三网融合的技术基础漫谈
2008-07-02
作者：徐相秋1，徐贵宝2，曹蓟光2
摘 要：三网融合" title="三网融合">三网融合已经是大势所趋。文中对三种网络需要新增的基本技术及其发展情况进行了探讨。
关键词：三网融合 统一业务 下一代网络 技术基础
随着用户对融合业务的需求越来越强烈，全球范围内对三网融合的呼声也越来越高。世界各国纷纷开始进行三网融合的相关研究工作，在ITU进行的下一代网络研究中已明确把GII(全球信息基础设施)称为“计算机、电信和广播三种技术融合的中心”，并在此基础上展开了对下一代网络的研究。我国" title="我国">我国对三网融合问题也极为重视。早在2001年3月，我国九届人大在《中华人民共和国国民经济和社会发展的第十个五年计划》中就正式以文件的形式对三网融合提出了明确的要求，提出“按照应用主导、面向市场、网络共建、资源共享、技术创新、竞争开放的发展思路，努力实现我国信息产业的跨越式发展，加速推进信息化， 促进电信、电视、计算机三网融合”；2006年十届人大通过的《中华人民共和国国民经济和社会发展的第十一个五年规划》中，又对信息产业的三网融合提出了新的要求，提出了以“加强宽带通信网、数字电视网、下一代互联网等信息基础设施建设，推进三网融合，健全信息安全保障体系”的整体发展目标，并对三网融合的概念进行了界定，“三网融合是指电信网" title="电信网">电信网、计算机网、广播电视网" title="广播电视网">广播电视网打破各自界限，在业务应用方面进行融合。三个网络在技术上趋向一致，网络层面实现互联互通，业务层面互相渗透和交叉，有利于实现网络资源最大程度的共享”(参见图1)。应该说，通过《十一五规划》，我国的三网融合工作逐渐落到了实处。
图1 十一五规划中期望的融合架构
三网融合既然是在业务应用方面进行融合，就需要原来的电信网、计算机网和广播电视网中的任一网络能够承载另外两个网络的基本业务，这就需要有相应的技术基础" title="技术基础">技术基础，其中既包括三网融合统一的技术基础，也包括现有三种网络承载其他网络基本业务所需要的技术基础。
三网融合统一的技术基础
三网融合在技术上趋于一致，实际上是指它们所需的基本技术趋于一致，这些基本技术是电信网、计算机网、广播电视网三种网络能够互联互通、业务能够相互承载所必需的技术基础。就目前情况看，三网融合的基本技术包括数字技术、大容量光纤通信技术、IP技术等。
数字技术把话音、数据和图像信号编码成“1”、“0”符号，所有业务在数字网中都将成为统一的0/1比特流，而无任何区别。这样，就形成电信网、计算机网和广播电视网的共同语言，从而使得话音、数据、声频和视频各种内容(无论其特性如何）都可以通过不同的网络来传输、交换、选路处理和提供，并通过数字终端存储起来或以视觉、听觉的方式呈现在人们的面前。目前，数字技术已经在电信网和计算机网中得到了全面应用，并在广播电视网中迅速发展起来。
网络融合的目的之一是通过一个网络提供统一的业务。若要提供统一业务就必须要有能够支持音视频等各种多媒体(流媒体)业务传送的网络平台。这些业务的特点是业务需求量大、数据量大、服务质量要求较高，因此在传输时一般都需要非常大的带宽。另外，从经济角度来讲，成本也不宜太高。这样，容量巨大且可持续发展的大容量光纤通信技术就成了传输介质的最佳选择。目前，无论是电信网，还是计算机网、广播电视网，大容量光纤通信技术都已经在其中得到了广泛的应用。
内容数字化后，还不能直接承载在通信网络介质之上，还需要通过IP技术在内容与传送介质之间搭起一座桥梁。IP技术（特别是IPv6技术）的产生，满足了在多种物理介质与多样的应用需求之间建立简单而统一的映射需求，可以顺利地对多种业务数据、多种软硬件环境、多种通信协议进行集成、综合、统一，对网络资源进行综合调度和管理，使得各种以IP为基础的业务都能在不同的网络上实现互通。对于计算机网络来说，IP技术是它赖以存在的基础；对于数据通信网络来讲，IP协议已经成为占主导地位的通信协议；对于广播电视网络来讲，随着数字电视的逐渐推广，IP技术的应用也越来越广。
电信网承载数据和电视业务的技术基础
电信网的基本业务是话音。要走向三网融合，电信网还需要能够承载数据和电视业务。电信网分为固定网和移动网，由于网络形态的不同，它们要承载的数据和电视业务所需的技术也不同。
对于固定电话网络来说，主要是通过ADSL/VDSL/FTTH接入来完成对数据业务的承载。ADSL技术通过普通电话线在不影响正常电话通信的同时传送数据。在传输距离5千米范围内，标准上行（从客户终端到局端）带宽640kbps，下行（从局端到客户端）带宽为2Mbps。这样的带宽基本上可以提供流媒体数据业务。VDSL技术是ADSL技术的增强版，也是通过两芯电缆（如普通电话线），在传输距离1300米的范围内，上下对称传输带宽约为12Mbps，可以满足高速下载和视频业务的要求。随着光通信的发展，FTTH(Fiber To The Home)技术被认为是最有前途的接入网方式。FTTH的显著技术特点是不但提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了维护和安装。FTTH可彻底解决接入的带宽问题，最终目的是向用户提供全业务、全功能、速率高达上百兆比特率的宽带通信服务，支持数据、视频及语音业务，有效实现网络的融合。这种方式可大大简化接入网结构，降低接入网建设成本，充分发挥光纤网络的巨大潜力。
对于移动通信网络来说，主要是通过WAP等技术来实现对互联网业务的承载。WAP协议可以使移动用户接入Internet，而手机终端只需内置一个微型浏览器。WAP的网络结构包括终端、WAP网关和WAP服务器。WAP网关负责将终端的请求转换成HTTP协议，向WAP服务器提出服务申请，并将WAP服务器中的信息处理后回传给手机终端。WAP协议可应用于如GSM、GPRS、CDMA等多种网络。WAP也有其局限性，诸如终端耗电量大、终端显示屏较小、终端输入不便等缺点，不过可以使移动用户实时获得Internet中的信息，Internet网络运营商也希望扩展自己的用户群，WAP协议在移动通信中有很高的应用价值。目前，移动通信技术已经发展到第三代。与前两代系统相比，第三代移动通信的主要特征是可提供移动多媒体业务，其中高速移动环境支持144kbps、步行慢速移动环境支持384kbps、室内支持2Mbps的数据传输。随着全球移动网和互联网技术的快速发展，语音和视频等实时业务将完全以分组数据的形式传送，移动通信网将完全变成移动数据网。
由于在固定网络和移动网络中都使用了IP技术进行数据传送，所以在其上利用流媒体技术来实现对电视节目的传输也就顺理成章了。流媒体技术则采用了流式传输方式，将整个多媒体文件压缩解析成多个压缩包，向客户端实时地顺序传送，用户可以一边解压播放前面传送过来的压缩包，一边下载后续的压缩包，这与传统电视节目的播放结果基本相似。在移动通信网络中，除了上、下行都使用IP来传送电视节目的方式之外，还有一种比较实用的电视节目传送方式是在上行通道中使用IP技术，而在下行通道中使用广播技术（如DVB-H技术等）。目前的固定网络和移动网络中都已经能够进行电视节目的传送，国内外IPTV和手机电视业务都已经有了一定的应用规模。
计算机网承载话音和电视的技术基础
计算机网主要由路由器组成。到目前为止，大部分计算机网的基础传送网络(除了局域网之外)仍主要依靠现有电信网实现互联。但这并不是说计算机网必须依赖于电信网。由于技术的飞速发展以及竞争的驱动，在全球范围内已出现大批以IP业务为主要考虑目标的新型骨干传输网，目前在建的跨国界和全国性的这类新型骨干传输已有几十个，我国的教育与科研网（CERNET）就是一个纯粹的计算机网络。计算机网的基本业务是数据业务。要走向三网融合，则计算机网必须能够承载话音与电视业务。
对于计算机网承载话音业务的技术，目前已经出现并获得了广泛应用的VOIP技术。VoIP又称IP电话，它首先通过对语音信号进行编码数字化并压缩处理成压缩帧，然后转换为IP数据包在IP网络上进行传输，从而达到在IP网络上进行语音通信的目的。VoIP广泛地采用Internet和全球IP互连的环境，除了能提供比传统业务更多、更好的服务之外，还大大降低了通信的费用。目前，ITU-T的H.323协议和IETF的SIP协议都能够很好地进行语音传输。
对于利用计算机网络来传送电视节目来讲，可以在对电视节目数字化之后，通过IP协议直接承载在计算机网上。计算机网络通过数字编码器把视频节目包括普通的电视节目和其他内容变成数字媒体流，通过服务器供网上用户在线观看。用户端则通过普通解码软件或设备将数字媒体流进行解码，并呈现在用户面前。目前有多种编码技术标准可供选择，如AVS、MPEG-2、MPEG-4、H.264等。
广播电视网承载数据和话音的技术基础
广播电视网的基本业务是电视节目传输。要想走向三网融合，广播电视网还应能够承载数据与话音业务。从技术上分析，广播电视(CATV)网已经由初期的共用天线系统朝着光缆/同轴电缆混合系统HFC(Hybrid Fiber Coaxial)的方向逐步过渡。HFC网是指光纤同轴电缆混合网，它是一种新型的宽带网络，采用光纤到服务区，而在进入用户的“最后1千米”采用同轴电缆，HFC的优点是频带宽、容量大、抗干扰性能好。
目前，我国的广播电视网基本上都是单向网络，如果要承载话音和数据业务，就必须要进行双向改造。经过双向改造的有线电视网络，把传送的内容由过去的模拟电视信号变为数字信号，其中既包括电视信号也包括电子邮件等其他的数据，由此便可进行双向信息传送。目前已经出现使用双向HFC网络进行话音和数据传输的应用，而且一般都是通过IP over DVB技术来提供互联网业务，在有线网络侧关键的节点中安装新的数字设备，在用户侧先用机顶盒（或分线器）将进到用户室内的电缆分为两个分支，一个接普通电视机，另一个通过电缆调制解调器(Cable Modem)接到电脑。这样，电视机同样能收看有线电视节目。这种技术是利用机顶盒+电视完成接收视频点播节目、视频广播及网上冲浪等功能。其中，机顶盒用来完成身份认证、视频流解码等工作，它既可以是同时支持Cable和IP的双模机顶盒，也可以是只支持IP的单模机顶盒。这也是目前IPTV业务中常用的一种方式。
下一代网络的目标是“通过互联互通的电信网、计算机网和电视网等网络资源的无缝融合，构成一个具有统一接入和应用界面的高效率网络，使人类能在任何时间和地点，以一种可以接受的费用和质量，安全地享受多种方式的信息应用”。从这个意义上讲，下一代网络不是现有三网的简单延伸和叠加，而应是其各自优势的有机融合。但下一代网络是不可能一步到位的，它还要从电信网、计算机网和有线电视网三个方向逐渐演进。由于每条演进路线的基础不同，演进中所需要的技术和技术成熟度也不尽相同。因此，要实现资源共享、业务统一的目标，还需要三网融合相关行业的仁人志士的不懈努力。