信息传输技术的最新进展与应用展望.pptx

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1、信息传输技术的最新进展与应用展望信息传输技术的最新进展与应用展望信息传输技术的最新进展与应用展望信息传输技术的最新进展与应用展望测通所测通所 赵宗印赵宗印主要内容引言1发展背景2最新技术进展3 3应用展望4 42 2一、引言1.1 1.1 信息传输的概念信息传输的概念v什么是信息？什么是信息？这是一个很难定义的概念。人人都知道，但却很难说清楚。其特征是：抽象出来的客观事物的属性，是一种客观存在，但不是物质也不是能量。能够被人的感觉器官直接或间接感知，并能被人的大脑记忆、理解和处理。信息的价值体现在由“不知道”变成“知道”后的结果上。具有多种呈现（表现）形式。声音、图像、文字、符号、数据等都是信

2、息的呈现形式即信息载体或者说媒体。严格来说，这些都不是信息本身，但因信息本身难以捉摸，因此常将信息媒体作为信息分类的依据。3 3一、引言v什么是信息传输？什么是信息传输？广义上的信息传输，泛指利用任意手段将信息从一个地方传送到另外一个地方或多个地方。比如古代的烽火台，战鼓等；一直延续到现在的信件邮寄。现代意义上的信息传输特指信息调制到电、光信号上，通过无线、有线信道，从一个地方传送到另外一个或多个地方。信息传输不包括信息呈现。包括信息呈现的信息传输就是通信。在信息数字化之前，信息传输很难和信息呈现相分离。数字化特别是分组化之后，信息传输和信息呈现逐渐分离，这使信息传输技术获得了独立发展的机会。

3、4 4一、引言1.2 1.2 信息传输在不同体系架构模型中的地位信息传输在不同体系架构模型中的地位v信息系统模型信息系统模型信息信息获取获取信息信息传输传输信息信息处理处理信息信息应用应用5 5一、引言v开放系统互连七层参考模型（开放系统互连七层参考模型（OSI-RM)开放系统：与外部实时交互信息的系统，如带网卡的计算机。信息传输信息传输=通信子网通信子网=物理层物理层+数据链路层数据链路层+网络层网络层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层物理层物理层数据链路层数据链路层网络层网络层传输层传输层会话层会话层表示层表示层应用层应用层1001

4、11010001101.帧头帧头网络头网络头数据数据网络头网络头数据数据数据数据开放系统A开放系统B6 6一、引言v通信系统模型通信系统模型信息传输信息传输=传送层传送层+业务承载层业务承载层IP网络光通信系统卫星通信系统微波通信系统传送层传送层业务承载层业务承载层业务层业务层7 7一、引言 1.3 1.3 信息传输所要解决的问题信息传输所要解决的问题 克服距离和使用条件的限制，快速、灵活、高效、可靠地传送信息是信息传输永恒的目标。传送层着力解决距离和使用条件的限制、快速和可靠问题，具体来讲就是传输距离、带宽、误码率等问题。业务承载层着力解决灵活、高效和可靠问题，具体来讲就是用户接入和访问的灵

5、活性、链路资源高效利用、丢包率等问题。8 8二、发展背景NGN演进演进 目前信息传输技术的发展是在电信网络向下一代网（NGN）演进的大背景和大趋势下展开的。至于NGN最终是一个什么样子，众说纷纭，没有统一的认识，但是，对于NGN应具有的一些特点却得到了广泛的认同，即 （1）支持业务的多样化，包括话音、数据和多媒体；（2）分组传输与交换；（3）分层结构，实现业务提供与呼叫控制相分离，呼叫控制和承载连接相分离；（4）具有端到端的宽带传输能力；（5）业务与网络松耦合 并提供开放的接口；（6）能与传统的网络配合；（7）支持终端的移动性等。9 9二、发展背景NGN演进演进 电信网络的发展深刻影响着信息传

6、输技术的发展。纵观电信网络的发展，目前和今后相当长一段时期有六大趋势值得关注，这六大趋势深刻影响着信息传输技术的发展。1010二、发展背景NGN演进演进网络业务数据化趋势数据业务增长网络的宽带化趋势Web浏览、LAN互通、视频点播、文件传输网络的光纤化趋势光纤到小区、到路边、到楼、到家网络的分组化趋势IP技术网络接入的无线化趋势WiMAX、3G电话、数据和图像的三网融合趋势电信网、互联网、广播电视网1111二、发展背景NGN演进演进 信信息息传传输输技技术术的的发发展展必必须须适适应应上上述述电电信信网网络络的的发发展展趋趋势势，并并对对电电信信网网络络向向NGN演演进进起起到到推推动动和和支

7、支持持作作用用，否否则则信信息息传传输输技技术术的的发发展展就就偏偏离离了了正正确确的的轨轨道道。这这也也是是我我们们总总装装通通信信系系统选择技术路线时应该坚持的一个标准。统选择技术路线时应该坚持的一个标准。1212三、最新技术进展1光通信技术2卫星通信技术3微波通信技术4IP网络技术13133.1 光通信技术光纤通信技术光纤通信技术1966，高锟1970，美国康宁公司损耗低、频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音超高速、超大容量、智能全光网络的发展方向光通信技术光通信技术自由空间自由空间激光通信技术激光通信技术 星地、地地、星间、水下、深空容量大、尺寸及功耗低、电磁干扰少、保

8、密性强、通信频段不受限需要精确捕获、对准与跟踪；受天气影响大14143.1.1 光纤通信技术超大容量传输技术超大容量传输技术 超长距离无中继传输技术超长距离无中继传输技术 自动交换光网络技术自动交换光网络技术 光纤接入技术光纤接入技术 光纤光纤光纤光纤通信技术通信技术通信技术通信技术15153.1.1 光纤通信技术v 超大容量传输技术超大容量传输技术波分复用(WDM)不同波长光信号在一根光纤传送节约光纤和再生器Tbit/s水平光时分复用(OTDM)提高单光波信道传输速率最高达640Gbit/s lNl2l1lNl2l1lNl2l1光复用器光解复用器光纤放大器4x40Gb/sdelayedS S

9、1x 160Gb/s电信号光信号16163.1.1 光纤通信技术v 超大容量传输技术超大容量传输技术WDM/OTDM系统 将多个OTDM信号进行波分复用4 x 40Gb/s4 x 40Gb/s4 x 40Gb/s160Gb/s160Gb/s160Gb/sOTDM multiplexersWDM multiplexerof Add-DropWDM demultiplexer of Add-Drop160Gb/s160Gb/s40Gb/s40Gb/s4 x 40Gb/sOTDM add-dropOTDM demultiplexer160Gb/s160Gb/s regenerated17173.1.

10、1 光纤通信技术v 超长距离无中继传输技术超长距离无中继传输技术掺铒光纤放大器(EDFA)掺入铒离子的光纤高增益、高带宽、低噪声覆盖1550nm波长 640km无中继传输拉曼光放大器受激拉曼反射噪声更低2000km以上无中继传输 18183.1.1 光纤通信技术v 自动交换光网络自动交换光网络(ASON)(ASON)技术技术概述自第一代PDH、第二代SDH以来的第三代光网络。在选路和信令控制之下完成自动交换功能的光网络。结合了WDM为基础的光层组网技术和IP为基础的网络智能化技术。全光交叉连接设备，全光分插复用设备；GMPLS、OSPF等IP网络控制协议。其最突出的特点是引入了控制平面，使光网

11、络能够根据用户信令自动选择光路，即光拨号。ASON支持的连接永久连接：又称定制连接，由网管系统或人工发起并完成。交换连接：由用户发起、信令驱动的连接。软永久连接：由网管系统发起，信令驱动的连接。19193.1.1 光纤通信技术体系结构传送平面+控制平面+管理平面连接控制接口（CCI)+A型网络管理接口（NMI-A)+T型网络管理接口（NMI-T)CCINMI-ANMI-T控制平面管理平面传送平面管理平面管理平面 管理传送平面和控制平面传送平面传送平面 提供子网连接的网元 具有各种粒度的交换和疏导结构 具有各种速率和多业务的物理接口 具有与控制平面交互的连接控制接口控制平面控制平面 实现对传送平

12、面的灵活控制 基于通用标记交换协议（GMPLS）族 信令协议、路由协议和链路资源管理协议20203.1.1 光纤通信技术技术优势统一的分布式控制管理层面，与底层的物理实现技术无关，理论上支持各种带宽粒度的交换和管理。快速的定制支持不同服务等级协定（SLA)的电路，不仅缩短了业务提供时间，提高了网络资源利用率，还可提供新的带宽业务。支持端到端的连接建立、监控、保护和恢复。对各种网络拓扑结构，增强了网络的流量工程能力。目前存在的问题标准有待完善：互联互通、网管、网管平面本身的健壮性。测试设备还不成熟。流量工程、保护/恢复等特色功能的有效性有待验证。新业务的支持：对组播的支持。综合网管：与其他网管的

13、配合问题。21213.1.1 光纤通信技术v 光纤接入技术光纤接入技术 随着核心网带宽的不断增加，实现端到端宽带化的瓶颈越来越集中到了用户接入段，出现了所谓“最后一公里”的问题。为解决这一问题，出现了各种各样的宽带接入技术。其中极具优势的技术就是无源光网络（PON）技术。其最大特点是在局端和用户设备间没有有源设备。与ATM结合 APON基本停滞与SDH结合 GPON支持专线，技术复杂，成本较高。与以太网结合EPON对专线业务的支持不够；发展方向。WDM-PON下一代PON22223.1.2 自由空间激光通信技术v 概述概述自由空间激光通信是指利用激光束作为载体进行无线通信的技术。分为星地、地地

14、、星间、水下及深空光通信等多种通信形式。优点通信容量大；系统尺寸、质量和功耗明显降低；通信链路间电磁干扰小；保密性强；通信频段使用不受限制。缺点通信光束的发散角很窄，需要更精确的捕获、对准和跟踪。受天气影响较大。23233.1.2 自由空间激光通信技术v 进展情况进展情况国际日本1995年7月在国际上首次成功地在日本工程试验卫星ETS-VI与地面光学站之间进行了星-地链路的光通信实验，数据率为2Mb/s。随后，利用该卫星，日本与美国合作多次完成卫星与两国光学地面站间的光通信实验。2005年12月9日，由日本 Aerospace Exploration Agency(JAXA)开发的低轨OICE

15、TS（卫星间光通信工程测试）卫星于首次成功地与欧洲ARTEMIS（GEO）卫星进行了双向激光通信实验。2006年3月成功的进行了与日本地面光学站间的双向激光通信。2006年6月7日，成功地与德国宇航中心DLR的移动式光学地面站（天线口径40cm）进行了下行激光链路通信实验。这次实验验证了地面移动光学站与卫星间建立光通信网络的可行性。24243.1.2 自由空间激光通信技术欧洲欧空局（ESA）在2001年11月22日首次在国际上完成低轨卫星（SPOT4）与同步轨道卫星（ARTEMIS）间的激光通信试验，采用直接检测非相干通信技术路线，数据率为50Mb/s，验证了星间激光通信的可行性。德空局200

16、7年6月15日 发射TerraSAR-X雷达遥感卫星，星上载有相干激光通信终端，最高数据率可达5.5 Gb/s。美国国家航空航天局（NASA）的光通信演示系统OCD(Optical Communication Demonstrator)计划的目的是发展空间激光通信设备用于星地间通信。1994年，喷气推进实验室（JPL）进行了终端系统级装配与性能测试，对空间激光通信关键技术进行了实际论证。之后，利用OCD系统成熟的研究技术，为国际轨道空间站(ISS)工程研究和技术发展计划(ISSERT)研制了光通信演示和高速链路设备(OCDHRLF)。该系统的目的是在近地轨道(LEO)距离上实现国际轨道空间站与

17、地面光学站的激光通信链路。其设计数据率为2.5Gbit/s。25253.1.2 自由空间激光通信技术从国际发展现状看，卫星星间激光通信已经从试验阶段逐步转入大规模工程应用阶段，但是星地之间激光通信由于大气的影响，还存在较大的技术难度。国内在卫星激光通信方面，国内的研究相对起步较晚，但是发展很快，主要研究机构有哈尔滨工业大学、长春理工大学、中科院下属研究机构等多家单位。我国将于天链二号卫星搭载激光卫星通信有效载荷，用于星地、星间大容量通信。在地地无线激光通信方面，目前已开始工程应用，且通信速率和距离不断提高。在激光水下通信研究领域，主要研究机构有桂林电子工程学院、华中科技大学以及中国船舶下属研究

18、所等。26263.1.2 自由空间激光通信技术高精度捕获与跟踪、瞄准技术高精度捕获与跟踪、瞄准技术 大功率、高灵敏度、高速率激光收发技术大功率、高灵敏度、高速率激光收发技术 大气对激光通信影响特性研究大气对激光通信影响特性研究 光学天线技术光学天线技术 抵消空间环境对激光通信终端影响的技术抵消空间环境对激光通信终端影响的技术 星地星地星地星地激光通信技术激光通信技术激光通信技术激光通信技术v关键技术关键技术2727三、最新技术进展1光通信技术2卫星通信技术3微波通信技术4IP网络技术28283.2 卫星通信技术v 概述概述1965年4月6日，世界上第一颗商用通信卫星“晨鸟”发射升空，标志着卫星

19、通信进入了实用化阶段。此后，许多卫星通信系统纷纷建立并投入运营，上世纪70-80年代达到了鼎盛时期。80年代末、90年代以后，由于光纤通信和地面蜂窝移动通信的崛起，传统的国际、国内长途通信和陆地移动通信业务已不再属于卫星通信的主要领地。但卫星通信具有覆盖范围大和不受地形条件限制的优势，在很多场合下仍具有不可替代的作用。如应急通信，岸船通信等。29293.2 卫星通信技术v卫星通信发展的主要趋势卫星通信发展的主要趋势向高频段发展：C、X、Ku、Ka、V、激光。体制向高效化发展：节省带宽和功率，提高信号传输质量和可靠性，采用组网应用模式。地球站向小型化方向发展：随着用户终端的小型化，卫星固定通信、

20、卫星移动通信和广播通信的业务将逐步走向融合。卫星向增强处理能力方向发展：星上再生、解扩、解跳、交换等。与地面网络互相融合。30303.2 卫星通信技术Ka频段卫星通信技术频段卫星通信技术 卫星移动通信技术卫星移动通信技术 高阶调制高效编码技术高阶调制高效编码技术 相控阵天线技术相控阵天线技术 卫星卫星卫星卫星通信技术通信技术通信技术通信技术星载交换技术星载交换技术 31313.2 卫星通信技术v Ka频段卫星通信技术频段卫星通信技术特点波长短，具有更强的方向性；频带宽，上行27.5GHz-31GHz，下行17.7GHz21.2GHz，满足大容量信息传输需求；点波束覆盖，实现高密度空间分割和频率

21、复用；相同传输条件下设备体积更小；与地面微波系统干扰较小；空间环境对传输质量影响较大。关键技术Ka频段雨衰计算及抗雨衰技术：分集、功控、自适应调制编码Ka频段天线技术：馈源、高精度捕获跟踪Ka频段射频技术。32323.2 卫星通信技术v 卫星移动通信技术卫星移动通信技术分类固定卫星移动通信：使所有地球同步轨道卫星，如海事卫星通信系统，动中通；移动卫星移动通信：使用中低轨道卫星，如铱星等。难点问题卫星功率有限与移动站低天线增益之间的矛盾十分突出；电波传播情况复杂，多径效应和多普勒频移不可避免；众多用户共享有限的卫星(频率与功率)资源；移动台小型化；用户漫游。需要解决的关键技术星载多波束天线技术；

22、移动性管理技术 ；设备小型化技术。33333.2 卫星通信技术v星载交换技术星载交换技术将原来地面上的交换机、路由器等设备搬到卫星上，其优点是：避免了卫星电路的多跳；每个用户只使用一对载波（收和发）就可进行多点间的通信；收发双方可采用不同的速率，甚至不同的调制方式和多址方式。星载交换技术电路交换分组交换：现状 国内已经完成了具有小规模星上处理与交换功能的样机研制，但受星载器件水平的限制，在星上实现具有综合业务交换功能和动态拓扑条件下路由功能的交换机仍是一项需要重点攻关的关键技术。34343.2卫星通信技术v高阶调制高效编码技术高阶调制高效编码技术主要解决的问题高阶调制用来提高频带利用率，但在同

23、样误码率要求的情况下需要更高的信号功率。高效编码技术用来降低对信号功率的要求。关键技术高阶调制的信道补偿技术；高效编译码技术；低信噪比解调技术；宽带信号的自适应均衡技术。现状国外早就开展了多制式高阶调制和高效编码技术研究，进行了大量传输试验，并形成了相关技术标准，典型的有IESS、INMARSAT系列标准和欧洲的DVB系列标准。国内采用高阶调制方式的已实用化的调制解调器最高速率达到了8Mbit/s。该类型调制解调器虽然采用了8PSK调制方式，但是没有采用LDPC码、Turbo码等高效编码方式，与IESS标准规定的45Mb/s数据速率相比，传输速率明显偏低。35353.2 卫星通信技术v 相控阵

24、天线技术相控阵天线技术相控阵是相位可控阵列的简称又称为移相阵列（phased array），通过控制阵列中各辐射单元和接收单元(阵元）的馈电相位来改变天线方向图形状、进行波束扫描与跟踪。与面天线相比，其优点是：捕获目标快；跟踪精度高；体积小；易于与载体共形。需要进一步解决的技术问题方位俯仰的二维相控与载体共形技术天线性能（旁瓣，极化隔离度、增益）提高36362三、最新技术进展1光通信技术卫星通信技术微波通信技术4IP网络技术323737v 概述概述微波通信具有机动灵活、跨越地形障碍方便、可靠性高、开通撤收时间短等特点，不仅广泛应用于民用通信，而且在应急通信、军事通信等特殊领域一直发挥着重要的作

25、用。在靶场试验中，微波通信主要用于组建场区（区域）机动微波通信网。提高频谱利用率；适应复杂的电波传播环境，提高信息传输质量；提高抗侦收、抗截获、抗干扰能力；扩展频段，提高工作频率；分组化传输；宽带接入。3.3 微波通信技术38383.3 微波通信技术天线技术天线技术 多进制正交幅度调制技术多进制正交幅度调制技术 信号处理技术信号处理技术 抗侦收、抗截获、抗干扰技术抗侦收、抗截获、抗干扰技术 微波微波微波微波通信技术通信技术通信技术通信技术分组化技术分组化技术 软件无线电和认知无线电技术软件无线电和认知无线电技术 宽带无线接入技术宽带无线接入技术 39393.3 微波通信技术v天线技术天线技术智

26、能天线智能天线原理：将无线电的信号导向具体的方向，产生空间定向波束，使主波束对准用户信号到达方向，使旁瓣或零陷对准干扰信号到达方向。从而达到增加有用信号增益，减少干扰信号的效果。利用空间多址技术，可同时使用相同的频率、相同的码道，提高了信道资源的利用率。组成：天线阵+与其相连接的基带数字信号处理部分。关键技术：辨识信号的方向和数字赋形。广泛应用于移动通信系统。40403.3 微波通信技术多入多出（多入多出（MIMO)MIMO)多入多出（MIMO）实质上就是多发多收天线。在单天线情况下，多径引起的衰落被视为有害因素。但对于MIMO系统来说，多径可作为一个有利因素加以利用，变“害”为“利”。在带宽

27、不变的情况下提高无线通信系统的容量。信息流s(k)经过空时编码形成N个 信息子流ci(k)，I=1，N。这N个子流由N个天线发射出去，经空间信道后由M个接收天线接收。多天线接收机利用空时编码处理 技术分开并解码这些数据子流。这N个子流同时发送到信道，各发射信号占用同一频带，因而并未增加带宽。若各发射接收天线间的通道响应独立，则多入多出系统可以创造多个并行空间信道。通过这些并行空间信道独立地传输信息，故提高了系统容量。理论上，信道容量为单天线的min(M,N)倍。41413.3 微波通信技术空时码的主要思想是利用空间和时间上的编码实现一定的空间分集和时间分集，从而降低信道误码率。常见的空时码有空

28、时块码、空时格码。在无线宽带移动通信系统方面，第3代移动通信合作计划(3GPP)已经在标准中加入了MIMO技术相关的内容，B3G和4G的系统中也将应用MIMO技术。在无线宽带接入系统中，802.16e、802.11n和802.20等标准也采用了MIMO技术。在其他无线通信系统研究中，如超宽带(UWB)系统、感知无线电系统(CR)，都在考虑应用MIMO技术。42423.3 微波通信技术v多进制正交幅度调制技术多进制正交幅度调制技术(M-QAM)(M-QAM)16QAM、64QAM、256QAM、512QAM1024QAM相干载波恢复技术定时恢复技术全数字调制解调技术优点：频谱利用率高。缺点：解调

29、门限高。1024 QAM43433.3 微波通信技术v 信号处理技术信号处理技术预失真线性化处理技术功率放大器的线性化提高功放的效率和可靠性，降低功耗自适应时域均衡技术前馈横向均衡器和判决反馈均衡器联合构建二维全时域均衡器多载波并联传输技术对抗频率选择性衰落高速率信息分解为多路低速率信息正交频分复用（OFDM）纠错编译码技术线性分组码、卷积码TurboLDPC44443.3 微波通信技术v 抗侦收、抗截获、抗干扰技术抗侦收、抗截获、抗干扰技术扩频技术直接序列扩频：与伪随机序列相乘跳频：按照伪随机序列在频带内离散跳变难点：高信息速率情况下的扩频自适应技术功率控制：通过反馈保持发信机的低功率频率控

30、制：根据收信质量按规则变化频率调零天线：根据信号变化调整天线波束零点难点：控制算法及实现45453.3 微波通信技术v分组化技术分组化技术微波设备完成二三层信息交换 交换、路由和微波传输一体化 微波设备以太网数据传输 传送功能现有现有未来未来v宽带无线接入技术宽带无线接入技术无线城域网（WiMAX）基于IEEE 802.16采用TDD、OFDM等技术最大覆盖范围50km最大传输速率75Mbit/s46463.3 微波通信技术v 软件无线电和认知无线电技术软件无线电和认知无线电技术软件无线电是指采用固定不变的硬件平台，通过软件重构（升级）来实现灵活多变的通信体制和通信功能的无线电系统。软件无线电

31、硬件平台的特点是通用化、标准化、模块化，以及对信号波形的广泛适应性。认知无线电是一种具有频谱感知能力的智能化软件无线电，它自动感知周围的频谱、噪声、自然干扰、人为干扰等电磁环境状况，实时分析信道特性，识别干扰威胁等级，并通过通信协议和算法，实时调整通信双方的通信频率、发射功率、调制方式、编码体制等参数，使通信系统的无线电参数不仅与规则相适应，而且能与所处的环境相匹配，从而通信系统达到无论何时何地都具有高可靠性、高频谱利用率。软件无线电技术和认知无线电技术在提高无线通信系统的适应性、解决诸多通信体制兼容性和异构网之间的互联互通等问题方面发挥十分重要作用，被誉为信息领域的第三次变革，在军事领域和民

32、用领域具有很好的发展前景。4747三、最新技术进展1光通信技术卫星通信技术微波通信技术IP网络技术22 4348483.4 IP网络技术v 概述概述技术优势 IP网络技术是采用动态时分复用和自动寻址相结合的技术，是目前主流的业务承载技术。采用动态时分复用和自动寻址相结合的技术有多种，为什么只有IP网络技术成为了主流的业务承载技术了呢？这主要是因为IP网络技术还具有以下优势：面向无连接。支持IP的传送技术和基于IP的应用丰富。IP产品种类齐全、市场化程度高，性价比高。目前还存在的不足传输实时性、可靠性为薄弱环节。网络业务安全性和网络管理能力不足。今后的发展方向高宽带、大容量。提高传输实时性、可靠

33、性。实现可管理。49493.4 IP网络技术虚拟专用网（虚拟专用网（VPN)技术技术 IPv6技术技术 多协议标记交换（多协议标记交换（MPLS）技术）技术 电信级电信级IP网络技术网络技术 IPIP网络技术网络技术网络技术网络技术网络流量监测技术网络流量监测技术 服务质量保证（服务质量保证（QoS）技术）技术 空天地网络一体化技术空天地网络一体化技术 50503.4 IP网络技术v IPv6IPv6技术技术相比IPv4的改进扩展了寻址能力。地址自动配置。认证和加密能力增强。报头格式简化和对可选项支持的改进QoS功能增强。支持未来协议扩展。IPv4IPv6过渡机制 双协议栈模式。隧道/封装模式

34、。网络地址转换/协议转换模式。推进中的问题 双协议栈模式下上层协议调整。与OSI安全模式存在的统一方式。在窄带无线通信网络中的改进。51513.4 IP网络技术v 电信级电信级IPIP网络技术网络技术满足电信运营商要求的技术和质量等级电信级服务质量高稳定性和高可靠性（传统电信级业务要求 99.999%的可靠性）。软件有健壮性和防病毒能力。电信级运营管理能力所有设备可管理。具有完善的配置管理、性能管理、安全管理、故障管理等功能。面向用户的管理、认证、计费等功能，实现区别化服务。电信级的网络架构和可扩展性开放式、可扩展。电信级的业务安全提供端到端服务的安全性。52523.4 IP网络技术关键技术电

35、信级QoS保证技术全网的QoS解决方案基于资源隔离和业务请求的IP QoS框架方法将信令、区分服务、MPLS、TE和策略控制相结合电信级安全架构将互联网业务和电信级业务作为两大业务区别对待。在承载网中通过MPLS的标记交换路径（LSP）隔离传送，并利用信令机制建立端到端之间的连接，使IP网络变成一个面向连接的安全网络。通过在边缘设备上实施流分类技术，识别出不同的电信级业务流和互联网业务流。通过在接入和边缘设备实施针对业务流的带宽管理机制，隔离和控制不同业务的资源使用，有效地防止业务盗用和恶意攻击，从而保证电信业务在IP承载网上的安全。53533.4 IP网络技术电信级可靠性保证技术采用双平面架

36、构来提高网络可靠性。采用MPLS快速重路由(FRR)技术来实现链路的快速保护机制。理论上切换时间小于 50 ms 。提高路由器可靠性。一方面可以对路由器在框架系统设计、元器件可靠性、备份电源、备份电风扇等方面不断进行改善，降低故障率和缩短故障修复时间。同时也可以从路由器的工作机制来提高路由器在业务转发时的可靠性，如平稳重启技术(graceful restart)和不间断路由技术(NSR)。电信级网络管理技术现有的IP网络管理系统的功能对于电信级IP承载网的要求还存在较大差距。ITU-U已经提出了可管理的 IP 网络框架(MAN-NGN)，需要有一个端到端的、统一的QoS管理平台。还有许多需要进

37、一步研究的地方。54543.4 IP网络技术v 服务质量保证（服务质量保证（QoSQoS）技术）技术综合服务模型（IntServ）基于资源预留在传输数据前建立通道和预留资源（RSVP）提供有绝对保证的QoS扩展性不好、对路由器实现要求高区分服务模型(DiffServ)基于优先级在网络边界对数据流分类，内部转发进行区分扩展性较好、便于实现不同运营商网络间服务质量参数的协商和调整较难E-LSP和MPLS流量工程（MPLS TE）通过MPLS标签中的EXP字段来标记业务的优先级通过RSVP-TE作为信令为一类业务端到端预留一个大粒度带宽DS-TE 能够实现在MPLS-TE隧道中细分不同服务等级，提供

38、更为灵活的QoS保证。55553.4 IP网络技术v MPLSMPLS技术技术位于网络层和链路层之间的技术网络层数据包附加标记链路层将标记作为净荷透明传送相同处理的IP包分配特点的转发等价类相比传统IP技术的优势减少网络核心设备的处理负担LSR只需按照标记进行转发便于实施流量工程精确指定数据包的传输路径独特的QoS保障机制与DiffServ和IntServ结合高安全性LPS与FR和ATM中虚通道技术相似的安全性基于MPLS技术的VPN可集成IP Sec加密56563.4 IP网络技术v 虚拟专用网（虚拟专用网（VPN)VPN)技术技术概念通过公用的IP网络建立专用数据传输通道，将需要组成专用网

39、的分散在异地的多个用户网络和/用户终端连接起来的网络。由于这些专用数据传输通道是在IP网络上虚拟出来的，是“欺骗”用户的而不是真实存在。故称之为虚拟专用网。通过隧道机制实现，即将用户的所有协议数据包，用公用网络的协议数据包进行二次封装，保证用户的协议数据包透明穿过公用网络，其目的是要保证用户的封装方式及使用的地址与共享网络的封装方式及使用编址无关。用户的协议数据包被当做公用网络协议数据包的净荷数据，公用网络内部不对其做任何改变，也不依靠其进行路由选择。这相当于在公用网中为用户建立了一条专用的封闭通道。隧道之名由此而来。虚拟专用网的实质上是对专用网通信的仿真。除了隧道协议外，其逻辑结构（如编址、

40、拓扑、连通性、可达性和接入控制等）都与使用专用设施的传统专用网部分或全部相同。57573.4 IP网络技术v 虚拟专用网（虚拟专用网（VPN)VPN)技术技术封装协议封装用户链路层协议数据包的有：L2TP（二层隧道协议）PPTP（点到点隧道协议）L2F（二层转发协议）。封装用户IP包的有：GRE（通用路由协议封装）ISsec的AH（验证头）和ESP（封装安全性有效负载）MPLS(可封装多种协议，但目前以封装IP包为主）封装用户高层协议数据包的有：SOCKS v5协议 SSL（安全套接字）58583.4 IP网络技术v 虚拟专用网（虚拟专用网（VPN)VPN)技术技术目前主流VPN技术IP se

41、c VPNIPSec是一个提供了维护数据完整性、认证和IP隐私机制的协议族，面向IPv6网络并可同时应用于IPv4网络当中。这种协议受到了VPN供应商的高度支持，并成为目前最主流的VPN基础技术。MPLS VPNMPLS VPN是一种基于MPLS（多协议标签交换）网络的VPN架构。自2001年IETF公布了MPLS标准之后，该协议被公认为下一代网络的基础协议。与基于IPSec的VPN不同，MPLS为VPN提供的通信隧道是通过LSP（标签交换路径）实现的。这种方式使路由转发和数据传输分离，实现了灵活的第三层路由功能和高效的第二层数据转发，也使得MPLS VPN可以提供高质量的传输服务。MPLS

42、VPN的网管问题和组播问题至今没有解决好。59593.4 IP网络技术v 虚拟专用网（虚拟专用网（VPN)VPN)技术技术目前主流VPN技术SSL VPNSSL VPN是一种顺应Web应用发展所产生的VPN架构。它工作于应用层，简单易用。但正是由于作用于应用层，所以并不能象IPSec VPN那样针对所有应用起效，每个厂商的解决方案支持的应用种类都各不相同。基于SSL的VPN最大的优势是对Web应用的支持，基于L2TP的VPN在L2TP VPN中，用户端的感觉就像是利用PPP协议直接接到了企业总部的PPP端接设备上一样，其地址分配可以由企业通过DHCP来分配，认证方式可以沿用 PPP一直沿用的各

43、种认证方式，并且L2TP是IETF定义的，其MIB库也将定义出来从而可以实现全局的网络管理。60603.4 IP网络技术v 网络流量监测技术网络流量监测技术为什么要进行网络流量监测？网络流量超出网络负荷能力导致的网络拥塞对网络性能的影响巨大，实时监测网络流量是及时发现网络拥塞苗头，以便采取相应措施避免网络拥塞的重要手段。目前使用的网络流量监测技术基于流量镜像协议分析的监测技术把网络设备的某个端口（链路）流量镜像给协议分析仪，通过7层协议解码对网络流量进行监测。协议分析是网络测试的最基本手段，特别适合网络故障分析。缺点是流量镜像（在线TAP）协议分析方式只针对单条链路，不适合全网监测。基于硬件探

44、针的监测技术硬件探针是一种用来获取网络流量的硬件设备，使用时将它串接在需要捕捉流量的链路中，通过分流链路上的数字信号而获取流量信息。一个硬件探针监视一个子网(通常是一条链路)的流量信息。对于全网流量的监测需要采用分布式方案，在每条链路部署一个探针，再通过后台服务器和数据库，收集所有探针的数据，做全网的流量分析和长期报告。其最大的特点是能够提供丰富的从物理层到应用层的详细信息。但是硬件探针的监测方式受限于探针的接口速率，而且探针方式重点是单条链路的流量分析。61613.4 IP网络技术基于简单网络管理协议(SNMP)的监测技术 基于SNMP的流量信息采集，实质上是测试仪表通过提取网络设备Agen

45、t提供的MIB（管理对象信息库）中收集一些具体设备及流量信息有关的变量。基于SNMP收集的网络流量信息包括：输入字节数、输入非广播包数、输入广播包数、输入包丢弃数、输入包错误数、输入未知协议包数、输出字节数、输出非广播包数、输出广播包数、输出包丢弃数、输出包错误数、输出队长等。基于SNMP的流量监测技术受到设备厂家的广泛支持，使用方便，缺点是信息不够丰富和准确，分析集中在网络的2、3层的信息和设备的消息。如果单纯采用SNMP做长期的、大型的网络流量监控，在测试仪表的基础上，需要使用后台数据库。基于远程网络监控（RMON）的监测技术在网络中部分重点业务接入点（POP）加装远程监控（RMON）探针

46、的方式，利用RMON I/协议对网络中部分端口进行网络流量和上层业务流量的监视和采集。利用RMON探针对运营商网络进行流量和流向管理可以部分弥补SNMP的技术局限性，其业务分析和协议分析功能较强。但是，采用RMON探针建设的流量监测系统也有处理性能不足和难以在大型网络普遍部署的局限性。62623.4 IP网络技术 基于专用流量采集协议的监测技术为克服现有网管系统对网络流量和流向分析功能的技术局限性，迫切需要寻找一种功能丰富、成熟稳定的新技术，对现有管理系统中流量信息的采集和分析方式进行改造和升级。于是出现了专门用于流量监测的协议。主要有以下几种：63633.4 IP网络技术Netflow流量信

47、息采集是基于网络设备（Cisco）提供的Netflow机制实现的网络流量信息采集。Netflow为Cisco之专属协议，已经标准化，并且Juniper、extreme、华为等厂家也逐渐支持，Netflow由路由器、交换机自身对网络流量进行统计，并且把结果发送到第3方流量报告生成器和长期数据库。一旦收集到路由器、交换机上的详细流量数据后，便可为网络流量统计、网络使用量计价、网络规划、病毒流量分析，网络监测等应用提供计数根据。同时，Netflow也提供针对QoS（Quality of Service）的测量基准，能够捕捉到每笔数据流的流量分类或优先性特性，而能够进一步根据QoS进行分级收费。与其他

48、的方式相比，基于Netflow的流量监测技术属于中央部署级方案，部署简单、升级方便，重点是全网流量的采集，而不是某条具体链路；Netflow流量信息采集效率高，网络规模越大，成本越低，拥有很好的性价比和投资回报。缺点是没有分析网络物理层和数据链路层信息，实时性较差，一般为分钟量级。基于专用流量采集协议的流量监测是流量监测技术的发展方向。64643.4 IP网络技术v空天地一体化网络技术空天地一体化网络技术空天地一体化的含义不仅覆盖地面上的用户，也覆盖航空器和航天器上的用户，三者之间可以互通；路由器和交换机等网络设备不仅部署在地面，也部署在航空器和航天器上，三者可互连成一个网络；网络接口和协议尽

49、可能统一，以减少接口转换和协议转换的次数。空间通信与地面通信的差异信号延迟大；误码率高；突发错误多；多普勒效应；造价昂贵。65653.4 IP网络技术研究现状1998年，美国启动了星际互联网（IPN）项目的研究，将地面互联网延伸到空间，主要研究地球以外使用互联网实现端到端通信的方案。2002年，美国航空航天局开始涉入该项研究。目前已完成相关体系结构数据格式的初步定义，进行了系统仿真、地面试验及飞行搭载试验，形成了相关互联网工程任务组(IETF)协议草案。自1982年以来，由美国航空航天局(NASA)、欧洲空间局(ESA)等欧美空间机构组成的空间数据系统咨询委员会(CCSDS)一直致力于研究天地

50、各通信网络协议的统一与推广，其制定的协议标准(CCSDS建议)有很多已成为国际标准化组织(ISO)的正式标准，被广泛应用于国际空间项目中。CCSDS基于TCP/IP提出了空间通信协议规范(SCPS)，二者的比较如下：66663.4 IP网络技术67673.4 IP网络技术我国也进行了一些初步研究。2006年，沈荣骏院士发表了我国天地一体化航天互联网构想 一文，标志着我国开始关注这一问题。下一步需要研究解决的问题体系结构网络协议网络管理网络安全防护技术6868四、应用展望1传送网的跨场区带宽资源不足的问题3业务、业务承载和传送三者结合过于紧密的问题2业务承载网不统一且技术相对落后的问题4业务系统