信息傳輸技術的最新進展與應用展望

1、1,主要內容,,,引言,1,2,一、引言,1.1 信息傳輸?shù)母拍钍裁词切畔ⅲ?這是一個很難定義的概念。人人都知道，但卻很難說清楚。其特征是：抽象出來的客觀事物的屬性，是一種客觀存在，但不是物質也不是能量。能夠被人的感覺器官直接或間接感知，并能被人的大腦記憶、理解和處理。信息的價值體現(xiàn)在由“不知道”變成“知道”后的結果上。具有多種呈現(xiàn)（表現(xiàn)）形式。聲音、圖像、文字、符號、數(shù)據(jù)等都是信息的呈現(xiàn)形式即信息載體或

2、者說媒體。嚴格來說，這些都不是信息本身，但因信息本身難以捉摸，因此常將信息媒體作為信息分類的依據(jù)。,3,一、引言,什么是信息傳輸？廣義上的信息傳輸，泛指利用任意手段將信息從一個地方傳送到另外一個地方或多個地方。比如古代的烽火臺，戰(zhàn)鼓等；一直延續(xù)到現(xiàn)在的信件郵寄。現(xiàn)代意義上的信息傳輸特指信息調制到電、光信號上，通過無線、有線信道，從一個地方傳送到另外一個或多個地方。信息傳輸不包括信息呈現(xiàn)。包括信息呈現(xiàn)的信息傳輸就是通信。在信息數(shù)字

3、化之前，信息傳輸很難和信息呈現(xiàn)相分離。數(shù)字化特別是分組化之后，信息傳輸和信息呈現(xiàn)逐漸分離，這使信息傳輸技術獲得了獨立發(fā)展的機會。,4,一、引言,1.2 信息傳輸在不同體系架構模型中的地位信息系統(tǒng)模型,5,一、引言,開放系統(tǒng)互連七層參考模型（OSI-RM)開放系統(tǒng)：與外部實時交互信息的系統(tǒng)，如帶網卡的計算機。信息傳輸=通信子網=物理層+數(shù)據(jù)鏈路層+網絡層,6,一、引言,通信系統(tǒng)模型信息傳輸=傳送層+業(yè)務承載層,7,,一、引言

4、,1.3 信息傳輸所要解決的問題 克服距離和使用條件的限制，快速、靈活、高效、可靠地傳送信息是信息傳輸永恒的目標。 傳送層著力解決距離和使用條件的限制、快速和可靠問題，具體來講就是傳輸距離、帶寬、誤碼率等問題。 業(yè)務承載層著力解決靈活、高效和可靠問題，具體來講就是用戶接入和訪問的靈活性、鏈路資源高效利用、丟包率等問題。,8,二、發(fā)展背景,目前信息傳輸技術的發(fā)展是在電信網絡向下一代網（NGN）演進的大背景和大

5、趨勢下展開的。,至于NGN最終是一個什么樣子，眾說紛紜，沒有統(tǒng)一的認識，但是，對于NGN應具有的一些特點卻得到了廣泛的認同，即 （1）支持業(yè)務的多樣化，包括話音、數(shù)據(jù)和多媒體； （2）分組傳輸與交換； （3）分層結構，實現(xiàn)業(yè)務提供與呼叫控制相分離，呼叫控制和承載連接相分離； （4）具有端到端的寬帶傳輸能力； （5）業(yè)務與網絡松耦合 并提供

6、開放的接口； （6）能與傳統(tǒng)的網絡配合； （7）支持終端的移動性等。,9,二、發(fā)展背景,,NGN演進,電信網絡的發(fā)展深刻影響著信息傳輸技術的發(fā)展?？v觀電信網絡的發(fā)展，目前和今后相當長一段時期有六大趨勢值得關注，這六大趨勢深刻影響著信息傳輸技術的發(fā)展。,10,二、發(fā)展背景,,NGN演進,網絡業(yè)務數(shù)據(jù)化趨勢數(shù)據(jù)業(yè)務增長網絡的寬帶化趨勢Web瀏覽、LAN互通、視頻點播、文件傳輸網絡的光纖化趨勢

7、光纖到小區(qū)、到路邊、到樓、到家…網絡的分組化趨勢IP技術網絡接入的無線化趨勢WiMAX、3G電話、數(shù)據(jù)和圖像的三網融合趨勢電信網、互聯(lián)網、廣播電視網,11,二、發(fā)展背景,,NGN演進,信息傳輸技術的發(fā)展必須適應上述電信網絡的發(fā)展趨勢，并對電信網絡向NGN演進起到推動和支持作用，否則信息傳輸技術的發(fā)展就偏離了正確的軌道。這也是我們總裝通信系統(tǒng)選擇技術路線時應該堅持的一個標準。,12,三、最新技術進展,,,,,1,光通信技術,,

8、,,,2,衛(wèi)星通信技術,,,,,3,微波通信技術,,,,,,4,IP網絡技術,13,3.1 光通信技術,,光纖通信技術——1966，高錕——1970，美國康寧公司…——損耗低、頻帶寬、容量大、體積小、重量輕、抗電磁干擾、不易串音…——超高速、超大容量、智能全光網絡的發(fā)展方向,,,光通信技術,,自由空間激光通信技術 ——星地、地地、星間、水下、深空…——容量大、尺寸及功耗低、電磁干擾少、保密性強、通信頻段不受限…——需要精

9、確捕獲、對準與跟蹤；受天氣影響大,,14,3.1.1 光纖通信技術,,,超大容量傳輸技術,超長距離無中繼傳輸技術,自動交換光網絡技術,光纖接入技術,光纖通信技術,15,3.1.1 光纖通信技術,超大容量傳輸技術波分復用(WDM)不同波長光信號在一根光纖傳送節(jié)約光纖和再生器Tbit/s水平光時分復用(OTDM)提高單光波信道傳輸速率最高達640Gbit/s,電信號,光信號,16,3.1.1 光纖通信技術,超大容量傳輸技術

10、WDM/OTDM系統(tǒng) 將多個OTDM信號進行波分復用,17,3.1.1 光纖通信技術,超長距離無中繼傳輸技術摻鉺光纖放大器(EDFA)摻入鉺離子的光纖高增益、高帶寬、低噪聲覆蓋1550nm波長 640km無中繼傳輸拉曼光放大器受激拉曼反射噪聲更低2000km以上無中繼傳輸,18,3.1.1 光纖通信技術,自動交換光網絡(ASON)技術概述自第一代PDH、第二代SDH以來的第三代光網絡。在選路和信令控制之下完成

11、自動交換功能的光網絡。結合了WDM為基礎的光層組網技術和IP為基礎的網絡智能化技術。全光交叉連接設備，全光分插復用設備；GMPLS、OSPF等IP網絡控制協(xié)議。其最突出的特點是引入了控制平面，使光網絡能夠根據(jù)用戶信令自動選擇光路，即光撥號。ASON支持的連接永久連接：又稱定制連接，由網管系統(tǒng)或人工發(fā)起并完成。交換連接：由用戶發(fā)起、信令驅動的連接。軟永久連接：由網管系統(tǒng)發(fā)起，信令驅動的連接。,19,3.1.1 光纖通信技

12、術,體系結構傳送平面+控制平面+管理平面連接控制接口（CCI)+ A型網絡管理接口（NMI-A)+T型網絡管理接口（NMI-T),,,,,,,,CCI,NMI-A,,NMI-T,控制平面,管理平面,傳送平面,管理平面 管理傳送平面和控制平面,傳送平面 提供子網連接的網元 具有各種粒度的交換和疏導結構 具有各種速率和多業(yè)務的物理接口 具有與控制平面交互的連接控制接口,控制平面 實現(xiàn)對傳送平面的靈活控制 基于通用標記交換協(xié)

13、議（GMPLS）族 信令協(xié)議、路由協(xié)議和鏈路資源管理協(xié)議,,,,,,,20,3.1.1 光纖通信技術,技術優(yōu)勢統(tǒng)一的分布式控制\管理層面，與底層的物理實現(xiàn)技術無關，理論上支持各種帶寬粒度的交換和管理?？焖俚亩ㄖ浦С植煌盏燃墔f(xié)定（SLA)的電路，不僅縮短了業(yè)務提供時間，提高了網絡資源利用率，還可提供新的帶寬業(yè)務。支持端到端的連接建立、監(jiān)控、保護和恢復。對各種網絡拓撲結構，增強了網絡的流量工程能力。目前存在的問題標準有待完善

14、：互聯(lián)互通、網管、網管平面本身的健壯性。測試設備還不成熟。流量工程、保護/恢復等特色功能的有效性有待驗證。新業(yè)務的支持：對組播的支持。綜合網管：與其他網管的配合問題。,21,3.1.1 光纖通信技術,光纖接入技術 隨著核心網帶寬的不斷增加，實現(xiàn)端到端寬帶化的瓶頸越來越集中到了用戶接入段，出現(xiàn)了所謂“最后一公里”的問題。為解決這一問題，出現(xiàn)了各種各樣的寬帶接入技術。其中極具優(yōu)勢的技術就是無源光網絡（PON）技

15、術。其最大特點是在局端和用戶設備間沒有有源設備。與ATM結合 APON基本停滯與SDH結合 GPON支持專線，技術復雜，成本較高。與以太網結合EPON對專線業(yè)務的支持不夠；發(fā)展方向。WDM-PON下一代PON,22,3.1.2 自由空間激光通信技術,概述自由空間激光通信是指利用激光束作為載體進行無線通信的技術。分為星地、地地、星間、水下及深空光通信等多種通信形式。優(yōu)點通信容量大；系統(tǒng)尺寸、質量和功耗明顯降低；

16、通信鏈路間電磁干擾小；保密性強；通信頻段使用不受限制。缺點通信光束的發(fā)散角很窄，需要更精確的捕獲、對準和跟蹤。受天氣影響較大。,23,3.1.2 自由空間激光通信技術,進展情況國際日本1995年7月在國際上首次成功地在日本工程試驗衛(wèi)星ETS-VI與地面光學站之間進行了星-地鏈路的光通信實驗，數(shù)據(jù)率為2Mb/s。隨后，利用該衛(wèi)星，日本與美國合作多次完成衛(wèi)星與兩國光學地面站間的光通信實驗。2005年12月9日，由日本 Aer

17、ospace Exploration Agency (JAXA)開發(fā)的低軌OICETS（衛(wèi)星間光通信工程測試）衛(wèi)星于首次成功地與歐洲ARTEMIS（GEO）衛(wèi)星進行了雙向激光通信實驗。2006年3月成功的進行了與日本地面光學站間的雙向激光通信。2006年6月7日，成功地與德國宇航中心DLR的移動式光學地面站（天線口徑40cm）進行了下行激光鏈路通信實驗。這次實驗驗證了地面移動光學站與衛(wèi)星間建立光通信網絡的可行性。,24,3.1.2

18、 自由空間激光通信技術,歐洲歐空局（ESA）在2001年11月22日首次在國際上完成低軌衛(wèi)星（SPOT4）與同步軌道衛(wèi)星（ARTEMIS）間的激光通信試驗，采用直接檢測非相干通信技術路線，數(shù)據(jù)率為50Mb/s，驗證了星間激光通信的可行性。德空局2007年6月15日 發(fā)射TerraSAR-X雷達遙感衛(wèi)星 ，星上載有相干激光通信終端，最高數(shù)據(jù)率可達5.5 Gb/s。美國國家航空航天局（NASA）的光通信演示系統(tǒng)OCD(Optical

19、 Communication Demonstrator)計劃的目的是發(fā)展空間激光通信設備用于星地間通信。1994年，噴氣推進實驗室（JPL）進行了終端系統(tǒng)級裝配與性能測試，對空間激光通信關鍵技術進行了實際論證。之后，利用OCD系統(tǒng)成熟的研究技術，為國際軌道空間站(ISS)工程研究和技術發(fā)展計劃(ISSERT)研制了光通信演示和高速鏈路設備(OCDHRLF)。該系統(tǒng)的目的是在近地軌道(LEO)距離上實現(xiàn)國際軌道空間站與地面光學站的激光通信

20、鏈路。其設計數(shù)據(jù)率為2.5Gbit/s。,25,3.1.2 自由空間激光通信技術,從國際發(fā)展現(xiàn)狀看，衛(wèi)星星間激光通信已經從試驗階段逐步轉入大規(guī)模工程應用階段，但是星地之間激光通信由于大氣的影響，還存在較大的技術難度。 國內在衛(wèi)星激光通信方面，國內的研究相對起步較晚，但是發(fā)展很快，主要研究機構有哈爾濱工業(yè)大學、長春理工大學、中科院下屬研究機構等多家單位。我國將于天鏈二號衛(wèi)星搭載激光衛(wèi)星通信有效載荷，用于星地、星間大容量通信。 在地

21、地無線激光通信方面，目前已開始工程應用，且通信速率和距離不斷提高。在激光水下通信研究領域，主要研究機構有桂林電子工程學院、華中科技大學以及中國船舶下屬研究所等。,26,3.1.2 自由空間激光通信技術,,,高精度捕獲與跟蹤、瞄準技術,大功率、高靈敏度、高速率激光收發(fā)技術,大氣對激光通信影響特性研究,光學天線技術,抵消空間環(huán)境對激光通信終端影響的技術,星地激光通信技術,關鍵技術,27,三、最新技術進展,,,,,1,光通信技術,,,,

22、,2,衛(wèi)星通信技術,,,,,3,微波通信技術,,,,,,4,IP網絡技術,28,3.2 衛(wèi)星通信技術,概述1965年4月6日，世界上第一顆商用通信衛(wèi)星“晨鳥”發(fā)射升空，標志著衛(wèi)星通信進入了實用化階段。此后，許多衛(wèi)星通信系統(tǒng)紛紛建立并投入運營，上世紀70-80年代達到了鼎盛時期。80年代末、90年代以后，由于光纖通信和地面蜂窩移動通信的崛起，傳統(tǒng)的國際、國內長途通信和陸地移動通信業(yè)務已不再屬于衛(wèi)星通信的主要領地。但衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍大

23、和不受地形條件限制的優(yōu)勢，在很多場合下仍具有不可替代的作用 。如應急通信，岸船通信等。,29,3.2 衛(wèi)星通信技術,衛(wèi)星通信發(fā)展的主要趨勢向高頻段發(fā)展 ：C、X、Ku、Ka、V、激光。體制向高效化發(fā)展：節(jié)省帶寬和功率，提高信號傳輸質量和可靠性，采用組網應用模式。地球站向小型化方向發(fā)展：隨著用戶終端的小型化，衛(wèi)星固定通信、衛(wèi)星移動通信和廣播通信的業(yè)務將逐步走向融合。衛(wèi)星向增強處理能力方向發(fā)展：星上再生、解擴、解跳、交換等。與地面

24、網絡互相融合。,30,3.2 衛(wèi)星通信技術,,,Ka頻段衛(wèi)星通信技術,衛(wèi)星移動通信技術,高階調制高效編碼技術,相控陣天線技術,衛(wèi)星通信技術,星載交換技術,31,3.2 衛(wèi)星通信技術,Ka頻段衛(wèi)星通信技術特點波長短，具有更強的方向性；頻帶寬，上行27.5GHz--31GHz，下行17.7GHz—21.2GHz，滿足大容量信息傳輸需求；點波束覆蓋，實現(xiàn)高密度空間分割和頻率復用；相同傳輸條件下設備體積更??；與地面微波系統(tǒng)干擾較小

25、；空間環(huán)境對傳輸質量影響較大。關鍵技術Ka頻段雨衰計算及抗雨衰技術：分集、功控、自適應調制編碼…Ka頻段天線技術：饋源、高精度捕獲跟蹤…Ka頻段射頻技術。,32,3.2 衛(wèi)星通信技術,衛(wèi)星移動通信技術分類固定衛(wèi)星移動通信：使所有地球同步軌道衛(wèi)星，如海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)，動中通；移動衛(wèi)星移動通信：使用中低軌道衛(wèi)星，如銥星等。難點問題衛(wèi)星功率有限與移動站低天線增益之間的矛盾十分突出；電波傳播情況復雜，多徑效應和多普勒頻移不

26、可避免；眾多用戶共享有限的衛(wèi)星(頻率與功率)資源；移動臺小型化；用戶漫游。需要解決的關鍵技術星載多波束天線技術；移動性管理技術 ；設備小型化技術。,33,3.2 衛(wèi)星通信技術,星載交換技術將原來地面上的交換機、路由器等設備搬到衛(wèi)星上，其優(yōu)點是：避免了衛(wèi)星電路的多跳；每個用戶只使用一對載波（收和發(fā)）就可進行多點間的通信；收發(fā)雙方可采用不同的速率，甚至不同的調制方式和多址方式。星載交換技術電路交換分組交換：現(xiàn)狀

27、 國內已經完成了具有小規(guī)模星上處理與交換功能的樣機研制，但受星載器件水平的限制，在星上實現(xiàn)具有綜合業(yè)務交換功能和動態(tài)拓撲條件下路由功能的交換機仍是一項需要重點攻關的關鍵技術。,34,3.2衛(wèi)星通信技術,高階調制高效編碼技術主要解決的問題高階調制用來提高頻帶利用率，但在同樣誤碼率要求的情況下需要更高的信號功率。高效編碼技術用來降低對信號功率的要求。關鍵技術高階調制的信道補償技術；高效編譯碼技術；低信噪比解調技術；

28、寬帶信號的自適應均衡技術?，F(xiàn)狀國外早就開展了多制式高階調制和高效編碼技術研究，進行了大量傳輸試驗，并形成了相關技術標準，典型的有IESS、INMARSAT系列標準和歐洲的DVB系列標準。國內采用高階調制方式的已實用化的調制解調器最高速率達到了8Mbit/s。該類型調制解調器雖然采用了8PSK調制方式，但是沒有采用LDPC碼、Turbo碼等高效編碼方式，與IESS標準規(guī)定的45Mb/s數(shù)據(jù)速率相比，傳輸速率明顯偏低。,35,3.2 衛(wèi)

29、星通信技術,相控陣天線技術相控陣是相位可控陣列的簡稱又稱為移相陣列（phased array），通過控制陣列中各輻射單元和接收單元(陣元）的饋電相位來改變天線方向圖形狀、進行波束掃描與跟蹤。與面天線相比，其優(yōu)點是：捕獲目標快；跟蹤精度高；體積小；易于與載體共形。需要進一步解決的技術問題方位俯仰的二維相控與載體共形技術天線性能（旁瓣，極化隔離度、增益）提高,36,2,三、最新技術進展,,,,,1,光通信技術,,衛(wèi)星通信技

30、術,,,,微波通信技術,,,,,,4,IP網絡技術,,,,3,,,,2,37,概述微波通信具有機動靈活、跨越地形障礙方便、可靠性高、開通撤收時間短等特點，不僅廣泛應用于民用通信，而且在應急通信、軍事通信等特殊領域一直發(fā)揮著重要的作用。在靶場試驗中，微波通信主要用于組建場區(qū)（區(qū)域）機動微波通信網。提高頻譜利用率；適應復雜的電波傳播環(huán)境，提高信息傳輸質量；提高抗偵收、抗截獲、抗干擾能力；擴展頻段，提高工作頻率；分組化傳輸；寬帶

31、接入。,3.3 微波通信技術,38,3.3 微波通信技術,,,天線技術,多進制正交幅度調制技術,信號處理技術,抗偵收、抗截獲、抗干擾技術,微波通信技術,分組化技術,軟件無線電和認知無線電技術,寬帶無線接入技術,39,3.3 微波通信技術,天線技術智能天線原理：將無線電的信號導向具體的方向，產生空間定向波束，使主波束對準用戶信號到達方向，使旁瓣或零陷對準干擾信號到達方向。從而達到增加有用信號增益，減少干擾信號的效果。利用空間多址技術

32、，可同時使用相同的頻率、相同的碼道，提高了信道資源的利用率。組成：天線陣+與其相連接的基帶數(shù)字信號處理部分。 關鍵技術：辨識信號的方向和數(shù)字賦形。廣泛應用于移動通信系統(tǒng)。,40,3.3 微波通信技術,多入多出（MIMO)多入多出（MIMO）實質上就是多發(fā)多收天線。在單天線情況下，多徑引起的衰落被視為有害因素。但對于MIMO系統(tǒng)來說，多徑可作為一個有利因素加以利用，變“害”為“利”。在帶寬不變的情況下提高無線通信系統(tǒng)的容量。信息

33、流s(k)經過空時編碼形成N個 信息子流ci(k)，I=1，……，N。 這N個子流由N個天線發(fā)射出去， 經空間信道后由M個接收天線接收。 多天線接收機利用空時編碼處理 技術分開并解碼這些數(shù)據(jù)子流。這N個子流同時發(fā)送到信道，各發(fā)射信號占用同一頻帶，因而并未增加帶寬。若各發(fā)射接收天線間的通道響應獨立，則多入多出系統(tǒng)可以創(chuàng)造多個并行空間信道。通過這些并行空間信道獨立地傳輸信息，故提高了系統(tǒng)容量。理論上，信道容量為單天線的m

34、in(M,N)倍。,41,3.3 微波通信技術,空時碼的主要思想是利用空間和時間上的編碼實現(xiàn)一定的空間分集和時間分集，從而降低信道誤碼率。常見的空時碼有空時塊碼、空時格碼。在無線寬帶移動通信系統(tǒng)方面，第3代移動通信合作計劃(3GPP)已經在標準中加入了MIMO技術相關的內容，B3G和4G的系統(tǒng)中也將應用MIMO技術。在無線寬帶接入系統(tǒng)中，802.16e、802.11n和802.20等標準也采用了MIMO技術。在其他無線通信系統(tǒng)研究中，

35、如超寬帶(UWB)系統(tǒng)、感知無線電系統(tǒng)(CR)，都在考慮應用MIMO技術。,42,3.3 微波通信技術,多進制正交幅度調制技術(M-QAM)16QAM、64QAM、256QAM、 512QAM…1024QAM…相干載波恢復技術定時恢復技術全數(shù)字調制解調技術優(yōu)點：頻譜利用率高。缺點：解調門限高。,1024 QAM,43,3.3 微波通信技術,信號處理技術預失真線性化處理技術功率放大器的線性化提高功放的效率和可靠性

36、，降低功耗自適應時域均衡技術前饋橫向均衡器和判決反饋均衡器聯(lián)合構建二維全時域均衡器多載波并聯(lián)傳輸技術對抗頻率選擇性衰落高速率信息分解為多路低速率信息正交頻分復用（OFDM）糾錯編譯碼技術線性分組碼、卷積碼TurboLDPC,44,3.3 微波通信技術,抗偵收、抗截獲、抗干擾技術擴頻技術直接序列擴頻：與偽隨機序列相乘跳頻：按照偽隨機序列在頻帶內離散跳變難點：高信息速率情況下的擴頻自適應技術功率控制：通過反

37、饋保持發(fā)信機的低功率頻率控制：根據(jù)收信質量按規(guī)則變化頻率調零天線：根據(jù)信號變化調整天線波束零點難點：控制算法及實現(xiàn),45,3.3 微波通信技術,分組化技術,微波設備完成二三層信息交換 ——交換、路由和微波傳輸一體化,微波設備以太網數(shù)據(jù)傳輸 ——傳送功能,現(xiàn)有,未來,寬帶無線接入技術無線城域網（WiMAX）基于IEEE 802.16采用TDD、OFDM等技術最大覆蓋范圍50km最大傳輸速率75Mbit/

38、s,46,3.3 微波通信技術,軟件無線電和認知無線電技術軟件無線電是指采用固定不變的硬件平臺，通過軟件重構（升級）來實現(xiàn)靈活多變的通信體制和通信功能的無線電系統(tǒng)。軟件無線電硬件平臺的特點是通用化、標準化、模塊化，以及對信號波形的廣泛適應性。認知無線電是一種具有頻譜感知能力的智能化軟件無線電，它自動感知周圍的頻譜、噪聲、自然干擾、人為干擾等電磁環(huán)境狀況，實時分析信道特性，識別干擾威脅等級，并通過通信協(xié)議和算法，實時調整通信雙方的通信

39、頻率、發(fā)射功率、調制方式、編碼體制等參數(shù)，使通信系統(tǒng)的無線電參數(shù)不僅與規(guī)則相適應，而且能與所處的環(huán)境相匹配，從而通信系統(tǒng)達到無論何時何地都具有高可靠性、高頻譜利用率。軟件無線電技術和認知無線電技術在提高無線通信系統(tǒng)的適應性、解決諸多通信體制兼容性和異構網之間的互聯(lián)互通等問題方面發(fā)揮十分重要作用，被譽為信息領域的第三次變革，在軍事領域和民用領域具有很好的發(fā)展前景。,47,三、最新技術進展,,,,,1,光通信技術,,衛(wèi)星通信技術,,微波通

40、信技術,,IP網絡技術,,,,2,2,,,,,,,4,,,,3,48,3.4 IP網絡技術,概述技術優(yōu)勢 IP網絡技術是采用動態(tài)時分復用和自動尋址相結合的技術，是目前主流的業(yè)務承載技術。采用動態(tài)時分復用和自動尋址相結合的技術有多種，為什么只有IP網絡技術成為了主流的業(yè)務承載技術了呢？這主要是因為IP網絡技術還具有以下優(yōu)勢： 面向無連接。支持IP的傳送技術和基于IP的應用豐富。IP產品種類齊全、市場化程度高，性

41、價比高。目前還存在的不足傳輸實時性、可靠性為薄弱環(huán)節(jié)。網絡業(yè)務安全性和網絡管理能力不足。今后的發(fā)展方向高寬帶、大容量。提高傳輸實時性、可靠性。實現(xiàn)可管理。,49,3.4 IP網絡技術,,,虛擬專用網（VPN)技術,IPv6技術,多協(xié)議標記交換（MPLS）技術,電信級IP網絡技術,IP網絡技術,網絡流量監(jiān)測技術,服務質量保證（QoS）技術,空天地網絡一體化技術,50,3.4 IP網絡技術,IPv6技術相比IPv4的改進

42、擴展了尋址能力。地址自動配置。認證和加密能力增強。報頭格式簡化和對可選項支持的改進QoS功能增強。支持未來協(xié)議擴展。IPv4?IPv6過渡機制 雙協(xié)議棧模式。隧道/封裝模式。網絡地址轉換/協(xié)議轉換模式。推進中的問題 雙協(xié)議棧模式下上層協(xié)議調整。與OSI安全模式存在的統(tǒng)一方式。在窄帶無線通信網絡中的改進。,51,3.4 IP網絡技術,電信級IP網絡技術滿足電信運營商要求的技術和質量等級電信級服務質量高穩(wěn)定性

43、和高可靠性（傳統(tǒng)電信級業(yè)務要求 99.999%的可靠性 ）。軟件有健壯性和防病毒能力。電信級運營管理能力所有設備可管理。具有完善的配置管理、性能管理、安全管理、故障管理等功能。面向用戶的管理、認證、計費等功能，實現(xiàn)區(qū)別化服務。電信級的網絡架構和可擴展性開放式、可擴展。電信級的業(yè)務安全提供端到端服務的安全性。,52,3.4 IP網絡技術,關鍵技術電信級QoS保證技術全網的QoS解決方案基于資源隔離和業(yè)務請求的IP

44、QoS框架方法將信令、區(qū)分服務、MPLS、TE和策略控制相結合電信級安全架構將互聯(lián)網業(yè)務和電信級業(yè)務作為兩大業(yè)務區(qū)別對待。在承載網中通過MPLS的標記交換路徑（ LSP）隔離傳送，并利用信令機制建立端到端之間的連接，使IP網絡變成一個面向連接的安全網絡。 通過在邊緣設備上實施流分類技術，識別出不同的電信級業(yè)務流和互聯(lián)網業(yè)務流。通過在接入和邊緣設備實施針對業(yè)務流的帶寬管理機制，隔離和控制不同業(yè)務的資源使用，有效地防止業(yè)務盜用和惡意

45、攻擊，從而保證電信業(yè)務在IP承載網上的安全。,53,3.4 IP網絡技術,電信級可靠性保證技術采用雙平面架構來提高網絡可靠性。采用MPLS快速重路由(FRR)技術來實現(xiàn)鏈路的快速保護機制。理論上切換時間小于 50 ms 。提高路由器可靠性。一方面可以對路由器在框架系統(tǒng)設計、元器件可靠性、備份電源、備份電風扇等方面不斷進行改善，降低故障率和縮短故障修復時間。同時也可以從路由器的工作機制來提高路由器在業(yè)務轉發(fā)時的可靠性，如平穩(wěn)重啟技

46、術( graceful restart)和不間斷路由技術(NSR)。 電信級網絡管理技術現(xiàn)有的IP網絡管理系統(tǒng)的功能對于電信級IP承載網的要求還存在較大差距。ITU-U已經提出了可管理的 IP 網絡框架(MAN-NGN) ， 需要有一個端到端的、統(tǒng)一的QoS管理平臺。 還有許多需要進一步研究的地方。,54,3.4 IP網絡技術,服務質量保證（QoS）技術綜合服務模型（IntServ）——基于資源預留在傳輸數(shù)據(jù)前建立通道和預

47、留資源（RSVP）提供有絕對保證的QoS擴展性不好、對路由器實現(xiàn)要求高區(qū)分服務模型(DiffServ)——基于優(yōu)先級在網絡邊界對數(shù)據(jù)流分類，內部轉發(fā)進行區(qū)分擴展性較好、便于實現(xiàn)不同運營商網絡間服務質量參數(shù)的協(xié)商和調整較難E-LSP和MPLS流量工程（MPLS TE） 通過MPLS標簽中的EXP字段來標記業(yè)務的優(yōu)先級通過RSVP-TE作為信令為一類業(yè)務端到端預留一個大粒度帶寬DS-TE 能夠實現(xiàn)在MPLS-TE隧道中

48、細分不同服務等級，提供更為靈活的QoS保證 。,55,3.4 IP網絡技術,MPLS技術位于網絡層和鏈路層之間的技術網絡層數(shù)據(jù)包附加標記鏈路層將標記作為凈荷透明傳送相同處理的IP包分配特點的轉發(fā)等價類相比傳統(tǒng)IP技術的優(yōu)勢減少網絡核心設備的處理負擔LSR只需按照標記進行轉發(fā)便于實施流量工程精確指定數(shù)據(jù)包的傳輸路徑獨特的QoS保障機制與DiffServ和IntServ結合高安全性LPS與FR和ATM中虛通道技術相

49、似的安全性基于MPLS技術的VPN可集成IP Sec加密,56,3.4 IP網絡技術,虛擬專用網（VPN)技術概念通過公用的IP網絡建立專用數(shù)據(jù)傳輸通道，將需要組成專用網的分散在異地的多個用戶網絡和/用戶終端連接起來的網絡。由于這些專用數(shù)據(jù)傳輸通道是在IP網絡上虛擬出來的，是“欺騙”用戶的而不是真實存在。故稱之為虛擬專用網。通過隧道機制實現(xiàn)，即將用戶的所有協(xié)議數(shù)據(jù)包，用公用網絡的協(xié)議數(shù)據(jù)包進行二次封裝，保證用戶的協(xié)議數(shù)據(jù)包透明穿

50、過公用網絡，其目的是要保證用戶的封裝方式及使用的地址與共享網絡的封裝方式及使用編址無關。用戶的協(xié)議數(shù)據(jù)包被當做公用網絡協(xié)議數(shù)據(jù)包的凈荷數(shù)據(jù)，公用網絡內部不對其做任何改變，也不依靠其進行路由選擇。這相當于在公用網中為用戶建立了一條專用的封閉通道。隧道之名由此而來。虛擬專用網的實質上是對專用網通信的仿真。。除了隧道協(xié)議外，其邏輯結構（如編址、拓撲、連通性、可達性和接入控制等）都與使用專用設施的傳統(tǒng)專用網部分或全部相同。,57,3.4 IP

51、網絡技術,虛擬專用網（VPN)技術封裝協(xié)議封裝用戶鏈路層協(xié)議數(shù)據(jù)包的有：L2TP（二層隧道協(xié)議）PPTP（點到點隧道協(xié)議）L2F（二層轉發(fā)協(xié)議）。 封裝用戶IP包的有：GRE（通用路由協(xié)議封裝）ISsec的AH（驗證頭）和ESP（封裝安全性有效負載）MPLS (可封裝多種協(xié)議，但目前以封裝IP包為主） 封裝用戶高層協(xié)議數(shù)據(jù)包的有：SOCKS v5協(xié)議 SSL（安全套接字）,58,3.4 IP網絡技術,虛擬專用網（

52、VPN)技術目前主流VPN技術IP sec VPNIPSec是一個提供了維護數(shù)據(jù)完整性、認證和IP隱私機制的協(xié)議族，面向IPv6網絡并可同時應用于IPv4網絡當中。這種協(xié)議受到了VPN供應商的高度支持，并成為目前最主流的VPN基礎技術。 MPLS VPNMPLS VPN是一種基于MPLS（多協(xié)議標簽交換）網絡的VPN架構。自2001年IETF公布了MPLS標準之后，該協(xié)議被公認為下一代網絡的基礎協(xié)議。與基于IPSec的VPN不

53、同，MPLS為VPN提供的通信隧道是通過LSP（標簽交換路徑）實現(xiàn)的。這種方式使路由轉發(fā)和數(shù)據(jù)傳輸分離，實現(xiàn)了靈活的第三層路由功能和高效的第二層數(shù)據(jù)轉發(fā)，也使得MPLS VPN可以提供高質量的傳輸服務。 MPLS VPN的網管問題和組播問題至今沒有解決好。,59,3.4 IP網絡技術,虛擬專用網（VPN)技術目前主流VPN技術SSL VPNSSL VPN是一種順應Web應用發(fā)展所產生的VPN架構。它工作于應用層，簡單易用。但正是

54、由于作用于應用層，所以并不能象IPSec VPN那樣針對所有應用起效，每個廠商的解決方案支持的應用種類都各不相同。基于SSL的VPN最大的優(yōu)勢是對Web應用的支持，基于L2TP的VPN在L2TP VPN中，用戶端的感覺就像是利用PPP協(xié)議直接接到了企業(yè)總部的PPP端接設備上一樣，其地址分配可以由企業(yè)通過DHCP來分配，認證方式可以沿用 PPP一直沿用的各種認證方式，并且L2TP是IETF定義的，其MIB庫也將定義出來從而可以實現(xiàn)全局

55、的網絡管理。,60,3.4 IP網絡技術,網絡流量監(jiān)測技術為什么要進行網絡流量監(jiān)測？網絡流量超出網絡負荷能力導致的網絡擁塞對網絡性能的影響巨大，實時監(jiān)測網絡流量是及時發(fā)現(xiàn)網絡擁塞苗頭，以便采取相應措施避免網絡擁塞的重要手段。目前使用的網絡流量監(jiān)測技術基于流量鏡像協(xié)議分析的監(jiān)測技術把網絡設備的某個端口（鏈路）流量鏡像給協(xié)議分析儀，通過7層協(xié)議解碼對網絡流量進行監(jiān)測。協(xié)議分析是網絡測試的最基本手段，特別適合網絡故障分析。缺點是流量

56、鏡像（在線TAP）協(xié)議分析方式只針對單條鏈路，不適合全網監(jiān)測。 基于硬件探針的監(jiān)測技術硬件探針是一種用來獲取網絡流量的硬件設備，使用時將它串接在需要捕捉流量的鏈路中，通過分流鏈路上的數(shù)字信號而獲取流量信息。 一個硬件探針監(jiān)視一個子網(通常是一條鏈路)的流量信息。對于全網流量的監(jiān)測需要采用分布式方案，在每條鏈路部署一個探針，再通過后臺服務器和數(shù)據(jù)庫，收集所有探針的數(shù)據(jù)，做全網的流量分析和長期報告。其最大的特點是能夠提供豐富的從物理層到

57、應用層的詳細信息。但是硬件探針的監(jiān)測方式受限于探針的接口速率，而且探針方式重點是單條鏈路的流量分析。,61,3.4 IP網絡技術,基于簡單網絡管理協(xié)議(SNMP)的監(jiān)測技術 基于SNMP的流量信息采集，實質上是測試儀表通過提取網絡設備Agent提供的MIB（管理對象信息庫）中收集一些具體設備及流量信息有關的變量?；赟NMP收集的網絡流量信息包括：輸入字節(jié)數(shù)、輸入非廣播包數(shù)、輸入廣播包數(shù)、輸入包丟棄數(shù)、輸入包錯誤數(shù)、輸入未知協(xié)議包數(shù)、

58、輸出字節(jié)數(shù)、輸出非廣播包數(shù)、輸出廣播包數(shù)、輸出包丟棄數(shù)、輸出包錯誤數(shù)、輸出隊長等?；赟NMP的流量監(jiān)測技術受到設備廠家的廣泛支持，使用方便，缺點是信息不夠豐富和準確，分析集中在網絡的2、3層的信息和設備的消息。如果單純采用SNMP做長期的、大型的網絡流量監(jiān)控，在測試儀表的基礎上，需要使用后臺數(shù)據(jù)庫。 基于遠程網絡監(jiān)控（RMON）的監(jiān)測技術在網絡中部分重點業(yè)務接入點（POP）加裝遠程監(jiān)控（RMON）探針的方式，利用RMON I/Ⅱ協(xié)

59、議對網絡中部分端口進行網絡流量和上層業(yè)務流量的監(jiān)視和采集 。利用RMON探針對運營商網絡進行流量和流向管理可以部分彌補SNMP的技術局限性，其業(yè)務分析和協(xié)議分析功能較強。但是，采用RMON探針建設的流量監(jiān)測系統(tǒng)也有處理性能不足和難以在大型網絡普遍部署的局限性。,62,3.4 IP網絡技術,基于專用流量采集協(xié)議的監(jiān)測技術為克服現(xiàn)有網管系統(tǒng)對網絡流量和流向分析功能的技術局限性，迫切需要尋找一種功能豐富、成熟穩(wěn)定的新技術，對現(xiàn)有管理系統(tǒng)中流

60、量信息的采集和分析方式進行改造和升級。于是出現(xiàn)了專門用于流量監(jiān)測的協(xié)議。 主要有以下幾種：,63,3.4 IP網絡技術,Netflow流量信息采集是基于網絡設備（Cisco）提供的Netflow機制實現(xiàn)的網絡流量信息采集。Netflow為Cisco之專屬協(xié)議，已經標準化，并且Juniper、extreme、華為等廠家也逐漸支持，Netflow由路由器、交換機自身對網絡流量進行統(tǒng)計，并且把結果發(fā)送到第3方流量報告生成器和長期數(shù)據(jù)庫。一旦收

61、集到路由器、交換機上的詳細流量數(shù)據(jù)后，便可為網絡流量統(tǒng)計、網絡使用量計價、網絡規(guī)劃、病毒流量分析，網絡監(jiān)測等應用提供計數(shù)根據(jù)。同時，Netflow也提供針對QoS（Quality of Service）的測量基準，能夠捕捉到每筆數(shù)據(jù)流的流量分類或優(yōu)先性特性，而能夠進一步根據(jù)QoS進行分級收費。與其他的方式相比，基于Netflow的流量監(jiān)測技術屬于中央部署級方案，部署簡單、升級方便，重點是全網流量的采集，而不是某條具體鏈路；Netflow

62、流量信息采集效率高，網絡規(guī)模越大，成本越低，擁有很好的性價比和投資回報。缺點是沒有分析網絡物理層和數(shù)據(jù)鏈路層信息，實時性較差，一般為分鐘量級?；趯Ｓ昧髁坎杉瘏f(xié)議的流量監(jiān)測是流量監(jiān)測技術的發(fā)展方向。,64,3.4 IP網絡技術,空天地一體化網絡技術空天地一體化的含義不僅覆蓋地面上的用戶，也覆蓋航空器和航天器上的用戶，三者之間可以互通；路由器和交換機等網絡設備不僅部署在地面，也部署在航空器和航天器上，三者可互連成一個網絡；網絡

63、接口和協(xié)議盡可能統(tǒng)一，以減少接口轉換和協(xié)議轉換的次數(shù)?？臻g通信與地面通信的差異信號延遲大；誤碼率高；突發(fā)錯誤多；多普勒效應；造價昂貴。,65,3.4 IP網絡技術,研究現(xiàn)狀1998年，美國啟動了星際互聯(lián)網（IPN）項目的研究，將地面互聯(lián)網延伸到空間，主要研究地球以外使用互聯(lián)網實現(xiàn)端到端通信的方案。2002年，美國航空航天局開始涉入該項研究。目前已完成相關體系結構數(shù)據(jù)格式的初步定義，進行了系統(tǒng)仿真、地面試驗及飛行搭載試驗，形

64、成了相關互聯(lián)網工程任務組(IETF)協(xié)議草案。自1982年以來，由美國航空航天局(NASA)、歐洲空間局(ESA)等歐美空間機構組成的空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(CCSDS)一直致力于研究天地各通信網絡協(xié)議的統(tǒng)一與推廣，其制定的協(xié)議標準(CCSDS建議)有很多已成為國際標準化組織(ISO)的正式標準，被廣泛應用于國際空間項目中。 CCSDS基于TCP/IP提出了空間通信協(xié)議規(guī)范(SCPS) ，二者的比較如下：,66,3.4 IP網絡技術,

65、67,3.4 IP網絡技術,我國也進行了一些初步研究。2006年，沈榮駿院士發(fā)表了《我國天地一體化航天互聯(lián)網構想 》一文，標志著我國開始關注這一問題。下一步需要研究解決的問題體系結構網絡協(xié)議網絡管理網絡安全防護技術,68,四、應用展望,,傳送網的跨場區(qū)帶寬資源不足的問題,,業(yè)務系統(tǒng)利用低層資源落后的問題,面臨問題,解決方法,,,緊密結合實際，滿足實際需要，解決信息傳輸問題,正確研判技術的發(fā)展方向，采用的技術符合當今信息傳輸技術

66、發(fā)展方向，禁得住市場考驗,69,,四、應用展望,,,,光纖通信技術應用展望,,現(xiàn)有光傳送網絡僅提供原始帶寬，缺乏上層業(yè)務所需智能性要求，帶寬分配采用靜態(tài)配置的固定光鏈路連接模式，難以適應動態(tài)數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展及IP數(shù)據(jù)固有隨即突發(fā)性的要求。 逐步擺脫現(xiàn)有SDH的束縛。由2Mbit/s量級向155Mbit/s量級、622Mbit/s量級、光波量級、光纖量級發(fā)展。 全光網絡是場區(qū)下一代光纖傳送網的發(fā)展方向。,,,,,自由空間激光通信技術應用展

67、望,,對于地地無線激光通信系統(tǒng)可應用于導彈落區(qū)或著陸場等需要機動、臨時開通高速通信的場合，完成測控信息和圖像等信息的傳輸 對于星地激光通信，一旦技術發(fā)展成熟后，可用于后續(xù)低軌衛(wèi)星高速信息的下傳，尤其可應用于未來中繼衛(wèi)星返向鏈路，滿足多顆過境衛(wèi)星高速信息下傳需求。,,,70,四、應用展望,,,,衛(wèi)星通信技術應用展望,,高階調制高效編碼技術可應用于衛(wèi)星通信高速傳輸需求場合，節(jié)省帶寬 Ka頻段衛(wèi)星通信技術解決個別點位高速通信需求及遠望測量

68、船、直升機等特殊載體通信。 衛(wèi)星通信相控陣天線應用于車載、船載、機載衛(wèi)通站及便攜式衛(wèi)通站，減少對載體的安裝要求。,,,,,,微波通信技術應用展望,,適應分組化傳輸要求，單站傳輸容量不小于34M。 具備較強的抗干擾能力，靈活機動，易于組網。 多套微波通信系統(tǒng)組網，采用高階調制解調和極化隔離等技術，解決頻譜資源緊張等問題。,,,71,四、應用展望,,,,IP網絡技術應用展望,,為保證業(yè)務服務質量，在IP QoS技術未大范圍使用時，設計

69、足夠的鏈路帶寬，或采用限速、信息分類和標記、區(qū)分服務等技術措施。 測控通信網中的IP QoS技術的選擇，需要結合IP QoS研究進展，驗證后確定。 近期內將 IP承載網從IPv4升級到IPv6不現(xiàn)實。將來 引入IPv6，應采取邊擴容邊改造，分區(qū)、分域和分階段的方法，構建支持IPv6的網絡承載平臺；逐步建設、改造基于IPv6的終端和應用程序，并具備接入IPv6網絡承載平臺的能力；使用IPv6和IPv4雙協(xié)議棧模式，同時向兩種協(xié)議體系的