（通信与信息系统专业论文）基于高速ip总线接入系统的控制与交换硬件平台设计与实现.pdf

摘要 摘要 在市场越来越细分和技术日益更新的情况下，宽带市场要想赢得用户就必须 提供更加灵活、细分并且是打包、捆绑销售的业务。以i p t v 为代表的t r i p l ep l a y ( 三重播放) 业务是网络融合优势的最佳体现。 t r i p l ep l a y 业务对带宽的需求、对q o s 的需求、以及突发性等特征对宽带接 入网络提出了严格的技术需求，宽带接入网络及设备对这些需求的支持能力将直 接决定着t r i p l ep l a y 业务的服务质量。 这些需求使得接入网向i p 分组化的方向发展；接入业务向多样化、宽带化 和综合化方向发展；接入系统则向支持i p 网络转变，x d s l 接入系统逐渐成为主 流，对带宽的需求日益增加，需要提供多种业务支持，逐步向综合接入系统发展。 随着x d s l 接入方式的普及，通过x d s l 接入并开展t r i p l ep l a y 业务成为必 然的发展趋势。开发基于高速i p 总线、提供多种类型业务综合接入、支持各种 带宽需求、方便管理和维护的接入系统，自然成为了电信网络和业务发展的迫切 需求。 本课题在对接入网与接入系统进行简单介绍的基础上，总结了接入系统的发 展趋势，分析了现有接入系统存在的问题，对传统接入系统进行了以下改进，设 计并实现了基于高速i p 总线的接入系统的控制平台与交换平台。 1 ) 使用g e 总线提供高效组播能力 2 ) 控制平台与交换平台结合 3 ) 在控制板上实现a t m ( - - - - ) 1 p 转换，保证基于a t m 的传统系统平滑升级 4 ) x d s l 用户的数据不再经过a t m 网络传输，直接转发到i p 骨干网 5 ) 提供对主流x d s l 接入方式的支持 关键词：接入系统；a t m ；千兆以太网 a b s t r a c t a b s t r a c t t e l e e o m m u n i c a t i o n si n d u s t r yi su n d e r g o i n ga nu n p r e c e d e n t e dc o n f l u e n c e t h e i n c r e a s i n gc o m p e t i t i o n i nt h em a r k e to f t e l e p h o n y s e r v i c e si sf i e r c e a n d t e l e c o m m u n i c a t i o ns e r v i c ep r o v i d e r sa r es e e k i n gn e wg r o w t ha r e a s i na d d i t i o n ， t e l e c o ms e r v i c ep r o v i d e r sa r et h r e a t e n e db yc a b l en e t w o r ko p e r a t o r sa n do t h e l n e w p l a y e r s ( e g e n e r g yu t i l i t yc o m p a n i e s ) r o l l i n go u tt r i p l ep l a yo f f e r i n g sc o m b i n i n g v i d e o b r o a d b a n da c c e s s ，a n dt e l e p h o n y 1 p t v ( t e l e v i s i o ns e r v i c eo v e rl pn e t w o r k 蚺a n dv i d e o o nd e m a n d ( v o d ) p r o v i d e d b yt e l e c o ms e r v i c ep r o v i d e r si ss t a r t i n gt oc o m p e t ew i t he x i s t i n gb r o a d c a s t i n gs e r v i c e s v i at e r r e s t r i a l s a t e l l i t ea n dc a b l en e t w o r k s ，g e t t i n gi p t vr i g h tt h ef i r s tt i m ei st h ek e y t ow i n n i n gb u s i n e s s , r e t a i n i n gc u s t o m e r sa n db u i l d i n gas t i c k yt r i p l ep l a ys e r v i c e o f f e r i n g t ob es u c c e s s f u li n t ot h ef u t o r e t e l e c o ms e r v i c ep r o v i d e r sh a v et oq u i c k l y d e p l o yr e v o l u t i o n a r yn e w s e r v i c eo f f e r i n g ss u c ha st r i p l ep 1 a ya n di p t v a d o p t i o no f b r o a d b a n d - - p r i n c i p a l l yd s l - i sc o n t i n u i n gt og r o wr a p i d l ya n d a s i td o e s ，s e r v i c ep r o v i d e r sa r ec h a l l e n g e dt oo f f e rc o m p e t i t i v es e r v i c e st h a td i f i e r e n t i a t e t h e i rm a r k e t p l a c eo f f e r i n g s n ei n f l u xo fc o m p e t i t i o no f f e r i n gi n t e g r a t e di n t e r n e t ， v i d e o i p t v ia n dt e l e p h o n es e r v i c e sh a sc r e a t e ds f i o n gs u b s c r i b e rd e m a n df o rt r i p l e p l a yo f f e r i n g s ，s u c ha s1 vv o d ，a n do n l i n eg a m i n g t h ee x i s t i n gb r o a d b a n dn e t w o r k i n f r a s t r u c t u r e h o w e v e r ，c a n n o ts u p p o r tt h e s es e r v i c e s t h er e s u l th a sb e e na f i e n d t o w a r dn e t w o r kc o n v e r g e n c e ，r e q u i r i n gs e r v i c ep r o v i d e r st oa d o p tc o s t - e f f e c t i v e b r o a d b a n da c c e s sd e v i c e st h a ti n t e g r a t ee a s i l yi n t ot h en e t w o r ki n f r a s t r u c t u r e , a n d 0 髓rf e a t u r e ss u c ha sq u a l i t yo fs e r v i c e ( q o s ) n e e d e dt oe n s u r es u b s c r i b e r s a t i s f a c t i o n t om a x i m i z et h em a r k e to p p o r t u n i t i e sf o rb r o a d b a n da c c e s ss o l u t i o n s ，h o w e v e r , i t i si m p o r t a n tt ob u i l do ni n d u s t r y s t a n d a r dp r o d u c t s b u i l di ng r e a t e rl e v e l so f i n t e l l i g e n c e ，a n de m p l o yh a r d w a r ea n ds o f t w a r ec o m p o n e n t st h a tc a n n o to n l ys c a l e ， b u ta l s oc a l lb er e u s e da c r o s sm u l t i p l ep r o d u c t s m a n yb r o a d b a n dt r e n d s i n c l u d i n gd s lg r o w t h d e m a n df o rb e t t e rc o n t r o lo v e r n e t w o r ka s s e t s ，i m p r o v e ds e r v i c em a n a g e m e n ta n dc o n t r o l ，a n dd e t a i l e dm o n i t o r i n g a n da c c o u n t i n g ，a r e d r i v i n gn e wr e q u i r e m e n t sf o rd s la c c e s sm u l t i p l e x e r s f d s l a m s ) a n do t h e rb r o a d b a n da c c e s sd e v i c e s t h ef a c ti s ，n e ws e r v i c e sh a v em o r e s t r i n g e n tr e q u i r e m e n t st os u p p o r tv a r i o u ss e r v i c el e v e l s o fv i d e o ，v o i c e ，a n dd a t a a c r o s sh u n d r e d so fp o t e n t i a lb r o a d c a s tc h a n n e l s e v e r y t h i n gf r o mv o i pa n dv i d e o c o m m u n i c a t i o n t oi n t e r a c t i v eg a m i n ga n d1 p b a s e dh d t va r eo nt h et a b l e t h e s en e ws e r v i c e sa r ed e m a n d i n gi n c r e a s i n gp o r td e n s i t i e sa n dl i n er a t e s ，a sw e l l a si m p r o v e dt r a f f i cp o l i c i n g ，s h a p i n g , a n dt a g g i n gt os u p p o r ti n c r e a s e dd o w n s t r e a m d e s i g na n d r e a l i z a t i o n o f c o m r o la n d s w i t c h h a r d w a r e p l a t f o r m f o r a c c e s s s y s l e m b a s e do n h i 曲s p e e d 口b u s c a p a c i t y t h e r ea r ea l s on e w b r o a d b a n ds t a n d a r d ss u c ha sa d s l 2 + a n dv d s la l o n g w i t hi n c u m b e n tt e c h n o l o g i e ss u c ha si p , a t m ，a n de t h e r n e t ，p l u sav a r i e t yo f n e t w o r k p r o t o c o l s s u c ha sm a c f i pf i l t e r i n g , 8 0 2 i x , a n di p v 6 ，t h a ta l lm u s tb e a c c o m m o d a t e d t h e c h a l l e n g ei st oo f f e ra c c e s sp l a t f o r m st h a tc a ns u p p o r tav a r i e t yo f b r o a d b a n d a p p l i c a t i o n sa n dp r i c ep o i n t s ，w h i l ee n d u r i n ge v e r - i n c r e a s i n gp r e s s u r et or e d u c ec o s t s b u i l d i n gb r o a d b a n da c c e s sd e v i c e so nac o r f n n o nh a r d w a r ea n ds o f t w a r ep l a t f o r m p r o v i d e sas o l i dp a t ht om e e t i n gt h e s en e e d s w i t ht h ep r o l i f e r a t i o no fi p b a s e dn e t w o r ks e r v i c e s , w ec a nr e s p o n dt os e r v i c e p r o v i d e rn e e d sb yb u i l d i n gn e x t g e n e r a t i o nb r o a d b a n da c c e s sd e v i c e ss u c ha si p d s l a m sm a th a r t d i en e ws g r v i c ec a p a b i l i t i e s i n c l u d i n gt r a m cs e p a r a t i o n d i f f e r e n t i a t e d q o s ，m u l t i c a s t i n g ，n e t w o r ks e c u r i t y , a n d s u b s c r i b e rc o n t r 0 1 i p d s l a m sa l s or e q u i r ei n t e l l i g e n tl i n ec a r d st oh a n d l en u m e r o u sf u n c t i o n s i n c l u d i n g a a l 5s e g m e n t a t i o na n d r e a s s e m b l y , p a c k e tc l a s s i f i c a t i o n ，m a cb r i d g i n g ，i p f o r w a r d i n g , p a c k e tq u e u i n g ，a n ds c h e d u l i n g i na d d i t i o n ，t h e ym u s tm e e th i g h t h r o u g h p u tr e q u i r e m e n t sa n ds u p p o r tb r o a d b a n ds t a n d a r d ss u c ha sa d s l 2 + , v d s l e t c i nt h et h e s i s ，a c c o r d i n gt ot h ei n t r o d u c t i o nt oa c c e s sn e t w o r ka n da c c e s s s y s t e m s ，t h ee v a l u a t i o n so fa c c e s ss y s t e m sa r es u m m a r i z e d ，a n ds o m ep r o b l e m so f e x i s t i n ga c c e s ss y s t e m sa r ea n a l y z e d f i n a l l yt h ec o n t r o la n ds w i t c hp l a t f o r mo f an e w a c c e s ss y s t e mb a s e do nh i g h s p e e di pb u si sd e s i g n e da n dr e a l i z e d t r a d i t i o n a l s y s t e m sa l ei m p r o v e db a s e d0 nt h ea n a l y s i sa sf o l l o w i n g s ： 1 ) i m p r o v e t h ec a p a b i l i t yo f m u l t i c a s tw i t hg i g a b i te t h e r n e tb u s 2 、c o m b i n et h ec o n t r o lp l a t f o r ma n dt h es w i t c hp l a t f o r m 3 ) r e a l i z e 删i pt r a n s i t i o no nt h ec o n t r o lp l a t f o r m ，t oi n s u r eas m o o t h u p g r a d ef o rt r a d i t i o n a la t m a c c e s ss y s t e m 4 ) t r a n s m i td a t af r o mx d s ls u b s c r i b e r st oi pb a c k b o n en e t w o r kd i r e c t l y 5 ) s u p p o r tm u l t i p l ea c c e s sp r o t o c o l s ( x d s l ) k e yw o r d s ：a c c e s ss y s t e m ；a t m ；g i g a b i te t h e r n e t 厦门大学学位论文原创性声明 兹呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立完成的研究成果。本人 在论文写作中参考的其他个人或集体的研究成果，均在文中以明确方式标 明。本人依法享有和承担由此论文产生的权利和责任。 声明人( 签名) ：时状 帅，年了月2 乒日 厦门大学学位论文著作权使用声明 本人完全了解厦门大学有关保留、使用学位论文的规定。厦门大学有 权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的纸质版和电子版，有权 将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，有权将学位论文的 标题和摘要汇编出版。保密的学位论文在解密后适用本规定。 本学位论文属于 1 、保密() ，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密( ) ( 请在以上相应括号内打“4 ”) 作者签名： 寸拭 导师签名：棚。ltw 卜 日期：坍i 年f 月2 乒日 日期：一年厶豸自 刖吾 当今社会是信息社会，通信产业得到了高速的发展。由于电话、电报、传 真等业务的信道频带很窄，传输信息速率有限，人们已不满足于这些简单的信 息交换方式，而对可视图文、高速数据、图像和视频通信等多媒体宽待业务的 需求也越来越多。同时，整个通信系统也正向高速化、宽带化、数字化、个人 化和智能化发展。在用户需求和市场竞争的持续推动下，以i p 技术为基础的、 以软交换为核心的网络逐渐成为公认的下一代网络解决方案【1 】。 传统语音接入网设备由于硬件构造上的先天缺陷，无法实现向l p 网络的平 滑过渡，无法提供用户所需的多媒体业务接入，这些缺陷已经成为业务发展的 瓶颈口j 。在这种背景下，综合接入网作为对传统接入技术的继承和改进便应运 而生。合理地将不同网络层次的功能集成到一套设备上，提高设备的功能集成 度，可以减少设备部署的数量，简化网络的层次结构，从而达到方便维护、简 化管理和快速开通业务的目的，是接入网未来发展的主要方向【：3 】。 综合接入技术作为一种创造性的建设模式和全新的建网思路，其技术先进 性以及解决方案本身的成熟性、稳定性已经获得了国内最大固网运营商的认可。 上半年，电信研究院在各省份对综合接入网进行频繁的调研；韩国电信( k o r e a t e l e e o m ，k t ) 从2 0 0 5 年开始已经停建原有的窄带接入方式，2 0 0 6 年k 哙有 超过5 0 万线的综合接入网的建设，而这部分建设最主要的一个特征就是全部采 用宽窄带同框混插、具备v o l p 的能力、低成本综合接入设备：在欧洲市场，综 合接入网设备同样得到了欧洲电信市场的普遍认可，欧洲近期3 0 万线的接入层 建设就全部采用了综合接入设备 4 】。 为此，开发基于高速i p 总线、提供多种类型业务综合接入、支持各种带宽 需求、方便管理和维护的接入系统，已经成为电信网络和业务发展的迫切要求。 本文在对接入网与接入系统进行简单介绍的基础上，总结了接入系统的发 展趋势，并分析了现有接入系统存在的问题；在对传统接入系统进行一定改进 的基础上，设计并实现了基于高速i p 总线接入系统的控制平台与交换平台。 第1 页 1 概述 1 1 接入网的定义 1 概述 接入网是指位于骨干网和最终用户之间的网络，是所有通信业务落地的关 键和必由之路【5 】。接入技术一直以来被视作信息高速公路的最后一公里，起着 连接用户和骨干网的重要桥梁作用 6 。随着以宽带化和r p 化为特征的下一代电 信网的出现，接入网技术也正经历着有史以来最剧烈的变化i ”。 为此，国际电联标准部( i n t e r n a t i o n a lt e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n t e l e c o m m u n i c a t i o ns t a n d a r d i z a t i o ns e c t o r ，i t u t ) 提出了接入网( a c c e s s n e t w o r k ，a n ) 的概念。接入网是业务节点接口( s e r v i c en o d ei n t e r f a c e ，s n i ) 与相关用户网络接口( u s e r n e t w o r k i n t e r f a c e ，u n i ) 之间的一系列传送实体( 如 线路设施、传输设备等) 组成的为传送电信业务而所需承载能力的实旌系统， 可经由管理接口q 3 进行配置和管理，它可以包括复用、交叉连接及传输设备。 其目的是综合考虑本地交换局、用户环路和终端设备，通过有限的标准化接口 将各种用户的需求接入业务节点1 ”。接入网在电信网中的位置如图1 - 1 所示”。 图1 - 1 接入网在电信网中的位置 第2 页 基于高速i p 总线接入系统的控制与交换硬件平台设计与实现 1 2 接入网的基本功能 接入网的基本功能有：用户接口功能、业务接口功能、核心功能、传递功 能和接入网系统管理功能5 部分 8 1 “。如图1 - 2 所示”1 8 。各功能分述如下【7 【8 】： 1 ) 用户接口功能块： 功能块； 2 ) 业务接e l 功能块： 能块； 图1 - 2 接入网系统功能 作用是将特定的u n i 的要求适配到核心功能和管理 将业务节点s n i 的要求适配到核心功能块和管理功 3 ) 核心功能块：使各个业务接口承载要求和用户接口承载要求适配为公共 传送承载体，核心功能可分散在整个接入网内； 4 ) 传送功能块：为公共承载体的传送提供通路并为所用的传输媒介提供媒 介适配； 5 ) 管理功能块：对接入网中的用户接口功能块、业务接口功能块、核心功 能块、传送功能块的指标、操作和维护进行协调，通过q 3 接口与电信 管理网( t e l e c o m m u n i c a t i o n sm a n a g e m e n tn e t w o r k s ，t m n ) 相连。 第3 页 1 3 接入网技术的发展 接入网的前身就是电信网中的本地交换端局与用户电话之间的双绞铜线， 主要用于传输音频信号和低速数字信号】。传统的电信业务以电话为主，与当 前相比，数据量很小【5 。 由于光纤的高带宽特性，它被广泛应用于核心网，巨大的带宽可以提供大 量宽带新业务，为接入网的革命性改革提供了有力的技术支持川。在接入网还 没有普遍光纤化以前，要充分考虑利用现有的已建成的各种网络来实现宽带网 络业务。 随着上网的电脑越来越多，各种网络应用也越来越多，对于网络带宽的要 求也越来越高。最初使用的模拟调制解调器( m o d e m ) 接入技术，已远远不能 满足用户使用带宽的要求。 2 0 世纪6 0 7 0 年代，程控数字交换机的应用开始实现信息交换的数字化。 在基本实现中继传输和交换的数字化、建成综合数字网( i n t e g r a t e dd i g i t a l n e t w o r k ，i d n ) 后，着手实现用户线的数字化提上了日程【12 】f 1 3 。 1 9 7 2 年，c c i t t ( i n t e r n a t i o n a lt e l e g r a p ha n dt e l e p h o n ec o n s u l t a t i v e c o m m i t t e e ) 提出了综合业务数字网( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i g i t a l n e t w o r k ，i s d n ) 的概念，利用一对传统电话线为用户提供端一端的数字连接，使终端设备不许 经过调制解调器就可以直接连入网络0 5 。于2 0 世纪8 0 年代初实现了用户线 的数字传输实用化。 1 9 8 7 年，b e l l c o r e 首先提出了数字用户线( d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ，d s l ) 的概念，并开发了高速数字用户线技术；1 9 8 9 年又迸一步提出了非对称数字用 户线( a s y m m e t r i cd s l ，a d s l ) 的概念1 6 】。2 0 世纪9 0 年代以来，h d s l 和a d s l 成为数字用户线研究的热点和主流技术，并衍生初若干分支技术，如单线d s l ( s y m m e t r i cd s l ，s d s l ，也称作对称式d s l ) 、多路虚拟d s l ( m u l t i p l ev i r t u a l l i n e ，m v l ) 、i s d n 数字用户线( i s d n d s l ，i d s l ) 、速率自适应d s l ( r a t e - a d a p t i v ed s l ，r a d s l ) 、甚高比特速率d s l ( v e r y h i g h d a t a - r a t ed s l ， v d s l ) 掣”j1 1 7 1 1 8 。这些不同类型的d s l 接入技术的基础系统架构与原理基本 相似，所不同的只是这几种技术在信号传输速率与距离、具体实现方式及上、 下行速率的对称性等方面有所区别。因此，它们被统称为 x d s l 1 9 1 。 第4 百 基于高速i p 总线接八系统的控制与变换硬件平台设计与实现 还有另外一个得以利用的现有网络就是颇具规模的有线电视( c o m m u n i t y a n t e n n a t e l e v i s i o n ，c a t v ) 网。混合光缆同轴网( h y b r i d f i b e r c o a x i a l ，h f c ) 是应用在c a t v 网络上的十分热门的接入网技术口0 【2 i 2 2 1 2 3 1 。 除了上述有线接入方式以外，无线接入方式也得到了长足的发展。无线接 入技术是对有线接入的一些缺点的很好的弥补，具有自己独特的优势2 4 2 ”。 列出了常见的各种接入技术及其分类。 表1 - 1 常见接入技术及其分类 综合业务数字网( i s d n ) 高速数字用户线( h d s l ) 铜线接入 不对称数字用户线( a d s l ) 甚高速数字用户线( v d s l ) 有线接入 光纤到路边( f t t c ) 接光纤接入光纤到楼字( f t i b ) 光纤到户( f t r h ) 光纤和同轴电缆混合接入( h f c ) 入 以太网接入( l a n ) 固定无线接入 多点多业务分配( m m d s ) 本地多点多业务分配系统( l m d s ) 网 蜂窝移动通信系统 无线接入 移动接入无绳电话( 通信) 系统 移动卫星通信系统 蓝牙技术( b l u et o o t h ) 无线接入新技术无线局域网( w l a n ) w i m a x 1 4 接入网的发展趋势 自1 9 9 7 年电信总局在全国范围内开始进行接入网试验和大面积建设以来， 建设规模目前已经达到6 0 0 0 万端口左右。但是，由于这种传统接入网基于t d m 方式，在业务侧一般只能向终端用户提供p o t s ( p l a i no l dt e l e p h o n es e r v i c e ) 、 i s d n 、d d n ( d i g i t a l d a t a n e t w o r k ，数字数据网络) 等窄带业务，数据业务以 a t m 为基础，而不能支持以i p 为主的宽带业务；在网络侧只能以标准v 5 接口接 入传统的p s t n ( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) 网络 4 。 第5 页 1 概逮 由于市场需求的推动，宽带接入技术也有了较大发展，呈现百花齐放的状 态。基于铜线( 缆) 的接入技术有x d s l 、h f c 等；基于光纤的接入技术有有源 光接入和无源光接入等；另外还有固定无线接入技术。这给运营商增加了技术 选择余地 2 6 】。 电信设备厂商随之推出综合接入系统，这些接入系统一般通过a t m 电路仿 真方式支持现有宽窄带业务。同时，电信运营商在己建设了窄带接入网的地区， 重叠建设窄带和宽带两个接入网，窄带和宽带用户信息分别通过不同的接入网 进入窄带和宽带业务网4 7 】【2 8 】 ”。 随着宽带业务的迅猛发展和用户接入竞争的加剧，加快接入网发展、快速 提供业务、降低运营成本、实现向下一代网络的平滑演进，已经成为电信网络 和业务发展的迫切要求。 1 4 1 网络向i p 分组化、融和的网络方向发展 i p 技术以其简单易用，扩容方便，业务开通速度快以及几乎所有的终端设 备都支持的优良特性，得到了广泛应用。有数据显示，发达国家的企业采用i p 通信协议的比率达到了8 0 9 0 ，基于i p 技术的因特网业务也成为普通民众 日益重要的日常电信业务，从电子邮件到w 曲浏览乃至视频业务，大都需要经 过i p 层的处理【3 0 】 3 2 1 。 现在大家公认下一代网络将是以数据通信为中心( d a t a - c e n t r i c ) 、分组为基 础( p a c k e t b a s e d ) 的核心网，并充分利用互联网协议【p ，可以提供话音、 数据和多媒体等各种业务的综合的、开放的网络构架。以前为开展不同业务而 建立的不同类型的网络将随着i p 网络的发展而逐步消失，其上的业务将逐步过 渡到以i p 为核心的下一代网络上开展 3 ut 3 2 1 。 接入网作为直接面向用户并将多种业务接入核心网的网络，直接体现了运 营商的业务开展能力和竞争能力，是下一代网络不可缺少的重要组成部分。因 此接入网的建设必需充分考虑网络的可持续发展，保证在核心网络进一步发展 的情况下，可以逐步跟随核心网络的发展演进，平滑升级，避免接入层网络大 规模重复投资。 第6 页 基于高速i p 总线接入系统的控制与交换硬件平台设计与实现 1 4 2 业务向多样化、宽带化和综合化方向发展 主要体现在以下三个方面剐： 1 )业务类型多样化 传统接入网主要提供基于6 4 k 的t d m 话音业务及以d d n 接口为主的 窄带数据业务。随着互联网的迅猛发展以及整个社会电子化程度的不断 提高，出现了许多新兴的宽带业务类型如宽带i n t e m e t 上网、v o i p 、宽 带v p n 、电子商务、视频业务和多媒体浏览等，这些业务有许多已经 获得了巨大的成功。接入网的业务类型需求呈现出多样化的特征。 2 1业务带宽宽带化 传统窄带业务的带宽需求是以k b s 或1 0 k b s 为单位计算的，但是随着 各种新兴业务的出现，单个的业务带宽需求已经变化到以百k b s 甚至 是m b s 计算，此外传统业务由于基数大，业务数量的小幅度增加也会 带来大量的带宽需求。 3 1业务提供综合化 在一根线路和设备上可以同时开通多种业务，包括话音、数据和视频业 务，已经成为众多企事业单位和居民用户的普遍需求，这就要求接入网 能够提供综合业务的解决方案，不仅满足了最终用户的多业务要求，同 时也为运营商开展竞争，快速提供和部署业务提供了必要手段。 1 5 接入系统的发展趋势 接入系统的发展与接入网的发展同步。其发展趋势主要体现在以下几个方 面【3 ”。 1 5 1x d s l 接入系统逐渐成为主流 由于宽带价格的不断下降，用户出现了迁移现象，比如，一些用户开始从 拨号业务转向宽带业务，或者向价格便宜的运营商转移。在宽带接入方式中， x d s l 接入方式已逐渐成为主流。2 0 0 5 年，x d s l 技术的市场份额将在7 0 左右， 第7 页 1 概迷 其后是c a b l em o d e m ，排在第三和第四位的是卫星宽带及宽带无线技术m 。 虽然i p 城域网宽带接入已经完成了初期的覆盖建设，但是由于x d s l 网络扩 容的带动，将需要大量宽带接入服务器。 1 5 2 接入系统向支持l p 网络转变 随着数据和语音业务更多地过渡至i i p 核心网络，x d s l 网络从a t m 全面转向 i p 已是大势所趋。国内外设备商大量采用l p 新技术，使得宽带接入设备的价格 得以持续大幅下降。同时，运营商对已建的i p 城域网和现有铜线基础设施形成 的成本进行大力挖潜，以降低宽带价格建设和运营成本，降低宽带使用费用， 从而促进x d s l 网络向i p 演迸 2 7 】 2 8 1 1 2 9 。 另一方面，x d s l 用户发展的初期阶段，用户量比较小，且分布比较分散， 所以一般采用a t m 网作为承载网，汇聚上网流量，再接入i p 网络，如i n t e r n e t 。 而x d s l 相关技术的飞速发展带来了x d s l 网络的变革，x d s l 网络正从基于a t m 的技术向基于i p 的技术逐步转移【3 4 。 1 5 3 接入系统对带宽需求增加 传统的接入系统分别独立支持窄带或宽带业务，重叠建设窄带和宽带两个 接入网，窄带和宽带用户信息分别通过不同的接入网进入窄带和宽带业务网。 这种重叠建设因为需要为同一个用户的窄带和宽带两种不同业务提供不同的接 入，因此浪费了大量资源。 随着互联网的高速发展，宽带用户对带宽的需求随着宽带内容的逐渐丰富 而不断增加，现在运营商主要为x d s l 用户提供5 1 2 k b i t s 带宽，网络目前的容量 已逐渐趋于饱和【2 0 1 。 另一方面，由于宽带接入设备的端口密度将进一步提高，提出了更宽的带 宽需求。以前，x d s l 设备的端口密度一般为每用户板带8 个a d s l 用户，现 在可以达到每用户板带2 4 个用户。支持用户数的增加，要求接入系统的上下行 带宽相应增加。因此要求宽带接入系统的交换部分可以支持更大的吞吐量，现 有设备已很难满足这一需求。 第8 页 基于高速t p 总线接八系统的控制与交换硬件平台设计与实现 t 5 4 需要提供多种业务支持 随着带宽的增加以及互联网内容的日益丰富，新的业务如口t v 等集数据、 语音、视频为一体的三重播放( t r i p l ep l a y ) 业务，对运营商的多业务支持能力 提出了前所未有的要求【3 6 1 。 这些高带宽的多业务支持，对接入系统的管理能力提出了更高的要求。 v l a n 、组播、q o s ( q u a l i t - o fs e r v i c e ) 的保证、流量的调节等需求都需要提 供更强的管理能力。 1 5 5 向支持i p 网络的综合接入系统发展 由于a t m 在发展初期( 9 0 年代初) 被认为是构建未来b i s d n 网络的惟一可 选技术，所以早期的接入设备都是基于a 1 m 架构的。然而，随着骨干网的i p 化， 城域网的建设开始以城域以太网( e m e m e tm e t r o p o l i t a na c c e s sn e t w o r k ， e m a n ) 为主【3 7 1 【3 8 1 。 传统的综合接入系统虽然同时支持窄带和宽带两种类型的接入业务，原有 的宽带接入设备大多是基于a t m 网络的设备，需要使用额外的a t m ( - - - ) i p 转 换模块，以接入i p 网络。 、 骨干网向i p 的转变，导致原有设备存在大量的额外开销。为了向x d s l 用 户提供直接到t p 骨干网的连接，同时保证对传统综合接入系统的利用，电信运 营商迫切需要新的接入系统。 1 6 毕业设计的主要内容和作者的主要工作 以上各节的介绍可以看出，随着宽带业务的迅猛发展和用户接入竞争的加 剧，电信运营商急切地需要降低运营成本、实现向下一代网络的平滑演进。因 此对于支持x d s l 用户直接连入i p 骨干网的综合接入系统有着迫切的需求。 同时，为了节约成本，避免不必要的浪费，电信运营商还希望能够对传统 综合接入网加以利用。 本文作者正是在这种情况下，参与并完成基于千兆以太网( g i g a b i te t h e r n e t ， 第9 页 g e ，或称作吉比特以太网) 高速i p 总线的综合接入系统中控制与交换硬件平 台的详细设计与实现。 该硬件平台对传统设备进行了以下改进： l 】使用g e 总线提供高效组播能力 2 ) 控制平台与交换平台结合 3 1 在控制板上实现a t m ( - - ) i p 转换，保证基于a t m 的传统系统平滑 升级 4 ) x d s l 用户的数据不再经过a t m 网络传输，直接转发到i p 骨干网 5 1 提供对主流x d s l 接八方式的支持 其中，控制平台承载着复杂的a t m ( - - - ) i p 转换功能，需要使用高速g e 总 线提供较高的带宽支持；同时，控制平台需要提供与交换平台进行交互的控制 通道；因而其设计与实现是该课题的关键。这也是本文作者的主要工作。 由于交换乎台的本质是一个路由器，目前已经有大量成熟的解决方案，其 设计与实现相对简单，因此不是重点。 综上，本文的讨论侧重于该综合接入系统控制平台的设计与实现，对于交 换平台，将只介绍实现原理与方法。 1 7 本章小结 本章首先简要介绍了接入网的定义及其基本功能，在对接入网技术的发展 作以简单历史回顾的基础上，总结了接入网的发展趋势；网络向i p 分组化、融 合的网络发展，业务向多样化、宽带化和综合化的方向发展。 在此基础上讨论了接入系统的发展趋势以及接入网的发展对新型接入设备 的要求。简言之，即x d s l 逐渐成为接入系统的主流，接入系统向支持i p 网络 转变，带宽的需求增加、多业务支持的需求增加，接入系统向支持l p 网络的综 合接入系统转变。 最后，简单介绍了毕业设计的主要内容和作者的主要工作：基于高速i p 总 线的综合接入系统中控制与交换硬件平台的详细设计与实现，并指出该设计的 关键在于控制平台部分。 第1 0 页 2 接八系统的需求爰其动能 2 接入系统的需求及其功能 2 1 接入系统应用需求 2 1 1 t r i p l ep l a y 业务 随着传统语音业务的收入逐年下滑，用户a r p u ( a v e r a g er e v e n u ep e ru s e r ， 平均每月每用户收益) 值越来越低，当前电信运营商正努力从传统基础网络运 营商向现代综合信息服务提供商转型，网络的建设发展将是以业务为核心的发 展模式，并向用户提供多样化、智能化、协作化、移动化、多媒体化的新业务， 以业务的转型来推动网络的转型。随着电信网络及业务的转