NGN同步要求的探討
胡昌軍 徐一軍
2004/12/03
一、引言
NGN是基于分組的網(wǎng)絡(luò)，它通過使用靈活帶寬且具有QoS保證的傳送技術(shù)，能夠提供包括電信業(yè)務(wù)在內(nèi)的各種業(yè)務(wù)。一方面，NGN是融合多種組網(wǎng)技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，對于傳送網(wǎng)，下一代網(wǎng)通常指自動交換光網(wǎng)絡(luò)ASON；對于交換網(wǎng)，下一代網(wǎng)指軟交換；對于數(shù)據(jù)網(wǎng)，下一代網(wǎng)指下一代互聯(lián)網(wǎng)NGI；對于移動網(wǎng)，下一代網(wǎng)指3G及后3G網(wǎng)絡(luò)。另一方面，NGN是在繼承現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的平滑過渡，現(xiàn)有的基于電路交換的網(wǎng)絡(luò)與將來基于分組的網(wǎng)絡(luò)將在很長的時間內(nèi)并存。本文將從各種網(wǎng)絡(luò)對頻率同步和時間同步要求的角度探討NGN對同步的要求。
二、軟交換的同步
軟交換是NGN的控制功能實體，為NGN提供具有實時性要求的業(yè)務(wù)的呼叫控制和連接控制功能，是NGN呼叫與控制的核心。軟交換的概念是隨著IP網(wǎng)和ATM網(wǎng)的發(fā)展而產(chǎn)生的，而且也是下一代網(wǎng)路發(fā)展中所采用的理念。在《軟交換設(shè)備總體技術(shù)要求》中規(guī)定軟交換是電路交換網(wǎng)向分組網(wǎng)演進(jìn)的核心設(shè)備，也是下一代電信網(wǎng)絡(luò)的重要設(shè)備之一，它獨(dú)立于底層承載協(xié)議，主要完成呼叫控制、媒體網(wǎng)關(guān)接入控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認(rèn)證、計費(fèi)等主要功能，并可以向用戶提供現(xiàn)有電路交換機(jī)所能提供的業(yè)務(wù)以及多樣化的第三方業(yè)務(wù)。
軟交換是NGN的核心，是電路交換網(wǎng)與IP網(wǎng)的協(xié)調(diào)中心，即通過對各種媒體網(wǎng)關(guān)的控制實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的業(yè)務(wù)層融合。由于軟交換在網(wǎng)絡(luò)從電路交換向分組網(wǎng)演進(jìn)的過程中起著十分重要的作用，因此軟交換應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)PSTN/ISDN交換機(jī)提供的全部業(yè)務(wù)，包括基本業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)以及智能網(wǎng)業(yè)務(wù)等。軟交換設(shè)備通過各種媒體網(wǎng)關(guān)與其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相連，在實現(xiàn)對各種媒體網(wǎng)關(guān)的接入功能時，例如PSTN媒體網(wǎng)關(guān)、ATM媒體網(wǎng)關(guān)等，相關(guān)的媒體網(wǎng)關(guān)設(shè)備必須接入同步運(yùn)行。此外，當(dāng)軟交換提供基于分組交換的實時業(yè)務(wù)或高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，為保證QoS也需要頻率同步的支持。
軟交換目前處于，快速發(fā)展中，在國內(nèi)外均進(jìn)行了大量的軟交換實驗，而且國內(nèi)不少廠家近期也提出了基于軟交換的相關(guān)設(shè)備的技術(shù)要求。但需要特別指出的指出是，在現(xiàn)有的技術(shù)文件中，并沒有對網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備的同步提出任何要求，這對將來組網(wǎng)和互聯(lián)互通是極為不利的。尤其在與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)(例如PSTN網(wǎng)或No.7信令網(wǎng))相連時，必須要求相連的設(shè)備間保持頻率同步，否則將直接影響到所承載的業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。另外，軟交換在計費(fèi)方面也有較高的要求，提出了以秒為單位的時長計費(fèi)和以字節(jié)為單位的流量計費(fèi)，這需要在相關(guān)設(shè)備的計費(fèi)模塊上實現(xiàn)時間同步。
三、自動交換光網(wǎng)絡(luò)的同步
自動交換光網(wǎng)絡(luò)(ASON)代表了下一代光傳送網(wǎng)的發(fā)展方向，是用控制平面來完成自動交換和連接控制的光傳送網(wǎng)，是承載下一代網(wǎng)絡(luò)各種業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)功能劃分，自動交換光網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)包括三個平面，即傳送平面、控制平面和管理平面。在三個平面中，傳送平面對同步有嚴(yán)格的要求。下面分別從設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)兩個角度說明ASON的傳送平面對同步的要求。
傳送平面設(shè)備可分為基于SDH的傳送平面設(shè)備和基于OTN的傳送平面設(shè)備兩種。傳送平面設(shè)備的同步要求包括同步功能和同步性能兩個方面。從同步功能上看，基于SDH的傳送平面設(shè)備需要頻率同步，且可能會被用于傳送定時和組建數(shù)字同步網(wǎng)，因此需要對其設(shè)備同步功能進(jìn)行規(guī)范；基于OTN的傳送平面設(shè)備暫不考慮用于傳送定時，無需額外規(guī)范其設(shè)備的同步功能要求。基于SDH的傳送平面設(shè)備的同步功能要求包括時鐘功能結(jié)構(gòu)和SSM功能兩個方面，其中時鐘功能結(jié)構(gòu)必須滿足ITU—T G.783的要求，SSM功能必須滿足ITU-T G.781的要求。從同步性能上看，傳送平面設(shè)備定時性能項目包括頻率準(zhǔn)確度、牽引范圍、噪聲產(chǎn)生、噪聲容限、噪聲傳遞特性、相位瞬變和保持性能等。其中，基于SDH的傳送平面設(shè)備的時鐘性能必須滿足ITU-T G.813的要求，基于OTN的傳送平面設(shè)備的時鐘性能必須滿足ITU-T G.8251中附件A的要求。
以上是針對傳送平面設(shè)備提出的同步要求。另外，從網(wǎng)絡(luò)角度看，傳送平面必須接入同步運(yùn)行，保證網(wǎng)絡(luò)同步，以確保傳送平面本身的同步性能以及其所承載業(yè)務(wù)的同步性能。
四、下一代互聯(lián)網(wǎng)的同步
在早期的分組交換網(wǎng)絡(luò)中，通常不考慮同步問題，例如X.25網(wǎng)絡(luò)，它只能提供低速的非實時的業(yè)務(wù)。在后來的ATM網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)它只提供非實時的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時，同步問題不是主要矛盾。而當(dāng)它提供實時業(yè)務(wù)時或提供電路仿真服務(wù)時，則ATM網(wǎng)絡(luò)必須是頻率同步的，否則業(yè)務(wù)將無法正常開通�，F(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)主要是承載一些非實時的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，對同步不是很敏感，通常只在提供實時業(yè)務(wù)(例如VoIP，但無法保證QoS)或提供POS接口時，才考慮接入同步運(yùn)行。在下一代互聯(lián)網(wǎng)將要提供電信級質(zhì)量的話音、視頻等實時業(yè)務(wù)和其它多種業(yè)務(wù)甚至全業(yè)務(wù)的情況下，同步問題的重要性會凸現(xiàn)出來。
以流媒體業(yè)務(wù)中的RTSP(Real-Time Streaming Protocol)為例，它是為流媒體實現(xiàn)多點傳送和以點播方式單一傳送提供健壯的協(xié)議。RTSP采用了時間戳方法，即在每個媒體的數(shù)據(jù)流單元中加進(jìn)統(tǒng)一的時間戳。在發(fā)送時，將各個媒體都按時間順序分成單元，在同一個時間軸上，給每個單元都打上一個時間戳，處于同一時標(biāo)的各個媒體單元具有相同的時間戳。在各個媒體到達(dá)終端后，讓具有相同時間戳的媒體單元同時進(jìn)行表現(xiàn)，這樣就得到了媒體之間同步的效果，從而保證了流媒體業(yè)務(wù)的QoS。換言之，這需要下代互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)全網(wǎng)的時間同步。
其實，在IP網(wǎng)中很早就考慮了時間同步的問題。例如，為了對路由選擇進(jìn)行監(jiān)視或控制，數(shù)據(jù)包每經(jīng)過一個路由器都會打上該路由器的當(dāng)前時間，通過分析這些時間戳，就可以計算出各段路徑所引入的時延。因此，保證各個路由器的時間同步對于分析各段路由的流量，順利完成路由選擇是十分重要的。雖然，在IP網(wǎng)中已經(jīng)設(shè)置了大量的NTP服務(wù)器，但其應(yīng)用范圍通常局限在較小的范圍內(nèi)，而且精度及服務(wù)質(zhì)量良莠不齊，最重要的是缺乏面向全程全網(wǎng)的考慮與規(guī)劃。因此，下一代互聯(lián)網(wǎng)需要有時間同步網(wǎng)與頻率同步網(wǎng)的全面支撐，才能確保所提供的各種業(yè)務(wù)的QoS。
五、下一代移動網(wǎng)的同步
在分組交換迅速發(fā)展的大趨勢下，移動網(wǎng)絡(luò)也同樣面臨著與NGN融合和向NGN演進(jìn)的問題。就移動網(wǎng)絡(luò)而言，其發(fā)展方向是分組化、智能化和寬帶化的第三代通信網(wǎng)絡(luò)(3G)。從更廣泛的意義上來說，3G網(wǎng)絡(luò)也是NGN的一個組成部分，而且它和其它組成部分間的聯(lián)系比現(xiàn)在GSM網(wǎng)絡(luò)與其它網(wǎng)絡(luò)間的聯(lián)系要密切得多，軟交換技術(shù)在其中更是發(fā)揮了重要的粘合作用。
3G網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有WCDMA，cdma2000和TD-SCDMA三種制式，這些網(wǎng)絡(luò)均需要頻率同步，而對時間同步的要求則是不同的。在cdma2000和TD-SCDMA系統(tǒng)中，基站系統(tǒng)之間需要高精度的時間同步(優(yōu)于10μs)，因為在軟切換中，如果RNC和NodeB之間沒有時間同步，可能導(dǎo)致在選擇器中發(fā)生郵件指令不匹配，從而使通話連接不能建立起來。WCDMA系統(tǒng)自身在正常工作時不需要時間同步，但當(dāng)提供某些特殊業(yè)務(wù)，例如基于基站的高精度位置定位服務(wù)時，則需要各基站設(shè)備間的時間同步，而且是高精度(μs量級)的時間同步。
以WCDMA網(wǎng)絡(luò)為例，R99版本的網(wǎng)絡(luò)是基于ATM架構(gòu)定義的；在R4版本的網(wǎng)絡(luò)中，核心網(wǎng)將引入軟交換；在R5，R6版本的網(wǎng)絡(luò)中，核心網(wǎng)將逐步實現(xiàn)全I(xiàn)P化。3G網(wǎng)絡(luò)支持目前2G/2.5G網(wǎng)絡(luò)的所有業(yè)務(wù)和功能，同時能提供目前2G/2.5G網(wǎng)絡(luò)不支持的業(yè)務(wù)，如視頻電話、高速下載等。因此，3G網(wǎng)絡(luò)對同步的要求至少與2G/2.5G網(wǎng)絡(luò)相同，必須引起足夠的重視。在移動網(wǎng)絡(luò)還有一個比較突出的同步問題是基站同步問題，無論是2G/2.5G網(wǎng)絡(luò)還是3G網(wǎng)絡(luò)，均是必須面對和解決的問題，尤其是在移動網(wǎng)絡(luò)提供高速數(shù)據(jù)以及視頻等多媒體業(yè)務(wù)后。
六、其他與同步相關(guān)的問題
1.實時業(yè)務(wù)的QoS問題
眾所周知，話音等實時業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的時延抖動是有嚴(yán)格要求的。IP分組網(wǎng)絡(luò)一般只能提供盡量傳輸服務(wù)，也就是說，有可能會出現(xiàn)大量丟包現(xiàn)象，或者出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)擁塞，使其對網(wǎng)絡(luò)時延無法保證。然而，對于由分組網(wǎng)絡(luò)承載的語音等實時業(yè)務(wù)，其對滑動率的要求不低于目前基于電路交換提供的實時業(yè)務(wù)。因此，必須有某種機(jī)制來保證分組包內(nèi)實時業(yè)務(wù)信號的內(nèi)部同步，以滿足其QoS質(zhì)量要求，我們將這種實時業(yè)務(wù)信號的內(nèi)部同步稱之為媒體內(nèi)同步(Intra-media Synch ronisation)。為了實現(xiàn)媒體內(nèi)同步，一個重要的前提是實時業(yè)務(wù)的產(chǎn)生和接收處理設(shè)備必須實現(xiàn)網(wǎng)同步。
實驗結(jié)果表明，數(shù)據(jù)設(shè)備頻率同步性能的好壞將直接影響到數(shù)據(jù)接口的傳送效率，從而影響到業(yè)務(wù)的QoS性能，其對GE及更高速率的接口，這種影響更加明顯。因此，在下一代全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)中，需要對同步引起足夠的重視，將各種數(shù)據(jù)設(shè)備、路由設(shè)備、交換設(shè)備均接入同步工作，一方面能夠保其自身網(wǎng)絡(luò)高質(zhì)量、高效率地運(yùn)行，另一方面也能提高其對實時業(yè)務(wù)的支撐能力，更好地保證實時業(yè)務(wù)的QoS質(zhì)量。
2.網(wǎng)絡(luò)管理及網(wǎng)絡(luò)安全問題
隨著通信網(wǎng)向下一代網(wǎng)演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、業(yè)務(wù)種類、業(yè)務(wù)規(guī)模都得到了飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)管理也在向集中化、智能化方向發(fā)展。在新的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，如何提高網(wǎng)絡(luò)管理水平、保證網(wǎng)絡(luò)安全是一個不容忽視的問題。
高效可靠的網(wǎng)絡(luò)管理的重要標(biāo)志，就是能夠快速準(zhǔn)確地定位通信網(wǎng)中出現(xiàn)的各種故障類型和故障點。目前，故障定位的一般方法是，通過集中網(wǎng)管系統(tǒng)收集各網(wǎng)元設(shè)備的告警信息，將這些告警信息按時間排序，從而分析出故障的源頭及引起的后果。這種故障定位的前提是，產(chǎn)生這些告警信息的設(shè)備必須是時間同步的。另外一種更精度的故障定位方是No.7信令監(jiān)測系統(tǒng)，即在信令流量較大的STP節(jié)點設(shè)立信令采集點，用于監(jiān)測和分析網(wǎng)上信令流的動向。為避免因信令出現(xiàn)先后順序的錯誤而產(chǎn)生虛假信息，必須要求所有信令流的時間信息是準(zhǔn)確無誤的。因此，為了準(zhǔn)確及時地定位故障，為排除故障贏得時間，以保障通信網(wǎng)絡(luò)的安全，時間同步是必不可少的。
3.網(wǎng)絡(luò)間的互聯(lián)互通
前面已經(jīng)強(qiáng)調(diào)過，NGN是在繼承現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的基礎(chǔ)上實現(xiàn)的平滑過渡，NGN與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)將在很長時間內(nèi)并存，因此必然存在NGN與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通問題。
現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)以高質(zhì)量的數(shù)字同步網(wǎng)作為支撐，為了保證NGN與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能夠成功實現(xiàn)互聯(lián)互通，保證全程全網(wǎng)的性能指標(biāo)，NGN也必須保持網(wǎng)絡(luò)同步運(yùn)行，組建自身的同步支撐系統(tǒng)。
4.新業(yè)務(wù)對同步的要求
NGN網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，極大地豐富了業(yè)務(wù)的類型。在這些業(yè)務(wù)中，有些業(yè)務(wù)對時間同步或頻率同步有相當(dāng)高的要求，比如位置定位、高速數(shù)據(jù)、實時圖像、電子商務(wù)等。
位置定位服務(wù)是由移動網(wǎng)絡(luò)提供的，位置定位的精度直接與各移動基站時間同步的精度相關(guān)。一般來說，若各基站之間時間同步的誤差在1μs，則位置定位的精度大約在百米左右。對于一般數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)，一次滑動；奇造成突發(fā)誤碼和圖像失真，由于高速數(shù)據(jù)和實時圖像對滑動更加敏感，因此其對滑動指標(biāo)應(yīng)該有更嚴(yán)格的限制。安全保證是實現(xiàn)電子商務(wù)的基礎(chǔ)，其中一個有效的解決方法是采用“時間戳”。這就需要網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點都實現(xiàn)時間同步。另外，在各種政務(wù)和商務(wù)文件中，時間也是十分重要的信息。譬如，在電子文件中，可以通過數(shù)字時間戳服務(wù)(DTS：Digital Time-stamp Service)對文件進(jìn)行安全保護(hù)。
七、結(jié)束語
同步網(wǎng)是通信網(wǎng)的支撐網(wǎng)，雖然現(xiàn)在我們已經(jīng)認(rèn)同全網(wǎng)的頻率同步是保證網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量的關(guān)鍵，尤其在對于基于電路交換的網(wǎng)絡(luò)。但在當(dāng)初組建PSTN網(wǎng)時，由于未對交換機(jī)設(shè)備時鐘提出要求，在組網(wǎng)方面已走過彎路�，F(xiàn)在，我們知道在下一代網(wǎng)絡(luò)中，全網(wǎng)不但仍需要高質(zhì)量的頻率同步，而且還需要考慮頻率同步，在組網(wǎng)時應(yīng)該吸取PSTN網(wǎng)絡(luò)建設(shè)經(jīng)驗，不能再走彎路。因此，組建NGN必須以頻率同步網(wǎng)和時間同步網(wǎng)為支撐，而且需要考慮如何接入同步運(yùn)行的問題，例如規(guī)范相關(guān)設(shè)備的頻率同步和時間同步輸入接口等。另外，NGN對頻率同步和時間同步的具體要求仍是需要進(jìn)一步研究的課題。
泰爾網(wǎng)