三网技术演进与融合趋势

2011-06-06王瑞刚

电视技术 2011年24期

王瑞刚

（西安邮电学院物联网与两化融合研究院，陕西西安 710061）

0 引言

网络演进与融合是网络发展的自然规律。电信网、广播电视网和互联网各自在发展中演进，呈现出技术趋同、网络趋同、业务趋同的现象，融合是趋同化的必然趋势[1]。目前在我国，电信网和互联网已经自然地融合起来，并呈现深度融合的趋势，这得益于建设运营主体的唯一性。广播电视网由于自身的特殊性，目前与互联网的融合较少。2010年，国务院先后出台了《推进三网融合总体方案》（国发[2010]5号）和《三网融合试点方案》（国办发[2010]35号），并确定了北京、上海、武汉等12个城市作为第一批三网融合试点地区。三网将逐步实现网络基础资源共享、业务互联互通、技术创新和产业发展，这对提高我国信息化水平，保障网络信息安全与文化安全具有积极的意义。三网融合是国民经济和信息化社会发展的迫切要求，也是一个技术发展的长期过程，不可能一蹴而就。正确把握网络发展的技术演进性与融合趋势，对于制定正确的引导政策和科学的实施规划相当重要。

1 三网技术演进

1.1 电信网的演进

电信网是由终端设备、传输链路和交换设备构成的互连互通的通信体系，并以信令、通信协议以及运营管理系统为支撑，为用户提供多种通信业务。在我国，电信网主要包括公用电话网（PSTN）、数字数据网（DDN）、综合业务数字网（ISDN）、宽带综合业务数字网（B-ISDN）、蜂窝移动通信网和中国公用计算机互联网（CHINANET）。

电信网水平结构可分为用户驻地网、接入网和核心网；垂直结构可分为应用层、中间层和物理层。电信网主体已经实现信号数字化、传输光纤化、协议IP化和业务分组化，网络结构也向舍弃中间层的扁平化方向演进。

1）核心网的演进

核心网演进有重叠网和混合网两种策略。重叠网策略保持现有电路交换网用于承载电话业务，新建分组网（ATM网或IP路由器网）用于承载IP数据业务，双网业务节点独立发展，初期通过网关设备实现业务互联互通，待时机成熟，再将电话业务迁移至IP网。混合网策略采用支持STM，ATM和IP的新型综合交换机，实现业务节点在物理上的融合。运营商多采用重叠网策略，原因在于这种演进允许不同的网络按各自最佳方向独立演进。目前，核心网已经全部实现光纤化，吉比特路由器已经普及，太比特路由器已开始应用，可以满足用户快速增长的带宽要求。

2）接入网的演进

与核心网相比，接入网演进较慢。目前，80%的宽带用户为ADSL接入，带宽多为2 Mbit/s。随着固网用户视频业务的需求增加，接入网必须向无源光网络（EPON）演进。另外，移动网络用户和业务的快速增长，使无线频谱资源的稀缺性进一步加剧，移动与固网的融合（FMC）成为电信产业发展的必然趋势。

3）驻地网的演进

用户驻地网一般是指用户终端至用户网络接口所包含的机线设备，由完成通信和控制功能的用户驻地布线系统组成，通常也被形象地称为“信息高速公路”最后一公里。驻地网演进呈现“光进铜退”现象，光纤到户（FTTH）为不同运营商实现资源共享和用户自主选择接入多媒体通信服务奠定了坚实的基础。

总之，传统电信网正在向以分组交换技术和多媒体宽带业务承载为主要特征的下一代电信网（NGN）迁移，FMC，IMS和业务融合成为发展趋势，移动网加速向3G和LTE演进，从长远来看，光交换可能最终取代核心路由交换。

1.2 互联网的演进

互联网发展大致经历了如图1所示的4个阶段。

随着互联网应用的普及，网络规模越来越大，网络流量激增，互联网一些固有的缺陷也逐渐显现，诸如可扩展性、绿色环保、服务质量、安全、运营管控、网络体系架构等问题。解决这些问题可能的路径有两条：一是以IPv6为主的改进型架构的下一代互联网（NGI）；一是全新架构的未来互联网。目前，除IPv6地址解决方案获得一致认可并进行了一定规模的试验外，未来互联网的研究多处于理论研究阶段，短期内难有可实现的解决方案。

1）基于可扩展性的演进

IP地址的扩展依靠IPv6协议可以实现。

容量扩展主要依靠光纤互联的多机箱组合技术，而光纤互联所用的VSCEL激光器的可靠性还难以保障未来的可持续扩展，长远的解决方向是光交换，其节点容量可达千太比特每秒，而功耗可以比光电光（OEO）方式至少小100倍。

路由的扩展，主要是路由表的容量扩展。路由器中控制查表、排队、缓存的高速寄存器带宽决定了路由器容量的增长速度，虽然目前已研制出10 Tbit/s量级的超大容量路由器，但核心路由器容量的增长还是远远低于业务流量的增长。通过增加路由器数量来扩充路由表容量将面临网络扁平化与路由收敛的困境。另外，由于没有合适的光存储器件，用光分组交换取代路由器还遥不可及，而光突发交换也存在颗粒性的不足。路由器的基础进步已经适应不了业务容量的增加。

2）基于绿色节能的演进

互联网的宽带化使流量以超常规的方式增长，移动互联网将加大网络能耗，能源约束已对互联网发展提出严重挑战。互联网耗电量约占全球总电量的5.4%，美国互联网耗电量占全国的9.3%，中国约占4.3%，并且每年以8%～10%的速度增长[2]。在互联网中，互联网数据中心（IDC）的耗电量约占40%，主要的能耗设备是服务器。在追求IDC、路由器、基站、终端节能技术的同时，互联网在体系结构设计上也应向绿色节能方向演进。

3）基于服务质量的演进

互联网遵循“尽力而为”的原则提供服务，缺少QoS的保证机制。对于实时性要求较高的业务，如语音、视频等采用轻量级承载或差异化服务，这降低了网络资源的利用率或增加了实现的复杂度。目前，还缺少有效解决服务质量的演进方案。

4）基于安全及运营管控的演进

可管、可控、可信是任何商用网的基本特征。IP协议的特点决定了互联网在安全方面存在先天不足，现实的状况也确实如此。借鉴电信业可控网络的设计理念，我国提出的《基于三元对等鉴别的访问控制方法》（虎符TePA）获 ISO/IEC正式批准（ISO/IEC 9798-3:1998/Amd.1:2010），这标志着下一代IP网有可能向着可管、可控、可信、可经营的方向演进。

5）基于网络体系架构的演进

开放的体系架构为互联网带来了巨大的成功，但无序的网络体系架构设计注定了互联网行为的不确定性，即路由、流量、传输性能的不确定，而一个行为不确定的网络是难以支持QoS、扩展性、安全性等一系列可信、可靠、可控网络的基本要求的。体系架构是未来互联网研究要解决的首要问题。

1.3 广播电视网的演进

广播电视网是由广播电视台、广播电视传输设备以及用户接收机组成的广播、电视、图文等信息的通信网络，包括广播网、有线电视网（CATV）、卫星电视直播网（DBS）等。广播电视网是我国信息基础设施的重要组成部分，是重要的舆论宣传阵地，由广电总局管理建设，多数具有公用事业性质。

广播电视网将朝着核心网IP化，传送网双向光纤数字化，终端多样化、智能化和融合化[3]的方向演进。广电网的广播结构具有网络节能和资源利用率高的优点，保持此特点的媒体播存云平台体系[4]可能是一个较好的演进方向。

1）传输网演进

写之是对意境的表达，“意在笔先”看似老生常谈，实则是画家的普遍经验，“写”看似技法，实则是对“意境”的把握。中国画中“笔墨”非“写之”不能得之，“写意精神”更是中国传统文化的至高追求，“六法”的标准正是对中国传统文化中“写意精神”的最好诠释，也是对中国传统文化中的哲学思想的最好体现。

目前，广电传输网主干已经实现了数字化、光纤化和双向化，全国联网也指日可待。以高性能宽带信息网（3TNet）核心技术为支撑的下一代广播电视网（NGB）正在上海地区进行试点。为满足三网融合需求，特别是广电网与互联网的融合需求，必须对现有的广电网络体系架构以及业务管理、安全监控体系进行改造。以海量信息云存储与传输技术、面向业务的路由与交换技术、传输网络和业务的管理与控制技术为特征的创新网络体系结构和以实时云服务、可管可控可信为特征的开放业务体系将是NGB的演进方向。

2）光纤同轴混合接入系统演进

光纤同轴混合网是目前我国有线电视网的主要接入形式，资源量庞大。基于光纤同轴混合接入复杂环境下的高速接入技术及产品是保护现有投资，实现三网融合业务承载的演进方向。

3）NGB无线宽带接入演进

移动多媒体广播（CMMB）是广电网发展的一个方向。适用于NGB的无线系统架构、单向广播和双向交互应用无线传输技术、媒体无线接入及安全控制技术将成为广电网无线宽带接入演进的关键性技术。

4）数字化智能化终端演进

有线数字电视（CDTV）逐步演进为家庭智能化终端，不但承载现有电视接收机、个人计算机、电话机的全部功能，而且可作为物联网应用——智能家居的信息汇聚、处理与传输的集控平台。面向数字电视终端的多级优化安全嵌入式操作系统、服务能力抽象和语义化、多维可伸缩视频编解码、高密度视频转码、用户业务精细化管控都是智能化终端演进过程中要解决的关键性技术。

2 三网融合

2.1 三网融合的本质与动力

三网融合在技术层面上表现为技术上趋向一致，在网络层上表现为网络互联互通和资源共享，在业务层上表现为优势主营业务与其他业务的捆绑以及新业务的创造，在应用层上表现为使用统一的IP协议，在产业层上表现为行业垄断的打破[6]。

网络融合有利于降低运营商网络建设和运维成本，实现资源共享；促进网络设备及终端设备制造商的技术创新和产业升级；为用户提供质优价廉、方便快捷的综合性信息服务。三网融合的动力源自三网运营商面对市场竞争，实现可持续发展的愿望。网络技术的进步、用户宽带综合信息化服务需求的快速增长、政府的产业布局与结构调整政策也是推动三网融合的强大力量。

2.2 国内三网融合的现状

三网在国内经历了十多年的高速发展后，技术条件、基础设施和市场空间已基本具备承载语音、数据、视频等综合业务的能力。从1998年三网融合概念的提出，到2010年确定为国家信息化发展战略，再到全国12个地区的试点，国家一直在探索具有中国特色的三网融合的技术路线、发展模式和监管政策。如何对网络资源进行重新分配以及如何对新资源进行开发利用，成为目前三网融合的焦点和难点。

一方面，IPTV、手机电视、电子购物作为融合初期的主要试点业务，取得了一定的进展。但广电、电信各自为政的监管体制，广电内部、电信内部复杂的利益关系决定了资源的垄断性，行业资源的垄断性又决定了利益的专属性，在通过垄断性可获得高额利润的情况下，运营商推动三网融合的热情与力度明显不足。

另一方面，广电和电信在融合大背景下为保持竞争优势，大力加强宽带基础设施特别是接入网的建设，同时积极寻求新业务的突破，以谋求新的垄断。无论是广电网络如火如荼的双向数字化改造和新媒体业务的拓展，还是电信网的光网城市建设和物联网应用，都使得自身的网络和业务发生快速的演变。

2.3 三网融合的发展趋势

演进和融合将是一个漫长的过程，其趋势如图2所示。

管理层面的融合：借鉴美国和英国的成功经验，改变电信、广电分头管理和分散管理的局面，建立统一的通信管理机构和全国性的电信法是实现全面融合的根本保证。

内容层面的融合：广播电视台节目资源和IDC资源逐步整合，形成统一的内容库，实现网络资源共享，节约存储空间，降低网络存储成本。

运营层面的融合：每一个运营商都可以成为全业务运营商，运营商之间的竞争与合作增强，可为用户提供全面可靠、质优价廉的综合性信息服务。

业务层面的融合：语音、视频、数据业务融合为多媒体综合业务，增强信息服务的完整性。

用户终端层面的融合：终端屏幕和功能逐渐融合，将形成家庭固定智能终端和手持便携移动智能终端两大类融合网络终端产品。

网络层面的融合：电信网与互联的融合，实现了信息化带动工业化，广电网与互联网的融合，将实现信息化推进先进文化的传播，广电网和电信网共同构成互联网的两个重要基础设施。广电网与互联网的融合，将彻底解决现有互联网“易拥堵、不安全”的难题，同时互联网的发展也需要借鉴广电网单向广播体系的优点。以互联网为中心的三网融合将形成“各献所知、各取所需”的公众信息网，满足现代信息服务业飞速发展的要求。

三网的技术演进促进了业务融合，业务融合又推动了技术的持续演进。业务的融合依托运营主体的兼并和联合来实现，网络融合则以新技术的应用来逐步实现。