下一代电信网的研究之一

蒋林涛


　　蒋林涛 信息产业部电信研究院总工程师，IP与多媒体标准技术工作委员会主席，1970年毕业于清华大学无线电系，1982年获清华大学电子工程系数据通信专业工学硕士学位。

　　长期从事多媒体、数据通信、IP技术的研究开发和标准制定工作，国家‘863’通信主题多媒体专业专家组一、二、三届成员。1982年获国务院颁发的政府特殊津贴、1986年获“中华人民共各国有突出贡献的中青年科学技术专家”称号。

　　导读：下一代电信网的研究是热点问题，其中有不少概念上的问题，分代的原则是这些问题中的一个，概念不一致各说各的，很难有一致的观点。本文提出分代准则，并详细地讨论了电信网的分代，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。

1.概述

　　国际对下一代电信网研究进行了近十年，从对GII的研究到对NGN的研究，一直在探求下一代电信网发展方向及其主流技术，时至今日尚无统一的观点。下一代电信网也是国内电信界的研究热点，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，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。

　　电信网分代必须要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。电信网分代必须是导致电信网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，我们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。从电信网的核心技术来讨论：

　　* 第1代：模拟通信技术

　　* 第2代：基于TDM电路交换的数字通信技术

　　* 第3代：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，它采用了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。目前的电信网是2.5代电信网，是过渡代电信网，它孕育着第3代电信网的技术，换代是时代进步的产物。

2. 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，所有设备是用于产生、存储、交换、传送模拟电信信息，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；交换是模拟交换设备（步进、纵横交换机）；传输则是以FDM（频分复用，模拟载波调制）为其技术基础的模拟传输设备。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，电信业务采用面向连接的工作方式，为每一对用户连接提供的资源是独占的（一个频段和一组交换触点），可以保证电信业务的服务质量。

3．第二代电信网

　　推动以模拟通信技术向以基于TDM电路交换数字通信技术发展的动力，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，从而提出了强烈的业务需求。从技术上，‘纳奎斯特’定理证明了可以从二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使用成为可能，于是第二代电信网蓬勃发展起来。

　　第二代电信网中的所有设备是用于产生、存储、交换、传输数字化电信信息，实现电信信息的远程通信。由于经济上的原因，数字技术与模拟技术相比，在用户环路及终端没有表现出更多的优势，在第二代电信网中，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。交换采用了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。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，全部采用是基于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是独占的（一个或多个时隙），可以保证电信业务的服务质量。可以看出，从第一代到第二代，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）来说都没有发生变化，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。

4. 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。对业务多样化的综合要求，为降低运营成本、简化运营体系的要求，这两个要求的综合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建网，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，也不利用户的使用。为此，长期以来电信专家一直致力于对电信业务的综合，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，但最终因为基于TDM时隙交换技术的N-ISDN很难综合宽带业务与窄带业务；另外TDM技术对于数据通信业务效率低下，最终没能很好实现业务综合而被否定。上世纪90年代初，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。认为基于ATM的数字通信技术是下一代电信网的核心技术，提出了以ATM为核心的B-ISDN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）。应该说ATM技术是成功的，如果继续沿着这条路走下去，而外界不产生一些突发因素的话，ATM原本是有可能成功的，当然ATM核心网的设计可能要作较大的变化。但是电信历史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（ATM发展的必要条件是：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，能总体下降系统费用）已不复存在，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。具体来说，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，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，二者合起来，特别是ATM要为每一对端到端的连接保持精细的资源控制，复杂度可想而知，由此导致ATM节点设备十分复杂；与此同时，外部条件发生巨变。光纤通信技术的发展和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，因而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）极大的复杂化，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，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的原因。

　　近年来，由于IP技术进展不力，特别是在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中的走向有重大影响，因而有必要作进一步的讨论。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强烈的要求，IP网的技术现状和业务发展对网络的需求之间有着巨大的差距。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，提出了“2层＋3层”的IP网过渡性结构体系，用ATM的PVC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，同时具有很好的信息隔离性，以此来保证业务网之间的安全性，这构成了所谓的“第2层”体系，在ATM的虚拟专网（VPN）的基础上，建设物理上完全独立的路由器网，构成若干个物理上完全隔离的路由器网，这路由器网构成“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是一种补救措施，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，造成功能的重复和设备上的重叠，传输和处理开销的加大。另一方面，ATM没有业务，曾经有过的ATM业务系统标准，也已不再使用或发展。ATM没有进一步的标准化工作，世界各大标准化组织没有一个在继续进行ATM的标准化工作， ATM目前广泛使用的只是PVC，只是在提供数字专线服务。全网使用SVC的运营商级的大网中从来没有实现过。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技术上是存疑的。这些极为棘手的问题，目前并没有去作进一步的研究。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网中棘手问题提出的解决方案的产物，是一种权宜之计；ATM的复杂性，ATM没有业务，ATM没有进一步标准化的工作已决定基于ATM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。由于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，无需为端到端的业务建立连接，也无需为端到端业务连接保证业务所需的资源，来达到业务服务质量的目的，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，带来的问题是不能以最有效的办法来为确保端到端业务的服务质量提供网络的传输资源（这对于在传输资源十分紧缺、传输资源价格十分昂贵的条件下，这一条将会是致命的）。但是光纤通信技术的发展，特别是DWDM的广泛商用，传输资源已不是问题，从通信网的综合成本来考虑，采用降低传输资源的使用效率来达到降低网络节点设备的复杂度，以此来达到降低通信网的综合成本，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，保证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。

　　Internet因为Web的成功（业务与网络特性匹配的典范）而爆炸性发展，迅速发展成足以和电信网抗衡的全球性大网，非实时业务的成功及网络规模的迅速扩大，电信业务立刻就成为Internet 谋求发展的业务，电信业务中的最大赢利点电话业务更成为Internet 谋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是存在严重问题的，是必须下决心去解决的。当时，电信界的专家是充满信心的，认为这些问题不难在2～3年内克服。但3～4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。3～4年前IP网存在的问题，3～4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在不断制造出来，一切努力都是没有使问题发生本质上的改观，这又使得电信专家对自己在3～4年前所下的结论开始怀疑了，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极大的问题，它导致电信专家的观点发生根本的变化。问题出在哪里？安全问题、服务质量问题真是IP技术的克星？这些问题真是不可逾越的障碍吗？答案当然是否定的。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技术本身有什么天然的问题，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，在设计上必需要发生质的改变。很可惜，这一观点直到3～4年后才认识到。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，只是在设备的冗余和可靠性方面接近电信网节点的水平。这才是近3～4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：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，由于技术已落后，已不列入发展之列，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。近来视讯业务有很大的发展趋势，目前的视讯业务的绝大部分也是IP业务。可以看出，目前电信网中的业务除了电话业务外都是IP业务，在可见未来的电信网中，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，又克服了因为端到端连接资源的保证而带来节点设备复杂化问题，光纤通信技术发展，DWDM的大量商用，使得传输资源不再紧缺和不再昂贵，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3～4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网不加改变的搬来，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、电信网的要求与其商业目的，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，以此来改造IP网，使之成为真正能用于电信目的的IP网。这将是下一代电信网的方向。

　　下一代电信网这个概念并不是自现在起的，而是在上世纪80年代末90年代初已经提出来了，电信专家为此作出了不曲不挠的努力，在摸索中前进，在经过十余年的研究和实践，才认识到基于IP分组的数字通信技术才是第三代电信网的核心技术。

5. 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。过渡代电信网采用基于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技术对于电话业务是适配的，在采用了DCME技术后，也能保证电话业务能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。这一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、用户电报网等近十个覆盖全国业务网。这些网中除电话网是基于TDM技术，其余全部是基于分组交换技术。这一阶段的技术特点是二大技术（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现象。它的另一个特点是：不论是电路交换或分组交换，它们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，运营复杂度高，电信网经营成本太高，电信运营商是难于接受的，因而它只可能是过渡代电信网，必将向第3代电信网演进。

----《中国通信》