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基于h f c 网的智能小区三网合一的设计与实现 中文摘要 近年来多功能的智能化小区越来越成为人们关注的新焦点，为了在小区内营造一 个宽带的数字化传输网络，推出了一个新的理念将计算机网络、有线电视网络与 电话通信网三网合一。目前三网合一的历史并不长，出现了许多技术方法，它们各有 优缺点，但仍处于探索阶段。利用光缆同轴电缆网( h f c ) 技术是当前三网合一应用 研究的一个热点。作者参与了一些智能小区三网合一的设计开发，主持了一个智能小 区三网合一的设计，进行了一定的探索与实践，积累了一些实践经验和体会。本文在 此基础上进行撰写，文中对技术方案的设计原则、网络结构的选择方法、业务频带的 划分策略等给出了较详细的阐述；对网络信道的性能进行了深入的分析；对小区功能 的实现进行了重点剖析。 本文首先简要阐述了智能小区和三网合一的相关基础，通过分析各网的现状，阐 明了三网合一的可能性及必要性，并在此基础上总结了三网合一现有的技术要点。接 着通过剖析各种接入网技术的特点，选择h f c 网络，并将h f c 双向网络的原理应用于 智能小区的设计中。然后针对基于h f c 技术的智能小区三网合一的设计方案及功能实 现作了详细介绍，在设计中遵循软件工程的系统开发原则，具有超前意识，使小区的 技术处于先进地位。作为对基于h f c 技术的智能小区三网合一的可行性验证，论文的 最后以某小区的三网合一工程为应用实例，通过实践表明了其设计具有相当的应用价 值，并获得好评。 本文所设计实现的基于h f c 技术的智能小区，可以实现有线电视c a t v 、视频点 播( v o d ) 、计算机网络、物业管理、室内防盗、紧急求助和信息查询等功能，不仅能 使小区系统的功能得到扩展，而且还节约了大量的人力和物力。本设计为智能小区的 建设提供了一种新的设计方案，具有参考价值和一定的推广性。 关键词：智能小区三网合一h f c 网络 作者：周健 指导老师：王宜怀 a b s t r a c t t h ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft r i p l ep l a yi ni n t e l l i g e n tc o m m u n i t yb a s e do nh f cn e t w o r k t h e d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft r i p l ep l a yi n i n t e l l i g e n tc o m m u n i t y b a s e do nh f cn e t w o r k a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s ，p e o p l ep a ym o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt ot h em u l t i f u n c t i o n a li n t e l l i g e n t c o m m u n i t y i no r d e rt ob u i l d i n gu pab r o a d b a n dn e t w o r ki nt h ec o m m u n i t y ，an e wc o n c e p t i s i n t r o d u c e d _ c o m p u t e r n e t w o r k s c a b l et e l e v i s i o nn e t w o r k sa n d t e l e p h o n e c o m m u n i c a t i o n sn e t w o r k st r i p l ep l a y ，t h e “t r i p l ep l a y ”i sn o tal o n gh i s t o r yc u r r e n t l y a l o to ft e c h n i c a im e t h o d sh a da p p e a r e d t h e yh a v et h e i ro w r la d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e s b u ts t i l li nt h ee x p l o r a t o r ys t a g e u s i n gh y b r i df i b e r c a b l en e t w o r k ( h f c ) t e c h n o l o g yi sa h o ts p o to ft h ea p p l i c a t i o no ft h et r i p l ep l a yc u r r e n t l y t h ea u t h o rh a sp a r t i c i p a t e di na1 i t t l e d e s i g na n dd e v e l o p m e n to ft r i p l ep l a yi ni n t e l l i g e n tc o m m u n i t y a n dh a sc h a i r e dad e s i g no f t r i p l ep l a yi ni n t e l l i g e n tc o m m u n i t y , h a v i n gc a r r i e do u tt h ec e r t a i ne x p l o r a t i o na n dp r a c t i c e ， a n da c c u m u l a t e ds o m ep r a c t i c a le x p e r i e n c ea n du n d e r s t a n d t h i sp a p e ri st ob eo nt h i s f o u n d a t i o nc a r r i e so nw r i t i n g t h ed e s i g np r i n c i p l eo ft e c h n o l o g yp r o g r a m ，t h ec h o i c eo f n e t w o r ks t r u c t u r e ，t h ed i v i s i o ns t r a t e g yo fb u s i n e s sb a n da r ed e s c r i b e di nd e t a i l ；t h e p e r f o r m a n c eo ft h en e t w o r kc h a n n e li sc o n d u c t e da ni n d e p t ha n a l y s i s ；t h ef u n c t i o n a l r e a l i z a t i o no ft h ec o m m u n i t yi sa c h i e v e dt h ek e ya n a l y s i s t h i s p a p e r f i r s t b r i e f l ye x p o u n d e d t h er e l a t e df o u n d a t i o no ft h e i n t e l l i g e n t c o m m u n i t ya n dt h et r i p l ep l a y t k o u g ha n a l y z e dt h es t a t u so fv a r i o u sn e t s ，t h i sp a p e r d e s c r i b e dt h ep o s s i b i l i t ya n dn e c e s s i t yo ft r i p l ep l a y , a n ds u m m e du pt h ee x i s t i n gt e c h n i c a l p o i n t so ft r i p l ep l a y t h e nb ya n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fv a r i o u sa c c e s sn e t w o r k t e c h n o l o g y , w ec h o i c eh f cn e t w o r k ，a n da p p l yt h ep r i n c i p l eo ft w o w a yh f cn e t w o r ki n t h ed e s i g no ft h ei n t e l l i g e n tc o m m u n i t y t h e nt h ed e s i g na n dt h ef u n c t i o no ft h ep r o g r a m o ft h et r i p l ep l a yi ni n t e l l i g e n tc o m m u n i t yb a s e do nh f cn e t w o r kh a v eb em a d et h e d e t a i l e di n t r o d u c t i o n i nt h ed e s i g n w ef o l l o w e dt h es y s t e m sd e v e l o p m e n tp r i n c i p l eo f s o f t w a r ee n g i n e e r i n g t h ed i s t r i c ts h o u l db ed o n ei na d v a n c ea w a r e n e s s ，a n dm a k et h e i n t e l l i g e n tc o m m u n i t yt e c h n o l o g yb ei na d v a n c e dp o s i t i o n a st h ef e a s i b i l i t yt e s to ft h e t r i p l ep l a yi ni n t e l l i g e n tc o m m u n i t yb a s e do nh f cn e t w o r k ，t h i sp a p e rf i n a l l yg a t h e r s s o m ep l o t st r i p l ep l a ya st h ea p p l i c a t i o ne x a m p l e b yt h ep r a c t i c e ，t h ed e s i g nh a ss u i t a b l e a p p l yv a l u e ，a n dg a i nf a v o u r a b l ec o m m e n t i nt h i s p a p e r , t h ed e s i g no fh f c b a s e di n t e l l i g e n tc o m m u n i t yc a nr e a l i z es u c h f u n c t i o n s ，a st h ec a b l et vc a t vv o d ，c o m p u t e rn e t w o r k ，p r o p e r t ym a n a g e m e n t ，i n d o o r s a n t i ，t h e f t ，e m e r g e n th e l pa n di n f o r m a t i o ns e a r c h i n ga n ds oo n t h ed e s i g nn o to n l yc a r l e x p a n dt h ef u n c t i o n so ft h es y s t e mb u ta l s os a v el a r g ea m o u n to fh u m a ni a b o ra n d r e s o u r c e s t h ed e s i g np r o v i d e san e wd e s i g np l a nf o rt h ei n t e l l i g e n tc o m m u n i t yb u i l d i n g ， w i t hr e f e r e n c ev a l u ea n ds o m eo ft h ep r o m o t i o n k e yw o r d s ：i n t e l l i g e n tc o m m u n i t y , t r i p l ep l a y , h y b r i d f i b e r c a b l en e t w o r k ( h f c ) i l w r i t t e nb yz h o uj i a n s u p e r v i s e db yw a n g y i h u a i 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含其他个人或集体已经发表或 撰写过的研究成果，也不含为获得苏少l l 大学或其它教育机构的学位证书而使用过的材 料。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承 担本声明的法律责任。 ，、 研究生签名： 【老诞日期：2 0 0 7 生1 0 旦1 5 日 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文合作部、中国 社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采 用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一 致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论 文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生签名： 导师签名： 叠盥日 丝日 基于h f c 网的智能小区三网合一的设计与实现第一章绪论 第一章绪论 近年来，信息化社会的日益逼近及人们在家庭住房需求概念上的变革，追求居住 的物理空间和豪华的装修向着享受现代化精神内涵与浪漫生活情趣的方向发展，追求 更高的层次和境界。智能小区、智能信息化住宅成为人们追求的新目标。但目前小区 内各子系统的独立建设，必然会增加整个小区网络布线的复杂性和难度，影响建筑结 构及小区布局施工建设。因此，三网合一技术己成为未来智能小区建设的必然趋势， 它可以充分利用网络资源，提供各种业务应用，避免了网络的重复建设，有效地解决 网络布线的困难，降低了小区整体投资的成本，实现整个小区网络布线的优化及高度 的集成管理。 1 1 智能小区的概念 智能小区是在智能化大楼的基本含义中扩展和延伸出来的，它通过对小区建筑 群四个基本要素( 结构、系统、服务、管理以及它们之间的内在关联) 的优化考虑， 提供一个投资合理，又拥有高效率、舒适、温馨、便利以及安全的居住环境。 为此，科技人员经反复考察论证，结合国内外智能住宅现状和发展趋势，集成 国内外先进的监测、控制和布线产品设备，推出了适合我国国情的住宅小区智能化系 统。同时根据全国住宅小区智能化系统示范工程建设要点与技术导则的要求，小 区智能化系统可具体分解成以下几个子系统，其每个子系统均具有一项具体功能：家 庭智能化系统；小区综合布线系统；小区网络、通讯系统；小区c a t v 系统；小区设 备自控( b a ) 系统；小区安全防范系统：小区对讲系统：小区智能三表抄表系统；小 区物业管理及一卡通消费系统；小区停车库管理系统；小区增值服务管理系统。 特别是根据三星级建设的要求，住宅小区的开发建设和物业管理应符合现代信息 集成技术( h i - c i m s ) 的基本要求： ( 1 ) 建立通达每户的小区宽带光纤用户接入网络，向住户综合提供2 种以上的 基本业务( 普通电话、高速数据、有线电视) 。网络类型可采用以下三种类型之一或 其组合：光缆同轴电缆网( h f c ) 、f t t x ( x 可为b 、f 、h ，即光纤到楼栋、光纤到楼 层、光纤到户) 、高速数字用户环路x d s l ( x 可为a 、v 等) 。 ( 2 ) 基于上述宽带光纤用户接入网，提供业务质量( q o s ) 合格的基于m p e g 一2 第一章绪论基于h f c 网的智能小区三嘲合一的设计与实现 的交互式数字视频业务，支持数字视频广播、按次付费数字电视、电子节目指南( e p g ) 等高级数字视频应用。 ( 3 ) 基于i p 协议的物业信息管理，提供许可住户访问的小区w e b 站点。嘲 1 2 三网合一的概念 所谓“三网合一”是指计算机网络、电信网络、有线电视( c a t v ) 网络的一体化， 即传统电信网、计算机网和有线电视网将趋于相互渗透和相互融合，或者说就是将图 像、话音和数据这三种业务建立在一个网络平台上的技术。它是一个统一的网络系统， 并以全数字化的网络设施来支持包括数据、话音和视频图像在内的所有业务的通信。 因此，这种网络体系具有以下几个特征： ( 1 ) 网络在物理层上是互通的，也就是说，网络之间要互相透明。 ( 2 ) 用户只需一个物理网络连接，就可以享用其他网络的资源或者与其他网络 上的用户通信。 ( 3 ) 在应用层上，网络之间业务是相互渗透和交叉的，但又可以相互独立，互 不妨碍，并且在各自的网络上可以像以往那样独立发展自己的新业务。 ( 4 ) 网络之间的协议兼容或者可以进行转换。口州1 1 3 国内外的发展状况 最近几年，世界各发达国家如美国、欧洲各国、日本等陆续通过相应的立法打破 了以往电信运营业与有线电视网( c a t v ) 运营业相互独立，不得经营对方业务的局面， 以政策手段来促进c a t v 和电信业务的激烈竞争，以繁荣信息业。随着信息市场的开 放，电信部门和c a t v 公司相互独立的重叠网的建设，势必造成大量资金浪费，导致 通信局面混乱，也不利于信息业的长远发展。随着电信与信息技术的飞速发展和电信 市场的开放以及用户对多种业务需求的与日俱增，国际上出现的三网合一的潮流，已 成为国际化的大趋势。三网合一正逐渐成为世人瞩目的焦点，同时也孕育着巨大的市 场机会。尤其是在二十世纪末，这领域己经发生了突破性的变化。三网合一是世界 性潮流，各国己为此纷纷放松电话公司、互联网公司和有线电视公司之间的管制，允 许它们互相渗透、互相竞争。三网合一带来的直接结果是1 9 9 8 年以来席卷全球的跨 行业、跨国界的电信企业兼并活动，全球电信业的格局和发展方向发生巨大变化，各 国主要电信商纷纷构筑三网合一的全能业务平台。外国的大型计算机企业，如微软、 2 基于h f c 网的智能小区三网合一的设计与实现 第一章绪论 索尼等公司，已经把三网合一作为其今后发展的业务重点而加以大力推进。前不久闹 得沸沸扬扬的微软“维纳斯计划就是瞄准了这一市场。 与世界其他国家相比，美国的电信和信息通信业市场开放较早，竞争更为成熟和 充分，三网合一的尝试也早于许多国家。1 9 9 3 年的下半年，美国提出了信息高速公 路计划之后，信息化浪潮席卷全球，美国1 9 9 6 年电信法为有线电视的发展开辟了广 阔的前景。首先，“开放视频系统”( o v s ) 的实施使它的发展进入一个新的历史时期： 其次，一些新技术的应用，如电缆调制解调器、不对称数字用户线路( a d s l ) 、无线有 线电视技术等彻底改变了有线电视的应用范围，改变了人们对有线电视的传统观念； 最后，竞争使有线电视公司改变了传统的经营方式，有线电视、电话和计算机三种网 络的结合己被提到议事日程，三种业务的合一成了有线电视发展的必然趋势。 就国内而言，北京、上海、青岛、重庆、江西等省市已经在开展这方面的探索。 作为国家确定的有线电视网、计算机网、电信网三网合一的试点城市，上海已捷足先 登，早在1 9 9 3 年的第一届东亚运动会期间就利用广电系统和电信系统共同建设h f c 综合网传输各种语音、数据和视频信号，获得了很好的效果和收益，成功地为我国发 展h f c 网提供了样板；上海广电集团研制的“s g i t 三网合一”多媒体信息网络系统， 就在其公司开发的居民住宅小区进行试运行；广州、深圳等地均已建有宽带光纤同轴 混合有线电视网络( h f c ) 试验小区网：武汉则利用f t t h 技术在高层楼字中实现三网合 一的试运行；而重庆华信高技术公司则成功地开发了三网合一的h f c 用户接入系统， 能够利用有线电视网并行传输电视、电话和计算机信息；中信国安、海信电器等上市 公司也已经在这一领域迈出了扎实的一步。总的说来，国内已有不少地方和企业瞄准 了三网合一广阔的市场前景，准备或已经实施其抢占滩头的战略计划。啼1 1 4 本文主要工作及论文结构 1 4 1 本文主要工作 本文的目的是利用光缆同轴电缆网( h f c ) 实现智能小区的三网合一工程；因此 论文的主要内容是基于h f c 技术的智能小区的三网合一系统的可行性分析及具体实 现；并通过一个具体的应用实例验证其可行性。为此，论文的具体工作如下： ( 1 ) 总结三网合一的关键技术，并通过对比各种接入网技术的优缺点，选择h f c 网络： 第一章绪论基于h f c 网的智f i g , j , 区三网合一的设计与实现 ( 2 ) 着重剖析了h f c 双向网络的实现原理，为设计方案打下基础； ( 3 ) 具体提出了基于h f c 技术的智能小区三网合一的设计方案及功能实现； ( 4 ) 通过某小区的三网合一工程这一应用实例，验证了h f c 网络的可行性。 1 4 2 论文结构 全文共分为七章，各章的内容安排如下： 第一章：绪论。该章简要阐述了智能小区和三网合一的概念以及发展状况，并对 本论文做了提纲性的简介。 第二章：三网合一的技术论证及主要技术问题分析。从各网的现状及问题出发， 阐明了实现三网合一的必要性和可能性，并总结了其关键技术和主要的技术问题。 第三章：h f c 双向网络分析。详细剖析了h f c 的特点及各项实现技术。 第四章：基于h f c 的智能小区三网合一的设计方案。根据需求分析，给出了一 个切实可行的总体解决方案。 第五章：基于h f c 的智能小区三网合一的功能分析。在设计方案的基础上，具 体分析三网合一的智能小区的各项功能的应用实现。 第六章：基于h f c 的智能小区应用实例。以某小区的三网合一工程实为例介绍 了h f c 网络的具体实现。 第七章：总结与展望。对本文工作进行了总结，并提出了一些后继工作。 4 基于h f c 网的智能小区三网合一的设计与实现第二章三网合一的技术论证及主要技术问题分析 第二章三网合一的技术论证及主要技术问题分析 2 1 各网目前的主要状况及问题 2 1 1 电信网 目前，全球的电信网已拥有8 亿用户，我国的电信网用户已超过2 亿，成为世界 第二大电信网。电信网覆盖面广、管理严密，具有长期积累的大型网络设计运营经验， 与用户有长期的服务关系。电信网尽管已能传送多种业务，但仍主要以传送电话业务 为主，其网络特点是能在任意两个用户之间实现一对一的、双向的、实时的连接；通 常使用电路交换系统和面向连接的通信协议，通信期间每个用户都占用一个单独的通 信线路或信道；用户之间可以实时地交换话音、传真或数据等各种信息；服务质量有 保证；6 4 k b i t s 的恒定带宽；呼叫成本基于距离和时间。但电信网也存在问题，其 主要表现为：( 1 ) 整个网络受到双绞线传输容量这一瓶颈的抑制，成为制约由单一的 电信服务向综合宽带多媒体服务转变的“瓶颈”，即“最后一公里 问题；( 2 ) 由于 通信系统的资源是有限的，每个用户都占用了一个单独的通信线路或信道，因此用户 需要根据其所占用资源的种类、数目和时间而支付较高的费用。 2 1 2 有线电视网 有线电视网目前在全世界有9 4 亿以上的用户。在美国，有线电视用户达6 5 0 0 万；我国有线电视起步较晚，但发展很快，目前我国有线电视用户约8 0 0 0 万，拥有 世界第一大有线电视网。有线电视网的优势是普及率高、接入带宽最宽、掌握着重要 的信息源、成本低、可双向性、抗干扰能力强、支持多种业务。其网络特点是一个信 息源以单向、实时及一点对多点的方式连接到众多的用户，用户只能在当时被动地选 择是否接收此种信息( 主要是语音和图像的广播) 。如果将有线电视网从目前的广播 式网络改造为双向的交互式网络，让电视与电信业务集成一体，将使有线电视网成为 一种新的计算机接入网。由此可见，有线电视网正向社会综合信息网发展，从只传输 单向的电视广播业务发展到有条件开展双向语音、数据和视频等业务，成为将来信息 化社会的基础设施之一。但有线电视网的主要问题是：由于我国有线电视网是由多个 处于孤岛状态的城域规模的电视信号分配网络组成的，网络分散，各自为政，制式太 多，网间互联的难度较大：缺乏通信与数据业务方面的知识和运营管理经验；由于 第二章三网合一的技术论证及主要技术问题分析基于h f c 网的智能小区三网合一的设计与实现 c a t v 主要是面向家庭用户，在企事业网方面尤显不足。 2 1 3 计算机互联网 目前，越来越多的人已经感受到互联网对社会发展的巨大推动力量，及其对传统 观念的冲击。正是互联网的飞速发展，才迫使人们开始思考建立真正的信息高速公路 和高速宽带信息网络，以满足用户对通信信道带宽能力日益增长的需求。 互联网的主要特点是采用分组交换形式和面向无连接的通信协议，适于传送数据 业务，带宽不定。在互联网中，用户之间的连接可以是一对一的，也可以是一点对多 点的；用户之间的通信在某种情况下可以认为是实时的，而在大多数情况下却是非实 时的，采用的是存储转发的方式；通信方式可以是双向交互式的，也可以是单向的。 互联网络的结构非常简单，以前其传输网主要依靠电信网或有线电视网，现在有些地 方已开始独立兴建以i p 为主要业务对象的新型骨干传送网。互联网的最大优势在于 t c p i p 协议是目前惟一可被三大网共同接受的通信协议，互联网没有电信公司的巨 大铜缆网包袱，技术更新快、成本低，并试图逐渐吸收和融合公众电话和图像业务。 而互联网最大的问题是缺乏大型网络与电话业务方面的技术和运营经险；由于其具有 开放性的特点，缺乏对全网有效的控制能力，很难实现统一网管；还无法保证提供高 质量的实时业务。d 1 2 。2 三网合一的可能性和必要性 三网合一已成为国际化的大趋势，形成这种趋势是有多种原因的。瞄1 首先，三网合一的技术条件已经“水到渠成”：( 1 ) 数字技术将不同物理信号统 一为二进制比特流，在信息的传输、交换、选路和处理过程中已经实现了融合。数字 技术的迅速发展和全面采用，使得语音、数据和图像信号都可以通过i o 信号在网络 间进行传输和交流，而无任何区别，为在信息传输、交换和处理过程中实现融合奠定 了基础。( 2 ) 利用波分复用技术在单一光纤上传输3 2 0 g b i t s 的系统已经商用。具有 巨大可持续发展容量的光纤传输网是三网各类业务的理想传输平台。大容量光纤通信 技术为各种综合业务信息传送提供了宽敞、廉价、高质量的信息通道。光通信的发展 使得传输成本大幅度下降，也使得通信成本与距离无关。因而从传输平台上具备了三 网合一的技术条件。( 3 ) t c p i p 协议的普遍使用，使得各种以i p 为基础的业务都能 实现互通。t c p i p 协议不仅成为占主导地位的通信协议，而且还为三大网络找到了 6 基于h f c 网的智能小区三网合一的设计与实现 第二章三网合一的技术论证及主要技术问题分析 统一的通信协议，从而在技术上为三网合一奠定了最坚实的联网基础。( 4 ) 软件技术 正以计算机为中心向以多媒体信息服务为对象的方向发展，软件开发与芯片设计相互 融合和渗透，将人机充分自然地结合起来，为”三网合一”提供支持。 由上所述，从三网的角度来讲，三网在技术上逐渐趋向一致：网络层可实现互联 互通；业务层互相渗透和交叉；应用层使用统一的t c p i p 协议；电话、计算机和电 视等终端最终将融合为统一的信息终端。三网合一在技术上已是顺理成章，水到渠成。 其次，市场需求是三网合一的源动力：( 1 ) 用户需求的必然要求。随着经济和技 术的发展，用户需要能有更多、更快、更直接的信息交流，同时包括语音、图像和数 据在内的多媒体技术。然而目前电信网、有线电视网和计算机互联网在网络资源、信 息资源和接入技术方面虽各有特点、优势，但建设之初均是面向特定业务的( 电信网 面向话音，电视网面向视频，计算机互联网面向数据) ，任何一方基于现有的技术都 不能满足用户宽带接入、综合接入的需求，用户只能从不同的服务提供商处获得所需 的各类业务，造成用户使用不便和资费负担重。另一方面，由于各网间不能互通，也 造成重复投资和通信资源的浪费。因此，三网合一是现实的需求，也是用户的需求， 既有利于用户，也有利于运营商。( 2 ) 市场竞争的必然趋势。未来信息产业的发展趋 势是有线和无线通信的结合，传统电信和计算机网络的结合，电信产业和媒体、金融 产业的结合。在这样一个技术背景下，信息产业也正面临着从常规光纤向新一代光纤 的转换以及电视机逐步计算机化和计算机逐步电视化。市场竞争的发展促进了电话、 计算机、电视三种技术及其产业的融合。( 3 ) 基础设施建设的需要。电信终端已逐步 趋于智能化、数字化、多媒体化，也就是说，未来家庭的p c 将是计算机与电视机的 融合产品，因此三网的融合是用户终端设备融合的要求，也是基础设施建设的需要。 由此可见，三网合一是技术发展对传统行业体制提出的挑战，技术、市场、业务 的三统一是”三网合一”的实质，这是信息时代对信息网络的基本要求，已经成为世界 信息产业发展的历史潮流，不可阻挡。 2 3 三网合一的关键技术 在三网合一的运行过程中，主要需要解决的关键技术出现在这几个方面：接入网 技术；大容量、高速度的路由方案及硬件系统；新一代的软件技术；高性能并行计算 技术等。6 3 7 1 ( 1 ) 接入网技术。接入网连接用户端到本地局端或网络节点，它通常由用户传 7 第二章三网合一的技术论证及主要技术问题分析基于h f c 网的智能小区三网合一的设计与实现 输系统、复用设备、交叉连接设备等部分构成，负责将电信业务透明地传送到用户。 接入网问题又称为“最后一公里问题”，也是三网合一的主要难点。现阶段，宽带接 入网技术主要有光纤同轴电缆混合( h f c ) 接入网技术和基于铜线的数字用户环路 ( x d s l ) 接入技术及光纤( f t t x ) 接入技术等。 ( 2 ) 宽带传输的问题。骨干网传输的宽带化是三网合一的基础。密集波分复用 技术( d w d m ) 使光纤技术的发展己成熟并走向商品化。现在，以光纤为媒介、以 d w d m + s d h ( 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 同步数字体系) 为主体的光纤网成了电 信骨干传输网的主流，在普通标准单模光纤上提供4 * 2 5 g b i t s 传输能力的w d m 系统 已经在国内的许多主干线上投入使用；从光纤通信具有的优点以及未来技术的发展趋 势看，以d w d m 为基础的光通信网络必将在整个骨干网中占主导地位，三网将在此基 础上合一。但存在的问题是，较为成熟的d w d m + s d h 系统主要是针对语音信号设计的， 要能使信息量庞大的视频、数据等信息，尤其是实时性很高的视频信息也能在该系统 上快速、高效的传输，同时保证较好的q o s ，还有许多问题需要解决。例如：如何保 证语音和视频信息的o o s ；如何以一种统一的数据格式传输各种信息；如何与传统的 p s t n 兼容；如何进行统一的网络管理；如何保证技术实现的低成本等。如果这些问 题不能很好的解决，以d w d m 为基础的光纤骨干网所具有的大容量、高宽带的优势就 无从发挥，三网合一就无从谈起。 ( 3 ) 并行计算和分布式系统。近年来，高性能和大容量已经成为计算机系统发 展的趋势，而并行技术则克服了芯片运行速度的限制，从计算机体系结构的角度上提 高计算机的运行速度，已成为当今提高计算机性能的主要手段和基本途径；同样，分 布式系统提供了进程通信和计算机资源共享的能力，它向用户提供透明地存取其他计 算机上资源的能力。它们为三网合一提供了性能和容量的保证。 ( 4 ) 软件技术。软件技术的发展，尤其是联合与协调不同操作系统、不同网络 环境间的中间件技术；面对日益增长的大规模服务请求、高可用且有良好伸缩能力与 容错效果的软交换平台系统的发展，使得三大网络及其终端都能通过软件变换，最终 支持各种用户所需的特性、功能和业务。 ( 5 ) i p 技术。i p 协议的普遍采用，使得各种以i p 为基础的业务都能在不同的 网上实现互通。i p 协议不仅已经成为占主导地位的通信协议，而且人们首次有了统 一的、为三大网都能接受的通信协议，从而在技术上为三网合一奠定了最坚实的联网 8 基于h f c 网的智能小区三网合一的设计与实现第二章三网合一的技术论证及主要技术问题分析 基础。从用户驻地网到接入网，到核心网，整个网络将实现协议的统一，各种各样的 终端最终都能实现透明连接。尽管各种网络仍有自己的特点，但技术特征正逐渐趋向 一致( 数字化、光纤化、分组化等) ，特别是逐渐向i p 协议的汇聚已成为下一步发展 的共同趋向。 综上所述，在三网合一的众多技术中，接入网技术是重点，也是难点，只要解决 好这一问题，三网合一就能事半功倍。 2 4 三网合一接入网技术分析 2 4 1 数宇用户环路( x d s l ) 接入技术 x d s l 是d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ( d s l ) 的缩写，意即数字用户线路，是以铜电 话线为传输介质的点对点传输技术。x d s l 中，“x 代表着不同种类的数字用户线路 技术。d s l 技术在传统的电话网络( p o t s ) 的用户环路上支持对称和非对称传输模式， 解决了经常发生在网络服务供应商和最终用户间的“最后一公里”的传输瓶颈问题。 由于电话用户环路已经被大量铺设，如何充分利用现有的铜缆资源，通过铜质双绞线 实现高速接入就成为业界的研究重点，因此d s l 技术很快就得到重视，并在一些国家 和地区得到大量应用。 各种数字用户线路技术的不同之处，主要表现在信号的传输速率和距离。x d s l 技术主要分为对称和非对称两大类。对称d s l 技术主要有：h d s l ( h i g h - b i t r a t e d s l ) 、s d s l ( s i n g l e l i n ed s l ) 、i d s l ( i s d n 数字用户线) 等；非对称d s l 技术主 要有a d s l ( a s y m m e t r i cd s l ，非对称d s l ) 、r a d s l ( r a t ea d a p t i v ed s l ，速率自适 应d s l ) 、v d s l ( v e r yh i g hd a t ar a t ed s l ，甚高速数字用户线) 等几种。哺1 而a d s l 是目前众多d s l 技术中较为成熟的一种，其带宽较大、连接简单、投资 较小，因此发展很快，目前国内电信部门已推出了a d s l 宽带接入服务，而区域性应 用更是发展快速，但从技术角度看，a d s l 对宽带业务来说只能作为一种过渡性方法。 a d s l ( a s y m m e t r i cd i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ，非对称数字用户线) 是一种通过 现有普通电话线为家庭、办公室提供宽带数据传输服务的技术。a d s l 即非对称数字 信号传送，它能够在现有的铜双绞线，即普通电话线上提供高达8 m b i t s 的高速下行 速率，( 由于a d s l 对距离和线路情况十分敏感，随着距离的增加和线路的恶化，速率 会受到影响) 远高于i s d n 速率；而上行速率有1 m b i t s ，传输距离达3 k m - - - - 5 k m 。 a d s l 技术的主要特点是可以充分利用现有的铜缆网络( 电话线网络) ，在线路两端加 9 第二章三网合一的技术论证及主要技术问题分析基于h f c 网的智能小区三网合一的设计与实现 装a d s l 设备即可为用户提供高宽带服务。a d s l 的另外一个优点在于它可以与普通电 话共存于一条电话线上，在条普通电话线上接听、拨打电话的同时进行a d s l 传输 而又互不影响。用户通过a d s l 接入宽带多媒体信息网与因特网，同时可以收看影视 节目，举行一个视频会议，还可以很高的速率下载数据文件，这还不是全部，你还可 以在这同一条电话线上使用电话而又不影响以上所说的其它活动。安装a d s l 也极其 方便快捷，在现有的电话线上安装a d s l ，除了在用户端安装a d s l 通讯终端外，不用 对现有线路作任何改动。使用a d s l ( a s y m m e t r i cd i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ，非对 称数字用户线) 技术，通过一条电话线，以比普通m o d e m 快一百倍浏览因特网，通过 网络学习、娱乐、购物，享受到先进的数据服务如视频会议、视频点播、网上音乐、 网上电视、网上m t v 的乐趣，已经成为现实。但双绞线接入网在提供宽带多媒体业 务方面提供的带宽资源不能达到三网合一的要求，并且它的传输速率和距离相互制 约，从以上分析可以看出，a d s l 无法满足三网合一的需求。四1 2 4 2 光纤同轴电缆混合( h f c ) 接入网技术 h f c ( h y b r i df i b e r - o p t i cc a b l e ) 是混合光纤同轴电缆接入网技术的简称。h f c 是把光缆敷设到居民小区，然后通过光电转换节点，利用有线电视的同轴电缆网连接 到用户，提供综合电信业务的技术。目前可实现的主要业务有：电话、模拟广播电视、 数字广播电视、点播电视、数字交互业务等。将电话网、计算机网和c a t v 网合并在 一起构成的h f c 网，可以提供原来三个网的各种业务，即“三网合一 。h f c 在干线 传输中采用光缆作为媒介，应用副载波复用技术，将多路c a t v 信号调制到一路光信 号上，通过光纤传输，送到光节点设备，电话信号和各种数字信号也通过光纤送到光 节点设备，光节点设备是h f c 接入系统的关键部分，它包括一个模拟线性宽带光接收 机，一个下行信号光接收机和一个反向上行信号光发射机，另外还有一个下行信号的 射频放大器，光节点设备接收中心局送来的下行光信号，包括各种视频信号和电话信 号，进行光电变换，并将电话信号和视频信号合并，光节点设备通过本身的射频放大 部分，将这种电信号放大后，送往同轴电缆传给各用户，在上行方面，光节点设备接 收同轴电缆支路送来的上行信号，将这些电信号变换成光信号，发往中心局或视频前 端的上行光接收机。 从光节点设备到用户是一个传统的同轴电缆分配网，可以利用一些城市已有的由 树形结构组成的c a t v 分配网，通过同轴电缆将信号送入网络用户接口单元( n i u ) 。n i u 1 0 基于h f c 网的智能小区三网合一的设计与实现第二章三网合一的技术论证及主要技术问题分析 可安置在路边，高层建筑的某一层或用户家中，为同轴电缆提供射频调制器接口，为 用户提供各种信号，n i u 接收到同轴电缆送来的混合信号后，将其分为两路，一路用 同轴电缆直接送往用户电视机，另一路被转换成音频信号，用双绞线送至用户的电话 机，一个光节点设备可服务5 0 0 个家庭。h f c 频谱具体分配为：5 5 0 m h z 用于普通电 话业务；5 0 5 5 0 删z 用c a t v ，5 5 0 7 5 0 m h z 用于4 0 0 路压缩的数字通道，其中2 0 0 路用于点播电视，2 0 0 路用于交互式业务；7 5 0 - - - 1 0 0 0 m h z 保留作为个人通信用，h f c 可以充分利用己敷设的同轴电缆和铜线双绞线，为用户提供宽带业务，成本较低。当 今大多数最新的h f c 系统确立在7 5 0 m h z 带宽上，也有1 g h z 带宽上的，h f c 网络结构 简单，一般由两级光纤，一级电缆构成，主前端到分前端、分前端到分配节点( o d n ) 一般采用光纤，分配节点到用户一般采用电缆，在宽带传输的h f c 上，加上相应的设 备( 如c a b l em o d e m ) 就可以实现双向数据通信。h f c 在一个5 0 0 户左右的光节点覆盖 区可以提供6 0 路模拟广播电视，每户至少2 路电话，速率至少高达l o m b s 的数据业 务。将来利用其5 5 0 - - 一7 5 0 m h z 频谱还可以提供至少2 0 0 路m p e g - 2 的点播电视业务以 及其它双向电信业务。 h f c 是宽带接入技术中最先成熟和进入市场的，很适合现阶段大量使用；从长远 看，h f c 网计划提供的是所谓全业务网( f s n ) ，即以单个网络提供各种类型的模拟和 数字业务。用户数可以从5 0 0 户降到2 5 户，实现光纤到路边。最终用户数可望降到 1 户，实现光纤到家，提供了一条通向宽带通信的新途径。n 们3 2 4 3 全光纤( f t t x ) 接入网技术 光纤接入技术实际就是在接入网中全部或部分采用光纤，构成光纤用户环路 ( f i t l ) ，或称光纤接入网( o a n ) ，实现宽带接入的一种方案，被写入i t ug 9 8 2 和 g p o n b 等标准。根据光网络单元( o n u ) 的位置，光纤接入网分为光纤到桌面( f t t d ) 、 光纤到户( f t t h ) 、光纤到路边( f t t c ) 、光纤到大楼( f t t b ) 、光纤到办公室( f t t