下一代网络
陈俊亮
北京邮电大学
交换与网络国家重点实验室

一、 下一代网络的特征
下一代网络的主要特征是融合与开放，电信网、计算机网与有线电视网的融合；多种业务提供的融合，共享同一平台；多种管理功能及其与控制功能的融合等等。其特点大概有以下几项：
· 下一代网络的传输层应基于具备多种QoS 保证的IP网;
· 各种音频、视频与数据业务共享同一平台;
· 其控制与业务结构开放，允许用户或第三方业务提供商能参与业务的开发;
· 能与多种用户终端设备配合工作，从最简单的设备包括电话机，到高度智能化的多媒体工作站与媒体中心，从无线到有线设备;
· 在下一代网络中控制与管理功能的界限将消失，并由同一体系结构予以支持。

二、 下一代网络的一般结构
下一代网络的结构应由三部分构成：最底层传输部分，最上层业务部分与中间件（或分布处理部分 DPE）。传输部分包括 OSI 模型的下四层， 它以具有QoS 保证、可伸缩、可演进、可靠的具备业务量工程的IP网络为基础。传输部分本身也能提供一些业务，如上网访问，收发电子邮件, 虚拟专网等。中间件为下一代网络各种应用的开发与部署提供一个软件的基础。它为业务与传输层间的分布环境下的交互提供了一个透明的通道。业务设计者可以不必考虑传输的协议、可靠性、失效时的倒换等因素。其具体体现如为CORBA技术，它为异构机之间的通信提供了平台。又如 Parlay API, 它为业务设计者提供了一系列标准接口，并屏蔽了下层的全部细节。其他如各种网关也可包括在中间件范围之内。 业务部分则为用户提供各种类型的服务。

三、 传输部分
下一代网络在传输系统上的主要技术措施有以下几项:
1．全光网技术 当前光纤通信巳达到Tb/s的量级, 但系统中的分插设备(ADM) 及交叉连接设备(XC)仍由电子设备构成, 在需要采用XC或ADM的地方必须进行光电变换, 因而在系统中出现大量的光/电/光变换, 这不仅大大限制了整个系统的速率, 也对其整体质量产生不利的影响。因而采用光分插设备(OADM)及光交叉连接设备(OXC) 以构成全光通信网, 巳成为下一代传输系统的主要技术趋向。必须指出, 目前全光网指的是其传输通道采用全光技术, 而系统的控制与管理部份仍由电子设备完成。
当前光交换器件主要用微机电系统(MEMS) 来构成。以OXC为例, 可以用两块各具N块镜片相对而立的平面构成N x N无阻塞的交换矩阵。
2．MPLS技术 多协议标签交换(MPLS)技术在下一代网络中将在多方面起着重要的作用。据国外资料推测, IP网的构建在1999年以前为 IP/ATM/SDH(或Sonet)/DWDM模式, 2000-2001年则为 IP/SDH/DWDM 模式，而在 2002 年及其以后则可以做到在DWDM 光网上依靠 MPLS (或推广的 MPLS, 即 GMPLS) 技术直接构建 IP 网。GMPLS的含义将在后面解释。
MPLS技术的特点为对每个进入MPLS网络的数据包加上一个32位的标签, 其中20位为标签值，3位表示服务类别(COS),1位为栈底标志，8位为存活时间以防止路径中的环路。用MPLS可在网络的两点建立一条虚连接，称为标签交换路径LSP。在MPLS网络的入口路由器每个数据包被加上一个标签，以后在此网络中将根据标签值进行交换，而不必再去看IP包头中的地址值。 在此网络的出口则将标签抛弃，即恢复成为正常的IP数据包。 MPLS技术把网络中的路由器对数据包的转发与控制功能加以分离, 在转发数据包时, MPLS的工作方式与ATM 类似，它首先建立一条路径(标签交换路径LSP)，其后再传送数据。基于MPLS技术，使IP网具备了以下一些重要性能:
· 具备QoS功能 由于MPLS 技术是面向连接的, 即先选定一条合适的路径(LSP), 使此路径满足予定的QoS, 亦可结合RSVP 协议，在路径中预留足够的资源以保证QoS的实施。
· 具备流量工程的功能 在适当的信令支持下, MPLS可以建立一条满足一定约束条件的 LSP, 或称为约束路径(Constrained-based routing) 。 约束路径在基于 MPLS技术的流量工程中起着重要的作用。 一般说来, MPLS流量工程包含以下一些内容:
* 路径管理 约束路径可赋予一系列参数，如带宽等流量参数, 还可以有优先权参数等。当有数据流进入时，根据流的要求即可对入口处的约束路径进行选择与配置。
* 流量配置 它包括对输入数据流的划分, 以及按约束路径的参数将输入流在各路径上的合理分配, 以达到网络资源的均衡与合理使用。
* 网络状态信息的传播 通过适当的协议将 MPLS网络拓朴状态的变化及其相应参数值传播至网络内的各个路由器。
* 网络管理 各种网络运行数据的统计与收集可通过在约束路径上设置多种软件计数器来取得。
· 具备故障恢复功能 网络产生故障时的恢复应包括以下内容: 将故障信息通知受其影响的路由器, 该信息可通过标签分发协议(LDP) 来完成; 其次在故障的上下游路由器间寻找另一条路径, 其方法与路径的建立相同; 为了实现故障的快速恢复，通常在网络的入出口路由器间在建立正常的传输路径的同时还再建立一条备份路径，当发生故障时可快速倒换至备份路径恢复通信，随后再考虑路径的优化; 最后可采用流量工程方法优化网络的流量配置。
3．MPλS 又称为GMPLS, 它是将MPLS技术推广应用至光传送网OTN中OXC的控制与管理。由于对OXC的控制与管理功能与MPLS的功能十分相近, 因此将MPLS推广至OTN领域就是一件十分自然的事情。这样可以大大简化整个IP网络的结构与管理, 并且免去了为控制与管理OXC所必须新开发的整套协议所带来的成本与风险。为满足对OXC控制与管理的需要, 对一些IP信令如 BGP, IS-IS等协议作扩充外, 还须增加以下一些功能:
· 有关各OXC信息在节点间的传播;
· 光通道的建立;
· 对OTN的流量工程功能;
· 光通道的保护与故障恢复能力。
传输系统中的IP/ATM/Sonet(SDH)/DWDM，每一个层次都设置有自巳的网管系统(NMS), 在采用GMPLS 方案后可以将IP层与光网的管理系统统一成一个，因而使整个传输系统得到极大的简化。
4．智能光网络技术 (ASTN 或 ASON) 基于 GMPLS 技术, 可对OXC构成的光传输网中的OXC节点进行控制, 从而可以按用户需求快速构成带宽按需提供的光传输通道。这种智能光网络的体系由两层构成，即基于GMPLS 的控制层与由 OXC 组成的网络数据层。控制层完成的功能主要为路由协议，信令协议和资源管理功能。智能光网络技术可使网络运营商满足用户快速提供指定质量要求的带宽, 构成虚拟专网 (VPN) 等要求。

四、 中间件
网络的最终目的是向用户提供丰富多样的业务。为了方便业务的开发，需要把底层传输网络的细节及其具体协议予以屏蔽，对高层（应用层）提供一系列标准的应用接口，这就是中间件的主要作用。此外，由于网络中庞大的业务流量不可能用一个集中的计算平台来完成其全部处理功能，而必须采用多个计算平台，并且其数量应随着业务量的增加而逐步增长。这就是在中间件中应包含分布计算环境的原因。下一代网络的中间件应具备层次结构。其最底层为传输网络等硬件层，其上为与其相配套的操作系统与协议栈, 最上层则为应用业务层。其间则构成分布计算的中间件，它共分四层。由下而上分别为:
· 基础中间件 此层用以支持下层的各种通信与并发功能, 亦可将本层与下层操作系统与协议栈相合并，真正的中间件应为其上的三层。
· 分布中间件 可以允许系统中任一客户调用分布环境中的任一对象执行计算, 而不必考虑该对象所处位置，其操作系统平台及所用编程语言。 此层中间件有多种实现方法，其中最著名并得到广泛应用的是CORBA平台。
· 公用中间件服务 本层的作用是为上层应用提供一系列通用的服务, 这种服务一般与应用领域无关，并可为多种应用所公用。例如事件通知，接入登记，安全，容错，文件处理，分布并发控制等等。这层中间件技术得到广泛应用的是Parlay技术。在通信领域中，分布中间件与通用中间件服务常合并为一个平台--软交换(Softswitch)。
· 专门领域业务 本层用于提供各种专门领域的业务，如通信业务，电子商务业务，远程医疗或过程自动化业务等。

五、 软交换
对于软交换在融合网络中的地位，其体系结构，分层构成原理，实现方案，呼叫模型及其在网络中的应用模式等，进行了讨论。

六、 应用部份
应用部份的构成与其所应用的领域密切相关，其主体为一应用服务器。应用服务器中应保存各种应用业务程序，这些业务可以由专门从事业务研制人员开发，也可由第三方业务开发商或个人按自己的需求来完成。为了方便新业务的开发，通常需要有一个业务生成环境，它应包含业务生成工具（包括业务逻缉及数据生成），业务验证工具，业务测试环境，数据库的生成与修改等。