本地电话网窄带向宽带过渡策略的探讨

韩国舞族

　90年代之前，电话网的宽带化演变几乎就是沿着ITU的标准按部就班的进行着的，亦即从原有的PSTN演变到N－ISDN，再到以ATM技术为核心的B一ISDN。然而因特网近十年来令人瞠目结舌的发展打破了电话网这种原有的演变格局，使得传统电信运营商不得不正视其存在和发展。现在，北美Internet骨干网上的业务量几乎每6～9个月就翻一番，比著名的CPU性能进展的摩尔定律（每18个月翻一番）还要快2～3倍。截止到1998年底，Interent 上网主机数已愈4500万台，用户数已达1亿多。根据预测到2000年底，用户数将超过3亿。目前，Interent这种爆炸性增长对传统电信网的负荷形成了较大冲击。此外，Internet上的应用也日益多样化并开始逐步向传统的电信业务渗透，如近几年来出现的IP Phone和IP Fax应用已经对电信传统的长途电话和传真业务构成了一定的威胁。正因为如此，几十年来一直负责电信技术标准的国际权威组织ITU－T被迫将其工作重心全面转向IP方面的工作。 ITU已要求其所有研究组都重新审查各自的研究课题，从而决定如何在各自负责的领域内开发与lP相关的标准建议。从当前技术发展的趋势来看，IP业务将成为未来业务的主体已势不可挡，未来宽带化电信网的建设将围绕如何才能更好的支持以IP为主体的业务来进行。为此，目前出现了各种各样的将lP与未来宽带电信网融合的技术，如IP over ATM、IP over SDH等。但是有关这些技术的讨论大都局限于骨干数据网，很少涉及电话网，尤其是本地电话网。本文拟结合当前技术走向，探讨一下本地电话网如何实现向以IP业务为核心的下一代宽带电信网过渡问题。

国外因特网发展对本地电话网的冲击和未来本地电话网发展趋势

　尽管目前在国外因特网发展的势头很猛，但现阶段用户接入因特网的主要手段仍是通过PSTN／ ISDN，据国外公司1997年进行的市场研究表明，当时的3500万Interent端口中，有95％是模拟modem（3200万）和ISDN端口（2200万），这些瑞口在窄带交换机上承载因特网业务流。据估计到2000年，全世界将有1亿3300万因特网端口，其中83％仍将采用模拟modem（8600万）和ISDN技术（2400万）接入；另有8％将是ADSL端口（1000万）。90% 以上互联网业务流由PSTN／ISDN承载。传统的PSTN／ISDN在设计和容量配置中是按普通电话呼叫平均3－5分钟时间，忙时9分钟来考虑的，而因特网用户上网的平均时间可达30 ～50分钟，当使用PSTN／ISDN接入因特网的用户在总用户数中达到一定比例时，将对PSTN ／ISDN产生巨大的压力。去年5月份，美国发生的AOL事件充分说明了这一点。AOL是世界上最大的联机服务商，为加强竞争，AOL推出每月19.95美元的不限时服务，一时间上网用户猛增，致使许多地方的本地交换机发生阻塞，整个电子邮件系统中断，在用户和业界都引起了强烈反响。另外，由于本地网中交换系统中继线配备容量有限，用户上网时拨号接通率极低，引发了大量用户对其在线服务的不满和投诉，最终导致美国44个州的检查官联合起诉AOL，诉讼最终以AOL用36O万美元补偿用户的Interent服务损失宣告结束。可见，目前国外一些本地电话网已难以适应因特网高速发展的需要。

　为了更好的了解拨号上网用户是如何对PSTN构成压力的。PSTN与互联网网关，即业务提供点（POPS）一般通过ISDN一次群接口（PRI）、模拟接入线或 ISDN基本接入线（BRI） 连接到选定的窄带交换机。 POP包含一个拨号接入的Modem共享机架和一个IP路由器。当 Internet用户以电路呼叫方式上网并产生高爱尔兰话务量时，主要有三点原因造成对现有 PSTN的冲击：

1．通过本地交换机（LE）的集中级连接到POP：采用该方法，大量的POP业务流容易导致终接端交换机集中级的阻塞。
2．在LE集中级上的高Interent用户渗透率：在一个满负荷LE集中级上，较高的Int erent用户渗透率（＞15％）将容易导致起始端交换机的阻塞。
3．中继网络的性能下降：由于登录上网用户的呼叫保持时间较长，违反了传统电信网中继容量的设计原则，从而导致局间中继的拥塞。
由上面的分析可以看到，Interent用户通过电话拨号上网对PSTN所造成的网络负荷压力，主要是由本地电话网来承担的，如何解决这一问题成为当前国外本地电话网发展所要考虑的首要目标。

　上面所谈的仅仅是Interent对PSTN近期的冲击，而Interent发展远期对传统电话网的冲击将更加令人震惊。这主要来自于近年来Interent业务量的增长和基于IP的应用的多样化两个原因。

　目前全球以IP为主体的数据业务量每年增长40％～50％，而话音业务量增长仅为4％， 1997年，在美国主要的通信网上，数据业务量第一次与话音业务相当。到2001年左右，全球数据业务量将开始超过话音业务，在未来5～10年内，电信网上数据和话音业务量的比例将会由过去的2：8变成8：2，100年来始终在电信网中占据绝对主导地位的话音业务最终将让位给数据业务。除了业务量上的飞速发展之外，随着技术的进步，基于IP技术的Interent应用也越来越多，各种新业务不断出现，如远程教育、远程医疗、电子商务、 IP电话、虚拟专网等等令人眼花缭乱，其原因主要是Interent通过统一的IP层可以对上层协议屏蔽下层各种物理网络技术（如 X.25、DDN、以太网、FR、ATM、SDH、WDM等）的差异，因而使得在Interent上开发和推广各种应用较在原有的电信网上容易得多。正是由于IP技术这种简单实用的特点，使其在统一的数据应用平台方面处于了绝对统治的地位，连ATM也不可能望其项背。目前，IP技术较原有传统的电信网技术唯一处于下风的仅仅是在于IP在传送实时业务时的QOS的保证问题，随着全世界对IP技术上亿美元的研究投入和为解决IP实时服务QOS问题而制定的MPLS等协议的出台，IP支持实时业务的问题终将会得到解决。

　通过上面的分析可以看出，作为现有电信网主体的PSTN，无论是带宽上还是所支持的业务上都将不能满足未来各种电信业务发展对下一代电信网所提出的要求，下一代电信基础网将是“一个具有高带宽的，可支持各种基于IP技术业务的，以包交换为基础的综合网络平台”。现有PSTN必须从现在的以传输数据业务为辅的话音网向以传送语言业务为辅的数据网转移，语音网上原来基于电路交换的业务将逐渐移到以包交换和数据通信为基础的结构上，而在这种基础结构上，IP协议将占主导地位，亦即以TCP／P为核心的高速综合数据网络将是电信网络未来的发展方向。否则，现有PSTN将面临被淘汰的厄运。由于本地电话网是构成PSTN的基础网络，而且在未来可预见的相当一段时间之内仍将承载接入Interent的大部分业务，因而要实现上述转变，首先应当从PSTN的本地网这一部分开始做起。

ATM在未来电信网中的地位和作用问题

　谈到本地电话网向宽带网的过渡，就不得不提到ATM。在因特网商用之前，传统本地电话网无疑是向着以ATM技术为主体的B一ISDN的方向发展的。ATM是由ITU～T1988年为实现B－ISDN而提出的一种核心技术。它能综合所有业务（包括话音、数据和图像），并可实现到桌面的应用。但是由于内部和外部两方面的因素，致使ATM技术的发展并不太顺利。其内在因素在于ATM技术一开始就被寄予了太多的期望，如：网络的综合（从桌面到局域网再到广域网）、业务的综合（话音、数据和图像）、技术的综合（传输、复用、交叉连接和交换的综合，有线与无线的综合，窄带与宽带的综合等）。ITU一T一开始就对ATM 提出了一揽子的标准协议，且后续与ATM相关的标准与协议越来越多，越来越复杂，导致 ATM设备造价昂贵，实现巨操作困难。而外在因素则在于Interent近年来的异军突起。由于ATM网卡价格昂贵且没有良好的标准开放式ATM应用程序接口（API），因而使其在桌面应用方面已难以同以IP／以太网为主导的桌面应用相抗衡。

　但是这并不是意味着ATM将被IP技术所淘汰。ATM的发展之所以会出现今天这样的一种尴尬的局面，并不是由ATM技术本身造成的，而是由于人们在其出现之初对其期望值过高。如果ATM能够删繁就简，去掉其臃肿复杂的过于求全的协议，放弃到桌面的应用，定位在网络平台，充分发挥其自身的特点，在未来电信网中仍将占有重要的一席之地。其原因来自两个方面，一是ATM较IP所固有的技术上的优势，二是ATM对传统业务的支持和对现有网络投资的保护。

　首先来看第一个原因。Interent发展到今天由于其自身的缺陷而遇到许多问题，目前来看IP的优势则在于能提供统一的数据应用平台，而ATM的优势则提供统一的网络平台。ATM所具有的对实时业务的QOS保证，完善的流量控制和拥塞控制，灵活的动态带宽分配与管理等优势正是IP技术自身所缺乏的，而ATM对多业务的支持能力使其能组建统一的多业务平台的特点，则恰恰是Interent发展到今天所急需的。IP技术想要成为主宰下一代电信网的主要技术，在其骨干网建设时必须引人ATM技术才能解决目前在其高速发展中所带来的一系列问题，提高网络性能，降低设备成本，增加可管理性，提高可扩充性。

　其次再来看一下第二个原因：前面曾经提到ATM可以组成统一的多业务网络平台，如AMT能通过局域网仿真技术（LANE）提供以太网和今牌环业务；能通过ATM／FR互通功能和电路仿真实现与FR和DDN互通，同时作为FR和DDN的核心网支持FR和DDN的扩容与优化，且ATM网络也能直接提供FR业务和数字电路。此外，ATM通过与IP技术的结合，还能支持高速路由器组网，传送Interent业务，且能实现实时多媒体信息检索等各种宽带新业务。因而ATM作为统一的多业务传送平台，现有的各种网络资源还可以继续利用。若有新的业务需求，不必扩容现有网络，由ATM直接提供即可。这样既保护了现有网络的投资，又可实现现有网络向宽带多业务网的逐步平滑过渡。

　总之，ATM技术通过转换角色，定位于综合多业务的网络平台，并与IP技术相结合，综合利用ATM速度快，容量大，多业务支持能力的优点和IP简单、灵活。易扩和统一性的优点，实现二者的优势互补，在未来电信网中仍将发挥重要作用。尤其对于现有PST N运营者来说，ATM技术更有诱惑力。尽管Interent目前的发展很快，并且以IP为主体业务将成为未来电信业务发展的方向，但现有PSTN也不可能在一夜之间消失，它目前仍将是世界最大的通信网并支撑着Interent的发展，PSTN运营商不可能象一些新兴的以经营数据通信为主的运营商那样，直接采用纯IP的技术来建设自己的网络，他们必须选择一种能使现有PSTN平滑过渡到未来宽带电信网的技术，这样ATM无疑将成为他们的首选。

现有的本地电话网向未来宽带网过渡的方突

　从前面的分析可以看出，本地电话网要想实现上述向下一代电信网的转变，主要要在接入、交换节点和骨干传输三部分解决两方面的问题：一是对基于IP技术的各种综合业务的支持；二是网络宽带化问题。从国内外技术发展的动向来看，骨干传输部分毫无疑问将采用SDH和DWDM技术，因此下面仅就接入网和交换节点的过渡问题进行一下介绍。

1．本地电话网接入的过渡问题

　根据国外发展的形势，在接入网这一层面，近期主要采用ADSL和Cable Modem的方式来解决上述两个问题，远期则可能采用基于光纤接入的全业务接人网技术。由于介绍接入网的文章和资料已经很多，这里不再对这几种技术进行介绍，但是有两点需要提一下。
　
　第一点，由于AT＆T以480亿美元的无价收购了美国第二大有线电视公司TCI。并开始着手用基于Cable Modem技术的HFC接入方式改造TCI现有的有线电视（CATV）网络，以便向用户提供宽带的综合电信业务，包括高速Interent接入，各种数据和视像业务等，因此，AT＆T的做法一旦成功，将会极大推进 CableModem的应用。

　第二点是1998年初出现的一种无分路器ADSL技术（称为UADSL），将会极大促进 ADSL的发展。主要原因在于：首先，UADSL不需要在用户瑞安装POTS分路器，只需购买一个UADSL Modem，也不再需要专门的安装业务或在家中增加线路，用户可以自行安装，因而降低了成本，便于运营公司迅速开放业务。其次，UADSL确保了不同厂商的客户端设备和中心局设备之间的互操作性。它以T1.413标准为基础，得到PC行业的领导者和重要的电信运营公司的共同支持，可以避免不同厂商之间的标准之争。

　第三，计算机厂商可以把UADSL技术集成在计算机中，UADSL通信的软件可以包含在微软的Windows系统的未来版中。第四，UADSL以T1.413标准为基础，可以实现与现有中心局设备的互操作，进而向更高速率的ADSL平滑过渡。

2．本地电话网交换节点的过渡问题

　从前面的讨论可以看出，作为现有PSTN基础部分的本地电话网要想实现向未来能支持各种IP业务的宽带网的平滑过渡，必须在交换节点上引入ATM技术。从目前各电信运营和制造商所提供的方案来看，大都采用引进混合交换节点的方式。下面就对这种方式进行一下简单介绍。

　所谓混合交换节点，就是指通过在现有窄带交换机上再增加一个ATM宽带数据处理模块，形成宽窄带综合交换机，使原有本地电话网通过共同的交换节点形成一个语音和数据混合的通信网。一般该宽带数据模块可以作为边缘接入交换机与宽带骨干数据网相连；支持各种数据业务的接入，支持基于IP的话直接人，能劳路通过原窄带交换机拨号上网的业务流量，并具有ATM交换功能。但具体不同厂家的产品所提供的功能会各有差异。在这方面较为典型的厂家设备为Lucent的Packet Driver（又名MSM）。该模块能支持ADSL接入的数据业务，支持原有PSTN用户进行基于IP的语音通信和一些数据通信，通过与数据网的接口实现对PSTN上数据业务的旁路，对新的基于IP的语音通信用户的接入，数据与语音集中接入，基于网络的Modem池方案，并具备IP和ATM双重交换功能，提供与IP over SDH的接口和ATM的 PNNI。

　由于新增加的宽带模块提供基于IP技术的语音通信的直接接入，因此在下一步过渡中，通过将新增语音用户全部接到新增宽带模块上，停止在原有窄带网上发展新的用户，不断扩大基于IP技术的语音用户，直到原有窄带网设备到达使用寿命自然淘汰的方式，可以实现现有本地网向下一代的完全基于IP的数据、语音融合的宽带网电信网的过渡。

　这种方式有两个优点：一是可以保护原有PSTN的投资，在对原有PSTN设备不做任何改动的情况下向用户提供数据业务。二是可以立即缓解Interent高速发展对PS TN所带来的冲击。因此该方案对传统运营商较有吸引力。目前国内使用较多的几种交换机制造厂商已都能提供这种向宽带网过渡的解决方案。

我国本地电话网的发展状况和向未来宽带网过渡所应采取的措施

　我国本地电话网的建设始于八十年代中期。经过十几年的建设，我国本地电话网不仅规模上空前扩大，所采用的技术水平也不断提高。目前我国共建成33O多个扩大的本地电话网，本地局用电话交换机总容量已达1.45亿门，固定电话用户总数已达9880万户。目前，局用电话交换程控化比重已达99.7％，已基本在全国范围内实现了本地网的全数字化。

　尽管我国本地电话网的建设在近十年当中取得了突飞猛进的发展，但是由于我国人口基数较大，全国电话普及率与国外发达国家相比仍有相当大的差距，甚至连世界平均电话普及率的水平还达不到。总的来说我国尚处于通信欠发达国家的行列。此外，我国本地电话网发展的地区性差异较大，东部沿海城市发展较快，许多城市已经接近或超过发展饱和指标。而中西部地区和广大的农村地区则依然十分落后，还存在着很大的市场需求。

　近年来，随着Chinanet和中国公众多媒体通信网的建成，因特网在中国的发展中成燎原之势。根据最新公布的统计数据，仅今年上半年，中国Interent上网人数就由年初的200万人一跃而猛增到了400万人。据专家预测，到2000年底，中国的上网人数将达到1500万。因此，尽管目前因特网的发展对现有PSTN的冲击在我国尚不明显，但根据国外的发展经验和因特网在我国的发展势头来看，在不久的将来，中国PSTN也将面临欧美发达国家PSTN今天所承受的压力。另外随着技术的发展和国内用户对各种宽带数据业务需求的增加，我国PSTN也必然会向着下一代“宽带的，可支持各种基于IP技术业务的，以包交换为基础的电信网”过渡。因此，作为我国PS TN基础的本地电话网，有必要现在就开始考虑如何应付因特网发展对本地电话网所带来的冲击和实现向宽带网的过渡。这里，笔者想根据多年从事本地电话网规划的经验来谈一点个人的想法。
首先在本地交换节点的过渡上，在我国采用混合交换节点的方式是较为合适的。因为我国农村地区电话业务的发展较城市落后很多，当城市开始有宽带业务需求的时候，大部分农村地区仍然以电话业务需求为主，而且未来大多数接人因特网的业务仍要由PSTN来承担。因此，采用混合交换节点的方式，通过在本地交换机增加宽带模块，既可以继续在农村发展PCM电话用户，利用PSTN为他们提供语音通信服务，又可通过宽带模块为城市用户提供宽带数据业务，从而保护建设PSTN的大量投资。而且还可以通过宽带模块从数据网旁路拨号上网用户所带来的大量数据业务，并实现由现有窄带本地电话网向下一代基于IP技术的宽带电信网的平滑过渡。

　在接入网这一层，由于目前我国的电信业和广播电视业分别由不同的国家主管部门进行管理，短期内难以互相进人对方的领域，因而Cable Modem的方式难以在中国大范围应用。近期较有前途的发展模式是ADSL，尤其是UADSL接入。远期肯定将会采用光纤接入的方式实现对全业务接入的支持和向宽带化过渡。