电信网技术的发展趋势

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从战略层面看,电信网将会迈入以融合化、宽带化、泛在化和绿色化为主要特征的新的发展历程,运营业和制造业将重返寡头垄断。

站在21世纪新的十年的起点上,电信业的发展趋势是什么?最关键的是宏观形势不同。经济发展依然是主要的社会发展目标,但需要更多地考虑高质量的发展,更全面地考虑整个社会和环境的和谐发展。

电信业将更多地面临来自ICP/IT和终端公司的严峻挑战,传统电信商业模式已经失效,流量增长与业务收入的量收差越来越扩大,我国的电信收入增长速度已经跌落到国家GDP增长率的一半,电话普及率已经趋近90%,居民电信消费水平也接近GDP的8%,后两者均高于世界平均水平,继续快速发展增长的空间开始受限。

就电信网本身的业务发展看,以P2P和视频业务为核心的互联网流量正成为最大的带宽驱动力,未来5年我国干线网的带宽需要增加10-15倍。这个巨大的带宽发展趋势给未来网络的发展带来极大压力,需要在技术、成本和环境等方面采用一系列创新技术来应对这一变化。

综合考虑社会转型、技术进步和新的竞争形势后,笔者认为,从战略层面看,电信网将会迈入以融合化、宽带化、泛在化和绿色化为主要特征的新的发展历程。而且,由于行业生存和发展空间的受限,运营业和制造业将重返寡头垄断。此外,从产业链的定位和公司的固有基因特征看,未来的电信运营商将继续以管道为主,当然需要将管道业务做精做细做活,做成智能管道,同时还将提供综合业务平台并兼营其他转型业务,主要是信息服务和娱乐。ICP和终端商则将主导互联网应用业务,制造业则将继续重组兼并向服务业领域和其他潜在新领域延伸。

核心网:IMS带来全方位的挑战

核心网的总体发展趋势是扁平化、分布化和融合化。目前中国电信已经准备大规模采用IP多媒体子系统(IP Multimedia Subsystem,简称为IMS)进一步实现向下一代网络的转型。

引入IMS的主要驱动力

引入IMS最根本的驱动力,首先在于加强对IP网络和IP环境下多媒体业务的管控能力,这是目前唯一较为成熟的可管可控手段;其次,引入IMS便于创新商业模式,探索和开发基于应用环境、消耗资源、相应价格三要素的灵活多样的新商业模式;此外,引入IMS为各种新业务和融合业务提供了机遇,包括移动和固定网融合(FMC)、ICT融合,乃至信息、通信和传感技术的融合;再有,引入IMS可简化网络和扩展业务,减少网络的初始投资和运营成本;最后,从长远看,以IMS为核心的融合网络架构的建设,将促进电信运营商从管道运营商向全业务综合信息服务提供商的全面转型,最终有可能全面替代现有TDM网络和软交换网络。

IMS的挑战

IMS的引入将在各个层面上引入挑战。在技术上,包括SIP信令的安全、PSTN及相关增值业务的继承问题等;在终端上,需要统一的客户端规范,并实现互操作和业务互通;在组织结构和流程上,需要重新开发和规范部门间的业务流程接口及责任;在运营上,由于 IMS流量跨越不同网络,需要跨技术领域、跨部门的协调,管理重点也将从网元转向用户应用和业务。简言之,IMS的引入将带来全方位的挑战,绝不仅仅是技术挑战。

IP承载网:构建下一代互联网

IP承载网作为互联网的承载层面正在不断向着更大容量、更高速率、更健壮和承载全业务的方向发展。

向下一代互联网过渡

下一代互联网是业界为解决现有互联网的地址瓶颈、服务质量、安全和管控等问题而提出的面向未来发展的各种设想和思路。IPv6协议尽管并不能概括其全貌,但是已经成为其核心内容并形成了一个完整成熟的标准体系。

这其中最关键也是最紧迫的是地址问题。目前全球可供分配的IPv4地址数量不到2亿,正以每秒7个地址的速度递减,预计未来5-12个月,全国各个省份的 IPv4地址资源即将先后枯竭。我们可能不得不采用私有IP地址应付危机,而大规模采用私有IP地址导致的网络复杂性不利于国家安全管控,也不利于互联网业务的顺利发展,同时还将面临二次改造的后续代价。

向IPv6的过渡已经迫在眉睫,必须引起业界的高度关注并采取紧急行动,否则将贻误我国互联网的发展及可能的战略机遇。

过渡面临的挑战

向 IPv6的过渡面临着诸多挑战,主要体现在以下几方面:首先,政府各部门的认识不统一,产业链群龙无首,缺乏过渡的第一推动力和协调组织者;其次,应用和内容商不积极是最大短板,这是由于过渡的主要驱动力不是市场应用所致;此外,终端厂商也表现不积极;再有,运营商本身认识也不坚定,都不想冒风险,怕吃亏;最后,科技界的专家、学者对现有IPv6过渡方案的有限作用不满,但又无法就长远演进方向达成一致意见和提出有效靠谱的解决方案。可以预见,从 IPv4向IPv6的过渡过程将会比较漫长而痛苦。

互联网的挑战和思考

首先,互联网的“接入收费+业务免费”的商业模式已经难以长久持续。同时,产业链关系也正在失去均衡,由于利润分配的失衡,使得搭建网络的运营商入不敷出,而互联网应用商获取了更多的经济收益。产业链的利益在向上层转移,运营商逐渐边缘化。

其次,互联网缺乏可管可控可扩可信能力。可管可控可扩可信能力是商用网的基本特征,而源于学术界的互联网并不具备这些特征,它怎样在商业环境里长久生存和良性发展?

再有,在安全性方面,互联网对用户是透明的,而用户对互联网却不透明,造成网络犯罪成本低,防范和执法成本过高。互联网安全事件的增长速度,已远远超过用户的增长速度。

最后,很多技术问题归根到底是网络体系架构问题。现有无序的体系架构从设计的第一天起,就注定了网络行为的不确定性,即路由、流量、传输性能的不确定,而行为不确定的网络是难以支持QoS、扩展性、安全性、可管可控可信任等一系列电信级网络的基本要求的。为此,从长远看,必须对互联网的体系结构进行变革。目前已有不少创新的思路和方案,但离成熟和实用都还有很远的距离。

移动网:LTE与移动互联网的兴起

移动网发展的主要方向是宽带化、扁平化、分布化。目前公认的新一代移动网的主要技术体制是LTE,而应用上主要是移动互联网。

发展LTE的驱动力和挑战

宽带化是所有移动技术发展的方向,LTE是业界公认的宽带移动通信共同的发展方向。目前LTE的驱动力主要是技术和竞争因素,而不是业务应用。

技术上的竞争体现为性能竞争的需要,首先在速率和延时上,LTE要优于3.5G,期望下行峰值速率达100Mbps;其次,LTE具有灵活有效的频谱效率,其频谱效率是HSPA的3倍,频带可灵活选择5M、10M、15M、20M;再有,引入LTE可降低单位比特的成本,预计5年后有可能将单位传输比特的成本降低90%;最后,业界引入LTE的一个重要愿望是实现全球统一的融合的宽带无线标准,从而利用规模经济效应,降低网络建设和运营成本。

  LTE虽然具有较高的系统性能,但也面临着诸多挑战:首先,LTE的引入主要顾及了频谱效率的改进,但在一定程度上损失了功率效率和覆盖能力,而移动网的最大优势恰恰在于覆盖,LTE的覆盖能力比较差,特别在语音方面,其覆盖面积远小于3G;其次,LTE无线资源调度技术高度复杂, 需要在时、频、空、码、用户、小区等6个维度实现资源的自适应调度,其调度效率和复杂性可见一斑;此外,LTE缺乏应用和商务模式,终端复杂,频段和模式过多,还要支持后向兼容,支持WCDMA、GSM、CDMA,实现MIMO,一个具备规模商用价值的终端需要支持6-10个频段和3-4个模式,导致大功耗和高成本,需要依托新一代芯片技术的支撑,才能真正实现大规模的有效益应用。

从全球范围看,LTE还处于技术启动和小规模商用阶段,我国的情况还更加复杂。我国刚刚颁发3G牌照才两年多,3G市场尚处于培育和发展阶段,3G产业链刚刚形成,发展潜力尚未充分挖掘,3G用户数发展离国家设想的目标值相差很远,三大运营商已经投入近 3000亿元建设网络,但是总体容量和覆盖还不能满足3G业务发展的需要,更谈不上投资回报。在这样一种特殊国情上,预计我国LTE离小规模商用还有3年时间,大规模商用5-6年,峰值应用则需要15年时间。

移动互联网的特征与发展

移动互联网是互联网发展的新阶段,是互联网向移动终端的延伸、扩展和功能增强。不仅是用户数和终端数的扩展,同时还使得运营商具有一定控制力。移动互联网应用具有小屏幕、弱能力、鉴权、计费、位置信息、呈现/漫游等一系列新特点。

作为一种新型互联网应用,移动互联网的流量增速很快,比固网快3.2倍,收入比重也开始上升,2010年上半年,美国三大运营商的ARPU中移动数据收入占30%,这仅仅是开始。造成这一特殊现象的原因有三个:首先,新型终端(智能手机、平板电脑等)使得移动数据应用更方便快捷,这些终端的快速大量普及,刺激流量攀升,提升ARPU值,提高了用户忠诚度,预计智能终端普及率将从2009年的16%上升到2014年的37%,而收入将从29%上升到75%;其次,大量新应用的快速普及,特别是应用商店、社交网应用的剧增,反过来进一步驱动数据流量的剧增;第三,随着高速宽带移动网络(3.5G、WiMAX、LTE)的部署,使得移动宽带体验越来越接近于固网宽带体验,从而进一步推动流量攀升。

作为互联网的新阶段也同样面临着传统互联网所面临的一系列挑战。最基本的挑战是流量增加的速度远高于业务收入增加的速度,必须有效解决这一难题,才能维系良性和可持续发展。有三条解决思路:第一,设法增加业务收入,采用新的商业模式,获取新的用户,增加客户价值,简化业务提供和购买;第二,设法减少成本,包括网络资源最佳化、频谱资源最佳化、客户服务资源成本最小化等;第三,尽量让客户满意,包括但不限于聚焦客户,改进服务质量和用户体验,采用灵活、个性化、可控、简单、透明的价格体系等。

此外,移动互联网还将面临由于智能手机引入所带来的流量激增和信令溢出/连接数剧增的压力,特别是大量小流量高频次信令将产生对网络的巨大冲击,智能手机的信令是普通手机的15倍,iPhone用户仅占AT&T用户总数的3%,但消耗的带宽却高达40%。网内的数据流量3年内激增了50倍,网络多次出现拥塞或局部瘫痪。

上述挑战是目前移动互联网发展过程中所出现和认识到的问题,随着其规模的快速扩大和应用的继续扩展,还可能面临更多的挑战。

传送网:100Gbps成为主流

100Gbps高速光纤系统的发展

根据电信规划部门预测,未来5年我国干线网流量的年增长率依然会高达60-70%,这意味着5年后的干线网络带宽要求将是当前的10-15倍,显然40Gbps速率难以满足需要。随着干线网络架构扁平化,40Gbps市场窗口被压缩,100Gbps的需求将在2012年后逐渐成为主导,2015年前后可能开始规模应用,并成为干线网的主导传输速率。

目前,100Gbps系统尚未成熟,面临着一系列技术挑战,最核心的挑战是要在现有传送网10Gbps速率基础网络架构上容纳100Gbps系统。为此,要求光信噪比(OSNR)、极化模色散(PMD)容限、频谱效率必须改进10倍,同时色度色散(CD)容限必须改进100倍才行。目前在技术上已经有一系列应对措施,包括相干检测、软判决前向纠错技术等,关键是必须在性价比合理的前提下实现。

在发展策略上,尽管40Gbps市场窗口压缩,但仍无法从40Gbps直接跨越到100Gbps。业界将长期面临10/40/100Gbps共存的局面,需综合考虑这三者的协调发展、引入节奏和长远架构。在未来干线网上,可能需要建立2个传送平台:第一个平台为近期10/40Gbps直接检测平台,此平台可以实现后向兼容;在未来适当时间建立第二个平台,即中长期40/100Gbps相干检测平台,实现低成本、大容量、长距离的快速直达传输通道。

干线网的透明化趋势

业务和应用是五花八门和日新月异的,所用协议也是多种多样。作为传送网需要能有效适配和映射这些主要的协议,显然传送网的透明性成为运营商应付这种局面的重要手段。为此,ITU在10年前就开发了光传送网(OTN)标准体系。这种技术体制相对SDH而言,最主要的优势在于支持客户信号的透明传送,能维持比特透明(即能维持整个客户信号的完整性)、定时透明(即以异步映射方式传递输入定时)和延时透明(即若干客户信号映射进OTN体系经长距离传输后其定时关系不变)。对于当前面临的未来发展不确定的复杂形势,这种透明性有利于维持基础设施的长期稳定性。

OTN的主要不足之处,是缺乏细带宽粒度上的性能监测和故障管理能力,对于速率要求不高的网络应用场景经济性不佳,因而需要与现有其他制式结合应用。

OTN的长远发展目标是能够真正实现光层联网的全光网。随着IP业务量的持续大幅度攀升,目前的基于光/电/光变换的光交叉设备将不能满足发展的需要。而基于光/光/光的全光交叉设备或可重构的光分插复用器(ROADM)开始受到业界的重视,这种全光节点可以彻底消除光/电/光设备导致的带宽瓶颈,保证网络容量的持续扩展性;省去了昂贵的光/电转换设备,大幅度降低建网成本和运营维护成本;实现对客户层信号的完全透明,支持不同格式或协议的信号;简化和加快了高速电路的指配和业务提供速度;提供了灵活高效的组网能力和对付物理层大故障的快速恢复能力。

最后,真正实现全光网络,还必须克服一些技术挑战,例如怎样实现光域性能监视?怎样在均衡好的网状网中快速动态实施波长选路?怎样突破光缆色散非线性损伤对于网络覆盖的限制?凡此种种,尤其是网络必须动态灵活调度的容量需求不足,导致全光网的发展受阻,在世界上仅有极少的应用案例。相信随着网络容量的持续高速发展,网络业务质量要求的不断提升,全光网的应用将会在未来5-10年中逐步进入实际应用阶段,最终逐步形成一个大容量、高度灵活、动态、可靠的传送网的核心部分。

从点到点传输走向动态传送联网

普通的点到点波分复用通信系统尽管有巨大的传输容量,但只提供了原始的传输带宽,需要有灵活的网络节点才能实现高效的灵活组网能力,引入自动交换光网络(ASON),使光联网从静态光联网走向动态交换光网络,可以带来诸多好处:简化了网络结构,优化了网络资源分配,降低了建网初始成本;实现了规划、业务指配和维护的自动化,不仅降低了运维成本,而且可以避免资源搁浅;具备快速网络和业务的保护恢复能力,使网络在出现问题时仍能维持一定水准的业务;具有快速业务提供和拓展能力,便于引入新的业务类型,使传统的传送网向业务网方向演进。

中国电信在一些城域网上成功部署和应用了ASON技术,取得了很好的效果,还在干线网上建了两个重叠的ASON网络平面。但总体上,应用的力度和范围还十分有限,主要受到具体国情、客户要求和市场策略的约束,使得一个好技术不能发挥更大的作用和效益。

接入网:FTTH的规模化部署

接入网是全网的带宽瓶颈,迄今铜缆依然绝对主导,光缆仅有0.45亿纤芯公里,是铜缆的十分之一。接入网的主要问题包括运维成本高,局所多,耗电大,环境恶劣、故障多、维护人员多、业务提供复杂、新应用少、带宽资源管控能力缺失,等等。

接入网的一般发展趋势是宽带化、光纤化及光纤到户(FTTH)的规模化。采用光纤接入(FTTx)已成为接入网未来的主要选择,FTTx主要包括光纤到节点(FTTN)、光纤到楼(FTTB)、光纤到路边(FTTC)、FTTH。

一年多来,FTTH的综合建设成本降低25%,端到端有源设备价格基本达到100美元/户以下的规模推广启动值。FTTH带宽高,透明性好,技术寿命长,可避免后续二次改造代价。FTTH的维护简单,成本低,有助降低全网的运维成本,而且FTTH是所有接入技术中耗电最小、最理想的绿色网络技术。

据此,可制定出我国接入网的未来发展策略:城市新建区域应该以FTTH为主导模式;在城市改造区域,FTTH将逐步成为主导模式,对于铜缆距离短于500米的情况,可以以FTTB+VDSL2模式为主;对于农村地区,则依然以更经济的FTTN为主。

然而,实施FTTH绝不是单凭热情就可以一蹴而就,而是将面临以下一系列挑战:

政策层面:需要制定国家宽带发展战略,将FTTH发展提高到国家战略层面,实施配套优惠政策,才能有效驱动FTTH的发展,单纯市场行为可能需要十分漫长的过渡时间。

市场层面:需要从源头上消除三网融合的体制障碍,释放和促进业务需求,特别是高清/三维电视业务的需求,才能提供应用层面需求的有力驱动。

成本问题:尽管FTTH的成本已经达到规模应用的触发点,但是相对其他技术而言,依然是网络大规模部署的主要障碍,特别是有源设备部分还需要继续降价。

终端问题:需要多样化、系列化和标准化的终端,从而降低成本,简化安装和维护,适应多种应用场景。

施工维护:需要灵活乃至自动化的施工安装(铺缆、穿管等)、自动开通、资源管理等,以适应规模敷设和维护的要求。

应用填充:需要大力推广以视频为核心的各种高带宽应用,特别是高清电视业务应用来填充带宽需求。
 

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