通信与网络的未来发展趋势

12沈金龙教授南京邮电学院计算机科学与技术系讲座题目34世界已进入21世纪，迎接我们的是势不可挡的IT潮流。在技术和知识的竞争中，网络占据了最重要的地位，谁掌握了网络，占有了网络，谁将赢得主动，将掌握自己的命运。5信息产业建设的重点任务---吴基传1.建立一个完整、统一、先进的国家公用信息基础网络；2.建立真正能够支撑信息化发展的技术、生产体系；3.加快发展信息服务业，大力开发信息应用，发挥信息产业的催化和倍增效用。6吴基传在5月25日中国互联网协会成立大会上讲话频宽瓶颈核心技术互联网应用ISP、ICP3600家上网人数3千万联网电脑9百万台7通信与网络的发展趋向一个目标两个支撑三个融合四个热点五个化任何人任何时间任何地点任何方式任何可选业务多媒体业务：话音、音乐、数据文本、图片、图象（静止、活动）等。目标：NII（GII）多媒体宽带网移动通信信息安全微电子技术光（通信）技术有线电视网电信网计算机网络9电信网在数字化的基础上,向宽带化、综合化、智能化和个人化的发展目标迈进。欣赏多媒体电影片段10一个目标计算机通信与网络的总体目标国家信息基础设施NII国际信息基础设施GII11NII的基本组成•通信网•计算机•信息内容•各行各业NII的层次结构•传输层次•网络层次•终端系统•信息服务12信息网络1994年西方7国部长会议上提出实施全球信息基础设施的若干原则；1998年美国政府又提出了实施数字地球的计划。13网络区域划分WANWAN-MANMANPico-CellMAN-LANPANLAN-PAN0km~50km~2km~10mPersonalOperatingSpace14两个支撑微电子技术光(通信)技术1520世纪70年代，Intel公司创始人戈登·摩尔提出了摩尔（Moore）定律。微电子芯片的计算功能每18个月就会提高一倍。微电子技术161965119951062001元件数年集成电路器件数的物理极限为1000亿个2×107?171999年，世界电信展暨世界电信论坛会议副主席、加拿大北电网络公司(Nortel)总裁约翰·罗斯(JohnRoth)在论坛上提出了互联网的“新摩尔定律”——光纤定律(OpticalLaw)：Internet频宽每9个月会增加一倍的容量，但成本同时降低一半。1820世纪90年代初，太网发明者Metcalfe于提出了曼卡夫定律。曼卡夫定律的表达式为：网络价值≈N(N-1)/2其中，N为用户数。每年网络频宽增长需为3倍。192000年，PC处理能力达1000MIPS预见2011年，PC处理能力将达10万MIPS预测网络性能的增长是连到网上PC的能力的平方。20铜（Cu）芯片：低阻抗、低电压、高计算能力。IBM的Cu芯片运行频率：400~500MHz。紫外平面印刷技术的EUV工艺：0.1微米。2011年每个芯片含10亿个晶体管元件。21光(通信)技术•评价光纤传输发展的标准：传输的比特率和信号在需要再生前可传输的距离的乘积。比特率×传输距离22第一代光纤传输使用0.8微米波长的激光器，传输率达：280Mbit/s。第二代光纤传输使用1.3微米波长的激光器和单模光纤，传输率达：560Mbit/s。第三代光纤传输使用单频1.5微米波长的激光器和单模光纤。第四代光纤传输使用光放大器，数据传输率达：10~20Gbit/s。23•采用波分复用（WDM）技术可在同一光纤传送16种波长，每个波长速率为2.5Gbps一个40Gbps的光纤传输系统。•采用密集波分复用（DWDM）技术可在同一光纤传送40波长，每个波长速率为2.5Gbps一个100Gbps的光纤传输系统。24三个融合通信技术计算机技术信息内容计算机硬件、计算机软件以及数据库服务等电话、数据、电视、卫星及无线通信等教育、医疗、娱乐、出版和信息提供者等25网络经济新模式全球互连经营全球互联经营虚拟化企业集成化企业高效能群体有效的个人NII、GIIExtranetIntranet群件计算个体化多媒体新的全球网络化经济结构改变企业和外界的关系集生产、管理、市场、设计于一体重构新的工作方式有效的学习、工作26有线电视网电信网计算机网络信息时代的新经济是计算机、通信和信息服务三种关键经济成分的融合。市场驱动27“三网”融合电信网有线电视网计算机网双向多媒体宽带•具有传输语言、数据和视频信息的功能•网络传输技术上•提供业务上28四大热点•多媒体•宽带网•移动通信•信息安全静止：数据、文本、图片；动态（基于时间）：视频、动画、电影、虚拟现实（VR）。多媒体应用：VOD、交互视频、CSCW、远程教学、远程医疗等。29电信网30中国电信ChinaTelecom–地面网和数据业务中国联通ChinaUNICOM中国吉通CGC中国网通CNC中国铁通CRC卫星通信公司中国移动通信公司CMC•寻呼(服务)公司311.电信网建设目标数字化Digitizing宽带化(高速化)Broadband综合化Integrated智能化Intelligent个人化UniversalPersonnel32TMN光纤传输SDHATM网FRNDDNX.25分组网接入网N-ISDN/PSTN卫星/移动通信网关智能网信号网IP网企业网信息家电电话电视332.电信网分类信息网支撑网电信管理网TMN(TelecomManagementNetworks)业务网支撑网基础网电信管理网电话网数据网综合业务数字网移动网……N_ISDNB_ISDN信令网同步网……交换网传输网接入网……现代电信网的框架结构352.1信息网2.1.1PSTN•基础网•N-ISDN•B-ISDNBRI2B+DPRI30B+D361.实时交换和传送信息，传输延迟相对稳定；2.电路交换是固定分配带宽，连接建立后，即使无信息传送也虚占通路，话音通道和交换设备的效率低；3.无差错控制策略；4.不适宜突发业务和可靠的数据业务。37窄带_综合业务数字网基本率接口(BRI)2B+D基群率接口(PRI)30B+DN_ISDN交换局Telephone双绞线一线通381.以数字电话网为基础，基于64kbps的ISDN，属电路交换网范畴，具有一定的分组处理能力；2.主/被叫间全程数字连接；3.规范的入网接口；4.多种业务综合。20世纪80年代，国外N_ISDN的发展没有获得预期的结果。392.1.2数据网X.25分组交换网PSPDNChinaPACCSPDN电报网Telex,Teletex传真存储转发网ChinaFAXFaxStore/Forward40数据网(续)数字数据网DDNChinaDDN帧中继网FRNChinaFRN因特网InternetChinaNETCERNETGBNNETCSNETUNINET41ATM网（宽带多媒体通信）电信网交换方式分类ATM交换快速电路交换快速分组交换多速率电路交换存储-转发电路交换报文交换分组交换42最大时延S最大时延波动mS速率Mbps平均吞吐量可接受的误比特率可接受的误分组率要求类型话音活动图象静止图象压缩后活动图象数据文件实时数据0.250.251.00.251.00.00110101.00.0641002-102-102-100100.0641002-102-102-1001010-210-210-210-310-410-910-610-90000---•业务的质量要求43面向连接的通信方式：SVC，PVC；ATM采用两级交换：VPC，VCC；异步时分复用（ATM）：信道利用率高；服务质量（QOS）保证。传统电话网2.5Gbps光纤网1米宽的乡村小道32km宽的信息高速公路442.1.3传输网同步数字序列SDH:SynchronousDigitalHierarchy准同步数字序列PDH:PseudoSynchronousDigitalHierarchy45PDH是以脉冲编码调制(PCM)为基础构成的，我国现采用E系列制式：•一次群E1的数据速率为2.048Mbit/s•二次群E2的数据速率为8.448Mbit/s•三次群E3的数据速率为34.368Mbit/s•四次群E4的数据速率为138.264Mbit/s•五次群E5的数据速率为565.148Mbit/s46SDH数据速率（Mbit/s）SONET光信号总速率同步包封用户电信号光信号51.8450.11249.536STS-1OC-1STM-1155.52150.336148.608STS-3OC-3STM-3466.56451.008445.824STS-9OC-9STM-4622.08601.344594.432STS-12OC-12STM-6933.12902.016891.648STS-18OC-18STM-81244.161202.6881188.864STS-24OC-24STM-121866.241804.0321783.296STS-36OC-36STM-162488.322405.3762377.728STS-48OC-48472.1.4智能网IntelligentNetworksPSTNSSPCCSSNo7SCPSMSPDNSCE:业务生成环境ServiceCreationEnvironmentSEAS:信令工程管理系统SignalingEngineeringAdministrationSystemsSTP业务交换点业务转接点业务控制点业务管理系统DB482.1.5卫星/移动通信Satellite/MobileComm.同步通信卫星(Sync.Comm.Satellite)VSATLEOS“铱”卫星通信模拟移动通信AnalogMobileComm.数字移动通信DigitalMobileComm.•GSM时分多址复用•CDMA码分多址复用•FPLMTS/UMTSIMT-200049无线应用协议（WAP）基于Internet，以HTTP/HTML协议为基础；适合于显示界面小、功率低、内存小、CPU运算能力低的移动通信环境；采用Client/Server结构。50WAP协议的开发模型WAP客户WAP网关内容服务器WAE客户代理编码与解码CGI脚本内容编码的请求响应请求编码的响应WSPHTTP51一种基于GSM系统的新型的分组数据承载业务；网络资源按需分配，提供即时连接和高通过率；通过时隙的捆绑技术，能提供从小于100bps到115.2kbps，非常灵活的数据速率。GPRS通用分组无线业务52CDMA接入CDMA是将窄带信息经宽带的伪随机码调制，把信息的频带大大展宽，使频谱密度降低，再经基带调制后，通过宽带射频发射机发射出去。接收时，通过特定的相关处理来解调出窄带信息。除CDMA本身的技术外，CDMA系统中还采用了多种数字处理技术和控制技术。53CDMA优点：系统容量大且具有软容量的特征，能灵活地解决通信高峰期的阻塞问题。系统具有很强的抗干扰能力，可保证通信质量的高可靠性。(多径干扰和功率控制是CDMA系统最复杂和最难解决的问题)。54通过简单的功率控制，不仅可以保证系统的大容量，而且可以降低克服噪声和干扰所需的发射功率，使得在同样发射功率的条件下覆盖范围大，用户终接设备将信息发送到基站所需功率也较小。通过特有的语音激活技术，加上固定天线的增益，可进一步降低发射功率，减少用户终接设备的功耗。55利用简单的调制解调技术，可使成本进一步降低。基站、扇区和用户的地址不是用频率，而是用伪随机码和沃什函数定义，所有的用户共享相同的频率，使得频率规划简单，减少了用于频率规划的时间和费用。安全通信，极易保密是CDMC系统本身固有的特性，人为干扰CDMA信号是极其困难的。56具有很强的业务支持能力，可提供各种先进的数字通信业务，乃至未来的宽带业务。基于CDMA技术的先进性和自身独特的优点，WRI已研制出一套价格低廉、性能稳定可靠、配置灵活方便，能够适应广大农村、远郊以及城市地区的复杂地理