宽带IP网和三网融合--跨越“数字鸿沟”的桥梁

文章编号：1009－6868(2001)06S－0008－05 文献标识码：A 中图分类号：TN915.9

　　数字化、网络化促进了全球经济的发展和经济的全球化。由于发展的不平衡，发达国家将发 展得更快，而发展中国家如果不能抓住这个机会实现跨越式发展，差距将进一步扩大，将出 现“数字鸿沟”。在一个国家内部，发达程度不同的地区也将出现“数字鸿沟”。目前各方 面都很重视如何缩小乃至消除“数字鸿沟”的问题。跨越“数字鸿沟”是一个很复杂的综合 性问题，其中很重要的一方面是如何利用互联网引发的通信技术体制革命的机会，在基础网 络的建设和运营方面实现跨越式发展，为信息化带动工业化提供良好的环境。

　　1 通信技术体制革命带来的历史机遇

　　因特网的快速发展和普及显示出其巨大的优越性。在网络层IP协议互联解决了异质网络的互联问题，应用和基础设施分离提供了开放平台，大大促进了各种应用的发展。话音等传 统业务也开始转到因特网上进行。人们开始考虑用互联网作基础电信网，这就引发了一场通 信技术体制的革命。以“面向连接、电路交换、时分复用”为基本特征的传统电信体制将转 变到以“无连接、包交换、统计复用”为基本特征的新体制。从1998年底到1999年初，国际 电联在技术战略上作了重大调整，全面开始IP标准化研究工作，决定把原来制定基于ATM的B －ISDN标准的SG13组变成IP主导研究组，与IETF的标准研究机构合作制定标准。实际上国际 电联的这项调整，就是肯定了通信技术转向IP的发展趋势，自此整个电信业开始了IP化的进程。

　　采用基于IP over DWDM技术的宽带IP网技术，可以使基础网络的带宽有成百上千倍的提 高而成本有成十上百倍的降低，这就为发展中国家和地区发挥后发优势，实现跨越式发展提 供了历史机会。中国政府非常重视这一机会，1999年批准成立中国网通公司建设“高速互联 网示范工程”，2000年10月建成连接17个城市、总长8 000km的宽带IP骨干网CNCNET,速率达 40Gbit/s(16×2.5Gbit/s)，投入商业运行。这是世界上第一个采用IP over DWDM技术的商 业网。在CNCNET的推动下，中国宽带IP网发展迅速。中国电信的全国IP骨干网全面提速到2. 5Gbit/s，接近美国AT＆T骨干网的水平。在城市宽带IP骨干网的建设方面也出现了蓬勃发展 的竞争局面。

　　中共中央在关于“十五”计划建议中提出：“加强现代信息基础设施建设。抓紧发展和 完善国家高速宽带传输网络，加快用户接入网建设，扩大利用互联网，促进电信、电视、计 算机三网融合。健全国家公共信息网。加强信息化法制建设和综合管理。强化信息网络的安 全保障体系。”这就进一步明确了发展宽带IP网和促进三网融合是实现跨越式发展的两项关键。本文重点讨论这两方面的发展趋势。

　　2 宽带IP网的发展趋势--端到端的以太网

　　宽带IP骨干网技术在近年来经历了一个发展和演化的过程，从IP over ATM，经过IP ov er SDH 到IP over DWDM。在IP over DWDM系统中，IP数据包在传输中采用的封帧格式可以 有两种选择：一是SDH 帧格式，另一个是以太网帧格式。由于SDH帧格式是定长的，而IP 数 据包是变长的，需要有拆装处理。而以太网帧格式和IP数据包是一致的，不再需要任何中间 处理，因此要简单方便得多。开始由于SDH支持2.5Gbit/s速率，而吉位以太网只能支持1Gbi t/s速率，故主要采用SDH帧格式。随着10Gbit/s的DWDM系统的出现和万兆以太网10GbE标准 的制定即将完成，业界普遍认为10GbE将成为IP over DWDM系统主要采用的帧格式。

　　在IP over DWDM系统中，QoS、流量工程、自愈恢复等完全靠路由器通过MPLS等协议完 成。这对路由器构成很大的压力，限制了速率等性能的进一步提高。在光路由器没有发展成 熟之前，目前的发展趋势是：采用由波长路由器(光交换机)和DWDM(城域网CWDM)系统构成的 智能光网核心网和设置在边缘的以太网路由器构成的宽带城域网。在核心光网上采用以太网 帧传输，称为以太路径，边缘则为10GbE或GbE以太网。这种核心网可以采用网状网结构，采 用MPLmS协议等提供QoS和流量工程，这样可以减少对电路由器性能要求的压力，提供更高的 性能。对这种系统可以称之为智能光网以太网，这将是今后几年的主要发展趋势，再以后将出现光路由器。

　　宽带IP城域网经历着同样的发展过程，但是不能简单地将广域网DWDM方案用于城域网。在DWDM系统中相邻波长间隔仅0.8nm(100GHz)或更低，对激光器的频率精确性、单色性和滤 波器要求很高，价格昂贵。由于广域网传输距离很长，中间要用很多个放大器，DWDM系统中 多个波长通道共用光纤和放大器，在广域网上仍然可以大幅度降低成本。而城域网由于距离 短（一般100km以内），不需要使用放大器，增加一根光纤成本也不高，简单采用和广域网 一样的DWDM设备不一定合算。解决的方法是采用稀疏波分复用CWDM技术。使用1 200～1 700 nm 的宽窗口，对激光器和滤波器的要求可以大大降低，可以大幅度降低成本。另外一个趋 势是将WDM光传输设备和路由交换机结合在一起，路由交换机端口直接驱动光传输设备。最 简单情况，一根光纤只传输一路数据时，在裸光纤上直接运行吉位以太网。如果需要传输多 路数据，可采用波分复用系统，根据需要逐步增加波长通道。

　　在节点的路由交换机连接各个波长通道既负责选路交换又起分出/插入的作用。这种分/ 插作用不仅可针对波长，也可针对任务、数据流甚至数据包。目前的吉位以太网路由交换机 的背板容量已经达到几百吉比特每秒，数据包通过量达每秒一亿个以上；可以以线速进行第 3层IP/IPX路由和第2层无阻塞交换；支持冗余端口、生成树、多选择路由和冗余路由器协议 ，增加系统的可靠性；可以提供上百个1000BASE－X端口；提供带宽管理、优先权管理和基于策略的QoS；可以方便地通过HTTP、SNMP、 RMON、本地和远程CLI进行灵活管理，有的设备可以支持数千个 IEEE 802.1Q VLANs，并且 兼容IEEE 802.1ad的链路聚合技术；可以将多个吉位以太网端口结合成一条干线，在每个端 口之间进行负载平衡。为了使以太网城域网能够提供类似TDM专线的端到端的连接，以支持 传统业务，一些公司的产品已经开始可以提供IP TDM 业务。采用核心网的VMAN和接入网的V LAN配合，可以以固定延时传输语音和视频，为公共电话网提供等效E1的IP TDM通道。而TDM over IP技术，则可以在IP网上建立透明的T1/E1电路。其方法是：在数据包中插入同步比 特流，加上IP 包头送入IP网传输。数据包通过IP网转发到终点后，在终点重建同步钟，除 去包头，提供同步的比特流。采用这种设备可以在IP网上提供TDM E1专线，比SDH网提供的E 1和ATM都要便宜。

　　以太网城域网不使用SDH设备，当光缆环路被切断时如何能够像SDH一样在50ms内完成自 愈恢复是需要解决的问题。目前在网络的第1层到第3层均有解决方案。DWDM系统用光交换可 以在光路上于50ms内完成自愈恢复。第2层的弹性分组环(RPR)可以像SDH一样快速进行自愈 恢复，而又能利用环路备份部分传输数据。最新的路由交换机则可以在第3层完成环网或网 状网出现故障时的快速自愈恢复。一种方法是事先计算好各种可能出现故障时的恢复路径的 路由表，一旦监视发现故障，即快速转换到备份路径；另外一种方法是利用MPLS来实现自愈 恢复。这两种方法都可以在50ms内完成自愈恢复。

　　目前GbE(10GbE)帧格式已经成为宽带IP城域网的首选方案，也已经开始用于WAN。2002年，10GbE标准完成后将被广泛用于MAN和WAN。如果接入网也采用以太网，将形成从局域网、接入网、城域网到广域网全部是以太网的结构，从而实现端到端的统一的以太网。采用与 IP一致、统一的以太网帧结构，各网之间无缝连接，中间不需要任何格式转换。这将提高运 行效率、方便管理、降低成本。这种结构可以提供端到端的连接，根据与用户签订的服务协 议SLA保证服务质量。这将是今后相当长时期内的发展趋势。

　　宽带IP接入网最初是在现有的各种接入网基础上发展起来的。在互联网上开展音视频广播，发展宽带交互式新媒体对接入网带宽的要求将越来越高。一般认为，今后家庭用户接入 速率要求为100Mbit/s。目前各种接入网均不能满足这一要求，需要有专门的宽带IP接入网。

　　目前用电话线实现宽带接入的主要方法对于家庭用户是采用不对称的数字用户环路(ADSL)。ADSL最高可以提供下行8Mbit/s、上行2Mbit/s的不对称宽带接入，实际速率要低一些。 ADSL的优点是可以共用现有电话用户网和机房，缺点是设备价格较高，进一步提高速率的空 间不大。在中国，由于线路质量限制，可能只有20％的电话线路用于ADSL。

　　有线电视光缆同轴混合网(HFC网)通过电缆调制解调器构成宽带IP接入网，下行速率可 以达到40Mbit/s(小区500～2 000用户共享)，上行最高可达2Mbit/s，是目前和ADSL抗衡的 另外一种宽带接入网。目前中国HFC网绝大部分是单向HFC网，由于所用同轴电缆和插头质量 较差，需要全部更换才能改造成双向。改造需要有新的投入，限制了其推广应用。此外其进一步提高速率的空间也不大。

　　以上不同技术、使用不同媒体、隶属不同部门的网络都可以传输IP数据，用作宽带接入 网。它们各有优缺点，各有自己的用户群。它们之间既是相互竞争又是相辅相成的关系，在 一段时间内将共存。但是从长期发展看，这些利用已经有的通信广播基础设施的接入方法都 是过渡性的，必须建立IP专用的宽带接入网，它能够满足接入速度不断升级直到吉比特每秒 的要求。一种新的接入方法正在兴起，人们称之为宽带接入网的下一波。这种方法就是采用 IP over Optical的宽带IP城域网，光缆到大楼，以太网接入。

　　在城市光缆网上架构吉位以太网GbE(万兆位10Ge)宽带IP城域网。宽带IP城域网将吉比 特每秒的光端口送到大楼光节点。设置在光节点的路由交换机通过5(6)类线将10/100Mbit/s 端口送到终端用户。这就是光缆到楼、5类线入户以太网接入网。由于中国居民区基本上是 公寓楼，用5(6)类线架设以太网接入网的成本，与对单向HFC网进行双向改造的成本基本相 同。以太网接入方案的网上传输交换设备和用户端设备比ADSL和HFC电缆调制解调器要便宜 得多。这种方案符合中国国情，有广阔的发展前景。中国有很多城市和地区开始建设以太网 接入网，已经有公司专门从事此项业务，中国电信、中国网通也开始在各城市大量发展以太 网宽带接入网。估计2001年，中国将发展宽带以太网接入网用户300万户。ADSL和HFC 宽带 接入用户也将有一定发展。

　　由于以太网接入网的快速发展和广泛受重视，2001年初IEEE成立了802.3EFM工作组（EFM的意思是“以太网第一英里”，即以太网接入网），发展制定以太网接入网标准。中国也 在制定相关标准。

　　3 三网融合和统一的IP核心网

　　宽带IP网的发展为实现三网融合、发展统一的IP核心网提供了技术基础。以太网接入网 进入家庭，提供10/100Mbit/s的接入速率，足以支持话音和视频业务。目前已经出现固定和 移动电话、因特网数据通信以及有线广播电视网使用统一的IP核心网的发展趋势。三网融合不仅可以大幅度降低成本，还将产生新的业务，提供新的服务，这是三网融合的生命力所在 。三网融合将改变现行的管理运营体制。

　　(1)固定电话和移动电话核心网的融合是传统电话和Web的融合。互联网采用开放的体系结构、统一的标准协议，任何接入网络只要是采用TCP/IP协议都可以和它互通互联。而传统 的有线和移动电话则不同，他们有着各自独立的交换和传输网络。而无线移动电话的接入网 络更是复杂，有着不同的空中传输标准。这不仅增加了成本，也给使用管理带来很大不便。 随着IP电话的兴起，VoIP技术的发展，传统电话正在向IP化演化发展。首先长途骨干网开始 IP化，随后各种接入网被用于IP电话接入，软交换机将取代程控交换机，进一步将发展传统 电话智能网和因特网特征相融合的新一代综合业务VoIP系统。

　　上述发展势将影响3G移动电话的发展。3G移动电话不可能再维持自己独立的用于传输和 交换的核心网。目前3G移动通信的核心网将演化为全IP网，无线接入网也在向全IP化演化。 话音也将采用基于SIP的IP电话(R5)，进一步向统一的IP核心网演化，不再使用移动电话专 门的核心网。

　　在IP 核心网中将不再使用各种传统的电路交换机，而代之以在网络节点的高性能路由 交换机。传统电话智能网的上千种功能包含在交换机中，第3方应用开发商要和交换机打交 道很困难。在统一的IP核心网中用应用服务器代替交换机运行各种应用，其效率比交换机要 高得多。通过呼叫代理来增加新的功能，对第3方应用开发商要方便得多。

　　在无连接的IP网上，采用基于SIP的VoIP系统，用软交换机提供VoIP业务，既可以提供 固定电话的交换传输，也可以提供移动电话的交换传输，差别仅仅是接入方式不同。它不但 可以提供传统电话智能网的全部功能，还可以提供传统电话智能网的功能和互联网特征融合 的新功能。对于竞争的运营商而言，采用这一系统不仅可以以价格优势，更重要的是可以功 能优势与传统电信运营商竞争。而对于传统的电信运营商而言，由于已经拥有庞大的传统电 话智能网基础设施，他们更强调平稳过渡。这就给新兴的运营商以竞争的空间和机会。发展 统一的IP核心网使竞争的电信运营商能够从互联网综合业务的角度进入固定电话和移动电话领域。

　　(2)广播电视将从频道上逐步转移到互联网上，将出现宽带交互式新媒体。它是三网融合的产物，与传统媒体不同，它是交互的。目前的因特网只是这种新媒体的雏形，未来宽带 交互新媒体既有因特网Web的交互能力，又有电视的动感和高质量的音像效果。这是一种正 在快速发展的媒体，目前预计有以下服务模式：

• 以多播方式提供的网上音频、视频广播。用户使用时像使用电视机选择频道一样方便。用 户可以选择收看世界上任何地方的节目，当然如果需要，本国政府可以控制境外节目。
• 视频点播(VOD)。用户可以点播世界上任何地方的视、音频节目,包括音乐、电影、电视以 及各种视、音频片断和多媒体材料。
• 电子节目报和视、音频内容技术检索服务。
• 家庭编辑室。用户可以自行编辑选择电视画面和声音背景、视角等。
  
• 交互电视。用户在收看过程中可以提问、查阅背景及参考材料。
  
• 内容交互节目。电影和电视剧内容情节可以根据用户要求来发展。用户可以装情感传感器 来控制剧情发展。
  
• 用户从网上检索，获取视、音频多媒体材料，制作自己的节目。
  
• 版权、收视费的自动支付和隐私保护。
  

　　综上所述，所有的业务从传统固定电话、移动通信、新一代综合业务VoIP，到电子商务、综合应用服务，乃至交互新媒体，将全部使用统一的核心IP网，差别仅仅是接入网不同，可以是传统电话网、无线移动电话接入网、有线电视网、ADSL、LMDS、LAN接入等。

　　4 如何形成健康有序的竞争环境

　　目前中国在宽带IP骨干网、城域网和接入网的建设和运营方面开始出现竞争的局面。竞 争带来的好处开始出现，IP 电话使得长途电话与国际电话收费大幅度降低。用户可以租用 裸光纤、波长、高速专线开展增值业务，费用有成10倍的降低，促进了因特网的发展。但是 竞争格局还只是刚刚形成，中国电信等传统的大运营商在一些领域仍处于事实上的垄断地位 ，如市话费用不但没有降低反而有所上升。因此进一步打破垄断、促进竞争，实现事实上的 有效、有序的竞争格局仍然是当前的主要矛盾。需要采取进一步的措施，包括中国电信的进 一步改革，实行不对称政策扶植新运营商，制定法律、法规促进竞争，规范竞争行为，促进 形成有序竞争。

　　目前中国在发展宽带IP骨干网和接入网方面出现热潮。由于宽带内容、应用和服务基本 还没有开展起来，没有产生能够形成新消费热点的应用，这一热潮能否健康发展是存在问题 的。目前在处于非常关键的时期有两种可能的发展前途：一种发展前途是实现健康发展，建 成低成本、高性能宽带网络，为企事业实现信息化提供宽松环境，促进信息化。消费者宽带 网业务逐渐成为新的消费热点。另外一种我们不希望看到的前途是成为新的网络泡沫。炒作 和低水平重复，无序竞争破坏宽带网络市场。没有内容和服务支持，就不能形成宽带网络市 场。最近美国等发达国家电信业出现的问题应该成为我们的前车之鉴。在.com公司快速扩张 产生的需求驱动下，美国电信业也快速扩张，巨额利润吸引了大批投资者，大量投资投入IP 网络通信基础设施领域。结果是网络带宽急剧增加，价格大幅度下降。这一方面推动了因特 网的普及和快速发展，另外一方面对运营商而言，由于宽带应用发展跟不上，业务量虽然有 增加，但是收入增加不多，利润的确降低很多。随着网络泡沫的破裂，.com公司大量倒闭， 由其产生的需求随之消失，造成今天美国电信运营商处于非常困难的境地。

　　因此，一方面需要政府制定完善的法律法规，规范竞争行为，防止恶性竞争，以形成健 康有序竞争环境。另外一方面，运营商也要保持清醒的头脑量力而行。在进行大规模基础设 施建设的同时，考虑如何发展应用形成消费热点实现赢利，如何形成新的运营模式(如将带 宽和内容及服务捆绑形成服务平台，形成价值链)。在发展宽带应用方面，政府的作用也是 非常重要的，这是信息化促进工业化的发展战略的重要组成部分。

　　5 社区宽带接入网会成为一个新泡沫吗？

　　目前中国出现的宽带接入网建设热潮，主要是建设以太网接入网。以太网宽带接入网为 中国建设宽带接入网，实现跨越式发展提供了历史机会，可以说是有中国特色的。其发展速 度和规模目前在世界上也是领先的。但是我们应该清楚地认识到，目前出现的以太网接入网 的建设高潮带有一定的“跑马圈地”和炒作成分，有人形容其带有.com公司的泡沫成分。

　　要判断是否是泡沫，只要看是否有市场，居民的消费水平能否承受。考虑到中国发展彩 色电视、VCD和DVD在拥有量和普及率方面取得的成就，尽管中国经济发展总体水平不高，宽 带接入网的发展仍然有可能达到较高的水平，成为新的消费热点。按照目前的消费水平，在 3～5年内发展3 000万宽带接入用户是完全可能的，问题是如何快速发展用户喜爱的交互宽 带内容和服务。

　　目前宽带接入网的应用除了为用户提供一直在线、可靠、高速的因特网连接之外，还应该发展一些关键的宽带应用。对于竞争的运营商而言，希望拥有独立于中国电信的电话接入 网，用以太网接入网作IP电话接入是非常重要的。当然这种IP电话不单是传统电话的模仿， 它将拥有电话和Web相结合的新功能。互联网上的音视频广播??宽带交互新媒体是另外一 项关键性宽带应用。目前中国广播电视业已经认识到这个新业务的重要性，开始积极进行研 究发展。但是这方面的业务发展需要解决一系列管理体制、政策方面的问题，因此会有一个 发展过程。当然更重要的是内容的制作和价值链的形成。第3个方面的重要应用是智能化小 区和社区服务应用。这也有着广阔的发展前景。

　　要保证宽带接入网建设的健康发展，需要尽快发展客户和服务，获得收入，实现良性循 环，而不能像.com公司那样单纯扩大业务，不计收入，只企图从股票市场通过上市得到回报 。为此一方面要提供能够吸引用户的宽带内容和服务，与大量ICP、ASP、ISP等构成合作伙 伴关系，形成互利的价值链。另外一方面要建立一个支持开放接入、安全、可扩展的平台。

　　目前一些小区宽带接入网发展商的策略是先占地盘，先布好五类线网络，送到用户门口 。为了降低成本在大楼只设集线器或无管理的简单的交换机，这样的系统在管理和用户安全 隔离方面都存在很多问题。这可以说是“初级阶段”，在上网用户少时可以保证一定速度， 只能包月计费。考虑到网上宽带内容和服务的建立和发展有一个过程，用户数量的增长也需 要一个发展过程，在开始阶段为降低成本，采用上述简单系统是可以的。好在以太网的良好 的可扩展性使得今后升级不困难，也不会造成多少浪费。

　　但是从发展看，宽带接入网必须是一个安全的、可扩展的、支持开放服务的平台。尽管 目前还没有一个能很好满足上述要求的商品设备，随着有关标准的制定(中国信息产业部电 信传输所和中国电信也在制定以太网宽带接入网的标准和规范)，将会不断出现低成本、高 性能的设备满足不同的需求。对于设备制造商来说，这也将是一个巨大的市场和发展机会。

　　总之，中国以太网宽带接入网的发展是根据中国具体情况和发展需要产生的，一开始就 显示出巨大的生命力。目前它正在经历一个发展成熟的过程，这是和世界发达国家同步进行 的，因此在建设和运营体制上通过市场竞争将逐步形成新的格局。以太网宽带接入网的发展 将使中国信息网络建设和应用出现跨越式发展的局面，也将促进网络设备制造业的发展。

[摘要] 文章首先简述了互联网技术引发的通信体制革命所带来的发展机遇，然后结合三网融合 ，分别从宽带IP骨干网、城域网及接入网3方面论述了宽带IP技术将是跨越“数字鸿沟”的 关键技术。

[关键词] 宽带IP网 三网融合 以太网 城域网 社区宽带接入网

[Abstract] The paper briefly describes the development opportunities brought by the rev olution of the communications system, which was triggered by the Internet techno logy, discusses the broadband IP backbone network, MAN, and access network from the angle of convergence of the computer network, telecom business network and w ired TV transmission network, and concludes that the broadband IP will be the ke y technology to bridge the Digital Gap.

[Keywords] Broadband IP network Convergence of three networks Ethernet MAN Commu nity broadband access network