中國互聯(lián)網(wǎng)寬帶技術的歷史與發(fā)展方向

鄧冠文

（中國鐵通集團有限公司肇慶分公司，廣東 肇慶 526020）

引言

寬帶，顧名思義是傳輸帶寬很寬的意思，在數(shù)字通信中通常指可傳送2Mbit/s以上信號的帶寬。寬帶，其實并沒有很嚴格的定義，一般是以窄帶撥號上網(wǎng)速率的上限56Kbps(Bits per Second，數(shù)據(jù)傳輸速率的常用單位)為分界，將56Kbps及其以下的接入稱為“窄帶”，之上的接入方式則歸類于“寬帶”。寬帶，從一般的角度理解，它是能夠滿足人們感觀所能感受到的各種媒體在網(wǎng)絡上傳輸所需要的帶寬，因此它也是一個動態(tài)的、發(fā)展的概念。目前的寬帶對家庭用戶而言是指傳輸速率超過1M，可以滿足語音、圖像等大量信息傳遞的需求。FCC（Federal Communications Commission全稱美國聯(lián)邦通訊委員會）2010年07月24日為“寬帶”這個詞語下了一個定義，F(xiàn)CC認為寬帶意味著下載速率為4Mbps，上行為1Mbps，可以實現(xiàn)視頻等多媒體應用，并同時保持基礎的Web瀏覽和E-Mail特性。

寬帶的通信質量和能力都遠遠超越了我們目前普遍使用的窄帶通信系統(tǒng)，主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)通信能力、圖像通信能力方面。寬帶網(wǎng)甚至可以為分布在世界各地的人召開電視會議，看清彼此的動作、表情、語氣，就像只相距1米一樣。換句話說，只要帶寬足夠寬，任何信息都能夠最迅速和準確的傳遞。

寬帶通信網(wǎng)是一種全數(shù)字化、高速、寬帶、具有綜合業(yè)務能力的智能化通信網(wǎng)絡。寬帶通信網(wǎng)的顯著特點就是在信息數(shù)據(jù)傳輸上突破了速度、容量和時間空間的限制。寬帶通信近技術年在世界上發(fā)展非?？?，目前，四種主要寬帶技術較為流行，它們分別是DSL、LAN、PON和3G無線寬帶技術。

1.中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷史

1986年，王運豐教授領導的北京市計算機應用技術研究所實施的國際聯(lián)網(wǎng)項目——中國學術網(wǎng)啟動，合作伙伴是德國卡爾斯魯厄大學。

1987年9月，北京計算機應用技術研究所正式建成我國第一個Internet電子郵件節(jié)點，連通了Internet的電子郵件系統(tǒng)，并發(fā)送了第一封電子郵件，內(nèi)容是“越過長城，走向世界”，揭 開了中國人使用互聯(lián)網(wǎng)的序幕。

1990年11月28日，中國的頂級域名.CN完成注冊。由于當時中國尚未實現(xiàn)與國際互聯(lián)網(wǎng)的全功能聯(lián)接，中國CN頂級域名服務器暫時設在德國。1994年5月21日，中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心完成了中國國家頂級域名(CN)服務器的設置，改變了中國的CN頂級域名服務器一直放在國外的歷史。

1994年3月，中國終于獲準加入互聯(lián)網(wǎng)，并在同年5月完成全部中國聯(lián)網(wǎng)工作。

1995年5月，第一家互聯(lián)網(wǎng)服務供應商—瀛海威創(chuàng)立，中國的普通百姓開始進入互聯(lián)網(wǎng)絡。

2004年2月3日至18日，新浪、搜狐和網(wǎng)易先后公布2003年度的業(yè)績報告，分別實現(xiàn)了的全年度營業(yè)收入，首次引來了全年盈利。宣布互聯(lián)網(wǎng)的春天已經(jīng)來臨。

據(jù)中國互聯(lián)網(wǎng)絡信息中心2010發(fā)布第26次中國互聯(lián)網(wǎng)絡發(fā)展狀況統(tǒng)計報告顯示，截至2010年6月30日，中國網(wǎng)民規(guī)模達到4.2億人，普及率達到31.8%,經(jīng)過幾十年的發(fā)展，中國互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出欣欣向榮的一面。

2.目前中國互聯(lián)網(wǎng)寬帶技術

整個寬帶網(wǎng)可以分成三個部分，它們是：寬帶傳輸網(wǎng)、寬帶交換網(wǎng)和寬帶接入網(wǎng)。在寬帶網(wǎng)傳輸領域中，WDM、DWDM技術是大容量傳輸技術的發(fā)展方向，而SDH是比較成熟的大容量傳輸技術。在接入網(wǎng)部分，出現(xiàn)了多種寬帶接入技術，如寬帶接口技術，光纖接入，HFC和XDSL等。以下分別對這幾種寬帶技術進行簡要介紹。

2.1 WDM技術

波分復用(WDM)是將兩種或多種不同波長的光載波信號(攜帶各種信息)在發(fā)送端經(jīng)復用器(亦稱合波器，Multiplexer)匯合在一起，實現(xiàn)在一根光纖上同時傳輸多路信號的通信技術。在接收端，經(jīng)解復用器(亦稱分波器或稱去復用器，Demultiplexer)將各種波長的光載波分離，然后由光接收機作進一步處理以恢復原信號。這種在同一根光纖中同時傳輸兩個或眾多不同波長光信號的技術,稱為波分復用。

WDM本質上是光域上的頻分復用FDM技術。每個波長通路通過頻域的分割實現(xiàn)，每個波長通路占用一段光纖的帶寬。WDM系統(tǒng)采用的波長都是不同的，也就是特定標準波長，為了區(qū)別于SDH系統(tǒng)普通波長，有時又稱為彩色光接口，而稱普通光系統(tǒng)的光接口為"白色光口"或"白光口"。

WDM技術的發(fā)展一方面得力于發(fā)送激光器和接收濾波技術的改進，提高了整個光纖傳輸系統(tǒng)的容量。另一方面是由于新技術的成功，使得多路光信號可以在同一光纖摻鉺放大器中獲得增益，從而使間隙很小的多路光載波可以合用同一光纖摻鉺放大器。

通信系統(tǒng)的設計不同，每個波長之間的間隔寬度也有不同。按照通道間隔的不同，WDM可以細分為稀疏波分復用 (CWDM)和密集波分復用(DWDM)。CWDM的信道間隔為20nm，而DWDM的信道間隔從0.2nm到1.2nm，所以相對于DWDM，CWDM稱為稀疏波分復用技術。波分多路復用技術具有擴容升級方便、系統(tǒng)容量大、傳輸距離長、光纖利用率高等優(yōu)點，從而成為提供寬帶化高速光纖通信的最佳方案。

2.2 SDH技術

SDH（Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字系列）是一種將復接、線路傳輸及交換功能融為一體、并由統(tǒng)一網(wǎng)管系統(tǒng)操作的綜合信息傳送網(wǎng)絡。SDH傳輸業(yè)務信號時，要進入SDH的幀的信號都要經(jīng)過映射、定位和復用三個方面：映射是將各種速率的信號先經(jīng)過碼速調(diào)整裝入相應的標準容器，加入通道開銷形成虛容器，幀相位發(fā)生偏差稱為幀偏移；定位即是將幀偏移信息收進支路單元或管理單元的過程，它通過支路單元指針的功能來實現(xiàn)；復用則是將多個低價通道層信號通過碼速調(diào)整使之進入高價通道或將多個高價通道層信號通過碼速調(diào)整使之進入復用層的過程。SDH具有一套標準化的信息結構等級，稱為同步傳送模塊STM-1、STM-4、STM-16和STM-64，并具有頁狀矩形幀結構。如表1所示。

SDH同步傳輸網(wǎng)由SDH網(wǎng)絡單元組成，在傳輸介質上進行同步信息復用、傳輸和交叉連接。SDH具有世界統(tǒng)一的節(jié)點接口，這樣簡化了信號互通以及信號的傳輸、復用連接過程；目前，SDH已經(jīng)在核心網(wǎng)牢牢地站住了腳，靈活性使網(wǎng)絡運營者可以更快更有效地為用戶提供所需的長短期業(yè)務需求以及組網(wǎng)應用需要。對于發(fā)展迅速的通信系統(tǒng)采用SDH技術尤其適合,它可以靈活地提供2Mbps的通道。它可實現(xiàn)網(wǎng)絡有效管理、實時業(yè)務監(jiān)控、動態(tài)網(wǎng)絡維護、不同廠商設備間的互通等多項功能，能大大提高網(wǎng)絡資源利用率、降低管理及維護費用、實現(xiàn)靈活可靠和高效的網(wǎng)絡運行與維護，因此是當今世界信息領域在傳輸技術方面的發(fā)展和應用的熱點，SDH已被各國列入21世紀高速通信網(wǎng)的應用項目，同時也是電信界公認的數(shù)字傳輸網(wǎng)發(fā)展方向，SDH被多個著名商業(yè)公司看好，具有遠大的商用前景。

表1 SDH的速率等級

2.3 PON技術

用戶對接入帶寬的需求將進一步增加，現(xiàn)有寬帶接入方式已很難滿足用戶對高帶寬、傳輸、安全性等方面的需求。因此，市場急切等待更新的技術出現(xiàn)，以解決這個問題，它需要以更低的價格、更高的帶寬，更好的服務質量來滿足客戶的需求。已經(jīng)有過多年發(fā)展的PON（無源光纖網(wǎng)絡）開始進入到人們的視野。

PON系統(tǒng)由光線路終端(OLT)、光網(wǎng)絡單元(ONU)/光網(wǎng)絡終端(ONT)和光分配網(wǎng)(ODN)組成，PON不包括任何有源節(jié)點,PDN全部都是由無源光分路器和光纖等無源光器件這些無源器件組成。PON技術采用了點到多點的拓撲結構。不同的網(wǎng)絡層相結合，PON又分為不同的技術類別，例如ATM+PON形成了APON，Ethernet+PON形成了EPON，ATM/GEM+PON則形成了GPON。

PON有兩種主要的形式:GPON和EPON。GPON是為基于異步轉移模式(ATM)協(xié)議的電話系統(tǒng)布線的PON版本，GPON的第一個版本是APON，隨即BPON取代了APON。BPON實現(xiàn)了上行155Mbits/s的速率以及下行622Mbits/s的速率，GPON支持非對稱速率傳輸，上行1.25Gb/s以及下行2.5Gb/s。EPON支持上、下行對稱1.25Gb/s速率的傳輸。正處于研發(fā)之中還有更快的10Gbit/s標準的EPON又被稱為千兆以太網(wǎng)PON或GE-PON。

PON網(wǎng)絡的突出優(yōu)勢是消除了戶外的有源設備，使用無源設備。所有的信號處理功能均在交換機和用戶空間設備內(nèi)完成，這種接入方式的前期投入較小，用戶真正接入時才投入其大部分的資金。雖然它的傳輸距離比有源光纖短，且覆蓋的范圍也較其小，但它造價低，維護容易。因此PON可以經(jīng)濟地為客戶服務?，F(xiàn)在，PON的應用范圍已成功應用在全球各地。

2.4 寬帶接入網(wǎng)技術

接入網(wǎng)是泛指用戶網(wǎng)絡接口與業(yè)務節(jié)點接口間實現(xiàn)傳送承載功能的實體網(wǎng)絡。接入網(wǎng)的目標是使用戶能夠獲得話音、租用線業(yè)務、數(shù)據(jù)多媒體、有線電視等綜合業(yè)務，并建立一種標準化的接口方。接入網(wǎng)的追求目標是建立一種全業(yè)務寬帶接入網(wǎng)，將各種應用性技術融于一網(wǎng)，以滿足用戶的各種業(yè)務需求。接入網(wǎng)通過用戶網(wǎng)絡接口與用戶相連，通過業(yè)務節(jié)點接口與交換機相連，并可通過Q3接口與電信管理網(wǎng)相連。針對寬帶網(wǎng)絡的實際應用，幾種寬帶技術的比較如表2。

表2 幾種寬帶技術的比較

3.未來互聯(lián)網(wǎng)寬帶技術發(fā)展方向

隨著網(wǎng)絡業(yè)務和技術的不斷發(fā)展，IP將會逐漸演變成整個網(wǎng)絡的核心，DWDM方式的IP over SDH或IP over Optical為將作為高效地傳輸手段，負責整個寬帶信息網(wǎng)絡的高速傳輸，以XDSL、LAN、PON以及各種無線接入技術作為整個網(wǎng)絡的邊緣和接入的方式。

從目前來看，PON技術沿著兩個方向發(fā)展。一個是單波長更高傳輸速率，如10GEPON和XG-PON。另一個是單纖更多傳輸波長，即業(yè)界高度關注的WDM-PON技術。WDM-PON技術融合了WDM(波分)技術和PON技術，帶寬潛力巨大，在接入物理速率、帶寬效率和全業(yè)務承載能力以及安全性方面都具有明顯優(yōu)勢。NTT、KDDI、Verizon以及歐洲的一些運營商、韓國電信 (KT)是全球WDM-PON技術的積極實踐者和推動者。隨著WDM-PON技術和產(chǎn)品的逐步完善，ITUT、IEEE等標準化組織也正在進行WDMPON和WDM-TDMPON的標準化工作，將其作為NG-PON的重點研究方向。

在業(yè)務層面，寬帶互聯(lián)網(wǎng)的進步將會極大地推動多業(yè)務網(wǎng)絡走向融合，由傳統(tǒng)的垂直服務體系向水平的融合網(wǎng)絡體系轉變，在這個過程中，企業(yè)和個人的需求將得到方便快捷的滿足。企業(yè)通過各類網(wǎng)絡平臺構建各類行業(yè)應用，來滿足信息化的需求，個人用戶可以僅僅利用一個設備就能實現(xiàn)接入多個網(wǎng)絡，并實現(xiàn)在多個網(wǎng)絡、多終端直接進行無縫漫游，多網(wǎng)絡無縫連接，用戶得到無處不在、無時不在的用戶體驗。

4.結論

本文首先介紹了寬帶網(wǎng)的基礎知識和中國互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展歷程,并詳細介紹了目前使用的寬帶網(wǎng)技術，最后并討論了寬帶通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

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