下一代电信网的研究—电信网的分代

蒋林涛　信息产业部电信研究院副总工程师，教授级高级工程师

　　摘 要 分析了对下一代网进行研究与分代的迫切性，阐述了第一代、第二代、第三代和过渡代电信网的特点及其发展历程，探讨了电信网的分代准则。

　　关键词 NGN 电信网 通信技术

一、概 述

　　电信业的发展进入了十字路口，不指明电信业的发展方向，电信业将难以发展。因此，对下一代电信网的研究，并给出明确结论，已到了极为迫切的程度。

　　国际上对下一代电信网的研究已进行了将近10年，从GII到NGN，一直在探求下一代电信网的发展方向及其主流技术，时至今日尚无统一的观点。在国内，下一代电信网也是电信界的研究热点，电信界的专家们从各自的技术背景和不同的角度出发进行研究和探讨，对下一代电信网提出了各自不同的见解和看法。同样，到目前为止，也没有统一的观点。长期研究但一直没有明确结论的原因之一是，对电信网的分代没有一个统一的分代准则。大家都在谈论下一代电信网，那么上一代电信网是什么，下一代电信网是什么，电信网分代的准则是什么，不弄清这些问题，就很难深入讨论。

　　电信网必须有标志性的技术进展和突破才能谈到“分代”，否则就不能认为是分代。电信网分代必须是电信网的整体发生革命性变化，而不是局部技术的进步。基于这些考虑，笔者认为，按电信网采用的核心技术来对电信网分代比较合理，也比较能给出其本质的内涵。以此为判断准则，纵观100多年电信发展的历史，电信网的发展经历了两代，目前正在向第三代电信网演进。

电信网的核心技术可分为：

（1）第一代电信网的核心技术：模拟通信技术。

（2）第二代电信网的核心技术：基于TDM电路交换的数字通信技术。

（3）第三代电信网的核心技术：基于统计复用分组交换的数字通信技术。

　　目前的电信网是过渡代电信网，它采用的是TDM电路交换与分组交换相混合的数字通信技术，是多业务网、多业务承载网的体系结构。目前的电信网属于2.5代电信网，即它是过渡代电信网，孕育着第3代电信网的技术。电信网的换代是由业务需求（质量、数量）推动的，电信网的演进和更新换代的发展是市场趋动的结果，是时代进步的产物。

二、第一代电信网

　　第一代电信网是以模拟通信技术为核心技术的电信网，电信网中的全部设备都是采用模拟通信技术来设计、制造的。第一代电信网中的所有设备是用于产生、存储、交换、传送模拟电信信息，实现模拟电信信息的通信。第一代电信网中的终端是模拟终端，实现自然信息（话音等）与模拟电信信息的相互转换。交换是采用模拟交换设备（步进、纵横交换机），传输则是采用以FDM（频分复用，模拟载波调制）为其技术基础的模拟传输设备。这一代电信网的特点是，业务种类简单（电话、电报），业务的全程全网是模拟信息的处理。电信业务是采用面向连接的工作方式，为每一对用户连接提供的资源都是独占的（一个频段和一组交换触点），从而可保证电信业务的服务质量。

　　推动以模拟通信技术为核心技术的电信网（第一代电信网）向以基于TDM电路交换数字通信技术为核心技术的电信网（第二代电信网）发展的动力，来自对提高业务质量的要求，特别是对提高长途电话质量的要求。由于模拟电话增音放大过程中的噪音倍增，使得长途电话的质量受到严重的影响，特别是越洋电话等超长途传输，更要求能提供必要的服务质量。在技术上，“纳奎斯特”定理证明了可以从两倍于模拟频率的抽象中完全无失真地恢复原模拟信号，奠定了数字通信的基础。半导体技术的发展使数字通信技术的应用成为可能，于是第二代电信网蓬勃发展起来。

三、第二代电信网

　　第二代电信网是以基于TDM电路交换数字通信技术为核心技术的电信网，电信网中的全部设备都是采用基于TDM电路交换的数字通信技术来设计、制造的。第二代电信网中的所有设备均是用于产生、存储、交换、传输数字化电信信息，实现电信信息的远程通信设备。由于经济上的原因，数字技术与模拟技术相比，用户环路及终端设备没有体现出更多的优势。第二代电信网中，终端设备没有发生变化，仍采用模拟终端。交换设备与传输设备则完全采用了基于TDM电路交换的数字通信技术。交换采用以时隙交换为其技术基础的数字程控交换机，传输设备则采用基于时分复用技术的PDH与SDH数字传输设备。第二代电信网的特点是，业务种类简单（电话、电报、用户电报），业务的全程全网除了用户环路外，全部采用基于TDM的数字通信技术，业务是面向连接的业务，每一对用户间的连接资源在通信的全过程中均是独占的（一个或多个时隙），以保证电信业务的服务质量。不难看出，从第一代电信网到第二代电信网，通信技术由模拟通信技术转向数字通信技术，发生了革命性的变化，实现了更新换代。由于第二代电信网的业务（电话、电报）类型和业务的工作方式（面向连接，资源独占）都没有发生变化，特别是用户环路与终端设备没有发生改变（仍为模拟工作方式），因而过渡进展得很顺利，我国仅用数年就完成了全部电信网的数字化工程，建成了第二代电信网。

四、第三代电信网

　　向第三代电信网演进的工作，实际上从上世纪80年代末就开始了。业务多样化对业务的综合要求以及为降低运营成本、简化运营体系而减少运营网的种类的要求，是导致向第三代电信网发展的根本原因。传统电信网是以业务为基础建网，有多少种业务就建立多少个运营网。运营网过多，运营成本昂贵，既不利于运营商的经营，也不利于用户的使用。为此，长期以来，电信专家一直致力于电信业务的综合，期望能通过业务的综合来简化运营网，降低运营成本，促进电信业的发展。最初的尝试是基于TDM技术的N-ISDN。N-ISDN曾经在日本和西欧搞得轰轰烈烈，但最终因基于TDM时隙交换技术的N-ISDN很难综合宽带业务与窄带业务，并且TDM技术对数据通信业务的效率低下而被否定。上世纪90年代初，电信专家认定，基于分组交换的数字通信技术可以实现业务综合，实现长期以来电信界的理想，并认定基于分组交换的数字通信技术将是下一代电信网的核心技术，提出了B-ISDN以ATM为核心的说法。上世纪80年代至90年代中期，ATM曾经有过辉煌的历史，绝大部分电信专家认为ATM可以一统天下。事实上，在技术层面，ATM也的确做到了实时业务、非实时业务、宽带业务和窄带业务的完全综合（至少在实验网的范畴内是这样）。应该说，如果继续沿着ATM这条路走下去，并没有外界突发因素，ATM原本是有可能成功的。当然，ATM核心网的设计可能要做较大的变化。但是，电信的发展并不以人们的意志为转移，ATM在其发展过程中，外部环境发生了突变，使得它赖以发展的条件（传输资源紧缺，传输资源价格昂贵，用提高节点设备ATM交换机的复杂度来换取传输带宽是值得的，可降低系统总体费用）已不复存在。随着光纤通信技术的发展，传输资源价格快速下降，是导致ATM不能成为下一代电信网核心技术的主要原因之一。具体地说，ATM是采用面向连接的工作方式工作的，面向连接必然要用到信令，而信令是通信系统中最为复杂的技术。另外，ATM是采用统计复用的分组交换工作方式的，在这种条件下，要保证端到端业务的服务质量就必须采用十分复杂的控制技术。特别是ATM要为每一对端到端的连接保持严格的资源控制，复杂度可想而知，由此导致ATM节点设备十分复杂。与此同时，外部条件发生了巨变。光纤通信技术的发展，特别是密集波分复用技术（DWDM）的出现，传输资源已不再稀缺，也不再昂贵。为了节省这些不再稀缺和不再昂贵的传输资源，而使节点设备（ATM交换机）极大地复杂化，显然是得不偿失的，这是ATM从全盛走向衰亡的一个十分重要的原因。当然，ATM商业运作的失败，业务起点选择过高，也导致ATM业务无法快速推广。以多媒体业务作为其核心业务（Killer Application），不符合电信的商业模式，也是ATM从全盛走向衰亡的一个重要原因。

　　近年来，由于IP技术的进展不力，特别是几个关键技术没有突破性进展，ATM在电信网和在大型企业网中再一次得到重视，ATM交换机的销售出现了一个新的高潮。于是，ATM将是下一代电信网的核心技术之说又有相当程度的抬头。由于这种看法对下一代电信网的走向有重大影响，因而有必要进行进一步探讨。必须指出，近年来ATM交换机出现销售高潮的主要原因是，IP网在安全、服务质量方面存在严重缺陷，而业务的发展又对IP网的安全、服务质量方面提出了很高要求，IP网的技术现状和业务发展与网络的需求之间存在着巨大的差距。设备开发商和系统集成商无力改变IP网的技术现状，但又必须满足业务发展对网络的需求，于是提出了“2层＋3层”的IP网过渡性结构体系，用ATM的PVC(永久虚电路)组成若干个资源独立的虚拟专网（VPN）。由于ATM的VPN具有很好的资源独立性，可以确保用户所需的传输资源，同时又具有很好的信息隔离性，可保证业务网之间的安全性，这就构成了所谓的“第2层”体系。在ATM虚拟专网（VPN）的基础上，构成若干个物理上完全隔离的路由器网，由该路由器网构成“第3层”架构。当然，这里的路由器可以是物理路由器，也可以是ATM边缘交换机上的虚拟路由器，它们的本质是一样的。很显然，在“2层＋3层”的IP网体系结构中，ATM是一种只是因为IP网技术目前还存在严重缺陷而采用的一种补救措施，一旦IP网将上述问题解决，ATM将无存在必要。从技术层面来讲，这种设计在技术上是不合理的，将导致功能的重复和设备上的重叠以及传输和处理开销的加大。另一方面，ATM不直接提供业务，曾经有过的ATM业务系统标准，也已不再使用。目前，世界各大标准化组织没有一个仍在继续进行ATM的标准化研究工作。ATM目前广泛使用的只是PVC，而PVC也只提供数字专线服务。全网使用SVC（交换虚电路）的运营商级的大网从来没有实现过。因此，运营商级的大网中完全使用SVC后，是否能保证每一对端到端业务的服务质量，在技术上是有疑问的。对这些极为棘手的问题，目前并没有人去作进一步的研究。凡此种种，可以得出这样的结论：目前ATM交换机数量的上升，是为了回避IP网中棘手问题的产物，是一种权宜之计。ATM的复杂性，不直接提供业务，没有进一步开展标准化工作，已决定基于ATM的数字通信技术不可能成为下一代电信网的核心技术。

　　既然ATM技术不可能成为下一代电信网的核心技术，那么分组交换技术中的另一个重要分支IP技术就可能成为下一代电信网的核心技术，这的确是上世纪末和本世纪初绝大多数电信专家的看法。IP技术与ATM技术都是基于分组交换的数字通信技术，它们的主要区别在于，IP技术是采用不面向连接的工作方式，而ATM技术则是采用面向连接的工作方式。IP技术采用不面向连接的工作方式，无需通过信令为端到端的业务通信建立连接。众所周知，在通信系统中，信令是最为复杂的技术之一，省去了信令，就意味着大大简化了节点设备的复杂度。由于采用不面向连接的工作方式，即无需为端到端的业务建立连接，亦无需为端到端的业务连接保障所需的资源，以达到所需服务质量的目的。正因为如此，其节点设备大为简化。网络节点设备复杂性的下降所带来的问题是，不能以最有效的办法为确保端到端业务的服务质量提供网络的传输资源，这对于传输资源十分紧缺、传输资源价格十分昂贵的情况下，是致命的缺点。但是，光纤通信技术的发展，特别是DWDM的广泛商用，传输资源已不成问题。从通信网的综合成本来考虑，以降低传输资源的使用效率达到降低网络节点设备复杂度的方法，也达到了降低通信网的综合成本的目的，是一种十分合理的选择，这一点正是决定IP技术是下一代网核心技术的关键所在。当然，对电信商业网来说，决不能只顾网络系统的价格便宜，而不顾作为商业网必须考虑的问题，如保证业务的服务质量（QoS）问题、网络的安全性和可信任性问题等。这些问题是必须考虑并予以解决的。技术是具有灵活性的，上述问题的解决有多种途径，面向连接是一条途径，采用不面向连接的工作方式同样也行得通，当然技术需要创新。

　　Web的成功（业务与网络特性匹配的典范），导致Internet爆炸性发展，已发展成足以和电信网抗衡的全球性大网。随着非实时业务的成功及网络规模的迅速扩大，电信业务很快成为Internet力求发展的业务，电信业务中的最大赢利点--电话业务更成为Internet力求发展的重中之重的业务。结果，VoIP设备被迅速制造出来，并立刻进入了商用。实际测试结果表明，只要IP网设计合理，IP电话的质量完全可以达到传统电话的质量。至此，电信网中的最关键业务被IP技术所突破。其结果是，上世纪末至本世纪初（即约3年前），国内电信界的绝大多数专家都认为，基于IP分组数字通信技术将会是下一代电信网的核心技术，下一代电信网将会是IP网。根据电信业务的要求，电信专家指出，IP网在服务质量（QoS）及网络安全性能方面存在严重问题，必须下决心去解决。当时，电信界的专家是充满信心的，认为这些问题不难在两三年内克服。但三四年过去了，IP技术没有发生根本变化，电信专家的期望没有实现。三四年前IP网存在的问题，三四年后的IP网依然存在。在此期间，IT界一直在努力改进IP网的性能，相应标准与设备产品也不断制造出来，一切努力都没有使问题发生本质上的改变，这又使得电信专家对自己在三四年前所下的结论开始怀疑起来，怀疑IP技术的能力，怀疑IP技术用于电信网的可能性。显然，IP技术在进入电信过程中产生了极大的问题，它导致电信专家的观点发生了根本的变化。安全与服务质量问题是否是IP技术的克星，是否是不可逾越的障碍，答案是否定的。反复研究表明，IP技术在电信业务中的失败，问题不是出在IP技术本身有什么问题，而是出在Internet网的设计理念与电信网设计理念之间的巨大差距。Internet是以用户为核心，以用户自律为基础的非赢利性网络，没有中心，无需管理，网络的运营者不负责网络的安全，也不负责业务的赢利。Internet先是用于军事，随后用于教学科研，没有商业模型，无需赢利。直到Web取得巨大成功，才将它推向商用。正因为如此，Internet在商用上是有先天缺陷的。电信网则一开始就是以商业经营为目的的网络，它必须具有商业经营所必备的全部属性。这二者的巨大差异决定了从Internet到用于电信目的的IP网，不会是一个简单的借用过程，在设计上必需发生质的改变。很可惜，这一观点直到三四年后才为人们所认识。到目前为止，所谓电信级设备或电信级IP网还只是简单地将Internet搬过来，没有进行实质性的变化，只是在设备的冗余度和可靠性方面接近电信网节点的水平。这才是近三四年用于电信业务网目的的IP技术没有取得进展的关键原因所在。

　　从目前的现实情况来看，企业网中（无论大型企业网或中小型企业网）的业务几乎100%是IP业务，电信网上的业务也有快速IP化的趋势。目前，电信业务主要有3类。其中一类是电话业务。迄今为止，TDM电话仍占着统治地位，特别是在本地网上。但IP电话在中国的成功，从理论上和实践上都已证实，IP电话可供电信商用，在技术上并不存在不可逾越的困难，IP电话有迅速扩展使用的趋势。第二类是数据承载网业务。电信目前能提供的数据业务承载网有二个，一个是X.25业务，这是真正可以实现端到端寻址的数据业务。由于其技术已落后，已不再列入发展之列，业务量也已很少。另一个是IP业务，在电信数据业务中，IP业务已占95%以上。可以说，数据承载网业务已基本IP化。第三类是专线业务，无论是DDN、F.R和ATM，这些专线都是租给企业用户的，而企业用户中其业务量的100%都是IP业务，间接地算，专线网上主要也是IP业务。近来，视讯业务的发展趋势非常明显，视讯业务的绝大部分目前也是IP业务。不难看出，在目前电信网的业务中，除了电话业务外，都是IP业务。在可见的未来电信网中，IP电话将逐步取代传统电话，最终将完全IP化。电信业务的完全IP化，是电信网向下一代网迈出的极为关键的一步。

　　从理论上讲，分组交换技术能够综合实时业务与非实时业务，宽带和窄带业务，是实现电信业务综合的最佳技术。IP技术采用不面向连接的工作方式，简化了信令，又克服了为端到端连接提供资源保证而带来节点设备复杂化的问题。光纤通信技术的发展，DWDM的大量商用，使得传输资源不再紧缺，也不再昂贵，IP技术与传送网技术的发展是匹配的。因此，基于IP分组的数据通信技术应该是下一代电信网的核心技术。

　　近三四年电信业务及电信网的IP化之所以没有取得预期的效果，其根本原因是电信界的专家盲从Internet，将基于Internet设计理念的IP网不加改变地照搬过来，试图在其上加载电信业务，来实现电信网的过渡，而不考虑二者之间巨大的设计理念的差异和Internet在设计上的固有缺陷。既然要将IP技术用于电信网，就不能不考虑电信网的特点、电信网的要求及其商业目的，就不能不对Internet与电信网的设计理念进行深入研究。考虑电信网的设计理念，改造IP网，使之成为真正能用于电信目的的IP网，将是下一代电信网的方向。

　　第三代电信网是以基于统计复用分组交换的数字通信技术为核心技术的电信网。更确切的说，它是以基于IP分组的数字通信技术为核心技术的电信网，电信网中的全部设备都是用IP分组的数字通信技术来设计、制造的。第三代电信网中的所有设备均是用于产生、存储、交换、传输数字化电信信息，实现电信信息的通信设备。下一代电信网这个概念并不是现在才有的，而是在上世纪80年代末、90年代初就已经提出来了。电信专家为此作出了不屈不挠的努力，在摸索中不断前进。经过10余年的研究和实践，认识到基于IP分组的数字通信技术才是第三代电信网的核心技术。

五、过渡代电信网

　　当前，正在运营中的电信网是过渡代电信网，也可以称之为2.5代电信网。过渡代电信网是以基于TDM数字通信网技术和基于分组交换的数字通信技术为核心技术的电信网。形成过渡代电信网的原因是业务的需求，特别是数据业务发展的需求。基于TDM的电路交换网，其物理连接即为其电路连接，其面向连接和资源的独占性使得电路交换技术在数据通信中效率低下，难于实现基于虚电路方式的数据通信。然而，TDM技术与电话业务是相适应的，在采用了DCME技术后，也可保证电话业务有足够高的传输效率。二种技术各有特色，各有其特有的用途，这是两种技术的相持阶段。这个阶段电信网的特点是，按业务建网，网络种类繁多，基础网有基于TDM技术的电话网，基于分组交换技术的X.25网、F.R网与ATM网，业务网有E-mail网、EDI网、传真存储转发网、可视图文业务网、电报网、用户电报网等近10个覆盖全国的业务网。这些网中，除电话网是基于TDM技术外，其余全部是基于分组交换技术。这一阶段的技术特点是，两大技术（TDM与分组交换）并存，各自独立发展，百花齐放，百家争鸣，通信界呈现欣欣向荣的景象。另一个特点是，不论是电路交换或分组交换，全部采用面向连接的工作方式。当前正在运营中的电信网的最大问题是，运营网过多，运营复杂度和电信网经营成本太高，电信运营商难于接受，因而它只能是过渡代电信网，必将向第三代电信网演进。

六、结束语

　　目前，下一代电信网的研究是热点问题，其中不乏概念上的问题，分代的原则是这些问题中的一个。概念不一，各唱各的调，很难有一致的观点。本文提出了分代准则，并详细地探讨了电信网的分代，旨在抛砖引玉，希望引起电信同行的关注，并最终达成一致的看法。

摘自　电信网技术