越來越被業界所認同。出現這樣趨勢的根本原因在于分組交換技術能夠減少語音業務的運行成本，同時易于提供增值服務。
分組交換技術在降低成本方面具有突出的優勢，首先，它將多個網絡融合起來，在一個公共的網絡平臺上傳輸各種類型的信息，包括話音、數據和圖象，從而降低了設備的總體投資以及后期的運行維護成本。其次，在技術的成熟度方面，分組交換設備的性能不斷的更新(每18個月提高一倍)，并且由于計算機和DSP數字信號處理能力的發展，在一個分組網絡中承載現有的各種業務已經不再有問題。
但是成本的節省只是一個方面。為了迎接電力系統信息化、國際化的挑戰、保持技術領先優勢、還要開發更多的業務、進一步提高辦公效率。而分組交換技術恰恰能夠推動開發那些在傳統的語音和數據分離的網絡中難以實現的業務，使業務的內容和形式變得更加多樣化。例如，分組交換使得傳統的、簡單的語音通信方式轉變為形式多樣的語音、數據、圖象等多媒體交互式的通信方式成為現實。
在這樣的業務驅動和網絡融合的趨勢下，誕生了NGN下一代一體化網絡模型。作為目前業界公認的網絡發展方向。越來越多的人認識到這種基于分布式寬帶分組交換技術構建的一體化網絡平臺，可以提供集成的話音、數據和多媒體業務，TDM網絡作為承載話音的分離式的專用網絡將逐步過時。不僅如此，在以軟交換為核心的分組網絡當中，通過計算機技術和通信技術的融合，還實現了業務內容的多樣化，并且在業務部署、開發周期以及開發投資方面的優勢都是傳統網絡所無法比擬的。
下一代網絡(NGN) 的技術核心是由電路交換(Circuit Switching)向分組交換(Packet Switching)的邁進。以軟交換及分組化(Packetization)為技術核心的網絡演進，可相比二十五年前以程控交換及數字化(Digitization)為動力的模擬交換(Analog Switching)向數字交換(Digital Switching)演進。NGN的浪潮將是話音網絡的又一次革命。
有關下一代網絡(NGN)的體系架構和內涵的研究是目前國內外業界最關注的熱點，因為它所涉及的不僅僅是哪一項單一的網絡技術，而是關系到未來整個通信信息網絡的構架。伴隨著以軟交換為核心的下一代網絡的迅猛發展及其對傳統的電路交換網絡的深遠影響，世界范圍內各大電信傳統的與新興的運營商、網絡設備制造商、軟件提供商以及國際國內標準組織都將目光投向這一領域。正是看到了未來三年內以軟交換為代表的下一代網絡市場的巨大發展潛力，世界上各大網絡設備制造商紛紛開始調整自己的產品結構。
2、 NGN網絡的結構與特點
簡單的講，NGN是建立在單一的分組交換網絡基礎上，采用軟交換技術、應用開發技術及媒體接入技術建立起來的一種分布式的、具備電信級可靠性的端到端一體化網絡。較之于傳統的電話交換網絡、數據網絡、移動網絡所構成的重疊網絡結構，NGN具有以下突出特點：
a) 分布式的開放的網絡體系結構：各個業務模塊之間通過標準的協議接口進行通信，可以根據業務需求組合相應的業務模塊來組建網絡。分布式的網絡結構有利于業務的快速部署和覆蓋。
b) 下一代網絡是業務驅動的網絡，其功能特點是：業務與呼叫控制分離；呼叫與承載分離：分離的目標是為了更加靈活的提供業務，及對用戶的個性化服務。
c) 統一的分組網絡承載平臺：通過各種語音壓縮技術、統計復用技術來降低對傳輸帶寬的需求，從而減少傳輸成本。
d) 開放的應用程序接口：支持開放的API接口使得通過第三方的軟件開發商，定制有特色的業務，并通過應用服務器在全網開展該業務。
經過最近兩年的深入研究，設備制造商和各種標準組織及相關論壇對下一代網絡體系結構已達成共識，基于分布式的網絡結構，把用戶的接入和業務的提供從傳統交換網絡的核心中移出來轉到分布的網絡元素。
下圖展示了業界對于下一代網絡結構的一致認識。
圖1：下一代網絡的結構
NGN網絡體系架構由以下幾個關鍵部分組成：
◆ 軟交換
軟交換在下一代網絡中發揮著重要的作用，是其中的核心控制單元。對傳統電話業務而言，它是整個呼叫接續過程的神經中樞，完成呼叫控制、地址翻譯、路由選擇、數據采集等接續功能；對各種新業務而言，除了上述功能之外，它還是把各種應用服務器上的新業務應用于各種網關設備并最終提供給終端用戶的橋梁，它直接控制著各種新業務的發放與實施業務。
◆ 媒體網關和智能終端
媒體網關的主要功能是為用戶提供寬帶網絡的接入，在網絡層實現窄帶與寬帶的互通以及媒體信號的轉換。目前根據功能的劃分及網絡位置的差異，媒體網關分為中繼媒體網關，接入媒體網關，以及綜合接入網關。另外，終端的發展也越來越智能，包括直接具有以太網接口支持SIP協議以太網電話機，各種軟終端，以及安裝PDA上的智能應用軟件。
◆ 7號信令網關
7號信令網關利用業界統一的SIGTRAN協議有效地保證了7號信令在數據網絡上的傳輸，協助軟交換設備繼承大量7號信令相關的傳統電話業務能力；信令網關的存在，使得軟交換本身的模塊化、分布式設置更加經濟靈活。
◆ 寬帶數據網絡
可管理的寬帶數據網絡是保證多種業務基于統一的承載平臺的關鍵，對不同類型業務進行有效區分和處理，并在保證各種業務質量的前提下，實現高效地統計復用是寬帶數據網絡的必要條件。
◆ 網絡管理
網絡管理可以根據需要進行全網靈活的分布式管理和配置。網絡管理者全面管理網絡，實現并提供全網的故障，配置，告警，安全等的管理，以及統計信息的采集和分析。
圖2：下一代網絡的關鍵部件
3、 NGN網絡多樣性的技術分析
由于NGN系統已經越來越明顯的成為電信運營商和企業的投資方向，傳統的通訊設備廠商和計算機網絡系統公司都已經把開發重點轉移到了下一代網絡的研發上面，類似北電網絡、華為、中興、阿爾卡特等重量級的設備制造廠商都分別推出了自己對于NGN系統的詮釋及相關的產品，我們以在全球范圍內市場占有率最大，技術最成熟的北電網絡為例，分析一下NGN網絡多樣性的技術框架和業務。
北電網絡的Succession下一代網絡解決方案自1999年推出后，一直在業界處于領先地位，成為向運營商中下一代網絡演進的先驅者所推崇的解決方案，涵蓋了分組中繼、本地話音以及交互式多媒體業務等多個方面。
3.1、Succession網絡框架
北電網絡Succession下一代網絡從功能上分為三層：
◆ 呼叫控制和業務提供層（核心層）
全網信令控制及業務邏輯的產生和分發由網絡智能核心集中完成。該核心由CS2000c軟交換及相關的通用信令網關USP、通用語音服務器UAS以及IMS多媒體業務應用服務器共同組成。CS2000c通過控制接入媒體網關及中繼媒體網關，完成呼叫建立與接續，實現各種電話業務并產生原始計費話單等；USP是7號信令網絡與IP網絡之間的網關設備，負責將7號信令消息進行IP封裝，在IP網絡中傳送；UAS是運營者創建、存儲、分發語音的設備，并且可以與CS2000c軟交換配合創建電話會議；IMS是Succession網絡中的多媒體業務應用服務器，負責為多媒體客戶終端發放多媒體業務，同時作為整個Succession網絡中的開放應用平臺，完成各種新業務的開發與引入。
◆ 承載層
作為業務的承載層，分組化的語音、IP數據報及流媒體等業務流均須由寬帶分組城域網進行承載和傳送。根據運營商的需要，北電網絡可以提供端到端的基于ATM或IP的城域網解決方案。但作為承載話音的平臺，必須要求承載網具有很好的QoS機制，擁塞控制機制，高的包轉發能力，以及支持多業務的能力。北電網絡Passport系列多業務交換機能夠很好的滿足以上要求，可以用來建設城域寬帶數據網絡以承載話音、數據及多媒體業務，并通過可靠的QoS機制保證話音業務的高質量；考慮到一些運營商已經選擇IP路由器建設了城域寬帶數據網絡，只要這些網絡能夠提供可靠有效的QoS機制，保證實時話音業務的高質量，那么一樣可以用作Succession下一代網絡的業務承載層。
◆ 接入層
為了提供新型分組接入用戶與PSTN電話網既現有程控電話交換機的互連互通，可以通過部署Passport PVG中繼媒體網關來完成與PSTN現有程控交換機的連接。Passport PVG中繼媒體網關完全依托現有Passport多業務交換平臺，通過增加兩張話音專用的功能卡來實現。它們是：
綜合接入網關是寬帶城域網向最終用戶的延伸，在小區/市場/大學及樓宇內部和用戶桌面通過部署綜合接入網關設備或IAD及以太網交換機，可以在最靠近用戶端將用戶話機產生的話音業務打成分組IP包，接入一體化城域數據網絡。以一個小區為例，接入網是由小區中心機房的路由交換機、小區各大樓的以太網交換機及IAD等設備組成。IAD負責用戶話音的接入及分組化，各大樓以太網交換機負責匯聚IAD的業務流以及為某些用戶提供數據業務的接入，而小區中心機房內的路由交換機負責話音及數據業務的最終匯聚并提供向寬帶城域網的核心上行接入，同時該交換機還為本小區內的IP應用提供路由功能。北電網絡的BPS2000可以用作各大樓的匯聚以太網交換機，而北電網絡的Passport 8600路由交換機可以放置在小區中心機房完成多種業務的匯聚。
在用戶端可以根據用戶的特點和寬帶接入類型部署不同端口密度和廣域網接口的綜合接入網關(IAD)設備完成用戶電話線的接入，或多端口綜合接入網關設備（MG1000）匯聚更多的用戶電話線接入。
3.2、Succession業務能力
北電網絡的Succession NGN解決方案不僅可以實現PSTN網絡的演進，很好地繼承和支持今天PSTN網絡上的窄帶話音業務，而且可以通過集成IMS多媒體應用服務器，支持增強的話音，多媒體及圖像業務。Succession CS2Kc ISN05 支持的傳統話音業務：
I. 基本電話呼叫業務
II. 中國PSTN電話補充業務
III. Centrex業務
IV. ISDN PRI補充業務：
V. 其它業務
4、基于SIP的Nortel MCS5100在國電荊門熱電廠的實現
4.1、Nortel MCS5100體系架構和功能
北電網絡作為一個既傳統又充滿創新精神的電信巨頭，幾年前就已經推出了其針對NGN體系的可運營解決方案，這不但包括面向運營商級別的CS2K(c)和MCS5200系統，也包括面向各大中型企事業單位的BCM、Succession 1000(M)和MCS5100等解決方案。
MCS5100（Multimedia Communication Server 5100）是北電網絡面向企業用戶的多媒體和交互應用的平臺。MCS5100利用開放的、工業標準的硬件平臺將傳統的PBX和 IP-PBX演進到多媒體和交互式的通訊網絡。MCS5100并不僅僅是PBX或者IP-PBX，還是一個改變企業通訊方式的，使得企業能利用這個下一代網絡工具提高生產效率、降低運行成本、加速運作和決策速度的應用服務器系統。對于企業用戶來說，MCS5100解決了移動應用的需要，整合了企業網絡的語音、視頻和數據，提供了一個"無界網絡"的桌面應用平臺。
圖3：MCS 5100系統架構
對于那些工作地點不固定、辦公部門呈地域性分布的企業來說，MCS5100提供了和地點無關的個性化的通訊服務。當員工出差在外，商業電話仍然能夠被轉接到他的移動電話、家庭電話、語音信箱或者虛擬的支持SIP任何設備(例如MSN)，使得通訊更加簡單和經濟。個性化的通訊服務讓每個用戶都能自如的設置在何時、何地和被何種方式所呼叫。而對于那些尋求革新目前的電話網絡，使之成為具有投資保護能力、提高生產效率、加速各分支機構之間協同工作能力的企業來說，MCS5100提供了一條初期投資小，具備多媒體和交互式能力的解決之路。
在用戶終端的選擇上，MCS5100既支持基于PC機上的SIP軟電話，又支持可以通過以太網供電的桌面數字電話以及PDA設備和今后的WCDMA手機終端。除此以外，MCS5100還能通過Web頁面激活Java 電話，使得移動企業用戶在任何擁有 Internet接入的地點都能享受北電NGN技術帶來的便利。所有這些軟件電話都具備完善的中文版本，既增加了對于企業用戶的親和力，又降低了企業用戶面對新技術時所帶來的心里障礙。
在軟件上，MCS5100是開放的、基于標準的SIP協議的通訊平臺，能夠于其他按照 SIP規范開發的第三方設備完美的集成到一起。MCS5100 支持工業標準的網關設備，包括 PRI、SIP、H.323，能夠滿足企業從基于PBX或者H.323的通訊環境中平滑的過渡。另外MCS5100可以按照企業需要的用戶數量采取軟件許可的方式逐步擴展系統的支持能力，減輕企業初期投資的壓力。
安全和服務質量同樣是不可忽視的重要部分。網絡上運行的業務越多、話音業務所占的比重越大，企業對于網絡的不間斷運行和優越的QOS保障的要求就相應的越高。MCS5100秉承北電網絡百年積累的數據和話音經驗，從硬件上的多部件冗余到軟件上的基于802.1p和DSCP的區分、標記和識別以及其從物理的角度區分OAM系統和外部SIP接口系統的思路，再配合北電網絡的Passport高容量、高可靠性的核心交換機系統和占據市場支配地位的Contivity VPN解決方案，MCS5100為企業帶來了北電網絡一體化的電信級別解決方案，實現了從架構到業務上的整合。MCS5100支持的關鍵交互式多媒體應用包括：
* 會議橋
* 在線/離線目錄列表
* 呼叫保持
* 呼叫轉移（無條件、無應答、遇忙、來電號碼、時間等判斷依據）
* 呼叫重定向到Web頁面、Email、SIP地址、PSTN電話
* 呼叫等待和來電顯示
* 三方通話
* 交互式白板（雙方立即可見）
* 文件共享
* 安全的即時短消息
* 相片/EMAIL點擊呼叫，Office Outlook集成
* 同時的多方呼叫、一號多機
* 視相電話
* 網頁推送
* ... ...
4.2、MCS5100在國電荊門熱電廠的應用實例
通過在國電荊門熱電廠的內部計算機信息平臺上增加北電網絡SIP多媒體通訊服務器MCS5100，目前荊門熱電廠已經能夠在一個統一的計算機網絡平臺上提供OA辦公自動化、MIS、實時生產數據采集和視頻、音頻的多媒體通訊業務。
當前國電荊門熱電廠的計算機網絡主要是千兆、百兆混合主干，百兆交換到桌面的環境，核心交換機并不是目前動輒數百G交換背板的設備。在增加語音和視頻系統以前，計算機網絡上跑的全部都是OA、MIS系統和實時數據采集，通過對網絡中流量的分析，非實時性的EMAIL和公文的交換占據了主要的網絡帶寬，然而這個帶寬的利用率相距網絡拓撲結構能提供的負荷能力仍然有相當大的差距。因此，在最近一次系統擴容的時候，我們考慮的重點并不是花費大量的資金去將核心網設備馬上升級到目前最大吞吐能力的交換機，而是如何充分利用以前對網絡帶寬的投資，為系統增加實施和交互性的系統。也許正是看到了單純投資交換設備而忽略應用系統建設這樣的誤區，我們把有限的資金用在了刀刃上。
如今，國電荊門熱電廠的溝通已經沒有了局限。區別于原來沒有時效性的公文發布方式，職工可以隨時通過面對面的虛擬溝通來交換意見；對于互相感興趣的話題，大家可以通過應用程序的實施共享操作作互動的交流。原來的服務器――客戶端形式的模式已經逐步轉換成了客戶端――客戶端的模式，原來需要多次經過主干交換機的網絡流量現在在分支層就能完成。通過移動辦公，不論何時、不論何地，職工只需要打開計算機接入網絡就可以開始近在眼前的交流。出差在外的職工，在沒有電力微波覆蓋的地區仍然可以接入電廠的VPN系統并開始清晰的語音、視頻對話，充分享受到VPN和VoIP帶來的便利。通過日后增加一個PRI的網關，更可以進一步的減少出差通訊費用，使得所有到公網PSTN的語音通話跑在內部IP網絡之上。除此以外，通過"一號通"、"隨身呼"、"同時振鈴"這些增值的智能網業務，職工可以根據呼叫者、呼叫時間等多種方式定制個性化的呼叫策略，使得大家永遠在線，通過一個號碼就能互相聯系。地址本、登錄狀況、即時短消息、文件共享等常規應用也在逐步取代傳統電子郵件這種對服務器的需求高并且非強制性接受、不安全的實現方式。
圖4：國電荊門熱電廠融合網絡結構
[參考文獻]
1、羅國慶．軟交換的工程實現．第１版．北京：人民郵電出版社，2004．1~277．
2、陳建亞，余浩．軟交換與下一代網絡．北京：北京郵電大學出版社，2004．
3、CS2Kc_SN07_IP_Solution_Specification．Nortel Networks
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老大
新月派彎刀
