网络通信技术现状与发展趋势

1. 网络通信技术现状与发展趋势

2. 报 告 人: 王 兴 伟 所在单位：东北大学

3. 概 述 • 三网(计算机网、电视网、电话网)合一不断加强，新应用层出不穷 • IP over everything和everything over IP • IP业务量每6—9个月大约翻一番，仅美国预计到2005年IP业务量带宽需求就将超过280Tbps • IP通信量基本特点 • 自相似 • 不对称 • 服务器方拥挤 • 80－20规则（80％长途，20％本地）

4. 概 述 • 网络通信技术伴随着应用需求的巨大增长而飞速发展 • 对多媒体通信技术、光通信技术、移动通信技术、卫星与同温层通信技术现状作一粗略介绍并对未来发展趋势作一展望，简要介绍一下中国教育与科研计算机网CERNET的现状与“十五”期间建设规划。

5. 多媒体通信技术 • 多媒体可以分成静态媒体和连续媒体 • 静态媒体：没有时间维，播放速度不影响所含信息的再现 • 连续媒体：由媒体“量子”（视频帧、音频采样等）组成，有隐含时间维，播放速度影响所含信息的再现 • 连续媒体基本特征：媒体内连续性（实时与等时）、媒体间同步（对口型）、高带宽（网络与存储） • 多媒体通信技术面临的挑战主要来源于连续媒体

6. 多媒体通信技术 • 两个基本共性问题 • 服务质量QoS（Quality of Service）：服务性能的聚集效应，既是主观的也是客观的。 • 组通信（Group Communication）：一对多、多对一、多对多

7. 多媒体通信技术 • QoS承诺 • 确保型－>硬保证 • 统计型－>软保证 • 尽力型 • QoS是端到端（end-to-end）的 • unicast、multicast、broadcast、anycast

8. 东北中心 华南节点 华东节点 国内公众网 国际网 大连地区 吉林 辽宁非大连地区 黑龙江 Cernet清华节点 东北大学校园网结构简图 新浪网 搜狐 263.net · · · · · · Yahoo 微软 IBM · · · 校部用户 中心服务器组 防火墙 192.168.0.10 服务器组 边界路由器 校部 图书馆 AP-1000 计费工作站 图书馆 计算中心 P880 二舍用户 · · · 二舍 P330 活动中心 P550

9. 多媒体通信技术 • 网络化多媒体技术的基本特征 • 数字化 • 计算机化：至少媒体的播放是由计算机控制的 • 集成化：捕捉、存储、播放、网络 • 交互式（互动） • 定制化：播放开始时间、播放次序、播放速度、播放形式

10. 多媒体通信技术 • 支持多媒体通信的主要技术途径： • 压缩技术 • 有损压缩 • 无损压缩 • 极低比特率传送 • JPEG、MPEG（MPEG-1：VCD，MPEG-2：DVD）

11. 多媒体通信技术 • 支持多媒体通信的主要技术途径： • 综合业务模型IntServ（Integrated Service）：基于流 • 保证业务：确保型 • 负载受控：统计型 • 区别业务模型DiffServ(Differentiated Service)：基于类 • 确保传送 • 快速传送

12. 多媒体通信技术 • 支持多媒体通信的主要技术途径： • 多协议标签交换MPLS(MultiProtocol Label Switching) • 采用标签交换转发技术，取代传统的基于目的地的逐跳寻径方式，简化分组转发 • 路由选择与分组转发分开 • 业务量工程（Traffic Engineering) • 将业务流映射到网络物理拓扑上，让实际业务量以最优的方式存在于网络中 • 提高网络运行的有效性和可靠性，同时优化对有限网络资源的利用，提高网络资源利用率

13. 多媒体通信技术 • 小结： • IntServ：可预测性好，适合于局域 • DiffServ：可预测性差，适合于主干 • MPLS+DiffServ：比较现实的支持主 干网QoS的方案

14. 光通信技术 • 电网络传输速率已接近极限（超过40Gbps即使不是不可能也是相当困难的） • 密集波分复用DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）技术具有巨大潜力，其潜在带宽为数百Tbps • DWDM的基本原理是在发送端将具有不同波长的光信号组合起来，在接收端又将组合的光信号分解并送到不同的终端，使同一条光纤中能同时传输多个波长的光信号 • DWDM的主要特点：高带宽、协议透明性好、路径可靠性高、操作与管理简单等

15. 光通信技术 • 光Internet(光互联网)是指IP直接接入到光网上或直接接到光纤上 • 采用三种技术： • IP over ATM over SDH • IP over SDH • IP over DWDM

16. 光通信技术 • IP over ATM over SDH优点 • 把面向连接的ATM的能力引入到无连接 的IP中去 • 优化组合选路与交换 • 保留ATM的速度快、容量大、多业务支持 能力 • 保留IP的简单、灵活、易扩充、统一

17. 光通信技术 • IP over ATMover SDH缺点 • 网络体系结构复杂、功能重复，ATM与TCP/IP都有寻址、选路和流量控制功能，开销损失达25％左右 • 网络伸缩性较差，ATM的分段与组装(SAR）功能随着接口速率的增加而变得十分复杂，速率不易提高

18. 光通信技术 • 小结： IP over ATM主要适用于网络边缘多 业务的汇合和一般容量的IP骨干网， 不太适合超大型IP骨干网应用。

19. 光通信技术 • IP over SDH • 将IP分组通过PPP或ITU－T LAPS协议 直接映射到SDH帧 • 省掉了中间的ATM层,简化了网络体系 结构 • 提高了传输效率，降低了成本 • 保留IP无连接特性

20. 光通信技术 • 小结： IP over SDH是一种实用、高效的IP传送技术，适用于经营IP业务的ISP、以IP业务量为主的电信网或者在电信骨干网上疏导高速数据流。

21. 光通信技术 • IP over DWDM • 将IP直接放在光路上传送 • 省掉了中间的ATM层与SDH层 • 减少了功能重叠，简化了设备 • 降低了网管复杂性，特别是网络配置复杂性 • 额外开销最低，传输效率最高 • 通过业务量工程设计，可以与IP业务量特性相匹配 • 可以利用光纤环路的保护光纤吸收突发业务，有利于降低时延

22. 光通信技术 • 小结： IP over DWDM省掉了价格昂贵的ATM交换机和大量的SDH复用设备，简化了网管，又采用DWDM，传送成本可望大大减少，带宽可望得到巨大提高，是未来最具发展前途的光Internet组网技术。

23. 光通信技术 • 自动交换光网络ASON（Automatic Switched Optical Network） • 光传送网+IP智能化 • 光信道自动切换 • 动态连接建立

24. 光通信技术 • 小结： ASON融合以DWDM为基础的光网络技术和以IP为基础的网络智能化技术，把光网络发展成为能高度自主应对业务需要、可在光层上直接为全网提供端到端服务的经济、有效的智能网。国际标准化组织、论坛、研究机构、公司已做了大量的初期研究与产品研制工作，不远的将来可能取得突破。

25. 移动通信技术 • 第二代移动通信技术仅能满足话音和低速数据业务的需求，不能满足中高速数据业务的需求 • 第三代移动通信技术以移动多媒体业务为特征，可以满足上述发展需要

26. 移动通信技术 • 第三代移动通信技术的基本特点： • 全球统一频段，统一标准，全球无缝覆盖和漫游 • 频谱利用率高 • 在144kbps（最好能在384kbps）能达到全覆盖和全移动性，还能提供最高速率达2Mbps的多媒体业务 • 支持高质量话音、分组多媒体业务和多用户速率通信 • 有按需分配带宽和根据不同业务设置不同服务等级的能力 • 适应多用户环境，包括室内、室外、快速移动和卫星环境

27. 移动通信技术 • 第三代移动通信技术的基本特点： • 安全保密性能优良 • 便于从第二代移动通信向第三代移动通信平滑过渡 • 可与各种移动通信系统融合，包括蜂窝、无绳电话和卫星移动通信等 • 终端（手机）结构简单，便于携带，价格较低

28. 移动通信技术 • 第三代移动通信系统关键技术： • 多载波调制技术 • CDMA多址技术 • 智能化天线和分集接收技术 • 软件无线电技术 • 核心网IP与ATM数据传输技术 • 智能网技术 • 话音和图像编码技术 • 信道编码及交织技术 • 信道不失真传输技术 • 功率控制技术

29. 移动通信技术 • 无线ATM • 无线ATM网络服务的用户是移动用户，网络与用户之间建立的是无线连接 • 在无线ATM网络中，需要增加基站和具有支持移动功能的边缘ATM交换机 • 基站提供与移动终端之间的无线连接 • 边缘ATM交换机实现与有线ATM网络的连接

30. 移动通信技术 • 无线ATM关键技术 • MAC协议：固定分配方式、随机分配方式和按需分配方式，在保证用户服务质量QoS需求的前提下，实现网络的高效利用 • 位置管理：无线终端的位置是不确定的，必须扩展ATM连接建立协议，以便能够动态决定移动终端的位置

31. 移动通信技术 • 无线ATM关键技术 • 切换管理：选择适当的交叉交换节点，使重新选路的数据通道能够保证初始连接服务质量QoS；重新选路时避免信元的丢失；保证信道切换过程是无缝的，用户感觉不到通信的中断 • 差错控制机制：自动请求重发ARQ和前向纠错FEC在解决无线信道误码率高的问题上各有所长，需要在ARQ和FEC之间寻求一种最佳方案，以降低算法的复杂度和减少额外的带宽需求

32. 移动通信技术 • 无线局域网 • 可移动性，不受布线点位置的限制 • 数据传输速率大于1Mbps • 抗干扰性强，误码率很低 • 保密性较强，可使用户进行有效的数据提取且不至于泄密 • 高可靠性，数据传输过程中几乎没有丢包现象发生 • 兼容性好，采用CSMA/CA介质访问协议，与标准以太网兼容，用户已有网络软件可以不加修改即可运行 • 安装工作快捷，毋需施工许可证，不需要布线或开挖沟槽

33. 移动通信技术 • 无线局域网标准化 • 1997年6月，IEEE发布了802.11标准，规定了统一的MAC协议、RF收发器和红外线收发器的物理层接口，各厂商产品在同一物理层上可以互操作，而逻辑链路控制（LLC）层是一致的 • 2000年8月，IEEE 802.11成为IEEE/ANSI和ISO/IEC的联合标准，增加了两项新内容： • IEEE 802.11a：规定使用5GHz频带，采用OFDM技术调制数据，传输速率范围为6M～54Mbps • IEEE 802.11b：规定使用2.4GHz频带，采用补偿码键控（CKK），支持多速率MAC机制，传输速率可从11Mbps自动降到5.5Mbps，或者调整到2Mbps和1Mbps

34. 移动通信技术 • 蓝牙技术 • 1998年由Intel、Nokia、Erission、Toshiba和IBM联合提出 • 支持移动计算设备和通信设备之间的简单快捷无线互连 • 实现语音和数据传输，不仅提供低成本、短距离的无线链路功能，还提供接入数据网功能、接口功能和组网功能

35. 蓝牙技术 • 蓝牙技术基本特点 • 使用2.4GHz频带，毋需申请，具有全球推广价值 • 低功率、短距离，发信机额定输出功率传输距离10cm－10m，增大发射功率后距离可扩展到100m • 采用跳频扩频通信方式抗衰落、抗干扰，并采用快跳频、短分组、快速确认方法进一步提高抗衰落、抗干扰性能，提高传输的可靠性

36. 移动通信技术 • 蓝牙技术基本特点 • 采用FEC编码技术，减少远距离传输时的随机噪声影响 • 采用FM调制方式，降低设备的复杂性和成本 • 同时支持数据和话音，提供1个异步数据通道、3个同步话音通道和1个数据话音混合通道 • 采用TDD全双工方式，电路交换和分组交换混合方式，组网方便灵活 • 支持点对点和点对多点连接

37. 卫星与同温层通信技术 • 全球人口的5％和10％居住在或可能旅行到永远不会被地面电信设施覆盖的区域 • 卫星与同温层通信系统，可以作为地面系统的补充而存在，实现“能见到天空的地方”都可进行无缝隙的通信联络 • 提供“任何人（Whoever）在任何地方（Wherever）于任何时间（Whenever）都能与任何人（Whomever）以任何方式（Whatever）进行通信”的能力

38. 卫星与同温层通信技术 • 卫星移动通信不受地理条件限制，传输距离远，投资少，建设快，传输可靠，接通率可高达99.98％，而且组网灵活（例如 VAST小站可建在办公地点） • 卫星移动通信可分为静止轨道卫星通信系统、中轨道卫星移动通信系统和低轨道卫星移动通信系统

39. 卫星与同温层通信技术 • 静止轨道卫星通信系统 • 在地球赤道平面上空36000km处设置卫星 • 轨道周期与地球自转周期相同 • 相对于地面上任何参照点，卫星是静止不动的 • 可以简化卫星位置跟踪

40. 卫星与同温层通信技术 • APMT个人卫星移动通信系统 • 总投资6.5亿美元 • 可覆盖亚太地区22个国家、近31亿人 • 控制中心与运行中心均设在北京 • 一颗卫星的通信容量大于16000条双向话音信道，用户数可达200万 • 系统可提供的业务包括双向话音通信、数据通信、传真和其他与GSM数字移动电话网相同的增值业务等

41. 卫星与同温层通信技术 • APMT个人卫星移动通信系统 • 由卫星转发器、GSM蜂窝区地面移动网系统、路上卫星移动通信网和远程移动站等组成 • 实质上是一个地面GSM数字系统和卫星移动通信相结合的综合移动通信系统 • 具有GSM系统通信容量大和卫星移动通信系统覆盖区大的双重优点

42. 卫星与同温层通信技术 • APMT个人卫星移动通信系统 • APMT手机为双模式，用户在GSM数字移动电话蜂窝区内，用GSM制式通信，一旦进入GSM覆盖“盲区”，则因处在卫星覆盖区内，故可由卫星移动电话系统提供通信服务，实现了“无缝隙”的“全球通”

43. 卫星与同温层通信技术 • 低轨道卫星移动通信系统 • 使用500km～2000km的低轨道卫星 • 卫星离地面近，可使卫星和用户手机的发射功率大大减小 • 卫星和手机的重量减轻，体积减小

44. 卫星与同温层通信技术 • 铱星全球移动通信系统 • 6条低地轨道的66颗轨道卫星覆盖全球 • 采用先进的星上处理和星间链路技术，相当于把地面蜂窝网倒置在空中 • 解决了卫星网与地面蜂窝网间的跨协议漫游 • 可以实现通信终端手机化、个人通信全球化 • 研制周期长、费用高，最终失败

45. 卫星与同温层通信技术 • 同温层通信（飞艇通信） • 地面上空约20km～30km高度存在同温层/平流层 • 在该层中安放气球或飞艇，设置空中无线电台，使其电波覆盖地面上一定范围的区域，就可利用适当波长的无线电波，使覆盖区内地面无线电终端或手机之间通信 • 若在一个国家上空建立足够多的空中无线电台，形成平台，覆盖整个国家，则可建立国家范围的无线电通信 • 若全世界各国都有同温层通信平台，则可提供环球通信

46. 卫星与同温层通信技术 • 实现同温层通信的必备要求 • 载荷空中无线电台的气球或飞艇在同温层中保持固定位置而不任意移动 • 在3个方向上的位移不超过30m且能精确保持天线在任何方向上的偏差不超过0.l度

47. 卫星与同温层通信技术 • 同温层通信关键技术 • 同温层大气环境和电波传播 • 同温层天空站空气动力学 • 同温层天空站的材料和能源 • 同温层天空站的位姿测控 • 同温层天空站通信的体制和应用 • 同温层天空站通信的网络配置 • 同温层天空站通信的多址方式 • 同温层天空站通信的工作频段 • 同温层天空站通信的系统集成和仿真

48. 网络通信技术展望 • 网络通信技术与系统不断融合与发展 • 无线网与无线网的融合 • 移动网与固定网的融合 • 陆地网与空天网的融合

49. 网络通信技术展望 • “十五”期间我国将开展如下关键技术攻关： • 信息网络与交换：下一代宽带业务交换技术、支持移动多媒体业务的新一代移动网与智能网互连平台、网络流量与QoS管理、新一代信息网管理、网络互连体系结构与优化等 • 光传送网技术：40Gbps SDH系统、多Tbps DWDM系统、基于DWDM的光网络互操作性、生存性与管理、高速光传输的色散补偿与色散管理、喇曼放大器技术及应用、OTDM局域网、OCDMA技术、光交换网、空间光网络技术等

50. 网络通信技术展望 • “十五”期间我国将开展如下关键技术攻关： • 宽带个人通信网：新一代无线个人通信系统技术（例如微小型宽带天线、智能天线、信源、信道编码与调制相结合的优化技术）、分布式无线宽带个人通信系统、蜂窝无线交互式数据和多媒体广播系统、实现增强型数据速率（2Mbps）的3G、post-3G和4G系统技术等 • 新型空天通信平台：天、空、地一体化组网技术、空中高速干线接力传输技术、多波束智能天线技术、多媒体宽带业务数字广播与推送技术、空天平台接入网络技术等