現(xiàn)代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的導(dǎo)論

1、現(xiàn)代信息技術(shù)導(dǎo)論 北京郵電大學(xué) 張?bào)闳A 教授1張?bào)闳A,北京郵電大學(xué)教授,北郵副校長(zhǎng).1963年-1968年在北郵有線系y90班學(xué)習(xí)；1978年1981年在北郵讀研究生，獲碩士學(xué)位。1991年1992年在美國colorado大學(xué)做高訪學(xué)者，任客座教授。1993年1996年任中國科學(xué)院研究生院客座教授。1993年始享受國務(wù)院頒發(fā)的政府津貼.1999年成為教育部遠(yuǎn)程教育專家組成員,現(xiàn)為教育部遠(yuǎn)程教育管理的首席專家。2一.我國信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)成就輝煌3通信信息業(yè)發(fā)展的速度:人類社會(huì)借助于紙、筆和文字進(jìn)行通信大約持續(xù)了1800年.模擬通信持續(xù)了大約180年.大規(guī)模采用數(shù)字通信大約18年. 在這18年中,我們

2、又經(jīng)歷了翻天覆地的變化.41.建成了以光纜為主體的大容量數(shù)字干線傳輸網(wǎng),已形成了全國“八橫八縱”的格狀光纜骨干網(wǎng). 傳輸速率: 10 Gb/s. 相當(dāng)于每秒鐘傳送800卷鄧選. 5 2.我國電話用戶總數(shù)達(dá)到1.79億門,我國交換網(wǎng)已成為世界第二大網(wǎng). 長(zhǎng)途電信網(wǎng)已完成由五級(jí)向兩級(jí)的歷史性跨越.6 3.數(shù)字移動(dòng)通信(GSM)系統(tǒng)正在高速發(fā)展,我國的GSM網(wǎng)絡(luò)已成為世界上最大的數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò).CDMA系統(tǒng)也在我國迅速發(fā)展. 移動(dòng)用戶已達(dá)1.45億戶.“無線風(fēng)光”已成為當(dāng)今社會(huì)的一道特有的風(fēng)景. (-history) 74.數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在我國迅速崛起:1993年9月第一個(gè)公用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)-CHINAPA

3、C正式開通業(yè)務(wù).1994年9月-CHINADDN1994年開始了中國互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè).8數(shù)據(jù)的比較:9互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)當(dāng)代社會(huì)影響深遠(yuǎn).一則小幽默: BEG BEG.COM eBEG.COM10 總之,我國信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛、成就輝煌. 我在幾年前的三個(gè)預(yù)言已經(jīng)或正在實(shí)現(xiàn).11二.新世紀(jì)初IT業(yè)的發(fā)展展望12 盡管通信和信息產(chǎn)業(yè)已有了如此迅猛的發(fā)展,但是絕不會(huì)就此止步.在未來的十年里,IT技術(shù)還將有若干重大突破.我認(rèn)為起碼包括如下五個(gè)方面:131.芯片集成和計(jì)算機(jī)技術(shù) 芯片技術(shù),微電子技術(shù)是現(xiàn)代通信,計(jì)算機(jī)和信息業(yè)的基礎(chǔ),人們所說的奔騰等,都主要是指計(jì)算機(jī)CPU的芯片. 1) 摩爾定律:每18個(gè)月,

4、芯片集成度提高一倍,價(jià)格減少一半.對(duì)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速率和功能也是如此. 14 實(shí)際上，目前每一年左右芯片的集成度和運(yùn)算速率就提高一倍。到2000年底，每個(gè)芯片上可包含上億個(gè)元件；而到2010年，每個(gè)芯片上將包含100億個(gè)元件。個(gè)人電腦每秒可執(zhí)行1000億條指令，是現(xiàn)在的250倍。15 當(dāng)前,世界最高水平的單片集成電路芯片上所容納的元器件數(shù)量已達(dá)80多億個(gè),美國先進(jìn)的集成電路生產(chǎn)線已經(jīng)采用了12英寸硅片、0.18微米的工藝技術(shù),典型產(chǎn)品為256MB DRAM存儲(chǔ)器.16 2)全新的計(jì)算機(jī)有可能出現(xiàn)并投入商用。例如: 利用分子鍵存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的“生物芯片”. 利用量子理論來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的量子計(jì)算機(jī). 利用光子

5、而非電子處理信息的光子計(jì)算機(jī)。 17 3) 去年1月,我國報(bào)道了中科院物理所在超高密度存儲(chǔ)技術(shù)上取得突破,將現(xiàn)有光盤信息容量提高了100倍. 他們研制出世界上存儲(chǔ)密度最高的有機(jī)材料,將信息存儲(chǔ)點(diǎn)的直徑減少到0.6納米,并可進(jìn)行信息點(diǎn)的擦除.一張這樣的光盤可存儲(chǔ)一個(gè)國家圖書館的全部信息.這體現(xiàn)了納米技術(shù)的一項(xiàng)成果.18 芯片或微電子技術(shù)的進(jìn)步，肯定將使計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)成為“海量”，也肯定將極大地提高信息處理的速度。這也將對(duì)信息高速交換、寬帶傳輸提出了新的要求。19 2.密集式波分復(fù)用和全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)關(guān)于波分復(fù)用技術(shù):1)光通信的基本原理和傳輸速率 目前，單波長(zhǎng)光纖通信系統(tǒng)速率已達(dá)10Gbps，不過其潛

6、力已盡,而此時(shí)所利用的光纖容量?jī)H占其有效帶寬極小的一部分.202)現(xiàn)用波長(zhǎng)和可用波長(zhǎng)的比較:大量帶寬資源有待于開發(fā)利用. 單模光纖的適用工作區(qū)主要有兩個(gè):1310nm窗口和1550nm窗口。實(shí)際上，1310nm窗口的低衰耗區(qū)約有100nm；1550nm窗口的低衰耗區(qū)大約也有100nm。因而兩個(gè)工作區(qū)共約200nm的低衰耗區(qū)可用，這相當(dāng)于30000GHz的頻帶寬度。這一巨大的帶寬資源現(xiàn)僅利用了約0.01%.21120013001400150016001260136014801580衰減波長(zhǎng)單個(gè)光源譜寬223)波分復(fù)用的基本思想: 將不同波長(zhǎng)的多個(gè)光源發(fā)出的光信號(hào)在一根光纖上傳送,在接收端再將這些

7、波長(zhǎng)分離,從而提高了光纖帶寬資源的利用率.23合波器分波器光源1單根光纖1,2.N檢測(cè)器光源2檢測(cè)器光源N檢測(cè)器信道1信道2信道N12N信道1信道2信道N244)波分復(fù)用的主要特點(diǎn): * 可以大大提高傳輸容量. * 可以節(jié)省大量光纖和再生器. * 可以利用不同波長(zhǎng)傳送不同的電信業(yè)務(wù). * 便于擴(kuò)容,便于引入寬帶新業(yè)務(wù).25 5)波分復(fù)用的當(dāng)前進(jìn)展: 2000年4月,朗訊公司推出了WaveStar OLS 800G系統(tǒng),可在一根光纖上傳輸320個(gè)2.5G波長(zhǎng)或80個(gè)10G波長(zhǎng). 在此基礎(chǔ)上若增加“太比特速率”的合波分波器就可平滑過渡到1.6T系統(tǒng). 最新報(bào)道:朗訊的LambdaXtreme Tr

8、ansport 光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已具有超長(zhǎng)距離(4000km) 、超大容量(2.56Tb/s)特征,它是一個(gè)DWDM系統(tǒng).26關(guān)于全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù): 所謂全光網(wǎng),是指從網(wǎng)絡(luò)核心一直到終端用戶節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)通道都保持著光的形式,采用端到端的完全的光路,中間沒有電信號(hào)的介入.也就是說,在整個(gè)長(zhǎng)途傳輸和交換網(wǎng)絡(luò)中都是光信號(hào)而非電信號(hào)在起作用. 27 全光網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)是: 1)全光網(wǎng)中光信號(hào)的流動(dòng)不再有光電轉(zhuǎn)換的障礙,克服了途中由于電子器件處理信號(hào)速率難以提高的困難.省掉了大量電子器件,大大提高了傳輸速率. 2)全光網(wǎng)采用波分復(fù)用技術(shù),以波長(zhǎng)選擇路由,可方便地提供多種協(xié)議的業(yè)務(wù). 28 3)全光網(wǎng)組網(wǎng)極具靈活性

9、,在任何節(jié)點(diǎn)可以抽出或加入某個(gè)波長(zhǎng). 4)由于沿途沒有變換和存儲(chǔ),網(wǎng)中許多光器件都是無源的,因而可靠性高. 29 全光網(wǎng)的關(guān)鍵單元: 1) 光分插復(fù)用器(OADM): 可通過網(wǎng)管系統(tǒng)在光傳輸?shù)闹虚g局站上、下一個(gè)或幾個(gè)波長(zhǎng)的光信號(hào).WDM光信號(hào)光信號(hào)WDM光信號(hào)光信號(hào)分出某個(gè)插入某個(gè)30 2)光交叉連接設(shè)備(ODXC): 利用軟件可將任一輸入光纖上的任一波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為任一輸出光纖的任一波長(zhǎng)上,從而達(dá)到對(duì)各路光信號(hào)的交叉連接.去年已有256256的報(bào)道. 輸入光纖輸入光纖輸出光纖輸出光纖31 3)光放大器: 在傳輸過程中放大WDM光信號(hào),以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的傳送.現(xiàn)已有1550波長(zhǎng)范圍的光放大器. 由WDM

10、、OADM和ODXC構(gòu)成的全光網(wǎng)絡(luò)是傳輸交換網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向. 323.IP技術(shù)和ATM技術(shù)通信的兩個(gè)要素:傳輸與交換.交換的實(shí)質(zhì)是信息流的轉(zhuǎn)移.這里所說的信息流,包括數(shù)據(jù)、話音、視頻等.這些業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)被綜合到一起,通過光纖傳輸?shù)焦?jié)點(diǎn),經(jīng)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)移到另一光纖上傳輸,這就是交換.交換的模式有兩種,即IP與ATM技術(shù).33關(guān)于IP技術(shù): 1) 協(xié)議的概念. 協(xié)議即規(guī)矩,或通信雙方事先商量好的約定.342)在Internet中,采用TCP/IP協(xié)議組. TCP:Transmission Control Protocol (傳輸控制協(xié)議) IP:Interconnecting Protocol (互聯(lián)協(xié)議

11、)35出版社打包(TCP協(xié)議組)分檢選路(IP協(xié)議組)不同路由（低層協(xié)議）TCP/IP示意圖(高層應(yīng)用)36 3)TCP的作用: * 在發(fā)方將（高層應(yīng)用）數(shù)據(jù)分成一個(gè)個(gè)的分組,對(duì)每個(gè)分組加上序號(hào)、接收方地址(即用戶B的地址),以及差錯(cuò)控制信息. * 在收方對(duì)分組是否出錯(cuò)進(jìn)行檢查,發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)時(shí)要求重發(fā)該分組,并按序號(hào)恢復(fù)原始數(shù)據(jù).37 4)IP的作用: 對(duì)每一個(gè)分組選擇合適的路由,將它們送至收方. 路由器是實(shí)現(xiàn)IP協(xié)議,為數(shù)據(jù)分組選擇路由的關(guān)鍵部件,它相當(dāng)于交換網(wǎng)中的交換節(jié)點(diǎn).38Internetrouterrouter局域網(wǎng)1局域網(wǎng)2用戶A用戶B39 5)IP網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸具有特點(diǎn): * 路由器

12、根據(jù)IP分組中的目的地址來選擇路由,各個(gè)分組長(zhǎng)度可以不同,同一用戶信息的各分組又可以選取不同的路由傳送. * 路由器對(duì)輸入的分組不進(jìn)行流量控制,僅按先到先服務(wù)的原則使后到的分組排隊(duì)等候,因而路由器轉(zhuǎn)發(fā)分組的時(shí)延將隨業(yè)務(wù)量而變.40 * 當(dāng)資源不足時(shí)就丟掉來不及處理的IP包.在IP的目的地,終端的TCP層會(huì)檢驗(yàn)出IP包的丟失,從而要求源端重發(fā).這也表現(xiàn)為時(shí)延. * 路由器對(duì)輸入的IP包不糾錯(cuò),接收端的TCP層發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后也要求源端重發(fā)該IP分組,這同樣表現(xiàn)為時(shí)延.41 由此可見,路由器越多,時(shí)延越大,抖動(dòng)越多. 因此,人們稱之為“盡力而為”的服務(wù)方式,它不能保證QOS.它可以傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),但不宜傳

13、送實(shí)時(shí)的話音、視頻和多媒體業(yè)務(wù). 42 6)IP技術(shù)的新進(jìn)展(1): * 路由器的處理速率大大提高, Tb/s級(jí)的路由器即將商用. 43InternetPSTNPSTNrouterrouter網(wǎng)關(guān)A網(wǎng)關(guān)B電話PC機(jī)PC機(jī)PC機(jī) 44 IP技術(shù)的新進(jìn)展(2): *流媒體技術(shù):流式傳輸把聲音、音像或動(dòng)畫等信息由音視頻服務(wù)器同用戶計(jì)算機(jī)連接、實(shí)時(shí)傳送,用戶只需經(jīng)過幾秒或幾十秒的啟動(dòng)延時(shí)即可觀看,這不僅使啟動(dòng)延時(shí)大大縮短,而且還不需要太大的緩存容量.在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時(shí)基媒體就稱為流媒體. 流媒體技術(shù)改變了過去必須先下載、再播放所需長(zhǎng)時(shí)間、大存儲(chǔ)的要求.45

14、流媒體涉及的關(guān)鍵技術(shù):采用高效的壓縮算法,以便降低數(shù)據(jù)傳輸速率.采用緩存技術(shù),以便彌補(bǔ)延時(shí)和抖動(dòng),保證數(shù)據(jù)包順序組裝和連續(xù)播出.采用合適的傳輸協(xié)議,包括實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP、實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP、實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP和資源預(yù)留協(xié)議RSVP等.46 由于上述技術(shù)和協(xié)議的飛速進(jìn)步,從而使IP網(wǎng)可用于IP電話、IP視頻和遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療等.IP網(wǎng)絡(luò)有可能“包打天下”.47關(guān)于ATM技術(shù): 1)ATM傳送的分組長(zhǎng)度固定,由5字節(jié)的信頭和48字節(jié)的信息共53字節(jié)組成,稱為信元. 2)ATM交換機(jī)利用用戶信令控制來建立連接.當(dāng)輸入呼叫量超過網(wǎng)絡(luò)資源時(shí),交換機(jī)不予受理.對(duì)于已接受的呼叫,能很好地保證服務(wù)質(zhì)

15、量.因此它非常類似于電路交換機(jī). 48 3)因此,ATM既能很好地支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù),如電話、視頻、多媒體業(yè)務(wù)等,又能支持各種速率的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),因而人們稱之為面向連接的交換. ATM是支撐B-ISDN的最重要的技術(shù),我國ATM通信網(wǎng)絡(luò)已初具規(guī)模. 49 結(jié)論: ATM 和IP技術(shù)都可能支撐未來的寬帶多媒體傳輸和交換網(wǎng)絡(luò),兩者都在迅速發(fā)展,鹿死誰手尚難預(yù)測(cè).人們普遍對(duì)IP技術(shù)看好,認(rèn)為它是未來的發(fā)展方向.504.第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)將獲得廣泛應(yīng)用 511)第二代移動(dòng)通信(2G): 2G面臨的主要課題:提供全球化漫游和多媒體業(yè)務(wù). 目前第二代移動(dòng)電話的體系有兩種：CDMA網(wǎng)絡(luò)和GSM網(wǎng)絡(luò)，但這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間難

16、以實(shí)現(xiàn)漫游，不能滿足全球通信的需求;同時(shí)，數(shù)據(jù)通信技術(shù)的進(jìn)步特別是因特網(wǎng)的普及，使多媒體通信成為大眾渴望享受的服務(wù)，并成為現(xiàn)代通信發(fā)展的主要目標(biāo)之一。522)ITU提出的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)IMT-2000的主要特征:l 3G應(yīng)是一個(gè)全球化系統(tǒng),應(yīng)具有世界統(tǒng)一的頻段,應(yīng)能達(dá)到全球的漫游.l 3G應(yīng)能提供寬帶的多媒體業(yè)務(wù),包括視頻的2Mb業(yè)務(wù). (IMT:Internet Mobile/Multimedia Telecommunications)53 l 3G應(yīng)能從第二代系統(tǒng)平穩(wěn)過渡.l 3G應(yīng)能與發(fā)展的固定網(wǎng)業(yè)務(wù)同步發(fā)展,完全互通. 當(dāng)前,移動(dòng)通信業(yè)界的共識(shí)是:未來的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將向IP化方向演

17、進(jìn),未來的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)全I(xiàn)P的分組網(wǎng)絡(luò).54 3)由2G向3G的過渡: 3G的標(biāo)準(zhǔn)正在制定之中,涉及地面技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)有10種,包括我國提出的TD-SCDMA技術(shù).眾多的標(biāo)準(zhǔn)使之難以大規(guī)模發(fā)展.同時(shí),“殺手應(yīng)用”也是制約瓶頸之一. 3G何時(shí)能得到大規(guī)模的市場(chǎng)認(rèn)同, 眾說紛紜,其關(guān)鍵是是否有“殺手應(yīng)用”.但一致的看法是應(yīng)加速應(yīng)用GPRS技術(shù).GPRS被稱為2.5G移動(dòng)通信系統(tǒng). (General Packet Radio Service ) 55 4)GPRS的特點(diǎn): GPRS是基于GSM的新型移動(dòng)分組數(shù)據(jù)承載業(yè)務(wù),是移動(dòng)通信向分組化發(fā)展的里程碑. GPRS的 最高速率可達(dá)115kbps,可

18、以滿足用戶上網(wǎng)的要求. 56GPRS支持Internet的IP協(xié)議及X.25協(xié)議.在GSM系統(tǒng)中,新引入了GGSN(網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)),它可以與多種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接,并可把GPRS信包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換,傳送到遠(yuǎn)端的TCP/IP或X.25網(wǎng)絡(luò).57若干個(gè)GPRS用戶可共享一個(gè)無線信道,而一個(gè)移動(dòng)數(shù)據(jù)用戶也可同時(shí)利用多個(gè)信道,因而GPRS用戶的實(shí)際數(shù)據(jù)通信速率十分靈活,可以低于100bit/s也可高于100Kbit/s. 結(jié)論:GPRS將會(huì)得到廠商和用戶的支持,技術(shù)也已成熟,可望快速發(fā)展.585）其它無線新技術(shù)： 例如藍(lán)牙技術(shù)（bluetooth),具有無限廣闊的前景。其特點(diǎn): 近距離:10 m 頻率

19、2.45GHz:公用、免費(fèi)、免申請(qǐng) 藍(lán)牙程序?qū)懺谝粋€(gè)9mm9mm的微芯片中,該芯片嵌入各種信息設(shè)備,支持它們相互通信 傳輸速率1Mbps595.寬帶接入技術(shù)展望 用戶接入,即“最后一公里”已成為網(wǎng)絡(luò)最后的瓶頸,引起了人們廣泛地注意. 基本思路:在銅線接入上展開帶寬;把光纖接入作為最終的接入手段.601) N-ISDN技術(shù) 利用N-ISDN技術(shù)擴(kuò)展帶寬-“一線通”方案,速率可為2B+D,B代表64K,而D代表16K,即144Kb/s,最高可達(dá)2M,從而實(shí)現(xiàn)了“一邊上網(wǎng)一邊打電話”.61特點(diǎn):多功能-利用一對(duì)電話線即可享用電話、傳真、可視電話及數(shù)據(jù)通信等業(yè)務(wù).傳輸速率高.使用方便,上網(wǎng)通話互不干擾

20、.速率靈活,64K,N64K,2M62AO/DI(always on/dynamic ISDN)- 永遠(yuǎn)動(dòng)態(tài)在線ISDN技術(shù) 由美國提出,已開始迅速普及. 挖掘D信道潛力,將其作為低速數(shù)據(jù)專線. 通過D信道,可收發(fā)E-MAIL、信息瀏覽等,而且永遠(yuǎn)在線. 需高速率時(shí),可自動(dòng)由D信道擴(kuò)展到B信道,即16K128K,甚至144K.63ADSL非對(duì)稱數(shù)字用戶線技術(shù) 數(shù)字用戶線系統(tǒng)(XDSL)是一種有效的寬帶接入技術(shù),它有十幾種花樣,ADSL是當(dāng)前最為常用的一種,稱為非對(duì)稱用戶線技術(shù). ADSL:asymmetrical digital subscriber lines64 特點(diǎn): 無須改動(dòng)銅纜網(wǎng)絡(luò)設(shè)

21、施,利用現(xiàn)有的雙絞線就能提供寬帶業(yè)務(wù). 其下行速率可達(dá)8Mb/s左右,上行速率可達(dá)144Kb/s或384kb/s,可支持因特網(wǎng)和電話業(yè)務(wù),以及視頻點(diǎn)播(VOD)業(yè)務(wù). 實(shí)際速率取決于用戶線的線徑與傳輸距離. 話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)互不干擾.65成本偏高. 對(duì)用戶線的要求較高,實(shí)際能開到1.5Mb/s速率以上的用戶線通常僅35%左右. 用戶側(cè)設(shè)備稍為復(fù)雜,需專人安裝. 由此產(chǎn)生了改進(jìn)型的ADSL,稱為無分路器的ADSL,即UADSL.66 ADSL系統(tǒng)參考模型話音分離器ATU-RATU-C終 端各 種 業(yè) 務(wù) 電話業(yè)務(wù)ATU: ADSL傳輸單元 C: 局端 R: 用戶端67 ADSL的頻譜分配話音上行下行頻率68 UADSL的特點(diǎn): 下行速率降低到1.5Mb/s,其復(fù)雜性和功耗大為降低,傳輸距離也延長(zhǎng)到5.4km. 用戶處不再用電話分離器,簡(jiǎn)化了用戶側(cè)設(shè)備.從而省去了專人安裝測(cè)試用戶側(cè)設(shè)備的麻煩,降低了成本.標(biāo)準(zhǔn)化程度高,便于不同廠家產(chǎn)品的互連和大規(guī)模推廣. UADSL技術(shù)有可能成為今后寬帶接入的主流技術(shù).69寬帶無線接入-