电信网分代研究

　国际上对下一代电信网的研究工作持续了近10年，从对GII的研究到对NGN的研究，一直在探求下一代电信网发展方向及其主流技术，时至今日尚无统一观点。下一代电信网也是国内电信界的研究热点，专家们从各自的技术背景和不同的角度出发进行研究和探讨，到目前为止也没有统一的观点。长期研究但一直没有明确结论的原因之一是：对电信网的分代没有一个统一的分代原则。

　　电信网分代必须要有标志性的技术进展和突破，才能谈到“分代”，否则就不能认为是分代。电信网分代必须是导致电信网整体发生革命性变化，而不是局部技术的进步。基于这些考虑，可以认为，按电信网采用的核心技术来对电信网进行分代比较合理，也比较能给出其本质的内涵。基于此原则，电信网的分代可以这样划分：模拟通信技术为第1代，基于TDM电路交换的数字通信技术为第2代，基于统计复用分组交换的数字通信技术为第3代。

　　目前的电信网是过渡代电信网，它采用了TDM电路交换与分组交换相混合的数字通信技术，是多业务网、多业务承载网的体系结构。目前的电信网实质是2.5代电信网，是过渡代电信网，它孕育着第3代电信网的技术，但不是第3代电信网。

1 第1代电信网

　　第1代电信网是以模拟通信技术为核心技术的电信网，所有设备是用于产生、存储、交换、传送模拟电信信息。终端是模拟终端，实现话音与模拟电信信息的相互转换；交换是模拟交换设备(步进、纵横交换机)；传输则是以频分复用、模拟载波调制为技术基础的模拟传输设备。特点是业务种类简单，业务在全程全网以模拟信息处理，电信业务采用面向连接的工作方式，为每一对用户连接提供的资源是独占的(一个频段和一组交换触点)，可以保证电信业务的服务质量。

2 第2代电信网

　　推动模拟通信技术向TDM电路交换数字通信技术发展的动力来自对提高业务质量的要求，特别是对提高长途电话质量的要求。由于模拟电话增音放大过程中的噪音倍增，使得长途电话的质量受到严重影响，特别是越洋电话等超长途传输更要求能提供必要的服务质量，从而提出了强烈的业务需求。从技术上，“纳奎斯特”定理证明了可以从2倍于模拟频率的抽样中完全无失真地恢复原模拟信号，从而奠定了数字通信的基础。半导体技术的发展使数字通信技术的使用成为可能，于是第2代电信网蓬勃发展起来。

　　第2代电信网中的所有设备用于产生、存储、交换、传输数字化电信信息，实现电信信息的远程通信。由于经济上的原因，数字技术与模拟技术相比，在用户环路及终端上没有表现出更多的优势，在第2代电信网中，终端设备没有发生变化，仍采用模拟终端。交换设备与传输设备则完全采用了基于TDM电路交换的数字通信技术。交换采用了以时隙交换为技术基础的数字程控交换机，传输设备则采用基于时分复用技术的PDH与SDH数字传输设备。特点是业务种类简单(电话、电报、用户电报)，业务的全程全网除了用户环路外，全部采用的是基于TDM的数字通信技术，业务是面向连接的业务，每一对用户间的连接资源在通信的全过程中是独占的(一个或多个时隙)，可以保证电信业务的服务质量。可以看出，从第1代到第2代，通信技术由模拟通信技术转向数字通信技术，发生了革命性的变化，实现了更新换代。由于第2代电信网的业务(电话、电报)类型和业务工作方式(面向连接、资源独占)都没有发生变化，特别是用户环路与终端设备没有发生改变(仍为模拟工作方式)，因而过渡进展得很顺利。

3 第3代电信网

　　向第3代电信网演进的工作实际上从20世纪80年代末就开始了。对业务多样化的综合要求，为降低运营成本、简化运营体系的要求是导致电信网向第3代发展的根本原因。传统电信网是以业务建网，有多少种业务就建立多少个运营网。运营网过多，运营成本昂贵，既不利于运营商的经营，也不利于用户的使用。为此，长期以来电信专家一直致力于对电信业务的综合，期望能通过业务的综合来简化运营网，降低运营成本，促进电信业发展。20世纪90年代初，电信专家认定基于分组交换的数字通信技术可以实现业务综合，实现长期以来电信界的理想，并认定基于分组交换的数字通信技术将是下一代电信网的核心技术。电信专家认为基于ATM的数字通信技术是下一代电信网的核心技术，提出了以ATM为核心的宽带综合业务数字网(B-ISDN)。20世纪80年代至90年代中期，ATM曾经有过辉煌的历史，绝大部分电信专家认为ATM可以一统天下。事实上，在技术层面ATM也的确做到了实时业务、非实时业务、宽带业务和窄带业务的完全综合(至少在实验网的范畴内)。应该说ATM技术是成功的，如果继续沿着这条路走下去，而外界不产生一些突发因素的话，ATM原本是有可能成功的。但是电信历史的发展并不以人们的意志为转移，ATM在其发展过程中，外部环境发生了突变，使得它赖以发展的条件不复存在。光纤通信技术的发展，传输资源价格快速下降是导致ATM不能成为下一代电信网核心技术的主要原因之一。具体来说，ATM是采用面向连接的工作方式工作的，面向连接必然要用到信令，信令是通信系统中最为复杂的技术；另外ATM是采用统计复用的分组交换方式工作的，在这种条件下要保证端到端业务的服务质量就必须采用十分复杂的控制技术。特别是ATM要为每一对端到端的连接保持精细的资源控制，复杂度可想而知。由此导致ATM节点设备十分复杂。光纤通信技术的发展，特别是密集波分复用技术(DWDM)的出现，使传输资源不再稀缺，也不再昂贵，因而为了节省这些不再稀缺和不再昂贵的传输资源而使节点设备(ATM交换机)复杂化显然是得不偿失的，这是ATM从全盛走向衰亡的一个十分重要的原因。当然ATM商业运作的失败，业务起点选择过高导致ATM业务无法快速推广，以多媒体业务作为其核心业务不符合电信的商业模式等也是ATM从全盛走向衰亡的重要的原因。

　　近年来，由于IP技术进展不力，特别是几个关键技术没有突破性进展，ATM在电信网和在大型企业网中再一次得到重视，使ATM交换机的销售出现了一个新的高潮。于是，ATM将是下一代电信网的核心技术之说又有相当程度的抬头，由于这种看法对下一代电信网的走向有重大影响，因而有必要作进一步的讨论。必须指出，近年来ATM交换机出现销售高潮的主要原因是：IP网在安全、服务质量方面存在严重缺陷，而业务的发展又对IP网的安全、服务质量方面提出了强烈的要求，IP网的技术现状和业务发展与网络的需求之间有着巨大的差距。设备开发商和系统集成商无力改变IP网的技术现状，但又必须满足业务发展对网络的需求，因此提出了“2层＋3层”的IP网过渡性结构体系，用ATM的永久型虚电路(PVC)组成若干个资源独立的虚拟专网(VPN)。由于ATM的VPN具有很好的资源独立性，可以确保用户所需的传输资源，同时具有很好的信息隔离性，以此来保证业务网之间的安全性，构成了所谓的“第2层”体系。在ATM的虚拟专网的基础上，建设物理上完全独立的路由器网，若干个物理上完全隔离的路由器网构成“第3层”架构。当然这里的路由器可以是物理路由器也可以是ATM边缘交换机上的虚拟路由器，它们的本质是一样的。很显然在“2层＋3层”的IP网体系结构中，ATM是一种补救措施，只是因为IP网技术目前还存在严重缺陷而采用的一种补救措施，一旦IP网将上述问题解决，ATM将无存在必要。从技术层面来讲，这种设计在技术上是不合理的，造成功能的重复和设备上的重叠，传输和处理开销加大；另一方面，ATM没有业务，曾经有过的ATM业务系统标准，也已不再使用或发展。ATM没有进一步完善标准化工作，世界各大标准化组织没有一个在继续进行ATM的标准化研究，ATM目前广泛使用PVC提供数字专线服务，在大网中使用运营商级的交换型虚电路(SVC)从来没有实现过。因此，在运营商级的大网中使用SVC后，是否能保证每一对端到端业务的服务质量在技术上有存疑。ATM复杂、没有业务，ATM没有进一步标准化工作决定了基于ATM的数字通信技术不可能成为下一代电信网的核心技术。

　　既然ATM技术不可能成为下一代电信网的核心技术，那么分组交换技术中的另一个重要分支IP技术就可能成为下一代电信网的核心技术。这是20世纪末和21世纪初绝大多数电信专家的看法。IP技术与ATM技术都是基于分组交换的数字通信技术，它们的主要区别在于IP技术是采用不面向连接的工作方式，而ATM技术则是采用面向连接的工作方式。由于IP技术采用不面向连接的工作方式，无需通过信令为端到端的业务通信建立连接。众所周知在通信系统中信令是最为复杂的技术之一，省去了信令就意味着大大简化了节点设备的复杂度。由于采用不面向连接的工作方式，不用为端到端的业务建立连接，也不用为端到端业务连接保证业务所需资源以达到业务服务质量的目的，因此，节点设备大为简化。网络节点设备复杂性的下降，带来的问题是不能以最有效的办法来为确保端到端业务的服务质量提供网络的传输资源(这在传输资源十分紧缺、使传输资源价格十分昂贵的条件下，是致命的缺陷)。但是光纤通信技术的发展，特别是DWDM的广泛商用，传输资源已不是问题。从通信网的综合成本来考虑，采用降低传输资源的使用效率来达到降低网络节点设备的复杂度，以此来达到降低通信网的综合成本，是一种十分合理的选择，这一点正是决定IP技术是下一代网络核心技术的关键所在。当然对电信商业网来说，决不能只顾网络系统价格便宜，而不顾作为商业网必须考虑的问题，如保证业务的服务质量问题，保证网络的安全性和可信任性问题等。技术是具有灵活性的，解决上述问题有多种途径，面向连接是一条途径，而采用不面向连接的工作方式同样也行得通。

　　Internet因为Web的成功(业务与网络特性匹配的典范)而爆炸性发展，迅速发展成足以和电信网抗衡的全球性大网。非实时业务的成功及网络规模的迅速扩大，使电信业务自然成为Internet谋求发展的业务，电信业务中的最大赢利点电话业务更成为Internet谋求发展的重中之重。结果，VoIP设备被迅速制造出来，并立刻进入商用，实际测试结果表明，只要IP网设计合理，IP电话的质量完全可以达到传统电话的质量。至此，电信网中的最关键业务被IP技术突破，其结果是：20世纪末至21世纪初(即约3年前)，国内电信界的绝大多数专家都认为基于IP的分组数字通信技术将会是下一代电信网的核心技术，下一代电信网将会是IP网。但3年过去了，IP技术没有发生根本变化，电信专家的期望没有实现。3年前IP网存在的问题，3年后的IP网依然存在。在此期间，IT界一直在努力改进IP网的性能，相应标准与设备产品也在不断制造出来，一切努力都没有使问题发生本质上的改观，这又使得电信专家对自己在几年前所下的结论开始产生怀疑，怀疑IP技术的能力，怀疑IP技术用于电信网的可能性。显然，IP技术在进入电信过程中遇到了极大的问题，它导致电信专家的观点发生根本的变化。问题出在哪里？安全问题、服务质量问题真是IP技术的克星？这些问题真是不可逾越的障碍吗？答案当然是否定的。反复研究表明，IP技术在电信业务中的失败，问题不是出在IP技术本身有什么天然的问题，而是出在Internet网的设计理念与电信网设计理念之间的巨大差距。Internet是以用户为核心，以用户自律为基础的非赢利性网络，没有中心，无需管理，网络的运营者不负责网络的安全，也不负责业务的赢利。Internet先是用于军事，随后用于教学科研，没有商业模型，无须赢利，Web的成功才将它推向商用，正因为如此，Internet在商用上是有先天缺陷的。电信网则一开始就是以商业经营为目的的网络，它必须具有商业经营必备的全部属性。两者的巨大差异决定了从Internet发展到用于电信目的的IP网不会是一个简单的过程，在设计上必需要发生质的改变。很可惜，这一观点人们直到现在才认识到。到目前为止，所谓电信级设备或电信级IP网还只是简单地将Internet搬过来，没有进行实质性的变化，只是在设备的冗余和可靠性方面接近电信网节点的水平。这才是近几年用于电信业务网目的的IP技术没有取得进展的关键原因所在。从目前的现实情况来看，企业网中(无论大型企业网或中小型企业网)的业务几乎100%是IP业务。电信网上的业务也有快速IP化的趋势，目前电信业务主要有3类：第1类是电话业务，迄今为止TDM电话仍占统治地位，特别是在本地网上。但IP电话在中国的成功，从理论上和实践上都已证实IP电话可供电信商用，在技术上并不存在不可逾越的困难。IP电话有迅速扩展使用的趋势。第2类是数据承载网业务，电信目前能提供的数据业务承载网有2个，一个是X.25业务，这是真正可以实现端到端寻址的数据业务，由于技术已落后，已不列入发展之列，业务量也已很小；另一个是IP业务，在电信数据业务中，IP业务已占95%以上，可以说数据承载网业务已基本IP化。第3类是专线业务，无论是DDN、FR和ATM，这些专线都是租给企业用户的，而企业用户业务量的100%都是IP业务，间接地算，专线网主要也是IP业务。近来视讯业务有很大的发展趋势，视讯业务的绝大部分也是IP业务。可以看出，目前电信网中的业务除了电话业务外都是IP业务，可见在未来的电信网中，IP电话将逐步取代传统电话，最终将完全IP化。电信业务的完全IP化，是电信网向下一代网迈出的极为关键的一步。

　　从理论上讲，分组交换技术能够综合实时业务与非实时业务、宽带和窄带业务，是实现电信业务综合的最佳技术，IP技术采用不面向连接的工作方式，简化了信令，又克服了因为端到端连接资源的保证而带来的节点设备复杂化问题。光纤通信技术发展，DWDM的大量商用，使得传输资源不再紧缺和不再昂贵。IP技术与传送网技术的发展是匹配的。因此，基于IP分组的数据通信技术应该是下一代电信网的核心技术。

　　近几年电信业务及电信网的IP化之所以没有取得预期的效果，其根本原因是电信界的专家盲从Internet，将基于Internet设计理念的IP网不加改变地照搬，试图在其上加载电信业务来实现电信网的过渡，而不考虑两者之间巨大的设计理念差异和Internet在设计上的固有缺陷。既然要将IP技术用于电信网，就不能不考虑电信网的特点、电信网的要求与商业目的，就不能不对Internet与电信网的设计理念进行深入研究。考虑电信网的设计理念，以此来改造IP网，使之成为真正能用于电信目的的IP网将是下一代电信网的方向。

　　下一代电信网这个概念并不是起自现在，在20世纪80年代末90年代初已经提出，电信专家为此做出了不屈不挠的努力，在摸索中前进，在经过10余年的研究和实践，才认识到基于IP分组的数字通信技术才是第3代电信网的核心技术。

4 过渡代电信网

　　当前正在运营中的电信网是过渡代电信网，也可以称之为2.5代电信网。过渡代电信网采用基于TDM的数字通信网技术和基于分组交换的数字通信技术这两个中技术为核心技术。形成过渡代电信网的原因是业务的需求，特别是数据业务发展的需求。基于TDM的电路交换网，其物理连接为电路连接，面向连接和资源独占性使得电路交换技术在数据通信中效率低下，难于实现基于虚电路方式的数据通信。然而，TDM技术对于电话业务是适配的，在采用了DCME技术后，也能保证电话业务能有足够高的传输效率。两种技术各有特色，各有其特有的用途。目前两种技术处于相持阶段。这一阶段电信网的特点是，按业务建网，网络种类繁多，基础网有：基于TDM技术的电话网，基于分组交换技术的X.25网、FR网与ATM网。业务网有：E-mail网、EDI网、传真存储转发网、可视图文业务网、电报网、用户电报网等近10个覆盖全国的业务网。这些网中除电话网是基于TDM技术，其余全部是基于分组交换技术。这一阶段的技术特点是两大技术(TDM与分组交换)并存，各自独立发展，百花齐放，百家争鸣，呈现欣欣向荣的现象。它的另一个特点是：不论是电路交换或分组交换，全部采用面向连接的工作方式。当前正在运营中的电信网的最大问题是：运营网过多，运营复杂度高，电信网经营成本高。这些问题是电信运营商难于接受的，因而它只可能是过渡代电信网，必将向第3代电信网演进。

[摘要] 在电信网的研究中有不少概念不统一，分代原则是其中之一，为此文章提出了电信网分代原则。在回顾了前两代电信网的基础上，提出了第3代电信网的特征，指出基于IP分组的数字通信技术才是第3代电信网的核心技术。

[关键词] 电信网；下一代网络；全球信息基础设施

[Abstract] There are many ununified concepts occured in the study of the telecom network, among which is the principle of 3G-related generation designation. This paper proposes a principle to define the concept of generation of telecom networks. With regard to the characteristics of the first and second generations of telecom networks, it is pointed out that the IP-based packet digital communication technology is the core and distinct feature of the third generation telecom network.

[Keywords] telecom network; NGN; GII