IP領跑“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，人們又有了一個新的希冀，同時重新思考一個老的話題：電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、計算機網(wǎng)的融合與演進的技術策略，而一個更明顯的趨勢是——
業(yè)務整合是關鍵
。。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（主要是有線電視）網(wǎng)、計算機網(wǎng)是在不同時期產(chǎn)生和發(fā)展起來的，因此這三大網(wǎng)絡采用的技術方案和標準都帶有濃烈的時代標記。然而用戶對于綜合信息的需求越來越明確，通過相對一致而簡單的網(wǎng)絡得到更多內(nèi)容和種類的服務，已經(jīng)成為對網(wǎng)絡的基本要求。如此看來，三網(wǎng)融合是必然的，但卻不是一帆風順的。
。。三網(wǎng)融合的目標是對獨立存在的三網(wǎng)在業(yè)務上進行整合。與下一代網(wǎng)絡等概念相比，三網(wǎng)融合過程中很少涉及到網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)的改進，主要依賴于已經(jīng)成熟的技術，不注重技術和理論的基礎問題，受商業(yè)驅(qū)動程度較大，將融合成果盡快投入工程應用的需求迫切。
。。在三網(wǎng)融合的過程中，四項技術的作用至關重要。數(shù)字技術將不同物理信號統(tǒng)一為二進制比特流，在信息的傳輸、交換、選路和處理過程中已經(jīng)實現(xiàn)了融合；光通信技術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；軟件技術使得三大網(wǎng)絡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；通信協(xié)議工程研究首先提出“實現(xiàn)大量異構(gòu)網(wǎng)絡互連互通”的目標，從而實現(xiàn)了以TCP/IP協(xié)議為代表的跨平臺應用的協(xié)議。這四項技術為網(wǎng)絡融合提供了技術支持。
三個層次三種走向
。。在網(wǎng)絡的不同層次，融合目標可以歸納為：傳輸技術趨向一致，網(wǎng)絡層面實現(xiàn)互連互通，業(yè)務層上互相交叉，應用層上趨向使用統(tǒng)一的協(xié)議與應用軟件。傳輸通信層和中間網(wǎng)絡層是融合主要進行的層次。圖1為融合網(wǎng)絡的基本構(gòu)成。
。。在傳輸通信層，融合網(wǎng)絡主要依賴于光核心傳輸網(wǎng)絡和以電路交換和分組交換結(jié)合的光電交換，采用多種技術手段構(gòu)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（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(tǒng)，目前已經(jīng)投入商用的DWDM系統(tǒng)可以實現(xiàn)3Tbps，可達10Tbps速率的系統(tǒng)正在研制中）；邊緣網(wǎng)絡主要采用ATM、幀中繼等技術；接入網(wǎng)絡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、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，進行相對簡單的數(shù)據(jù)傳輸。
。。網(wǎng)絡邊緣部分是融合網(wǎng)絡對多種業(yè)務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)絡對用戶數(shù)據(jù)進行整形、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)絡傳輸。邊緣網(wǎng)絡要區(qū)分不同業(yè)務的數(shù)據(jù)流特性，對不同的數(shù)據(jù)流采取不同的策略，有可能需要實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)編碼格式，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)格式向統(tǒng)一格式的映射。邊緣網(wǎng)絡設備將越來越靠近網(wǎng)絡用戶。邊緣網(wǎng)絡的融合會對共存的多種接入網(wǎng)絡產(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)務轉(zhuǎn)移到其他接入網(wǎng)上，這樣可以滿足多種業(yè)務接入要求的接入網(wǎng)絡將構(gòu)成集成的接入平臺。
。。隨著接入網(wǎng)絡數(shù)量的減少和接入網(wǎng)承擔業(yè)務的增加，用戶端需要設立專門設備負責不同終端與同一接入網(wǎng)絡之間的通信。這類設備與眾多用戶終端構(gòu)成星形拓撲，并在拓撲中扮演中心節(jié)點角色。這個節(jié)點的形成也是構(gòu)建家庭智能網(wǎng)絡的必然結(jié)果。用戶中心節(jié)點的設立使得網(wǎng)絡可以方便地引入新終端、生成和部署新業(yè)務，并對用戶端設備進行統(tǒng)一的管理控制。用戶終端設備也會出現(xiàn)互相集成的現(xiàn)象。如果用戶節(jié)點的功能得到充分的設計和實現(xiàn)，那么有可能部分甚至全部地替代網(wǎng)絡邊緣設備，從而將網(wǎng)絡邊緣擴展到用戶家中或辦公室中。
利用IP互連互通的理念
。。以Internet為代表的計算機網(wǎng)絡目前多進行無連接的點對點通信，電信網(wǎng)絡多進行有連接的點對點通信，廣播電視網(wǎng)絡則是規(guī)范的有連接廣播通信。融合網(wǎng)絡必須很好地包容這些特性。
。。IP技術的優(yōu)點在三網(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)絡是龐大的局部之間異構(gòu)的復雜網(wǎng)絡。IP技術的最初目的就是實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的互連互通。中間網(wǎng)絡層采用IP技術可以順利地對多種業(yè)務數(shù)據(jù)、多種軟硬件環(huán)境、多種通信協(xié)議進行集成、綜合、統(tǒng)一，對網(wǎng)絡資源進行綜合調(diào)度和管理。
。。IP協(xié)議在多樣的物理介質(zhì)與多樣的應用需求之間建立了簡單而統(tǒng)一的映射方法。這樣形成的融合網(wǎng)絡具有沙漏型的體系結(jié)構(gòu)，如圖2所示，可以靈活地進行業(yè)務的配置和物理網(wǎng)絡的升級。由于IP技術在安全性和用戶管理方面的缺陷在三網(wǎng)融合過程當中還不構(gòu)成大的障礙，因此基于IP進行三網(wǎng)融合幾乎是必然的選擇。
。。使用IP技術進行話音、視頻等業(yè)務的傳輸已經(jīng)取得了相當好的成果。VoIP已經(jīng)非常普及。
融合的技術難題
。。然而，基于IP技術的三網(wǎng)融合仍有許多問題需要解決，目前主要集中在傳輸網(wǎng)絡層和中間網(wǎng)絡層。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(shù)據(jù)的能力。IP數(shù)據(jù)在ATM、SDH以及DWDM技術上的傳輸以及IP與MPEG、ITU-T G.729A（話音數(shù)字編碼標準）等標準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的服務質(zhì)量控制的難度也隨著業(yè)務種類的增加和業(yè)務統(tǒng)計特性的差異而增大，尤其是實時交互業(yè)務的服務質(zhì)量（IP電話時延有時達到100ms，實時多媒體應用還不成熟）。如何降低時延和抖動是當前需要解決的一個熱點問題。很多人把網(wǎng)絡協(xié)議研究與網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)以及資源調(diào)度算法統(tǒng)籌進行考慮，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)絡的改造中表現(xiàn)得非常明顯。引入數(shù)據(jù)業(yè)務
后，HFC網(wǎng)絡的前端除了播放原有的電視節(jié)目之外還需要承擔起類似局域網(wǎng)服務器和路由器的功能。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上進行數(shù)據(jù)通信的標準。這些標準雖然著眼點不完全相同，但是都把資源調(diào)度、網(wǎng)絡管理引入到HFC網(wǎng)絡中。英國謝菲爾德大學的研究人員將有優(yōu)先級的FIFO調(diào)度算法應用于DOCSIS
1.0上取得了較好的效果。1999年，臺灣成功大學的Shiann-Tsong和Meng-Hong Chen在IEEE 802.14標準的基礎上引入了智能節(jié)點的概念，解決了當HFC網(wǎng)絡節(jié)點數(shù)量大幅度增加后的雙向數(shù)據(jù)通信問題。臺灣大學的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)絡為基礎的數(shù)據(jù)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)絡的服務性能。類似的研究成果還有很多。DOCSIS和DVB等標準的推出使得數(shù)字化的語音以及更普遍的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)服務可以通過HFC網(wǎng)絡開展。1996年開始，陸續(xù)有國家將上述成果實現(xiàn)商用，我國也進行過類似的試驗。
。。另外，網(wǎng)絡管理與控制、對IP協(xié)議在安全性方面的改進等也是三網(wǎng)融合過程中需要解決的問題。
融合的演進策略及選擇
。。演進策略在網(wǎng)絡融合過程中的角色非常重要。朗訊公司甚至認為演進策略比技術研究更難以確定，參見圖3。
。。目前的融合網(wǎng)絡演進策略可分為兩種:第一種是以軟交換為核心的重疊演進策略。重疊演進策略主張在相對寬松的規(guī)范下獨立發(fā)展電信網(wǎng)絡、有線電視網(wǎng)絡和計算機網(wǎng)絡，通過特定的技術構(gòu)建三網(wǎng)節(jié)點可以互連、互通、互操作的平臺，完成信令和路由信息的轉(zhuǎn)換與集成。在VoIP等業(yè)務中，軟交換已經(jīng)發(fā)揮了很大的作用。軟交換在IP網(wǎng)絡上以類似信令機制的方式提供呼叫控制、連接控制、網(wǎng)關接入、帶寬管理、選路等功能，并且采用開放的體系結(jié)構(gòu)和標準的接口，使得應用層和中間網(wǎng)絡層與底層的硬件分離，允許網(wǎng)絡運營商實現(xiàn)不同設備的兼容，加速了新業(yè)務的開發(fā)和部署。不過，軟交換技術的應用目前還局限在某些業(yè)務中。
。。另外一種演進策略以節(jié)點融合為切入點，主張三網(wǎng)的邊緣網(wǎng)絡節(jié)點逐步集成，實現(xiàn)對各種業(yè)務數(shù)據(jù)的綜合處理和傳輸；同時，本已非常相似的核心網(wǎng)絡將更加走向一致。這種策略要求用一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡實現(xiàn)綜合的信息通信，用統(tǒng)一的協(xié)議標準對不同的業(yè)務數(shù)據(jù)進行傳輸。
。。軟交換較多地考慮到了工程實際，不期望通過網(wǎng)絡節(jié)點的融合和功能的增強實現(xiàn)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)絡在各種介質(zhì)之間透明地分配業(yè)務數(shù)據(jù)。節(jié)點融合演進策略體現(xiàn)了綜合信息通信的趨勢，并與邊緣網(wǎng)絡的融合及接入網(wǎng)的分布緊密結(jié)合，具體實施中一般利用PC、小型機或陣列的計算能力進行數(shù)據(jù)處理，網(wǎng)絡處理器（Network Processor）就屬于這一類。
。。三網(wǎng)融合不僅在工程應用方面實現(xiàn)了綜合業(yè)務服務，而且也為未來網(wǎng)絡演進所必需的網(wǎng)絡體系結(jié)構(gòu)、數(shù)字編碼標準以及網(wǎng)絡協(xié)議工程和網(wǎng)絡行為學的研究提供試驗環(huán)境，促成廣義的信息通信網(wǎng)絡領域理論研究體系的建立。ITU進行的下一代網(wǎng)絡研究中已明確把GII(全球信息基礎設施)稱為“計算機、電信和廣播三種技術融合的中心”，并在此基礎上展開了對下一代網(wǎng)絡的研究。
計算機世界報