摘 要：分析了当前计算机网络、电话网、有线电视网、电力网络的现状，指出四网融合和宽带化是通信网的发展方向。文中预测了三种未来的宽带网实现方案。
关键词：计算机网络 电话网 有线电视网 电力网络宽带IP网MPLS网ATM网

1 通信网络的现状
1.1 计算机网络依然蓬勃发展
　　计算机网络的发展过程是计算机与通信的融合过程。20世纪60年代开始萌芽，70年代兴起，70～80年代发展并开始进行网络互联，90年代出现了国际互联网并迅速发展。
　　初期的计算机是面向终端分布的计算机系统。用户可以在自己的终端上，分时轮流使用中央计算机系统的资源。20世纪60年代，出现了若干个计算机互连的系统，开始了计算机与计算机之间的通信。70年代美国的ARPANET(Advanced Research Project Agency Network)成功运行，标志着计算机通信网的诞生。它在技术上的一大重要贡献是TCP/IP协议簇的开发和使用。80年代人们将以ARPANET为主干的互联网称为Internet。与此同时，局域网和其他广域网的产生与蓬勃发展对Internet的进一步发展起了重要的作用，其中最为引人注目的是美国国家科学基金会网络NSFNET。它的最大贡献是使Internet向全社会开放。
　　90年代初期，随着HTTP协议和WWW技术的广泛应用，Internet业务开始呈爆炸性增长。1995年以来，全球Internet的用户数呈现出指数增长的趋势，用户数从1995年底的1 600万增加到现在的4亿多。在美国Internet主机数的年增长率为118％，Internet业务量每6～9个月就翻一番，而PSTN业务量年增长率大约为7％。目前美国的Internet在干线上的业务量已超过PSTN的业务量（不包括本地业务量）。中国的Internet在近几年内也得到了迅猛的发展。用户数到2000年7月底已达1 690万，比1996年的60万增加了27倍。中文网站达到27 289个。以这样的速度发展，发达国家和不发达国家的Internet业务量均会在不长的时间里相继超过PSTN业务量。
　　Internet是随着TCP/IP协议、浏览器和Web服务器等技术的广泛应用而迅猛发展起来的。随着业务量的快速增长，人们对Internet的容量提出了要求。而随着新业务的不断增加，人们对Internet提出了高速化、综合化的要求。IP电话、视频会议等对实时性要求比较苛刻的业务，则对IP在QoS的保证方面提出了要求。而当前Internet所广泛采用的IP协议是采用尽力而为（Best Effort）的方式，很难满足以上的要求，这就有必要对现有的IP协议进行扩充或改造。资源预留协议（RSVP）主要对一些在QoS方面有要求的业务进行服务类别（CoS）的划分，通过预留网络资源的方法实现对QoS的支持。这正是目前的研究热点之一。
　　另外，TCP/IP协议的制定者在当初没有料想到Internet能如此迅猛发展，造成了今天IPv4地址资源的极度匮乏。而IPv6，即下一代的IP协议，扩展了Internet的用户容量，拟将所有的网络统一起来。有专家建议，将现有Internet让位给教学和科研机构，重新构建全新的Internet。但是由于诸多因素的限制，实现起来还有困难。预计在不久的将来IPv6必将替代IPv4。但是从IPv4向IPv6转换，硬件和软件的改造无异是巨大的。究竟是完全抛弃IPv4、另起炉灶转向IPv6，还是在原有系统上改造升级，这有待于整个国际社会的决择。RTP（实时传输协议）主要用来解决目前网络传输多媒体数据流的问题，能够在现有的Internet上对低速数据流保证一定的实时性。电子商务、电子政务、网上支付等基于Internet的应用也极大地促进了Internet的发展。
1.2 电话网的现状与发展趋势
　　电话网是目前用户数最多、应用最普及的一种通信网。世界上目前电话普及率为15％，发达国家为40％。我国的电话普及率大约为13％，曾有预计在2004年前后赶上世界平均水平，到2010年达到38％，新增话机3.5亿部。当前电话网主要有如下几个特点：
　　(1)当前的电话网采用的电路交换方式，虽然技术落后，资源浪费，效率较低，带宽较窄及成本较高，但技术相对来说较成熟，质量有保证，将仍然是几年内话音通信的首选网络。
　　(2)我国的电话普及率比较低，发展空间还很大。
　　(3)目前电信网的收入主要来自于电话网。而且，电话网覆盖面广，是一笔巨大的财富，应充分挖掘其潜能，尽可能延长其使用寿命，使其产生效益。
　　(4)窄带综合业务数字网（N-ISDN）能够为用户终端提供128Kbps的带宽，计费准确合理，满足了大部分用户对Internet的上网需求，有可能得到进一步的增长。
　　但目前来看，世界范围内电话业务的增长越来越缓慢。人们对通信业务的要求已经由以前的话音业务为主，慢慢向多媒体数据业务转变。而电话网由于带宽的限制和带宽利用率低，越来越不适合未来的通信业务。因此电话网的总体发展趋势将会越来越慢。
　　近年来，随着Internet的发展，出现了IP电话，即VoIP（Voice over IP）。使传统的话音业务由电路交换向分组交换方向发展，并呈现出强劲的势头。1997年，VoIP的销售额仅为6 000万分钟，不到PSTN总时数的0.1%，有资料表明，到2003年，其通话时数已超过1 000亿分钟，接近PSTN总时数的50％。
　　VoIP技术将语音数据进行压缩，通过IP核心网传输，能够充分利用分组网统计复用的特性，提高了网络的利用率。它的缺点在于IP网对QoS的支持不够。IP电话不但延时比较大，而且当网络拥挤时，由于丢包严重，话音质量难以保证。但VoIP的话费便宜，1998年，IP电话的成本不到5美分/MOU(使用分钟)，而电路交换电话的成本则是11美分/MOU。到2003年，IP电话的成本已降到2美分/MOU，电路交换电话的成本为7美分/MOU。而且电信级质量的IP电话仅占用12Kbps的带宽，而电路交换电话占用带宽为64Kbps。可见IP电话在资费和对网络设施的要求上远远优于电路交换电话。所以IP电话必将占有越来越大的市场份额，长途电话市场上尤其如此。
　　但是目前的电路交换网络已经建设得很完善，而IP核心网则相对较弱，重新建设新的IP核心网需要很大的投入和长时间的建设，同时对于服务质量也没有很好的保证。另外，当前IP电话还主要是通过电路交换电话网接入。所以很长时间内IP网将和电信网协同发展，IP电话还无法取代电路交换电话，特别是市话。
　　ATM技术十几年前是作为一种全能的通信技术引入的，但随着IP网络对它的巨大冲击，现在人们一般把它看作一种多业务的接入平台技术和在骨干网上使用的传输技术。从技术上来说它具有巨大的优越性。它采用异步时分复接和快速分组交换技术，用固定长度的信元进行数据传输，将话音、数据、多媒体业务统一起来，能承载所有的通信业务。ATM 电话是用于电话业务的，它不仅支持QoS，而且充分利用了网络资源，具有IP电话和电路交换电话二者的优点，是一种很好的技术。但由于市场的原因，ATM技术在目前没有得到很好的应用。
　　因此，电路交换技术本身决定了电话网在经过一定的增长期后，会逐渐衰落。随着IP电话和ATM电话的发展，电话网特别是长途电话网将逐步走向衰亡。但电路交换本身的优点决定了电话网还将在一定范围内长期存在，特别是对VIP用户。
1.3 有线电视网前景迷人
　　我国拥有世界上最大的有线电视网。目前已有2 000多家有线电视台和8 000多万有线电视用户。山东、浙江、江苏等十几个省已完成了省内SDH环网的连接。国家广电总局在1996年底确定了全国有线电视台的联网方案，到1999年底联网的省市已达到14个，很快将形成一个全国联网的大型网络平台。
　　目前有线电视网主要向用户提供电视节目，并开始尝试为用户提供Internet服务等多种交互式服务，在将来将会开通VOD（Video On Demand）业务。原先的有线电视网络是一个单向广播式网络，要提供这些交互式业务，需要进行双向改造。目前主要的方式是构建光纤同轴混合(HFC)接入网络。HFC接入网是一个宽带综合业务接入网，是一个以Cable Modem（线缆调制解调器）的数字传输兼容传统电视的模拟传输的宽带网络。在不影响传统电视传输的前提下，为用户提供高速的数据通信，以实现多媒体业务和Internet的高速接入，实现综合业务的接入。
　　有线电视网的骨干网络大都是光网络。目前建设的主要是SDH环网，而且已形成全国联网的局面。只要对现有网络进行一些改造，就可以把有线电视网络转变为一个语音、数据、多媒体的综合信息网络。改造所需费用比较少，可以充分利用已有网络资源，是近期和中期解决用户宽带接入的较好方案。但从长远来看，光纤到户（FTTH）是未来宽带接入的发展方向。
　　目前由于行政法规的限制，有线电视网的发展不尽人意。但它的网络能够提供宽带综合业务接入，而这正是接入网的发展方向。由于拥有庞大的用户群，所以其发展前景很好，在接入网市场上应该有一席之地。
1.4 电力网接入闪亮登场
　　电力线上网PLC(Power Line Communication)的准确叫法是电力线通信技术，是利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式。利用电力网进行通信，是20世纪70年代以来兴起的一个研究课题。这个课题在北美研究的最早，于21世纪初已经达到实用阶段。目前在我国也已经达到实用推广阶段。例如中电飞华在北京部分社区提供的PLC宽带上网，不收初装费，月租费为每月100元，不限时，不限流量。中电飞华宣称，其提供的上网速度最大带宽可达1.6Mbps，最低带宽在512Kbps以上，而且家里只要有电源插头，再花300元买一个电力调制解调器就可以实现宽带上网。和现有通信网络相比，电力网是最发达的一个庞大网络。电力线上网作为一项宽带接入的方式普遍受到关注。因为它不需要重新铺设光纤光缆建设网络，可以充分利用现在的电力系统的资源。利用电力网络进行通信传输，不需要在通信线路上进行投资，而通信线路的建设是通信网络构建中投资最大的一个方面。因此，利用电力网络进行通信传输有很好的市场前景。如果这项技术得到推广，我国任何地区，包括偏远的山区，只要通电的地方，都可以开展通信传输业务。
但是电力上网的商用化还有一些问题需要解决。
　　(1)稳定性。影响稳定性的因素是用电负荷高峰期对于速率的影响会比较大，稳定性不够理想。也就是说，从现有的条件来说，晚上8点左右，如果用户想用电力线上网，则会比较慢。
　　(2)网管问题。因为真正实现电力线上网并不如大家想象得那样简单，必须在小区内设置网管系统。此外，如何设计比较合理的计费模式以及如何加强服务，这些都是推进商用化需要解决的问题。
　　由于市场的原因，加之用电力网进行传输需要的调制解调器等设备需要强弱电转换，目前规模还没有上去，造价居高不下，这也是制约其发展的一个因素。但是随着市场的逐步扩大，利用电力网进行传输前景看好。
2 通信网络的未来发展方向
2.1 走向宽带IP网
　　近10年来，IP业务呈爆炸式的增长，因特网的连网主机数量每年约增长80％。在一些发达国家，如美国和日本，IP业务量已超过电话网的业务量。据估计，我国的IP业务量也将在几年内赶上并超过电话业务量。将来，通信网的主流业务将被IP业务所取代。一百多年来，由电话业务主宰通信网的格式将被彻底打破。在这样的背景下，未来通信网应该是对IP业务优化的通信网。于是，学术界就出现了“everything over IP”和“IP over everything”的观点。一些专家主张全盘IP化，用纯粹的IP网作为下一代通信网。
　　最近几年，因特网在技术上也有了很快发展。出现了千兆以太网、千兆路由器、资源保留协议、实时传送协议、IPv6、IP电话等新技术。千兆以太网和千兆路由器的出现为建设高速、大容量和宽带化的因特网提供了技术保证。资源保留协议和实时传送协议为改善因特网的服务质量提出了新措施。第六版因特网协议解决了目前因特网地址资源行将枯竭的困难。IP电话为人们预示了“everything over IP”时代的到来。　
　　但是，IP技术有一些固有的局限性，采用因特网作为未来的通信网还存在一些困难。(1)因特网采用“来者不拒，尽力而为”的策略，使因特网的拥塞控制增加了困难。(2)因特网采用无连接分组交换技术，路由器采用逐个IP包的查表寻址方式，随着IP地址的急剧增长(从32位增加到128位)，路由表将急剧膨胀从而大大增加处理的困难。(3)因特网的服务质量仍未有比较满意的解决方案。(4)因特网如何过渡到IPv6还存在困难。
2.2 走向多协议标签交换网（MPLS）
　　1996年初，美国Ipsilon公司提出IP交换（IP Switching）。这在网络界引起巨大震动。随后Cisco公司公布了Tag Switching的概念，IBM提出了一种“聚合的基于路由的IP交换”。1996年底，IETF正式命名这种集成路由与交换的解决方案为多协议标签交换（MPLS）。
　　MPLS在IP层之下增加MPLS层。MPLS采用标签交换。标签交换实质上是一种虚电路分组交换。MPLS技术将通信网分成核心子网和各种业务子网。核心子网采用MPLS技术。它是一种具有服务质量保证的虚电路分组交换网。IP业务子网和核心子网交界处为一种边缘交换机。它完成IP地址到MPLS网标签的映射转换。IP数据分组被转换成MPLS数据分组进入核心子网，并被传送到与核心子网接口的另一个IP业务子网。MPLS技术解决了因IP地址增长而造成的路由表膨胀问题，也解决了IP数据分组在核心子网传送中的服务质量保证问题。目前，世界上一些主要的网络公司都已介入MPLS技术的研究。有的公司已开始推出产品。IETF也在抓紧进行标准化工作。因此，MPLS前景看好，有希望成为下一代网络的技术体制。
　　但是，MPLS并没有解决IP网中端到端的服务质量问题。它仅解决了核心网传送中的服务质量问题。IP数据分组在IP业务子网传送中的服务质量依然没有得到保证。另外，当IP业务子网被进一步划细，其数量变得很大时，MPLS网络的路由选择和路由效率会变得不太理想。
2.3 走向ATM网络
　　ATM网络是在20世纪80年代末出现的。国际电联对ATM网络的标准化工作现已基本完成。ATM技术已走向成熟。ATM是针对综合业务通信网设计的网络技术。它兼顾了电话业务和计算机数据业务的需要，也兼顾了未来的图像通信业务。现今，电话网占据了电话业务，IP网占据了数据业务，而图像通信业务又姗姗来迟，ATM就成了没有自己业务的一种通信网。在电话网和IP网激烈竞争的今天，ATM的定位问题成了悬而未决的问题。
　　ATM一开始想定位于IP骨干网，但IP over SDH、IP over WDM粉碎了这一设想。有人预言，ATM没长大就要夭折了。但是，ATM毕竟有其优势，而且MPLS的出现帮了ATM的大忙。前面说过，MPLS网实际上是一种虚电路分组交换网，而ATM网也是一种虚电路分组交换网。ATM网良好的服务质量保证机制和网络的良好的可扩展性使得ATM网络成为支持MPLS的最好的物理网络。或者说，MPLS网完全可以由ATM网改进而得到，而且仅需要修改ATM交换机的软件。因此，ATM想定位于IP骨干网的目标有可能实现。
ATM网的第二步目标应是ATM Phone，即ATM电话。它可以采用与目前IP电话相同的网络结构相近的技术。但它决不会像IP电话那样在业务高峰期间难保通话质量。
　　ATM电话应该比IP电话更有前途。ATM网络更有可能成为取代现今电话网的高质量电话网络。
　　ATM通信网络能否成为下一代通信网，将取决于图像通信业务的选择。有人说，计算机数据资源是最大的信息资源。而事实上目前存储在各电视台的图像资源才是人类最巨大的信息资源。人们对它的挖掘总会开始的。ATM是目前惟一的能够解决图像通信问题的成熟解决办法。它正等着图像业务去选择它。
3 小 结
　　下一代通信网的解决办法有三种：宽带IP网、MPLS网和ATM网。未来鹿死谁手，取决于技术的发展，也取决于人们的需求。
　　有人说，计算机数据是未来通信网的主流业务。未来的通信网应该是对IP业务优化的通信网。有证据表明未来的通信网的主流业务很可能是图像业务。未来的通信网应该是对图像业务优化的通信网。图像通信的时代正要来临。我国的会议电视已普及到县，有的地方正在向乡镇推广。美国将在2006年左右淘汰模拟电视，进入数字电视时代。数字电视、信息彩电不仅带来新的电视产业，也将带来信息化社会。
　　从通信介质上分，从电话网到IP网，到有线电视网和电力通信网，导致通信网络的融合，在通信网络上实现“四网合一”；从通信技术上分，从IPv4到IPv6，再到MPLS网，最后走向ATM网。这是一种未来安全（Future-Safe）的解决方案。
参考文献
1 Black U.Emerging Communication Technologies 2nd Edition.北京：清华大学出版社，2000
2 蒋林涛.多媒体通信网.北京：人民邮电出版社，1999
3 程时端.综合业务数字网.北京：人民邮电出版社，1999
4 韦乐平.ATM网络.北京：人民邮电出版社，1999
5 吴江，赵慧玲.下一代骨干网通信技术：多协议标记交换.北京：人民邮电出版社，2001