下一代电信网的思考

▲ 因特网业务对电信网产生了强烈的冲击，电信界正面临百年未遇的巨变。

▲ 传统的电路交换网将逐步转向以数据业务为主导的下一代电信网。

▲ 下一代电信网将是以数据特别是ＩＰ业务为中心的数据网，而传统电话网将通过网关与之相联。

１ 新时期的挑战

    当前，电信界开放市场、引入竞争的进度明显加快，电信管理体制改革的力度明显加大。特别是近年来，以因特网为代表的新技术革命正在深刻地改变传统的电信概念和体系，其迅猛发展的速度是人类历史上历次变革中最快的。投资被大量集中在这一领域，新概念、新技术不断出现：浏览器、Ｊａｖａ、中件、推技术、Ｉｎ-ｔｒａｎｅｔ、Ｅｘｔｒａｎｅｔ等等，令人眼花缭乱，目不暇接。目前，北美骨干网上的业务量已达到了约６～９个月左右就翻一番的地步，比著名的ＣＰＵ性能进展的摩尔定律（约１８个月左右就翻一番）还要快２～３倍，而且迄今没有减缓的迹象。要不了多少年，全球的因特网业务将超过话音业务。１００年来始终占据绝对主导地位的话音业务将最终让位给数据业务。也就是说，以前电信网是在话音传输的基础上附带传输数据，将来的电信网则最终将变成在数据传输的基础上附带传输话音。

    从中国的具体国情分析，今后５到１０年网上的数据业务也将可能会超过话音业务量，传统电话网将不可避免地要过渡到以数据业务特别是ＩＰ业务为中心的融合的下一代电信网，下一代电信网将最终支持包括话音在内的所有业务。这将可能是百年来电信网所经历的最大的变化，对电信业的各个方面都将产生难以估量的深远影响。

２ 因特网业务对电信网的影响和冲击

２．１ 两个主要冲击因素

    因特网业务对现有电信网有两个主要冲击因素，一是长保持时间，二是独立呼叫。长保持时间是因为普通的电话呼叫平均时间仅３～５分钟，忙时平均９分钟。而因特网的上网时间可以长达３０～５０分钟，而且呈持续上升趋势。按传统话务量设计，交换机容量设计为高峰期９分钟／线。如果１５％家庭使用因特网，保持时间６０分钟，相当于１００％的用户在同一时间内拨打９分钟的电话，则容量需求相当于增加１００％，全世界的电路交换网容量必须增加一倍才行，这显然是极不经济的。现实的解决方法是将因特网业务量从普通电话网旁路到数据网上去，这方面已有多种解决方法。独立呼叫是由于因特网的长占时特点，严重影响了普通电话的使用，从而推动了用户第２条电话线的需求，据估计在美国到２０００年将有一半家庭拥有第２条电话线。显然这也将直接促进各种新型接入技术的发展。

２．２ 因特网业务的特点

    因特网业务具有许多与传统电话业务不同的特点，首先是高平均峰值／平均负荷，有时轻负荷的链路也会发生丢包和延时。第二是非对称业务量，其一表现在出美国与进美国之比大约为１０比１，其二表现在从大服务器到骨干网到地区网到分散用户方向的不对称（分别为３：１，６：１，２０：１），使网络在５０％的服务器空闲的同时另一端却发生阻塞，导致网络带宽的利用率较低。因特网业务流主要受限于服务器（如ＨＴＴＰ会话初始化、ＤＮＳ查询、ＣＰＵ负荷等）而非网络，５０％的Ｗｅｂ阻塞与服务器有关。第三，因特网业务量呈突发特性，在电路交换网上传输时，所占连接的大部分时间是空闲的，传输效率很低。

２．３ 因特网对电信业务的影响

    随着因特网业务的爆炸式增长，因特网业务将逐步成为新的电信业务增长点。据美国Ｙａｎｋｅｅ Ｇｒｏｕｐ公司的预测资料表明，近几年来，发达国家的电话收入已开始逐年下降，虽然电信收入预计从１９９７年的１ ９００亿美元将增长到２０００年的２ ６００亿美元，但其主要增长将来源于数据，特别是ＩＰ的收入。从２０００年以后，业务提供者的大约８０％的利润将来自ＩＰ业务。

    从电信网使用的数据通信协议看，在１９９８年底发达国家使用的ＩＰ通信协议占７０％～８０％，ＩＰ已成为主导通信协议，这种通信协议的变化也将影响业务收入的构成。

     从网上ＩＰ业务量的分布看，尽管企事业网的ＩＰ业务量将从１９９６年的４５％增长到１９９８年的７０％以上，但骨干网上的业务量增加得更快，已达到了约６～９个月左右就翻一番的地步，结果，传统电信网业务量的使用模式将发生颠倒，以前本地／广域业务量之比为８比２，目前本地／广域业务量之比为５比５，将来本地／广域业务量之比为２比８，这将构成新时期业务量分布的新模式。

３ 发展下一代电信网是历史的必然

     尽管传统的电路交换技术有其不可磨灭的历史功勋和内在的高质量严管理优势，在可以预见的未来仍将是提供实时电话业务的基本技术手段，但其基本设计思想是以恒定的对称的话路量为中心的，采用了复杂的分等级的时分复用方法，语声编码和交换速率为６４ｋｂｉｔ／ｓ。对于未来以突发性数据为主的业务而言，尽管采取各种措施后，也可以传输，但效率较低，传输成本和交换成本较高，网络资源浪费，必须采用复杂的信令、计费和网管。当数据业务量不大时，这种状态还可以容忍。当网络的业务量以数据为主时，这种低效率状态将变得不可容忍，建设新的对数据业务最佳的新一代网络势在必行。从网络的角度看，传统的以电话业务为基础的电路交换无论从业务量设计、容量、组网方式还是从交换方式上来讲都已无法适应新的发展趋势，开发新一代的可持续发展的网络已成为电信界的共同心愿。各大公司都在设计未来网络的蓝图，诸如可持续发展的网络（ＣＵＮ）、一体化网（ＵＮ）、下一代网络（ＮＧＮ）和新的公众网（ＮＰＮ）等等。但其基本思路都是共同的，即具有统一的ＩＰ通信协议和巨大的传输容量，能以最经济的成本，灵活、可靠、持续地支持一切已有和将有的业务和信号。具体说，其上层联网协议将是ＴＣＰ／ＩＰ，中间层是ＡＴＭ和／或ＳＤＨ，最下面的基础物理层是波分复用（ＷＤＭ）光传送网。从而可以提供巨大的网络带宽，保持可持续发展的网络结构、容量和性能，以及廉价的成本和支持当前和未来的任何业务和信号。上述分组化网有着传统电路交换网所难以具备的一些优势，诸如无复杂的时分复用结构；有信息才占用网络资源；效率高；成本低；信令、计费和网管简单；可适应非对称的突发数据业务等。显然，随着网络中数据业务量成为主导后，从传统的电路交换技术逐步转向以数据特别是ＩＰ为基础的整个电信新框架将是历史的必然。当然这种转变不是一朝一夕就能完成的，可能需要１０～１５年的漫长时间，但其对电信业的影响却是１００年来最重大和最深刻的一次，也势必对电信产业结构产生重大的影响。

４ 传统电路交换网怎么办

    近１０年来，中国的电话业务呈现了举世瞩目的快速发展，电话网的规模已成为世界第二大网，但电话普及率仍然很低，仅为１０．６％，不仅大大落后于发达国家的水平（电话普及率为４０％），距世界平均水平（电话普及率为１５％）也仍有不少差距。要实现２０００年电话普及率１３％、２０１０年电话普及率３８％的既定目标，还要付出巨大的努力，特别是提高广大农村地区电话普及率的任务还十分艰巨。因此可以肯定，在大力发展数据业务的同时，在未来至少５年或更长一点的时间内满足基本电话业务需求仍将是中国电信发展的主要任务。特别是以电路交换技术为基础的蜂窝移动通信系统仍将继续高速发展，并在电信网中占有越来越重要的地位，构成中国电路交换继续发展的又一主要推动力。在相当长的一段时间内，继续发展和改进电路交换技术仍然是一项不可忽视的重要任务。

      另一方面，由于技术发展很快，电路交换网将转入稳步发展的轨道，以实际市场牵动为主来安排建设规模和建设速度。同时，为适应未来主导业务的转型要求及网络发展的衔接需要，要稳步发展和建设ＡＴＭ／ＩＰ网，在五年左右逐步过渡到长途网停止新装电路交换机，部分业务量可分流到ＡＴＭ／ＩＰ网上。然而，从传统的电路交换网到以ＡＴＭ／ＩＰ为主导的分组化网将是一个长期的渐进过渡过程，因而在未来很长一段时间内电信公司的主要任务是同时支持两种网络，解决两网之间的互通以及各自业务和应用之间的互操作性，从而最终完成由传统电路交换为基础的电信网向分组化的ＡＴＭ／ＩＰ为基础的数据网的平滑过渡。目前发达国家已开始这种过渡，中国也正在研究评估各种过渡方案，诸如采用电信级语音网关来连接电话网和ＩＰ网、逐步采用新一代混合交换机、接入服务器乃至接入网等，将ＩＰ业务量从传统电话网中分离出去。各种方案各有其优缺点和最佳应用场合。

５ 数据网怎么办

     近几年来，中国公用数据通信网也获得很大的发展，先后建立了分组数据网（Ｘ．２５）、数字数据网（ＤＤＮ）、帧中继网和ＡＴＭ宽带数据网。公用数据网的整体水平显著提高，各类数据网用户的增长速度都在３位数。

    由于技术的进步是从低级到高级逐步演进发展的。这就导致了目前多种数据网并存的现状。然而，由于技术的发展，数据网正在向新的统一平台的方向发展，其基础为ＡＴＭ和／或ＩＰ。目前，中国ＡＴＭ网已具有相当的规模。因而统一的数据网应首先建立在ＡＴＭ技术的基础上，骨干网为ＡＴＭ网，有条件的地方在网络边缘也可建ＡＴＭ边缘交换机与骨干网相联，构成全国范围的ＡＴＭ网。在靠近用户处可以采用ＡＴＭ多业务接入交换机来提供ＡＴＭ、ＦＲ、Ｘ．２５和ＤＤＮ等数据业务的汇集。目前数据网内的设备尽量往边缘推移，以充分利用已有设备资源和增加网络的覆盖面。

    再进一步的发展将是向ＩＰ网的方向前进，目前最流行的ＩＰ传送技术有３种，即ＩＰ Ｏｖｅｒ ＡＴＭ、ＩＰ Ｏｖｅｒ ＳＤＨ和ＩＰ Ｏｖｅｒ ＷＤＭ。ＩＰ与ＡＴＭ的结合是面向连接的ＡＴＭ与无连接ＩＰ的统一，也是选路与交换的优化组合，可以综合利用ＡＴＭ的速度快、容量大、多业务支持能力的优点以及ＩＰ的简单、灵活、易扩充和统一性的特点，达到优势互补的目的。因而对于电信网而言，在相当的一段时间内，ＡＴＭ作为多业务平台是比较理想的。即使在可预见的将来，在网络边缘地带，ＡＴＭ作为业务汇集点仍然是不可缺少的。特别是ＡＴＭ与ＩＰ结合后为ＡＴＭ的发展提供了新的方向和动力。此时只要建立一个统一的ＡＴＭ网就能提供所有的数据业务，不仅节省投资而且便于管理和规划。

     ＩＰ与ＳＤＨ的结合是将ＩＰ分组通过点到点协议直接映射到ＳＤＨ帧，省掉了中间的ＡＴＭ层，从而保留了因特网的无连接特征，简化了网络体系结构，提高了传输效率，降低了成本，易于兼容不同技术体系和实现网间互联。但目前尚不适合于多业务平台，可扩展性差，只有业务分级，无优先级业务质量。在ＩＰ Ｏｖｅｒ ＳＤＨ中ＳＤＨ是以链路方式来支持ＩＰ网，不参与ＩＰ网的寻址，这种ＩＰ网其本质上仍是一个路由器网。ＩＰ网整体性能的提高将取决于路由器技术是否有突破性进展，所以这种技术的核心是千兆比线速交换路由器。目前，千兆比路由器在技术上已有突破，可实现第２层交换与第３层选路的一体化，基本保证服务质量，转发分组延时也已降至几十微秒量级，不再是大问题，但同时也带来了设备复杂度的提高。然而，这种突破性技术尚不能广泛应用于普通路由器中。因而除非全网全部路由器都能采用千兆比路由器技术，否则仍难以从整体上提高ＩＰ网的水平。所以ＩＰ Ｏｖｅｒ ＳＤＨ主要是在干线上用以疏导高速率数据流。

    从长远看，则有可能最终会省掉中间的ＡＴＭ层和ＳＤＨ层，ＩＰ直接在光路上传输，即实现所谓ＩＰ Ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ。这是一种最简单直接的体系结构，这种体系结构省掉了中间的ＡＴＭ层与ＳＤＨ层，减化了层次，减少了网络设备，减少了功能重叠，简化了设备，减轻了网管复杂性，特别是网络配置的复杂性，额外的开销最低，传输效率最高。通过业务量工程设计，可以与ＩＰ的不对称业务量特性相匹配。由于省掉了昂贵的ＡＴＭ交换机和大量普通ＳＤＨ复用设备，简化了网管，又采用了ＷＤＭ改进了传输复用效率，其成本可望比传统网络结构有大幅度下降。

      对于近期应用，ＩＰ路由器将通过集成的ＳＤＨ ＳＴＭ－１６／６４接口连至ＷＤＭ系统，无须涉及网中其它ＳＤＨ设备。此时，ＳＤＨ的角色仅限于点到点传输，大量的联网功能成为多余。其它可能的候选解决方案是采用简化的ＳＤＨ接口和低成本千兆比以太网接口等。前者的出发点是既然ＳＤＨ联网功能已成为多余，那么其帧结构中的大量开销比特也成为多余，于是有人设想可否设计一种只含有极少几个开销比特的新的简化的ＳＤＨ接口，从而在帧结构开销、同步和抖动方面均可简化设计，以降低成本。另一种更为简单的接口选择是千兆比以太网接口，这种接口十分简单，比ＳＤＨ接口便宜很多，而且全网可采用统一的以太网帧格式，在路由器接口无需任何映射和比特塞入操作。不足之处是采用８Ｂ／１０Ｂ码型，效率损失２５％；异步工作，对抖动和定时敏感，但可以设法保证丢包率水平可以接受；在层２上没有误码监视和故障定位能力；对于大规模网的保护恢复时间过长，可达数秒；与现有电信网的互通互联较困难。目前两者的定位是：千兆比以太网接口主要适用于局域网和城域网领域，而大网上还是应用ＳＤＨ接口或简化的ＳＤＨ接口较为可靠和稳妥。因而，近期的ＩＰ Ｏｖｅｒ ＷＤＭ实质上是以ＳＤＨ或简化的ＳＤＨ接口为基础的。

    对于长期应用，需要规范一种新的最佳的ＩＰ对光路的适配功能，即需开发一种全新的光线路接口。这方面尚无统一意见，需要重点考虑和解决的问题包括恒定比特率和突发传输、适配协议和帧结构、物理接口特性（线路码、光参数等）、最佳网络结构、生存性策略和网管等。

    现实世界是多样性的，网络解决方案也不会是单一的。跟踪国际发展趋势，立足国情，把握网络发展的衔接性和可持续发展性，谨防“一步到位”的理想主义是新时代网络发展的基本思路。只有这样才能走出迷惘、困惑的泥潭，建设起具有中国特色的新时期下一代电信网。

６ 下一代电信网的结构考虑

    综上所述，在可以预见的未来，为了适应复杂的网络应用环境，中国下一代电信网的结构将是混合网结构。网络将是以数据特别是ＩＰ业务为中心的数据网，传统电话网（无论有线还是无线）将通过电信级语音网关与之相联。网络的高速骨干网可以采用ＡＴＭ交换连接设备和高速千兆比或太比特路由器，ＩＰ网的边缘部分可采用ＩＰ Ｏｖｅｒ ＡＴＭ，ＡＴＭ以网络形式来支持ＩＰ网，以此构成高性能的ＩＰ网。随着ＩＰ业务成为网络的主要业务和应用协议，ＩＰ Ｏｖｅｒ Ｏｐｔｉｃａｌ将逐渐成为网络的主导形式，在核心网中开始取代ＡＴＭ交叉连接设备乃至ＩＰ Ｏｖｅｒ ＳＤＨ。在相长的时间内，三者将共存和互补。而传统的电路交换网将通过网关与数据网相联。在可以预见的未来，电路交换、ＡＴＭ交换和ＩＰ路由将共存互补，以适应多样的网络环境并支持各种业务。因而，能够支持基于ＡＴＭ／ＩＰ分组网和电路交换网间的无缝互通，保证各自的应用与业务的互操作性是下一代网络能否顺利演进发展的关键。为了更形象地描述下一代网的结构，图１和图２从垂直和水平的观点给出了下一代网的初步结构考虑。其中ＡＤＭ和ＯＡＤＭ分别表示电的分插复用器和光的分插复用器，而ＳＤＸＣ和ＯＸＣ分别表示电的ＳＤＨ交叉连接器和光的交叉连接器。当然，这是一个全集，随着技术的发展和业务的变化，其中的独立ＡＴＭ层和ＳＤＨ层有可能会逐步消失，但其基本功能不会消亡，将会分别融入ＩＰ层和ＷＤＭ层中。

（收稿日期：１９９９－０５－０４）