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)老的話題：電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、計(jì)算機(jī)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(shì)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(shè)想。由于電信網(wǎng)、廣播電視（主要是有線電視）網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)是在不同時(shí)期產(chǎn)生和發(fā)展起來的，因此這三大網(wǎng)絡(luò)采用的技術(shù)方案和標(biāo)準(zhǔn)都帶有濃烈的時(shí)代標(biāo)記。然而用戶對(duì)于綜合信息的需求越來越明確，通過相對(duì)一致而簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)得到更多內(nèi)容和種類的服務(wù)，已經(jīng)成為對(duì)網(wǎng)絡(luò)的基本要求。如此看來，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(biāo)是對(duì)獨(dú)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)融合過程中很少涉及到網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，主要依賴于已經(jīng)成熟的技術(shù)，不注重技術(shù)和理論的基礎(chǔ)問題，受商業(yè)驅(qū)動(dòng)程度較大，將融合成果盡快投入工程應(yīng)用的需求迫切。
。。在三網(wǎng)融合的過程中，四項(xiàng)技術(shù)的作用至關(guān)重要。數(shù)字技術(shù)將不同物理信號(hào)統(tǒng)一為二進(jìn)制比特流，在信息的傳輸、交換、選路和處理過程中已經(jīng)實(shí)現(xiàn)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(tái)；軟件技術(shù)使得三大網(wǎng)絡(luò)及其終端都能通過軟件變更支持各種用戶所需的特性、功能和業(yè)務(wù)；通信協(xié)議工程研究首先提出“實(shí)現(xiàn)大量異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連互通”的目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)了以TCP/IP協(xié)議為代表的跨平臺(tái)應(yīng)用的協(xié)議。這四項(xiàng)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(biāo)可以歸納為：傳輸技術(shù)趨向一致，網(wǎng)絡(luò)層面實(shí)現(xiàn)互連互通，業(yè)務(wù)層上互相交叉，應(yīng)用層上趨向使用統(tǒng)一的協(xié)議與應(yīng)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(gòu)成。
。。在傳輸通信層，融合網(wǎng)絡(luò)主要依賴于光核心傳輸網(wǎng)絡(luò)和以電路交換和分組交換結(jié)合的光電交換，采用多種技術(shù)手段構(gòu)成三網(wǎng)融合的傳輸平臺(tái)，主要應(yīng)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(dá)到Tbps級(jí)的DWDM系統(tǒng)，目前已經(jīng)投入商用的DWDM系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)3Tbps，可達(dá)10Tbps速率的系統(tǒng)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(xiàn)有的構(gòu)成，光纖同軸電纜混合網(wǎng)(HFC)、數(shù)字雙絞線（DSL）網(wǎng)絡(luò)、PSTN、ISDN、以太網(wǎng)等各種接入方式將繼續(xù)保留。三網(wǎng)的核心部分走向一致，進(jìn)行相對(duì)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳輸。
。。網(wǎng)絡(luò)邊緣部分是融合網(wǎng)絡(luò)對(duì)多種業(yè)務(wù)支持能力的最明顯的體現(xiàn)。三網(wǎng)邊緣部分將逐漸走向融合。邊緣網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行整形、匯聚和初步的分析，然后將處理后的數(shù)據(jù)提交核心網(wǎng)絡(luò)傳輸。邊緣網(wǎng)絡(luò)要區(qū)分不同業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)流特性，對(duì)不同的數(shù)據(jù)流采取不同的策略，有可能需要實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)編碼格式，實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)格式向統(tǒng)一格式的映射。邊緣網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將越來越靠近網(wǎng)絡(luò)用戶。邊緣網(wǎng)絡(luò)的融合會(huì)對(duì)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(kuò)展性能較差的接入網(wǎng)將自身的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)移到其他接入網(wǎng)上，這樣可以滿足多種業(yè)務(wù)接入要求的接入網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)成集成的接入平臺(tái)。
。。隨著接入網(wǎng)絡(luò)數(shù)量的減少和接入網(wǎng)承擔(dān)業(yè)務(wù)的增加，用戶端需要設(shè)立專門設(shè)備負(fù)責(zé)不同終端與同一接入網(wǎng)絡(luò)之間的通信。這類設(shè)備與眾多用戶終端構(gòu)成星形拓?fù)�，并在拓�(fù)渲邪缪葜行墓?jié)點(diǎn)角色。這個(gè)節(jié)點(diǎn)的形成也是構(gòu)建家庭智能網(wǎng)絡(luò)的必然結(jié)果。用戶中心節(jié)點(diǎn)的設(shè)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(duì)用戶端設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的管理控制。用戶終端設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)互相集成的現(xiàn)象。如果用戶節(jié)點(diǎn)的功能得到充分的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，那么有可能部分甚至全部地替代網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備，從而將網(wǎng)絡(luò)邊緣擴(kuò)展到用戶家中或辦公室中。
利用IP互連互通的理念
。。以Internet為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)目前多進(jìn)行無連接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，電信網(wǎng)絡(luò)多進(jìn)行有連接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，廣播電視網(wǎng)絡(luò)則是規(guī)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(gòu)的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。IP技術(shù)的最初目的就是實(shí)現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的互連互通。中間網(wǎng)絡(luò)層采用IP技術(shù)可以順利地對(duì)多種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、多種軟硬件環(huán)境、多種通信協(xié)議進(jìn)行集成、綜合、統(tǒng)一，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行綜合調(diào)度和管理。
。。IP協(xié)議在多樣的物理介質(zhì)與多樣的應(yīng)用需求之間建立了簡(jiǎn)單而統(tǒng)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(jié)構(gòu)，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(jí)。由于IP技術(shù)在安全性和用戶管理方面的缺陷在三網(wǎng)融合過程當(dāng)中還不構(gòu)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)行話音、視頻等業(yè)務(wù)的傳輸已經(jīng)取得了相當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)，賦予多種介質(zhì)支持IP數(shù)據(jù)的能力。IP數(shù)據(jù)在ATM、SDH以及DWDM技術(shù)上的傳輸以及IP與MPEG、ITU-T G.729A（話音數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)）等標(biāo)準(zhǔn)之間的兼容等問題經(jīng)過若干年的研究已經(jīng)取得很多成果。
。。IP的服務(wù)質(zhì)量控制的難度也隨著業(yè)務(wù)種類的增加和業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)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電話時(shí)延有時(shí)達(dá)到100ms，實(shí)時(shí)多媒體應(yīng)用還不成熟）。如何降低時(shí)延和抖動(dòng)是當(dāng)前需要解決的一個(gè)熱點(diǎn)問題。很多人把網(wǎng)絡(luò)協(xié)議研究與網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)以及資源調(diào)度算法統(tǒng)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電視（HFC）接入網(wǎng)絡(luò)的改造中表現(xiàn)得非常明顯。引入數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)
后，HFC網(wǎng)絡(luò)的前端除了播放原有的電視節(jié)目之外還需要承擔(dān)起類似局域網(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(shù)據(jù)通信的標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)雖然著眼點(diǎn)不完全相同，但是都把資源調(diào)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(jí)的FIFO調(diào)度算法應(yīng)用于DOCSIS
1.0上取得了較好的效果。1999年，臺(tái)灣成功大學(xué)的Shiann-Tsong和Meng-Hong Chen在IEEE 802.14標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上引入了智能節(jié)點(diǎn)的概念，解決了當(dāng)HFC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)量大幅度增加后的雙向數(shù)據(jù)通信問題。臺(tái)灣大學(xué)的Fong-Hao
Liu等人借鑒了計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)當(dāng)中的通信協(xié)議，為以HFC網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)設(shè)計(jì)了多優(yōu)先級(jí)多通道協(xié)議，有助于提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)性能。類似的研究成果還有很多。DOCSIS和DVB等標(biāo)準(zhǔn)的推出使得數(shù)字化的語音以及更普遍的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)可以通過HFC網(wǎng)絡(luò)開展。1996年開始，陸續(xù)有國家將上述成果實(shí)現(xiàn)商用，我國也進(jìn)行過類似的試驗(yàn)。
。。另外，網(wǎng)絡(luò)管理與控制、對(duì)IP協(xié)議在安全性方面的改進(jìn)等也是三網(wǎng)融合過程中需要解決的問題。
融合的演進(jìn)策略及選擇
。。演進(jìn)策略在網(wǎng)絡(luò)融合過程中的角色非常重要。朗訊公司甚至認(rèn)為演進(jìn)策略比技術(shù)研究更難以確定，參見圖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?jiān)谙鄬?duì)寬松的規(guī)范下獨(dú)立發(fā)展電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過特定的技術(shù)構(gòu)建三網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可以互連、互通、互操作的平臺(tái)，完成信令和路由信息的轉(zhuǎn)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)上以類似信令機(jī)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，并且采用開放的體系結(jié)構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)的接口，使得應(yīng)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(yùn)營商實(shí)現(xiàn)不同設(shè)備的兼容，加速了新業(yè)務(wù)的開發(fā)和部署。不過，軟交換技術(shù)的應(yīng)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(jié)點(diǎn)融合為切入點(diǎn)，主張三網(wǎng)的邊緣網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)逐步集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)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(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)綜合的信息通信，用統(tǒng)一的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。
。。軟交換較多地考慮到了工程實(shí)際，不期望通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的融合和功能的增強(qiáng)實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)融合，而是建立三網(wǎng)間控制信息傳遞的平臺(tái)，允許網(wǎng)絡(luò)在各種介質(zhì)之間透明地分配業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)融合演進(jìn)策略體現(xiàn)了綜合信息通信的趨勢(shì)，并與邊緣網(wǎng)絡(luò)的融合及接入網(wǎng)的分布緊密結(jié)合，具體實(shí)施中一般利用PC、小型機(jī)或陣列的計(jì)算能力進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，網(wǎng)絡(luò)處理器（Network Processor）就屬于這一類。
。。三網(wǎng)融合不僅在工程應(yīng)用方面實(shí)現(xiàn)了綜合業(yè)務(wù)服務(wù)，而且也為未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)所必需的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、數(shù)字編碼標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)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(chǔ)設(shè)施)稱為“計(jì)算機(jī)、電信和廣播三種技術(shù)融合的中心”，并在此基礎(chǔ)上展開了對(duì)下一代網(wǎng)絡(luò)的研究。
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