1 引言
互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)放大了人的社會(huì)屬性，隨著網(wǎng)絡(luò)空間的擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)將成為人們工作和生活的有機(jī)組成部分。未來(lái)，在授權(quán)范圍內(nèi)，任何人均可通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)隨時(shí)隨地平等地獲得所需的服務(wù)與信息。此時(shí)，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)用戶(hù)呈現(xiàn)出更多的“透明”特性（即用戶(hù)在獲得服務(wù)與信息時(shí)無(wú)需感覺(jué)到網(wǎng)絡(luò)的存在）。這就對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提出更高要求，無(wú)論在覆蓋范圍、接入帶寬、網(wǎng)絡(luò)安全方面，還是在可靠性與擴(kuò)展性等方面，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。
作為信息時(shí)代的基礎(chǔ)設(shè)施，寬帶是國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是衡量國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)準(zhǔn)之一。2010年，聯(lián)合國(guó)寬帶委員會(huì)成員簽署了《基于寬帶的未來(lái)》的宣言，寬帶接入被視為公民的基本法律權(quán)利。目前，已經(jīng)有近百個(gè)國(guó)家和地區(qū)啟動(dòng)了國(guó)家寬帶計(jì)劃。
互聯(lián)網(wǎng)與信息化進(jìn)程相伴而生，工業(yè)化與信息化融合進(jìn)程為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展注入新的活力。人—人、人—物乃至物—物相連將是未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的主要形態(tài)。因此，融合承載、規(guī)模擴(kuò)展、綠色環(huán)保、安全可信以及超寬帶接入(100Mbit/s以上)等將成為未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)背景下網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的基本要求。
本文從未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的需求著手，以超寬帶網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)為研究對(duì)象，在分析研究超寬帶網(wǎng)絡(luò)基本要求的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)超寬帶網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。
2 超寬帶網(wǎng)絡(luò)基本要求
技術(shù)的發(fā)展必須以人為本，網(wǎng)絡(luò)亦然。超寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展必須以滿(mǎn)足用戶(hù)信息化需求為中心，具體表現(xiàn)在：
（1）超大規(guī)模超寬帶接入
隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算以及富媒體等技術(shù)的規(guī)模發(fā)展與應(yīng)用，用戶(hù)和終端規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大。若以城域網(wǎng)為單位，用戶(hù)規(guī)模超千萬(wàn)、終端規(guī)模超億將成為未來(lái)寬帶網(wǎng)絡(luò)的重要特征。視頻業(yè)務(wù)以及虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)的快速發(fā)展極大地推動(dòng)了用戶(hù)對(duì)帶寬需求的增長(zhǎng)，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，帶寬仍將是用戶(hù)的首要需求。人均帶寬100Mbit/s將是未來(lái)寬帶接入的基本要求。
（2）廣泛覆蓋
隨著信息化與工業(yè)化融合進(jìn)程的推進(jìn)，隨時(shí)隨地、任意終端與任意方式的安全接入已成為用戶(hù)對(duì)信息服務(wù)的基本需求。網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍與物理空間的趨同成為大勢(shì)所趨，泛在接入成為超寬帶網(wǎng)絡(luò)的基本要求之一。
（3）融合承載
隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的豐富與發(fā)展，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)—業(yè)務(wù)緊密契合的“煙囪式”網(wǎng)絡(luò)建設(shè)模式難以為繼，基于IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)融合承載趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)。在ALL-IP架構(gòu)下，包括視頻、音頻、數(shù)據(jù)以及移動(dòng)等所有應(yīng)用與業(yè)務(wù)均應(yīng)通過(guò)同一張網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)融合承載。
（4）超高可靠性
承載可靠性是多業(yè)務(wù)融合承載的基本條件。超寬帶網(wǎng)絡(luò)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務(wù)的超高可靠性指標(biāo)（99.9999%）。滿(mǎn)負(fù)荷情況下，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路故障倒換時(shí)間應(yīng)小于50ms。
（5）綠色節(jié)能
綠色節(jié)能是實(shí)現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)發(fā)展的必要條件。超寬帶網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，必須從降低每比特能耗和提升每比特承載效率兩方面著手，提升網(wǎng)絡(luò)效能，切實(shí)降低單位能耗。
（6）安全可信
互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)放性和泛在性正在將網(wǎng)絡(luò)和信息安全提升到前所未有的高度。安全可信的網(wǎng)絡(luò)對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)持續(xù)健康發(fā)展至關(guān)重要。在打造超寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的同時(shí)，需要建立用戶(hù)/網(wǎng)絡(luò)/業(yè)務(wù)全方位安全保障體系，打造端到端一體化安全保障能力，實(shí)現(xiàn)超寬帶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的用戶(hù)、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的安全保障。
（7）平滑演進(jìn)
網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)是網(wǎng)絡(luò)可持續(xù)發(fā)展的重要保障。超寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)該從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可重用、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可擴(kuò)展以及網(wǎng)絡(luò)能力可升級(jí)等方面保證網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)。
（8）智能管控
用戶(hù)體驗(yàn)與網(wǎng)絡(luò)效能是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中的兩個(gè)關(guān)鍵命題。向用戶(hù)提供“按需”（On-Demand）的用戶(hù)體驗(yàn)是未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的典型特征。“按需”用戶(hù)體驗(yàn)要求網(wǎng)絡(luò)資源具備智能管控與調(diào)配能力，而這種智能管控能力則依賴(lài)于用戶(hù)—網(wǎng)絡(luò)—業(yè)務(wù)的有效協(xié)同。
（9）IPv6技術(shù)和業(yè)務(wù)使能
未來(lái)，海量終端的接入以及“永遠(yuǎn)在線(xiàn)”的業(yè)務(wù)特性，需要超寬帶網(wǎng)絡(luò)具備足夠的尋址空間。IPv4地址空間難以滿(mǎn)足超寬帶網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，因此超寬帶網(wǎng)絡(luò)必須是IPv6技術(shù)和業(yè)務(wù)使能的網(wǎng)絡(luò)。
3 超寬帶網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究
超寬帶網(wǎng)絡(luò)體系通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)的傳送、計(jì)算與存儲(chǔ)等三類(lèi)能力的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的強(qiáng)力支撐。一個(gè)完整的超寬帶網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要高效承載、可靠保障、安全可信、智能管控、綠色節(jié)能和體驗(yàn)提升等關(guān)鍵技術(shù)支撐。安全可信與智能管控技術(shù)涉及到用戶(hù)、網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)等多個(gè)層面的協(xié)同及資源調(diào)度。本文主要從網(wǎng)絡(luò)承載角度對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析研究，對(duì)安全可信與體驗(yàn)提升等技術(shù)不進(jìn)行詳細(xì)敘述。
3.1 高效承載技術(shù)
ALL-IP架構(gòu)下，支撐高效承載的關(guān)鍵技術(shù)包括IPoE，IP與傳輸協(xié)同以及網(wǎng)絡(luò)—平臺(tái)協(xié)同等。
（1）IPoE基于DHCP協(xié)議擴(kuò)展，可實(shí)現(xiàn)廣域的IP報(bào)文認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)和有效傳輸。相對(duì)于目前廣泛使用的PPPoE而言，IPoE的優(yōu)勢(shì)不僅在于封裝結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化，而且在于組播分發(fā)效率的提升：PPPoE接入方式下，由于用戶(hù)與接入控制網(wǎng)關(guān)之間是PPP連接，組播報(bào)文的復(fù)制只能以每用戶(hù)為單位，實(shí)際效果類(lèi)似于單播承載；IPoE方式下，組播報(bào)文基于端口或VLAN復(fù)制，如果結(jié)合跨VLAN組播，可實(shí)現(xiàn)更高效率的組播分發(fā)。大規(guī)模直播業(yè)務(wù)條件下，IPoE方式可實(shí)現(xiàn)組播復(fù)制點(diǎn)由接入控制網(wǎng)關(guān)向接入網(wǎng)絡(luò)等位置的下移，進(jìn)一步提高組播分發(fā)效率。
（2）IP與傳輸協(xié)同主要指IP與OTN的協(xié)同，此種方式下，通過(guò)路由器上引入通道化OTN技術(shù)或OTN上引入VLAN子接口技術(shù)，實(shí)現(xiàn)路由器與OTN設(shè)備在物理接口上的互通，并通過(guò)GMPLS協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流量的統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)IP層與光層有效協(xié)同條件下的流量?jī)?yōu)化承載。為滿(mǎn)足超寬帶網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和業(yè)務(wù)承載需求，必須提升OTN的資源調(diào)度和靈活組網(wǎng)能力，具體而言，就是通過(guò)增強(qiáng)OTN設(shè)備的端口匯聚和流量匯聚能力，實(shí)現(xiàn)更加靈活的資源調(diào)度，目前EOO（Ethernet Over OTN）等技術(shù)就是典型代表。
（3）網(wǎng)絡(luò)—平臺(tái)協(xié)同目前主要指基于CDN的視頻內(nèi)容推送。根據(jù)IBM公司的研究成果，過(guò)去25年中，存儲(chǔ)成本以平均每周3%的速度下降，遠(yuǎn)快于網(wǎng)絡(luò)帶寬成本的下降速度；另一方面，就近獲取視頻內(nèi)容的方式可顯著提升用戶(hù)體驗(yàn)。網(wǎng)絡(luò)—平臺(tái)協(xié)同就是基于“存儲(chǔ)換帶寬”理念，將CDN平臺(tái)引入網(wǎng)絡(luò)，在緩解帶寬壓力的同時(shí)，進(jìn)一步提高用戶(hù)體驗(yàn)。CDN的智能分片和內(nèi)容智能“拉取”技術(shù)可進(jìn)一步提升內(nèi)容推送效率，是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。此外，將CDN功能集成到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)—業(yè)務(wù)更加有機(jī)協(xié)同，成為該領(lǐng)域的主要趨勢(shì)。
3.2 業(yè)務(wù)可靠性保障技術(shù)
承載可靠性是業(yè)務(wù)可靠性的根本保障，由于IP網(wǎng)絡(luò)的“盡力而為”特性，IP綜合承載條件下的可靠性始終是IP網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建過(guò)程中重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。IP網(wǎng)絡(luò)可靠性主要通過(guò)快速故障檢測(cè)和拓?fù)?設(shè)備冗余實(shí)現(xiàn)。
由于不同網(wǎng)元/鏈路在網(wǎng)絡(luò)中的角色定位不同，在可靠性保障方面的作用也不盡相同。從關(guān)鍵網(wǎng)元/鏈路入手，有的放矢，提升網(wǎng)絡(luò)可靠性，是超寬帶網(wǎng)絡(luò)關(guān)注的重點(diǎn)。在超寬帶網(wǎng)絡(luò)中，接入控制設(shè)備不僅承擔(dān)著流量轉(zhuǎn)發(fā)和控制功能，而且承擔(dān)著用戶(hù)管理的部分功能，是業(yè)務(wù)可靠性保障環(huán)節(jié)最重要的網(wǎng)元。因此，接入控制設(shè)備可靠性是超寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)可靠性的重要保障。接入控制設(shè)備可靠性主要通過(guò)跨機(jī)箱無(wú)縫熱備技術(shù)實(shí)現(xiàn)。跨機(jī)箱無(wú)縫熱備技術(shù)原理如圖1所示，在用戶(hù)信息同步的基礎(chǔ)上，結(jié)合VRRP和BFD等技術(shù)，在滿(mǎn)負(fù)荷情況下可保證關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和關(guān)鍵鏈路故障倒換時(shí)間小于50ms。以此為基礎(chǔ)，配合快速路由收斂等技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)視頻、音視等關(guān)鍵業(yè)務(wù)的超高可靠性指標(biāo)（99.9999%）。
圖1 跨機(jī)箱無(wú)縫熱備技術(shù)原理
網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的發(fā)展，為更大范圍實(shí)施可靠性保障提供了可能，目前出現(xiàn)的接入控制設(shè)備池化和集群等相關(guān)技術(shù)，可以在更大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)可靠性保障。
3.3 綠色節(jié)能技術(shù)
綠色節(jié)能體現(xiàn)在設(shè)備研發(fā)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與運(yùn)營(yíng)等環(huán)節(jié)。高集成度、低能耗和大容量是設(shè)備研發(fā)的基本要求，在設(shè)備架構(gòu)設(shè)計(jì)之外，芯片工藝水平對(duì)設(shè)備能耗的影響非常明顯。通常，工藝水平的提升會(huì)實(shí)現(xiàn)能耗的實(shí)質(zhì)下降。目前，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的芯片工藝主要集中在65nm水平，未來(lái)將向45nm和32nm工藝水平過(guò)渡。超寬帶網(wǎng)絡(luò)以光網(wǎng)技術(shù)為主構(gòu)建，在提升網(wǎng)絡(luò)容量的同時(shí)提升網(wǎng)絡(luò)效能：在接入部分以PON技術(shù)為主實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)景全業(yè)務(wù)接入，而在骨干部分則通過(guò)IP—傳輸協(xié)同等方式實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)承載。在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，主要通過(guò)打造用戶(hù)—網(wǎng)絡(luò)—業(yè)務(wù)一體化智能協(xié)同體系，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)整體運(yùn)營(yíng)水平的提升和能耗的下降。
3.4 體驗(yàn)提升技術(shù)
人們對(duì)用戶(hù)體驗(yàn)的永恒追求是驅(qū)動(dòng)信息化社會(huì)發(fā)展的原動(dòng)力。視頻業(yè)務(wù)在所有互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中對(duì)用戶(hù)體驗(yàn)要求最高。因此，用戶(hù)體驗(yàn)提升主要集中在視頻業(yè)務(wù)體驗(yàn)提升方面。由于視頻業(yè)務(wù)的長(zhǎng)連接、高帶寬以及用戶(hù)體驗(yàn)敏感等特點(diǎn)，大規(guī)模視頻業(yè)務(wù)的開(kāi)展對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量和承載能力都帶來(lái)極大挑戰(zhàn)。視頻體驗(yàn)提升主要基于視頻增強(qiáng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
視頻增強(qiáng)技術(shù)通過(guò)視頻業(yè)務(wù)處理和存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)視頻內(nèi)容的重傳和緩存。基于視頻增強(qiáng)技術(shù)，視頻切換時(shí)間可大大縮短，畫(huà)面質(zhì)量得以大幅提高。視頻增強(qiáng)技術(shù)在提升視頻用戶(hù)體驗(yàn)的同時(shí)，通過(guò)IP和存儲(chǔ)技術(shù)協(xié)同，縮短流量路徑，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量模型優(yōu)化，提升了帶寬效率。未來(lái)，視頻業(yè)務(wù)功能會(huì)逐漸集成在網(wǎng)元設(shè)備上。
基于視頻增強(qiáng)技術(shù)的部署，還可通過(guò)隨流檢測(cè)等方式形成對(duì)視頻業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻故障的快速定界和定位。
4 結(jié)束語(yǔ)
決定未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的根本是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。超寬帶網(wǎng)絡(luò)是在傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的繼承和革新。相對(duì)于傳統(tǒng)寬帶網(wǎng)絡(luò)，超寬帶網(wǎng)絡(luò)將網(wǎng)絡(luò)的傳送、計(jì)算與存儲(chǔ)能力有機(jī)融合，能更好地滿(mǎn)足未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展需求。超寬帶網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)和發(fā)展依賴(lài)于寬帶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新，只有有效整合產(chǎn)業(yè)鏈的力量，超寬帶網(wǎng)絡(luò)才能步入更加快速和健康的發(fā)展軌道，才能更好地支持未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。