（通信与信息系统专业论文）在apon中实现全业务接入的mac协议的研究与设计.pdf

摘要 针对基于a t m 的无源光网络( a p o n ) 提出了一种媒体接入控制( m a c ) 协议。 该协议的设计遵照i t u 丁有关a p o n 的建议g9 8 3 ( 1 9 9 8 年l o 月) 中所定义的帧 结构。该协议能够支持c b r 、v b r 、a b r 和u b r 等多种业务并能够保证用户公 平地接入和充分地利用网络的资源。其中c b r v b r 业务的优先级较高，同时也确 保a b r 业务至少能以最小信元速率通信，系统的剩余带宽资源被分配给u b r 业务。 最后，通过m a t l a b 语言对协议的性能进行了仿真和分析，并给出了硬件实现框图。 关键词：无源光网络；媒质接入控制( m a g j 协议；异步传输模式 d c a b s t r a c t w e p r e s e n tam e d i aa c c e s sc o n t r o l ( m a c ) p r o t o c o lf o ra i m b a s e dp a s s i v eo p t i c a l n e t w o r k ( a p o n ) t h ed e s i g no fp r o t o c o l i sb a s e do nt h ef r a m es t r u c t u r eo fg 9 8 3 ( i t u - t ) e n s m ef a i ra c c e s s t ot h es u b s c r i b e r sa n dm a k ef u l lu s eo f n e t w o r kr e s o n r c e t h e p r o t o c o lc a ns u p p o f lc b i t , v b i t , a b r a n du b rs e r v i c e s t h ec b r c v b rs e r v i c e sa r e g i y 跚ah i g h e rp r i o t i s , a n dt h ea b r s e r v i c e sa me n s u r e dam i m m u mc a l lr a t e t h e r e m a i n i n gb a n d w i d t hi s a l l o c a t e dt ot h eu b rs e r v i c e s i nt h el a s t ，w ee v a l u a t ea n d a n a l y s i sq u a n t i t a t i v e l yt h ep e r f o r m a n c e o f t h em a c p r o t o c o lw i t ht h em a t l a bl a n g u a g e i na d d i t i o n ig i v et h es c e n a r i oo f u s i n gt h eh a r d w a r et oi m p l e m e n tt h ep r o t o c 0 1 k e yw o r d s ：p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ( p o n ) ，m e d i a a c c e s sc o n t r o l ( m a c ) p r o t o c o l ，a r m 一2 - a a l a i f a n a p o n a t m a s i c a b r b e r b i s d n c b r c d m a c d v c l r c n c p n c r c c t d d s l e ，o f c f s f d m f i f o f p g a 符号说明 a t m a d a p t a t i o nl a y e r a r r i v i n gi n f o r m a t i o nf i e l d a c c e s sn e t w o r k a t mo v e rp a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e a p p l i c a t i o ns p e c i f i ci n t e g r a t e dc i r c u i t a v a i l a b l eb i tr a t e b i te r r o rr a t i o b r o a d b a n di s d n c o n s t a n tb i tr a t e c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s c e l ld e l a yv a r i a t i o n c e l ll o s sr a t i o c o r en e t w o r k c u s t o m e rp r e m i s e sn e t w o r k c y c l i cr e d u n d a n c yc h e c k c e l lt r a n s f e r d e l a y d i g i t a ls u b s c r i b e rl o o p e l e c t r i c a i o p t i c a l f i r s tc o m ef i r s ts e r v e r f r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e f i r s ti nf i r s to u t f i e l dp r o g r a m m a b l eg a t ea r r a y a t m 适配层 抵达信息域 接入网 a t m 无源光网络 异步传输模式 专用集成电路 可用比特率 比特差错率 宽带i s d n 恒定比特率 码分多址 信元延时变化 信元丢失率 核心网 用户驻地网 循环冗余校验 信元传输延时 数字用户环路 电光转换 先来先服务 频分复用 先进先出 现场可编程门阵列 一3 一 ，t f 省奎銮兰翟圭兰些鲨耋 f s a n f r t b f r t c m c a b f r t h h f c h e c l s d n i t u l a n m a c m c r n r z n t o e o a m o a n o d n o l t o n u p d s p l o a m p d a p d m a p o n f u l is e r v i c ea c c e s sn e t w o r k f i b e rt ot h eb u i l d i n g f i b e rt ot h ec u r b f i b e rt om ec a b i n e t f i b e rt ot h eh c h i c h y b r i df i b e r c o a x h e a d e l e r r o rc o n t r o l i n t e g r a t e ds e r v i c ed i g i t a ln e t w o r k i n t c m 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 l o c a la r e an e t w o r k m e d i aa c c c s sc o n r r o l m i n i m u mc e l lr a t e n o nr e t u r nz e r o n e t w o r kt c r m i n a l o p t i c a l e l e c t r i c a l o p e r a t i o n sa d m i n i s t r a t i o nm a i n t e n a n c e o p t i c a la c c e s sn e t w o r k o p t i c a ld i s t r i b u t i o nn e t w o r k o p t i c a ll i n e t e r m i n a l o p t i c a ln e t w o r k u n i t p a s s i v ed o u b l es t a r s p h y s i c a ll a y e ro a m p e r m i td i s t r i b u t i o na l g o r i t h m p o l a r i t yd i v i s i o nm u i r i v l ea c c e s s p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k 全业务接入网 光纤到楼 光纤到路边 光纤到交接箱 光纤到家 混台光纤同轴网 信头差错控制 综合业务数字网 国际电信联盟 局域网 媒体接入控制 最小信元速率 不归零 网络终端 光，电转换 操作、管理、维护 光接入网 光分配网 光线路终端 光网络单元 无源双星型 物理层o a m 许可分配算法 极分多址 无源光网络 - - 4 一 p d h p s t n q o s r a u r m s s c m s c m a s d h s n i s s i t c t d m t d m a t m n u b r u n i u p c v b r v c v p v o d w d m p l e s i o c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y 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 q u a l i t yo f s e r v i c e r e q u e s t a c c e s su n i t r o o tm e a ns q u a r e s u b c a r r i e rm u l t i p l e x i n g s u b - c a r r i e rm u l t i p l e x i n ga c c e s s s y n c h r o n o u sd i g i t a lh i e r a r c h y s e r v i c en e t w o r ki n t e r f a c e s w i t c hs y s t e mi n t e r f a c e t r a n s m i s s i o nc o n v e r g e n c e t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n g t i m ed i v i s i o nm u l t i p l e x i n ga c c e s s t e l e c o m m u n i c a t i o nm a n a g e m e n tn e t w o r k u n s p e c i f i e db i tr a t e u s e l - n e t w o r ki n t e r f a c e u s a g e p a r a m e t e rc o n t r o l v a r i a b l eb i tr a t e v i r t u a lc h a r m e 】 v i r m a lp a t h v i d e oo nd e m a n d w a v e l e n g t hd i v i s i o nm u l t i p l e x i n g 准同步数字序列 公共交换电话网 服务质量 请求接入单元 均方根值 负载波复用 负载波多址接入 同步数字序列 服务网络接口 交换系统接口 传输汇聚子层 时分复用 时分多址 电信管理网 未标明比特率 用户网络接口 用法参数控制 可变比特率 虚通道 虚路径 视频点播 波分复用 第一章引言 通常，电信网可分为三部分：核心网、接入网和用户驻地网。近1 0 年来，通信网的核，山部分由于引入了光纤光缆，并采用s d h 传输技术， 传输速率成倍提高，核心网已经实现了光纤化、数字化和宽带化。同时， 数据业务的爆炸式增长和多媒体业务的日益丰富，使得用户驻地网的需求 也不只局限于原来的话音业务，电信网对数据和多媒体等宽带新业务领域 的延伸已经成为不可阻挡的趋势。但是介于核，心网和用户驻地网之间的接 入网发展却一直很缓慢，技术落后，带宽很窄。接入网已成为制约信息商 速公路建设的瓶颈，成为发展宽带综合业务数据网( b i s d n ) 的障碍， 电信网的“最后一公里”用户接入网的数字化和宽带花是迫在眉睫的 事。 为了解决接入网所面临的问题，近年来人们提出了多种接入方案： x d s l ( x = h i g h s p e e d ，a s y m m e t r i c a l ，v e r y h i g h s p e e d ) 方案是在现有双 绞线的基础上，通过开发新的信号调制、数字相位均衡和回波消除等技术， 为用户提供宽带业务；h t c 方案是结合光纤的大容量传输优势和现有同 轴电缆资源，满足用户对当前宽带业务的需求。但从长远的观点来看，发 展光纤接入网是解决接入网瓶颈问题的最终方案。 为了解决小商业用户和居民用户的业务接入问题，同时考虑到用户对 宽带业务需求的不确定性，光纤接入网的建设方案必须支持用户对网络资 源设备的共享、支持多种比特率业务、对业务透明并能实现平滑升级。正 是基于这些考虑，由1 3 家电信运营商和设备生产商于1 9 9 6 年成立了全业 务接入网( f s a n ) 小组，把f 订x ( x = c u r b b u i l d i n g ，c a b i n e t ，o f f i c e ， h o m e ) 确定为接入网发展的策略。基于a t m 的无源光网络( a p o n ) 是 譬兰2 ：鲨垒竺兰- - 一 支持f t t x 的最好方案，它充分利用p o n 的低成本、可平滑升级等特点， 又结合了a t m 适合于提供宽带综合业务的能力，已经成为光接入网研究 和开发的热点。i t u t 跟踪这一研究趋势，并于1 9 9 6 年颁布了g 9 8 2 建 议( o p t i c a la c c e s sn e t w o r k s t os u p p o r ts e r v i c e su pt ot h e1 s d np r i m a r yr a t eo r e q u i v a l e n tb i tr a t e s ) 和1 9 9 8 年的g 9 8 3 建议( b r o a d b a n do p t i c a l a c c e s s s y s t e r f l sb a s e dp a s s i v eo r t i c a ln e t w o r k s ) ，为a p o n 的研究制定了统一的 标准。 在g 9 8 3 建议中，提出了a p o n 系统采用无源双星型( p d s ) 拓扑结 构，并建议下行业务采用时分复用( t d m ) 以广播方式传送给用户，上 行采用时分多址方式( t d m a ) 把用户业务接入到光线路终端( o l t ) ， 实现用户对资源设备的共享。在这种点到多点的拓扑结构中，网络中所有 用户通过一个公共信道或媒体访问网络，为防止不同用户发出的信号发生 碰撞，需要有媒体接入控制( m a c ) 协议来控制用户接入。在无源光网 络的点到多点拓扑结构中，m a c 协议的选择将会直接影响到网络的公平 性、高效性和硬件设施的复杂性( 经济性) 等诸多因素，所以无源光接入 网的m a c 协议的设计就成为光接入网技术的重要研究内容之一。 a p o n 作为接入网技术，并期待成为同的接入平台，面对的业务流 是多种多样的，除了数据业务外，还有传统的语音、视频等实时业务，这 样对m a c 协议的设计增加了难度，而且在i t u t 标准中没有对m a c 协 议给出详细的标准。近年来，国内外的许多专家、学者相继提出了若干诸 如b t a p o n 、g l o b a l f i f o 等关于无源光接入网的接入控制协议。在这些 协议中，具有代表性的是由j o h nd a n g e l o p o u l o s 等人提出的b p pm a c 协议和分优先级的m a c 协议。分优先级的m a c 协议本身就是对b p p m a c 协议的种改进，虽然此协议对时延较敏感的业务的接入有较好的 性能，但仍然有一定的缺陷。 山东入学碗十学位论文 - - _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ - _ _ - _ _ - _ _ - - _ - _ - _ - _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ _ _ _ - - _ i i - _ - 本论文在研究和分析b p pm a c 协议和分优先级的m a c 协议的基础 上，提出了一种新的m a c 协议，并对其进行了性能分析和仿真，可以看 出本协议具有带宽利用率高、低传输时延、低传输时延变化、无碰撞公平 和高效性等特点。 在接入网中，根据时延优先级和信元丢失优先级将业务在a t m 层分 为：c b r 、r t v b r 、r i f t v b r 、a b r 和u b r 等5 种业务。本协议将这5 种接入业务分成3 个接入优先级，其划分方法与j o h nd 的分优先级的方 法相同。即最高优先级用于对时延和抖动敏感的固定比特率( c b r ) 业务： 次优先级用于对时延要求较低的c b r 业务和对抖动要求较低的可变比特 率( v b r ) 业务：最低优先级主要用于时延要求较低、突发度较高的可用 比特率( a b r ) 业务和未标明比特率( u b r ) 业务，它们对时延不敏感。 论文所设计的协议和j o h nd 的协议的主要区别为：协议在较低优先 级的a b r 业务中保证其最小信元速率( m c r ，m i n i m u m c e l lr a t e ) 和较 低的信元丢失率( c l r ，c e l ll o s sr a t e ) 。也就是说，应该控制a b r 业务 的接入数量，给a b r 业务一个固定窗口，保证在c b r v b r 业务过载情 况下，a b r 业务的性能要求。对于最高优先级的c b r 业务应尽可能多地 把信元到达的排队信息报告给o l t 不光是信元的数目，还有信元到达的 时间间隔和信元的分布。在进行带宽分配时，能够尽可能的满足先到达的 信元能够先被服务( f c f s ) ，这样可以进一步提高c b r 业务对实时性的 要求。 论文还给出了计算机仿真结果，可以看出本协议完全符合i t u t 对 a p o n 的要求，并具有良好的性能。在论文的最后，给出了实现本协议的 硬件设计方案。 第二章相关技术理论介绍 在介绍基于a t m 的无源光接入网( a p o n ) 之前，有必要对系统所 采用的技术以及相关理论进行简要介绍。本章主要就异步传递模式 ( a t m ) 、用户接入网( a n ) 和无源光网络( p o n ) 等知识进行了简单说 明和分析。 第一节a t m 交换技术 a t m 是a s y n c h r o n o u st r a n s f e rm o d e ( 异步传递模式) 的简称，是一 种新型的分组传输与交换技术。由于它综合了电路交换的简单性和分组交 换的灵活性，能够适应于不同速率、不同突发度的实时和非实时业务的要 求，可以实现多种业务在问一个网络中传输和交换，并能保证质量。c c i t t 早在1 9 8 8 年就把它推荐为b i s d n 的信息传送方式，定义为“- - f l 基于 j 乍信道化的高速数字链路的交换技术”。 2 1 1a t m 基本原理 a t m 将发送的用户信息分割成一个个具有固定长度( 5 3 个字节) 的 所谓信元( c e l l ) ，然后再经网络传递到对方。接收端对信元的识别不再 靠严格的参考定时，而是靠信元中的信头( 5 个字节) 的标记信息域来识 别究竟该信元属于哪一个连接。系列具有同样标记值的信元构成一个所 谓的虚通路( v p ) ，因而只要标汜值一样，无论发送次序如何都不会影响 正确地恢复发送端的信息。 山东大学碗卜学位论文 i ii i i i b ii i _ l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - 在发送端，各种业务信息都被拆成一个个等长的信元。当在同一地点 的各种信息要一起发送时，可进行统计时分复用，使信元动态占用传输信 道，由此而成为异步。在接收端，将属于同一业务的信元组装起来，恢复 发送端的码流。用户信息置于信元中的信息字段( 4 8 个字节) ，而信息字 段是透明地穿过a t m 网络而不变化的。 2 1 2a t m 信元的组成 a t m 传送信息的载体是a t m 信元，a t m 信元和分组交换中的分组类 似，但又有自己的特点。a t m 信元是定长的，而且信元的长度较小( 只 有5 3 个字节) ，信头的功能也非常简单，a t m 信元和信头的构成如图2 1 所示。 i 信头 信息宇段 嘲1 再可叫 ( a ) a t m 信元 1 2 3 4 5 字节 ( b ) 信头结构( u n i )( c ) 信头结构( n n i ) 图2 - 1a t m 信头及信头结构图 a t m 信头内容在用户网络接口( u n i ) 和网络接点接口( n n i ) 中略 有差别。主要有以下几个部分构成： v p i ：虚通道标识，n n i 中为1 2 b i t s ，u n i 中为8 b i t s ： v c i ：虚通路标识，1 6 b i t s ，标识虚通道内的虚通路，v p i v c i 一起标 识一个虚连接： h e c ：信头差错控制，8 b i t s ，校验a t m 信头，可纠正信头中1 b i t 的 一1 0 一 山东夫学硕小学位论文 差错。h e c 的另一个作用是进行信元定界，利用h e c 字段和它之前的4 个字节的相关性可 别出信头位置； p t ：负荷类型指示，3 b i t s c l p ：信元丢失优先级，l b i t ，用于阻塞控制： g f c ：一般流量控制，4 b i t s ，只用于u n i 接口。 a t m 信元的信头功能比分组交换中分组头的功能大大简化了，如不 再进行逐段链路的检错和纠错，由于链路质量的提高，端到端的差错控制 只在需要时才由终端处理，h f c 只负责信头的差错控制。另外，信头只 用v p i v c i 标识一个连接，而无需原地址、目的地址和包序号，信元顺序 也有各网元保证。 2 1 3a t m 网络体系结构 a t m 的协议模型中包括了3 个平面( 如图2 2 所示) ：用户平面用来 传递用户信息；控制平面用于控制信令信息：管理平面用来维护网络和执 行操作功能。此外还有一个管理平面，主要负责不同平面的管理。 图2 - 2a t m 体系结构图 关于a t m 的技术标准，主要涉及a t m 用户层、a t m 适配层( a a l ) 、 山东犬学硕十学位论文 a t m 层和物理层。a t m 用户层的功能主要是支持各种用户服务，如恒定 比特率( c b r ) 的面向连接服务，可变比特率( v b r ) 的面向无连接服务 以及用户或厂家自定义的用户服务等。 a a l 层的主要功能是适配来自用户层的信息，以形成a t m 网络可以 利用的格式，即把用户信息变成信元格式或把信元变成用户所需的信息。 目前以定义了四类a a l 协议： a a l 一1 ：用于支持面向连接、不变速率和有端一端时延要求的服 务，主要是声音传送等。 也一2 ：用于支持面向连接、可变速率和有端一端时延要求的服 务，主要是视频的传送等。 工一3 4 ：用于支持面向连接、可变速率和无端一端时延要求的 服务和面向无连接、可变速率和无端一端时延要求的服务。它是最初的数 据适配技术，要对每个信元的数据都进行循环冗余校验( c r c ) ，因而效 率不高。 a a l 5 ：用于支持面向连接、可变速率和无端一端时延要求的服 务或面向无连接、可变速率和无端一端时延要求的服务。它简化了数据适 配，提供了更有限的功能( 取消了信元c r c ) ，处理与带宽要求更低。也 称为s e a l ( s i m p l e a n de f f i c i e n ta d a p t a t i o nl a y e r ，简单和有效适配层) 。 a t m 层的功能是构造和校验信元头部，构造并组成完整的信元：利 用信元头部进行信元源的路由选择、多路传送和多路分解等操作。a t m 层协议的操作对象是信元头部。 物理层的主要功能是负责信元编码并将信元编码交给物理介质。物理 层支持各种物理线路协议，如s d h s o n e t 、p d h ( t 3 、e 3 ) 、d s 一3 、4 b 5 b 、 8 b 1 0 b 线路协议等，这样在以后进行a t m 网络系统升级时可以最大限度 地利用原有资源。 山东大学硕i 学位论文 图2 - 3a t m 网络界面 2 1 4a t m 网络界面 一个a t m 网可以认为是一组终端系统和一组中间端点( 即交换系统 节点) 的集合，所有各种连接构成了a t m 的界面集合，a t m 标准定义了 用于各节点( 终端系统和交换系统的节点) 之间的界面连接协议，如图 2 - 3 所示，图中列举了各种可能出现的a t m 网络界面。 u n ( 用户网络接口) ：定义了a t m 用户设备( 指带有a t m 网 卡的终端、路由器、网桥、服务器、工作站、集线器等终端系统) 和a t m 网络之间的接口。 s s i ( 交换系统内部接口) ：定义了在同一a t m 簇上的两个a t m h u b 之间的接口，一个a t m 簇是一组由s s i 网络界面进行内部连接的 a t mh u b 的集合，不需操作人员的干预，s s i 也能完全支持诸如路由选 择、节点的失败与恢复、备份及拓扑路由服务程序的管理等网络功能。在 任何两个a t mh u b 之间都可以定义多个s s i 联结。 n n i ( 网络系统接口) ：定义属于不同a t m 簇的两个a t mh u b 之间的接口，这两个a t m 簇可以在同一子网，也可以在不同的子网上。 对诸如路由、备份、拓扑变化等网络功能的管理需要网络操作员的干预， 在两个a t mh u b 之间只能定义一个n n i 联结。 2 1 5a t m 网络数据通信 当a a l 层收到从高层协议传来的数据后，a a l 层将数据划分为4 8 字节的数据块，送到a t m 层；a t m 层收到这些数据后，生成5 字节长的 信元头，并构成完整的5 3 字节长的信元，然后将其多路传输到相应的虚 连接( 物理层) ；物理层将信元组成帧，然后将帧送至物理介质进行传输， 至目的端的物理层、a t m 层、a a l 层，进行相反的操作，将数据送目的 端的网络高层。这就是数据通过a t m 网络发送和接收的过程。 2 1 6a t m 的特点 a t m 可以做成面向连接的网络，具有很高的通信服务质量( q o s ) 。 它具有先前的许多通信网络所不具备的优点： ( 1 ) a t m 网中不进行逐段链路的差错控制和流量控制 由于光纤线路的可靠性很高，没有必要逐段链路进行差错控制。此外， 逐段链路的差错控制和流量控制也增加了网络的复杂性。所以，a t m 网 络采用端到端的差错控制和流量控制。考虑到当a t m 节点上流量太大时， 应尽量减少信元的丢失率，采取了以下措施： 合理的进行资源分配和设计队列容量，使队列溢出的概率很低，信 元的丢失率低于1 0 “o 。 在呼叫建立时，检查用户申请的带宽，网络有足够的资源时才接受 这个呼叫，若网络资源不足或流入速率超过允许值时拒绝用户接入。 ( 2 ) a t m 以面向连接的方式工作 为了提高处理速度a t m 以面向连接的方式工作，通信开始时，先建 立虚连接，包括虚通路( v c ) 和虚通道( v p ) 。用户将虚连接的标识写 入信头v c i v p i 中，网络根据虚连接标识将信息送往目的端。 山东大学顾。f 学位论文 ( 3 ) 简化信头功能 与x 2 5 分组头相比，a t m 信头功能被简化了使信头处理速度得以 提高，从而使信元的排队时延大大降低。 ( 4 ) a t m 采用固定长度的信元，信息域的长度较小 长度小而固定的信元，使网络传输和交换速度快，从而减小交换节点 内部缓冲区的容量，使信元的排队时延和时延抖动降低。所以，a t m 可 以很好的应用于语音、活动图象等实时性业务。 ( 5 ) 透明的网络传输方式 a t m 网络以语义透明和时间透明的传输方式工作。所谓语义透明是 要求网络在传送信息时不产生错误，或者说端到端的错误概率非常低，低 到使业务能够接受，即不改变业务信息的语义。所谓时间透明是要求网络 以最短的时间将信息从源端到目的端，这个时间短到使业务能够接受，即 不改变业务的时间关系。 ( 6 ) 提供一个简化的网络结构 a t m 除了o a m ( 操作、管理和维护) 信元、p m ( 性能监控) 信元、 r m ( 资源管理) 信元等特殊信元外，只关心5 3 个字节中的5 个信元头字 节，而对4 8 个字节的净荷内容不加任何处理。 因此，a t m 具有很高的灵活性，易适应多种业务的综合，具有很强 的健壮性、伸缩性、可管理性、容错性及应变能力。能高效、快速地进行 传输和交换。 第二节接入网( a n ) 技术 2 2 1 基本概念、定界及协议参考模型 用户接入网是为适应当今通信业务需要，由i t u t 提出并得到迅速发 山东大学硕士学位论文 展的新型用户网。用户接入网( a n ：a c c e s s n e t w o r k ，简称“接7 , n ”) 是 泛指用户网络接口( u n i ) 与业务接口( s n i ) 间实现传送承载功能的实 体网络( 诸如线路设施和传输设施) ，是从本地交换机到用户终端之间的 实施系统，要连接的相关设备包括交换机和用户终端设备，可经由q 3 接 口进行配置和管理。 接入网是整个电信网的重要组成部分( 如图2 4 所示) ，连接核心网 和用户驻地网，其目标是建立一种标准化的接口方式，以一个可监控的接 入网络，使用户能够获得话音、租用线业务、数据多媒体、有线电视等综 合业务。 接入网是由网络侧的v 或z 参考点与用户侧t 或z 参考点之间的所 有机线设备构成，其定界如图2 5 所示。接入网所覆盖的范围由三个接口 定界。网络侧经由业务节点接口( s n i ) 与业务节点( s n ) 相连。业务节 点可以是p s t n i s d n 交换机，也可以是租用线业务节点、路由器或特定 圈2 - 5 接入网的定界 山东大学硕十学位论文 - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - _ - _ _ - - _ _ _ _ - _ - _ - _ _ _ - _ _ _ - - _ _ _ - _ - - - - - - _ _ - - _ _ i 配置情况下的点播电视和广播电视业务节点等。业务接点接口是连接接入 网和业务结点的丌放接口，包括目前广泛应用的与窄带交换设备相连的 v 5 接口，还有v b 5 接口、高速以太网接口及其他开放接口。用户侧经由 用户网络接口( u n i ) 与用户终端设备( t e ) 或用户驻地网( c p n ) 相连。 用户网络接口可以是z 接口、1 s d n 接口、a t m 接口，也可以是以太网接 口或其他接口。用户终端可以是计算机、普通电话机或其它电信终端设备。 用户驻地网可以是局域网或其他专用通信网。管理方面经q 3 接口与电信 管理网( t m n ) 相连，通常需经协调设备( m d ) 再与t m n 相连。 接入网允许与多个业务节点相连，这样接入网既可以接入分别支持特 定业务的单个业务节点，又可以接入支持相同业务的多个业务节点。用户 网络接口与业务节点的连接是静态的，即联系的确立是通过与相关业务结 点的协调指配功能来完成的，给业务节点分配接入承载能力也是通过指配 功能来完成的。 接入网的分层模型如图2 - 6 所示。该图描述了各个层面及其相互关系 并考虑了层管理和系统管理功能。接入网可划分为电路层( c l ) 、传输通 道层( t p ) 和传输媒质层( t m ) ，其中t m 层又可以进一步划分为段层 图2 - 6 接入网协议参考模型 和物理媒质层。电路层网络是面向公用交换业务的，按照提供业务的不同 可以区分不同的电路层网络。通道层网络为上面的电路层网络接点( 如交 换机) 提供透明的通道( 即电路层) 。传输媒质层网络与传输媒质( 光缆 或无线) 有关。三层之间相互独立，相邻层之间符合客户服务者关系。 对于接入网而言，电路层上面还应有接入网特有承载处理功能( a f ) 。 2 2 2 接入网的主要功能 接入网的主要功能有5 种，即用户口功能( u p f ) 、业务口功能( s p f ) 、 核心功能( c f ) 、传送功能( t f ) 和a n 系统管理功能( s m f ) 。如图2 7 所示。 = j j 户承载和用户信令信息 控制和管理 幽2 7 接入网功能结构 ( 1 ) 用户口功能( u p f ) 用户口功能的主要功能是将特定的u n i 要求与核，1 1 , 功能和管理功能 相适配。主要功能有：终结u n i 功能；a d 转换和信令转换；u n i 的激 活去激活；处理u n i 承载通路容量：u n i 的测试和u p f 的维护：管理 和控制功能。 ( 2 ) 业务口功能( s p f ) 业务口功能的主要作用是将特定s n i 舰定的要求与公用承载通路相 山东人学砸 学位论艾 适配以便核心功能处理，也负责选择有关的信息以便在a n 系统管理功能 中进行处理。主要功能有：终结s n i 功能；将承载通路的需要和及时的管 理和操作需要映射进核心功能；特定s n i 所需要的协议映射；s n i 的测试 和s p f 的维护；管理和控制功能。 ( 3 ) 核一c 、功能( c f ) 核心功能处于u p f 和s p f 之吲，其主要作用是负责将个别用户口承 载通路或业务口承载通路相适配。其主要功能还包括为了通过a n 传送所 需要的协议适配和复用所进行的对协议承载通路的处理。核心功能可以在 a n 内分配，其主要功能有：接入承载通路处理；承载通路集中：信令和 分组信息复用；a t m 传送承载通路的电路模拟；管理和控制功能。 ( 4 ) 传送功能( t f ) 传送功能为a n 中不同地点之间公用承载通路的传送提供通道，也为 所用传输媒质提供媒质适配功能。主要功能有：复用功能：交叉连接功能 ( 包括输导和配置) ；管理功能 物理媒质功能。 ( 5 ) a n 系统管理功能 a n 系统管理功能的主要作用是协调a n 内u p f 、s p f 、c f 和t f 的 指配、操作和维护，也负责协调用户终端和业务节点的操作功能。主要功 能有：配置和控制；指配协调；故障检测和指示；用户信息和性能数据收 集；安全控制；协调u p f 和s n 的及时管理和操作功能；资源管理。 a n s m f 经q 3 接口与t m n 通信以便接受监视和或控制，同时为了 实时控制的需要也经s n i 与s n s m f 进行通信。 2 2 3 接入网的技术规范 1 9 7 5 年英国电信( b t ) 首次提出接入网的概念，8 0 年代初原c c i t t 提出v 1 v 4 数字接口建议，a n 一直停滞在理论阶段。直到8 0 年代后期 山东大学硕十学位论文 i t u t 着手制订标准化v 5 x 数字接口规范，并对a n 作出了科学的界定， a n 技术才真正进入电信业务应用领域。关于i t u t 已制订或正在制订的 有关接入网的建议如表2 - 1 所示。 表2 - 1i t u t 制订的有关接入网的建议 2 2 4 接入网的特点 接入网处在电信网的核心网与用户设备( 或用户驻地网) 之间，有以 下几个特点： ( 1 ) 建设成本高。 ( 2 ) 地理位置分散 ( 3 ) 工作环境恶劣。 ( 4 ) 供电没有保障。 ( 5 ) 对各种业务透明支持。传统的接入网只支持普通电话业务，目 kf耳 山东入学坝- 学位论文 _ l _ _ _ _ _ _ _ _ - i _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ i _ _ - _ _ - _ - _ _ - l _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - 前出现的各种接入设备在业务节点和用户之间起透明传送作用，支持的不 仅仅是话音业务，还有各种实时和非实时数据业务及其它业务。 ( 6 ) 技术种类多。 另外，与核心网相比，接入网技术变化缓慢。目前，绝大多数电信用 户还是传统的铜线接入。接入网是信息高速公路的瓶颈，是电信网由窄带 升级为宽带的“最后一公里”。 2 2 5 接入网的分类 接入网的分类方法有很多种，例如可以按传输媒质分、按拓扑结构分、 按使用技术分、按接口标准分、按业务带宽分、按业务种类分等。但常用 的主要有下面几大类，它们可单独使用或混合使用： 金属用户线上的x d s l ：它又可分为i d s l ( i s d n 数字用户环路) 、 h d s l ( 利用两对线双向对称传输2 m b s 的高速数字用户环路) 、s d s l ( 单 线对双向对称传输2 m b s 的数字用户环路，传输距离比h d s l 稍短) 、 v d s l ( 甚高速数字用户环路) 、a d s l ( 不对称数字用户环路) 。这些系 统均采用点到点的拓扑结构。 同轴电缆上的h f c ( 双向混合光纤同轴电缆接入传输系统) ，s d v ( 可交换的数字视频接入系统，也基于混合光纤同轴电缆，但同轴电缆上 只传下行信号) 。拓扑结构是树型或总线型，下行物理上通常为广播方式。 h f c s d v 与其他接入方式相比的特点是下行可以混合传送模拟与数字信 号。 光纤接入系统：可分为有源和无源系统，有源系统有基于p d h 和 s d h 的，拓扑结构可以是环型、总线型、星型或它们的混合，也有点到 点的应用。无源即p o n ( 无源光网络) ，有窄带和宽带，目前宽带p o n 已经标准化的是基于a t m 的p o n ，即a p o n 。p o n 本身下行是点到多点 山东大学碗士学位论文 系统，上行为多点到点，上行时需要解决多用户争用问题，目前上行采用 t d m a ( 时分多址) 技术。 无线接入系统：通常指固定无线接入( f w a ) ，根据其技术来自 无绳电话( 如d e c t ) 、集群电话、蜂窝移动通信、微波通信或卫星通信 可分为很多种，对应不同的频段、容量、业务带宽和覆盖范围不同。无线 接入主要的工作方式是点到多点，上行解决多用户争用的技术有f d m a ( 频分多址) 、t d m a ( 时分多址) 和c d m a ( 码分多址) 等。 2 2 6 无源光网络( p o n ) 技术分析 按i t u t 的规定，p o n 可以看作是o d n ( 光分配网) 的予集，是由 无源光器件组成的光分配网，一点对多点方式为o l t ( 光线路终端) 和 o n u ( 光网络单元) 之间提供物理层的光传输媒质。p o n 中主要的无源 光纤器件有：光纤光缆、光线接头、光连接器、光分路器，还有波分复用 器和光衰减器。在接入网的诸多技术中，基于光纤通信技术的无源光网方 案因具备下列优点而备受关注： 多个用户共享网络侧设备、馈线段光纤和光分路器，可节约成本。 不含有源设备，提供了更好的网络可靠性，降低了维护费用。 设备体积及功耗小，对环境要求低。 光纤化程度高，可适用于f t t c 、f t t b 和f t t h 。 带宽灵活性好，p o n 对业务的透明性使其成为最理想的多媒体业 务系统。 第三章基于a t m 的无源光网络系统 随着信息化社会的不断向前发展，人们不再仅满足于打电话、看电视， 而是出现了众多新的双向交互式业务：电子邮件( e - m a i l ) 、影视点播 ( v o d ) 、会议电视、图文检索、高速数据传真等。这些业务种类多，而 且要求高质、可靠、有效及经济地传输。这些需求构成了一个共同的要求： 就是建立一个通用的接入网络。这个网络必须十分灵活，用户通过个通 用接1 3 与骨干网相连，同时通过这个接口，用户可得到网络运营者提供的 各种服务。因此在己完成长途干线、局间中继、长途交换和局间交换网络 数字化后的今天，电信网的“最后一公里”用户接入网的数字化和宽 带化是迫在眉睫的事。 为了实现这种宽带接入，人们提出了各种不同的方案，例如，铺设光 纤或用x d s l ( 包括a d s l 、h d s l 、v d s l 等) 升级已有的电话线，或用 h f c 。在这些方案中，光纤接入被认为是最有竞争力的解决方案，建立光 接入网( o a n ) 已是发展的必然趋势。 无源光网络( p o n ) 最初由b t 实验室的研究人员于1 9 8 7 年提出， 它对现有的网络和将来的b i s d n 都是一种良好的过渡方式。p o n 是光接 入网( o a n ) 中的一种，因为它具有不采用有源节点、带宽灵活性好、 成本共享、对业