通播网的基本特性和网络技术

通播网(Communicast Network)是三网合一后的网络。由于通播网是以视频业务为主，这使 它具有与以往的网络所不同的特性。这些特性可以看作是继承了原有的通信网、广播网和计 算机网的关键优点，并克服了他们缺点后的产物。通播网这一概念并不是特指一种具体的网 络技术(如ISDN网、LAN网等)，而是从需求和应用角度来说的网络，如同电话网、广播网等 概念的性质一样。本文研究通播网是从未来网络业务的角度出发提出对网络的一些需求特征 和某些技术特征。

　　1 通播网的网络需求特性

　　1.1 全程全网

　　通信网一开始就是为全程全网的应用考虑的，通信网全球范围的互联互通是一个基本的要求。

　　相比之下，广播网一开始的定位是一个城域范围的网络，一个电视台和它的发射台服务的范围一般就是一个城市。服务于更广地域的电视或广播台事实上是通过各个城域广播台的 “转播”完成的，不同广播台的互联互通不是一个必须的要求，甚至绝大多数不同国家的广 播台之间的相互转播是被禁止的。对“敌台”的人为干扰司空见惯。广电网看起来是一个非 常宽带的接入网络，但它同时也是一个非常浪费接入带宽的网络。如果有100个频道的节目 ，广电网至少要100个频道的接入带宽，将所有频道全部送到用户处而由用户设备选择所需 的频道。

　　如果是在全程全网的通播网上，用户处只需要一个频道的接入带宽就够了，它可以通过 选择电台来获得不同的频道节目。

　　计算机网一开始的使用范围更小，它只是一个局域的概念。其所采用的连网网线仅仅考 虑了几百米的距离。

　　互联网在全程全网上也是有缺陷的，它可以很方便地访问所有网页，但终端用户相互之 间的访问却受到很大限制。

　　对于原有的通信业务，全程全网并不会让人们感到有什么新奇的地方，但对于新闻、娱 乐等应用，全程全网的特性就非常具有革命性了。通过网络视频技术，任何一个上网的视频 电台都是面向全球服务的，这将使人类向实现地球村的梦想跨越非常大的一步。网上的远程 教育也是面向全球的，很快我们就可以在全球任何地方都享受到全球任何一个大学的教育。

　　通播网不仅可以方便地实现对中心式网站的访问，而且可以实现和电话网一样的终端之 间的相互访问。终端之间不仅应当可以实现实时的视音频通信，而且可以在终端之间直接发 送实时到达的电子邮件或数据文件，而不是通过邮件服务器转发。

　　1.2 完善的认证

　　认证完善是通信网最突出的优点，认证包括：

• 用户认证(你是谁？)
  
• 业务认证(你有获得何种服务和服务质量的权限？)
  
• 服务认证(你获得了多少服务？)

　　电话认证的过程是非常自然的，用户一摘机，程控交换机就鉴别出是哪一个用户，没有 经过签约的用户，根本连拨号音都不会提供。每一个用户拥有自己唯一的号码，通信网可以 完全清楚地控制哪一个用户能使用什么样的业务。每一个用户号码的获得都是一个实际上与 通信运营商签订使用协约的过程。在所有通信过程中，无论主叫还是被叫，网络都有完全确 切的认证。

　　相比之下，计算机网在技术上也可以为每一个终端提供唯一的号码或地址(如MAC地址或 IP地址)，但这些地址没有法定的意义。在LAN里，用户的IP地址和用户名只要不与其他终端 冲突，几乎是可以任意改变的。在接入终端的路由器或交换机里，终端信息是在开机后才临 时注册的。不能对用户进行完善的认证和鉴权，是以计算机网思想为基础发展起来的互联网 的安全缺乏保障，黑客泛滥的根本原因。

　　当一个网络中不能够确切知道是“谁”在“干什么”的时候，它会成为什么样子就可想 而知了。如果在一个酒店里客人既不提供押金，也不提供个人的信用帐号，而酒店根本就不 知道入住的客人是谁，也不知道他住几号房间，仅仅关心住进来的客户数量，实在难以想象 这个酒店怎么经营下去。

　　人们把互联网缺乏认证的特性当作一种新潮看待：“网上正同你交谈的也许是一条狗” 。在互联网上保护上网者的隐私被看得非常重要，互联网大多隐藏了向网上发表意见者的真 实身份。并不是技术上做不到使所有上网者的身份完全公开，而是互联网的推崇者认为只有 上网者的身份从技术上得到充分隐藏，才能使人们真正地获得言论自由。这与原有的通信网 正好相反。通信网要求用户的身份和他使用的业务公开，而内容保密；互联网却是内容公开 而身份保密。

　　互联网由最具希望的领域转眼之间变成一场泡沫和灾难，值得反思和考证的原因有很多，但有一个缺陷是很直接和显然的：互联网缺乏对用户完善的认证。网站靠推出免费的服务吸引注册用户和访问用户，但这些注册和访问的用户都是非常随意的。注册免费邮箱并不是 一个严格的签约过程，用户对网站的访问也没有任何法定的认证。但股市却正是拿这些基本 上没有任何法律保障的注册用户数，甚至用户点击数作为评估其市场价值的依据。

　　即使在通信网发展的早期，当被叫不能确知主叫是谁时，电话也曾经作为一种恶意呼叫 的工具。但当追查恶意呼叫特别是主叫显示功能加入程控电话网后，这种行为就基本得到遏 制。因而，认证是网络安全最根本的保障。无论技术上怎么设置总是有漏洞的，但如果每一 个上网的人都被网络确知是谁，并且在做什么，就可以有人对发生的一切行为负责任。网络 的安全并不是技术上保证不会受到破坏，而是无论受到什么破坏应该都被网络知道，并且网 络上的任何行为都应当是一种在法律上签约和认证后的行为。互联网并不是在技术上做不到 这一点，而只是开创互联网的一批理想的自由主义者们不喜欢这样。

　　无线广播完全不知道谁在收听，更不知道听众收听了多少内容，因而广播电视台难以向 用户收钱；有线电视通过限制电视信号在有线电视网中传递，在一定程度上可以知道它的用 户是谁，但同样不知道用户收看什么频道和收看了多少，因而，有线电视台只能向用户收取 固定的月收视费；在有线电视基础上发展起来的加密电视和条件接收技术，既能知道用户是 谁，也知道用户在看什么频道和看了多少时间，可以完全按用户实际收视量收费。

　　因而可以说，广电网发展的历史，其实就是追求认证的历史。

　　如果不能对用户和其业务使用情况进行认证，就难以获得良好的商业模式。简单地说， 认证是收费最根本的基础。

　　一个完善的运营网络必须在用户接入侧提供对用户完善的认证。与认证相配合就是通信 网应具有良好的计费功能。

　　完善的认证特性给新闻和娱乐业带来的革命将是非常巨大的。在广播网中，要知道究竟 有多少人在看自己的节目是非常困难的事情，精确的数据几乎不可能获得。而由于完善的认 证机制，在通播网上的某个业务中心发送的实时节目可以非常精确地知道有多少人在收看、 收听或浏览，并且可以完全定位到每一个人。这样的特性可以带来非常多的、全新的业务应 用类型，如：根据收看人数精确计算广告收费；广告信息和远程购物网站实时地链接在一起 ，用户看过广告后可立即采取购买行为，从而极大提高广告的效用；广告经营者还可以按照 观众收看广告后实际发生的购买行为收费。

　　业务中心的节目可以非常容易地吸引观众参与，并且参与的观众可以将自己的视频发送 过去，而不像现在这样只能通过电话实现交互。事实上，通播网中每一个用户的终端都具有 电视台的功能和地位，业务中心只不过是节目多一些而已。

　　未来的运营商会出现很大的分化，会有骨干网络运营商、边缘运营商、业务运营商等等。专业的宽带接入服务器有助于分割骨干网络运营商、边缘运营商和业务运营商并在他们之 间进行结算。

　　业务认证(鉴权)可以在接入服务器里完成，也可以在业务运营商的业务控制和业务管理 功能里完成，或两个地方全都进行，这样也有利于业务运营商与边缘运营商之间的对帐。即 使一个运营商同时经营骨干、业务和边缘各部分，接入服务器的分割也会有助于其内部的经 济核算。

　　1.3 “播”的信息传递观念

　　“播”是一种最经济，最适合电信号和光信号的信息传递方式。通过电信号在节点处的接近零成本复制或分支，可以使信息以最经济的方式传递到多个接收者。

　　通信网在认识信息传递方式时，更多地接受了实物形态的信函方式，数据包被称为信包，信包的封装也以实物形态的信函封装为参考物。信息在传递过程中的复制是“播”最基本 的特征，而信函在传递过程中却是完全封闭，不可复制的。

　　零成本复制是电和光最大的特点之一。

　　通信网中占主导地位的电话网基本上是双向对称的速率为3.4 kbit/s的话音通信，虽然现在的程控电话也加入了3方通话功能，但该功能并不好用，也很少有人使用它。

　　广播网的“播”是不受控的，特别是无线广播，几乎完全无法对用户进行认证，这是它的缺陷。有线广播网络的带宽资源虽然不小，但对带宽资源并没有很好地利用。有线广播电 视网事实上是空间限制了的无线网，用户在任何时间一般只会收看一个频道的节目，但电视 网是把所有的节目同时发送给客户，其带宽资源是在整个网络中以频分方式对“节目”而不 是对“用户”进行复用的。相比较，在GSM等无线通信系统一个小区内，每个用户是独占一 个信道资源的。

　　在通播网中，一切信息传递过程都是“播”。这是与通信网在观念上的重大差异。原来 的信源、信宿将具体化为“播源”和“播宿”。

　　“播”有以下多种类型：

　　(1)单播
　　单播是信息从一个单一的播源传递到一个单一播宿的过程。单播的例子有单地址的邮件 、文件传递、传真、传统的VOD等。

　　(2)分配(组播、多播或简称播)
　　分配(组播、多播或简称播)是一个播源，两个或两个以上播宿的信息传递过程。单播可 以看作播在极限条件下的特例。

　　(3)广播
　　广播是一个播源将所有连在网上或网络某一个区域内的终端都作为播宿(无限播宿)的信 息传递过程。“无限”并不是数量上无穷大，而是在播的方式上不限制所有或某一个区域的 用户群终端的接收权限。从纯粹理论上说，广播也可能只有一个终端在接收，因为用户也可 以选择过滤掉或不接收某个广播信息，实际接收到广播的用户数量总是有限的。与传统广播 不同的是，通播网中的广播无论接收到的用户多少，网络都同样可以确知是哪些用户接收到 了信息。如果实际上没有知道，那只是播源的用户不需要知道，而不是网络在技术上不具有 这个功能。广播也可以看作“播”在另外一个极限条件下的特例。

　　(4)编组
　　多种或多个播组合起来完成同一个会晤过程称为编组。通过编组可以形成交换(双向对 称的两个单播)、非对称交换(双向非对称的两个单播)和其他所有复杂的类型。

　　由各种“播”实现的信息传递和业务就是通播。在通播进行过程中，播的方式可以灵活 地发生改变，例如单播可以随时变为组播，交换可以变为单播，也可以变为交换与组播的结合。

　　中兴通讯视讯产品部门由于采用“播”的思想设计产品，发明了DMSN、M2CAST、S2CAST 、S2M2CAST、IP转播器或流中继等技术，使视讯系统在功能基本没有任何降低的前提下，单位用户成本呈数量级地下降，支持的用户能力呈数量级地提高。

　　以“播”的观念来看待所有信息传递过程是对通信网空前巨大的革命，同时，它也是对单纯广播方式传播信息的巨大革命。通播将通信和广播完全地合而为一，并且引入了更多的全新特性。传统的通信和广播仅仅是通播的子集和特例。

　　信息传递的方式在技术上决定了网络节点应当具有的基本功能，并且也决定了可以开展 的业务类型和网络资源利用效率。以“播”的观点看问题事实上几乎涵盖了所有可能的网络 信息传递方式，从而也涵盖了几乎所有可能的以信息传递为基础的业务。

　　1.4 业务中心方式

　　通播网的网络结构从总体上可分为三大部分：信息传递网络、业务中心和用户终端。

　　业务中心是实现各种业务功能的设备。在传统的广电网络中，业务在电台或电视台这种 业务中心完成。在传统通信网中有呼叫中心这样的业务中心设备，在计算机网中有服务器， 在互联网中有ISP、ICP、IDC、AIP等业务中心。未来通播网是以多媒体业务为核心，因而其 业务将体现在多媒体业务中心(MSC)上。
　　
　　1.5 分离

　　计算机很早就实现了完全的数字化，自从ENIAC和英国的密码机之后，计算机几乎就等同于电子数字计算机。完全的数字化可以使计算机和它的网络平台兼容多种多样的业务，业 务与网络(或计算平台)的分离是计算机网络一开始就具有的特性，因而，这种主流的计算机 也被称为“通用计算机”。通用计算机并不仅仅是用于计算，它可以完成的工作简直是数不 胜数。计算机之所以能够做到这一点，是因为它把一切要处理的信息都转换成最简单的“0 ”和“1”。极为简单的“0”和“1”成了承载多种工作或多种业务的协议，就如同IP协议 一样。通过这个承载协议完成业务与通用计算平台的彻底分离，这种分离的结果，就使得通用计算机可以用于很多种业务工作。

　　过去的通信网和广播网都与非常特定甚至完全单一的业务相一致，极少考虑其“通用性 ”。通播网是通用的，而业务与网络相分离是保证通播网通用性的基础。

　　实现业务与网络分离有两个技术上的推动条件：一是全网的彻底数字化，如果没有全网的数字化，业务与网络的分离是不可能的；二是有一个分离业务与网络的“通用业务承载协议”。ISDN、ATM都曾经试图成为这种“通用业务承载协议”，最后都没有成功。IP目前是 最有希望的协议，但这并不是说IP一定永远都是通播网的通用业务承载协议。

　　通用计算机的成功可以有很多值得借鉴的地方，例如，通用业务承载协议必须最为简单，通过将各种业务还原为这个最简单的承载协议而实现各种具体的业务。

　　分离的另外一个重要的方面是网络控制与媒体的分离。7号信令是一个不彻底的控制与 媒体分离的尝试，软交换更前进了一步。通过控制与媒体的分离可以实现网络的高度智能和 升级的灵活性。

　　1.6 倍速升级的发展模式

　　摩尔定律和贝尔定律指导了计算机过去30多年的发展，18个月成了计算机准确的倍速发 展周期。CPU芯片处理能力、半导体存储器容量、硬盘容量等核心技术指标在过去30年惊人 准确地按照摩尔定律和贝尔定律倍速地进步。核心能力的倍速提高，使得计算机可以开展的 业务不断增多，已经可以完成的业务质量也不断升级提高。

　　相比之下，在过去非常漫长的时间内，通信网和广播网都是采用模拟技术，其发展非常缓慢。彩电用了30多年的时间才逐渐普及，通信网和广播网的业务一直非常单一，业务的质量也是百年一贯制。一直到现在，通信网的主流业务——话音通信还是100多年前贝尔发明 电话时的3.4 kbit/s速率话音。

　　但是，网络现在不仅进入了升级的发展模式，而且升级的速度远远超过了摩尔定律。光纤传输能力的倍增周期为9个月，几乎仅是摩尔周期一半的长度。

　　升级发展模式的另外一个含义是升级不仅是迅速的，而且应当是连续的，两代产品技术之间的跨距不可太大。

　　我们可以从一些升级发展模式的反例中获得启示，PC的外存储器在3寸的1.44 M之前一 直维持良好的升级发展模式，但在此之后跳跃性地出现了650M的CD－ROM，之后又很快出现 了一大批大容量外存：CDR、CD－RW、JAZ、ZIP、LS－120、MO、DVD－ROM、DVD－RAM以及快 闪存储盘。但这些看起来功能呈数量级压倒1.44 M盘的产品的大量出现却并没有让后者很快 淘汰，相反，直到今天1.44 M外存储器依然在市场上存在。另外一个案例是数据接入技术， 在56 K的MODEM和128 K的ISDN之前，也是一直维持着良好的升级发展模式，而后跳跃到ADSL 、Cable Modem、LAN、3DDS、LMDS、MMDS等宽带接入技术，但这些宽带技术淘汰56 K MODEM 的时间看来一样遥遥无期。

　　不同代之间的产品之间有技术背景、市场适应条件、外围资源约束、投资约束、技术兼 容约束、厂家研发资源约束、经营者平滑的营业过渡等众多方面的因素左右，如果技术出现 过大跳跃，两代产品间共存期将出现众多的问题，如内容如何共享、价格如何制订(新产品 按类似的性价比定价难以进入市场，按市场接受的价格定价又会突然对现有的主力产品销售 产生太大冲击)、产品如何兼容等。1.44 M软盘和56 K MODEM的案例清晰地表明，太大的技 术跳跃不仅不会迅速淘汰原有性能极度劣势的老产品，反而使它的生命期大大延长。在移动 通信上，3G的2 Mbit/s速率与2G的9.6 kbit/s速率之间跨度过大，从而必然地出现大量2.5G 的产品技术，4G的10 Mbit/s速率甚至100 Mbit/s速率与3G之间又有太大的跨越，从而现在 很多人开始讨论3.5G的问题。

　　2 通播网的网络技术研究

　　对于未来的网络技术，现在几乎一致公认将会以包交换网络为基础，但这种观点完全是盲目的。包交换技术到底比电路交换好在哪里？到底好多少？这样的基本问题，至今我们从未见到有人做过认真科学的分析。

　　下面我们通过对业务带宽占空比、控制量比、资源利用效率与QoS的关系、IP技术的真正优点和电路交换与包交换的比较几个方面的分析，来揭开这个问题的谜底。

　　2.1 业务带宽占空比

　　业务带宽占空比(K)为会晤过程中实际发生的数据流量与总的流量潜力之比。

　　例如，用64 kbit/s的带宽上网一个小时，满负荷双向流量最大潜力大约是57 Mbit/s ( 2×64 kbyte/s×
3 600/8)，而实际发生的流量可能只有不到3 Mbyte/s，K为0.05。这样，采用电路交换的方式大约有95％以上的带宽能力并没有被利用，而IP的网络由于可以按IP进行统计复用，可以最大程度地复用带宽资源。

　　由于话音业务采用压缩后带宽远小于64 kbit/s，如采用G.729算法后的带宽为8 kbit/s ，并且话音可以采用自动静音等技术节约大致1半的带宽，从而IP电话的占空比大约为0.06，采用电路交换大约有94％的带宽没有被利用。但是，对于长时间、等带宽或带宽为64 kbi t/s整数倍的视频业务，占空比为1。

　　通过对占空比的分析可以看出，采用包交换的方式提高资源利用效率的能力并不是抽象和绝对的，而是完全取决于业务的占空比特性。占空比反映了不同业务采用包交换的不同统计复用的潜力，该潜力在数量上表示为1－K。当K=1时，将没有任何统计复用的潜力。

　　需要明确的是，电路交换并不是没有任何资源复用能力，只不过是复用的颗粒更大而已，当业务本身就是大颗粒的视频业务的时候，采用电路交换和采用包交换的资源利用效率将 变得几乎没有任何区别，甚至电路交换的资源利用率由于没有包头的开销还要略高一些。

　　2.2 控制量比

　　控制量比为会晤的控制处理量与通信量之比。为简单分析起见，我们不考虑不同会晤的控制量差异，定义1次有效会晤控制处理传递1M比特内容的控制量比为1。

　　如果一个网页大小为50 kbyte，则下载该网页的控制量比为20；如果发一个邮件的大小为4 kbyte/s，则控制量比为250；5分钟双向8 kbyte/s话音的控制量比为1.7；384 kbyte /s，1小时长度，10个点的会议电视控制量比为0.000289。

　　控制量比反映了包交换网络节点处理量与媒体内容信息量的相关性。当媒体码率增大或 处理的单位数据量增大时，采用包交换网络在节点的处理量会成正比地增大，而电路交换节 点的控制量与媒体信息量却是无关的。因而，电路交换更适合高码率和超大数据量的业务。

　　2.3 资源利用效率与QoS的关系

　　包交换提高带宽利用率本质上是对业务流量的一种平均，而这种平均的条件就是利用对 数据包的延时和带宽动态调整，因而，带宽利用率与QoS之间在本质上是有内在矛盾的。利 用包交换提高了带宽利用率，那么就肯定要在延时和带宽保障方面作出让步，而如果保障了 带宽和延时，就不可能再有资源利用效率的提高。

　　2.4 IP的真正价值

　　我们经常听到“IP网”的说法，很早也有人把TCP/IP与OSI 7层协议相对照，而事实上 这些认识是大错特错的。IP在本质上并不是一种网络协议，而是一种透明业务承载协议。IP 在本质上就是将一个包从一个源地址发送到目的地址，而至于如何发送，则完全交给别的技 术去考虑，因而才有Everything(业务)over IP，IP over Everything(网络)，并且它也必 须 Over Something(网络)。仅仅IP本身是不能构成网络的，因而“纯IP”网的说法完全没 有理解IP的本质所在。路由器只是实现IP包传递的一种方式而已，IP是可以寄生在一切网络 上，并且也必须寄生在某一个网络上，不可能有纯IP的网络。IP的核心优点在于它的透明业 务承载，资源利用效率等优点并不是IP的本质优点，而只是在特殊业务条件下的性质。

　　2.5 电路交换与包交换比较

　　包交换适合低占空比、高控制量比业务；电路交换适合高占空比、低控制量比业务。

　　包交换有利于分离业务和网络，但包头本身就是控制信息，它是媒体与控制完全合一的；电路有利于分离控制和媒体，但不利于分离网络和业务。

　　电路交换天然地可以提供延时和带宽保障，但包交换很难做到这些，如果强求包交换保障带宽和延时，可能结果是使它丧失本身关键性的优点。

[摘要] 未来适应以视频业务为主的三网合一的通播网结构有不同于以往所有网络的特性。网络 技术的优劣并不是绝对的，而是与具体业务密切相关。文章对通播网的6个特征进行了阐述 ，并对包交换和电路交换网络技术在不同业务环境下的优劣进行了不同于业界普遍观点的分 析。

[关键词] 通播网 占空比 服务质量 资源利用效率

[Abstract] As an integrated network, the communicast is different from other networks i n architecture and will be used to meet the future video service demands. whethe r a network technique is good or not highly depends on actual service situation s. This paper describes the six characteristics of communicast, and presents vi ews different from common viewpoints on the evaluation of packet switching and c ircuit switching

[Keywords] :Communicast Duty ratio QoS Utilization efficiency of resou rces