教育部顧問室通訊科技人才培育先導型計畫 96 年度寬頻通訊產業教學組 - NGN 網路管理技術課程 第一章 NGN 簡介 任課老師 : 陳懷恩 助理教授國立宜蘭大學 Email: wechen@niu.edu.tw NGN 網路管理技術課程 1
章節目錄 1.NGN 簡介 1.1 下一代網路趨勢與發展 1.2 NGN 特色 1.3 NGN 各項業務介紹 1.4 NGN 基本架構 NGN 網路管理技術課程 2
111 1.1.1 NGN 發展 1.1.2 標準化組織 NGN 網路管理技術課程 3
下一代網路 (Next Generation Network, NGN) 隨著寬頻的普及與傳輸速率的提升 行動通訊服務發展迅速 以分封交換 ( Packet Switch ) 為核心 NGN 基本特徵 融合各種網路服務 語音 視訊 資料等多媒體綜合服務 採用開放 標準系統架構 NGN 網路管理技術課程 4
NGN 發展史 1993 年, 美國前副總統高爾於世界通訊發展協會的演說中提出了全球資訊基礎建設 GII (Global Information Infrastructure) 的概念 1996 年, 美國政府與大學分別提出了下一代 Internet (NGI) 行動計畫和 Internet 2 1997 年, 朗訊公司的貝爾實驗室提出了軟交換 ( Softswitch ) 的概念, 吸收了現有的 PSTN 和 Internet 的優點 除此之外各主流的設備廠商紛紛推動以軟交換為基礎的 NGN 解決方案 1999 年起,NGN 成為通訊行業關注的焦點 NGN 網路管理技術課程 5
各標準化組織 IETF (Internet Engineering Task Force) IETF 對 NGN 的研究主要是在 IP 網路和光網路的整合,NGN 的重要特性在網路容量和資源方面具有高頻寬 足夠的位址資源和大容量等 NGN 網路管理技術課程 6
ITU-T T (International Telecommunication Union Telecom Standardization) ITU-T 認為 NGN 是全球基礎設施 GII 的具體實現 NGN 代表了網路融合的發展趨勢 網路和服務互通是研究 NGN 的關鍵 NGN 的系統架構為分層化 ITU-T 分有 SG11 SG13 SG15 SG16 和 SG19, 這 5 個 NGN 研究小組 SG11: 訂定研究信號和信號控制架構 SG13: 任務為完成 NGN 系統框架 演進 整合等相關研究課題 SG15:NGN 的存取技術和傳輸技術 SG16: 多媒體服務 SG19: 固網和行動網路的整合 NGN 網路管理技術課程 7
3GPP ( 3rd Generation Partnership Project ) 3GPP 研究推出了 IMS 系統架構, 被 ITU-T 廣泛應用並加以不斷的改進以求完善 3GPP 主要研究重點集中在 3 個方面 : 如何解決 IPv6 應用在 IMS 中位址問題 如何協調 SIP 協定中, 關於移動和固定網路的差異性 是否要在電路交換系統上使用即時服務, 來達到較高的服務品質保證 QoS ( Quality of Service) NGN 網路管理技術課程 8
ETSI (European Telecommunications Standards Institute) ETSI 是歐盟組織下的全球性電信標準制定組織, 主要在制定 ICT 相關標準 ETSI 於 2003 年 9 月成立了一個 TISPAN 組織, 它由兩個研究小組組成 : 從事固定網路標準化的 SPAN 和 VoIP 研究的 TIPHON 兩個委員會合併而成, 專門負責對下一代網路進行研究和標準化工作 ETSI 的 NGN 啟動小組對 NGN 進行了定義, 把 NGN 定義如下 : NGN 應該整合了有線和無線等通訊網路, 建構成為綿密的通訊涵蓋網路, 讓全球的通訊無死角 NGN 形式上分成不同的層級和開放性介面, 所以 NGN 給 ISP 業者提供了一個能整合各種服務的平台和開放和管理新的服務 這個定義已經運用到 ITU 的 GII 的標準化中, 也將在 NGN 標準工作開始之時保留這個定義 NGN 網路管理技術課程 9
121 1.2.1 NGN 基本特性 1.2.2 NGN 的主要特徵 123 1.2.3 NGN 研究的關鍵技術 NGN 網路管理技術課程 10
NGN 的主要特點是整合不同 ISP 業者的網路服務於同一個網路平台上, 可以靈活地 大規模的提供許多服務, 包含語音服務 視訊服務 網際網路服務等 以封包交換為基礎 傳輸的技術和網路所能提供的功能是獨立的 支援大量的應用服務, 包括及時 / 非及時以及多媒體服務 服務不因傳輸方式而受限, 並提供開放介面 具有端點到端點間 QoS 的能力 透過開放的介面與傳統網路可以互通 使用者可存取不同 ISP 業者, 並不會受到限制 整合固定網路與行動通信網路 支援多種存取技術 NGN 網路管理技術課程 11
NGN 是服務獨立的網路 傳統的電話網服務網是承載網, 因此很難發展新的服務 NGN 允許服務和網路提供各自獨立發展, 提供靈活有效的創新服務 服務應用和服務管理功能, 支持不同頻寬的 Real-time 和 Nonreal-time 的各種媒體服務 NGN 採用封包交換做為服務承載 (Bearer) 的方式 傳統的電話網不能有效承載數據 NGN 的網路架構對於語音和數據採用以封包交換系統的傳輸模式 NGN 把傳統的交換機的功能元件分離成為獨立的網路元件, 各元件可以依照功能不同各自發展, 只須要透過標準的協定介面進行互聯即可 業者可以根據服務的需要, 自行組合功能產品來組建網路 NGN 網路管理技術課程 12
NGN 是安全的並且支援 QoS 的網路 傳統的電話網路 PSTN 是以分時多工為基礎的, 線路的傳輸是採用點對點專線, 因而很少服務品質出問題 NGN 以封包交換為基礎架構, 則要考慮安全以及服務品質問題, 如此才能提供安全 可靠的服務 NGN 能夠與現有網路互通 現有電信網規模龐大,NGN 主要是對不同的系統做整合, 透過閘道等設備能夠與現有網路 PSTN ISDN GSM 和 CDMA 等互連 NGN 也支援現有終端設備和 IP 智慧終端設備 NGN 網路管理技術課程 13
NGN 共通框架模型 研究 NGN 共通系統 體系 NGN 中控制功能與資源 業務和傳送等分離的特性 研究 NGN 的網路功能系統模型 該模型提供定義 NGN 功能系統的準則 服務平台 完善定義 跨越多網路的服務互聯網 用戶漫遊所需要的服務支撐和提供機制 開發支持用戶控制和客戶化業務的機制 用戶行動性的服務平台的影響 NGN 網路管理技術課程 14
系統架構和協定 NGN 系統和參考模型 NGN 的分層系統, 具有 NGN 服務和網路各自獨立的特性 以 GMPLS 為基礎的控制和協定 VPN 系統架構和協定 使用共通的參考模型來標示各 ISP 業者間互相支援 NGN 所需要的通訊資訊 定義與傳統終端機設備互連的功能 定義 BICC 協定用於中繼介面 針對跨越不同架構之端到端服務網路如何進行呼叫控制和使用者移動性控制 NGN 網路管理技術課程 15
網路控制和端到端的 QoS 定義 QoS 服務量需求 針對 GMPLS/ 乙太網路為基礎傳送的 OAM 和鏈結控制協議 研究用於端到端多媒體服務 QoS 的等級要求及各自媒體組 件的 QoS 等級要求 研究如何使用網路低層的 QoS 機制獲得高層 QoS 研究營運商間網路低層 QoS 控制機制 網路安全 NGN 的一個特點是開放式埠增多, 安全性方面的風險相對的也增大, 因此需開發 NGN 的安全性系統和操作安全性準則 NGN 所需的特定安全性協定 API 和工具 NGN 網路管理技術課程 16
網路管理 NGN 是開放式並且允許不同種類的服務進入一個網路的, 網路管理必須在不同廠商設備和不同 ISP 業者的環境下進行, 因此有必要定義適用於 NGN 要求的基本網路管理的服務和埠號 完整定義核心網路管理的系統 廣泛移動性 (Generalized Mobility) 廣泛移動性是指當使用者採用不同的存取技術時, 允許使用者跨越現有網路邊界使用和管理它們的服務 對使用者的移動性要求包括 : 使用者能夠改變存取點或終端點, 成為行動或漫遊 ( Nomadic ) 使用者 使用者可以利用各種不同的存取技術從任何網路存取點到網路 使用者可以得到不中斷的服務和網路應用 NGN 網路管理技術課程 17
131 1.3.1 一般應用 1.3.2 商務應用 133 1.3.3 其他運用 NGN 網路管理技術課程 18
VoIP/IP 電話和行動電話間的電話服務 視訊電話與整合會談服務 (Total Conversation) 隨選視訊系統 (VOD) 多媒體會議 NGN 網路管理技術課程 19
線上應用 ( 如購物 / 商業 遊戲等 ) 家庭應用 位置訊息的應用 合法的監聽 優先的通訊 / 流量處理 NGN 網路管理技術課程 20
可擴充服務 NGN 網路管理技術課程 21
透過語音 文件 視訊電話來召開商務會議 從辦公室外採用安全的連線來登入有合作關係的網路 從辦公室筆記型電腦 行動電話發 E-mail 或瀏覽網頁 企業或家庭無線網路和 WAN 之間跨區應用 跨網路和服務供應商的漫遊服務 使用白板之類多媒體訊息共享工具 把輸入的傳真和多媒體訊息傳送到特定終端設備或網路服務設備 家庭和辦公室的進行同步化應用 可遠距離與多個各地點來共同協商生產或擬定開發計劃 設備的監視與控制服務 移動位置服務 NGN 網路管理技術課程 22
醫生在移動狀態中可以接收到所需病人之病歷 醫生的外科手術所需處理訊息的傳送 醫生立即取得視訊傳送來的相關訊息 可用視訊取得家中老年人的現況 移動中遠程醫療系統 NGN 網路管理技術課程 23
141 1.4.1 NGN 系統架構 1.4.2 NGN 的傳送和服務層的配置 143 1.4.3 NGN 控制層關鍵技術 NGN 網路管理技術課程 24
下一代網路 (NGN) 的分成功能和地域兩種維度 1.4.1.1. 功能維度 1412 1.4.1.2. 地域維度 NGN 網路管理技術課程 25
傳送層 傳送層的工作主要根據承載層所指定的來源和目的位址進行訊息的傳送, 主要採用 DWDM ( Dense Wavelength Division Multiplexing ) SDH ( Synchronous Digital Hierarchical ) 承載層 封包交換網路 主要透過路由交換完成使用者到端對端的連線, 並且透過提高共享網路資源的合理配置與管理, 實現端對端的 QoS 以及靈活高效率的連線 服務層 對各種服務進行個性化處理, 透過提供各種加值服務和智慧服務, 為使用者提供個性化的服務 引導承載層調度網路資源來滿足不同服務的需求 NGN 網路管理技術課程 26
ITU-T T 將 NGN 分為 3 個層次, 每一層又可以再分成 3 個子層 服務層 媒體處理會談層 呼叫控制層 應用服務層 承載層 服務傳遞層 控制 ( 路由 ) 層 管理層 傳送層 管理維護層 控制層 傳輸層 NGN 網路管理技術課程 27
媒體處理會話 呼叫控制 應用服務 各種服務的特點 服務屬性不同, 這些服務在 NGN 服務層的實現有兩種解決方式 : 把服務的特點 屬性等轉變成承載層的各種參數, 並將來源和目的的地址解析確定, 確認之後交給承載層處理, 完成服務通訊 對於承載層沒有能力支援的服務要求, 需透過組建服務系統, 利用承載層的服務層來承載 VPN 以達到服務通訊 NGN 網路管理技術課程 28
服務傳遞層 控制 / 路由層 管理層 承載層的基本要求 按照服務層的要求把每一個訊息串流從來源端位置引導到目的端位置 按照每種服務的屬性要求調度不同的網路資源, 確保服務的性能 以多媒體服務達到對通訊型態的特殊要求 NGN 網路管理技術課程 29
管理維護層 管理維護層所負責的工作則是透過網路的即時監控和檢測, 當發現故障就可以馬上排除 控制層 控制層的工作是根據服務的需求, 動態的配置傳輸資源, 以達到最佳化的分配 透過流量控制方法, 快速 高品質地為使用者提供各種維度的寬頻傳輸服務 傳輸層 傳送層最基本的組成部分 傳輸層在傳送層中負責的工作是將使用者數據串流從來源端傳輸到目的端 NGN 網路管理技術課程 30
骨幹網路 連接城市和城市的網路 都會網路 連接城市範圍內若干接入點 (POP,Point of Presence) 的節點的網路 存取網路 連接各 POP 節點到大樓 小區域 校園的網路, 用來解決最後一哩的存取 區域網路 連接大樓 小區域 校園內部到終端使用者的網路 NGN 網路管理技術課程 31
服務層和傳送層之間的關係 NGN 網路管理技術課程 32
軟交換 透過一套以電腦為核心的呼叫管理器 IP PBX, 可以達到 PBX 的功能 (IP PBX,IP-Private Private Branch exchange) 好處是系統不需要重新鋪設網路, 就可以達到管理和維護整合的目的, 而且成本遠低於傳統的 PBX 軟交換的主要特點 : 以封包交換為基礎 開放的網路架構 服務與控制獨立 服務與存取方式獨立 快速提供服務 NGN 網路管理技術課程 33
IP 多媒體子系統 (IMS,IP IP Multimedia Subsystem) ) IMS 是 3GPP 在 R5 中率先提出的網路架構 3GPP IMS 採用了層次化的網路架構 服務網路 服務網路提供多種服務技術, 透過開放的服務介面和簡單的控制協定, 使得多媒體服務的發展快速 IP 多媒體核心網路 IP 多媒體核心網路採用軟交換技術的機制, 負責多媒體服務的會談控制, 提供 QoS 保障和計費, 並支援 IPv6 存取網路 存取網路支援多種存取技術, 譬如 GPRS WLAN 等, 則主要負責提供存取 行動管理 NGN 網路管理技術課程 34