从公众通信网向公众计算通信网演进

童晓渝，张云勇，戴元顺

（中国联通研究院 北京 100048）

1 公众通信网及业务的发展回顾

1.1 通信网络的发展

1.1.1 语音网络的发展

通信网络的发展主要经历了机电制、程控交换、增值业务、软交换（softswitch）、IMS（IP multimedia subsystem，IP多媒体子系统）4个过程，其发展过程本身就是计算元素不断增加的过程。由“机电”方式向“程控”方式演变，这是20世纪电话通信的一次重大变革，它大大提高了电话网的通信质量和效率，为用户提供更多、更方便的语音服务。从“程控”方式向软交换方式的演变是电话网的又一次重大转变，被称之为第三代电话网，它在运营模式、盈利模式等方面和现有的电话网有着本质的差别。而IMS借鉴软交换技术的接入无关性，同时功能上又有多方面改进，使网络架构更为开放、灵活，为未来的全IP网络和与固网的无缝融合提供了可能，更有利于实现资源等的统一管理。

（1）非程控交换（机电交换）

程控交换以前的通信网络主要是电话网，接线员必须对每一个电话呼叫完成连接的工作，即人工接线服务。

（2）程控交换

程控交换即利用电子计算机按照预先编制好的程序来控制接续的电子自动交换。采用这种交换方式的系统，称为程控交换系统，它通过软件（程序）和硬件相互配合，完成对交换的控制。程控技术经历了从空分、模拟技术到数字技术两个阶段。

（3）增值业务平台

从20世纪90年代开始，程控交换机又被增加了很多电信的增值业务，使得程控交换机的功能得到了进一步的完善[1]。增值业务是指凭借公用电信网的资源和其他通信设备，在保证满足消费者基本通信需求的基础上，提供给消费者更高层次的、多元化的信息需求，是集语音、图片、文字等为一体的综合性业务。

为了提供增值业务，逐渐引入了计算机服务器来运行具体的业务逻辑和业务环境，如短信（SMS）、彩铃（CRBT）、彩信（MMS）、手机上网（WAP）等4大类重点业务和其他众多的丰富多彩的增值业务群[2]，这些增值业务的提供都离不开后台大量的计算服务器。

（4）软交换和IMS

软交换的基本思想是：将传统的交换设备部件软件化，通过计算技术实现呼叫控制与媒体处理。IMS是一个基于IP网提供语音及多媒体业务的网络体系架构，它的主要特点是统一的用户数据、统一和开放的应用/业务层、统一的呼叫会话控制等。IMS是在软交换的基础上进一步对业务/应用与控制进行分离，并把用户数据进行集中，真正做到了与接入技术无关[3]。应用IMS使运营商对系统环境更易控制，用户也因为服务质量（QoS）、单点登录和客户服务而享受到了更好的体验。作为一种全新的多媒体业务形式，IMS能够满足终端客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求。

软交换和IMS网络已经完全依托计算技术，其间采用标准协议主要利用软件进行处理，网络实体中大量引入了计算服务器设备，尤其是增值业务的能力与应用已经完全是一个计算机系统平台。

1.1.2 数据通信网的发展

数据通信的目的是要完成计算机之间、计算机与各种数据终端之间的信息传递。为了实现数据通信，必须进行数据传输，即将位于一地的数据源发出的数据信息通过数据通信网络送到另一地的数据接收设备。数据通信网交换技术历经了电路方式、分组方式、帧方式、信元方式等阶段。

电路方式是从一点到另一点传送信息且固定占用电路带宽资源的方式，如专线DDN数据通信。分组方式是将传送的信息划分为一定长度的包，称为分组，以分组为单位进行存储转发。典型的早期分组网为“X.25网”。帧方式实质上也是分组通信的一种形式，只不过它将X.25分组网中分组交换机之间的恢复差错、防止拥塞的处理过程进行了简化。帧方式的典型技术就是帧中继。ATM有时也称为信元中继，曾经是电路交换和分组交换发展的巅峰。随着全球网络化进程的加快，个人计算机的普及，电子商务迅速兴起，以太网由于其低成本、灵活性，以以太网为构建基础的Internet技术迅速得到商用和推广。进入21世纪，产业界纷纷尝试实现多年来电信界一直在追求的目标，即建一个统一网络平台，同时可提供多种业务，在一个基于MPLS的统一网络平台上能同时提供语音、传统数据（帧中继、ATM、电路仿真）、互联网、视讯会议、可视电话以及移动数据等业务的技术和经验，既保留了ATM的流量控制工程技术，解决了IP技术无法保证端到端QoS的问题，同时也利用虚拟路由器技术解决了ATM技术不适应大量IP类应用问题，为向下一代网络（NGN）的发展提供了一种可用的技术途径。

可以看出，数据通信网的发展对计算机技术的推动作用突出。同时，计算机通信网络、基于计算技术的应用/业务也推动了现代数据通信网的发展。

1.2 公众业务的发展

1.2.1 电话交换的发展

电话交换的发展大体上可分为以下三个阶段。

·第一阶段：用户自装用户级小交换机（总机），通过人工或自动接续实现内部通话，利用公众电话网用户号，经人工转接与外部通话。

·第二阶段：在用户端不再使用小交换机，仍需自备用户级交换机PBX由公众电话网提供中继电路，通过自动接续直接提供内部通话，并通过人工或自动二次接续与外部通话，如图1(a)所示。

·第三阶段：撤出用户端的小交换机，采用Centrex（central exchange，虚拟交换机）技术，用户内网并入公众电话网，由电信部门提供具有内部组网和公众电话网功能的服务，如图1(b)所示。

今天，用户自备内部电话网时代已经结束（特殊单位除外），电话通信已完全由公众电话网运营商提供丰富的电信业务。公众电话网是覆盖整个地区或国家的通信网，由公共交换电话网（PSTN）和公用陆地移动通信网（PLMN）两部分构成。

1.2.2 数据业务的发展

数据网早期提供基本的数据、电文、图像传输业务。目前，正朝着宽带化、综合化、差异化、业务可控化的方向发展。

业务的宽带化：视频应用等普通应用带宽达到2 Mbit/s左右，部分高端应用可达到8 Mbit/s左右。

业务的综合化：在城域网上同时承载语音、视频、数据及企业互联等业务。具体来说，需要承载NGN、3G、IPTV、视频监控和宽带上网、VPN业务。

业务的差异化：根据客户和应用需求，提供不同QoS等级的服务，通过可靠性改进，提高业务的服务质量。

业务的可控化：业务的感知、认证、计费、安全、QoS等集中控制和管理。

同时，呈现出一个重要的发展趋势，即：企业从利用专网提供内部通信支撑，到纷纷利用运营商的公众通信网来满足企业发展需要。如电视会议系统，对企业用户来说，与自行组建会议电视专网相比，使用运营商宽带视讯业务无需投资购置MCU交换设备，无需对MCU、会议电视承载网进行维护，无需为网络升级进行投资，极大地节约了费用。同时，宽带视讯网基于H.323技术体制，在一个接入点可以方便地实现多台视讯终端的接入，方便扩容和减少设备投资。

另外，市场变化也驱动了ICT（informationandcommunication technology）业务的发展，运营商从过去关注通信技术，到关注IT公司的信息技术，发展到了关注一个全面的客户信息与通信解决方案，利用公众通信网来为客户提供电路租赁、信息化软件租赁、ICT集成和IDC等业务。目前的IDC主机托管主要提供机房、机柜、服务器的托管，能耗高、产出低，急需向计算能力、存储能力的托管转型。

1.3 公众通信网“数字”化及业务的“计算”化

由上可以看出，通信网及业务的发展本身就是一个从“模拟”到“数字”化、“计算”化的过程。从最初转接工作全部靠人工完成发展至今天的多样化、个性化增值业务的兴起和软交换、IMS核心网技术换代，由于大量计算技术的引入，硬件、软件及协议等方面的差异逐渐被屏蔽，终端用户利用通信网只需要关注自己需要什么样的资源及如何通过网络得到相应的服务，而通信网本身也更加容易实现动态的、可伸缩的扩展。从电话交换、数据交换、会议电视、业务平台的发展过程亦可以看出，通信网越来越多地借助计算技术来满足公众业务需求，为用户提供快捷高质量和丰富的业务服务。总之，从数字通信技术开始，计算技术的进步、发展一直在推动通信技术的进步、发展。今天，从通信网本身到其上承载的业务，云计算的特征都呈现得越来越明显。这样，基于云计算技术并融合电信网和计算机网特征的“公众计算通信网（public computing communication network，PCCN）”应运而生，下面将深入剖析这一概念。

2 PCCN产生的背景和概念定义

2.1 公众通信网和云计算

2.1.1 计算的变革

回顾IT业的发展，经过了两次大的变革。这两次变革非常相似，都是先“分”后“合”，但却有质的飞跃，是IT业的螺旋式上升。第一次变革是个人计算机的普及，计算机从庞大、昂贵的科学计算专用设备（主机）变为个人工作、娱乐的家用设备（个人电脑），这是IT业第一次“分”的过程，个人电脑使个人能拥有自己的计算、存储能力。此后，随着网络的普及，Client/Server模式开始得到广泛应用，由高性能服务器通过网络为多个用户提供所需要的服务，如万维网WWW、E-mail等，如图2(a)所示，成为 IT业第一次“合”的过程，多个用户共享服务器的计算、存储能力。然而，随着应用和用户数量的不断增加，服务器端的负荷越来越重，Client/Server模式对资源（如带宽、计算、存储等）的要求越来越高，成为了其发展的瓶颈。因此，IT业又经历了第二次变革，即第二次“分”的过程。分布式计算[4～6]、网格计算[6～8]、P2P 技术、Web 2.0 等得到了广泛的研究和应用，每个用户既是资源的使用者，同时也是资源的提供者，由多个用户共同分担庞大的计算、传输及存储需求。此后，随着硬件成本的进一步降低和网络传输能力的提升，在当初第一次“合”的发展瓶颈逐步被突破的同时，随着互联网应用（如搜索、社区等）信息服务的爆炸式增长，以及行业信息化系统广泛应用与快速增长，计算资源也呈现爆炸式增长，各行各业IT投资和运行费用快速增长，系统运行效率低下，能耗、排放急剧加大。由此，第二次“合”的时代随之来临，云计算应运而生，如图2(b)所示。在云计算模式下，服务器端硬件、软件被整合为共享资源，按照“共享、按需、弹性、服务”的原则，用户只需要通过网络从服务器端获取各种各样的服务和能力，不需要独占拥有计算、存储能力，这就是当前IT业第二次“合”的潮流。云计算已经在互联网领域得到应用，并正在形成新的商业模式、新的产业、新的经济、新的生活形态。

2.1.2 云计算概念溯源

“云计算”的思想最早起源于电话网，业界将透明的、黑箱的电话传输网称之为云，后来 “云”又被用来在计算机网络图中作为互联网底层基础设施的抽象化表示。另外，云还可以用来更好地区分供应商和用户的职责。如今云计算的范畴已经扩展，不仅涉及网络基础设施，还包括了服务器[9]。

2.2 PCCN的概念

通信网是一种由通信端点、节点和传输链路相互有机地连接起来，以实现在两个或更多的规定通信端点之间提供连接或非连接传输的通信体系[10]。随着电信网络的全IP和宽带化发展，电信网和计算机网在终端、接入、传输和业务应用等多个层面出现互相融合渗透的发展趋势，云计算近期越来越得到电信产业的关注。计算机CPU的运算速度一直在提升，但计算机I/O的速度是一个瓶颈。随着通信技术的发展，网络传输速度越来越快，并逐步趋向于通过网络实现计算机之间的通信，突破计算机I/O速度的瓶颈。另一方面，传统的通信技术是面向服务的，为公众提供语音、数据传输等服务。计算技术目前也正在向面向服务发展，如效用计算 （utility computing）、服务计算（service computing）等新的计算模式正在涌现。总之，通信技术与业务正在趋向计算技术与应用，计算技术与应用正在趋向网络与服务提供，CT、IT正在真正走向融合。“云计算”正是这种融合的产物，通过公众通信网络整合IT资源，并向用户提供计算能力和应用，即“云服务”。借鉴互联网云计算的发展思路，将电信网络的资源以云计算的方式组织运用，成为电信发展的新趋势，这种融合模式本文称之为“公众计算通信网（PCCN）”，如图3所示。

PCCN是基于虚拟化和云计算构架，以云计算技术为核心，融合电信网和计算机网之后的信息处理网络。利用云计算的虚拟化技术可以建立支撑网、业务网、统一基础设施资源池；以云计算的理念可以对基础设施资源池进行组织和运用。在原有公众通信网的接入、交换、路由、传输要素的基础上，PCCN还实现了计算处理能力、虚拟分配、调度管理以及业务开发等主要技术。这样，PCCN将基于互联网以服务的形式提供平台、软件及其应用，增强电信的业务能力，降低运营商的投资成本（CAPEX）和运营成本（OPEX），降低终端要求，同时也利于运营商拓展新的市场领域。

在网络服务日益趋向于从信息服务到信息管理服务的背景下，今天的公众通信网将演进为PCCN，建立与核心网层次相对应的分布式数据中心，向公众（包括行业）提供信息管理（包括基础设施、公共平台、应用）服务，即“云计算”。云计算会让人们使用电脑就如同今天的电话一样，一切需要的计算和存储能力就如同今天的通信接入、传输、交换和路由能力，将由公众基础服务商提供。

2.3 PCCN的特征

继承公众通信网电信级运营质量保障，借鉴互联网云计算的发展思路，PCCN将电信网络的资源 （包括接入、调度、管理、存储、安全和服务等）以云计算的方式组织运行，将成为电信业务发展的新趋势。PCCN具有以下特征。

·规模大：基于云计算技术实现的PCCN一方面需要使用大量服务器作为信息处理中心，如Google云计算已经拥有100多万台服务器，Amazon、IBM、微软、Yahoo等的“云”均拥有几十万台服务器；另一方面，公众网信息通信服务对象规模大、业务种类多等特征，决定了PCCN规模大的性质。

·异构性：一般来说，PCCN中的各个运营实体系统（包括硬件、软件、数据库、平台间等）存在很大差异，这就要求PCCN能够支持异构 （包括系统、数据、网络等异构和异厂家等）。

·协同性：PCCN通过通信网络提供强大的计算能力和丰富多彩的应用服务，它需要很强的网络、系统、数据、接口、终端等互连互通、互操作和同/异步能力。

·虚拟化：虚拟化是云计算的技术基础，也是PCCN的特征之一。它将底层的硬件（包括服务器存储与网络设备）全面虚拟化，在虚拟化技术上建立一个随需而选的资源共享的基础资源池，形成一个服务型的可伸缩的IT基础构架。

·可信度：可信的信息服务对于PCCN来说十分重要，运营商必须确保可信赖的用户的各种应用和数据的运行与存储安全、可靠，避免包含商业机密、个人隐私等数据和代码的失窃等。

·鲁棒性：鲁棒性即系统的健壮性，是在异常和危险情况下系统生存的关键。PCCN应该能够通过云平台来实现系统在误操作或者恶意攻击下的系统最小损失，使整个网络的生存能力极强。

3 PCCN的架构

本节首先分析PCCN需要承载的公共计算业务，在此基础上，阐述PCCN的架构及相关实体。

3.1 公共计算业务需求

近年来，由于众多电信增值业务的出现，用户对于公共运算业务的需求也随之浮现，并呈现需求多样化的趋势。这一趋势推动了云计算在计算及网络领域相关技术的发展，使得公共运算业务能够满足用户的多样化需求。下面从三个方面来阐述。

（1）从是否拥有第三方应用接口来看

不具有第三方扩展的云计算平台，如软件即服务（software as a service,SaaS），此类服务为运营商直接提供，不提供第三方扩展的接口，因而专用性强，可扩展性差，所有的云计算服务全部为运营商提供，用户只能使用运营商提供的云计算商业模式。

具有第三方扩展的云计算平台。如微软的云计算操作系统Azure，它能为第三方提供托管服务，具有极强的可扩展性、用户自定制性。但由于需要更多、更高级的虚拟化技术支持，因而目前能提供此类平台的运营商并不多。此类平台可通过软件商店模式来迅速扩大自身平台提供的云计算服务能力。

（2）从运行环境的角度来看

私有云专属于某个组织、公司、单位所有，只用于内部使用的，运行于私有的局域网中。这种云之所以产生，是为了降低企业的运维成本，减少硬件资源的浪费。这种私有云最终将与公共商业云相竞争。

公共云主要用于公共型、通用型的云计算商业模式。这种云所支撑的业务相对较广泛，涉及云计算服务的方方面面，作为公共服务提供给众多的公众（当然也会包括一定量的企业、单位）。

（3）从商业模式的角度来看

以社区为特点的云。此类云主要提供社区性云服务，如博客群、城区网上商业圈等。俗话说：物以类聚，人以群分，未来的云计算将提供给用户更多、更广泛的社区类云服务。

以业务为区分的云。不同的应用领域，将诞生不同类型的云，如在线CRM、ERP服务等。未来将有更多的SaaS行业服务出现。

基础性云服务，如按需、弹性的存储管理，超级计算以及搜索引擎提供的服务。这些服务加入了云计算的特点之后，将充分挖掘用户的信息，并据此提供更为优质的云计算商业模式，利用这点，可以做到精确广告的投放等。

电子交易市场，如苹果的软件商店。这类平台提供了基础的交易模式，并为用户的资金、商品提供一定的管理手段、营销手段，为未来最为重要的云计算商业模式之一。

云开发环境提供快速、便捷、简化、智能的开发接口，如脚本和自然语言，通过后台云环境转换和匹配具体的系统环境，降低了开发的门槛，吸引更多的SP、AP乃至个人来开发应用。

3.2 PCCN架构及相关实体

为了满足上述业务需求，我们需要构建面向服务的智能开放运营体系架构 （service open operational oriented intelligent architecture,SO3IA）。如同NGN的核心为软交换、IMS一样，未来计算通信网的核心即为SO3IA，下面分别从总体架构、系统架构和功能模块由粗及细三层架构给予说明。

3.2.1 L1架构

L1架构参照ITU-T给出的NGN架构，包括网络承载与接入、计算资源、协议栈、业务分析、开发环境、业务应用、运营支撑、智能终端和可信保障等要素，通过网络提供计算能力、开发能力、应用能力、业务交付与支撑能力。PCCN的架构可以分别从功能和地域两个角度来阐述，如图4所示。

从功能角度看，运营支撑系统从上至下可划分为业务层、承载层和传送层。

从地域角度看，PCCN可划分为骨干网、城域网、接入网和驻地网。骨干网指通信网络中担任主要传递功能的实体集合，对于电信网，骨干网包括省际中心、县级中心间的通信链路构成的庞大网络体系[11]。

3.2.2 L2架构

如图5所示，L2架构参照NGN中IMS子系统的系统架构。其中，网络附着子系统（NASS）除接入层注册功能以及用户终端初始化功能外，增加资源虚拟化功能。资源接纳控制子系统（RACS），除具备与业务控制功能和QoS的传送功能相关的传送资源控制能力外，增加资源调度、资源虚拟化控制以及业务自适应匹配。

3.2.3 L3架构

PCCN的计算功能实体组成如图6所示，其包括硬件及基础设施层、虚拟化及云管理层、应用云平台服务层、云业务服务层和终端5个层次，以及业务交付与支撑系统、安全与可信保障系统。

硬件及基础设施层位于实体的最底层，包括主机、网络及存储等物理设备。虚拟化及云管理层一方面将物理层的硬件全面虚拟化，建立结构化海量数据资源管理及分布式文件系统，用于海量数据的存储和访问；另一方面，虚拟化及管理 （如 Xen、VirtualBox、KVM、VMware）可借助虚拟化技术以实现按需动态供应、配置资源，实现任务调度、负载均衡等功能，并进行安全和监控方面的保障管理，以实时侦测各种资源的工作状态及保证数据的安全性。

虚拟化及云管理层可以提供基础设施即服务（infrastructure as a service,IaaS），为客户提供处理能力、存储能力、网络和其他基本计算资源，客户可以使用这些资源部署或运行他们自己的软件，如操作系统或应用程序，可以控制操作系统、存储、部署的应用程序，或有限的网络组件控制权，但无法管理和控制底层云基础设施。

位于虚拟化及云管理层上的即为应用云平台服务层和云业务服务层。应用云平台服务层将开发平台即服务（platform as a service,PaaS）提供给客户，客户可以将自己的或购买的应用程序部署到云基础设施上，直接由平台提供智能、简化的开发、部署和Web应用管理。客户可以控制其部署的应用程序和应用配置环境，但无法管理和控制底层云基础设施。云业务服务层则为基于云平台服务层上的服务层，提供第三方的SaaS服务，包括自有SaaS服务及企业支持系统。

图6中左侧为业务交付与支撑系统接口，提供系统、业务、服务的流程端到端穿透，如业务受理、计费、结算、客户服务等。

图6中右侧为安全与可信保证系统，提供高质量、安全、可信的计算通信服务保障环境，以及故障的自动检测等功能。

PCCN通过普通公有云和虚拟专用云 （如同公众通信网中的MPLS、IP虚拟专用网、SDH、ATM租线等）向终端（个人电脑、手机、云终端、物联网传感器等）提供服务与控制。其中，普通公有云面向公众用户提供现有通信网、互联网、IT支撑系统所提供的业务；虚拟专用云为企业利用运营商的公共计算网资源，构建一个满足企业自身发展需要的虚拟私有云。

4 PCCN的关键技术

4.1 计算相关技术

（1）分布式组网层次结构技术

计算机架构对于PCCN组网至关重要，因为服务器及构成网络的部件是完成底层通信，实现服务的物理载体。网络架构即规定构成网络的各种物理组件和其功能组织和配置、网络操作规则和程序及传输的数据格式的一个框架，它是一切技术和服务得以实施的前提。

（2）分布式文件系统和存储技术

由于资源的数量规模巨大，必须研发大型文件系统，才能实现对资源的分类和有效管理，从而能够从根本上保证及时、准确地为客户提供相应服务的技术支持。服务器高速内存技术、固态硬盘（solid-state drive,SSD）技术的研究也同样重要，是突破IOPS（每秒进行I/O操作的次数）瓶颈的关键。另外，节能与云集装箱技术为云计算用户提供了一种可移动的数据中心，可方便地对计算资源和存储资源进行扩展，使其比创建整个数据中心所能带来的处理速度更快、成本更低。

（3）虚拟化及云管理层技术

虚拟化及云管理层是整个PCCN的核心部分，这一层所采用的技术种类比较多，它们是整个PCCN功能实现的关键。应用到的主要技术有异构资源虚拟化及管理、数据集中架构、资源匹配算法、资源调度算法、异构虚拟机热迁移技术以及虚拟化容错、灾备技术等。异构资源虚拟化在目前各种系统并存的情况下，已经成为网格和数据中心环境下成功实现提供定制资源的强有力的技术[12]。它为数据、计算能力、存储资源以及其他资源提供了一个逻辑视图，而不是物理视图，从而能屏蔽很多物理的、结构的细节。另外，该层还担负着管理网络资源的重任，即PCCN需要针对复杂的实际应用进行资源匹配和资源调度以及并行/并发执行，使资源得以最大化利用的同时也提高整个网络系统的执行能力和运行性能，为用户提供更高质量的服务。因此，对资源调度算法的深入研究是很有必要的。为了保证PCCN能提供有效、可靠的服务，容错机制也是必不可少的，异构环境下则显得更加重要。目前，使用较多的主要有4种容错策略：简单重试、双机备份、被动备份、设检查点[13]。

（4）云终端技术

毋庸置疑，构建PCCN的最终目的就是向终端用户提供安全、快捷的服务。目前，很多用户面临的一大安全问题就是终端安全，而“云终端”可以帮助用户通过这种集中统一管理的方式更好地管理企业终端，从而化解终端安全问题。云终端是一种精巧别致、性价比极高的网络计算机，实际上是把物理主机虚拟成了若干台计算机，每一个云终端只是作为虚拟出的一个终端来使用，和传统意义的网络计算机（NC）相比具有价格上的巨大优势，与所谓瘦客户机相比具有节省昂贵软件许可的优点。

（5）云测试技术

云测试是基于云计算的一种新型测试技术，为用户使用提供了便捷，不过目前该技术尚未成型，需要进一步研究。在PCCN的整个系统实现与维护中，云安全都是需要慎重考虑的，就像云计算所承诺的，系统可以作为用户最可靠、最安全的数据存储中心。

4.2 网络相关技术

PCCN的实现中涉及的相关网络技术主要有以下几种。

（1）新型网络设备和组网技术

计算通信网时代的网络应可编程、可虚拟化和资源共享（virtualization and other forms of resource sharing）。如同之前通信网中承载与传输融合、路由与交换融合出现新的形态一样，PCCH可能在将计算与通信网资源进行整合的基础上，出现新的网络设备形态，如云交换机、综合通信网关。由于流量模型、业务颗粒、业务逻辑发生变化，因此底层交换、路由的内容、算法、协议、理论也需要修订或升级，甚至重新设计。同时，组网的层次、架构也需要探索和研究。

另外，后IP时代，网络是否要继续采用分组交换，端对端原理是否要改变，路由和包转发是否要分开，拥塞控制和资源管理问题，身份认证和路由问题，这些都需要深入研究。

（2）高速网卡技术

随着Internet链路速度的指数级增长，大量的网络服务器将会采用10 Gbit/s以太网跟Internet进行连接，因而，支持10 Gbit/s的高速网卡将被大量使用在这些网络服务器上。基于此，如何进行高速网卡的设计及其相关性能优化成为了研究的热点[14]。值得一提的技术有 PCI-E（peripheral component interconnect express），其主要优势是数据传输率高；GBIC（gigabit interface converter，吉比特以太网路接口转换器）是一种通常用在吉比特以太网及光纤通道的信号转换器。透过此转换器的标准规范，吉比特以太网络设备的端口可以直接对应各种实体传输接口，包括铜线、多模光纤与单模光纤[15]；速度可达 10 Gbit/s的 SFP（small form-factor pluggable）网卡是GBIC的小型化版本，其尺寸大小只是GBIC的一半，这样既节约了成本，网络设备的端口密度也可以增加一倍。

（3）网卡虚拟化技术

网卡是终端上必须配备的，目前已经推出的支持虚拟化技术的网卡包括 PCI特殊兴趣小组 （PCI-SIG）的SR-IOV、MR-IOV以及Intel的VMDq。网卡级别的技术也可以推进虚拟化的进程。

（4）硬件虚拟交换机技术

现在人们已经接受并开始逐步实施虚拟化技术，为提供理想的性能和可靠的安全性，硬件虚拟化技术必不可少。它的发展是循序渐进的，硬件虚拟化是先从处理器开始，再到芯片组，再到I/O设备，每一个阶段都以上一个阶段作为基础。VMDq（virtual machine device queues，虚拟机设备队列）是一种专门用于提升网卡的虚拟化I/O性能的技术[16]，实际上实现了一个半软半硬的虚拟交换机，与原纯软件方案相比，提供了更高的性能、更低的资源占用率。

（5）协议卸载提升性能技术

高性能的计算需要尽可能小的通信延迟。通信延迟主要分为两部分:处理消息的延迟和网络延迟。现代高速互连网络已经达到很高的传输速度,所以通信的瓶颈就从以前的互连网络转移到处理消息收发任务的软件上[17]。ToE（TCP/IP offload engine,TCP/IP卸载引擎）是一种用于加速TCP/IP连接的技术，将TCP处理从主机CPU转移到专用的TCP加速器上，这样通过硬件速度优势来解决通信瓶颈。

（6）网络热迁移自动配置技术

热迁移技术是虚拟化技术研究的热点问题，可以把一个虚拟机从一台物理服务器迁移到另一台物理服务器上，被用于双机容错或者负载均衡。

4.3 运营管理相关技术

（1）运营支撑技术

计算通信网的运营支撑主要关注业务流程端到端穿透，如业务受理、计费与结算、客户服务等。业务受理包括业务的开通、变更、移除等业务的受理；计费与结算技术主要包括用户计费、用户账务管理、用户信用控制、话单采集中间件、计算规则引擎、基于数据颗粒度的计费等技术；客户服务技术主要包括客户投诉的受理、客户投诉的反馈和跟踪、客户维系挽留和客户忠诚度管理等方面。另外，还需要研究收费商业模式，如包月或者按照流量、时长、分时定价等。

（2）安全与可信保障技术

计算通信网的安全重点关注以下方面：数据保护、身份管理、安全漏洞管理、物理和个人安全、应用程序安全、时间延迟和隐私措施。主要的安全技术有虚拟机隔离技术、敏感数据加密技术、数据访问的安全认证技术、审计技术、数据自动备份和恢复技术、入侵检测技术等。另外，还需要研究安全管理制度、流程，从技术和管理两个维度保障安全与可信。

5 结束语

随着社会信息化和行业信息化的普及、提高，信息正呈现出爆炸式增长趋势，公众不仅需要高宽带、可移动基础通信网络服务能力的快速提升，也迫切需要获取支撑综合信息服务的资源，并正趋向于获得“信息管理服务”。全社会的信息资源应该被最大程度地整合，并作为公共基础设施建设、运营，才能发挥效率、节省资源，最大程度地满足社会发展、经济增长的需要。因此，公众通信网应该演进为PCCN，建立与核心网交换机层次相对应的数据中心，并向公众（包括行业）提供云计算服务[18]。目前，PCCN的架构和关键技术处在研究、发展之中。因此，必须抓紧开展以下几方面的工作：使计算资源作为网络元素，组成优化、优质的网络、平台、终端、服务的体系架构；制定像通信网一样可信、互联网一样简单、手机一样丰富的计算资源兼容和互通技术标准；整合研究开发、产品制造、网络建设、应用开发、服务提供等各方，构建更加开放的生态体系和商业模式。

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13 马锋明,李培峰,朱巧明等.网格环境下几种容错策略的比较.计算机应用与软件,2010,27(1):11～13

14 戴斌,孙志刚,卢泽新.基于DMA引擎的高速网卡的性能分析.微电子学与计算机,2006,（23）:53～55

15 Seifert R.Gigabit ethernet.USA:Addison-Wesley Professional,1998

16 I/O虚拟化：虚拟设备队列VMDq技术解析.http://www.xuniji.com/xunihua/view.asp?id=351

17 朱宏峰,刘天华,刘杰等.TCP/IP协议卸载技术性能与实现的研究.小型微型接收机系统,2007,28(4):659～614

18 童晓渝,吴钢,张云勇等.后电信时代——构建变革期产业生

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