韦乐平：对下一代网的战略性思考

   发展下一代网的驱动力量
　　首先是革命性的技术。从基础技术层面看，微电子技术将继续按摩尔定律发展，还可以持续10至15年；光传输容量的增长速度已经从前几年的9个月翻一番减缓到14个月翻一番，但仍在以超摩尔定律的速度发展，估计至少还可持续5至10年；移 动通信技术和业务的巨大成功正在改变世界电信的基本格局，全球移 动用户数即将超过有线用户数；IP的迅速扩张和IPv6技术的基本成熟正将IP带进一个新的时代。简言之，革命性技术的突破已经为下一代网的诞生奠定了坚实的基础。
　　其次是业务量组成的根本性变化。一百多年来，电信网的业务量一直是以电话业务量为主的，因而以电路交换网为中心的传统网络在支撑这种业务时是基本胜任的。然而，近几年来，以IP为主的数据业务的发展已经打破了这种传统格局，IP已经或即将成为电信网的主导业务。为了有效支撑这种突发型的数据业务，需要新的下一代网络。
　　再者是网络融合的趋势。随着技术条件的成熟，网络的融合，特别是网络边缘部分的融合正成为电信发展的大趋势。从话音和数据的融合(包括承载的融合到边缘设备的融合)到有线和无线的融合(包括核心网和边缘的融合、管理计费认证的融合乃至不同无线制式技术和标准的融合)、从传送网和各种业务网的融合(包括控制融合和设备融合)到最终实现三网的融合将成为下一代网络发展的必然趋势。
　　此外是市场开放和市场竞争。市场需求、市场竞争和管制政策的变化正在使信息业进入全面竞争时代。为了降低成本、拓展业务、方便用户，多个独立业务网的融合和部分融合已难以避免，业务、终端乃至公司组织结构上的最终融合也同样不可避免。显然，以融合的下一代网为基本取向的发展趋势成为必然的选择。
　　2000年以来，由于网络泡沫的破裂、政府监管的缺位导致的过度竞争以及资本市场强加在电信行业身上的“高速发展规律”使世界电信业陷入了空前的困境，电路过剩，股价暴跌，大批电信公司倒闭，仅北美的2000家电信公司中就有1900家倒闭。电信公司不得不大幅度削减网络基础设施建设投资。然而，值得欣慰的是电信的内在需求没有根本改变，人们没有少打电话，也没有少上网，移 动短信业务如火如荼，对新业务新应用的需求依然存在，电信业务市场继续成长，世界网络带宽需求的年增长率依然高达50%至100%，而我国在过去几年里的干线业务量和带宽需求的年增长率高达三位数。显然，当前的困境只是放慢了发展的速度，绝不会也不可能停止电信技术和业务的发展趋势。
下一代网络的概念和特征
　　所谓下一代网(NGN)是在网络业务量和电信外部环境几乎同时发生巨大变化的前提下，电信业试图利用最新技术发展成果适应发展、变革和竞争需要而提出的下一步网络发展的总体设想和思路，迄今并没有什么严格的定义。尽管业内不少人往往将NGN与软交换画等号，但实际上NGN具有更加广泛的内涵。我认为，NGN泛指一个以IP为中心，可以支持语音、数据和多媒体业务的融合或部分融合的全业务网络。一方面，NGN不是现有电信网和IP网的简单延伸和叠加，也不是单项节点技术和网络技术，而是整个网络框架的变革，是一种整体解决方案。另一方面，NGN的出现与发展不是革命，而是演进，即在继承现有网络优势的基础上实现的平滑过渡。
　　ITU-T将NGN的主要特征归纳为：基于分组传送；控制功能与承载能力、呼叫/会晤、应用/服务分离；业务提供与网络分离，并提供开放接口；支持广泛的业务，包括实时/流/非实时和多媒体业务；具有端到端透明传递的宽带能力；与现有传统网络互通；具有通用移 动性，即允许用户作为单个人始终如一地使用和管理其业务而不管采用什么接入技术；提供用户自由选择业务提供商的功能等。
　　可见下一代网涉及的内容十分广泛，不同专业和背景的人都在应用，绝不限于软交换系统。从网络角度，实际涉及了从干线网、城域网、接入网、用户驻地网到各种业务网的所有网络层面。如果涉及业务网层面，则下一代网指下一代业务网(例如对于交换网，下一代网指软交换系统；对于数据网，下一代网指下一代互联网NGI；而对于移 动网，下一代网指3G网)。如果涉及接入网层面，则下一代网指各种宽带接入网。如果涉及传送网层面，则下一代网往往指下一代智能光传送网。一句话，泛指的下一代网实际包容了几乎所有的新一代网络技术。
向以软交换为核心的下一代交换网演进
　　传统电路交换机将传送交换硬件、呼叫控制和交换以及业务和应用功能结合进单个昂贵的交换机设备，是一种垂直集成的、封闭和单厂家专用的系统结构，新业务的开发也以专用设备和专用软件为载体，导致开发成本高、时间长、无法适应今天快速变化的市场环境和多样化的用户需求。而软交换打破了传统的封闭交换结构，采用完全不同的横向组合的模式，将上述三大功能间接口打开，采用开放的接口和通用的协议，构成一个开放的、分布的和多厂家应用的系统结构，可以使业务提供者灵活选择最佳和最经济的组合来构建网络，加速新业务和新应用的开发、生成和部署，快速实现低成本广域业务覆盖，推进话音和数据的融合。
　　软交换的关键特点是采用开放式体系结构实现分布式通信和管理，具有良好的结构扩展性。其应用层和媒体控制层已经与媒体层硬件分离并纳入开放的标准的计算环境，允许充分利用商用的标准计算平台、操作系统和开发环境。其次，采用软交换后，实现了多个业务网的融合，简化了网络层次和结构以及跨越不同网络的业务配置，避免了建设维护多个分离业务网所带来的高成本。第三，采用分组交换技术后，提高了网络资源利用率，降低了交换机互连的复杂性和业务网的承载成本。第四，由于软交换的价格可以遵循软件许可证方式，投资大小随用户数而定，有利于新的电信运营商或传统运营商开发新市场。最后，软交换设备占地很少，不仅明显提高了机房空间利用率，而且也便于节点的灵活部署。
　　采用软交换的主要缺点是技术尚不成熟，缺乏大规模现场应用的经验，特别是多厂家互操作问题、实时业务的QoS保障问题、网络的统一有效管理问题以及业务生成和业务应用收入能力等。
向以3G为代表的下一代移 动通信网演进
　　世纪之交，移 动通信替代固话业务的现象正在全球范围迅速扩展，根据预测，全球蜂窝移 动用户数将在2003年上半年超过固定用户数。全球电信业的发展重点和竞争重心已经转向了移 动通信领域。
　　为了最大限度地实现全球统一频段、统一制式和无缝漫游，开拓新的频谱资源，应付中高速数据和多媒体业务的市场需求以及进一步提高频谱效率，增加容量、降低成本、移 动通信向第三代通信(简称3G)的发展似乎是必然的趋势。然而，由于全球经济的低迷、3G牌照拍卖导致的巨额债务，3G的发展一再推迟。
　　今年以来，3G的两种FDD制式WCDMA和cdma2000都呈现了良好的发展势头。全球已有12个WCDMA网正式投入运营，已经有人在核心网上实施具有软交换结构的R4版本。可以认为，WCDMA和cdma2000两种制式均已基本成熟，技术和业务能力相差不大，两者除了在核心网信令、码片率、基站同步方式和导频结构上不同外，其他技术参数和性能均比较接近，在语音容量、数据容量和覆盖方面基本相当，经济性能上也相差不大。近期cdma2000在市场上领先，远期由于WCDMA有更广泛的设备厂家、芯片开发商和业务应用开发商的支持以及全球漫游能力等优势，将可能逐渐成为主导应用制式。
　　另一方面，作为3G的TDD制式TD-SCDMA的开发要明显落后于WCDMA和cdma2000。除了历史原因外，其标准没有得到全球的广泛支持以至于在资金和研发人力投入上处于绝对劣势是根本原因。此外，TDD制式独立组大网成本高、干扰大、国际漫游受限，也是运营商十分关切的问题。然而，TD-SCDMA是由我国提出并拥有物理层主要专利的，这种制式结合应用了时分、码分和空分三种多址技术以及智能天线、联合检测和上行同步等一系列新技术，在频谱效率和频谱灵活性方面具有天然优势。TD-SCDMA与WCDMA制式在核心网上完全一致，在无线网部分高层协议上也一样，可以与WCDMA制式实现优势互补、混合组网，重点覆盖热点地区和支持数据业务，捆绑应用方式也使其漫游能力大大加强。
　　除了技术因素外，3G的发展在很大程度上取决于业务、业务的部署以及业务的架构。为了适应数据业务的发展、新型产业链和业务模式的要求、提高新业务生成速度，开发一个开放的横向结构的综合业务平台是3G业务拓展的关键。在开发业务方面一个重要的不可忽略的基本点是在相当长时间内，以语音和窄带数据为主的连接业务仍将是移 动运营商的主要业务收入，各类内容业务只是一种不断增长的补充业务。
　　随着3G的商用化，具有更高速率、更高频谱效率、更好覆盖和更强业务支撑能力的超3G或4G技术也开始进入预研阶段，计划在2015～2020年间投入应用。从发展角度看，移 动通信的性能价格比应该还有很大潜力可挖，随着话音压缩技术、信号处理技术、调制技术与智能天线技术的进一步发展，单位话音的成本将继续降低，而新的数据和多媒体业务将为我们创造一个更加灿烂的个人移 动世界。
向以IPv6为基础的下一代互联网演进
　　目前在全球广泛应用的互联网是以IPv4协议为基础的，这种协议理论上有40亿个地址，实际上考虑各种因素后只有一半地址可用，如果考虑未来几年由于3G终端、IP电话、家庭 
　　网络等的发展所产生的对地址的巨大需求，则2008年左右全球互联网公用地址将全部耗尽。此外，IPv4在应用限制、服务质量、管理灵活性、安全性方面的内在缺陷也越来越不能满足未来发展的需要，互联网逐渐转向以IPv6为基础的下一代互联网(NGI)几乎是不可避免的大趋势。

　　采用IPv6最基本的原因是从根本上解决了IPv4存在的地址限制和庞大路由表问题以及支持移 动接入，IPv6使地址空间从IPv4的32比特扩展到128比特，完全消除了互联网发展的地址壁垒；其次，采用IPv6后可以开发很多新应用，如P2P业务(在线游戏)、3G、家庭网络等；第三，IPv6采用流类别和流标记实现优先级，可实现非默认的服务质量或实时的服务等特殊的处理；第四，采用IPv6可以实现即插即用，有利于支持移动节点和大量小型家电、通信设备的应用；第五，IPv6可以提供机制保证IP层的安全性；第六，IPv6通过实现一系列的自动发现和自动配置功能，简化了网络节点的管理和维护。实际上，IPv6已经成为向NGN演进的业务层融合协议。
　　有关IPv6的技术标准已经基本成型，但实际网络推进速度很慢。主要原因是IPv4通过网络地址转换(NAT)等尚能应付5年左右的地址需求。另一方面，IP地址方式与网络的运作方式关系紧密，要求更换用户的通信程序，改变路由器的包转发模块，几乎涉及网上所有设备，升级是耗时费力的。典型过渡方式有下面几种。
　　——隧道方式：可手工/自动配置，优点在于隧道透明、简单、省投资，把IPv4网络作为传输介质，只需出入口作配置。但是不能实现IPv4和IPv6节点间通信，也不解决IPv4地址耗尽问题，隧道数大时，IPv6和IPv4流量间会争抢带宽和路由器资源，适于发展初期业务量较小时应用。
　　——网络地址转换技术NAT：将IPv4地址和IPv6地址分别看作内部地址和全局地址，或相反，在NAT服务器中完成地址转换。这种方式能有效解决IPv4节点与IPv6节点互通的问题。缺点是透明性差，不能支持那些应用层协议中包含IP地址、端口等信息的应用程序以及要在应用层进行认证、加密的应用程序。
　　——双栈方式：将路由器升级为IPv4/IPv6路由器，优点是互通性好，无需专门的IPv6路由器和链路。缺点是每个IPv6节点都需一内嵌IPv4地址的IPv6地址，不解决IPv4地址短缺问题。此外，IPv6和原有IPv4流量也会争抢带宽和路由器资源，影响IPv4网络性能。升级和维护费用大，适合IPv4地址不缺乏的企业和运营商应用。
　　总的看，向以IPv6为基础的下一代互联网的演进已经开始，尽管路还很长，大量的网络和终端方面的工作要跟上，特别是实施这一重大转型的平滑过渡策略要仔细研究，目前还没有公认的周全的解决方案。
向多元化的宽带接入网演进
　　面对核心网和用户侧带宽的快速增长，中间的接入网却仍停留在窄带和模拟的水平，而且仍主要以支持电路交换为基本特征，与核心网侧和用户侧的发展趋势很不协调。显然，接入网已经成为全网宽带化的最后瓶颈，接入网的宽带化将成为接入网发展的主要趋势，也将成为固网的最终出路，近来，国内外发展都很快。
　　然而，接入网对成本、法规、业务、技术均很敏感，迄今并没有一项公认的绝对主导的宽带接入技术。尽管从世界范围看，近期内ADSL、HFC和以太网将形成三足鼎立之势。但是各种新技术仍然在不断涌现，在相当长的时间内接入网领域将呈现多种技术共存互补、竞争发展的基本态势。下面是几种比较有希望的主流宽带接入技术。EoVDSL是一种基于以太网技术的VDSL，首先它结合了二层以太网和VDSL物理层的特点，性价比较好，下行速率高，可达100Mb/s以上，对称传输速率可达26Mb/s；其次，EoVDSL可以在现有双绞线上实现远距离传输，不用新敷5类线；再有，EoVDSL的传输距离较以太网远，有利于提高以太网的用户实装率，接入设备可以集中设置，降低了维护成本；最后，EoVDSL功率密度较低以及频谱安排的缘故，线间串扰小、出线率高，适合密集用户应用。EoVDSL的主要缺点是由于其二层采用以太网协议，因此以太网所具有的基本问题，如可管理性、安全性、QoS等都要妥善处理。此外，两种线路码DMT和QAM的长期标准之争也影响了其发展。预计一旦全球标准定下来，这种技术作为ADSL的补充将会得到广泛的应用。
　　以802.11系列协议为基础的无线局域网(WLAN)实际是一种无线以太网，能支持较高速率(2Mb/s到11Mb/s乃至54Mb/s)，组网简单，受到商务用户的青睐。要将这种技术应用于接入网领域，必须妥善解决认证计费和用户管理、用户漫游、用户和网络安全、用户切换、设备和网络管理、用户接入控制等多方面的问题，核心是商务模式，究竟是将其作为一种有线接入的捆绑增值业务来提供套餐业务，还是将其作为独立的新业务来产生现金流？目前还没有答案，可能前者更加现实。
　　从长远的观点看，光纤接入网特别是无源光网络可能是一种比较理想的解决方案，即从光纤到路边(FTTC)发展到光纤到楼(FTTB)乃至最后实现光纤到家(FTTH)。其最大问题是成本太高，而市场对传输速率的需求还不那么高，因此发展不快。近来，由于技术的进步，特别是低成本垂直腔面发射激光器(VC?SEL)的出现和发展为光纤接入网技术的发展提供了新的驱动力。但作为主流接入技术还要解决除了成本以外的一系列问题，包括组网技术、接续技术、测试技术、敷设安装技术等等。
　　从网络运营的角度看，长期支撑和维持不同类型设备在同一个网中运行是十分复杂和昂贵的。因此，面对多元化的接入技术，建立一个模块化结构的公共接入平台应该是发展趋势，可以简化网络结构、网管和指配，减少重复的元部件，降低接入网成本，保护投资，缩短业务提供时间，节约网络长期演进和技术更迭的成本。具体实施时可以采用公共的用户线路卡、公共的开放网络接口和网管接口以及其他一些公共子系统，综合各种宽窄带接入技术，提供各种宽窄带业务。
　　中国电信将发展宽带接入作为自己的战略发展重点并于2001年确定了近期以ADSL为主、以太网为辅的发展策略，这两年发展速度很快，到2003年6月份，宽带接入用户数已达460万，其中ADSL占332万，平均ARPU值远高于话音业务，成为中国电信新的业务增长点。
向以光联网为基础的下一代传送网演进
　　由于技术上的重大突破和市场的驱动，这几年波分复用系统发展十分迅猛。然而，普通点到点WDM系统只提供了原始的传输带宽，需要灵活的节点才能实现高效的灵活组网能力，进一步扩容的希望转向光节点，即光分插复用器和光交叉连接器。
　　随着网络业务量向动态的IP业务的继续汇聚，一个灵活动态的光网络基础设施是不可或缺的，最新发展趋势是引入自动波长配置功能，即自动交换光网络(ASON)，使光联网从静态光联网走向自动交换光网络，带来的主要好处有：允许将网络资源动态地分配给路由，缩短了业务层升级扩容时间；快速的业务提供和拓展；降低维护、管理、运营费用；光层的快速业务恢复能力；减少了用于新技术配置管理的运行支持系统软件的需要，减少了人工出错机会；可以引入新的波长业务，如按需带宽业务、波长出租、分级的带宽业务、动态波长分配租用业务、光层虚拟专用网等。
　　当然，实现光联网还要解决一系列硬件、软件以及标准化问题，但其发展前景是光明的，智能光网络将成为未来几年光通信发展的重要方向和市场机遇。
　　向自动交换光网络目标的过渡主要有两种基本演进结构，即重叠模型和对等模型。重叠模型又称客户-服务者模型，是ITU、光互联论坛和IETF等国际标准组织和准标准组织所支持的网络演进结构，也是多数传统运营商喜欢的模型。这种模型的基本思路是将光传送层特定的控制智能完全放在光传送层独立实施。其最大好处是可以实现统一透明的光传送层平台，支持多客户层信号。其次，让客户层特定要求通过接口送给光服务层，由光网络层来完成客户的连接要求可以屏蔽光传送层的网络拓扑细节。第三，这种模型允许光传送层和客户层独立演进。第四，采用子网分割后，运营者既可以充分利用原有基础设施，又可以在网络其他部分引入新技术，不为原有基础设施所累。最后，这种模型可以利用成熟的标准化的接口，比较容易在近期实现光网络的互操作性，迅速实施网络商用化敷设。
中国电信对下一代网的战略性思考
　　中国电信作为传统的电信运营商，其主营的固话业务正遭受移 动和IP业务分流的巨大冲击。在这样的形势下，中国电信急需寻找降低网络成本、增加业务收入、开发新业务的战略性新途径，下一代网的出现和发展恰好提供了一个重要机遇。为了及时把握这一重要技术发展大趋势，中国电信2002年在四个城市启动实施了采用软交换系统的下一代交换网实验工程，目前已完成技术试验，正进入业务试验阶段。其目的是为将来中国电信网全面实施战略转型积累实际网络经验，并从观念上、技术上、业务上和人员培训上做好初步准备工作。
　　中国电信对下一代网的理解绝不限于简单的用软交换系统使交换网更新升级，而是有更长远的战略性认识。下一代网从体系结构上必须是开放的分布式架构，从业务上必须有可持续发展的能力，从网络上必须能覆盖从核心到边缘、从有线到无线、从业务网到传送网，从应用环境上必须是多厂家环境，要实现互操作性。简言之，下一代网将是端到端的、演进的、融合的整体解决方案，而不是局部的技术改进更新，这将是我们未来10～15年的主要战略转型任务，目前的工作只是序曲。(中国电信集团公司总工程师 韦乐平/人民邮电报)