（通信与信息系统专业论文）宽带有线接入技术fttx的设计研究.pdf

摘要 y 5 8 7 4 9 8 数据业务的持续发展推动着运营商构建新一代的宽带城域网。如何适应接入 网，特别是以太接入网f t t x + l a n 的快速发展是宽带城域网建设中迫切需要解 决的问题。当前用于实现光接入网的技术主要有两种：无源光网络技术p o n 和 有源光网络技术a o n 。其中无源光网络p o n 技术发展更快些，然而由于无源光 网络p o n 技术还不成熟，在没有形成规模应用之前，成本还是较高，因此当前 实现光接入网还是以采用有源光接入网技术为主。文章首先对光接入网的结构、 分类、复用技术以及它与铜缆接入技术的综合作了介绍；继而着重从网络结构、 帧格式以及要解决的关键问题等方面对时分复用的无源光网络t d m p o n ( 包括 a p o n 和e p o n ) n t 波分复用无源光网络w d m p o n 技术进行了分析：最后论述 了基于m o t o r o l a 微处理器m p c 8 5 0 的光纤有线接入f t t x 系统的设计，并对控 制交换模块、f 发射极耦合逻辑p e c l 接口的原理和板级支持包b s p 的设计等 内容进行了讨论。 关键词 光接入网、无源光网络、波导阵列光栅、p o w e r p c 、以太网、正发射极耦合逻辑 米经作黄警野鞠爨 纫全文公布 a b s t r t a c t t h ed u r a t i v ed e v e l o p m e n to fd a t as e r v i c em a k e st h ei s pb u i l dt h en e wg e n e r a t i o n b r o a d b a n dm e t r o p o l i t a nn e m o r k h o wt os a r i s f yt h ef a s td e v e l o p m e n to fa c c e s sn e t w o r k e s p e c i a l l yt h ed e v e l o p m e n t o fe t h e m e ta c c e s sn e t w o r k ( f t t x + l a n ) ，l so n eo ft h em o s tu r g e n t p r o b l e m si n t h ec o n s t r u c t i o no fb r o a d b a n dm e t r o p o l i t a nn e t w o r k p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k ( p o n ) a n da c t i v eo p t i c a ln e t w o r kf a o n ) a r e t w ok i n d so f t e c h n o l o g i e st h a tc a nb e u s e dt oc o n s t r u c tt h eo p t i c a la c c e s sn e t w o r k h o w e v e r , t h ep o nh a sn o tb e e nf u l l y d e v e l o p e da n dt h ec o s ti sa l s ov e r yh i g hb e f o r et h el a r g e s c a l eu s e t h em a i nt e c h n o l o g yt h a ti s u s e dt oc o n s t r u c tt h eo p t i c a la c c c s sn e 觚o r ki sa o n ( a c a v eo p t i c a ln e t w o r k ) t h ea r t i c l ef r i s t i n t r o d u c e st h es t r u c t u r e ，c l a s s i f i c a t i o na n dm u l “p e x i n gt e c h n o l o g i e so f o a n n 】ec o m b n a t i o no f c a b l ea c c e s sn e t w o r ki sa l s od i s c u s s e d t h e nt d m - p o n ( a p o na n de p o n ) a n dw d m p o n a r e e x p o u n d e di n t h ea s p e c to fn e t w o r ks t r u c t u r e ，f l a m es t r u c t u r ea n dt h ek e yt e c h n o l o g i e st ob e s o l v e d f i n a l l y , t h es y s t e md e s i g no ff 兀x b a s e do nm o t o r o l ap r o c e s s o rm p c 8 5 0i sc o n c e m e d a b o u t t h ec o n t r o la n ds w i t c hb l o c k t h ep r i n c i p l eo fp e c li n t e r f a c ea n db s pa r ea 1 1f u l l y d i s c u s s e d k e v w o r d s o p t i c a la c c e s sn e t w o r k 、p a s s i v eo p t i c a ln e t w o r k 、a w g 、p o w e r p c 、e t h e m e t 、 p e c l 1 1 引言 第1 章绪论 数据业务的持续发展推动着运营商构建新一代的宽带城域网，以便于向用户 经济有效、快速动态地提供带宽业务。一般将城域网分为三层，即核心层、汇聚 层和接入层。核心节点与汇聚节点统称为骨干节点，它们支持窄带和宽带的口 接入，相互之间采用市内光纤或传输高速互联；接入层通过各种接入技术和线路 资源实现对用户的覆盖，并提供多业务的用户接入，必要时配合完成用户流量控 制功能。用于提供宽带有线接入的方式主要有a d s l ，c a b l em o d e m 和f t t x + l a n 等方式。当前如何适应以太网( f t t x + l a n ) 接入网的发展己成为宽带城 域网建设中迫切需要解决的问题。根据光纤在接入网中深入用户群的程度光纤接 入网可分为f t t c ( 光纤到路边) 、f t t z ( 光纤到小区) 、f t t b ( 光纤到大楼) 和f t t h ( 光纤到户) 等几种方式，统称为f t t x 。 1 2 接入网的发展历史 1 8 7 6 年电话机的发明，电话用户环路的存在，1 9 世纪9 0 年代局用主配线架、 双绞线和供电电源的发明，标志着用户接入网的基本形成，只是当时的接入 网仅仅是用户线而已，这种基本配置的接入网保持了几乎近一个世纪而没有 什么重大的改进。 1 9 7 5 年英国电讯( b t ) 在苏格兰格拉斯哥( g a l a s c o ) 举行的一次研讨会上 首次提出了接入网的概念个降低接入线路投资的组网概念。1 9 7 6 年在 曼彻斯特( m a c h e s t e ) 进行了组网可行性试验。1 9 7 7 年在苏格兰和伦敦地区 进行了大规模的推广应用。1 9 7 8 年在哥拉斯哥会议上正式肯定这种组网方 式，并命名为“接入网组网”技术，随后由w i l l e s m 等人共同编辑了此次会 议的文献集电信网技术。 1 9 7 8 年b t 在c c i t t 相关会议上正式提出接入网组网概念和1 9 7 9 年c c i t t 用远端用户集线器( r e m o t es u b s c r i b e rc o n c e n t r a t i o n ，r s c ) 命名方式给具 备类似性能的设备进行了框架描述，标志着接入网技术得到国际电信技术界 的认同。 8 0 年代初期，c c i t t 相关工作组先后提出了v 1 、v 2 、v 3 、v 4 共四种数字 接口的一般性建议。 8 0 年代后期，在各方面的推动下，i t u t 开始着手制定标准化程度较高的数 字接口规范v 5 x ，并对接入网作了较为科学的界定。 1 9 9 3 9 4 年，欧洲电信标准化组织( e t s i ) 颁布了v 5 接口规范，因为该接 口基于2 m b s 速率，所以有较好的通用性。 1 9 9 4 9 5 年，国际电信联盟( u t ) 通过v 5 接口规范，v 5 1 ( ( 2 9 6 4 ) 、 v 5 ，2 ( g 9 6 5 ) ： v 5 1 接口由单个2 0 4 8 k b s 链路构成，承载通路( 用于传递业务信息) 固定分配，不含集线功能。 - v 5 2 接口由l 1 6 个2 0 4 8 k b l s 链路构成，承载通路动态分配。 1 9 9 8 年r r u t 通过v b 5 1 接口规范( g 9 6 7 ，1 ) 。 1 9 9 9 年i t u t 通过v b 5 1 接口规范( g 9 6 7 1 2 ) 。v b 5 接口采用以a t m 为基础 的信元方式传递信息，实现业务接入，支持b i s d n 接入，用户网络接口 ( u n i ) 类型包括2 m b s 、2 5 m b s 、5 1 m b s 、1 5 5 m b s 、6 2 2 m b s 等：v b 5 也 支持非b i s d n 接入，包括v 5 1 v 5 2 接口接入，但需通过适配功能变换。 接入网最大的一次飞跃，应该说是光纤的诞生和应用。光纡的最大优点是它 的高带宽性，一个常规单模光纤的可用带宽至少可达3 0 0 0 0 g h z ，而最好的同轴 电缆的带宽不超过1 g h z ，微波的带宽不超过3 0 0 g h z ，可见光纤在带宽上比其 他传输煤质的优势至少高出两个数量级。光纤的高带宽性使各种宽带业务和多媒 体业务都成为可能，从而给网络运营商提供新的增值点和利润。光纤的另一个优 点是抗干扰性，光纤信道接近理想信道，光纤信道不易受外界干扰，误比特率很 低，从而延伸了传输距离，减少了中继站的建设，节省了投资资本。 从总的发展趋势看，在接入网中馈线光纤必将代替馈线电缆，直接向用户挺 进，实现纯光纤接入，即光纤到家( f t t h ) 方式，然而在接入网光纤化的同时， 过去投资兴建的双绞线设施不可能在短时间内代之己光纤，光纤化将是个长期 演化的过程，所以在整个过渡期，仍然要充分利用现有的双绞线，并最大限度地 发挥双绞线的带宽作用，这对网络运营商和用户是一个一举两得的好事。这样就 出现了f t t c ( 光纤到路边) 、f t t z ( 光纤n d , 区) 、f t t b ( 光纤到大楼) 等 接入方式，最终用户再通过原来已铺设好的铜线以a d s l 、v d s l 、l a n 、c a b l e m o d e m 等方式接入。光纤接入网又可划分为无源光网络( p o y ) 和有源光网络 ( a o n ) ，其中无源光网络p o n 发展更快些。 p o n ( 无源光网络) 是指o d l q ( 光配线网) 中不含有任何电子器件及电子电源， o d n 全部由光分路器( s p l i t t e r ) 等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。 1 9 9 6 年，由1 3 家大型网络运营商同他们的主要设备供应商组成了f s a n ( f u l l s e r v i c e a c c e s s n e t w o r k ) 联盟，其目标是要为p o n 设备定义一食通用的标准。当 时努力的结果是产生了一个1 5 5 m b i t s 的p o n 系统技术规范，它采用了a t m 作 为传输协议，故被称为a p o n ，其格式被i t u t 采纳为g 9 8 3 系列标准，这是业 界的第一个p o n 。2 0 0 1 年底，f s a n 将a p o n 改名为b p o n ，意为宽带的p o n ， 原因是a p o n 这个名称容易让人产生该系统只能提供a t m 业务的误解。2 0 0 0 年1 2 月，i e e e 成立了8 0 2 3e f m ( e t h e m e t i nt h ef i r s tm i l e ) 研究组，开始致力于 开发可广泛应用于接入网市场的以太网协议标准，与此相应的，业界有2 1 个网 络设备制造商发起成立了e f m a ( e t h e m e t i nt 1 1 ef i r s tm i l ea 1 l i a n c e ) 。在协议标准 中，包括实现g b i t s 以太网点到多点的光传送方案，即e p o n ( e t h e r r i e tp o n ) 。 和a p o n 相比，e p o n 具有更宽的带宽、更低的费用和更灵活的业务功能。 1 3 接入网的结构功能 1 3 1 接入网的结构 根据i t u tg 9 0 2 的定义，接入网位于交换端局和用户终端之间，是由业务 节点接口( s n i ) 和相关的用户网络接口( u n i ) 之间的一系列传送实体( 如线 路设施和传输设旖等) 组成的。它可以支持各种交换型和非交换型业务，并将这 些业务流组合后沿着公共的传送通道送往业务节点。其中包括将l r n i 信号转换 为s n i 信号。转换过程是透明的，接入网本身并不解释和处理信号的内容，故 而可以把它看成是业务和应用无关的传送网。 根据i t u _ t 定义，接入网的功能结构如图1 所示。 2 a n ：接入网 州i ：用户网络接口r is n i ：业务书点接口1t m n l l is n ：业务节点l 、j 1 3 2 接入网的接口 图1 接入网的功能结构 接入网的接口有三类，即n 1 、s n 和q 3 管理接口。原则上，接入网对其 所支持的u n i 和s n i 的类型和数目并不做限制。 u n i 是用户网络接口，不同的u n l 支持不同的业务，如模拟电话、数字或模 拟租用线业务等。 业务节点接口s n i 有模拟接口( z 接e 1 ) 和数字接口( v 接口) ，可以支持 一种专用接入类型，电可以支持多种接入类型。其中专用接入类型有：单个本地 交换机、租用线业务节点、数字图像和声音点播业务节点等。近来，i t u t 规范 了两个新的综合接入接口，v 5 ，1 和v 5 2 ( 统称v 5 接口) ，其目的是促使长期以 来一直封闭的交换机用户接口成为标准化的开放接口。v 5 1 接口支持单个 2 m b i t s 。固定时隙分配，不支持一次群速率接入；而v 5 2 接口支持1 6 个2 m b i t s ， 动态时隙分配，支持一次群和租用线业务，协议相对复杂，可以直接与s d h 相 连。v 5 接口的意义是深远的，可以在接入段实现不同厂商设备的互联，然而该 步骤的实现还有相当长的过程。 维护管理接口q 3 电信管理网( 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 ， t m n ) 与电信网各部分的标准接口。接入网作为电信网的一部分，也应通过q 3 接口与t m n 相连，以便于t m n 实施管理功能。 1 3 3 接入网的功能模块 接入网可以分为如下5 个功能模块。 传送功能模块( t f ) 在接入网内的不同位置之间为公共承载体的传送提供通道和传送煤质适配。 其功能包括：复用功能；交叉连接功能( 包括疏导和配置) ；物理媒质功能 及管理功能等。 核心功能模块( c f ) 核心功能模块位于用户接口功能模块和业务接e l 功能模块之间，承担各个用 户接口承载体或业务接口承载体要求进入公共传送载体的职责。其功能包 小曰塑 麴一 羞蠹一 nri】i【1l nf一 括：进入承载通路的处理功能；承载通路的集中功能；信令和分组信息的复 用功能；管理和控制功能。 用户接口功能模块( u p f ) 用户接口功能模块可将特定u n i 的要求适配到核心功能模块和管理模块。其 功能包括：终结u n i ( 用户网络接口) 功能；a d 转换和信令转换( 但不解 释信令) 功能；u n i 的激活和去活功能：u n i 承载通路承载能力处理功能； u n i 的测试和用户接口的维护、管理、控制功能。 业务接口功能模块( s p f ) 业务接口功能模块将特定s n i 定义的要求适配到公共承载体，以便在核心功 能模块中加以处理，并选择相关的信息用于接入网中管理模块的处理。其功 能包括：终结s n i 功能：将承载通路的需要、应急的管理和操作需要映射进 核心功能；特定s n i 所需的协议映射功能；s n i 的测试和业务接口的维护、 管理、控制功能。 系统管理功能模块( s m f ) 通过q 3 接口或中介设备与电信管理网接口，协调接入网各种功能的提供、 运行和维护，包括配嚣和控制、故障检测和指示、性能数据采集等。同时还 采用s n i 协议和业务节点s n 操作功能，采用u n i 协议和用户终端的操作功 能。 这些功能模块之间的关系如图2 所示。 1 3 论文安排 一用户承载和用户信夸信息控制和管理 图2 接入网的功能模块 论文第一章简单介绍了接入网的发展历史和功能结构；第二章对光接入网和 当前比较成熟的几种宽带有线接入技术进行描述，对光接入网的拓扑结构、光接 入网的基本类型和复用技术进行了详细介绍，同时对非对称数字用户线a d s l 、 甚高比特速率数字用户线v d s l 和宽带以太网接入技术进行了阐释，第三奄详 细阐释了当前发展比较快、业界比较重视的一种实现光接入网的技术无源光 网络技术( p o n ) ，对两种基于时分复用的无源光网络技术c f d m p o n ) a t m 无源光网络技术a p o n 和以太网无源光网络技术e p o n 进行了详细阐述，同时 4 对另- - g e 宽带无源光网络技术g p o n 进行了介绍：第四章论述了基于波分复用 的无源光网络技术w d m p o n ，给出了实现w d m p o n 的关键器件阵列波导光 栅a w g 的光谱响应理沦模型，分析了实现w d m p o n 要解决的关键问题，同 时给出了光分配网络通道损耗的计算；第五、六、七章结合我在u t s t a r c o m 公 司实习所参加的项目介绍光纤有线接入系统f t t x 的设计，第五章对m o t o r o l a 的三代p o w e r p c 处理器芯片p o w e r q u i c c 、p o w e r q u i c c i i 和p o w e r q u i c c i i i 进行了详细介绍，并对p o w e rq u i c c 存储器复用技术进行了阐述：第六章对系 统整体设计、控制交换模块和p e c l ( p o s i t i v ee m i t t e r - c o u p l e dl o g i c ) 光接口的原 理等等进行了论述；第七章主要对系统调试和板级支持g ( b s p ) 的设计进行介绍。 第二章光接入网及宽带有线接入技术 2 1 光接入网的结构模型 一个按入链路定义为一个给定的网络接口和单个用户接口之间的全部传输手 段。由于网络侧和用户侧不同，因此接入链路不对称。光接入网( o a n ，o p t i c a l a c c e s sn e t w o r k ) 定义为共享相同网络侧并由光接入传输系统所支持的接入链路 群，一般也称之为光纤环路系统( f i t l ，f i b e r i nt h el o o p ) 由光接入网的定义可以看到，一般情况下，o a n 是一个点对多点的光传输 系统。从系统配置上可以分为无源光网络和有源光网络，其结构模型如图3 所示。 图3 光纤接入网的结构模型 光纤接入系统的主要组成部分是光链路终端( o l t ，o p t i c a ll i i 】kt e r m i n a l ) 和 远端光网络单元( o n u ，o p t i c a ln e t w o r ku n i t ) 。它们在整个接入网中主要完成从 业务节点接口( s n i ，s e r v i c en o d ei n t e r f a c e ) 至0 用户网络接口( u n i ，u s e rn e t w o r k i n t e r f a c e ) 之间的有关信令协议的转换。接入设备本身还具备组网能力，可以组成 多种形式的网络拓扑结构。同时接入设备还具备本地维护和远程集中监控功能， 通过透明的光传输形成个维护管理网，并通过相应网管中心通用管理。 光链路终端o l t 的作用是为接入网提供在网络侧与本地交换机之间的接口， 并且通过光传输与用户侧的光网络单元o n u 通信。它将交换机的交换功能与用 户接入完全隔开。光链路终端提供自身和用户侧的维护和监控，它可以直接与本 地交换机一起放置在交换局端，也可以设置在远端。 光链路终端o l t 提供与光网络单元之间的光接口，至少能提供网络侧的一个 网口，o l t 可以与交换机装在起，也可以装在远端。o l t 提供必要的手段向 o n u 传递各种业务。 光网络单元o n u 的作用是为接入网提供用户侧的接口。它可以接入多种用 户终端，同时具有光电转换功能以及相应的维护和监控功能。o n u 的主要功能 是终接来自o l t 的光纤，处理光信号并为多个小企事业用户和居民住宅用户提 供业务接口。o n u 的网络侧是光接口，而其用户侧是电接口，因此，o n u 具有 光电和电光转换功能。它还具有对话音的模数和数模转换功能。o n u 通常放 6 在距离用户较近的地方，其位嚣有很大灵活性。按照o n u 在接入网中所处的不 同位罱，可以确定接入网的不同应用类型，如光纤到路边f t t c 、光纤到大楼 f t t b 、光纤到小区或光纤到用户f t t h 家庭等。 2 2 光接入网的拓扑结构 所谓拓扑可以理解为机械设备的几何排列形状，它反映了物理上的连续性。 光接入网结构的选择取决于大量的经济和技术因素，光接入网的成本在很大程度 上受网络拓扑结构的影响，考虑未来的光接入网时必需要考虑与目前的用户设备 的拓扑结构相兼容。因此，各国都把光接入网的拓扑结构研究看成时实现低成本 接入网的关键一步。目前最具代表性的有单星型结构、双星型结构( 有源或无源) 、 总线型结构、环形结构和树型结构等几种。 2 2 1 星型结构 单星型结构如图4 所示。 图4 单星型结构示意图图5 双星型结构示意图 单星型结构比较简单，每个用户都有专用光纤和交换机相连，用户之间完全 独立，比较容易支持新业务。但由于光纤不能共享，成本较高。单星型网是传统 电话网的结构，是点对点的连接方式。用户之间互相独立，保密性好，易于升级 扩容。缺点是由于光纤和光电设备无法共享，初装成本高。因此仅适合大容量的 用户。 双星型结构如图5 所示，又分为有源和无源两大类型。 有源双量型结构 在有源双星型网中，远端设备相当于一个集中器，用户可以共享主干光缆段 和光电设备，系统成本可以大大降低。缺点是引进了远端有源设备后，维护 费用高。当引入新业务时，需修改远端有源设备的设计和配置。 无源双星型结构 为了克服有源双星型网的缺点，远端设备换成无源光器件，如光分支器件或 波分复用器件。前者实现光功率的分路或合路，后者利用不同的波长来完成 路由现在和光复用功能。由于省去了有源远端设备，维护费用低，易于升级 扩容，并且适合接入网的特性和物理分布，被用为光接入网的标准拓扑结构， 是当前光接入网研究的热门话题。 2 2 2 总线型结构 主要用于分配型业务( 如c a t v ) 的传输。它通过使用无源分离技术进一步共 享光电设备和光纤。总线型结构如图6 所示。 图6 总线结构示意图 图7 环形结构示意图 总线型结构的特点是所有节点串联起来，而首末两个节点是开放的，又叫线 型结构或链型结构。采用这种设备时用户可以共享传输设备，其缺点是保密性能 较差。 2 2 3 环型结构 当在接入网中引入s d h 设备后，由于速率的提高，网络可靠性将成为首先 需要考虑的因素，此时环形将占重要的地位。由于环形保护的倒换功能无需人工 干预，网络就能从失效故障中定时地自动恢复所承载的业务。这是未来宽带接入 网最重要的网络拓扑结构，环形结构如图7 所示。 当总线结构中的首位节点连接起来时就形成了环形结构。由于对网络的可靠 性要求愈来愈高，而环形结构又能组成自愈环，增强了网络的可靠性。因此。它 受到人们的青睐。 2 2 4 树型结构 传统的有线电视c a t v 通常采用树形结构。它很适用于广播型业务。树形结 构如图8 所示。 图8 树形结构示意图 此外，还可以将不同的拓扑结构组合成其他形式的网络。这些物理上的拓扑 结构与信息的实际流动途径( 网络的逻辑结构) 相互组合，形成图9 所示的多种网 络结构。 物理星型逻辑星型 物理星型逻辑环型 物理环型逻辑星型 物理环州逻辑环型 物理总线型逻辑总线型 物理总线型逻辑星型 图9 通信网络的物理和逻辑结构 2 3 光接入网的基本类型 根据o l x 订u 的位置不同，o a n 可以划分为四种基本的应用类型：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 o ) ，光纤到家庭( f t t h ) 。 2 3 i 光纤到路边f t t c f t t c 是一种双星型网络结构。其o n u 设置在路边的人孔或电线杆上的分 线盒处，有时也可设置在交接箱处。此时从o n u 到用户之间采用双绞线铜缆。 庭 延 9 露 若要传送宽带业务，这部分还需要高频电缆( 如5 类线1 或同轴电缆。f t t x 的 主要特点有 在f t t c 结构中，现有的铜缆资源仍能利用，可以推迟用户引入线或者配线 部分的光纤投资，具有较好的经济性。 预先建设了一条靠近用户的宽带传输链路，一旦有宽带业务需求，可以很快 地将光纤引至用户处。由于光纤己非常靠近用户，可以充分发挥光纤化的优 越性( 如节省管道空间、易于维护、传输距离长、带宽大等) 。 由于f t t c 是一种光缆铜缆混合系统，从维护运行的观点来看仍不理想。 综合考虑初次投资和维护运行费用的基础上，在提供2 0 m b i t s 以下业务时， 该方式仍是o a n 实现中最经济的方式。 2 3 2 光纤到大楼f t t b f t t b 是f t t c 的变型，不同之处是o n u 直接放在楼内( 如居民住宅公寓， 或小企业事业单位办公楼内) ，再经铜缆将业务分送到各个用户。f t t b 比f t t c 的光纤化程度更进一步，因而更适合高密度用户区。也满足未来宽带传输系统的 要求。 2 3 ，3 光纤到办公室f t t o 和光纾到家庭f t t h 在f t t c 结构中，如果将设置在路边的o n u 换成无源光分支器，将o n u 移 到用户家庭或大企业单元用户( 如大公司、大学、研究所、政府机关等) ，即为f t t h 或f t t o 方式。 f t t h 是一种全光纤网，接入网成为全透明的光网络，因而对传输制式、带 宽、波长等没有任何限制，适于引入新业务，是一种理想的业务传送网络。o n u 安装在用户处，环境条件、供电、维护安装等问题都得以简化。光纤直接通到用 户，每个用户真正有了宽带网络，宽带综合业务数字网b i s d n 的实现才有最终 的保证。 2 4 光接入网中的复用多址技术 目前世界各国正积极开展光接入网系统的研究开发，理想的宽带光接入方案是以 光纤取代铜缆的单星型光纤到家庭( s s f t t h ) 方式的o a n ，但就目前的情况而 言，s s f t 矸 实现成本太高，近期的目标是考虑f t t c 和f t t b ，光纤通信最重 要的一个特点是，它可以传输很高速率的各种信号，容量很大。为了更进一步提 高光纤的利用率，参考比较成熟的电复用方法，人们还采用了各种光的复用技术。 目前的光接入网中各种复用技术主要有以下几类： 光波分复用技术( o w d m ) 光时分复用技术( o t d m ) 光码分复用技术( o c d m a ) 光频分复用技术( o f d m ) 光空分复用技术( o s d m ) 光副载波复用技术( o s c m ) 根据信道间隔和波长数目的不同，w d m 又可以分为以下几类： 粗波分复用( c w d m ) ，使用1 3 1 0 n m 和1 5 5 0 r i m 两信道复用： 0 密集波分复用( d w d m ) ，使用间隔几个n m ，信道数目在1 0 个左右： 高密集波分复j 召( h d w d m ) ，信道间隔l n m ，信道数目在3 0 个左右； 超密集波分复用( u h d w d m ) ，信道间隔 l n m ，信道数目可达1 0 0 个以 上，此种w d m 也可称为光频分复用( o f d m ) 或相干多信道( c m c ) 上述六种光复用技术是实现未来高速、大容量光纤通信系统的不同方法，单 独利用任何种技术构筑大容量的通信系统，都遇到很大的困难，如o w d m 技 术扩展了光纤的可用带宽，技术已经成熟，能够方便的实现，但是由于技术本身 的特点，当容量增加到l o g b i t s 后，很难再增加，系统成本较高；o f d m 技术能 够极大扩展光纤的可用带宽，单根光纤传输速率实验室水平己突破1 t b i t s 可以 降低单位带宽的成本，但是精确可调的窄带激光器和滤波器很难实现，对激光器 的同步要求非常苛刻；o t d m 技术使用单波长，解决w d m 技术的限制，光谱 带宽效率高，但是同步系统及解复用等技术较难实现：o c d m a 技术能够提高信 噪比，改善系统性能，保密性好，但是到现在尚未找到合适的正交码序列和编码 器，实用化还未取得突破性进展。然而，这些技术并不是互相排斥的，随着技术 的不断发展与成熟，各种复用技术必将相互结合、取长补短，以成功地构建未来 超高速全光网络。 2 5 光纤接入和铜缆接入的综合 目前世界各地的电话公司正在做这样一个努力：即把现存的双绞铜线网包括 进下一代的宽带接入网中，在普通电话线上传输电影、交互电视、高密度图片， 以及极高速率的数据等多媒体业务。光纤到家( f t t h ) 目前看来始终代价太高。 一种富有吸引力的方法，并且预计很快就会产生巨大的商业效益，是光纤连接到 近邻的光网络节点( o n u ) ，而最后一段到用户的支线由铜线来完成。因后继接入 线的环境不同，这种技术目前被称做光纤到近邻( f t t n ) 或光纤到路边f f t t c ) 或 光纤到大楼( f t t b ) 。当前实现f t t n 主要的两种技术是数字用户线路x d s l 和以 太网技术。 2 5 1x d s l 技术 目前最为常用的d s l 技术有不对称和超高速数字用户线路这两种技术，即 a d s l 和v d s l ，统称x d s l 技术，x d s l 宽带接入网由局侧设备和用户端设备 组成，x d s l 局端设备又称为d s l a m ( d s l a c c e s sm u l t i p l e x e r ，数字用户线路接 入复用器) 。 2 5 1 1a d s l d s l a m 第一代a d s l d s l a m ( a t m 内核a t m 上行) 从下行的线路到上行的接口全部 采用a t m 方式，这是最符合a d s l 技术自身特点的结构。这一代的d s l a m 只 能使用a t m 网络作为其接入与核心网络，而a t m 网络接口直到目前为止仍然 仅能提供6 2 2 m 接口，交换容量也通常只有几个g b ，这样就导致在提供大容量 的核心网络时要使用大量的a t m 设备，再加上a t m 设备本身成本较高，也就 导致了a t m 核心网络的建网成本高昂。 随着第一代纯a t m 内核的a d s ld s l a m 缺点的暴露，运营商开始寻求口 上行的a d s ld s l a m 设备，直接将a d s l 接入到i p 网络中。这样基于a t m 内 核采用i p 上行接口的第二代a d s l d s l a m 出现了。但第二代a d s l d s l a m 在 进行a t m 与i p 转换时需要消耗大量资源，而集中在上行接口板统一处理无疑使 上行接口成为了瓶颈，在数据流量较大时很容易导致设备上行端口拥塞。由于沿 用了a t m 内核，其级联是通过a t m 内部总线采用专用线缆直接级联。在实现 级联时由于数据流量更大，上行瓶颈现象更为严重，这使得网络扩容非常困难。 并且由于是a t m 内核，只能支持很少量的v l a n ，一般不超过3 2 个。无法使 每条p v c 与v l a n 一一映射，很难保障专线用户的q o s 。尽管它存在这样或那 样的缺点，它仍然解决了第一代a d s ld s l a m 在组网时完全依赖a t m 网络的 缺陷，在组网模式上是一大进步，是a d s l d s l a m 发展过程中的重要一员。 第三代a d s l d s l a m 从开始设计就采用了纯口内核。这样从根本上解决了 前两代a d s l d s l a n i 所存在的问题。第三代a d s ld s l m 在a t m 与口的转 换上采用了分布式结构，在每个a d s l 业务板上实现了a t m 信元的终结和每条 p v c 与v l a ni d 的一一映射。其大容量的以太网背板保证了所有端口的无阻塞 交换，上行可提供多个g e 捆绑，不仅解决了第二代a d s l d s l a m 上行带宽不 足的问题，还解决了对于企业级用户的服务品质保障问题。第三代a d s l d s l a m 在级联方式上采用以太网级联方式，不占用内部总线带宽，采用分布式的a t m 与口转换不会因级联而加重单个设备的负载。大部分第三代a d s ld s l a m 都 可以提供4 台以上的级联能力，有的甚至可以提供1 5 台的级联能力，网络扩容 非常灵活方便。第三代a d s ld s l a m 由于采用了纯d 内核，所以它继承了口 丰富的业务特性。通过口网中的组播协议，可无缝的支持视频组播等宽带口业 务。第三代a d s ld s l a m 与前两代相比有了质的变化，它不仅学习了a t m 丰 富的q o s 特性，同时也继承了p 丰富的业务特性。在建设模式上不需要昂贵的 a t m 设备与b r a s ，使得建网成本大大下降。a t m 网络由于建设成本高、容量 小、业务支持能力弱，各大运营商基本上都已经停止了a t m 网络的改造和扩容， a t m 网络资源也将逐渐枯竭。相反，各运营商在宽带口城域网的建设上投入很 大，p 网络资源越来越丰富。从技术发展、建设成本、市场经营和提高使用效 率上看，采取p 内核的第三代a d s ld s l a m 有着明显的优势。 2 5 1 2v d s l 技术及a d s l 和v d s l 的混插技术 v d s l 技术类似于a d s l ，但是它所传输的速率几乎要比a d s l 高1 0 倍。从 技术角度看，v d s l ( 甚高速数字用户线) 可被视为不对称数字用户线( a d s l ) i 笋j t 一代。在下行方向( 从网络到用户) ，a d s l 提供每秒比特的数据传输，而在上行 方向，则传输速率接近1 m b i t s 。v d s l 最高可以5 8 m b i t s 的速率传输视频数据 及其他业务，比a d s l 快5 1 0 倍。另外根据市场的不同需求，它的建立可以 是对称的( 两个方向比特率相同) ，也可以是不对称的( 下行传输速率大于上行) 。 v d s l 向住宅用户提供质量优于广播的视频业务，以及互联网业务和普通的语音 电话呼叫。 基于铜缆的x d s l 宽带接入技术目前在市场上已有广泛的应用，作为其主流 的a d s l 和v d s l 技术将会随着技术的发展而逐渐走向融合。在现有的网络中 i p 几乎占领了整个城域网领域，如采用基于a t m 的a d s l 技术，则需解决a t m 与p 之间的转换和效率问题，同时a d s l 技术本身还存在着速率不对称、带宽 较小以及出线率低等不可克服的缺点。 为了适应网络和业务全面口化和以太网化的发展需求，同时解决a d s l 技 术存在的问题，基于以太网内核v d s l 技术的应用而生了。v d s l 不仅解决了 2 a t m 和i p 之间的转换问题，而且还克服了传输带宽小和出线率低等问题。但 v d s l 技术也存在覆盖距离相对较短的缺陷。 实际上，没有任何一种接入技术能够解决所有的问题，每一种接入技术都有 其适用范围，因此如何根据网络现状、线路资源以及用户分布等因素合理灵活地 应用这两种接入技术，实现a d s l 和v d s l 的优势互，补就成为电信运营商和 设备生产商共同关注的课题。 当前的情况下，通过a d s l 和v d s l 混插按术实现这两种接入方式在设备上 的融台，无疑是目前a d s l 和v d s l 相结合的最佳方式。这种建设模式不但具 有a d s l 和v d s l 的统一网管、统一运营和管理、统一共享上联端口和简化网 络结构等优点，而且还可以完全根据用户的分布情况，带宽需求，传输距离和线 路质量状况等客观因素灵活地选择a d s l 和v d s l 接入技术，实现对不同用户 的交叉覆盖。未来的a d s l 和v d s l 技术会进一步融合，在不远的将来，可能 基于同一条双绞线而无需对网络设备和用户侧进行任何改变就可实现a d s l 或 v d s l 的灵活接入。 2 5 2 以太网接入技术 2 5 2 1 以太网接入需要解决的问题 除x d s l 技术外，以太网宽带接入技术是另一种常用的电缆接入技术。以太 网是在2 0 世纪8 0 年代发展起来的一种局域网技术，由于其具有使用简便、价格 低、速率高等优点，很快成为局域网的主流。但由于以太网只是一种局域网技术， 而接入网是一个公用的网络环境，因此其要求与局域网这样个私有网络环境的 要求会有很大不同主要表现在以下几个方面： 用户管理 所谓用户管理指的是用户需要到接入网运营商那里进行开户登记，并且在用 户进行通信时对用户进行认证、授权。对所有运营商而言，掌握用户信息是十分 重要的，从而便于对用户的管理，因此需要对每个用户进行开户登记。而在用户 进行通信时，要杜绝非法用户接入到网络中，占用网络资源，影响合法用户的使 用，因此需要对用户进行合法性认证，并根据用户属性使用户享有其相应的权力。 安全管理 所谓安全管理指的是接入网需要保障用户数据( 单播地址的帧) 的安全性，隔 离携带有用户个人信息的广播消息( 如a r p 解析协议) 、d h c p ( 动态主机配置协 议、消息等) ，防止关键设备受到攻击。对每个用户而言。当然不希望他的信息别 人能够接收到，因此要从物理上隔离用户数据( 单播地址的帧) ，保证用户的单播 地址的帧只有该用户可以接收到，不像在局域网中因为是共享总线方式单播地址 的帧总线上的所有用户都可以接收到。另外，由于用户终端是以普通的以太网卡 与接入网连接，在通信中会发送些广播地址的帧( 如a r p 、d h c p 消息等) ，而 这些消息会携带用户的个人信息( 如用户m a c ( 媒质访问控制) 地址等) ，如果不隔 离这些广播消息而让其它用户接收到，容易发生m a c i p 地址仿冒，影响设备的 正常运行，中断合法用户的通信过程。在接入网这样一个公用网络的环境，保证 其中设备的安全性是十分重要的，需要采取一定的措施防止非法进入其管理系统 造成设备无法正常工作，以及某些恶意的消息影响用户的正常通信。 业务管理 所谓业务管理指的是接入网需要支持组播业务，需要为保证q o s 提供一定手 段。由于组播业务是未来i n e m e t 上的重要业务，因此接入网应能够以组播方式 支持这项业务，而不是以点到点方式来传送组播业务。另外为了保证业务的q o s ， 接入网需要提供一定的带宽控制能力，例如：保证用户最低接入速率，限制用户 最高接入速率，从而支持对业务的0 0 s 保证。 计费管理 现在智能小区的用户通常都是采用包月制。这种收费制度并不合理，因为用 户支付的费用与使用网络资源的多少没有关系。即使用户在家里开一个网吧，运 营商都无法控制。合理的计费系统应该是根据用户的类别( 是账号还是固定用 户) ，用户使用的时长、用户流量等数据来计费。 带宽管理及供电问题 为了保证网络的性能，运营商必须有能力对用户使用的带宽进行管理。a d s l 是利用a t m 来传输数据的，实现带宽控制较为容易，而以太网实现带宽控制则 较为困难。楼层交换机一般是2 2 0 v 供电，安装在楼道内，常采用本地公用电供 电。但是，公用电的电费是全部居民共同承担的，没有使用宽带网的用户也要支 付楼层交换机的电费。因此有些智能小区楼域交换机的电源线经常遭到破坏。 2 , 5 2 2 基于以太网技术的宽带接入网 为了解决以太网设备不能完全满足接入网这样一个公用网络环境的要求， 2 0 0 1 年7 月制定了以太网宽带接入网的技术设备标准接入网技术要求一 基于以太网的宽带接入网 ” ，本文结合上面提出的问题，着重描述该标准对 用户侧设备和局侧设备的要求。 如图1 0 所示，基于以太网技术的宽带接入网由局端设备和用户端设备组成， 局端设备一般位于小区内或商业大楼内，用户端设备一般位于居