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雷震洲 信息产业部电信研究院 总工 　　摘要：目前互联网面临着5大挑战：提供更强的通信能力，提供具有QoS保证的强势服务、实现互联网普遍服务，保证IPv4向IPv6的平滑过渡以及形成可盈利的商业模式。为了迎接上述挑战，下一代互联网至少要满足以下基本要求：具有巨大容量，具有海量地址空间，可承载多业务，提供开放式接口，服务功能与传送功能分开，允许平滑演进以及支持普遍的移动性。支撑下一代互联网的主要技术涉及：IPv6、光纤高速传输技术、光交换与智能光网、宽带接入、城域网技术、软交换技术、3G和后3G移动通信系统以及IP终端。 　　主题词：下一代互联网 下一代网络 IPv6 服 务 光交换 城域网 软交换 　　无论在技术上还是在发展速度上，互联网在20世纪获得了巨大成功是世人公认的一个事实。即便在发展过程中产生了泡沫，目前正处在“挤水分、排泡沫”的调整阶段中，互联网及其应用仍在不断改变我们的工作方式和生活方式。未来的应用将使互联网对用户的价值变得更大，但绝非目前的互联网所能承接和适应的。换言之，对于未来，我们呼唤新的互联网，即下一代互联网来满足需求。最早由官方提出下一代互联网计划的是美国克林顿政府于1997年10月10日出资1亿美元的NGI行动计划。其目的是研究下一代先进的组网技术，建立试验床和开发革命性应用。早在1996年10月1日由美国34所著名大学在芝加哥发起的一个用于科研、教学的第2代互联网项目（Internet 2，简称I2）后来也并入NGI计划。 　　然而，到了90年代末，电信市场在世界范围内开放竞争，互联网的广泛使用使数据业务急剧增长，用户对多媒体业务产生了强烈需求，用户对移动性的需求与日俱增。电信业面临着强烈的市场冲击与技术冲击。在这种形势下，出现了下一代网络（NGN）的提法，并成为大家讨论最多的一个话题。NGN是网络界为了描述未来电信网共同使用的一个新概念。实际上它涉及了下一代核心网、城域网、接入网、移动网、用户驻地网等。但时至今日，运营商、制造商和服务提供商对NGN仍看法各异。现在大家都希望能够对NGN取得共识，好对它制定国际标准。因此，ITU－T在2002年1月的13组会议上决定启动NGN的标准化工作，在第13研究组内建立一个新的项目，叫NGN 2004 Project。该项目将与ITU－T已有的GII项目相对应，因为ITU－T把NGN看作是GII的具体实现。ITU在1995年启动的GII项目形成了目前的Y系列建议，包括GII原则与架构、GII场景设想方法与举例、信息通信结构、互连参考模型，后来又加入了有关IP传送的内容。但在Y系列建议中除了互操作与互通问题没有完备外，网络上如何具体实现的问题更是空白。NGN 2004 Project的目标即是填补这一空白，并在2004年制定出相关建议。对于NGN，ITU至今尚未给出定义，只有欧洲ETSI的NGN启动小组在其报告中曾建议把NGN定义为：NGN是定义和部署网络的一个概念，由于它们形式上分为不同的层面和使用开放的接口，所以NGN给服务提供商与运营商提供了一个能逐步演进的平台，不断创造、开放和管理新的服务。 　　从一个电信工程师的角度看，在三网融合的趋势下，下一代互联网在许多地方与上面所说的NGN是共同的。 互联网面临的挑战 　　互联网在走到21世纪开元之年时忽然发现由它带动起来的网络经济被过多的泡沫所覆盖，变得举步维艰了。它在前进的道路上面临着一系列的挑战。 　　挑战之一：为了让人们创造更多更有价值的服务与应用，互联网需要提供比现在大得多的通信能力，很可能所需的接入带宽要比目前大100倍，骨干网的总带宽要比目前大1000倍。故如何创造既满足上述通信能力，产生很大规模经济，在总成本上又只需作适度增加的新技术就是一大挑战。 　　挑战之二：今天的互联网所提供的服务是“尽力而为”的，得不到质量保证，这显然是不能令人满意的，尤其是对那些实时性要求严格的服务。“尽力而为”也使运营商或服务提供商难以推出能盈利的商业模式，妨碍互联网的深入发展。故如何从“尽力而为”的服务过渡到具有服务质量保证的强势服务又是一大挑战。 　　挑战之三：1998年美国首次用数字鸿沟来比喻信息贫富差距。在过去的40多年中，全球的电信网络以每年4％～7％的速度稳步发展，网络规模增长了8倍多。不同国家之间电话普及率的差距一直在不断缩小。然而，当我们正在弥补80年代的电话鸿沟时，90年代的信息革命浪潮又形成了新的更大的鸿沟。截至2001年1月，占世界人口15％的高收入者占有了全球固定电话线数的55％、移动用户数的65％、互联网用户数的74％。其中互联网鸿沟尤其大。不仅发展中国家与发达国家之间存在明显的数字鸿沟，而且每个国家内部，发达地区和贫困地区之间、城市和农村之间、富人和穷人之间、不同种族之间也存在着较大的信息贫富差距。所以，缩小数字鸿沟，实现互联网普遍服务，向全人类普及互联网接入与应用是我们面临的另一个巨大挑战。 　　挑战之四：90年代互联网以惊人的速度发展着，到2002年初全球用户数已超过5亿。今后随着政府上网、企业上网、个人上网、汽车上网、设备上网、家电上网等等，现有互联网协议IPv4定义的有限地址空间很快就要不够用，估计在2005～2010年间将分配完毕（而且70％的IP地址为美国占有）。这势必妨碍互联网的普及和深入发展。为了扩大地址空间，需要用下一代的互联网协议IPv6来重新定义地址空间。从IPv4向IPv6的过渡不仅需要大量投资，而且还要保证平滑过渡，这也是一个不小的挑战。 　　挑战之五：互联网自90年代中期商用化以来很快形成了所谓的眼球经济，即以冲浪、浏览为主的单一商业模式。虽然发展很快，但是没有形成多赢的新的价值链以及相应的商业模式。互联网要在完全开放与竞争的市场环境中得以持续发展，不走入死胡同，就必须从眼球经济走向能够创收、盈利的模式。如何在互联网上推出更多更有价值并能不断衍生的服务与应用，如何形成新的价值链和找出能够盈利的商业模式都是必须面对的挑战。 对下一代互联网的基本要求 　　为了迎接上述挑战，更好地为未来服务，下一代互联网至少要满足下列基本要求： ·为了支持更多更有价值的服务与应用，特别是支持今后将成为主要市场驱动力的视像应用，下一代互联网应是一个具有巨大容量、在每一个网络环节都不会产生带宽瓶颈的网络； ·为了消灭地址壁垒，恢复因地址有限而失去的端到端连接功能，让数十、上百亿的人和设备上网，实现互联网的普遍服务，并且把服务方式由提取（pull）演进为推送（push），下一代互联网应是一个具有海量地址空间、能实现端到端连接的网络。估计在7～10年内，一个用户将掌管平均10个地址，将来还要多； ·面对用户对新服务之需求的急剧增长，下一代互联网应是一个基于IP的能够承载话音、多媒体、数据和视像等所有比特流的多业务网，并能通过各种各样的传送特性（实时与非实时、由低到高的数据速率、不同的QoS、点到点／多播／广播／会话／会议等等）来满足这些业务，使服务质量得到保证，令用户满意，运营商可以实现优质优价； ·为了适应完全开放与竞争的环境，让众多的运营商、制造商和服务提供商方便地进入市场参与竞争，易于生成和运行各种服务，下一代互联网的网络结构和功能组织应当提供开放式的接口； ·服务与应用是无止境的，为了让服务与应用能够不断演进，而不受制于网络，下一代互联网应是一个在与网络传送层及接入层分开的服务平台上提供服务与应用的网络，也就是说，服务的提供要与网络分开，服务功能要与传送功能分开； ·为了充分挖掘现有网络设施潜力和保护已有投资，下一代互联网应是一个具有后向兼容性、能与传统网络（PSTN、IPv4网等）互操作与互通、允许平滑演进的网络； ·移动电话的大发展充分说明人类对移动性的旺盛需求，电话服务需要移动性，互联网服务同样需要移动性，现在越来越多的人希望在移动的过程中高速接入互联网，获取急需的信息，完成所想做的事情。下一代互联网应能支持普遍的移动性和游牧性。 支撑下一代互联网的主要技术 　　为了满足上述基本要求，下一代互联网必须得到许多新技术的支持。下面列举若干比较主要的技术。 1.IPv6 　　下一代互联网将是基于IPv6的网络。IPv6的提出最初是为了扩大IP地址空间。实际上，IPv4除了在地址空间方面有很大的局限性，成为互联网发展的最大障碍外，IPv4在服务质量、传送速度、安全性、支持移动性和多播等方面也存在着局限性，这些局限性同样妨碍着互联网的进一步发展，使许多服务与应用难以在互联网上开展。因此，在IPv6的设计过程中除了一劳永逸地解决了地址短缺问题以外，还考虑了在IPv4中解决不好的其它问题。IPv6相对于IPv4的主要优势是：扩大了地址空间，提高了网络的整体吞吐量，服务质量得到很大改善，安全性有了更好的保证，支持即插即用和移动性，更好地实现了多播功能。IPv6实际上改变了互联网的核心，需要开发新的大型路由器，使目前的互联网变成一个性能更高、成本更低的全球互联网，彻底结束拨号上网时代。当然，要实现这一目标并非易事，让IPv6一步取代IPv4既不可能也无必要，过渡将是长期的，即便采取平滑的过渡策略，成本也是高的，困难和问题必定存在。但从长远看，改变后会引入许多新的服务与应用，使互联网转向新的能盈利的商业模式，将更有利于互联网的持续长久发展。 2.光纤高速传输技术 　　下一代互联网需要更高的速率、更大的容量，但到目前为止我们能够看到的，并能实现的最理想的传送媒介仍然是光。因为只有利用光谱才能带给我们充裕的带宽。光纤高速传输技术现正沿着扩大单一波长传输容量、超长距离传输和密集波分复用（DWDM）系统三个方向在发展。单一波长传输容量已做到40Gbit/s，超长距离实现了1.28Tbit/s（128×10G）无再生传送8000公里，波分复用实验室最高水平已做到273个波长、每波长40Gbit的10.9Tbit系统（日本NEC）。单一光纤的传输容量自1980到2000年这20年里增加了大约1万倍。预计几年后单纤容量将再增加16倍，达到6.4Tbit/s。再往后，人们的目标是使单纤容量达到1bit/s/Hz的光谱效率。一条光纤的可用带宽约为30～50THz，故目前的光谱效率才0.1bit/s/Hz。 3.光交换与智能光网 　　下一代互联网需要更加灵活、更加有效的光传送网。组网技术现正从具有分插复用和交叉连接功能的光联网向利用光交换机构成的智能光网发展，从环形网向网状网发展，从光－电－光交换向全光交换发展。智能光网能在容量灵活性、成本有效性、网络可扩展性、业务提供灵活性、用户自助性、覆盖性和可靠性等方面比点到点传输系统和光联网带来更多的好处。2001年光交换机开始越来越多地从实验室走向有限的商用生产，开始在网络边缘和网络核心使用。采用微电机械系统（MEMS）技术的全光交换机取得较大进展。朗讯的256×256全光波长路由器WaveStar LambdaRouter已经投入商用。Xros的光交换机X－1000能支持1152个端口，达到电信级的最低要求。Accelight Networks Inc.和NTT展示了基于通用MPLS（G－MPLS）的大型太比特全光交换机。 4.宽带接入 　　下一代互联网必须要有宽带接入技术的支持，因为只有接入网的带宽瓶颈被打开，各种宽带服务与应用才能开展起来，网络容量的潜力才能真正发挥。在这方面有三个技术要提一下。一是甚高速数字用户线路（VDSL）；二是基于以太网无源光网（EPON）的光纤到家（FTTH）；三是自由空间光系统（FSO）。 　　与ADSL相比，VDSL既可工作于不对称方式，也可工作于对称方式，速度要快得多，能支持ADSL不能支持的业务。以不对称方式工作，VDSL的下行速率可高达52Mbit/s；以对称方式工作，速率可达26Mbit/s。再加上VDSL不基于ATM技术、设备简单、建设快，故总体造价比ADSL便宜。由于具有上述优势，VDSL在2001年开始升温。特别是利用FTTC或FTTB配合VDSL可以成为一种很好的宽带接入方案，既能满足目前需要，也能适应将来更新的技术。采用离散多音（DMT）方式的VDSL标准取得了较大进展，在世界5个地方演示了DMT-VDSL，成功地实现了高速互联网接入和高质量视像传送，包括会议电视、广播电视、VOD。 　　所谓EPON就是把全部数据装在以太网帧内来传送的一种PON。考虑到现在95％的LAN都使用以太网，把以太网技术用于对IP数据最优的接入网是十分合乎逻辑的。由EPON支持的FTTH现正在悄然兴起，它能支持千兆比特的速率，而且成本不久可降到与DSL和HFC网相当。美国在FTTH安装方面在过去12个月中增加了200％多。 　　FSO是光纤通信与无线通信的结合。它通过大气而不是光纤传送光信号。FSO技术既能提供类似光纤的速率，在无线接入带宽上有了明显突破，又不需在频谱这样的稀有资源方面有很大的初始投资（因为无需许可证）。与光纤线路相比，FSO系统不仅安装时间少得多，成本也低得多，FSO已经在企业和多住户单元（MDU）市场得到使用。 5.城域网 　　城域网也是下一代互联网中不可忽视的一部分。城域网的解决方案十分活跃，有基于SONET／SDH／SDH的、基于ATM的、也有基于以太网或WDM的，以及MPLS和弹性分组环技术（RPR）等。这里需要一提的是RPR和城域光网（MON），它们是城域网在2001年的两个主要成就。弹性分组环是面向数据（特别是以太网）的一种光环新技术，它利用了大部分数据业务的实时性不如话音那样强的事实，使用双环工作的方式。RPR与媒体无关，可扩展，采用分布式的管理、拥塞控制与保护机制，具备分服务等级的能力。它能比SONET／SDH更有效地分配带宽和处理数据，从而降低运营商及其企业客户的成本，使运营商在城域网内通过以太网运行电信级的业务成为可能。城域光网是另一代表发展方向的城域网技术，其目的是把光网在成本与网络效率方面的好处带给最终用户。城域光网是一个扩展性非常好并能适应未来的透明、灵活、可靠的多业务平台，能提供动态的、基于标准的多协议支持，同时具备高效配置、生存能力和综合网络管理的能力。AT&T在2001年1月底推出城域光网业务，业务名称为超可靠宽带网（Ultravailable Broadband Network），网络跨度达到25英里，用户可以选择最高到2.5Gbit/s的多种带宽。此外，还提供ＳＬＡ服务质量保证，网络保证99.999％可用性（即每年的故障时间不超过5分钟）。 6.软交换 　　为了把控制功能（包括服务控制功能和网络资源控制功能）与传送功能完全分开，下一代互联网需要使用软交换技术。软交换的概念基于新的网络功能模型分层（分为接入与传送层、媒体层、控制层与网络服务层四层）概念，从而对各种功能作不同程度的集成，把它们分离开来，通过各种接口协议，使业务提供者可以非常灵活地将业务传送和控制协议结合起来，实现业务融合和业务转移，非常适用于不同网络并存互通的需要，也适用于从话音网向多业务多媒体网的演进。ITU和IETF联合批准的媒体网关控制器（MGC）和媒体网关（MG）之间的接口协议H.248／Megaco是一个关键的协议，标志着电信界与互联网界为推进下一代网而作出的一次重大努力。 7. 3G和后3G移动通信系统 　　3G基于多媒体IP业务，传输容量更大，灵活性更高，形成了家族式的世界单一标准，并将引入新的商业模式，目前正处在走向大规模商用的关键时刻。包括4G在内的后3G系统将基于宽带多媒体业务，使用更高的频带，使传输容量再上一个台阶。在不同网络间可无缝提供服务，网络可以自行组织，终端可以重新配置和随身佩带，是一个包括卫星通信在内的端到端IP系统，与其它技术共享一个IP核心网。它们都是支持下一代移动互联网的基础设施。 　　ITU以及一些发达国家都开展了关于后3G移动通信系统（包括4G）的工作。主要沿着三个方向。第一是3G标准WCDMA的进一步演进。演进的方向有两个：高速下行链路分组数据接入（HSDPA）和业务协商。HSDPA的主要目标是允许WCDMA对“尽力”分组数据业务支持大约8～10Mbit/s的下行链路峰值数据速率；业务协商将允许对QoS参数进行协商，以便对QoS的控制有更大的灵活性。第二是欧洲提出的一种旨在提供宽带传输能力的过渡系统，叫移动宽带系统（MBS），其最高速率可达150Mbit/s。第三是对4G的研究，当前开展的主要是概念与框架的研究，着重于需求分析、性能分析和关键技术的分析。2001年在特别网（采用分布式操作、动态网络拓扑、波动链路容量和低功率设备、通信距离一般在10米半径以内的网络）、多跳技术（旨在扩大覆盖范围）、移动性（快速有效的位置登记管理）、高效率切换和调制技术等方面开展较多研究。 8.IP终端 　　随着互联网的普及及其端到端连接功能的恢复，越来越多的用户想把IP接入家里。企业内联网的使用越来越普遍，也驱动着对基于IP的应用的需求。这一切都意味着需要越来越多基于IP的设备联网。许多公司现正在从固定电话机开始开发基于IP的用户设备，包括汽车的仪表板、建筑物的空调系统以及家用电器，从音响设备和电冰箱到调光开关和电咖啡壶。所有这些设备都将挂在网上，可以在家庭LAN或个人域网（PAN）的PC机上接入或从远端PC机接入。 　　经过高速发展后的互联网，其核心地位已不可撼动，但在它迈向下一步的时候遇到了重大的挑战。时代在呼唤下一代互联网。下一代互联网最终将以新的面貌出现在地平线上，它将在容量（包括带宽与地址）和质量上给予我们足够的保证，逐渐与电信网融合在一起，让我们可以放开手脚创造更多更有价值的服务与应用，把人类带入信息时代。 摘自《世界电信》