关注NGN的两大走向：网络融合和机对机应用

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关注NGN的两大走向：网络融合和机对机应用
Two Trends of NGN: Network Convergence and M2M Application
雷震洲  

摘要：文章提醒读者对NGN未来发展的两大走向：网络融合和机对机应用加以注意。对于网络融合，文章认为：融合不仅仅体现于技术方面，还涉及业务的融合、管理的融合、运营的融合和管制的融合，将是一个长期的过程，设备供应商和业务提供商可先把注意力集中在特定市场的特定融合需求上，在战术上采用能够满足这些需求的技术，从战略上则需要有一个高度灵活的通用平台以适应新出现的各种要求。对于机对机应用，文章认为：随着射频标识(RFID)技术和传感器等的大量使用以及网格计算等高级应用的推广，处于早期阶段的机对机应用将逐渐趋于成熟。在未来某一天，由机器产生的信息流量必将超过人-机应用和人-人应用产生的流量，占据全部流量的绝大部分，应当予以高度关注。

关键词：下一代网络；发展方向；融合；机对机应用

Abstract: Two trends of Next Generation Network (NGN) should be paid attention: network convergence and Machine-to-Machine (M2M) application. The article thinks that network convergence would not only be implemented at the technical side, but also occur in service, management, operation and control. Its implementation still has a long way to go. Equipment vendors and service providers may first focus on some special requirements on convergence on some special markets. Tactically, they may adopt relevant technologies to meet these requirements. However, they strategically require a highly flexible general platform to meet diversified emerging demands. The article also thinks that M2M application would go mature along with the mass application of RFID (Radio Frequency Identification)and sensors and popularization of advanced applications such as grid computing. The M2M traffic will definitely go beyond the Person-to-Machine and Person-to-Person traffic on some day and become the most part of the whole traffic in the future. Therefore, it deserves great attention.

Key words:NGN; trend; convergence; M2M application



    下一代网络(NGN)的标准制订和研发工作已经取得了较大进展。对NGN的未来发展，有两大走向，融合和机对机应用,需要加以注意。


1 网络融合
    目前，国际上融合成为电信业的主旋律。技术趋于融合，网络趋于融合，业务趋于融合。


    自2004年开始特别强调固定网与移动网的融合。融合可以充分利用网络资源，降低运营成本，增强竞争力；融合可以向用户提供各种形式的业务和一站式的服务，使用户不论在固定环境中，还是在移动环境中都能享受到相同的服务；融合还给运营商带来增加收入的机遇，减少引入新业务的风险，尤其适合全业务的经营。美国的电信巨头AT&T自1984年被拆分成1家长途电话公司和7家地区贝尔公司以来，经过了20年的风风雨雨，现在又被融合的浪潮卷了回来，2005年1月31日AT&T与美国本地电话公司西南贝尔达成协议，以160亿美元被西南贝尔收购，重新形成了一个集长途、本地和移动于一身的全业务电信巨头。


    其实，融合的想法早在上世纪90年代中后期就已提出，先是三网融合，后是固定网与移动网的融合(FMC)。2000年，笔者曾著文写道：“为了实现真正的个人通信，使用户不论在固定环境中，还是在移动环境中都能享受到相同的服务，获得相同的应用，固定通信网与移动通信网也将走向综合，融为一体。固定网与移动网的融合应从核心网开始，逐渐扩展到边缘，把各种速率的数据流通过接入节点提供给用户，从而把固定网与移动网的功能通过IP这一粘合剂融合在一起。”


    当时由于技术和标准不具备、市场不明朗以及后来的网络泡沫等原因，固定网与移动网的融合并没有真正搞起来。然而，2004年在国际上FMC成为NGN的研究重点，提出了基于IP多媒体子系统(IMS)实现FMC的NGN架构。ITU-T、ETSI等组织都把FMC放在了NGN标准化工作的核心位置。之后短短几个月时间内，IMS就取得了很大进展，标准化工作迅速推进，设备商、运营商相继宣布基于IMS的策略。2004年NTT 、英国电信、韩国电信、巴西电信等运营商成立“FMC联盟”，旨在推广固定电话与移动通信的联合经营模式。2005年2月在法国嘎纳举行的3GSM大会上，IMS成为最引人注目的一个话题。


    所谓基于IMS的NGN架构是对3GPP规范中的IMS特性进行修订补充，使其成为基于会话启动协议(SIP)的通用平台，可以同时支持固定和移动的多种接入方式(如WiMAX、WiFi、3G、FTTx等)，实现固定网与移动网的融合。IMS定义了3层结构(如图1所示)，控制层基于SIP，与下面的传送层和上面的业务层之间具有开放的接口，允许运营商采用单一的核心网，横跨固定网与移动网提供VoIP、多媒体消息等基于SIP的业务。IMS符合NGN把呼叫控制与传送分离的要求，是软交换的延伸，在软交换的基础上对控制功能作进一步分离。目的是形成一个更加高度灵活的通信平台，不仅可以实现人到内容(客户机/服务器)多媒体通信，而且还可以实现人到人(端到端)的IP多媒体通信，如图2所示。FMC把有线和无线的技术与业务集成在一起，形成一个单一的网络基础(见图3)，这使电信运营商可以利用所有各种类型的业务来吸引其全部潜在用户。实现FMC后，固网运营商不再受限于陆地固定网，而移动运营商将能够使用最可靠的网络资源去满足移动用户日益增长的需求。






  基于IMS的FMC在经历一度被质疑之后，现在得到越来越多的认同，尤其是得到固网运营商的认同。网络分层原则的普遍被接受以及ITU对IMS的接纳是一个关键的转折点。现在业界普遍认为它是未来核心网的发展方向。国外有一家公司做过一次调查，在109个被调查对象中，60.6%认为在未来5年中主要出现的情景将是FMC，大多数用户将拥有1部多模电话机，并通过最适合的网络(可以是固定网，也可以是无线网)来进行呼叫；25.7%认为主要出现的情景将是移动替代，大多数电话使用移动手机或类似终端通过移动网进行呼叫，固定网将主要用于宽带、娱乐和数据业务；还有13.8%认为情况将维持不变，即固定电话走固定网，移动电话走移动网。


    FMC之所以得到认同，本文认为主要因为IMS兼有两个基本点：一是技术融合的会聚点——IP；另一是业务融合的会聚点——多媒体。21世纪将是以信息为核心的时代。在这个时代中，基于IP的信息网络化是发展大趋势，因为全世界的服务器和数据库90%以上都挂在基于以太网和TCP/IP的局域网或校园网上，每一个新的局域网也都使用某种形式的以太网和TCP/IP 。现实与趋势表明以IP为代表的数据业务不仅会超过话音业务，而且仍将继续高速增长。因此，IP虽然不是最理想的技术，但在可预见的将来它却是最适合网络环境的技术。技术融合的会聚点必然是IP。多媒体是下一代服务的主要特征之一。把声、像、图、文同步集成在一起的多媒体是最适合21世纪的信息形式，也是人类最乐意接受的信息形式。多媒体通信现已成为各国信息基础设施的重要组成部分。业务融合的会聚点必然是多媒体，它一定会在生产、管理、教育、科研、医疗、娱乐等领域得到越来越多的应用，成为一个可持续发展的增长点。


    虽然2005年融合的号角再次响起，阿尔卡特、爱立信、朗讯、西门子等著名设备厂商已经着手积极推动网络融合技术，英国电信、法国电信、NTT、Sprint等运营商也对基于IMS的融合网表现出极大的热情并为下一步的融合进行准备，但从目前来看，2006年—2007年将是FMC技术和业务发展的关键时期。FMC从理论走向实践的整个过渡时期也许要10年以上。在核心网，固定技术与移动技术的界线有人估计大约在2010年—2012年期间被打破，主要表现为向全IP网过渡。在全IP网中，固定网和移动网边界上的核心子系统均相同，而接入网即便在网络核心实现FMC之后仍可能包括多种技术，因为接入网是一个技术多变的领域，但设备供应商之间的竞争以及新老业务提供商之间的竞争将推动接入网的FMC。


    目前设备制造商与电信运营商对IMS都非常热心。实现IMS一方面是运营商为提供下一代服务在基础设施方面的一个战略步骤，另一方面又为设备供应商带来新的创收机会。芬兰运营商Ericsson AB公司的IMS技术现被大约25家运营商用来做试验。Nokia公司与TeliaSonera AB公司正在合作开发基于IMS的业务和网络解决方案。西门子的IMS系统被法国电信用来在其英国子公司Orange的网上进行试验。朗讯则与日本ISP公司eAccess合作开发基于IMS的业务。Nortel网络公司与Motorola、IBM等公司组成团队提供整套的IMS硬件和软件产品。Alcatel的IMS设备将提供美国T-Mobile公司使用。世界上的主要运营商几乎都把IMS系统看作生成和控制高价值实时IP应用(如会议电视、彩信、多玩家游戏和VoIP等)的重要设备。国外某些传统运营商正在推出一些初期的融合业务。例如，英国电信(BT)计划2005年春天推出名叫Bluephone的融合业务，将使用蓝牙/蜂窝融合话机，在室内使用BT的网络，在室外使用Vodafone的网络，室内、外呼叫无缝切换，蓝牙通信范围为25 m，速率700 kb/s，2005年底或2006年初，将转为采用WiFi技术。法国电信为企业用户提供名叫Business Everywhere的业务，使用一种软件接口，用户可以通过通用分组无线业务(GPRS)、WiFi、数字用户线(DSL)或者电路交换线路乃至今后的UMTS连接到公司的虚拟专用网(VPN)。美国Verizon公司推出的Verizon One/Verizon Iobi业务，在固网、移动电话和PC之间进行统一传信和呼叫管理，可以在任何时间把E-mail、话音邮件、短消息业务(SMS)直接传到用户想要传的设备上。
IMS虽然现在被看好，但是仍有许多不确定性，因为实现基于IMS的FMC不仅仅是技术问题，它涉及网络的融合、业务的融合、管理的融合、运营的融合和管制的融合，面临一系列的挑战，现在很难精确预测它的具体进程。


    向FMC过渡肯定是一个长期的过程，设备供应商和业务提供商首先必须把注意力集中在特定市场的特定融合需求上，在战术上采用能够满足这些需求的技术，从战略上则需要有一个高度灵活的通用平台，能够适应新出现的各种要求。


2 机对机应用
    下一代服务的另一特征是无所不在。无所不在的服务意指要把通信服务的对象从人扩展到任何一件东西。届时，网络技术无所不在，计算机和通信设备将遍布所有地方，甚至你在散步时，身上就有一个“人体域网”(BAN)。通信方式不仅是人与人之间，而且还包括人-机之间和机-机之间的通信。能够上网的设备或器具将比现在广泛得多，包括从电视机到MP3播放机，再到电子报刊、电冰箱等，甚至于首饰大小的佩带式应用设备，无处不在。它们如同互联网上的计算机一样工作，形成机对机(M2M)的通信方式。


    无所不在的意义远不止用户可以随时随地上网，而是用户可以随时随地感知网络的存在与网络带给他的方便。例如，当你打开电视机时，灯光自动减弱；当电话铃响起时或你拿起话机准备打电话时，电视机自动静音；当你走向电梯时，电梯就自动为你调用。


    一个分布式温度传感器网络可以控制一个取暖系统，节省开支；一个交通管理系统可以在不同街道根据不同交通流量动态调节红绿灯。凡此种种，不胜枚举。换言之，无所不在服务要靠大量的机对机应用来实现，所以在发展NGN时必须要考虑机对机应用这一走向。ITU在描述未来业务时认为，NGN应是一个电信级和企业级的全业务网，能满足新的通信需求。需支持的业务包括电话与其他传统业务、高速互联网接入及其应用、视像(VoD和流媒体等)、多媒体与数字电视广播，具有能与传统业务互通的移动性和游牧性，既可为人又可为大量的机器服务。其中首次强调了要为大量的机器服务。


    M2M通信可以应用于各个领域、各个角落。例如，生物信息传递、异地备份、Web缓存、多播馈送、新闻馈送、信息批处理、数据库同步、网格计算、多媒体电子信箱、地-空数据库映射、数据库挖掘以及大量的监视和控制都是机对机应用的用武之地。未来，大量的机对机应用将使地球披上一层“通信外壳”，负责监控城市、公路和环境，随时将测量数据输入网络进行处理，像皮肤一样保护地球。


    为了促进机对机应用的发展，需要给所有移动物体赋予无线通信功能，给所有难以安装固定线路的地方赋予无线通信功能，给所有执行命令、验证和控制功能的器具(包括用户随身配件)赋予无线通信功能。可以用来支持机对机应用的无线通信技术有多种，这里需要特别提及的是IEEE 802.15.4(也称ZigBee)和射频标识(RFID)。


    IEEE 802.15.4属于低速率短距离的无线个人域网，其明显特点是低速率、低功耗、低成本、自配置和拓扑灵活。速率可以低至9.6 kb/s，不支持话音，主要支持消耗功率最少，一般在个人活动空间(半径10 m或更小)工作的简单器件。


    由于上述特点，IEEE 802.15.4作为一个全球标准，不仅打开了大量新应用之门，而且还能给许多现有的应用增加价值，为实现无所不在的网络创造条件。在现实世界中，可以发现在许多场合实际上低速率应用比高速率应用更贴近我们的日常生活。因而不能一味追求高速率，而忽视低速率应用。


    RFID是用来描述可以通过射频进行传感的器件的一个术语，通常指的是利用射频来阅读一个小器件(称作标记)上的信息。RFID标记允许利用无线电波对多个标记成批阅读和进行远程阅读，近年来引起了广泛的关注。RFID的意义远远超过取代条形码。同一标记除了包含防盗功能外，还可以用来证明物品的归属，提供隐藏的认证，加速购物，节省柜子和地板空间以及减少整个供应链各个环节所需的时间。RFID目前被广泛应用于配送管理。


    随着薄、小、低成本RFID的问世，将来RFID标记不仅会被嵌入几乎所有的物件中取代条形码，而且还会越来越多地集成于网络之中，用于销售发行、信息配送、道路与交通、食品、金融、医疗与药物、环境保护、老年人与残疾人保护、消防与灾难预防、教育与文化、娱乐与生活等各种领域，成为无所不在网络社会的一个基本工具，使全社会的人，包括儿童、成年人、老年人和残疾人，都能通过网络积极地参与社会生活，为构建和谐社会作出贡献。


    随着RFID和传感器等的大量使用以及网格计算等高级应用的推广，目前处于早期阶段的机对机应用将逐渐趋于成熟。如果由EPC Global公司推出的The Internet of Things(有时称作产品互联网或T2T)之梦得到实现的话，将来在互联网上将有数万亿件东西互相通信，一年要用数万亿标记(每一标记具有唯一的电子识别号码)。所以，在未来某一天，由机器产生的流量必将超过人-机应用和人-人应用产生的流量，甚至可能占据全部流量的绝大部分。这样的发展方向应当在NGN进程中予以高度关注。



作者简介：
雷震洲，教授级高工，信息产业部电信研究院科技委副主任委员。已出版译著4部、专著4部，发表论文250余篇。现是中国人民政治协商会议全国委员会委员、中国通信学会会士、中国科学技术名词审定委员会委员、中国互联网协会互联网政策与资源工作委员会副主任委员、信息产业部通信科技委委员兼无线电频率规划专家咨询委员会副主任、美国IEEE高级会员。