（通信与信息系统专业论文）基于adoc技术网关的实现.pdf

摘要 当今我国的互联网事业正在飞速地发展，宽带网络迅速普及。目前几乎所有 居民小区中都铺设有有线电视同轴电缆，使用a d o c 技术可以利用现有有线电视 同轴电缆中的空闲频段传输i p 数据，从而使用户通过有线电视同轴电缆接入互 联网。 a d o c 技术采用了类似于无线局域网技术的物理层，链路层协议，通过将 8 0 2 1 1 b 儋标准中规定的2 4 g h z 信号降频至9 0 0 m h z 左右，实现了信号在有线电 视同轴电缆上的传输，并且不会与有线电视信号发生干扰。a d o c 技术充分利用 了现有的网络资源，省去了重新铺设网线的工作。 本论文深入研究了a d o c 技术的特点，使用基于删9 处理器的硬件平台 与汤姆逊( t h o m s o n ) 公司开发的可以实现a d o c 技术的c h e s t n u t 板，设计出 了基于a d o c 技术的网关。该网关通过有线电视同轴电缆与居民小区内各个用户 相连，使得小区内所有用户组成一个局域网。而网关同时又具有外网接口，可以 与i s p 提供的外网接口相连接，小区内用户可以通过该网关连接至外网，实现宽 带上网的功能。 本论文实现了网关运行所需的软件，软件使用了c g i 技术，可以使用户通过 浏览器对网关进行设置与监控等操作，并且利用汤姆逊公司开发的c h e s t n u t 板的 驱动程序，实现了对c h e s t n u t 板的控制。软件使用c 语言在l i n u x 环境下编写， 在嵌入式开发板上进行调试。经过测试，可以完成网关的功能，实现利用同轴电 缆接入互联网。 关键词：非对称同轴数据接入无线局域网网关l i n u x 操作系统 a b s t r a c t t o d a y , c h i n a si n t e r n e ti sd e v e l o p i n gf a s t ，b r o a d b a n dn e t w o r ki sb e i n gp o p u l a r v e r yr a p i d l y a l m o s ta l lr e s i d e n t i a la r e a sh a v ec a t v c o a x i a lc a b l e a d o ct e c h n o l o g y c a nm a k ei tp o s s i b l et ot r a n s f e ri pd a t ab yu s i n gt h ef r e eb a n do fc a t vc o a x i a lc a b l e ， s ot h eu s e r sc a nc o n n e c tt oi n t e r n e tt h r o u g hc a t vc o a x i a lc a b l e t h ep h y s i c a ll a y e rp r o t o c o la n dd a t al i n kl a y e rp r o t o c o lo fa d o ct e c h n o l o g yi s s i m i l a rt ow l a n a d o ct e c h n o l o g yc a nr e d u c et h ef r e q u e n c yo f8 0 2 1lb gf r o m 2 4 g h zt oa b o u t9 0 0 m h z ，b yt h i sw a y , t h ea d o cs i g n a lc a nb ct r a n s f e r r e dt h r o u g h c a t vc o a x i a lc a b l e ，a n dt h es i g n a lo fc a t vw o n tb ei n t e r f e r e db yt h es i g n a lo f a d o c a d o ct e c h n o l o g yc a nm a k ef u l lu s eo fe x i s t i n gr e s o u r c e s ，s ot h el a y i n go f e t h e m e tc a b l ei su n n e c e s s a r y t h i sp a p e rs t u d i e dt h et e c h n i c a lc h a r a c t e ro fa d o cd e e p l y , a n dd e s i g n e dt h e g a t e w a y w h i c hi sb a s e do nt h ea d o ct e c h n o l o g yb yu s i n gt h eh a r d w a r ep l a t f o r mt h a t i sb a s e do na r m 9p r o c e s s o ra n dt h ec h e s t n u tb o a r dw h i c hi s d e v e l o p e db y t h i v l o s o nc o r p o r a t i o nt oi m p l e m e n tt h ea d o ct e c h n o l o g y t h eg a t e w a yc o n n e c t s t oe v e r yu s e ri nt h ea r e at h r o u g ht h ec a t vc o a x i a lc a b l e a l lt h eu s e r si nt h ea r e aa r e c o n n e c t e dt oal a n t h el a ni sc o m p o s e db ya l lt h eu s e r s t h eg a t e w a yh a sa n i n t e r f a c e ，w h i c hc a nc o n n e c tt on e t w o r kp r o v i d e db yi s p , s ot h eu s e r si nt h ea r e ac a n c o n n e c tt oi n t e r n e tb yt h eg a t e w a y t h ep a p e rc o n c e n t r a t e so nt h es o f t w a r er e q u i r e df o rt h eg a t e w a y , u t i l i z i n gc g i t e c h n o l o g yw h i c he n a b l e su s e r st os e ta n dm o n i t o rw i t hw e bb r o w s e ra n dt a k i n g a d v a n t a g eo ft h ed r i v e rd e v e l o p p e db yt h m o s o nc o r p o r a t i o nt oc o n t r o lc h e s t n u t b o a r d t h es o f t w a r ei sc o d e db yc l a n g u a g e ，t h es o f t w a r ed e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t i sl i n u xo p e r a t i n gs y s t e m e m b e d d e dd e v e l o p m e n tb o a r di su s e dt od e b u gt h e s o f t w a r e t h eg a t e w a yc a l lc o m p l e t et h ef u n c t i o n ，u s e rc a nu s ei tc o n n e c tt ot h e i n t e r n e tt h r o u g ht h ec a t vc o a x i a lc a b l e k e y w o r d s - a d o c ，w l a n ，g a t e w a y ，l i n u xo p e r a t i n gs y s t e m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得丕壅盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名： 宗伟 签字日期：2 翻年6 月箩日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解叁鲞态鲎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：装伟 签字日期：z d 研年6 月乡日 导师签名： 绑群 i 签字日期：矿彳年多月。日 第一章绪论 第一章绪论 随着我国经济的发展和人民生活水平的提高，电脑早已经走进千家万户，由 最初的奢侈品变成了和电视机，电冰箱一样几乎家家户户都有的家用电器。而伴 随着互联网的飞速发展，上网成了电脑的主要用途之一，由此带来了对宽带网络 的巨大需求。互联网的接入速度也由最早的拨号上网的5 6 k b p s ，达到了5 1 2 k b p s 、 1 m b p s ，甚至更快的速度。互联网接入的方式，由最开始单一的通过电话线拨号 上网，发展到现在a d s l 、c a b l em o d e m 等多种接入方式。虽然我国的宽带网络 事业发展很快，但总体来说提供的网络接入速度还比较一般，主要停留在 5 1 2 k b p s 、1 m b p s 左右，更加高速的接入服务还无法普及，与发达国家还有很大 的差距，这是由我国的国情决定的。由于我国还是发展中国家，通信事业的发展 还是要落后于发达国家，而且由于居民收入有限，成本太高的解决方案，如光纤 到户推广起来比较困难。因此目前我国比较流行的还是a d s l 、c a b l em o d e m 这 种改造成本比较低，速度尚可以接受的解决方案。所以，推广技术的时候必须要 考虑的我国的具体国情。 在全国各地，存在着大量建筑年代较早的居民小区，这些小区在建设的时候 没有铺设网线，因此小区内的居民要想实现宽带上网主要依靠a d s l 或者c a b l e m o d e m 方式，无法采用f t t b + l a n 的方式。但几乎所有居民小区都有用于传输 有线电视信号的同轴电缆，而且覆盖至每家每户。同轴电缆除了传输有线电视信 号以外，还有空闲的带宽可以利用，如果将这些空闲的带宽利用上，就可以用同 轴电缆代替网线完成传输以太网数据的任务，而a d o c 技术的出现可以使这种设 想变成现实。 由汤姆逊公司提出的a d o c 技术是以基于8 0 2 1 1 标准的无线局域网技术为基 础发展起来的，它使用了成熟的8 0 2 1 i b g 标准，但在信号的频率上做了变换， 将8 0 2 1 l b 儋使用的2 4 g h z 信号频率降至9 0 0 m h 左右，使得信号既可以不与有 线电视信号相互干扰，又能以可以接受的衰减程度在有线电视同轴电缆中传输。 由于使用了现成的无线局域网技术，因此部分硬件可以使用现有的用于无线 局域网的硬件。汤姆逊公司开发的使用a d o c 技术的硬件解决方案c h e s t n u t 板， 使用了该公司的基带处理芯片t h o m s o n 5 4 2 0 、频带处理芯片t h o m s o n 6 2 0 1 、 变频芯片t h o m s o n 6 2 10 。其中t h o m s o n 5 4 2 0 和t h o m s o n 6 2 0l 已经应用在 使用8 0 2 1 l 的无限局域网设备中。c h e s t n u t 板使用这三块芯片实现了将以太网中 的基带信号转换成同轴电缆中9 0 0 m 频率的信号。 第一章绪论 要想利用居民小区中的有线电视同轴电缆实现互联网接入，每个用户都需要 一块c h e s t n u t 板，它可以完成将同轴电缆中的信号转化成以太网基带信号送入电 脑的以太网接口中。而在小区里还必须有一个网关设备，可以将i s p 提供的网络 接口与小区内的同轴电缆网络连接起来，从而使小区内的用户接入互联网。 论文的主要内容如下： 第一章绪论，介绍了论文的背景以及a d o c 技术的主要特点，并介绍了论 文的结构。 第二章介绍了当前流行的几种互联网接入技术，并对他们的优缺点进行了 比较。 第三章详细介绍了a d o c 技术的原理，实现方法，以及如何使用a d o c 技 术实现利用有线电视同轴电缆接入互联网。 第四章介绍了该网关的硬件组成。 第五章详细介绍了该网关软件的结构、原理与实现方法。 第六章总结。 2 第二章现有宽带接入方式介绍 第二章现有宽带接入方式介绍 宽带的定义是带宽必须大于2 5 6 k b p s ，但5 1 2 k b p s 是目前宽带的事实最低标 准，因此最早的拨号上网方式不能算作宽带。现在市场上存在多种宽带接入方式， 本章将简单介绍一下各种方式的优缺点并进行比较。 2 1x d s l 与a d s l 几乎每家每户都安装有固定电话，通过普通的电话线来接入网络，是一种简 便易行的方案，这已经成为现有电信接入网升级的一种重要手段。要想进一步提 高电话铜双绞线的传输速率，就必须充分利用它的频带，于是便产生了各种数字 用户线( d s l id i g i t a ls u b s c r i b e r l i n e ) 技术。 出现最早的是窄带综合业务数字网( n i s d n n a r r o w b a n d i n t e g r a t es e r v i c e s d i g i t a ln e t w o r k ) ，紧随其后出现的是高比特率数字用户线( h d s l ：h i g h b i t r a t e d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e 技术) ，然后又有了非对称数字用户线( a d s l ：a s y m m e t r i c d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ) 、甚高比特率数字用户线( v d s l ：v e r yh i g h b i t r a t ed i g i t a l s u b s c r i b e rl i n e ) 、自适应非对称数字用户线( r a d s l ：r a t e a d a p t i v ea s y m m e t r i c d i g i t a ls u b s c r i b e rl i n e ) 等技术。在学术上将这一系列有关铜双绞线传输信号的 新技术统称为x d s l 技术，其中“x ”由取代的字母而定。 x d s l 技术按上行( 用户到交换局) 和下行( 交换局到用户) 的速率是否相 同可以分为速率对称型和速率非对称型两种。速率对称型的x d s l 有h d s l 、s d s l ( s i n g l el i n ed s l ，单线数字用户线) 、i d s l ( i s d nd s l ，i s d n 数字用户线) 多种形式。h d s l 采用2 至3 对铜双绞线实现双向速率对称通信，s d s l 的功能与 h d s l 相同，但仅用一对铜线即可提供速率对称型。i d s l 提供1 2 s k b p s 双向速率 对称型通信业务。非对称型的x d s l 有a d s l 和v d s l 等数种。因其下行速率很高， 适用于下行数据量很大的i n t e m e t 业务。最近又出现了速率自适应的a d s l ，它克 服了a d s l 在强噪声条件下中断的缺点，能自适应地降低速率保持通信连接【l 】。 a d s l 采用了离散多音频( d m t ：d i s c r e t em u l t i o n e ) 线路码，其下行单工信 道速率可为2 0 4 8 m b p s 、4 0 9 6 m b p s 、6 1 4 4 m b p s 、8 1 9 2 m b p s ，它的实际传输速 率取决于线径和传输距离。随着技术的逐渐成熟、产量的大幅提升，a d s l 进入 了快速发展阶段。 传统全速率a d s l 系统成本偏高，而且实际能开通1 5 m b p s 速率以上的线路 第二章现有宽带接入方式介绍 仅占有三分之一，用户前端设备( c p e ：c u s t o m e rp r e m i s e se q u i p m e n t ) 的安装 仍需派人去现场，不适于大规模发展。一种轻便型的无分离的a d s l 标准 a d s l l i t e ( 也叫d s ll i t e 、无分离器a d s l 或通用a d s l ) 迅速问世，正式称为 l t u t 标准g 9 9 2 2 的c l l i t e 接入技术是一种速率较低的a d s l ，它不需要在用户端 进行线路分离，而是电话公司远程为用户分离线路。g l i t e 提供了1 5 4 3 m b p s 至 6 m b p s 的下行速率，以及1 2 8 至3 8 4 k b p s 的上行速率。g 1 i t e 有希望成为部署最为 广泛的d s l 技术，其基本思路有两点：一是下行速率降低到1 5 m b p s 左右；二是 在用户处不用p o t s 分离器，以分布式分离器即微滤波器来取而代之。前者使用 a d s l l i t e 的工作频带只有a d s l 的一半，从而使其复杂性和功耗也只有a d s l 的 一半，而微滤波器体积小，价格便宜，用户可以自己安装，十分方便1 2 】。此外 a d s l l i t e 抗射频干扰的能力e l a d s l 强，其运行管理维护( o a m ：o p e r a t i o n s ， a d m i n i s t r a t i o n & m a i n t e n a n c e ) 和计费功能嵌入在系统内，无需外部网管系统的介 入。主要业务为i n t e r n e t 接入，w e b 浏览、i p 电话、远程教育、居家工作、可视电 话和电话等。 全速率a d s l 技术也在继续改进和发展，主要有两个方向：一是与g l i t e 兼 容的双模方式，即采用统一的可以支持a d s l 的硬件平台，初期支持g l i t e 业务， 日后可以根据需要通过软件升级来支持a d s l ；二是将g l i t e 无分离器的思路应 用到全速率a d s l 中，这种方式突出了全速率a d s l 所具有的优点，诸如速率 高、网络可升级、支持未来的图像和交互式在线游戏等新业务以及a d s l 语音技 术( v o a d s l ：v o i c eo v e ra d s l ) 应用，而这些是纯g l i t e 无法做到的。 v o a d s l 是a d s l 的一个最新的发展趋势，其基本思路是在用户一侧增加一个 网关设备，又称为综合接入设备，与d s l 线路相连，同时作为电路交换和分组交 换转换设备，可以在原有模拟语音业务不变的情况下，再提供8 至2 0 条数字话 音通路，还能提供以太网接口乃至h p n a 的机顶盒接口。该技术的出现更加强化 了a d s l 对小企业应用的性能价格比优势，并对i s d n 业务造成巨大的冲击。 v o a d s l 已不仅是一项新的传送技术，还将可能成为中小企业的主要分组话音技 术f 3 1 。 a d s l 系统发展的另一个趋向是v d s l 系统。这种技术采用了d m t 线路码， 在双绞线上下行传输速率可以扩展至2 5 - - 5 2 m b p s ，从而可容纳6 - 1 2 个4 m b p s 的m p e g 0 2 ( m p e g 2 - m o t i o np i c t u r ee x p e r t sg r o u p 2 ) 信号，同时允许1 s m b p s 的上行速率。由于传输距离的缩短，码间干扰大大减小，对数字信号处理要求大 为简化，收发机成本可望比a d s l 降低一半。因而如果配线或引入线的质量尚可， 此时将光纤到路边( f r r c ：f i b e r t o t h ec u r b ) ，特别是以a t m 为基础的的无源光 网络( a p o n ：a t mp o n ) 与v d s l 技术相结合可以取得光纤铺设成本、电子设 4 第二章现有宽带接入方式介绍 备成本和带宽能力方面的最佳平衡，是一种比较现实的而又理想的宽带混合接入 方案【4 1 0 2 2c a b l em o d e m 电缆调制解调器( c a b l em o d e m ) 技术是在有线电视公司推出的混合光纤同 轴网( ) 上发展起来的。c a b l em o d e m 不仅仅是传统意义上的调制解调器， 实际上它更多地是作为局域网接口运行( 一般是通过t c p i p 运行) 1 5 。c a b l e m o d e m 集m o d e m 、调谐器、a n 解密设备、桥接器、网络接口卡、虚拟专网代理 和以太网集线器多种功能于一体。服务商的设备同用户的c a b l em o d e m 之间建立 了一个虚拟专网连接，c a b l em o d e m 提供了一个标准的1 0 b a s e t 或1 0 1 0 0 b a s e t 以太网接口同用户的电脑相连。 c a b l em o d e m 的技术原理是从4 2 m h z - - 一7 5 0 m h z 的电视频道中分离出一条 6 m h z 的信道用于传送下行数据。通常下行数据采用6 4 q a m ( 正交调幅) 调制 方式，最高速率可达2 7 m b p s ，如采用2 5 6 q a m ，最高速率可达3 6 m b p s 。上行 数据一般通过5 m i - l z - 4 2 m i - i z 之间的一段频谱进行传送，而为了抑制上行噪声的 积累，一般选用q p s k 调制，q p s k 比6 4 q a m 更适合噪音环境，但速率较低。 c m t s ( c a b l em o d e m 头端设备) 从外界网络接收的数据帧封装在m p g e ，t s 帧 中，通过下行数字调制和r f ( r a d i of r e q u e n c y ) 输出到用户端，同时接收上行 出来的数据转换成以太网帧。用户端c a b l em o d e m 的基本功能就是将上行数字 信号调制成r f 信号，将下行的r f 信号解调为数字信号，从m p e g t s 帧中解 出数据，形成以太网的数据，通过1 0 b a s e t 的端口输出。在h f c 网是频分复用 的，但在某一频率上的信道则是被很多用户所共享，通过m a c 控制用户信道分 配与竞争的问题，同时还支持不同等级的业务。可以通过网络管理系统对h f c 网络中c a b l em o d e m 进行配置、状态、流量监控和诊断。 用户所在地和电缆公司之间的同轴电缆能够按照用户的需求向远处延伸，它 不像i s d n 和a d s l 那样传输距离比较有限。c a b l em o d e m 与安装在电缆公司的 c a b l em o d e mc m t s 相通，c m t s 端接收来自用户处的电缆连接输出信号，并把 这些信号汇聚成电缆提供商网络分配设备的输出。c m t s 还是头端的组成部分。 头端由几个服务器、网关和路由器组成，这些设备连接在一起，通过因特网提供 多种业务。这些业务包括数据视频传输、接收卫星频道广播和标准的射频( r f ) 广播。c a b l em o d e m 通过分离的信道对下行和上行通信提供网络接入，但是，这 些信道是非对称的。下行信道的容量和数据率比上行信道的高，电缆公司通过下 行信道着重对用户提供内容数据，而对上行的信道传输速率要求不高，因为上行 5 第二章现有宽带接入方式介绍 信道只需传输例如键盘输入、鼠标的光标移动等信号。 从c a b l em o d e m 至u p c 的最大传输速率目前为1 0 m b p s 。电缆型标准“电缆系 统传输接口数据规范”( d o c s i s ) 规定，电缆网络应能支持3 6 m b p s 的最大传输 速率，但由于整个电缆网络要处理共享媒体，所以在实际中要达到这一速率是不 可能的【6 1 。 c a b l em o d e m 会在上行信道上产生噪声，而且由于信道为用户所共享，这种 噪声将通过所有的节点进一步汇聚在连接c m t s 的每个网段上，这种噪声会干 扰毗邻的信道。关于c a b l em o d e m 的可靠性，目前还存在着一些问题，有线电 视网络在业务高峰期，例如晚间网络负荷大的时段，用户经常会遇到连接中断， 传输速率下降等问题。 2 3 光纤上网 2 3 1 光纤通信简介 光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传 输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光 源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应 用中，光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤 又分为通用与专用两种，而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、 倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现【7 1 。光纤 通信之所以发展迅猛，主要缘于它具有以下特点： 1 通信容量大、传输距离远：一根光纤的潜在带宽可达2 0 t h z 。光纤的损耗 极低，在光波长为1 5 5 9 m 附近，石英光纤损耗可低于0 2 d b k m ，这比目前任何 传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。 2 信号串扰小、保密性能好。 3 抗电磁干扰、传输质量佳，电通信不能解决各种电磁干扰问题，而光纤通 信不受各种电磁干扰的影响。 4 光纤尺寸小、重量轻，便于敷设和运输。 5 材料来源丰富，环境保护好，有利于节约有色金属铜。 6 无辐射，难于窃听，因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。 7 光缆适应性强，寿命长。 8 质地脆，机械强度差。 9 光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。 6 第二章现有宽带接入方式介绍 1 0 分路、耦合不灵活。 1 1 光纤光缆的弯曲半径不能过小。 1 2 有供电困难问题。 利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式，由于激光具有高方向性、高相 干性、高单色性等优点，光纤通信中采用的光波主要是激光，所以又叫做激光一 光纤通信。 光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息变成电信号，然后调制到 激光器发射出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度( 频率) 变化而变化，并 通过光纤发送出去。在接收端，检测器接收到光信号后把它变换成电信号，经解 调后恢复原信息1 8 1 。 光纤通信是现代通信网的主要传输手段，采用光纤通信是通信史上的重大变 革，美、日、英、法等2 0 多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发 展光纤通信。 2 3 2 光纤到户 光纤到户( f 1 1 m ) 是宽带接入的一种理想模式，是指从城域网到小区、用 户间的最后接入网阶段全部使用光纤，实现语音、数据、广播电视及各类智能化 系统功能的一种接入方式。f t t h 在带宽方面的巨大优势使它成为未来网络接入 发展的最终目标，它将最终突破带宽的瓶颈，是实现“三网合一”的最理想的方 式。基于其独特的宽带及信息服务优势，f 1 r h 正在世界各地得到推广。光纤到 户技术是高带宽、多业务的接入技术，实现了业界全光网络的梦想。在这样的网 络上运营目前的语音、数据和视频业务还只是初级阶段。在f ”h 网络上将开展 更多业务。f n m 技术主要包括：点到点光纤接入以及点到多点的p o n ( 无源光 网络) 技术，p o n 技术主要有e p o n 和g p o n 两种。目前技术成熟度和商用化 程度最高的是基于以太网的e p o n 技术；g p o n 技术是基于不同服务需求，提供 最有效率和理想的传输速率，将是与e p o n 技术共存发展的技术。 p o n ( 无源光网络) 技术因其具有节约线路资源、运营维护便捷、设备预 期成本较低等多方面的优势而被认为是f t t h 的首选解决方案。p o n 技术的优势 包括无源光器件不易受雷电损坏和辐射干扰、网络结构灵活易于扩展、共享馈线 段光纤可节约铺设成本、业务透明性好、具有多业务支持能力以及易于管理维护 等。a p o n ( a t m 无源光网络) 、e p o n ( 以太网无源光网络) 和g p o n ( 吉 比特无源光网络) 是目前p o n 领域中存在的三种技术体制。由于当前a t m 技术整 体发展受阻，a t m 在国内逐渐退网，因i i ：七, a p o n 在国内未获发展。e p o n 和g p o n 谁将主导f t l h 大潮成为了当前争论热点。p o n 系统由局端设备o l t ( 光线路终 第二章现有宽带接入方式介绍 端) 、用户端设备o n u o n t ( 光网络单元光网络终端) 和o d n ( 光分配网) 组 成。所谓“无源”，是指o d n 全部由无源光分路器和光纤等无源光器件组成，不 包括任何有源器件。p o n 技术采用了点到多点拓扑结构，下行和上行分别通过 t d m 和t d m a 方式传输数据【9 】。f t t h 作为一种高速的上网方式优点是显而易见 的，但是缺点也非常明显，i s p 必须投入大量资金铺设高速网络到每个用户家中， 因此极大限制了f t r b 的推广和应用，尤其在我国这种发展中国家，成本过高会 严重影响该技术的普及。 2 3 3 光纤到楼 f 仃b ( f i b e rt ot h eb u i l d i n g ) - 即光纤到楼，是一种基于高速光纤局域网技 术的宽带接入方式，采用光纤到楼、网线到户的方式实现用户的宽带接入，我们 可以称之为f t t b + l a n 的宽带接入网( 简称f ”m ) 。这是一种比较合理、实用、 且经济有效的宽带接入方法。f 1 m 宽带接入是采用单模光纤高速网络实现千兆 到社区、局域网百兆到楼宇，十兆到用户。f t t b 可以被看作是互联网里面的一 个局域网，因此使用f ”田不需像a d s l 那样拨号，而且f m 是通过专线接入互 联网，用户只要开机即可接入i n t e r n e t 。f t t b 接入i s p 也不会像普通拨号上网那 样遇忙，f 1 f r m 上网只有快或慢的区别，不会产生接入遇忙的情况【l 0 1 。 f 1 m ，对硬件要求和普通局域网的要求一样：计算机和以太网卡，所以对 用户来说硬件投资非常少。f t t b 高速专线上网用户不但可享用i n t e r n e t 所有业 务，通过互联网查询信息、寻求帮助、邮件通信、电子商务、股票、证券操作等， 而且还可享用i s p 另外提供的诸多宽带增值业务，远程教育，远程医疗，交互视 频( v o d 、n v o d ) ，交互游戏，广播视频等。 目前我国常见的f t t b + l a n 运营模式是以小区为单位向i s p 申请带宽，申 请到的带宽供小区内用户共享。小区内的线路一般是在住房建设时已经铺设好， 实际情况是目前可申请到的带宽比较有限，因此当小区内用户较多时上网的速度 会受到影响。 2 4 本章小结 本章介绍了现有比较常用的几种互联网接入方式，其中a d s l 应用最为广泛， 性能比较稳定，现在城市中普通居民上网，基本上是以a d s l 这种接入方式为主， 但a d s l 的传输速度比较般，最常见的是5 1 2 k b p s 与1 m b p s ，传输速度更高 的a d s l 接入，如2 m b p s 、4 m b p s 价比比较低，使用的比较少。而且a d s l 基 本不需要在终端进行改造，安装方便。c a b l em o d e m 受回传噪声影响，性能的提 8 第二章现有宽带接入方式介绍 升比较困难，光纤到户的性能最好，但由于铺设成本较高，目前看在我国要想普 及比较困难。f t t b + l a n 的方式应用也非常广泛，尤其是新建小区，很多都采 用了这种方式，不过由于是许多用户共享带宽，在接入用户较多的时候传输速度 会受到影响。 9 第三章基于a d o c 技术的互联网接入方式与网关设备 第三章基于a d o c 技术的互联网接入方式与网关设备 在上文中，我们介绍过f t t b + l a n 技术。目前，我国有相当一部分居民小 区使用这种方式开展互联网接入服务，但这种技术由于要铺设网线，因此基本上 只适用于新建的已经铺设有网线的居民小区，那些建筑时间早的没有铺设网线的 小区一般来说就很难采用此种方式。但所有的居民区，不管新旧，都有连接至各 家各户的有线电视线路，因此，可以利用这些线路来实现普通网线的功能。a d o c 技术就可以实现此功能。a d o c 技术是以无线局域网也就是w l a n 技术为基础 的，因此下面我们先介绍一下无线局域网。 3 1 无线局域网w l a n 简介 无线局域网就是利用无线通信技术与设备来组建计算机局域网( w i r e l e s s l o c a la r e an e t w o r k 简称w l a n ) 。w l a n 技术是在传统的局域网技术上发展来 的，它继承了很多局域网的技术特点，最大的变化是将线缆传输媒质变为无线电 波，而且无线局域网的工作频率是国际上通用的频段，不用进行频率申请。在技 术上由于继承了很多原来的局域网的技术和协议，大大利于网络和原有的计算机 网络进行互通。无线局域网( w l a n ) 表示一种通信系统，它通过无线电技术建 立连接，是现有l a n 或有线l a n 的扩展。无线l a n 幂t 用空中通信收发数据，尽 量避免使用有线通信。但是与其他系统不同的是，它采用了几种物理层技术，包 括调频，直接序列扩频和红外技术i 。 无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，它提供了使用无线 多址信道的一种有效方法来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个人化 和多媒体应用提供了潜在的手段。一般来说，凡是采用无线传输媒体的计算机局 域网都可称为无线局域网。为区别于以往的低速网络，这里所指的无线网特指传 输速率高于1 m b p s 的无线计算机网。 世界上第一个实验性无线局域网是1 9 8 7 年建立的，随后在医疗、零售、机 场等地方，出现无线局域网。因各个不同厂商提供的无线局域网不能互连，于是 1 9 9 0 年1 1 月成立了i e e e 8 0 2 1 1 委员会，着手制定无线局域网标准，并且于1 9 9 7 年6 月制定出全球第一个无线局域网标准8 0 2 1 l 。 i e e e 8 0 2 1 1 系列w l a n 标准到目前为止主要包括以下2 1 个标准： i e e e 8 0 2 1 1 ( 1 1 、1 9 9 7 ) ：无线局域网物理层和媒质接入控制层规范。它是 l o 第三章基于a d o c 技术的互联网接入方式与网关设备 i e e e 于1 9 9 7 年推出的，工作于2 4 g h z 频段，物理层采用红外、d s s s ( 直接序 列扩频) 或f s s s ( 跳频扩频) 技术，共享数据速率最高可达2 m b p s 。它主要用 于解决办公室局域网和校园网用户终端的无线接入问题。i e e e 8 0 2 1 1 的数据速率 不能满足日益发展的业务需要，于是，i e e e 在1 9 9 9 年相继推出了i e e e 8 0 2 1 l b 和i e e e 8 0 2 1 1 a 两个标准，并且在2 0 0 1 年年底又通过了i e e e 8 0 2 1 l g 使用混合 方案，该方案可在2 4 g h z 频带上实现5 4 m b p s 的数据速率，并与i e e e 8 0 2 1l b 标准相兼容。 i e e e 8 0 2 1 l a ：无线局域网物理层和媒质接入控制层规范5 g h z 频段高速物 理层规范。i e e e 8 0 2 1 1 a 工作在5 g i - l z 频段上，使用了o f d m 调制技术，可以支 持5 4 m b p s 的传输速率。i e e e 8 0 2 1 1 a 与i e e e 8 0 2 1l b 两个标准都存在着各自的 优缺点，i e e e 8 0 2 1 1 b 的优势在于价格低廉，但速率较低( 最高1 1 m b p s ) ；而 i e e e 8 0 2 1 l a 的优势在于传输速率快( 最高5 4 m b p s ) 且受干扰少，但价格相对较 高。另外i e e e 8 0 2 1 l a 与i e e e 8 0 2 1 1 b 工作在不同的频段上，不能工作在同一 a p 的网络里，因此i e e e 8 0 2 1 1 a 与i e e e 8 0 2 1 1 b 互不兼容。 i e e e 8 0 2 1l b ：无线局域网物理层和媒质接入控制层规范_ 2 4 g h z 频段高速 物理层扩展。1 9 9 9 年9 月正式通过的i e e e 8 0 2 1 l b 标准是i e e e 8 0 2 11 协议标准的 扩展，它可以支持最高11 m b p s 的数据速率，运行在2 4 g h z 的i s m 频段上，采用 的调制技术是c c k 。但是随着用户不断增长的对数据传输速率的要求，c c k 调制 方式就不再是一种合适的方法了。因为对于直接序列扩频技术来说，为了取得较 高的速率，并达到扩频的目的，选取的码片的速率就要更高，这对于现有的码片 来说比较困难；对于接收端的r a k e 接收机来说，在高速数据速率的情况下，为 了达到更良好的分集效果，要求r a k e 接收机有更复杂的结构，在硬件上不易实 现【1 2 】。 i e e e 8 0 2 1 l d 物理层方面的特殊要求。i e e e 8 0 2 1 i d 定义了一些物理层方面 的要求，以适应i e e e 8 0 2 1 1 设备在一些国家应用时这些国家无线电管制上的特 殊要求。 i e e e 8 0 2 1 l e - i e e e 8 0 2 1 1 m a c 层增强一服务质量保证( q o s ) 。i e e e 8 0 2 1 1 e 是m a c 层标准的基础，在此基础上，为了满足在安全性和q o s 等方面的进一步 要求，i e e e 相继提出了i e e e 8 0 2 1 l e ，i e e e 8 0 2 1 l f 和i e e e s 0 2 1 l i 等标准。 i e e e 8 0 2 1 1 e 增强了8 0 2 1 1 m a c 层，为w l a n 应用提供了q o s 支持能力。 i e e e s 0 2 1 1 e 对m a c 层的增强与i e e e s 0 2 1 1 a 和i e e e 8 0 2 1 1 b 中对物理层的改进 结合起来，就提升了整个系统的性能，扩大了i e e e 8 0 2 1 1 系统的应用范围，使 得w l a n 也能够支持语音和视频等应用。 i e e e s 0 2 1 l f ：支持i e e e s 0 2 1 1 的接入点互操作协议( 队p p ) 。i e e e 8 0 2 1 l f 第三章基于a d o c 技术的互联网接入方式与网关设备 标准定义了一套称之为队p p ( i n t e r - a c c e s sp o i n tp r o t o c 0 1 ) 的协议，以实现不同 供应商的接入点( a p ) 间的互操作性。 i e e e 8 0 2 1 1 9 ：支持2 4 g h z 频段高速物理层( 2 0 m b p s 以上) 扩展。2 0 0 3 年7 月，i e e e 8 0 2 1 1 工作组批准了新的物理层标准i e e e 8 0 2 1 1 9 ，该标准与以前的 i e e e s 0 2 1 1 协议标准相比有以下两个特点：其在2 4 g h z 频段使用o f d m 调制技 术，使数据传输速率提高到2 0 m b p s 以上；i e e e 8 0 2 1l g 标准能够与i e e e 8 0 2 1 1 b 系统互相连通，共存在同一a p 的网络里，保障了后向兼容性。这样原有的w l a n 系统可以平滑地向高速无线局域网过度，延长了i e e e 8 0 2 1 1 b 产品的使用寿命， 降低了用户的投资【l 引。 i e e e 8 0 2 1 1 h ：额外定义了物理层方面的要求( 诸如信道化和调频模式等) 。 为了促进i e e e s 0 2 1 1 a 在欧洲的推广和发展，与欧洲e t s i 的h i p e r l a n 2 竞争， i e e e 又提出了i e e e 8 0 2 1 1 h 标准，在i e e e 8 0 2 1 l a 基础上增加了动态频率选择 ( d f s ) 和发送功率控制( t p c ) 功能，以适应i e e e 8 0 2 1 1 a 在欧洲推广与发展 的需要，符合欧洲有关管制规定的要求。 i e e e 8 0 2 。1 l i ：无线局域网媒质接入控制层安全性增强规范。i