（信号与信息处理专业论文）驻地网接入点的流量控制研究和硬件实现.pdf

驻地侧接入点的流量摔制j f j 究和硬件实现 第1 贝 摘要 能提供不同的q o s ( 服务质量) 是一个网络成功的关键，q o s 有赖于有效的流 量控制策略。当前我国宽带驻地网络正在迅猛发展，驻地网的流量控制技术是个 亟待研究的课题。本文给出了实现驻地网接入点的流量控制的两种算法和具体实 现方式。 论文共分为五章，第一章介绍了驻地网的概念、接入技术和工程实现；第二 章详细介绍了网络的流量控制技术；第三章介绍了k u d o s 驻地网体化解决方 案；第四章重点介绍了宽带接入网关b a g 的流量控制的实现；最后一章是结论。 关键词：驻地网( c p n ) ，流量控制，接入技术 a b s t r a c t p r o v i d i n gq o s i st h ek e yt oan e t w o r k ss u c c e s s q o s d e p e n d so n e f f e c t i v et r a f f i c c o n t r o ls t r a t e g y n o wi no u rc o u n t r yb r o a d b a n dc p n ( c u s t o m e rp r e m i s e n e t w o r k ) i s i nf a s t d e v e l o p m e n t ，w h i c hb r i n g so u tt h en e e do fs o l u t i o nt o i t st r a f f i cc o n t r o l t e c h n o l o g yi nt h i st h e s i sw ep r o v i d et w o k i n d so fs c h e m et oi m p l e m e n tt r a f f i cc o n t r o l f u n c t i o ni na c c e s sp o i n to f c p n h e r ew eh a v e5c h a p t e r si nt o t a l t h ef i r s tc h a p t e rg i v e ss i m p l ei n t r o d u c t i o no f c p na n da l s oi t sa c c e s st e c h n o l o g ya n di m p l e m e n t a t i o ni np r o j e c t t h ef o l l o w i n g c h a p t e r d e s c r i b e st h et r a f f i cc o n t r o l t e c h n o l o g y i n t o d a y s n e t w o r k t h e na n i n t e g r a t i v es o l u t i o na n d t h ei m p l e m e n t a t i o no fi t st r a f f i cc o n t r o li nc p na r ep r o v i d e d i nd e t a i li nt h e3 “a n d4 “c h a p t e r s i nt h el a s tc h a p t e r , w eg e tt h ec o n c l u s i o n k e yw o r d s ：c p n ，t r a f f i cc o n t r o l ，a c c e s st e c h n o l o g y 1 宽带用户驻地网 1 1 用户驻地网的概念 1 9 9 9 年丌始，长城宽带作为中国小区宽带接入的领头羊，进入许多新建小区 以及部分的小区，通过“光纤+ 局域网”方式敷设了许多的小区宽带网络，引发 了许多系统集成商、房地产开发商甚至电信运营商的效仿。一时间，中国出现了 社区宽带服务、小区宽带网、智能小区等让业界眼花缭乱的新名词。信息产业部 在2 0 0 1 年开始在1 3 个城市进行了用户驻地网的开放试点工作，把这些提供电信业 务的公司统一称为用户驻地网运营商。目前上规模有影响的有数码通、聚友网络、 长城宽带、首创等公司。 试点工作中对宽带用户驻地网设定了管理界定：宽带用户驻地网是指用户驻 地业务集中点到用户终端之间的传输及线路等相关设施，用户驻地可以是一个居 民小区，也可以是一幢或相邻的多栋写字楼，与以往所说的”用户驻地网”的概念 有所不同。后者指的是不对外经营的，所服务的用户属于同一企业，不同部门之 间不存在计算与收费的问题，如企业网、校园网等。而目前所指的宽带用户驻地 网则是对外经营的，可以理解为从用户驻地业务集中点到用户终端之间的传输及 线路等相关设施。 1 2 宽带驻地网接入方式 在宽带驻地网的建设中，采用何种接入方式，直接关系到网络的投资。目前 的主流接入技术主要包括l a n 、a d s l 、v d s l 、h f c ，h p n a ，以及a p o n 和 基于无线的w l a n 和l m d s 等。 下面对各种接入技术进行简要的介绍。 1 2 1 基于p s t n 的接入技术 传统铜线接入技术，即借助电话线路，通过调制解调器拨号实现用户接入的 方式，速率已达5 6 k b p s ( 通信一方应为数字线路接入) ，这种速率还远远不能满 足用户对宽带业务的需求。目前采用各种先进的调制技术和编码技术来提高铜线 驻地州接八点的流量控制研究和硬件实现 销5 页 的传输速率，主要包括如下儿类： 1 、d s l ( d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ) 技术 ( 1 ) a d s l ( a s y m m e t r i c a ld i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e )a d s l 利用现有的电 话线路，再加上a d s l 专用调制解调器，将数字信号的传输速率提升到下传 1 5 m b p s 9 m b p s 、上传6 4 k b p s 6 4 0 k b p s 。实现时的具体差异主要由所采用的调 制解调器、传输方式与和传输距离( 最主要因素) 决定。a d s l 将一条双绞线上 用户频谱分为三个频段： 0 4 k h z 频段：传送话音基带信号实现电话业务 2 0 2 0 0 k h z 频段：传送上行或下行的低速数据( 1 4 4 5 7 6 k b p s ) 2 5 0 1 0 0 0 k h z 频段：传送下行高速数据f 速率可达8 m b p s ) 由于a d s l 这种上行速率底，下行速率高的不对称性，因此被称为“不对称 数字用户线”。a d s l 的关键在于高速信道的调制技术，目前采用三种调制技术： q a m ( 正交幅度调制) 、c a p ( 无载波幅度相位调制) 、d m t ( 离散多频调制) 。 c a p 与q n m 基本相同，是无载波的q a m ，而d m t 则可提供更高的工作速率。 d m t 是一种多载波调制方法，它将电话网中的双绞线的可用频带分为2 5 6 个子 信道，每个子信道带宽为4 k h z ，它可根据各子信道的性能来动态分配各信道的 数据速率。 ( 2 ) h d s l ( h i 曲d a t ar a t e d i s t a ls u b s c r i b e r l i n e ) h d s l 利用两条双绞线 进行数字资料的传输，不过上下传速度对称( s y m m e t r i c a l ) ，这是它与a d s l 最 大的不同点。在一条双绞线的状况下，h d s l 速率可达7 8 4 k b p s 至1 0 4 0 k b p s ， 如果以两条双绞线传输，则可将速率提高到t i ( 1 5 4 4 m b p s ) 或e 1 ( 2 0 4 8 m b p s ) 的水准。它采用高速自适应数字滤波技术和先进的信号处理器，进行线路均衡， 消除线路串音，实现回波抑制，不需要再生中继器，适合所有非加感用户环路， 设计、安装和维护方便、简捷。h d s l 采用的编码类型为2 8 1 q 码或c a p 码， 可以利用现有电话线缆用户线中两对或三对双绞线来提供全双工的t 1 e 1 信号 传输，对普通0 4 0 6 m m 线径的用户线路来讲，传输距离可达3 6 k m ，比传统 的p c m 技术要长一倍以上。如果线径更粗些，传输距离可接近1 0 k i n 。 h d s l 技术广泛适用于移动通信基站中继、无线寻呼中继、视频会议、i s d n 基群接入、远端用户线单元( r l u ) 中继以及计算机局域网互联等业务，由于它 驻地恻接八点的流军拄a 珥研究耳砸件实现 要求传输介质为2 3 对双绞线，因此常用，二叶 继线路或专用数字线路，一般终 端 1 l 户线路不采 ；= f 该技术。 ( 3 ) v d s l ( v e r yh i g hd a t ar a t ed i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ) v d s l 为最高速 的传输方式，v d s l 和a d s l 技术楣似，也是一种j # 对称的数字用户环路技术。 采用频分复用方式，将p o t s 、i s d n 以及v d s l 的上、下行信号放在不同的频 段传输，v d s l 采用c a p 、d m t 和d w m t 等编码方式，在一对普通电话双绞 线l 提供的典型速率为上行1 6 2 3 m b p s ，下行1 2 9 6 5 5 2 m b p s ( 目前最高达 到1 5 5 m b p s ) ，速率比a d s l 高约1 0 倍，但传输距离比a d s l 也低得多，典型 的传输距离为0 3 1 5 k m 。 当前，x d s l 技术成为宽带接入网中非常活跃、热门的技术，除上述几种比 较典型的技术以外，目前还存在其他。一些数字用户环路技术，如i d s l 、u d s l 、 c d s l 、e d s l 等。 2 、h o m e p n a ( h o m e p h o n e l i n e n e t w o r k a l l i a n c e h o m e p n a 系统是用户线接入多路复用器( p h o n e l i n e n e t w o r k a l l i a n c e ) 。该系 统在现有的铜线和光纤网络上提供每令用户1 m b p s 1 0 m b p s 的高速数据传输。 h o m e p n a 技术能够分离通过一条电话线传送的声音和数据业务。声音传送的波 段在2 0 h z 3 4 k h z 之间，而x d s l 利用2 5 k s q z 11 m h z 这一波段，设备则利用 5 5 m h z 9 5 m h z 波段，因此当用户利用同一条电话线访问因特网时可以使用电 话或发传真，不会相互影响。它采用频分复用技术。 h o m e p n a 技术采用2 芯的电话线，通过频率分离声音和数据。 v o i c e ：2 0 3 4 k h z ( t e l e p h o n e l x d s l ：2 5 k h z i1 m h z ( a d s l ) h o m e p n a ： 5 ，5 m h z 9 5m h z 图1 一l 频带分布图 日f 地刚接八0 的流量控制研究和碰件实小第7 吡 3 、b i s d n ( 宽带综合业务数字网络) b i s d n 是。个服务平台。它使用组限定的网络接口和网络设备配置，单 独的b i s d n 网络能够支持范围广泛的客户数据、话音和视频通信应用。b i s d n 的设计是为了配合未来的同步光网络，取得同步光网络可用性的优点。为了得到 高传输速；餐，保证低的延时特性。它以光纤和无线介质的宽带网进行综合数字传 输服务。b s d n 支持从2 m b p s 到更大的传输速率。b i s l n 是宽带的i s d n ，而 i s e n 能够在普通的电话线上以比较小的带宽为用户提供数据的数字传输。因我 国推行窄带i s d n 故本文对b i s d n 技术不加以详细描述。 4 、3 d d s 3 d d s 是一种在传统通信网络的基础上提供i p 网络增值业务的宽频带多媒 体应用系统。全称是三维数字交互宽带网络系统，它可以充分利用现有电话线网 络向商业和居民用户提供宽带多媒体服务。3 d d s 网络系统是通过将3 d d s 数字 环路技术、口技术和a t m 技术结合，采用点对点方式，星形结构在铜质双绞线 上实现真正的高速链接，从而建立一种基于公用电话网( p s t n ) 的宽带多媒体 应用系统。 目前的上下行带宽已达1 0 m h z ，并且具有双向传输性，传输距离和抗干扰 性方面优于现有其他技术。 1 2 2 基于无线的接入技术 1 、l m d s ( l o c a lm u l t i p o i n td s t r i i b u t i o ns e n r i c e s ) l m d s 中文译作本地多点分配业务。这是一种微波的宽带业务，工作在 2 8 g h z 附近频段，在较近的距离双向传输话音、数据和图像等信息。l m d s 采 用一种类似蜂窝的服务区结构，将一个需要提供业务的地区划分为若干服务区， 每个服务区内设基站，基站设备经点到多点无线链路与服务区内的用户端通信。 每个服务区覆盖范围为几公里至十几公里，并可相互重叠。 普通的无线接入系 统均是窄带系统，工作在4 5 0 m 、8 0 0 m 等，针对低速的话音和数据业务。而l m d s 的宽带特性，决定它几乎可以承载任何种类的业务，包括话音、数据和图像等。 l m d s 用户端设备包括室外安装的微波发射和接收装置以及室内的网络接 口单元( n i u ) ，n i u 为各种用户业务提供接口，并完成复用解复用功能。p - c o m 驻地蹦接入点的流量控制研究和碰件实现 第8 贝 的l m d s 系统可提供多种类型的用户接口，包括电话、交换机、图像、帧中继、 以太网等等，速率也非常全：i s d n 、n x 6 4 k 、2 m 、n 2 m 等，基本上= 目前常见 的、【k 务都可直接接入。 2 、 v s a t ( v e r y s m a l l a p e r t u r et e r m i n a l ) v s a t 直译为“甚小孔径终端”，通常指卫星天线孔径小于3 米( 1 2 2 8 米) 、 具有高度软件控制功能的地球站。它是1 9 8 4 年至1 9 8 5 年开发的一种卫星通信设 备，并在近几年得到非常迅速的发展。v s a t 已广泛应用于新闻、气象、民航、 人防、银行、石油、地震和军事等部门以及边远地区通信。v s a t 有两个主要特 点： ( 1 ) 地球站通信设备结构紧凑牢固，全固态化，尺寸小、功耗低，安装方 便。v s a t 通常只有户外单元和户内单元两个机箱，占地面积小，对安装环境要 求低，可以直接安装在用户处( 如安装在楼顶，甚至居家阳台上) 。由于设备轻 巧、机动性好，尤其便于移动卫星通信。按照国际惯例，卫星通信系统分为空间 段( 无线电波传输通信及通信卫星) 和地面段两部分。地面段包括地面收发系统 及地面延伸电路。由于v s a t 能够安装在用户终端地，不必汇接中转，可直接与 通信终端相连，并由用户自选控制，不再需要地面延伸电路。这样，大大方便了 用户，并且价格便宜，因而具有明显的经济效益。 ( 2 ) 组网方式灵活、多样。在v s a t 系统中，网络结构形式通常分为星形 式、网状式和混合式三类。 v s a t 系统综合了诸如分组信息传输与交换、多址协议、频谱扩展等多种先 进技术，可以进行数据、语音、视频图像、图文传真等多种信息的传输。通常情 况下，星形网以数据通信为主兼容话音业务，网状网和混合网以话音通信为主兼 容数据传输业务。与般卫星通信一样，v s a t 的一个基本优点是可利用共同 的卫星实现多个地球站之间的同时通信，这称做“多址联接”。实现多址联接的关 键，是各地球站所发信号经过卫星转发器混合与转发后，能为相应的对方所识别， 同时各站信号之间的干扰要尽量地小。实现多址联接的技术基础是信号分割。只 要各信号之间在某一参量上有差别( 如信号频率不同、信号出现的时间不同，或 所处的空白】不同等) ，就可以将它们分割开来。为达到此目的，需要采用一定的 多址联接方式。 驻地削接入点的流量控制 i j 究干i 】碰件实现 1 2 3 基于同轴电缆的接入技术h f c 1 、h f c 刚与c a b l e m o d e m h f c 由光纤干线和同轴电缆分配网通过光节点站结合而成。h f c 网络是宽 带传输网络，一般采用上、f 行不对称的频率分割。在前端，各种业务信号如模 拟电视信号、数字视频信号、计算机数据信号、电话信号和各种控制信号等通过 副载波复用( s c m ) 方式调制到下行频段的不同频道，经电光转换后用光纤传 送到光节点，在光节点进行光电转换后用同轴电缆广播方式传送至用户。用户的 上行信号采用多址技术( 如t d m a 、f d m a 、c d m a 或它们的组合) 复用至上 行信道，由同轴电缆传送到光节点进行电光转换，然后经光纤传至前端。虽然从 整个网络来看，h f c 网是频分复用的，但某频率上的信道则是被数以百计的 用户共享，因此向同轴电缆网上的用户分配带宽和对信道争用进行仲裁就成为 c a b l em o d e m 系统的关键技术之一。从这个意义上讲，c a b l em o d e m 是一种计算 机网络设备，物理层( p h y ) 和数据链路层的媒质访问控制子层( m a c ) 协议 是它的关键部分。物理层的功能主要是数字信号的调制解调、前向纠错( f e c ) 编解码等。调制方式主要有q p s k 、1 6 6 4 2 5 6 q a m 等。通过对数据流进行f e c 编解码，实现错误校验。最常用的f e c 码是r e e ds o l o m o n 码。m a c 层主要功 能是在共享的单一信道中向多个竞争站点分配带宽。 2 、h f c 网络结构特点 与传统c a t v 网相比，h f c 的网络结构无论从物理上还是逻辑拓扑上都有 重大变化。现代h f c 网基本上是星形总线结构，由三部分组成，即馈线网、配 线网和用户引入线，其结构很像电话网中的d l c ( 数字环路载波) ，其服务区类似 于电话网中的配线区，区别在于h f c 网服务区内仍基本保留着传统c a t v 网的 树形一分支型同轴电缆网( 总线式) ，而不是星形的双绞线铜缆网。 ( 1 ) 馈线网 t t f c 的馈线网指前端至服务n ( s a ) 的光纤节点之间的部分，大致对应c a t v 网的干线段。但区别在于从前端至每- - n 务区的光纤节点都有一专用的直接的无 源光连接，即用一根单模光纤代替了传统的粗大干线电缆和一连串几十个有源干 线放大器。从结构上则相当于用星形结构代替了传统的树形一分支结构。由于服 务区又称光纤服务区，因此这种结构又称光纤到服务区( f s a ) 。 驻地嘲接八点的流量拎删研究和硬件实现 第1 0 虬 ( 2 ) 配线网 配线嘲指服务区光纤节点与分支点之阳j 的部分，大至相当电话网中远端节点 与分线盒之间的部分。在h f c 网中，配线网部分采用与传统c a t v 网基本相同 的同轴电缆网，很多情况常为简单的总线结构，但其覆盖范围则已大大扩展，可 达5 至1 0 公里左右，因而仍须保留几个干线桥接放大器。这一部分的好坏往往 决定了整个h f c 网的业务量和业务类型。 ( 3 ) 用户引入线 用户引入线指分支点至用户之间的线路，与传统c a t v 网完全相同。 3 、h f c 网频谱安排 h f c 采用副载波频分复用方式，各种图像，数据和语音信号通过调制解调 器同时在同轴电缆上传输，合理的频谱安排非常重要，既要考虑原有和现在的应 用需求，又要考虑未来的发展。有关同轴电缆中各种信号的频谱安排尚无正式国 际标准。 4 、h f c 的应用 由于h f c 具有经济地提供双向通信业务的能力，因而不仅对住宅用户有吸 引力，而且对企事业用户也有吸引力，例如h f c 可以使得i n t e m e t 接入速度和成 本优于普通电话线，可以提供家庭办公、远程教学、电视会议和v o d 等各种双 向通信业务，甚至可以提供高达4 0 1 0 m b p s 的双向数据业务和个人通信服务。 1 2 4 基于光纤的接入技术 1 、e t h e m e t 接入 e t h e m e t 接入提供的带宽是：对商业用户来说，l g 到大楼、1 0 0 m 到楼层、 1 0 m 到桌面；对住宅用户来说，1 g 到社区、1 0 0 m 到楼、1 0 m 到家庭。e t h e m e t 接入技术借用了以太网的帧结构和接口，网络结构和工作原理都不同于以太网。 e t h e r r l e t 除了提供高速接入外，还有强大的网管功能和计费功能。造价也比较低 廉。 2 、f t t h 技术 接入瓶颈问题的最终解决方案是光纤接x n ( l a n ) 。宽带接入的最终目标 是实现从骨干网、城域网到接入网的全光纤网络。因此，采用光纤到户 驻地州接入点的流量拎制研究和碰件实现 鞘1 1n ( f t t h f i b e r t o t h e h o m e ) 依然是宽带互联网最终的发展方向。 f t t x + l a n ( 光纤+ 局域网) 用尸1 接入技术是一种利用光纤+ 5 类线方式实现 “于兆到小区、百兆到大楼、十兆到家庭”的宽带接入方案，小区内的交换机和 局端交换机以光纤相连，小区内采用综合布线，用户上网速率可达1 0 m 1 0 0 m b p s ， 网络可扩展性强，投资规模小。 从技术实现的角度看，有多种技术可以实现宽带用户驻地网。目前中国电信 借助原有的铜线资源大力发展a d s l ，广电部门仍然依从2 0 0 0 年制定的方针策 略，一方面不放弃使用c a b l em o d e m 发展用户，同时利用地方优势、政府优势 等各种条件继续扩张局域网的建设，社会上的企业根据各自发展重点对象的不 同，利用基础电信运营商的城域网和接入网接入商业区、办公楼宇、智能社区等， 在这些地区基本也都采用局域网方式布线。从建设成本看，a d s l 接入网建设和 有线电视网c a b l em o d e m 接入的改造费用大约为2 0 0 0 元线户。但由于中国人 口居住的密集性，通过以太网技术可以实现设备的成本低于1 0 0 0 元，因此受到 绝大多数建设者的青睐，尤其在对信息安全性要求较低的居民小区，基本都采用 这种方式架设网络。这种成本的优势随网络共享用户的规模变化而变化，用户越 多，优势越明显。 实际的建网过程中，除了中国电信部分地采用x d s l 外，目前用户驻地网层 面中主要以f t t x + l a n 为主，但即使采用相同的f t t x + l a n 的技术方案，各 公司所采用的建设标准并不一样，因此所支付的成本有很大的差异。目前采用 f t t x + l a n 主要有三种模式。 第一种是在光纤到办公楼或者居民楼的基础上，以千兆到小区，百兆到居民 楼，十兆到用户，然后在办公楼或者居民楼每个楼道放置二层以太交换机和简单 的配线设施； 第二：种是在光纤到小区的基础上，在小区中心节点设置千兆以太网交换机， 采用五类线直接到户，提供1 0 m 以太网的接入； 第三种即在小区设置千兆交换机，在每个楼道采用h u b 方式，分出多个1 0 m 以太端口到用户，此种方式建设成本低，但对用户通信的安全性、保密性难以保 证，因此不适合在公用电信网使用，如果仅仅是为了小区内部的宽带应用，这种 方式不失为可行方案。实际上，部分c p n 为了以较低的成本迅速占领网络领地， 驻地刚接入rl 的流琏挣制研究和硬件实现 第1 2 负 主要采用这种技术方案。 在2 0 0 1 年6 月份发布的试点工作通知中，信息产业部同时明确要求保证用 户自由选择运营商的权利，在1 3 个城市的试点期间，信息产业部制定了提供 公用电信业务的用户驻地网技术要求和测试方法，该标准明确要求驻地网应能 够接入到2 个以上公用电信网络提供商或i s p 。但由于在颁布此项标准之前许多 网络已经建设或者在建，因此许多驻地网运营商的网络并没有满足此项要求；另 外由于标准颁布在市场需求出现之后，因此设备提供商不能及时提供符合此项标 准的设备。但值得注意的是，以后建设的c p n 必须满足该标准，同时各地省通 信管理局将依据该标准对网络进行验收。 为满足该项行业标准，未来的网络建设很有可能采用以下两种技术方案：一 是上面提到的第二种技术方案，二是在小区采用两级以太交换机，且符合部颁标 准规定的接入到2 个以上公用电信网络提供商或i s p 网络技术方案。很显然这样 的技术方案满足了接入网运营商平等接入用户驻地网的要求，同时满足了对用户 信息隔离的基本要求。 1 3 宽带驻地网的工程建设与实现方式 1 3 1 用户光接入网的实现方式 用光缆代替电缆组建的用户光纤网能经济、灵活地提供各式各样的宽带业 务，为实现这个目标，必须采用高度可靠和非常灵活的光缆配线方案，从光纤到 路边( f t t c ) 、光纤到小区( f t t z ) 和光纤到大楼( f t t b ) 着手，逐步实现光纤 到户( f t t h ) ，光纤至办公室( f t t o ) ，从面达到建立高速信息通道的目的。 1 3 2 网络结构分布 社区网络结构中包括骨干和接入两部分。网络骨干指d , g q = 心机房与各楼宇 问连线部分，采用高速核心级以太网骨干交换机；网络接入指各个楼宇内到各用 户部分，采用自适应速率工作组级以太网交换机，可以根据用户数量确定交换机 端口密度及级边结构。在网络设计应注意以下几点；网络布线结构和线缆的选择 蛀地删接八点的流量控制研究和碰件实现 第13 贝 设计应遵从以太嗍设计要求，如采用l o 1 0 0 l 0 0 0 m h p s 以太网时，应考虑骨干光 纤的种类及允许传输的距离等，对相关网络布线参数严格把关，如：远端串扰、 回波损耗等。 1 3 3 楼宇布线的实现方式 采用以太网进行基础设计技术实现比较简单，故障定位及维护比较容易以 太网作为局域网基础，通过建筑物间布线，建筑物内部及室内布线为用户提供以 太网信息插座r j 4 5 接口，速度可达l o o m b p s 。网络建设应结合园区建筑物及中 心机房的位置，拓朴结构应采取星型和树型相结合，在楼宇之间尽量采用光纤( 建 军议结合基础建设走地下管道，避免架空缆) ，形成网络骨干线路，连接各楼的 中心交换机及中心机房。在楼宇内根据具体情况( 如楼层高度，楼内布线情况等) 和设备端口密度，一般采用多模光纡作为楼宇内垂直布线，五类线到各户或者全 部类线到户的方案。 1 3 4 光缆配线方式 社区网络主干环网光缆的建筑方式一般采用管道敷设，通过道路管网与各光 交接点相连，其走向既要经过用户集中分布区域，又要避免两条光缆重复路由， 这样不但可达到对预期用户点覆盖的目的，还可充分利用地下管孔资源。而配线 光缆路由为各光交接点与各光节点之间的路由，可根据光节点周围的用户群的分 布情况和地理来确定，要求其线路具有隐蔽性、安全性和可行性a 其建筑方式应 优选管道式，亦可根据实际情况灵活确定。 1 3 5 光缆的选用 用户光接入网采用环网结构较多，涉及用户众多，因此要求光缆具有高密度 ( 芯纤容量大) 、易操作( 便于多芯连续) 、便于维护和成本低等特点。由于光 纤结构的高密度，可减小光缆外径，提高缆中空阈利用率；光缆接续要求工艺简 单，可采用多芯快速和机械连接等技术，也有利于纤芯识别和障碍的维修；配线 驻地嘲接入点的流量控制研究和硬件实现 光缆宜选用4 8 芯、2 4 芯、1 2 芯等中心束管式光缆，这些光缆要比相同芯数层绞 式光缆外径小，光纤带置于光缆中心，以保证光纤受力时不致于受到破坏，对施 工维护都 卜分方便。 1 3 6 网络终端设备选择应考虑的因素 网络没备的选择，骨干交换机担负着全网运营的重担，应具备高性能( 如大 吞吐能力) ，高可扩展性，可配置高端口密度及大吞吐量扩展卡，具有冗余设计， 部件可以带电插拔易于更换，支持通用的网管协议。接入交换机构成的用户接入 网络，应保持灵活性，可以在楼宇内任意扩展接入端口数量，支持高速上行和多 个接入端口，具有一定的网络服务质量和控制能力。 2 网络的流量控制技术 2 1 流量控制技术概述 2 1 1 拥塞与流量控制 流量是指网络中的通信量，具体指网络中的报文流或分组流。 通信子网中流量太多，导致性能大为下降的现象称为拥塞。当各主机注入通 信子网的分组数量未超过网络正常允许的容量时，所有分组都能传送，而且子网 传送的分组数据与主机注入通信子网的分组数据成正比。但当主机注入通信子网 的分组数继续增大时，由于通信子网资源的限制，节点就会丢失一些分组，如果 通信子网传送的分组数继续增大，性能变得更差，如递交给主机的分组数反而大 大减少，响应时间急剧增加，网络反应迟钝，严重时还会导致死锁。 g # 地m 接入r i 的流量控制研究和碗件实现 网 络 通 过 量 一 ， 数据业 分组丢 ab负载 图2 一l嘲络性能和嘲络负载的关系 显然，拥塞现象的发生和子网络内传送的分组总量有关。减少子网中分组总 量是防止拥塞出现的基础。减少子网中分组总数可以从控制每条源一目标的通信 量入手。通过端一端流量控制是防止拥塞的基本方法。 需要说明的是拥塞控制与流量控制的区别。拥塞控制必须使得通信子网能够 传送所要传送的负载，它是一个全局性的问题，包括所有主机、路由器( 节点) 的 行为、路由器上处理存储一转发的性能；以及所有使予网传输能力劣化的其他因 素。与之不同的是，流量控制与点到点的业务传输有关。它是使快速的发送端不 要以快于接收能力的速度不停顿地向接收端发送数据，所以它几乎总是包括一种 反馈机制。简单地说，流量控制是防止网络拥塞的一种机制。 当一个节点向某特定的接收节点发送的报文超过了接收节点处理或转发报 文的能力时，会发生拥塞。因此问题就简化为对给定节点提供一种控制从其他节 点接收报文多少的机制。这样，流控就是使发送节点产生报文的速率受到控制， 从而使接收节点能处理它们的一个过程。从用户的观点看，流控就是要防止进入 网络的报文不能在预先规定的时间内传递的问题。 网络流控也可以用作将业务量相等地分配到网络各节点的一种机制。因此， 流量控制可以在网络正常运行期间减少信息时延，并防止网络任何部分相对于其 他部分过载。 驻地刚接入一1 l 的流量挣制研究和碰件实现 第1 6 负 网 络 通 过 目 里 图22 流量控制的作用 拥塞控制方法在此不赘述，下面主要研究流量控制的方法。 2 1 2 流量控制的方法 下面介绍常用的流量控制方法或协议。 2 1 2 1 停等协议 停一等协议是最简单的流量控制策略，当发送方发完一帧后，即停止发送， 等待对方的应答；如果收到肯定应答，接着发送下一个帧；如果收到否定应答或 者超过规定的时间没有收到应答，则重发该帧。 为了解决重复帧的问题，需要对帧进行编号。由于停等协议每次只发送一 个帧，而且确认该帧被正确接收后才发送下一个帧，因此发送方只需区分是发一 个新帧还是重发老帧，而接收方也只需区分收到的是一个新帧还是一个重复帧， 所以帧编号只需要1 比特即可( o 或1 ) 。 停等协议的操作过程如下： 初始时，双方维护的帧编号都为0 。发送方维护的帧编号表明当前所发帧的 序号，接收方维护的帧编号表明接收方当前期望接收的帧序号。 发送方从缓冲区中取出一个帧，加上帧编号，发送出去。 接收方接收帧并校验：如果帧校验正确且帧编号同当前期望接收的帧序号相 同，则将该帧存入接收缓冲区中，将接收方维护的帧编号取反，放入应答帧里， 表示期望接收一个新的帧；如果帧校验错误或者帧编号不是当前期望接收的帧序 驻地刚接八血的流量控制研究和刈件实现 笫i7 负 号，则维持当曲帧编号不变，并发回应答帧，要求重发指定编号的帧。 发送疗接收到应答帧后，如果帧编号与当前维护的帧编号不同，则表明当前 帧已被正确接收，于是将发送方维护的帧编号取反，从缓冲区中取出一个新的帧， 加上帧编号，发送出去；如果应答帧中的帧编号与当前维护的帧编号相同或者超 时未收到应答，则重发当前编号的帧。 超时时间的设爱必须恰当，既不能太大也不能太小。设置得太大，当数据帧 或应答帧丢失时，要等待较长的时间才开始重发，效率不高；如果设置得太小， 则f 常应笞还未返回时，发送端就超时重发，造成不必要的重复。合适的时间值 应当选择稍大于信号从发送端到接收端传输时间的两倍加上接收端的处理时间 之和。 停一等协议的控制比较简单，但在信号传输时延较长时传输效率比较低，因 为在信号传输过程中，发送方只能等待，什么也不能做，这时使用滑动窗口协议 将极大地提高传输效率。 2 1 2 2 滑动窗口协议 在传输时延较大的通信系统如卫星通信系统里，停一等协议的效率是很低的， 这可以通过以下的计算来说明。 在卫星通信中，某个地面站发送的信号首先被卫星接收到，然后以广播的方 式转发给所有的地面站，信号从地面站经卫星传到另一个地面站，其传输时间的 典型值是2 7 0 m s 。假如一个帧的发送时间为2 0 m s ，则从发送站开始发送算起， 经2 0 m s + 2 7 0 m s = 2 9 0 m s 时间，数据帧被目的站接收到。假如不考虑目的站的处 理时间，且认为应答帧菲常短，因而应答帧的发送时间可以忽略不计，则又经过 2 7 0 m s 应答帧被发送站接收到。在2 9 0 m s + 2 7 0 m s = 5 6 0 m s 时间内，真正用于发送 数据的时间只有2 0 m s ，其余时间信道都是空闲的，因此信道的利用率为： 2 0 m s 5 6 0 m s = l 2 8 ，非常低。 为了提高传输效率，可以设想让发送站连续不断地发送数据帧。当它发完 2 8 帧数据后，恰好第一帧数据的应答帧到达，于是根据应答，它可以接着发送 第二十九帧，或重发第一帧，这样信道的利用率就极大地提高了。允许发送站连 续发送多个帧而不需要等待应答，这就是窗口机制。 驻地嗍接入点的流量控制j f 】f 究和硬件实现第l8 贝 1 、发送窗口 发送窗口就是发送端允许连续发送的帧的序号表，发送端可以不等待应答而 连续发送的最大帧数称为发送窗口的尺寸。如果用n 比特表示帧的序号，则帧序 号的取值范围从0 到2 n 一1 ( 。表示幂次运算) 。发送端最早发送但还未收到应答 的帧的序号称为发送窗口的下沿；( 发送窗口f n + 窗口尺寸一1 ) 模2 。n 称为 发送窗口的上沿。 如果发送窗口的尺寸是w ，则初始时发送端可以连续发送w 个数据帧，这 些帧可能会因损坏而重发，所以发送端要有w 个缓冲区来存放这w 个数据帧的 副本。当发送端收到发送窗口下沿帧的肯定应答时，将发送窗1 3 整体向前滑动一 个序号，并从缓冲区中将该数据帧的副本删除。如果有新的数据要发送，对其按 顺序进行编号，只要帧序号落在发送传口内就可以发送，直至发送窗口满为止。 2 、接收窗口 接收窗1 2 1 是接收方允许接收的帧的序号表，凡是落在接收窗口内的帧，接收 方都必须处理，落在接收窗口外的帧被丢弃。接收方每次允许接收的帧数称为接 收窗口的尺寸。如果某个帧的序号正好等于接收窗口的下沿，且接收正确，则接 收方将该帧数据交给上层实体，并向发送方返回应答，同时接收窗1 3 向前滑动一 个序号。 如果接收窗口的尺寸为1 ，表示接收方只能按顺序接收。如果接收窗口的尺 寸大于1 ，当接收窗口下沿的帧检验错误或该帧未收到，接收方照样可以处理其 他落在接收窗口内的帧，但是不能将它们交给上层。只有当接收窗口下沿的帧被 正确收到，才能将其连同其后连续的若干个正确帧送给上层，同时滑动接收窗口a 所以。不管接收窗1 7 1 大小如何，接收方送给上层的数据总是有序的。 驻地嘲接入 的流量控制研究和硬件实现 笫1 9 负 7 j r 斗 5 x ) 芝燃 可以接 收的帧 斟23( a ) 钥始状态( b ) 发送端发送帧0 ( c ) 接收端发送帧0 的应答( 吐) 发送端收到帧0 的应答 3 、捎带应答 在停等协议中，接收方每收到一个帧，都要给出肯定或否定的应答，而发 送方只有收到应答后才能发送下一个帧。为每个帧都单独发一个应答帧，其效率 是比较低的，因为每个独立的帧都必须加上帧头、帧尾和其他必要的控制字段。 在实际的通信中，通常双方都有数据要发给对方，可以在数据帧中增加一个 字段，专门用来携带给对方的应答信息，这种方式称为捎带应答。 捎带应答的使用是有一定条件的，考虑甲乙双方进行通信的例子。当乙收到 甲发来的数据帧后，如果乙正好有数据要发给甲，则立即可以使用捎带应答；如 果乙暂时没有数据或数据未准备好，则等待一定的时间，如果在该时间内数据准 备好了，则可以使用捎带应答；如果未准备好，为了防止甲等待时间过长超时重 发，乙必须立即发送一个单独的应答帧。由于乙在收到一个帧后可以等待一定的 时间再应答，这样，它就不可能对每个帧都单独应答，通常用对某一个帧的应 答来代替对该帧之前的所有帧的应答。如果乙正确收到序号为0 ，l ，2 的数据帧 后，可以只对序号为2 的数据帧进行应答，其含义是序号为2 及之前的所有帧都 已经正确收到。如果乙收到序号为0 ，1 ，2 ，4 的帧，或序号为3 的帧虽收到但 校验出错，这时乙只能对序号为2 的帧进行应答，而不能对序号为4 的帧进行应 答，因为序号为4 之前的帧并没有全部正确收到。 4 、出错全部重发协议 当发送窗口和接收窗口的尺寸都为1 时，滑动窗口协议蜕变为停一等协议； 勰陕勉裂 燃 瓣 鬻诼耍 ，。、k。， h，￥咯叫，o。 辩攀粼薄 0 6 5 技= 基 心霹 一 、4 驻地州接入点的流量控制研究和硬件实现 第2 0 负 当发送窗口大于1 而接收窗口等于1 时，就是这节要介绍的出错全部重发协议 ( g ob a c kn ) ；当发送窗口和接收窗口都大于l 时，是下一节要介绍的选择重发 协议。 接收窗口为1 ，表示只能接收指定序号的帧，只有该帧被正确接收，接收窗 口才能向前滑动，接收下一序号的帧。虽然发送窗口大于1 ，发送方可以连续发 送多个帧，但是当某个帧丢失或出错后，接收方对于其后到达的帧都不会接收， 这样当发送方超时后，必须重发出错帧及其以后的所有帧，这是出错全部重发名 称的由来。 使用出错全部重发协议，发送窗口的尺寸不能超过2 n 一1 ，这可以通过一个 反例来说明。假如帧序号用3 比特表示，发送窗口尺寸为8 ，则发送方可以连续 发送序号从0 - 7 的八个帧。假如这八个帧全部正确收到，则接收方对序号为7 的帧进行应答。发送方收到应答或超时后，又发来序号从吐7 的八个帧。这时对 接收方来说，这八个帧可能是发送方收到应答后发来的八个新帧，也可能是应答 帧丢失后，发送方重发的八个老帧，接收方无法判断究竟是哪种情况。假如发送 窗口尺寸为7 ，就不会出现这种情况。发送方连续发送序号从啦6 的七个帧，如 果这七个帧被全部正确收到，则接收方对序号为6 的帧进行应答，同时准备接收 序号为7 的帧。发送方如果收到了应答，接着发送序号为7 及0 5 的帧；如果没 有收到应答，超时后重发序号从0 - 6 的帧。接收方如果收到序号为7 的帧，则知 道从该帧开始，其后各帧都是新帧；如果没有收到序号为7 的帧( 或者是因为对 方重发序号为6 的帧，或者是因为新帧中序号为7 的帧丢失) ，因为这些帧都 不在接收窗口内，都不予接收，接收方重新发送对帧6 的应答，表示希望接收从 7 开始的帧。发送方收到应答后，( 重新) 发送序号为7 和5 的帧。 下面是出错全部重发协议的示意图。 驻地m 接入点的流量控制研究和耻件实吼 卜|一超时问隔叫州问 + 幽2 4 出错全部重发协议 5 、选择重发协议 如果接收窗口大于1 ，当接收窗口内的某个帧出错或丢失时，并不会影响其 后各帧的接收。如果其后各帧都落在接收窗口内且校验正确，这些帧照样可以接 收下来，这样发送方就只需重发出错的帧即可，这就是选择重发。 使用选择重发协议，接收窗口的尺寸不能超过2 ( n - 1 ) ，这同样可以通过 一个反例来说明。假如帧序号仍用3 比特来表示，并且发送窗口和接收窗口的尺 寸都为7 ( 超过2 。( 3 1 ) = 4 ) 。假如发送方连续发送了序号为肚6 的七个帧， 并且这七个帧全部被正确接收，于是接收方发送对帧6 的应答，同时滑动接收窗 口，允许接收序号为7 或5 的帧。假如这个应答在传输过程中丢失，发送方超 时后，重新发送序号为0 的帧。由于序号0 落在接收窗口内，因而被接收方当作 一个新帧接收下来：但由于序号为7 的帧没有收到，接收方以为它丢失了，于是 发送一个对帧6 的应答，表示请求发送序号为7 的帧。发送方收到该应答后，知 道序号为6 的帧已经全部被正确接收，于是清除缓冲区，另取七个新帧，为其 编号7 ，0 ，1 ，2 ，3 ，4 和5 ，发送出去。接收方收到这七个帧后，由于序号为0 的帧己存入缓冲区( 其实是一个重发的老帧，但接收方并不知道) ，就将新收到 的帧0 当作重复帧抛弃掉，并将其余6 个帧接收下来，连同原先收到的帧0 一起 送给上层实体。错误就在这时发生了，因为序号为0 的帧并不是第二批中的新帧， 而是第一批中的老帧。发生错误的原因就在于相邻两个接收窗1 ：3 中的帧序号有重 复，为了去除重复，接收窗口的尺寸最大只能是2 ( n 1 ) 。在选择重发协议中， 发送窗口的尺寸一般取得和接收窗口一样，因此发送窗1 3 的尺寸通常也不超过 2 。( n 一】) 。 驻地删接入点的流量捧制 0 究和碰件实现 第2 2 啦 2 1 2 3 漏桶算法 图2 - 4 ( a ) 是一个漏桶的模型，无论水以多大的速率流入桶中，只要桶不空， 水总是以恒定的速率p