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 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）

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

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

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

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

多媒体通信技术 QoS承诺 QoS是端到端（end-to-end）的 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

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

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

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

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

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

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

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

光通信技术 IP over ATM over SDH优点 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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 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

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

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

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

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

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

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

移动通信技术 使用2.4GHz频带，毋需申请，具有全球推广 价值 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

移动通信技术 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 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

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

移动通信技术

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

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

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

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

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

卫星与同温层通信技术

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

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

卫星与同温层通信技术 APMT个人卫星移动通信系统 APMT手机为双模式，用户在GSM数字移动电 话蜂窝区内，用GSM制式通信，一旦进入 GSM覆盖“盲区”，则因处在卫星覆盖区内， 故可由卫星移动电话系统提供通信服务， 实现了“无缝隙”的“全球通”

卫星与同温层通信技术 低轨道卫星移动通信系统 使用500km～2000km的低轨道卫星 卫星离地面近，可使卫星和用户手机的发 射功率大大减小 卫星和手机的重量减轻，体积减小

卫星与同温层通信技术 铱星全球移动通信系统 6条低地轨道的66颗轨道卫星覆盖全球 采用先进的星上处理和星间链路技术，相当于把 地面蜂窝网倒置在空中 解决了卫星网与地面蜂窝网间的跨协议漫游 可以实现通信终端手机化、个人通信全球化 研制周期长、费用高，最终失败

卫星与同温层通信技术 铱星全球移动通信系统示意图

卫星与同温层通信技术 同温层通信（飞艇通信） 地面上空约20km～30km高度存在同温层/平流层 在该层中安放气球或飞艇，设置空中无线电台，使其电 波覆盖地面上一定范围的区域，就可利用适当波长的无 线电波，使覆盖区内地面无线电终端或手机之间通信 若在一个国家上空建立足够多的空中无线电台，形成平 台，覆盖整个国家，则可建立国家范围的无线电通信 若全世界各国都有同温层通信平台，则可提供环球通信

卫星与同温层通信技术 同温层通信（飞艇通信）示意图

卫星与同温层通信技术 实现同温层通信的必备要求 载荷空中无线电台的气球或飞艇在同温层 中保持固定位置而不任意移动 在3个方向上的位移不超过30m且能精确保 持天线在任何方向上的偏差不超过0.l度

卫星与同温层通信技术 同温层通信关键技术 同温层大气环境和电波传播 同温层天空站空气动力学 同温层天空站的材料和能源 同温层天空站的位姿测控 同温层天空站通信的体制和应用 同温层天空站通信的网络配置 同温层天空站通信的多址方式 同温层天空站通信的工作频段 同温层天空站通信的系统集成和仿真

IPv6 消费者业务、无线移动网络、分布计算等业务要求网络是以IPv6为基础的一体化综合网络 IPv6带来: 端到端的安全性 Wireless Mobility Distributed Computing Consumer Services 3G WiFi Hot Spot Content GRID Hosted Mobile Media Home Networking Messaging HDTV Interactive services 端到端的安全性 提高网络的QoS 移动通信的优势 系统管理优势 扩展了IP地址空间 IPv6带来:

IPv6 校园网部署IPv6方式一:双栈 IPv6网络 IPv4网络 IPv4/IPv6双栈网络 双栈核心交换机 IPv4 user 双栈路由器 IPv4网络 IPv6网络

IPv6 校园网部署IPv6方式二:隧道 IPv6网络 IPv4网络 双栈核心交换机 IPv4 user IPv4/IPv6 user 双栈路由器 IPv6网络 隧道技术

IPv6设备 商业化的路由器 -Juniper T320、T640 -Cisco12000系列 -Cisco7507B -HITACHI GR2000 -Nokia IP330 -Quidway NE80 -清华比威 12008 -…

IPv6应用-P2P

IPv6应用-网络家电

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IPv6 Network Camera Service NCA 6CAM-A Public Demo Site(IPv6 Only) Cam01.6dns.org Cam02.6dns.org IPv6 Network Standalone Client NCA 6CAM-B IPv6 Dynamic DNS (www.6dns.org) Web Client

展望 网络通信技术与系统不断融合与发展 无线网与无线网的融合 移动网与固定网的融合 陆地网与空天网的融合

谢谢！