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电力企业信息网的下一代网络（NGN）架构探究 |
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| 电力企业信息网的下一代网络（NGN）架构探究 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 17:35:15  |
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摘要 对电力企业信息下一代网络的架构进行综合性阐述。介绍电力企业信息化网络的发展方向，从网络结构框架和业务能力对下一代网络进行技术分析，并对基于SIP的下一代网络MCS5100在电厂的实际应用结果，从电力企业的角度，构建一个基于下一代网络（NGN）的统一的融合的网络，对于提高资源利用率，扩大市场占有率，保护投资，以及提供多样化的业务都至关重要。
关键词 电力企业；下一代网络（NGN）；体系结构；应用研究
0、前言
近年来，随着计算机网络系统和通讯系统的不断发展，如何构建一个下一代的网络(Next Generation Network)来共同承载数据和通讯已经成为了一个炙手可热的课题。无论是从电信运营商的角度还是从各类企业的角度来看，构建一个基于下一代网络（NGN）的统一的融合的网络，对于提高资源利用率，扩大市场占有率，保护投资，以及提供多样化的业务都至关重要。本文将就下一代网络（NGN）在电力企业信息化建设中的地位及其逐步的实现方式进行一些探究，期望能起到一个抛砖引玉的效果。
1、电力企业信息化网络的发展方向及面临的挑战
目前，国内各个电力行业的企业都拥有自己的信息化网络系统，或用于办公自动化、无纸化，或用于对各类生产数据进行处理；类似的，基于传统程控交换机的桌面电话系统和以微波等形式存在的长途通讯系统也已经先于计算机信息化网络系统得到了构建。然而，企业在构建了自己各种各样的内部计算机或通讯网络以后，如何实现其对投资的回报并且尽可能的减少运行成本成为了其面临的最大挑战。移动办公对通讯系统的要求也正随着电子化的进步发生着变化，如今的移动办公不再只是简单的通过VPN接入企业内部共享数据资讯，其对语音和视频的随时随地交互式的应用不可否认的成为了实现企业内部网络价值的要素。过往我们常常说的三网合一多数都是建立在基于H.323的基础上的应用，如今SIP(Session Initiation Protocol)在经过几年的不断演进和完善以后已经越来越显现出其优势，由于SIP协议的简单性和强大的适应性，用SIP取代H.323来实现NGN的趋势也越来越明朗。SIP简单的呼叫流程、基于文本的协议消息以及其多样的API接口使得SIP已经成为了3GPP的标准协议。企业网络构建一个基于SIP的多媒体NGN网络环境将得到业界的支持和认同，将成为企业信息化建设的潮流。
随着计算机和通信技术的不断发展，通过在一个统一的分组网络中承载话音，数据，图象已经越来越被业界所认同。出现这样趋势的根本原因在于分组交换技术能够减少语音业务的运行成本，同时易于提供增值服务。
分组交换技术在降低成本方面具有突出的优势，首先，它将多个网络融合起来，在一个公共的网络平台上传输各种类型的信息，包括话音、数据和图象，从而降低了设备的总体投资以及后期的运行维护成本。其次，在技术的成熟度方面，分组交换设备的性能不断的更新(每18个月提高一倍)，并且由于计算机和DSP数字信号处理能力的发展，在一个分组网络中承载现有的各种业务已经不再有问题。
但是成本的节省只是一个方面。为了迎接电力系统信息化、国际化的挑战、保持技术领先优势、还要开发更多的业务、进一步提高办公效率。而分组交换技术恰恰能够推动开发那些在传统的语音和数据分离的网络中难以实现的业务，使业务的内容和形式变得更加多样化。例如，分组交换使得传统的、简单的语音通信方式转变为形式多样的语音、数据、图象等多媒体交互式的通信方式成为现实。
在这样的业务驱动和网络融合的趋势下，诞生了NGN下一代一体化网络模型。作为目前业界公认的网络发展方向。越来越多的人认识到这种基于分布式宽带分组交换技术构建的一体化网络平台，可以提供集成的话音、数据和多媒体业务，TDM网络作为承载话音的分离式的专用网络将逐步过时。不仅如此，在以软交换为核心的分组网络当中，通过计算机技术和通信技术的融合，还实现了业务内容的多样化，并且在业务部署、开发周期以及开发投资方面的优势都是传统网络所无法比拟的。
下一代网络(NGN) 的技术核心是由电路交换(Circuit Switching)向分组交换(Packet Switching)的迈进。以软交换及分组化(Packetization)为技术核心的网络演进，可相比二十五年前以程控交换及数字化(Digitization)为动力的模拟交换(Analog Switching)向数字交换(Digital Switching)演进。NGN的浪潮将是话音网络的又一次革命。
有关下一代网络(NGN)的体系架构和内涵的研究是目前国内外业界最关注的热点，因为它所涉及的不仅仅是哪一项单一的网络技术，而是关系到未来整个通信信息网络的构架。伴随着以软交换为核心的下一代网络的迅猛发展及其对传统的电路交换网络的深远影响，世界范围内各大电信传统的与新兴的运营商、网络设备制造商、软件提供商以及国际国内标准组织都将目光投向这一领域。正是看到了未来三年内以软交换为代表的下一代网络市场的巨大发展潜力，世界上各大网络设备制造商纷纷开始调整自己的产品结构。
2、 NGN网络的结构与特点
简单的讲，NGN是建立在单一的分组交换网络基础上，采用软交换技术、应用开发技术及媒体接入技术建立起来的一种分布式的、具备电信级可靠性的端到端一体化网络。较之于传统的电话交换网络、数据网络、移动网络所构成的重叠网络结构，NGN具有以下突出特点：
a) 分布式的开放的网络体系结构：各个业务模块之间通过标准的协议接口进行通信，可以根据业务需求组合相应的业务模块来组建网络。分布式的网络结构有利于业务的快速部署和覆盖。
b) 下一代网络是业务驱动的网络，其功能特点是：业务与呼叫控制分离；呼叫与承载分离：分离的目标是为了更加灵活的提供业务，及对用户的个性化服务。
c) 统一的分组网络承载平台：通过各种语音压缩技术、统计复用技术来降低对传输带宽的需求，从而减少传输成本。
d) 开放的应用程序接口：支持开放的API接口使得通过第三方的软件开发商，定制有特色的业务，并通过应用服务器在全网开展该业务。
经过最近两年的深入研究，设备制造商和各种标准组织及相关论坛对下一代网络体系结构已达成共识，基于分布式的网络结构，把用户的接入和业务的提供从传统交换网络的核心中移出来转到分布的网络元素。
下图展示了业界对于下一代网络结构的一致认识。
图1：下一代网络的结构
NGN网络体系架构由以下几个关键部分组成：
◆ 软交换
软交换在下一代网络中发挥着重要的作用，是其中的核心控制单元。对传统电话业务而言，它是整个呼叫接续过程的神经中枢，完成呼叫控制、地址翻译、路由选择、数据采集等接续功能；对各种新业务而言，除了上述功能之外，它还是把各种应用服务器上的新业务应用于各种网关设备并最终提供给终端用户的桥梁，它直接控制着各种新业务的发放与实施业务。
◆ 媒体网关和智能终端
媒体网关的主要功能是为用户提供宽带网络的接入，在网络层实现窄带与宽带的互通以及媒体信号的转换。目前根据功能的划分及网络位置的差异，媒体网关分为中继媒体网关，接入媒体网关，以及综合接入网关。另外，终端的发展也越来越智能，包括直接具有以太网接口支持SIP协议以太网电话机，各种软终端，以及安装PDA上的智能应用软件。
◆ 7号信令网关
7号信令网关利用业界统一的SIGTRAN协议有效地保证了7号信令在数据网络上的传输，协助软交换设备继承大量7号信令相关的传统电话业务能力；信令网关的存在，使得软交换本身的模块化、分布式设置更加经济灵活。
◆ 宽带数据网络
可管理的宽带数据网络是保证多种业务基于统一的承载平台的关键，对不同类型业务进行有效区分和处理，并在保证各种业务质量的前提下，实现高效地统计复用是宽带数据网络的必要条件。
◆ 网络管理
网络管理可以根据需要进行全网灵活的分布式管理和配置。网络管理者全面管理网络，实现并提供全网的故障，配置，告警，安全等的管理，以及统计信息的采集和分析。
图2：下一代网络的关键部件
3、 NGN网络多样性的技术分析
由于NGN系统已经越来越明显的成为电信运营商和企业的投资方向，传统的通讯设备厂商和计算机网络系统公司都已经把开发重点转移到了下一代网络的研发上面，类似北电网络、华为、中兴、阿尔卡特等重量级的设备制造厂商都分别推出了自己对于NGN系统的诠释及相关的产品，我们以在全球范围内市场占有率最大，技术最成熟的北电网络为例，分析一下NGN网络多样性的技术框架和业务。
北电网络的Succession下一代网络解决方案自1999年推出后，一直在业界处于领先地位，成为向运营商中下一代网络演进的先驱者所推崇的解决方案，涵盖了分组中继、本地话音以及交互式多媒体业务等多个方面。
3.1、Succession网络框架
北电网络Succession下一代网络从功能上分为三层：
◆ 呼叫控制和业务提供层（核心层）
全网信令控制及业务逻辑的产生和分发由网络智能核心集中完成。该核心由CS2000c软交换及相关的通用信令网关USP、通用语音服务器UAS以及IMS多媒体业务应用服务器共同组成。CS2000c通过控制接入媒体网关及中继媒体网关，完成呼叫建立与接续，实现各种电话业务并产生原始计费话单等；USP是7号信令网络与IP网络之间的网关设备，负责将7号信令消息进行IP封装，在IP网络中传送；UAS是运营者创建、存储、分发语音的设备，并且可以与CS2000c软交换配合创建电话会议；IMS是Succession网络中的多媒体业务应用服务器，负责为多媒体客户终端发放多媒体业务，同时作为整个Succession网络中的开放应用平台，完成各种新业务的开发与引入。
◆ 承载层
作为业务的承载层，分组化的语音、IP数据报及流媒体等业务流均须由宽带分组城域网进行承载和传送。根据运营商的需要，北电网络可以提供端到端的基于ATM或IP的城域网解决方案。但作为承载话音的平台，必须要求承载网具有很好的QoS机制，拥塞控制机制，高的包转发能力，以及支持多业务的能力。北电网络Passport系列多业务交换机能够很好的满足以上要求，可以用来建设城域宽带数据网络以承载话音、数据及多媒体业务，并通过可靠的QoS机制保证话音业务的高质量；考虑到一些运营商已经选择IP路由器建设了城域宽带数据网络，只要这些网络能够提供可靠有效的QoS机制，保证实时话音业务的高质量，那么一样可以用作Succession下一代网络的业务承载层。
◆ 接入层
为了提供新型分组接入用户与PSTN电话网既现有程控电话交换机的互连互通，可以通过部署Passport PVG中继媒体网关来完成与PSTN现有程控交换机的连接。Passport PVG中继媒体网关完全依托现有Passport多业务交换平台，通过增加两张话音专用的功能卡来实现。它们是：
综合接入网关是宽带城域网向最终用户的延伸，在小区/市场/大学及楼宇内部和用户桌面通过部署综合接入网关设备或IAD及以太网交换机，可以在最靠近用户端将用户话机产生的话音业务打成分组IP包，接入一体化城域数据网络。以一个小区为例，接入网是由小区中心机房的路由交换机、小区各大楼的以太网交换机及IAD等设备组成。IAD负责用户话音的接入及分组化，各大楼以太网交换机负责汇聚IAD的业务流以及为某些用户提供数据业务的接入，而小区中心机房内的路由交换机负责话音及数据业务的最终汇聚并提供向宽带城域网的核心上行接入，同时该交换机还为本小区内的IP应用提供路由功能。北电网络的BPS2000可以用作各大楼的汇聚以太网交换机，而北电网络的Passport 8600路由交换机可以放置在小区中心机房完成多种业务的汇聚。
在用户端可以根据用户的特点和宽带接入类型部署不同端口密度和广域网接口的综合接入网关(IAD)设备完成用户电话线的接入，或多端口综合接入网关设备（MG1000）汇聚更多的用户电话线接入。
3.2、Succession业务能力
北电网络的Succession NGN解决方案不仅可以实现PSTN网络的演进，很好地继承和支持今天PSTN网络上的窄带话音业务，而且可以通过集成IMS多媒体应用服务器，支持增强的话音，多媒体及图像业务。Succession CS2Kc ISN05 支持的传统话音业务：
I. 基本电话呼叫业务
II. 中国PSTN电话补充业务
III. Centrex业务
IV. ISDN PRI补充业务：
V. 其它业务
4、基于SIP的Nortel MCS5100在国电荆门热电厂的实现
4.1、Nortel MCS5100体系架构和功能
北电网络作为一个既传统又充满创新精神的电信巨头，几年前就已经推出了其针对NGN体系的可运营解决方案，这不但包括面向运营商级别的CS2K(c)和MCS5200系统，也包括面向各大中型企事业单位的BCM、Succession 1000(M)和MCS5100等解决方案。
MCS5100（Multimedia Communication Server 5100）是北电网络面向企业用户的多媒体和交互应用的平台。MCS5100利用开放的、工业标准的硬件平台将传统的PBX和 IP-PBX演进到多媒体和交互式的通讯网络。MCS5100并不仅仅是PBX或者IP-PBX，还是一个改变企业通讯方式的，使得企业能利用这个下一代网络工具提高生产效率、降低运行成本、加速运作和决策速度的应用服务器系统。对于企业用户来说，MCS5100解决了移动应用的需要，整合了企业网络的语音、视频和数据，提供了一个"无界网络"的桌面应用平台。
图3：MCS 5100系统架构
对于那些工作地点不固定、办公部门呈地域性分布的企业来说，MCS5100提供了和地点无关的个性化的通讯服务。当员工出差在外，商业电话仍然能够被转接到他的移动电话、家庭电话、语音信箱或者虚拟的支持SIP任何设备(例如MSN)，使得通讯更加简单和经济。个性化的通讯服务让每个用户都能自如的设置在何时、何地和被何种方式所呼叫。而对于那些寻求革新目前的电话网络，使之成为具有投资保护能力、提高生产效率、加速各分支机构之间协同工作能力的企业来说，MCS5100提供了一条初期投资小，具备多媒体和交互式能力的解决之路。
在用户终端的选择上，MCS5100既支持基于PC机上的SIP软电话，又支持可以通过以太网供电的桌面数字电话以及PDA设备和今后的WCDMA手机终端。除此以外，MCS5100还能通过Web页面激活Java 电话，使得移动企业用户在任何拥有 Internet接入的地点都能享受北电NGN技术带来的便利。所有这些软件电话都具备完善的中文版本，既增加了对于企业用户的亲和力，又降低了企业用户面对新技术时所带来的心里障碍。
在软件上，MCS5100是开放的、基于标准的SIP协议的通讯平台，能够于其他按照 SIP规范开发的第三方设备完美的集成到一起。MCS5100 支持工业标准的网关设备，包括 PRI、SIP、H.323，能够满足企业从基于PBX或者H.323的通讯环境中平滑的过渡。另外MCS5100可以按照企业需要的用户数量采取软件许可的方式逐步扩展系统的支持能力，减轻企业初期投资的压力。
安全和服务质量同样是不可忽视的重要部分。网络上运行的业务越多、话音业务所占的比重越大，企业对于网络的不间断运行和优越的QOS保障的要求就相应的越高。MCS5100秉承北电网络百年积累的数据和话音经验，从硬件上的多部件冗余到软件上的基于802.1p和DSCP的区分、标记和识别以及其从物理的角度区分OAM系统和外部SIP接口系统的思路，再配合北电网络的Passport高容量、高可靠性的核心交换机系统和占据市场支配地位的Contivity VPN解决方案，MCS5100为企业带来了北电网络一体化的电信级别解决方案，实现了从架构到业务上的整合。MCS5100支持的关键交互式多媒体应用包括：
* 会议桥
* 在线/离线目录列表
* 呼叫保持
* 呼叫转移（无条件、无应答、遇忙、来电号码、时间等判断依据）
* 呼叫重定向到Web页面、Email、SIP地址、PSTN电话
* 呼叫等待和来电显示
* 三方通话
* 交互式白板（双方立即可见）
* 文件共享
* 安全的即时短消息
* 相片/EMAIL点击呼叫，Office Outlook集成
* 同时的多方呼叫、一号多机
* 视相电话
* 网页推送
* ... ...
4.2、MCS5100在国电荆门热电厂的应用实例
通过在国电荆门热电厂的内部计算机信息平台上增加北电网络SIP多媒体通讯服务器MCS5100，目前荆门热电厂已经能够在一个统一的计算机网络平台上提供OA办公自动化、MIS、实时生产数据采集和视频、音频的多媒体通讯业务。
当前国电荆门热电厂的计算机网络主要是千兆、百兆混合主干，百兆交换到桌面的环境，核心交换机并不是目前动辄数百G交换背板的设备。在增加语音和视频系统以前，计算机网络上跑的全部都是OA、MIS系统和实时数据采集，通过对网络中流量的分析，非实时性的EMAIL和公文的交换占据了主要的网络带宽，然而这个带宽的利用率相距网络拓扑结构能提供的负荷能力仍然有相当大的差距。因此，在最近一次系统扩容的时候，我们考虑的重点并不是花费大量的资金去将核心网设备马上升级到目前最大吞吐能力的交换机，而是如何充分利用以前对网络带宽的投资，为系统增加实施和交互性的系统。也许正是看到了单纯投资交换设备而忽略应用系统建设这样的误区，我们把有限的资金用在了刀刃上。
如今，国电荆门热电厂的沟通已经没有了局限。区别于原来没有时效性的公文发布方式，职工可以随时通过面对面的虚拟沟通来交换意见；对于互相感兴趣的话题，大家可以通过应用程序的实施共享操作作互动的交流。原来的服务器――客户端形式的模式已经逐步转换成了客户端――客户端的模式，原来需要多次经过主干交换机的网络流量现在在分支层就能完成。通过移动办公，不论何时、不论何地，职工只需要打开计算机接入网络就可以开始近在眼前的交流。出差在外的职工，在没有电力微波覆盖的地区仍然可以接入电厂的VPN系统并开始清晰的语音、视频对话，充分享受到VPN和VoIP带来的便利。通过日后增加一个PRI的网关，更可以进一步的减少出差通讯费用，使得所有到公网PSTN的语音通话跑在内部IP网络之上。除此以外，通过"一号通"、"随身呼"、"同时振铃"这些增值的智能网业务，职工可以根据呼叫者、呼叫时间等多种方式定制个性化的呼叫策略，使得大家永远在线，通过一个号码就能互相联系。地址本、登录状况、即时短消息、文件共享等常规应用也在逐步取代传统电子邮件这种对服务器的需求高并且非强制性接受、不安全的实现方式。
图4：国电荆门热电厂融合网络结构
[参考文献]
1、罗国庆．软交换的工程实现．第１版．北京：人民邮电出版社，2004．1~277．
2、陈建亚，余浩．软交换与下一代网络．北京：北京邮电大学出版社，2004．
3、CS2Kc_SN07_IP_Solution_Specification．Nortel Networks
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