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社区宽带综合业务网络的演进

吴志美 中国科学院软件研究所 北京 100080

The Evolution of the Community Network with Integrated Services
Wu ZhiMei
Institute of Software, Chinese Academy of Sciences Beijing 100080

Abstract: The technical progress and application extend of Community Network with Integrated Services are introduced in this paper. Some question is discussed, that is abort how to set up and run the Customer Premises Network.

Key words: community network with integrated services; customer premises network; network introject

摘要 本文介绍社区宽带综合业务网络技术方面进步和应用范围的开拓，讨论用户驻地网建设和运营面临的问题。

关键字 社区宽带综合业务驻地网，网络融合

1. 社区宽带综合业务网简介
社区宽带综合业务网属于用户驻地网的范畴，位于互联网层次结构的底层。在居住密集的楼宇社区，采用光纤到大楼，5类线到家庭的网络连线方式，在居住分散的别墅社区，采用光纤到家庭的方式或者宽带无线传输的方式。在TCP/IP协议的基础上，实现多播协议和质量保证体系，它在一个物理网络上，实现常规电话网、数字电视网、计算机网的基本业务，把传统的Internet业务、IP电话业务和数字电视等业务融为一体，为家庭用户同时提供数字电视、视频点播、IP电话、计算机上网、安全监控等各种服务，其服务质量与常规专业网络服务质量在同一水平，实现了无线局域网形态下的无线设备与固定网中设备的互连互通。驻地网络具有面向服务的体系结构，依据驻地居民的实际需求增加新的业务。该系统改变了各种服务独立建网运行的模式，用一个网络支持多种业务，构架简单、维护管理高度智能化，操作简便，运行和维护成本低廉。
用户驻地网络系统包括卫星数字电视接收服务器、视频服务器、VOD服务器、现场直播服务器、视频会议服务器、计费服务器、网络管理服务器、宽带接入交换设备、家庭网关设备、电话网关设备、无线网关设备、计算机、电视机、以及IP电话机。（如图1所示）。
图1 社区宽带综合业务网系统

用户驻地网络的物理形态很像传统的局部网，在网络实际内容方面，用户驻地网络与传统局部网有本质性差别，可以认为用户驻地网络是在传统局部网基础上发展起来的新一代网络。社区宽带综合业务网络系统采用流量规划和准入控制技术解决了的拥塞控制问题，实时校正系统中关键设备的时钟，实现了系统中的网同步，采用流分类和流整型使得流媒体的服务质量与专业网络中的服务质量在同一个水平上，采用交换结构和非对称VLAN相结合的技术，实现了用户间的信息隔离，实现了视频组播使用户数不受限制，灵活的网络计费策略和网络管理使得系统易于运行维护，实现了无线局域网环境下的终端与固定网中设备的互连互通，实现了与公共电话网、卫星数字电视广播网、互联网的无缝连接。2005年春天通过鉴定，系统已经达到可实用的成熟度。

2. 社区宽带综合业务网技术发展
鉴定会以后，研究工作的目标是把可实用的系统演变成好用系统，并寻求机会把研究成果推向实际应用。
2.1 研制第二代家庭网关，降低系统建设成本
社区宽带综合业务网络系统中，家庭网关的造价占据全系统造价的50%以上，现在已经研制开发出在PC机通过软件实现的家庭网关，这个软件和微型PC主板相结合，借用电视机为显示屏，把电视机、计算机和家庭网关集成在一个设备上。对于已有计算机的家庭，可以从网上下载一个软件形成自己的家庭网关，对于没有计算机的家庭，可以买一个集成设备，兼计算机的功能。
2.2 改善服务器的性能，降低系统维护成本
2005年鉴定时社区宽带综合业务网络系统中，交换机和家庭网关支持在运行过程中掉电后重新供电时自动恢复以前的工作。现在视频服务器、VOD服务器、计费服务器、网络管理服务器也都支持在运行过程中掉电后重新供电时自动恢复以前的工作。这样的系统降低的网络维护的复杂度，降低了网络运行维护的成本。
2.3 与P2P技术相结合，扩大服务的地理范围
社区宽带综合业务网属于用户驻地网的范畴，在它的辖域内可以提供很好的服务，当这些服务跨越城域网或更大地理范围时，由于中途的路由器和交换机不正常流媒体的质量保证机制，系统服务质量会出现问题。社区宽带综合业务网中的服务提供者向互联网中大量用户提供服务时，出口带宽可能成为瓶颈。采用互联网中最新发展出来的P2P技术社区宽带综合业务网中的视频服务器承担转发器的角色，在牺牲少量时延的前提下，可以实现互联网范围的视频服务。社区宽带综合业务网中的服务提供者将一份服务内容分成若干片段发送到互联网上，在网络中资源管理器的协调下，各个用户互相转发已获得的内容片段，最后所有用户都得到完整的服务内容（如图2所示）。在下一代互联网中，路由器和交换机将支持流媒体的多播和质量保证机制，会比现在使用的P2P技术的时延更小，下一代互联网的广泛使用还有待时日，采用P2P技术是一个现实的解决办法。

图2 社区宽带综合业务穿越互联网

2.4 发展家庭网络和个人网络，增加服务的内容
在第二代家庭网关的基础上增加无线传感器的接口，可以实现水表、电表、煤气表的抄送，以及灯光、窗帘、背景音乐的控制，把家庭网络与社区网络连接在一起。将来可以把测量人体温度、脉搏的微型传感器信号送到家庭网关上，用于为医院病人、社区老人提供救助。
2.5 裁减系统，使之适应各种应用场合
社区宽带综合业务网具有面向服务的体系结构，可以依据实际应用的需要增加或减少某些功能，例如选择视频服务器、监控服务器、交换机、网关、电视机、监控前端、追加GPS接收模块，构成一个移动列车网络系统（如图3所示）。再如选择监控服务器、交换机、网关、监控前端，构成一个连锁店网络监控系统系统（如图4所示）。

图3 移动列车综合网络系统

图4 连锁店监控网络系统

3． 推广应用中的问题
在自然界的发展历程中，各类物种繁衍生息，物竞天择，优生劣汰，庞然大物的恐龙不能适应环境的变化而消失。在信息技术领域中，当一种技术的功能被另一种技术的功能全覆盖，而它的成本又失去竞争能力，在正常情况下它将退出历史舞台，电报网被传真网取代就是一个例子。
在通信领域，制约发展的主要因素不是技术障碍，而是来源于经济、政治和法律。例如把IP电话看成是垄断经营的电话业务还是看成是开发经营的计算机增值业务，在美国也是经过争论的，最后把IP电话看成开放业务，其结果是原来的电话公司破产，成千家的IP电话公司开始新的竞争，使得国际长途电话每分钟的费用从1美元降至2美分对于这样的事实，站在不同的立场会有完全不同的评价。我们国家的IP电话业务经过几年的争论，现在是一个半开放的业务，或者说是几家特许经营的业务，国际长途电话每分钟的费用从十几元人民币降至几元人民币。随着互联网的普及，不经过传统公共电话网的纯IP电话正在逐步扩展，IP电话蚕食并最终取代传统电话是必然的趋势。IP电视是垄断经营的特许业务还是开放业务的争论刚刚开始，经管这场争论会走过怎样的历程现在还难以预料，但是网络业务走向融合，运营方式走向开放的大趋势是不会改变的。在农业社会里，农业生产和消费是开放的，盐和铁的生产是专营的。在工业化社会里，工业产品的生产和消费是开放的，电话和电视等信息服务是专营的。在信息化社会里，信息的生产、传输、管理和消费是人类的主要活动，有关信息的业务是充分开放的。在20世纪60年代到70年代，我们国家是典型农业社会，1958年全国农村公社化后，每一个生产队种几亩水稻、几亩小麦，何时种、何时收、如何种、如何收都有规定，形成国家对农业生产的垄断，在当时有很多理由支持这种观点，形成全国性的思潮，有水、肥、土、种、密、保、工、管八字方针保驾护航，20年时间使得农业生产走到破产的境地。安徽18户农民冒死分田到户，使得生产者有权决定他们的生产行为，改变了生产管理方式，提高了社会生产率。在信息社会里，对信息的生产、传输和消费垄断经营将会阻碍社会生产力的发展。
二○○一年六月一日信息产业部下发“关于开放用户驻地网运营市场试点工作的通知”，在北京、上海、广州、深圳、济南、青岛、武汉、南京、杭州、宁波、厦门、重庆、成都等13个城市，组织进行宽带用户驻地网运营市场开放、管理试点工作。经过几年的试验，走过坎坷的历程，取得了很多的进步。政策制定者和运营商对一些基本的原则获得了一致的认识，例如用户驻地网开放运营，运营商公平接入，用户可以自由选择服务。对一些实际问题的有较深入的理解，例如用户驻地网路管线等基础设施由开发商负责建设，产权归驻地居民所有，比较容易实现驻地网与其他网络运营商公平接入。在宽带用户驻地网与接入网的互连互通，资费及网间结算方面积累了经验。在十一五规划中提出加强宽带通信网、数字电视网和下一代互联网等信息基础设施建设，推进三网融合。这表明发展的方向和原则已经明确。
把方向和原则落实到社会实践中还存在一些问题有待解决。国家对用户驻地网运营实行许可证制度，许可证的发放由各省、直辖市电信主管部门审批，实际上是一种半开放的体制，普通民营企业很难跃过门拦，并没有获得平等的机会进入用户驻地网的服务。在用户驻地网业务方面，过去的试验主要针对多个电信运营商的服务问题，涉及广电的视频业务融合问题刚刚开始，也许还要走一段曲折的路程。驻地网基础设施由开发商负责建设，产权归驻地居民所有，这件事的落实也非常不容易。在信息化社会的大门敞开的时候，我们发现在工业社会建立起来的规则阻碍我们前进，体制和运营模式的变革是势在必行的事。
二十一世纪是人类有史以来信息领域发展最快的阶段，光纤和光波分复用技术、大规模集成芯片和高速交换机使得通信基础设施的能力大幅度提高，嵌入式操作系统、高性能的通信协议和信号处理技术使得通信设备的价格大幅度跌落，为人类进入信息化社会创造了条件。
我国是一个人口居住密集的国家，社区居民多数住在楼宇中，而西方发达国家中产阶级居民多数分散居住在单独住宅。在居民楼环境下实现宽带到户比分散居住环境下实现宽带到户要容易得多。在楼宇环境中建设一个局域网的代价由十几个家庭到几十个家庭来承担，在分散居住环境下建设一个局域网的代价由一个家庭来承担。这种密集居住的客观环境，为实现我们国家实现社区信息化营造了巨大的优势。我国是一个迅速崛起的发展中国家，人民有急切改变现状的热情和更高的物质文化方面的追求。全球性的信息领域大变革将给我们国家带来一个千载难逢的机遇，使我国信息化应用有机会走到世界的前列。

参考文献
1. 中国科协广东省信息化调研专家组，“广东省信息化调研报告”，2004年
2. 吴志美，张换强，王军，“社区网络与宽带接入”,软件学报，2003年vol.14
3. 石志强, 吴志美, “互联网中的服务质量保证”, 通信学报, 2004年4月, No.4A, Vol.25, P54
4. Zhang HuanQiang, Liu Yang, Wu ZhiMei, Network Traffic Prediction Based on Traffic Continuity, IEEE 5th International Conference on Advanced Communication Technology(ICACT2003), Jan 20-22, 2003, PHOENIX PARK, Republic of Korea
5. Wang Jun,Sun Limin,Jiang Xiu, Wu ZhiMei, “IGMP Snooping:A VILAN－Based Multicast Protocol”, 5th IEEE Conference on High Speed Networks and Multimedia Communications, July 3-5,2002, Jeju Island,Korea.

吴志美 男，1942年12月出生。中国科学院软件研究所首席研究员，主要研究领域是计算机网络和多媒体通信。