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寬帶通信網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展前景<一> 2000-5-20 00:00    CPCW ? 要點：

寬帶網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展前景
寬帶數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展
ATM網(wǎng)絡技術(shù)和ATM LAN仿真
　　　歷史上話音通信和數(shù)據(jù)通信是互相分離的。話音是對延時敏感的動態(tài)信號，視頻信號也有這個特點。與此相對照，計算機所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信號，包括數(shù)據(jù)、文字、圖形和圖象信息，是非動態(tài)的信號。傳統(tǒng)的話音和視頻通信都以模擬信號的形式實現(xiàn)。60年代，由于數(shù)字程控技術(shù)的發(fā)展和普及應用，用脈沖編碼調(diào)制（PCM）技術(shù)把模擬信號數(shù)字化，把話音信號作成數(shù)字化的應用，使數(shù)字化的電話通信在全世界范圍得到普遍應用，數(shù)字電路被用長距離電話通信的中繼線，不僅提高了傳輸和交換的效率，也提高了話音通信的質(zhì)量，數(shù)字化的程控交換設備不僅降低了成本，也增大了電話通信的容量，此外，提供在維護和管理上的方便。在電話通信技術(shù)的發(fā)展中，這是一次重大的技術(shù)革新。由于數(shù)字化的通信技術(shù)有這些突出的優(yōu)點，目前，視頻技術(shù)在向這一方向發(fā)展。隨著計算機技術(shù)、微電子和芯片技術(shù)的不斷提高，數(shù)字、數(shù)據(jù)通信能夠共同到這些技術(shù)，使計算機和通信技術(shù)互相結(jié)合得更為緊密。歷史上形成的話音和數(shù)據(jù)通信互相分離的狀況正在逐步的改變，多媒體信息通信就是這種變化所產(chǎn)生的直接結(jié)果。
　　以下分別對數(shù)字和數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展，寬帶通信的現(xiàn)狀，數(shù)字和數(shù)據(jù)通信的會聚，以及面對未來公共寬帶網(wǎng)絡通信的發(fā)展作一概述。

一、數(shù)字通信技術(shù)

　　數(shù)字通信技術(shù)是在話音的脈沖編碼調(diào)制技術(shù)的基礎上發(fā)展的。傳統(tǒng)的PCM技術(shù)用8K（每秒8000次）的速率采樣話音信號，并且用8位的二進制數(shù)使話音信號數(shù)字化，得出話音的數(shù)字信號速率為64K位／秒，這種稱為數(shù)字服務（DS）的一路話音數(shù)字信號速率，記號為DSO。若采用適當?shù)膲嚎s信息算法，在保持長距離電話話音質(zhì)量的條件下，DSO可以作成3到16路的話音傳輸。這是采用數(shù)字化信息壓縮算法的優(yōu)點。數(shù)字化電路首先被用作現(xiàn)代公共電話網(wǎng)絡（PSTN）的局間中繼線路和長途電話線路。
　　對于多個話路的傳輸，數(shù)字通信技術(shù)采用時分多路復用的方法。例如，此類的標準T1，在（25微秒的時間幀內(nèi)，分為24個時隙，每個時隙供一路數(shù)字話音信號的傳輸，總的傳輸速率為1．544Mb／s，稱它為DS1，相應的歐洲標準，分為32個時隙，總的傳輸速率為2．048Mb／s，稱為E1。在T1以上，有T2，T3。T1Κ1個DS1；T2Κ4個DS1（也稱為DS2）；T3Κ28個DS1（也稱為DS3）。由于在以上各個層次的速率之間沒有確定的同步關系，把它 譜饕觳降氖窒盜�，广^梢觳嬌澩紜Ｆ渲蠺1，T3是使用得最為普通的，T3達到44．736Mb／s的數(shù)據(jù)速率。歐洲的等效標準E3，工作在34Mb／s，在2．048Mb／s的速率上，支持E1。E1，E3也是國際標準，在我國也使用E1，E3的標準。異步數(shù)字系列缺乏在各個速率層次之間統(tǒng)一的管理性能，不能作為一種完善的通信線路，或者不能把它們用作智能化的寬帶網(wǎng)絡。
　　數(shù)字服務的公共電話網(wǎng)絡，目前主要用于傳送電話通信，也可以用于傳送數(shù)據(jù)，作成城域或廣域的專用或者公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，以撥號線路或租用線路的形式作為數(shù)據(jù)通信的應用，稱為數(shù)字數(shù)據(jù)服務（DDS）。在我國也稱為數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（DDN）。

二、數(shù)據(jù)通信技術(shù)

　　數(shù)據(jù)通信已經(jīng)經(jīng)歷了近四十年的發(fā)展歷史，經(jīng)過了幾個主要的發(fā)展階段，如大型主機終端通信，小型計算機通信網(wǎng)絡，共享介質(zhì)的局域網(wǎng)絡，直到目前的應用日益廣泛的數(shù)據(jù)交換技術(shù)。總體來說，由層次式的通信演變到對等的（peer to peer）通信，即客戶機／服務器的數(shù)據(jù)通信方式。
　　數(shù)據(jù)通信存在著LAN和WAN兩個界限。LAN有高的通信率，如以太網(wǎng)（10Mb／s），令牌環(huán)網(wǎng)有4和16Mb／s兩種數(shù)據(jù)速率，已屬于寬帶網(wǎng)絡，和LAN相比，WAN的數(shù)據(jù)通信速率要低得多，如早先的19．2Kb／s，發(fā)展到56Kb／s，64Kb／s。但是近年來的趨勢也在向?qū)拵У姆较虬l(fā)展，如使用T1（E1），T3（E3）租用線或?qū)＞�。隨著網(wǎng)絡帶寬的增加，通信線路使用的傳輸介質(zhì)也從銅線轉(zhuǎn)向光纖。
　　隨著近些年Internet網(wǎng)絡應用的迅速發(fā)展，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡通信技術(shù)呈現(xiàn)出迅猛的發(fā)展趨勢。目前世界上有上億臺桌面機連接在LAN上，并且由于PC機的計算能力在迅速提高，強力的PC機在LAN上產(chǎn)生大的通信量，這就促使LAN技術(shù)向更高的數(shù)據(jù)速率方向發(fā)展，如TDDI，快速以太網(wǎng)(100BaseT)，ATMLAN等，這些局域網(wǎng)技術(shù)都有100甚至超出100Mb／s的數(shù)據(jù)速率。
　　LAN－LAN互相連接所積累的通信量的增長，最后會造成對高速率WAN的需求。除了使用公共電話網(wǎng)或者T1（E1）等租用線作為廣域網(wǎng)以外，七十年代發(fā)展的X．25公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡（PSDN）是在銅質(zhì)的同軸電纜上傳送數(shù)據(jù)的包交換網(wǎng)絡，為了保證可靠的傳輸，在線路的每個中間節(jié)點上要花費差錯校驗和恢復的開銷，如果有無法改正的差錯，要提供重發(fā)的機制，只允許有較低的傳輸速率，每個端口為64Kb／s。隨著技術(shù)的進步和提高WAN帶寬的要求，在八十年代中后期發(fā)展了快包WAN技術(shù)，快包技術(shù)依靠在光纖介質(zhì)上良好的傳輸性能，減少在中間節(jié)點上所花費的開銷而獲得高的傳輸性能。此外，由于通信終端設備性能的提高，把一些差錯恢復功能放到終端設備上完成，減輕了傳輸?shù)呢摀？彀W(wǎng)絡表現(xiàn)為具有低的等待時間和很高的傳輸速率，因此更適用于寬帶通信。例如，幀中繼（Frame Relay）網(wǎng)絡是速率達到T3（約45Mb／s）的能夠傳送不等長數(shù)據(jù)包的快包標準。它是X．25包交換網(wǎng)絡的換代技術(shù)，目前在美國和日本的WAN數(shù)據(jù)通信中已推廣應用。除了幀中繼以外，其它的快包技術(shù)有SMDS（多個兆位的數(shù)據(jù)服務），ATM（異步傳輸模式）等。
　　幾種快包技術(shù)中，ATM是具有獨特性能，并且在LAN和WAN網(wǎng)絡上都具有良好的應用前景的快包技術(shù)。ATM網(wǎng)絡技術(shù)利用短的、固定大小的信元作為傳輸單位，在光纖介質(zhì)線路上傳輸，可以提供上百兆到上千兆位／秒的數(shù)據(jù)速率。除了高的數(shù)據(jù)傳輸速率以外，ATM網(wǎng)絡針對不同的傳輸應用的要求，可以提供多種服務品質(zhì)（QOS）。例如，對于傳輸延時敏感的話音和視頻信號的通信，它提供優(yōu)先級機制，使這些信息先于其它的數(shù)據(jù)信息傳輸。此外，短的固定大小的信元，也有利于網(wǎng)絡中的交換。因此，ATM信元不僅用在ATM網(wǎng)絡中，在寬帶的ISDN和未來的公共寬帶網(wǎng)絡SONET／SDH（同步光網(wǎng)絡／同步數(shù)字系列）中，也使用ATM信元作為信息傳輸?shù)膯挝弧?br> 　　有了ATM信元和網(wǎng)絡技術(shù)，能夠真正地實現(xiàn)數(shù)字和數(shù)據(jù)兼容的通信服務。這是因為如果網(wǎng)絡只提供高的數(shù)據(jù)通信速率，若不具備信息傳送的優(yōu)先級機制，對延時敏感的話音和視頻等動態(tài)信息得不到優(yōu)先傳送的保證，對這類通信服務的效果是較差的。例如，幀中繼快包技術(shù)是對單純的數(shù)據(jù)通信優(yōu)化的，即使它有很高的數(shù)據(jù)傳送速率，它不適用于傳送話音、視頻的數(shù)字信號。又如，具有100Mb／s的FDDILAN，在園區(qū)的環(huán)境中，在有一定數(shù)量通信節(jié)點的情況下，即使把數(shù)字化的視頻信號壓縮到128Kb／s，也不能對它作有效傳輸。在高速率的局域網(wǎng)中，除了ATM的仿真LAN外，只有100VG－AnyLAN（IEEE802．12標準），由于這種網(wǎng)絡設計了用于不同種類信息的優(yōu)先級機制，可以適用對延時敏感的話音和視頻信息。因此，要在局域和廣域的范圍內(nèi)，實現(xiàn)無縫地高速傳送多媒體信息，要依靠ATM信元和網(wǎng)絡技術(shù)。

三、寬帶WAN的發(fā)展方向

LAN是寬帶通信網(wǎng)絡，并且它的帶寬在不斷地提高。LAN通信的發(fā)展對WAN的帶寬提出愈益增高的要求，如果能夠做到LAN和WAN間的通信達到同等的帶寬，這樣，在相隔遠距離的兩個實體之間的數(shù)字、數(shù)據(jù)通信，就像是在本地那樣的快捷、方便。事實上，由于近幾年內(nèi)WAN技術(shù)也在快速進步，上述設想是有可能實現(xiàn)的。例如，通過幀中繼網(wǎng)絡，，或者通過T3租用線，可以使相距遙遠的LAN之間實現(xiàn)高帶寬的廣域通信。
目前，國外的公共電話公司和其它電信公司經(jīng)營T3（E3）速率的數(shù)據(jù)傳輸服務。但是在企業(yè)網(wǎng)絡中部署T3作為廣域的通信線路，要考慮到異步類型的信號不支持相互間的關系。例如，在45Mb／s的T3信號內(nèi)，見不到1．5Mb／s的T1。而T2是北美用于高速率數(shù)據(jù)WAN聯(lián)網(wǎng)的標準。如果把信號重新裝配成幀，則要花費時間和處理能力。此外，T3要求在光纜上傳輸數(shù)據(jù)，要求使用從電信號到光信號轉(zhuǎn)換的接口。但是目前的異步傳輸技術(shù)只提供標準的電氣接口，缺少用于異步信號的標準光學接口。這樣導致在市場上出現(xiàn)許多種用于廣域數(shù)據(jù)通信的專用的光學接口，速率包括45、90、135、405、565Mb／s，和1Gb／s等多種。這些北美標準的光學通信接口的數(shù)據(jù)速率雖然很高，但是不能夠推廣應用。
　　技術(shù)發(fā)展到目前的水平，對未來的廣域公共寬帶網(wǎng)絡的要求是能夠匯合各種通信，適合多媒體通信的要求，積累不斷增加的數(shù)據(jù)傳輸速率，提供按需擴展的帶寬。此外，要求這種公共寬帶網(wǎng)絡具有高度的智能性，要求具有完善的同步性能，加強技術(shù)和設備的標準化程度，完善和簡化管理，方便用戶使用。由于采取了嚴格的同步和標準化措施，在寬帶網(wǎng)絡中，可以方便地添加、刪除，或者尋找某一個通信流。在光纖介質(zhì)上，它能夠提供幾乎是用不盡的按需的帶寬。這就是未來的智能化的公共寬帶網(wǎng)絡—SONET／SDH所具備的性能特點。
　　廣域的公共寬帶網(wǎng)絡的應用可以產(chǎn)生許多令人振奮的通信服務。例如遠距離的大型主機的互相連接和共同操作，實時的遠距離裝配制造和性能數(shù)據(jù)的評估，公司業(yè)務的遠距離視頻會議，高清晰度圖象的傳輸，實時的遠距離醫(yī)學診斷和咨詢，遠距離的學習培訓，世界范圍的視頻電話通信，按需的視頻娛樂，在家辦公和購物等范圍廣泛的應用服務。
　　開發(fā)智能化的公共寬帶網(wǎng)絡很重要的一個策略是要保證它的組成部分和現(xiàn)有的多種網(wǎng)絡技術(shù)的兼容性。像傳輸系統(tǒng)、外部場地的光纜設施、運行系統(tǒng)和電源系統(tǒng)等這類現(xiàn)有的電信系統(tǒng)各個部件和接口應當是SONET／SDH標準的一部分。SONET的網(wǎng)絡部件也應和現(xiàn)有的異步速度層次DS1，DS2，DS3等保持信號的相互作用。用這種方法，原有的DS（數(shù)字服務）保持信號可以和新的SONET保持信號相兼容。這樣，未來部署的SONET／SDH網(wǎng)絡能夠保護過去多年來在電信業(yè)的基礎設施上所作的大量投資。SONET／SDH形成連接高速率LAN的基礎，而ATM網(wǎng)絡技術(shù)提供實現(xiàn)按需帶寬服務的能力。它們把LAN和WAN的網(wǎng)絡單元集成在一起，使用公共的設備、基礎設施和信令。并且有可能作成種類豐富的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。通過這樣的網(wǎng)絡，就有可能使高速傳輸?shù)腁TM信元通過相隔遙遠的距離直達桌面機，作成ATM信元無縫的連接。這種智能的、一體化的同步光網(wǎng)絡便是未來超級信息高速公路的主干道。

四、寬帶WAN使用的主要設備

　　1．CSU／DSU（信道服務單元／數(shù)據(jù)服務單元）

　　CSU／DSU的功能是在把信息送入廣域網(wǎng)以前，按正確的成幀格式把它們裝配成幀，并且提供給現(xiàn)場的集線器、交換機，或者路由器和寬帶網(wǎng)絡之間的接口。它再生從網(wǎng)絡中接收的信號，也能夠診斷傳輸線路的故障。它能自動地監(jiān)視信號，檢測傳輸?shù)牟灰?guī)則和信號丟失。

　　2．DCS（數(shù)字交叉連接系統(tǒng)）

　　可以用DCS設置高速率的數(shù)據(jù)的路由。它的另一個作用是修飾和填充（groomandfill）。根據(jù)通信需要，有時要從T1設備中選擇地消除DSO（修飾）；和為了有效地傳輸，需要把DSO安插進部分利用的T1設施中（填充）。雖然DCS比人工的配線板更為靈活，但它不適用于像設置呼叫和替換路由這樣的實時的操作。

　　3．多路復用器（Multiplexer）

　　對寬帶網(wǎng)絡規(guī)定的最慢的數(shù)據(jù)速率比大多數(shù)路由器、網(wǎng)橋和視頻編碼器／解碼器的工作速率快。甚至在T1速率，可以用時分多路復用器（TDM）共享帶寬。它在24個信道中間交換，把信息交叉放入1．544Mb／s的連續(xù)的數(shù)據(jù)流中。多路復用器以成對的方式工作。

　　在更高的速率時，多路復用技術(shù)變得愈加重要。網(wǎng)絡管理人員對每個低速率的設備選擇專用的高帶寬的電路，或者在寬帶電路上多路復用若干個低速率的信號�？梢园褜拵У亩嗦窂陀闷飨胂蟪山粨Q機，但是它能夠做的工作要超出只是提供多個用戶的連接。多路復用器通過V．35或HSST這類標準接口從路由器或者網(wǎng)橋接受數(shù)據(jù)，然后把數(shù)據(jù)分段成信元，給每個信元加上地址，并且把它變換成廣域網(wǎng)（T3／E3或者SONET／SDH）的幀結(jié)構(gòu)。

　　4．路由器（Router）

　　路由器提供在LAN數(shù)據(jù)包和寬帶廣域網(wǎng)絡之間的協(xié)議的轉(zhuǎn)換。例如，它能夠在LAN幀和ATM交換網(wǎng)絡上發(fā)送的ATM信元之間作出轉(zhuǎn)換。在這樣的路由器內(nèi)部的分段和再裝配（SAK）功能首先要實現(xiàn)ATM適配層（AAL）的功能，把LAN幀轉(zhuǎn)換成用于傳輸?shù)男旁缓笤侔呀邮盏腁TM信元裝配成LAN幀。最終這個性能允許把ATM網(wǎng)絡作成傳輸LAN和WAN通信的高速干線，而末端的用戶繼續(xù)可以保持他們現(xiàn)有的LAN標準和費用結(jié)構(gòu)。

　　5．交換機（Switch）

　　公共寬帶網(wǎng)絡用的交換機是企業(yè)用交換機的更大和更加智能化的類型。公共寬帶網(wǎng)絡的交換機有可能在每秒鐘內(nèi)處理數(shù)十萬個呼叫，具有上千個交換端口，每個端口以SONET／SDH網(wǎng)絡的速率工作。由輸入控制器和交換設施完成全部的信元處理工作。使用SONET／SDH網(wǎng)絡，已經(jīng)把可用的帶寬劃分成時間槽。當它們出現(xiàn)時，控制處理機解開其中的信息內(nèi)容，完成呼叫的建立和拆除、帶寬的備用、管理和維護。
　　交換機的輸入／輸出（I／O）端口是同步的，所以到達交換機設施上的所有的信元用它們的頭部對齊。把這種通信稱為開槽的通信。在輸入控制器中轉(zhuǎn)換所有的虛電路標識符（VCI）。按照路由表中的規(guī)定，把每個進入的VCI的有關信元匯集到正確的輸出端口，完成交換作用。

五、數(shù)字、數(shù)據(jù)的會聚

　　在信息通信中正在出現(xiàn)的公共寬帶網(wǎng)絡技術(shù)將從根本上改變?nèi)蚍秶耐ㄐ攀侄巍ｋS著高容量的光纜，同步光網(wǎng)絡，數(shù)字或交換機，以及衛(wèi)星通信鏈路等世界范圍的公共通信基礎設施的建立，可以在全球范圍內(nèi)更迅速有效地傳布信息，許多公司企業(yè)可以從任何地理位置自由地進行商業(yè)聯(lián)系，一度是少數(shù)幾家公司所擁有的信息，現(xiàn)在可以通過Internet網(wǎng)絡，由任何人從任何地方對它作出訪問。其結(jié)果造成的對所有人都是自由的信息服務正在重新繪制有線電視、廣播、出版、文化娛樂、電信和計算機工業(yè)的傳統(tǒng)布局。繼續(xù)增加的電信服務項目，以多媒體信息為代表的技術(shù)聚在一起，是近年來最為重要的技術(shù)進步之一。多媒體技術(shù)把文本、圖象、話音和視頻帶進教育和娛樂中，向知識和意識的所有方面提出挑戰(zhàn)。處在變化前沿的多媒體應用的關鍵項目是組群軟件（groupware），多媒體電子郵件，和像客戶機／服務器這樣的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。多媒體應用來自無處不在的的PC機數(shù)目的迅速增長，以及隨之而來的LAN數(shù)目的增長和LAN通信的積累。事實上，這些帶寬密集的應用需求已經(jīng)明顯地影響了專用的和公共的網(wǎng)絡，正在打開前所未有的市場機遇。所有類型的信息設備，包括PC機，PDA（個人數(shù)字服務），數(shù)字電視等，都將接入寬帶網(wǎng)絡中，訪問多種服務 提供的多媒體信息，和用許多種聯(lián)機服務連接用戶。
　　關于多媒體信息會聚所使用的工具，某些公司相信裝有智能電纜箱的電視接收設備將是到達超級信息高速公路的主要接口；其它的公司則認為是圍繞類似PC機這樣的設備來會聚數(shù)據(jù)計算和電話電視。
　　不論是那種會聚的方式，正在出現(xiàn)的情況是PC將會快速地變成處理多媒體信息的設備，或者電視接收設備將會變成高度智能化的，并且能夠收發(fā)和處理數(shù)字、數(shù)據(jù)信息的設備。正在發(fā)生的微處理機和電視技術(shù)的結(jié)合是把PC和廣播電視、有線電視和電話網(wǎng)絡的聯(lián)合聯(lián)系起來。這種會聚數(shù)字和數(shù)據(jù)的設備能夠起多媒體信息服務的智能終端的作用。它既是發(fā)送和接收電話和傳真的處所，又是電子郵件的出入口，也是產(chǎn)生和接收業(yè)務文件資料的站，制造商提供計算機電話的軟件包，它許可用戶實現(xiàn)引導電話呼叫，集成電話、傳真和電子郵件的功能，把通信和數(shù)據(jù)庫程序連接起來。一種稱為Softphone的軟件包可以通過Windows界面提供電視會議，呼叫轉(zhuǎn)移，加快撥號和其它所有和電話功能有關的支持。
　　制造商也在開發(fā)在熟悉PC結(jié)構(gòu)的基礎上建立的手持式信息服務設備可以訪問的新一代的個人通信服務，提供各種信息的通用的連接。PC技術(shù)和電信的合作提供一個無縫的通信環(huán)境，并且為用戶滿足最簡便的使用要求。
　　在把一般的PC機改變成能夠全面地會聚數(shù)字和數(shù)據(jù)的多媒體信息服務的設備以前有許多工作要做。制造商已經(jīng)在開始進行改進有線電視和電話接口的工作。這種會聚的PC機要求使用由多任務的操作系統(tǒng)控制的全部64位微處理能力，并且具有快速的內(nèi)部總線，快速的視頻控制作用，和有巨大數(shù)量的存儲。它也需要具備數(shù)據(jù)信息和娛樂網(wǎng)絡兩者相接口的內(nèi)置的軟件。

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