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下一代互联网若干关键技术

下一代互联网若干关键技术. 报 告 人: 王 兴 伟 所在单位： 东北大学. 主要内容. 多媒体通信技术 光通信技术 移动通信技术 卫星和同温层通信技术 IPv6 网络通信技术展望. 概 述. 三网(计算机网、电视网、电话网 ) 合一不断加强，新应用层出不穷 IP over everything 和 everything over IP IP 业务量每6 — 9个月大约翻一番，仅美国预计到2005年 IP 业务量带宽需求就将超过280 Tbps IP 通信量基本特点 自相似 不对称 服务器方拥挤

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下一代互联网若干关键技术

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Presentation Transcript

  1. 下一代互联网若干关键技术

  2. 报 告 人: 王 兴 伟 所在单位：东北大学

  3. 主要内容 • 多媒体通信技术 • 光通信技术 • 移动通信技术 • 卫星和同温层通信技术 • IPv6 • 网络通信技术展望

  4. 概 述 • 三网(计算机网、电视网、电话网)合一不断加强，新应用层出不穷 • IP over everything和everything over IP • IP业务量每6—9个月大约翻一番，仅美国预计到2005年IP业务量带宽需求就将超过280Tbps • IP通信量基本特点 • 自相似 • 不对称 • 服务器方拥挤 • 80－20规则（80％长途，20％本地）

  5. 概 述 • 自1992年美国提出“信息高速公路”计划以来，互联网技术得到了飞速的发展。在互联网成功商业化的同时，下一代互联网的研究与开发工作在各国政府的支持下逐渐展开 • 下一代互联网关键技术伴随着应用需求的巨大增长而飞速发展

  6. 概 述 • 尽管国际上还没有统一的关于下一代互联网的定义，但高质量流媒体应用的主流化、终端设备的多样化、无线移动应用的普及、按需QoS保证的提供及高安全保障的支持都将成为其重要特征 • IPv6将成为下一代互联网的基础协议 • 对多媒体通信、光通信、移动通信、卫星与同温层通信技术现状作一粗略介绍，并对未来发展趋势作一展望

  7. 多媒体通信技术 • 多媒体可以分成静态媒体和连续媒体 • 静态媒体：没有时间维，播放速度不影响所含信息的再现 • 连续媒体：由媒体“量子”（视频帧、音频采样等）组成，有隐含时间维，播放速度影响所含信息的再现 • 连续媒体基本特征：媒体内连续性（实时与等时）、媒体间同步（对口型）、高带宽（网络与存储） • 多媒体通信技术面临的挑战主要来源于连续媒体

  8. 多媒体通信技术 • 两个基本共性问题 • 服务质量QoS（Quality of Service）：服务性能的聚集效应，既是主观的也是客观的 • 组通信（Group Communication）：一对多、多对一、多对多

  9. 多媒体通信技术 • QoS承诺 • 确保型－>硬保证 • 统计型－>软保证 • 尽力型 • QoS是端到端（end-to-end）的 • unicast、multicast、broadcast、anycast

  10. 多媒体通信技术 • 网络化多媒体技术的基本特征 • 数字化 • 计算机化：至少媒体的播放是由计算机控制的 • 集成化：捕捉、存储、播放、网络 • 交互式（互动） • 定制化：播放开始时间、播放次序、播放速度、播放形式

  11. 多媒体通信技术 • 支持多媒体通信的主要技术途径 • 压缩技术 • 有损压缩 • 无损压缩 • 极低比特率传送 • JPEG、MPEG

  12. 多媒体通信技术 • 支持多媒体通信的主要技术途径 • 集成业务模型IntServ（Integrated Service）基于流 • 保证型 • 可控负载型 • 尽力型 • 区分业务模型DiffServ(Differentiated Service) 基于类

  13. 多媒体通信技术 • 支持多媒体通信的主要技术途径 • 多协议标签交换MPLS(MultiProtocol Label Switching) • 采用标签交换转发技术，取代传统的基于目的地逐跳寻径方式，简化分组转发 • 路由选择与分组转发分开 • 通信量工程（Traffic Engineering) • 将业务流映射到网络物理拓扑上，让实际业务量以最优的方式存在于网络中 • 提高网络运行效率和可靠性，优化对有限网络资源的利用

  14. 多媒体通信技术 • 小结 • IntServ：可预测性好，适合于局域 • DiffServ：可预测性差，适合于主干 • MPLS+DiffServ：比较现实的支持主 干网QoS的方案

  15. 光通信技术 • 电网络传输速率已接近极限（超过40Gbps即使不是不可能也是相当困难的） • 密集波分复用DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）技术具有巨大潜力，其潜在带宽为数百Tbps • DWDM的基本原理是在发送端将具有不同波长的光信号组合起来，在接收端又将组合的光信号分解并送到不同的终端，使同一条光纤中能同时传输多个波长的光信号 • DWDM的主要特点：高带宽、协议透明性好、路径可靠性高、操作与管理简单等

  16. 光通信技术 • 三种技术途径 • IP over ATM over SDH • IP over SDH • IP over DWDM

  17. 光通信技术 • IP over ATM over SDH优点 • 把面向连接的ATM的能力引入到无连接 的IP中去 • 优化组合选路与交换 • 保留ATM的速度快、容量大、多业务支持 能力 • 保留IP的简单、灵活、易扩充、统一

  18. 光通信技术 • IP over ATM over SDH缺点 • 网络体系结构复杂、功能重复，ATM与TCP/IP都有寻址、选路和流量控制功能，开销损失达25％左右 • 网络伸缩性较差，ATM的分段与组装(SAR）功能随着接口速率的增加而变得十分复杂，速率不易提高

  19. 光通信技术 • 小结 IP over ATM over SDH主要适用于网络边缘多业务的汇合和一般容量的IP骨干网，不太适合超大型IP骨干网应用

  20. 光通信技术 • IP over SDH • 将IP分组通过PPP或ITU－T LAPS协议 直接映射到SDH帧 • 省掉了中间的ATM层,简化了网络体系 结构 • 提高了传输效率，降低了成本 • 保留IP无连接特性

  21. 光通信技术 • 小结 IP over SDH是一种实用、高效的IP传送技术，适用于经营IP业务的ISP、以IP业务量为主的电信网或者在电信骨干网上疏导高速数据流

  22. 光通信技术 • IP over DWDM－光Internet • 将IP直接放在光路上传送 • 省掉了中间的ATM层与SDH层 • 减少了功能重叠，简化了设备 • 降低了网管复杂性，特别是网络配置复杂性 • 额外开销最低，传输效率最高 • 通过业务量工程设计，可以与IP业务量特性相匹配 • 可以利用光纤环路的保护光纤吸收突发业务，有利于降低时延

  23. 光通信技术 • 主要研究领域 • 路由和波长分配RWA（Routing and Wavelength Assignment） • 虚拟拓扑设计 • 通信量疏导

  24. 光通信技术 • 小结 IP over DWDM省掉了价格昂贵的ATM交换机和大量的SDH复用设备，简化了网管，又采用DWDM，传送成本可望大大减少，带宽可望得到巨大提高，是未来最具发展前途的光Internet组网技术

  25. 光通信技术 • 自动交换光网络ASON（Automatic Switched Optical Network） • 光传送网+IP智能化 • 光信道自动切换 • 动态连接建立

  26. 光通信技术 • ASON分为管理、控制和传送三个平面 • 传送平面负责信息的传送、性能监测、故障检测和保护倒换 • 控制平面实现分布式呼叫与连接管理、自动发现及通路选择等 • 管理平面负责故障管理、配制管理（包括资源分配和回收）、性能管理、安全管理 • DCN是一个数据通信网，负责传送信令及管理信息

  27. 光通信技术 • 小结 ASON融合以DWDM为基础的光网络技术和以IP为基础的网络智能化技术，把光网络发展成为能高度自主应对业务需要、可在光层上直接为全网提供端到端服务的经济、有效的智能网

  28. 移动通信技术 • 第二代移动通信技术仅能满足话音和低速数据业务的需求，不能满足中高速数据业务的需求 • 第三代移动通信技术以移动多媒体业务为特征，可以满足上述发展需要

  29. 移动通信技术 • 第三代移动通信技术的基本特点 • 全球统一频段，统一标准，全球无缝覆盖和漫游 • 频谱利用率高 • 在144kbps（最好能在384kbps）能达到全覆盖和全移动性，还能提供最高速率达2Mbps的多媒体业务 • 支持高质量话音、分组多媒体业务和多用户速率通信 • 有按需分配带宽和根据不同业务设置不同服务等级的能力 • 适应多用户环境，包括室内、室外、快速移动和卫星环境

  30. 移动通信技术 • 第三代移动通信技术的基本特点 • 安全保密性能优良 • 便于从第二代移动通信向第三代移动通信平滑过渡 • 可与各种移动通信系统融合，包括蜂窝、无绳电话和卫星移动通信等 • 终端（手机）结构简单，便于携带，价格较低

  31. 移动通信技术 • 第三代移动通信系统关键技术 • 多载波调制技术 • CDMA多址技术 • 智能化天线和分集接收技术 • 软件无线电技术 • 核心网IP与ATM数据传输技术 • 智能网技术 • 话音和图像编码技术 • 信道编码及交织技术 • 信道不失真传输技术 • 功率控制技术

  32. 移动通信技术 • 无线ATM • 无线ATM网络服务的用户是移动用户，网络与用户之间建立的是无线连接 • 在无线ATM网络中，需要增加基站和具有支持移动功能的边缘ATM交换机 • 基站提供与移动终端之间的无线连接 • 边缘ATM交换机实现与有线ATM网络的连接

  33. 移动通信技术 • 无线ATM关键技术 • MAC协议：固定分配方式、随机分配方式和按需分配方式，在保证用户服务质量QoS需求的前提下，实现网络的高效利用 • 位置管理：无线终端的位置是不确定的，必须扩展ATM连接建立协议，以便能够动态决定移动终端的位置

  34. 移动通信技术 • 无线ATM关键技术 • 切换管理：选择适当的交叉交换节点，使重新选路的数据通道能够保证初始连接服务质量QoS；重新选路时避免信元的丢失；保证信道切换过程是无缝的，用户感觉不到通信的中断 • 差错控制机制：自动请求重发ARQ和前向纠错FEC在解决无线信道误码率高的问题上各有所长，需要在ARQ和FEC之间寻求一种最佳方案，以降低算法的复杂度和减少额外的带宽需求

  35. 移动通信技术 • 无线局域网 • 可移动性，不受布线点位置的限制 • 数据传输速率大于1Mbps • 抗干扰性强，误码率很低 • 保密性较强，可使用户进行有效的数据提取且不至于泄密 • 高可靠性，数据传输过程中几乎没有丢包现象发生 • 兼容性好，采用CSMA/CA介质访问协议，与标准以太网兼容，用户已有网络软件可以不加修改即可运行 • 安装工作快捷，毋需施工许可证，不需要布线或开挖沟槽

  36. 移动通信技术 • 无线局域网标准化 • 1997年6月，IEEE发布了802.11标准，规定了统一的MAC协议、RF收发器和红外线收发器的物理层接口，各厂商产品在同一物理层上可以互操作，而逻辑链路控制（LLC）层是一致的 • 2000年8月，IEEE 802.11成为IEEE/ANSI和ISO/IEC的联合标准，增加了两项新内容： • IEEE 802.11a：规定使用5GHz频带，采用OFDM技术调制数据，传输速率范围为6M～54Mbps • IEEE 802.11b：规定使用2.4GHz频带，采用补偿码键控（CKK），支持多速率MAC机制，传输速率可从11Mbps自动降到5.5Mbps，或者调整到2Mbps和1Mbps

  37. 移动通信技术 • 无线局域网标准化 • 802.11g后向兼容802.11b，前向兼容802.11a；采用正交频分复用（OFDM）为强制技术，在2.4GHz频段强制实施802.11b的模式；提供额外的CCK-OFDM和PBCC-22技术，该标准在2003年正式批准实施 • 802.11e致力于MAC层协议的改进，以支持多媒体传输。现在正在对这种改变是否影响MAC层的性能进行评估 • 802.11h正在对动态信道选择（DCS）和发射功率控制（TPC）标准化 • 802.11i致力于改善网络的安全性，主要也是对MAC层进行修改

  38. 移动通信技术 • 蓝牙技术 • 1998年由Intel、Nokia、Erission、Toshiba和IBM联合提出 • 支持移动计算设备和通信设备之间的简单快捷无线互连 • 实现语音和数据传输，不仅提供低成本、短距离的无线链路功能，还提供接入数据网功能、接口功能和组网功能

  39. 移动通信技术 • 蓝牙技术基本特点 • 使用2.4GHz频带，毋需申请，具有全球推广价值 • 低功率、短距离，发信机额定输出功率传输距离10cm－10m，增大发射功率后距离可扩展到100m • 采用跳频扩频通信方式抗衰落、抗干扰，并采用快跳频、短分组、快速确认方法进一步提高抗衰落、抗干扰性能，提高传输可靠性

  40. 移动通信技术 • 蓝牙技术基本特点 • 采用FEC编码技术，减少远距离传输时的随机噪声影响 • 采用FM调制方式，降低设备的复杂性和成本 • 同时支持数据和话音，提供1个异步数据通道、3个同步话音通道和1个数据话音混合通道 • 采用TDD全双工方式，电路交换和分组交换混合方式，组网方便灵活 • 支持点对点和点对多点连接

  41. 移动通信技术 • 第四代移动通信系统 人们虽然现在还不能对4G进行精确定义，但可以肯定的是，4G将是一个比3G更完美的新无线世界，将创造出许多难以想象的应用。4G将是覆盖全球信息网络的一部分，包括室内的无线LAN、室外的宽带接入和智能运输系统(ITS）等－－异构组合网络

  42. 移动通信技术

  43. 移动通信技术 • 第四代移动通信系统关键技术 • 3G主要以CDMA为核心技术；4G以OFDM(正交频分复用)技术最受瞩目，MC-CDMA(多载波CDMA)技术也将在4G中得到应用 • 完全采用基于IP的分组交换，使网络能根据用户需要分配带宽

  44. 移动通信技术 • 第四代移动通信系统的基本特征 • 信息传输速率更快 • 带宽更宽 • 容量更大 • 智能性更高 • 兼容性更强 • 多媒体通信质量更高

  45. 卫星与同温层通信技术 • 全球人口的5％和10％居住在或可能旅行到永远不会被地面电信设施覆盖的区域 • 卫星与同温层通信系统，可以作为地面系统的补充而存在，实现“能见到天空的地方”都可进行无缝隙的通信联络 • 提供“任何人（Whoever）在任何地方（Wherever）于任何时间（Whenever）都能与任何人（Whomever）以任何方式（Whatever）进行通信”的能力

  46. 卫星与同温层通信技术 • 卫星移动通信不受地理条件限制，传输距离远，投资少，建设快，传输可靠，接通率可高达99.98％，而且组网灵活（例如 VAST小站可建在办公地点） • 卫星移动通信可分为静止轨道卫星通信系统、中轨道卫星移动通信系统和低轨道卫星移动通信系统

  47. 卫星与同温层通信技术 • 静止轨道卫星通信系统 • 在地球赤道平面上空36000km处设置卫星 • 轨道周期与地球自转周期相同 • 相对于地面上任何参照点，卫星是静止不动的 • 可以简化卫星位置跟踪

  48. 卫星与同温层通信技术

  49. 卫星与同温层通信技术 • APMT个人卫星移动通信系统 • 总投资6.5亿美元 • 可覆盖亚太地区22个国家、近31亿人 • 控制中心与运行中心均设在北京 • 一颗卫星的通信容量大于16000条双向话音信道，用户数可达200万 • 系统可提供的业务包括双向话音通信、数据通信、传真和其他与GSM数字移动电话网相同的增值业务等

  50. 卫星与同温层通信技术 • APMT个人卫星移动通信系统 • 由卫星转发器、GSM蜂窝区地面移动网系统、路上卫星移动通信网和远程移动站等组成 • 实质上是一个地面GSM数字系统和卫星移动通信相结合的综合移动通信系统 • 具有GSM系统通信容量大和卫星移动通信系统覆盖区大的双重优点

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