IP領(lǐng)跑“三網(wǎng)合一”
林闖 程鵬 2002/06/13
。。在中國通信產(chǎn)業(yè)重組、中國電信與中國網(wǎng)通正式掛牌之際，人們又有了一個(gè)新的希冀，同時(shí)重新思考一個(gè)老的話(huà)題：電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、計算機網(wǎng)的融合與演進(jìn)的技術(shù)策略，而一個(gè)更明顯的趨勢是——
業(yè)務(wù)整合是關(guān)鍵
。。十多年前，人們就提出了三網(wǎng)合一的設想。由于電信網(wǎng)、廣播電視（主要是有線(xiàn)電視）網(wǎng)、計算機網(wǎng)是在不同時(shí)期產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，因此這三大網(wǎng)絡(luò )采用的技術(shù)方案和標準都帶有濃烈的時(shí)代標記。然而用戶(hù)對于綜合信息的需求越來(lái)越明確，通過(guò)相對一致而簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )得到更多內容和種類(lèi)的服務(wù)，已經(jīng)成為對網(wǎng)絡(luò )的基本要求。如此看來(lái)，三網(wǎng)融合是必然的，但卻不是一帆風(fēng)順的。
。。三網(wǎng)融合的目標是對獨立存在的三網(wǎng)在業(yè)務(wù)上進(jìn)行整合。與下一代網(wǎng)絡(luò )等概念相比，三網(wǎng)融合過(guò)程中很少涉及到網(wǎng)絡(luò )體系結構的改進(jìn)，主要依賴(lài)于已經(jīng)成熟的技術(shù)，不注重技術(shù)和理論的基礎問(wèn)題，受商業(yè)驅動(dòng)程度較大，將融合成果盡快投入工程應用的需求迫切。
。。在三網(wǎng)融合的過(guò)程中，四項技術(shù)的作用至關(guān)重要。數字技術(shù)將不同物理信號統一為二進(jìn)制比特流，在信息的傳輸、交換、選路和處理過(guò)程中已經(jīng)實(shí)現了融合；光通信技術(shù)提供了通信必需的理想帶寬，降低了傳輸成本，具備了融合的傳輸平臺；軟件技術(shù)使得三大網(wǎng)絡(luò )及其終端都能通過(guò)軟件變更支持各種用戶(hù)所需的特性、功能和業(yè)務(wù)；通信協(xié)議工程研究首先提出“實(shí)現大量異構網(wǎng)絡(luò )互連互通”的目標，從而實(shí)現了以TCP/IP協(xié)議為代表的跨平臺應用的協(xié)議。這四項技術(shù)為網(wǎng)絡(luò )融合提供了技術(shù)支持。
三個(gè)層次三種走向
。。在網(wǎng)絡(luò )的不同層次，融合目標可以歸納為：傳輸技術(shù)趨向一致，網(wǎng)絡(luò )層面實(shí)現互連互通，業(yè)務(wù)層上互相交叉，應用層上趨向使用統一的協(xié)議與應用軟件。傳輸通信層和中間網(wǎng)絡(luò )層是融合主要進(jìn)行的層次。圖1為融合網(wǎng)絡(luò )的基本構成。
。。在傳輸通信層，融合網(wǎng)絡(luò )主要依賴(lài)于光核心傳輸網(wǎng)絡(luò )和以電路交換和分組交換結合的光電交換，采用多種技術(shù)手段構成三網(wǎng)融合的傳輸平臺，主要應用SDH/DWDM(高密度多工波分器)、MPLS/GMPLS技術(shù)（2000年，朗訊、富士通、NEC等公司紛紛推出了傳輸速率達到Tbps級的DWDM系統，目前已經(jīng)投入商用的DWDM系統可以實(shí)現3Tbps，可達10Tbps速率的系統正在研制中）；邊緣網(wǎng)絡(luò )主要采用ATM、幀中繼等技術(shù)；接入網(wǎng)絡(luò )則在很大程度上保留現有的構成，光纖同軸電纜混合網(wǎng)(HFC)、數字雙絞線(xiàn)（DSL）網(wǎng)絡(luò )、PSTN、ISDN、以太網(wǎng)等各種接入方式將繼續保留。三網(wǎng)的核心部分走向一致，進(jìn)行相對簡(jiǎn)單的數據傳輸。
。。網(wǎng)絡(luò )邊緣部分是融合網(wǎng)絡(luò )對多種業(yè)務(wù)支持能力的最明顯的體現。三網(wǎng)邊緣部分將逐漸走向融合。邊緣網(wǎng)絡(luò )對用戶(hù)數據進(jìn)行整形、匯聚和初步的分析，然后將處理后的數據提交核心網(wǎng)絡(luò )傳輸。邊緣網(wǎng)絡(luò )要區分不同業(yè)務(wù)的數據流特性，對不同的數據流采取不同的策略，有可能需要實(shí)現統一的數據編碼格式，實(shí)現不同數據格式向統一格式的映射。邊緣網(wǎng)絡(luò )設備將越來(lái)越靠近網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)。邊緣網(wǎng)絡(luò )的融合會(huì )對共存的多種接入網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生影響，迫使那些帶寬較窄、擴展性能較差的接入網(wǎng)將自身的業(yè)務(wù)轉移到其他接入網(wǎng)上，這樣可以滿(mǎn)足多種業(yè)務(wù)接入要求的接入網(wǎng)絡(luò )將構成集成的接入平臺。
。。隨著(zhù)接入網(wǎng)絡(luò )數量的減少和接入網(wǎng)承擔業(yè)務(wù)的增加，用戶(hù)端需要設立專(zhuān)門(mén)設備負責不同終端與同一接入網(wǎng)絡(luò )之間的通信。這類(lèi)設備與眾多用戶(hù)終端構成星形拓撲，并在拓撲中扮演中心節點(diǎn)角色。這個(gè)節點(diǎn)的形成也是構建家庭智能網(wǎng)絡(luò )的必然結果。用戶(hù)中心節點(diǎn)的設立使得網(wǎng)絡(luò )可以方便地引入新終端、生成和部署新業(yè)務(wù)，并對用戶(hù)端設備進(jìn)行統一的管理控制。用戶(hù)終端設備也會(huì )出現互相集成的現象。如果用戶(hù)節點(diǎn)的功能得到充分的設計和實(shí)現，那么有可能部分甚至全部地替代網(wǎng)絡(luò )邊緣設備，從而將網(wǎng)絡(luò )邊緣擴展到用戶(hù)家中或辦公室中。
利用IP互連互通的理念
。。以Internet為代表的計算機網(wǎng)絡(luò )目前多進(jìn)行無(wú)連接的點(diǎn)對點(diǎn)通信，電信網(wǎng)絡(luò )多進(jìn)行有連接的點(diǎn)對點(diǎn)通信，廣播電視網(wǎng)絡(luò )則是規范的有連接廣播通信。融合網(wǎng)絡(luò )必須很好地包容這些特性。
。。IP技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在三網(wǎng)融合的過(guò)程中可以得到充分的發(fā)揮。三網(wǎng)融合形成的網(wǎng)絡(luò )是龐大的局部之間異構的復雜網(wǎng)絡(luò )。IP技術(shù)的最初目的就是實(shí)現異構系統的互連互通。中間網(wǎng)絡(luò )層采用IP技術(shù)可以順利地對多種業(yè)務(wù)數據、多種軟硬件環(huán)境、多種通信協(xié)議進(jìn)行集成、綜合、統一，對網(wǎng)絡(luò )資源進(jìn)行綜合調度和管理。
。。IP協(xié)議在多樣的物理介質(zhì)與多樣的應用需求之間建立了簡(jiǎn)單而統一的映射方法。這樣形成的融合網(wǎng)絡(luò )具有沙漏型的體系結構，如圖2所示，可以靈活地進(jìn)行業(yè)務(wù)的配置和物理網(wǎng)絡(luò )的升級。由于IP技術(shù)在安全性和用戶(hù)管理方面的缺陷在三網(wǎng)融合過(guò)程當中還不構成大的障礙，因此基于IP進(jìn)行三網(wǎng)融合幾乎是必然的選擇。
。。使用IP技術(shù)進(jìn)行話(huà)音、視頻等業(yè)務(wù)的傳輸已經(jīng)取得了相當好的成果。VoIP已經(jīng)非常普及。
融合的技術(shù)難題
。。然而，基于IP技術(shù)的三網(wǎng)融合仍有許多問(wèn)題需要解決，目前主要集中在傳輸網(wǎng)絡(luò )層和中間網(wǎng)絡(luò )層。首先需要建立一系列傳輸協(xié)議和標準，賦予多種介質(zhì)支持IP數據的能力。IP數據在A(yíng)TM、SDH以及DWDM技術(shù)上的傳輸以及IP與MPEG、ITU-T G.729A（話(huà)音數字編碼標準）等標準之間的兼容等問(wèn)題經(jīng)過(guò)若干年的研究已經(jīng)取得很多成果。
。。IP的服務(wù)質(zhì)量控制的難度也隨著(zhù)業(yè)務(wù)種類(lèi)的增加和業(yè)務(wù)統計特性的差異而增大，尤其是實(shí)時(shí)交互業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量（IP電話(huà)時(shí)延有時(shí)達到100ms，實(shí)時(shí)多媒體應用還不成熟）。如何降低時(shí)延和抖動(dòng)是當前需要解決的一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題。很多人把網(wǎng)絡(luò )協(xié)議研究與網(wǎng)絡(luò )體系結構以及資源調度算法統籌進(jìn)行考慮，得到了不少的研究成果。
。。這方面的工作在有線(xiàn)電視（HFC）接入網(wǎng)絡(luò )的改造中表現得非常明顯。引入數據業(yè)務(wù)
后，HFC網(wǎng)絡(luò )的前端除了播放原有的電視節目之外還需要承擔起類(lèi)似局域網(wǎng)服務(wù)器和路由器的功能。1994年以后的幾年里，IEEE、MCNS
(Multimedia Cable Network System Partners)、DVB（Digital Video Broadcast）和DAVIC（Digital
Audio-Visual Council）等組織先后制定了在HFC上進(jìn)行數據通信的標準。這些標準雖然著(zhù)眼點(diǎn)不完全相同，但是都把資源調度、網(wǎng)絡(luò )管理引入到HFC網(wǎng)絡(luò )中。英國謝菲爾德大學(xué)的研究人員將有優(yōu)先級的FIFO調度算法應用于DOCSIS
1.0上取得了較好的效果。1999年，臺灣成功大學(xué)的Shiann-Tsong和Meng-Hong Chen在IEEE 802.14標準的基礎上引入了智能節點(diǎn)的概念，解決了當HFC網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)數量大幅度增加后的雙向數據通信問(wèn)題。臺灣大學(xué)的Fong-Hao
Liu等人借鑒了計算機局域網(wǎng)當中的通信協(xié)議，為以HFC網(wǎng)絡(luò )為基礎的數據通信網(wǎng)設計了多優(yōu)先級多通道協(xié)議，有助于提高網(wǎng)絡(luò )的服務(wù)性能。類(lèi)似的研究成果還有很多。DOCSIS和DVB等標準的推出使得數字化的語(yǔ)音以及更普遍的網(wǎng)絡(luò )數據服務(wù)可以通過(guò)HFC網(wǎng)絡(luò )開(kāi)展。1996年開(kāi)始，陸續有國家將上述成果實(shí)現商用，我國也進(jìn)行過(guò)類(lèi)似的試驗。
。。另外，網(wǎng)絡(luò )管理與控制、對IP協(xié)議在安全性方面的改進(jìn)等也是三網(wǎng)融合過(guò)程中需要解決的問(wèn)題。
融合的演進(jìn)策略及選擇
。。演進(jìn)策略在網(wǎng)絡(luò )融合過(guò)程中的角色非常重要。朗訊公司甚至認為演進(jìn)策略比技術(shù)研究更難以確定，參見(jiàn)圖3。
。。目前的融合網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)策略可分為兩種:第一種是以軟交換為核心的重疊演進(jìn)策略。重疊演進(jìn)策略主張在相對寬松的規范下獨立發(fā)展電信網(wǎng)絡(luò )、有線(xiàn)電視網(wǎng)絡(luò )和計算機網(wǎng)絡(luò )，通過(guò)特定的技術(shù)構建三網(wǎng)節點(diǎn)可以互連、互通、互操作的平臺，完成信令和路由信息的轉換與集成。在VoIP等業(yè)務(wù)中，軟交換已經(jīng)發(fā)揮了很大的作用。軟交換在IP網(wǎng)絡(luò )上以類(lèi)似信令機制的方式提供呼叫控制、連接控制、網(wǎng)關(guān)接入、帶寬管理、選路等功能，并且采用開(kāi)放的體系結構和標準的接口，使得應用層和中間網(wǎng)絡(luò )層與底層的硬件分離，允許網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商實(shí)現不同設備的兼容，加速了新業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)和部署。不過(guò)，軟交換技術(shù)的應用目前還局限在某些業(yè)務(wù)中。
。。另外一種演進(jìn)策略以節點(diǎn)融合為切入點(diǎn)，主張三網(wǎng)的邊緣網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)逐步集成，實(shí)現對各種業(yè)務(wù)數據的綜合處理和傳輸；同時(shí)，本已非常相似的核心網(wǎng)絡(luò )將更加走向一致。這種策略要求用一個(gè)統一的網(wǎng)絡(luò )實(shí)現綜合的信息通信，用統一的協(xié)議標準對不同的業(yè)務(wù)數據進(jìn)行傳輸。
。。軟交換較多地考慮到了工程實(shí)際，不期望通過(guò)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)的融合和功能的增強實(shí)現三網(wǎng)融合，而是建立三網(wǎng)間控制信息傳遞的平臺，允許網(wǎng)絡(luò )在各種介質(zhì)之間透明地分配業(yè)務(wù)數據。節點(diǎn)融合演進(jìn)策略體現了綜合信息通信的趨勢，并與邊緣網(wǎng)絡(luò )的融合及接入網(wǎng)的分布緊密結合，具體實(shí)施中一般利用PC、小型機或陣列的計算能力進(jìn)行數據處理，網(wǎng)絡(luò )處理器（Network Processor）就屬于這一類(lèi)。
。。三網(wǎng)融合不僅在工程應用方面實(shí)現了綜合業(yè)務(wù)服務(wù)，而且也為未來(lái)網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)所必需的網(wǎng)絡(luò )體系結構、數字編碼標準以及網(wǎng)絡(luò )協(xié)議工程和網(wǎng)絡(luò )行為學(xué)的研究提供試驗環(huán)境，促成廣義的信息通信網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域理論研究體系的建立。ITU進(jìn)行的下一代網(wǎng)絡(luò )研究中已明確把GII(全球信息基礎設施)稱(chēng)為“計算機、電信和廣播三種技術(shù)融合的中心”，并在此基礎上展開(kāi)了對下一代網(wǎng)絡(luò )的研究。
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