现代通信网概论(杨武军)第11章ppt课件

.,第11章宽带接入网,11.1接入网的基本概念11.2V5接口11.3宽带有线接入网技术11.4宽带无线接入网技术思考题,.,11.1接入网的基本概念,11.1.1接入网的发展背景接入网的位置，在传统电信网上被称为用户环路，接入方式以铜双绞线为主，这种方式只能解决电话或低速数据的接入，其特点是业务单一，用户到本地交换机点到点连接。从20世纪90年代以后，电信网由单一业务的电话网逐步演变为多业务综合网，因此电信网的接入部分必须相应地具备数字化、宽带化、综合化的特征，以适应电信业务的飞速发展、各种业务量迅速增加的现实。接入部分传统做法是每一种业务网都需要单独的接入设施，即电话业务需要双绞线等电话接入设施，数据业务需要五类线等接入设施，图像业务需要同轴电缆等入户线路，这样既增加了建设成本，又加大了维护难度。因此必须设计一种独立于具体业务网的基础接入平台，它对上层所有业务流都透明传送，我们称这个基础接入平台为接入网。,.,图11.1接入网在电信网中的位置,.,从电信全网协调发展的角度来看，骨干网上，由于ATM技术、宽带IP技术、SDH技术和波分复用技术的成功引入，骨干网已具备了宽带化、综合化的能力。另一方面，用户侧CPN/CPE的速率也在突飞猛进，其CPU的性能每18个月就翻一番，千兆比特以太网将局域网的速率提高了一个数量级，10Gb/s以太网也将问世。然而，面对核心网和用户侧带宽的快速增长，中间的接入网却仍停留在窄带和模拟的水平上，大多数用户还像100多年前那样通过普通双绞线接入电信网，而且仍是以支持电路交换为基本特征，这与核心网侧和用户侧的发展趋势很不协调。显然，接入网已经成为全网带宽的最后瓶颈，接入网的宽带化和IP化将成为本世纪初接入网发展的大趋势。,.,最后从技术的角度来看，宽带铜线接入、光纤接入、无线接入等新技术这两年已逐渐成熟，设备成本大大下降，宽带接入网的建设成本和用户的接入成本已降到了一个合理的范围，用户对宽带业务的需求也显著增长，用合理的技术改造旧的用户环路，解决最后一千米的宽带接入问题的时机已经成熟。目前世界上主要电信运营商和电信设备制造商都已经意识到这一点，他们正在加大这方面的建设和研发投入。,.,在标准化方面，ITU-T第13工作组于1995年7月通过了关于接入网框架结构等方面的建议G.902，以及其他一系列相关标准。在实际中，虽然有多种技术手段可以实现宽带接入，但是至今尚无一种接入技术可以满足所有应用的需要，接入技术的多元化是接入网的一个基本特征。接入技术可以分为有线接入技术和无线接入技术两大类，目前向用户提供宽带业务的主要有基于铜线的ADSL技术、光纤技术、基于HFC的CableModem及宽带无线等接入方式，而ADSL和光纤两种接入方式占了90%以上。,.,11.1.2接入网的定义和定界1接入网的定义根据ITU-T建议G.902的定义：接入网(AN)是由业务节点接口(SNI)和用户网络接口(UNI)之间的一系列传送实体所组成的为传送电信业务、提供所需传送承载能力的实施系统，并可通过Q3接口进行配置和管理。它通常包含用户线传输系统、复用设备、数字交叉连接设备和用户网络接口设备。其主要的功能包括交叉连接、复用、传输，但一般不包括交换功能，并且独立于交换机。另外接入网对用户信令是透明的，不做解释和处理，相应的信令处理由SN完成。,.,ITU-T接入网的主要设计目标如下：(1)支持综合业务接入。将接入网从具体的业务网中剥离出来，成为一种独立于具体业务网的基础接入平台，以支持综合业务接入，这有利于降低接入网的建设成本。(2)开放、标准化SNI接口。将接入网与本地交换设备之间的接口，即SNI接口由专用接口定义为标准化的开放接口，这样AN设备和交换设备就可以由不同的厂商提供，为大量企业参与接入设备市场的竞争提供了技术保证，有利于设备价格的下降。,.,(3)独立于SN的网络管理系统：该网管系统通过标准化的接口连接TMN，由TMN实施对接入网的操作、维护和管理。以上对接入网的定义，既包括了窄带接入网又包括了宽带接入网。通常宽带与窄带的划分标准是用户网络接口上的速率，即将以分组交换方式为基础，把用户网络接口上的最大接入速率超过2Mb/s的用户接入系统称为宽带接入，对最小接入速率则没有限制；窄带接入系统是基于传统的64kb/s的电路交换方式发展而来的，对基于IP的高速数据业务支持能力差。,.,2接入网的定界接入网覆盖的范围由三个接口界定，如图11.2所示。网络侧经SNI与业务节点(SN)相连,用户侧经UNI接口与用户驻地设备(CPE)相连，CPE可以是简单的一个终端，也可以是一个复杂的局域网或其他任意的用户专用网。TMN侧可通过标准管理接口Q3对接入网设备进行配置和管理。其中SN是提供业务的实体，比如SN可以是本地交换机、IP路由器、租用线业务节点或特定配置的视频点播(VOD)等。接入网允许与多个SN相连，既可以接入多个支持不同业务的SN，也可以接入支持相同业务的多个SN。,.,图11.2接入网的定界,.,3一般物理结构接入网从物理上可分为馈线段、配线段和引入线段，图11.3为接入网的一般物理结构。,图11.3接入网的一般物理结构,.,连接业务节点和局端设备之间的部分称为馈线段，接入网的局端设备可以放在机房内，即和业务节点放在一起，也可以放在机房外，如某个小区中心、马路边或写字楼内。如果局端设备与业务节点放在一起，则局端设备一般通过电接口与业务节点直连；如果局端设备没有与业务节点放在一起，则馈线段一般采用有源光接入技术，如SDH、PDH等。网络拓扑结构可以是环型或星型。连接局端设备和远端设备之间的部分称为配线段，远端设备一般放在马路边、小区中心、大楼内、用户办公室或用户家中，局端设备和远端设备之间可采用无源光纤、无线或铜线方式传输。网络拓扑结构可以是星型或树型。引入线部分的传输媒介一般为铜线或无线。,.,11.1.3主要功能和协议参考模型1接入网的功能模型接入网的功能结构分为五个基本功能组：用户口功能(UPF)、业务口功能(SPF)、核心功能(CF)、传送功能(TF)和接入网系统管理功能(AN-SMF)，其结构如图11.4所示。,图11.4接入网的功能结构,.,1)用户口功能用户口功能的主要作用是将特定UNI的要求与核心功能和管理功能相适配，它完成的主要功能有：终结UNI功能、A/D转换和信令转换、UNI的激活与去激活、UNI承载通路/承载能力的处理、UNI的测试。2)业务口功能业务口功能的主要作用是将特定SNI规定的要求与公用承载通路相适配以便核心功能处理，也负责选择有关的信息以便在AN-SMF中进行处理，主要功能有：终结SNI功能、将承载通路的需要和即时的管理及操作需要映射进核心的功能、对特定的SNI所需的协议进行协议映射，以及SNI的测试。,.,3)核心功能核心功能的主要作用是负责将个别用户承载通路或业务口承载通路的要求与公用传送承载通路相适配。核心功能可以在接入网内分配，具体包括：接入承载通路的处理、承载通路集中、信令和分组信息的复用、ATM传送承载通路的仿真及管理和控制。4)传送功能传送功能的主要作用是为接入网中不同地点之间公用承载通路的传送提供通道，也为所用传输媒介提供媒介适配功能，主要功能有：复用功能、交叉连接功能、管理功能、物理媒介功能等。,.,5)接入网系统管理功能接入网系统管理功能的主要作用是协调接入网内UPF、SPF、CF和TF的指配、操作和维护，也负责协调用户终端(经UNI)和业务节点(经SNI)的操作功能,主要功能有：配置和控制功能、指配协调功能、故障监测和指示功能、用户信息和性能数据收集功能、安全控制功能、资源管理功能、对UPF和SN协调的即时管理和操作功能。,.,2接入网的参考模型接入网的功能结构实际是以ITU-TG.803建议的分层模型为基础的，而分层模型则定义了构成接入网的各实体之间的相互配合关系，接入网的通用协议参考模型如图11.5所示。其中电路层面向电路层接入点之间信息的承载模式，例如电路模式、分组模式、帧中继模式、ATM模式等。通道层定义了通道层接入点之间信息的传递方式，并为电路层提供透明的通道，如PDH、SDH、ATM及其他类型的通道。,.,图11.5接入网通用协议参考模型,.,传输媒介层则与具体的传输媒介相关，相当于OSI的物理层，它可以是铜线系统(xDSL)、光纤接入系统、无线接入系统、混合接入系统等，而具体的传输媒介可以是双绞线、光纤、无线或同轴光纤混合方式等。接入承载处理功能位于电路层之上，主要用于用户承载体、用户信令及控制与管理。,.,11.1.4接入网的主要接口接入网有三种主要接口，即业务节点接口、用户网络接口和维护管理接口等。1业务节点接口(SNI)SNI是接入网和SN之间的接口，可分为支持单一接入的SNI和综合接入的SNI。目前支持单一接入的SNI主要有模拟Z接口和数字V接口两大类，其中Z接口对应于UNI的模拟2线音频接口，可提供模拟电话业务或模拟租用线业务；数字V接口主要包括ITU-T定义的V1-V4，其中V1、V3和4仅用于N-ISDN，V2接口虽然可以连接本地或远端的数字通信业务，但在具体的使用中其通路类型、通路分配方式和信令规范也难以达到标准化程度，影响了应用的经济性。支持综合接入的标准化接口目前有V5接口和以ATM为基础支持宽带综合接入的VB5接口，但VB5目前尚在制定中，还很不完善。,.,2用户网络接口(UNI)UNI在用户侧，接入网经由用户网络接口与用户宅用设备(CPE)或用户驻地网(CPN)相连。用户网络接口主要有传统的模拟电话Z接口、ISDN基本速率接口、ISDN基群速率接口、ATM接口、E1接口、以太网接口，以及其他接口。用户终端可以是计算机、普通电话机或其他电信终端设备。用户驻地网可以是局域网或其他任何专用通信网。3维护管理接口(Q3)维护管理接口是电信管理网与电信网各部分的标准接口。接入网也是经Q3接口与电信管理网(TMN)相连，以方便TMN管理功能的实施。,.,11.1.5接入网的分类根据宽带接入网采用的传输媒介和传输技术的不同，接入网可分为宽带有线接入网和宽带无线接入网两大类。宽带有线接入网技术主要包括：基于双绞线的xDSL技术、基于HFC网(光纤和同轴电缆混合网)的CableModem技术、光纤接入网技术等。宽带无线接入网技术主要包括：3.5GHz固定无线接入、LMDS等。,.,11.2V5接口,11.2.1V5接口概述V5的概念最初由美国Bellcore提出，它是专为接入网的发展而提出的本地交换机(LE)和接入网之间的新型数字接口，属于SNI范畴。20世纪90年代初，随着通信网的数字化，业务的综合化，以及光纤和数字用户传输系统大量引入，要求LE提供数字用户接入的能力。而ITU-T已经定义的V1V4接口都不够标准化，很难满足应用中的实际需求。V5接口正是为了适应接入网范围内多种传输媒介、多种接入配置、多种业务并存的情况而提出的，根据速率的不同，V5接口分为V5.1和V5.2接口。,.,由于这一新接口规范的重要性和迫切性，ITU-T第13组于1994年以加速程序分别通过了V5.1接口的G.964建议和V5.2接口的G.965建议。与V5接口相关的标准还涉及V5.1和V5.2接口的测试规范、具有V5接口的AN/LE设备的配置管理、故障管理和性能管理等方面。我国则在ITU-T的V5接口技术规范基础上，于1996年完成了相应的V5.1和V5.2接口技术规范的制定，并根据我国电信网络的现状，明确了部分可选参数，指明了适用于我国的PSTN协议消息和协议数据单元，并提供适合我国国情的V5接口国内PSTN协议映射规范技术要求。,.,如果AN-SNI侧和SN-SNI侧不在同一地方，则可以使用V5接口来实现透明的远端连接。V5接口协议规定了接入网和LE之间互联的信号物理标准、呼叫控制信息传递协议，使得PSTN/ISDN用户端口终止于接入网而不是LE。通过V5接口接入网只需要完成对用户端业务的提供，呼叫控制功能仍然留给LE完成。这样就各司其职、独立发展，有助于不同网间互联。V5接口主要的优点如下:(1)支持接入网通过复用/分路手段实现对大量用户信令和业务流更有效的传输；(2)支持通过Q3接口对接入网进行网络管理；(3)支持对接入网的资源管理和维护；(4)支持用户选择LE；(5)充分有效地利用网络带宽资源。,.,11.2.2V5接口支持的业务V5接口的现行标准有V5.1和V5.2两个，二者的区别如下：V5.1接口由一条2.048Mb/s的链路构成，一般在连接小规模的接入网时使用，时隙与业务端口一一对应，不支持集线功能，不支持用户端口的ISDN基群速率接入，也没有通信链路保护功能。V5.2接口按需可以由116个2.048Mb/s链路构成，用于中大规模的接入网连接。它支持集线功能、时隙动态分配、用户端口的ISDN基群速率接入，可以使用大于E1速率的链路(最高16个E1速率)；V5.2接口能使用承载通路连接(BCC)协议以允许LE向接入网发出请求，并完成接入网用户端口和V5接口指定时隙间的连接建立和释放，提供专门的保护协议进行通信链路保护。V5.1接口可以看成V5.2接口的子集，V5.1接口可以升级为V5.2接口。,.,图11.6V5接口连接示意(a)V5.1接口；(b)V5.2接口,.,1PSTN业务V5接口既支持单个模拟用户的接入，又支持PABX的接入，其中用户信令可以是双音多频信号也可以是线路状态信号，二者均对用户附加业务没有影响。在使用PABX的情况下，支持用户直接拨入功能。2ISDN业务V5.1接口支持ISDN-BRI接入，而V5.2接口既支持ISDN-BRI接入，又支持ISDN-PRI接入。B通道和D通道的承载业务、分组业务和补充业务均不受限制。但V5接口不直接支持低于64kb/s的通道速率。,.,3专线业务专线包括永久租用线、半永久租用线和永久线路(PL)，可以是模拟用户，也可以是数字用户。半永久租用线路通过V5接口，可以使用ISDN中的一个或两个B通道，而永久租用线和永久线路则旁路V5接口。,.,11.2.3V5接口的功能描述1V5接口的协议结构,图11.7V5接口的分层协议结构,.,1)V5接口的物理层V5接口规定每个2.048Mb/s链路的电气和物理特性均符合G.703建议的规定，即采用HDB3码。抖动性能则应符合.823相关要求。允许在LE和接入网之间插入附加的透明数字链路来增加接口的应用范围。5接口可以提供双向比特传输、字节识别和帧同步必要的定时信息。这种定时信息用于LE和接入网之间的同步。另外，V5接口还具有循环冗余检验(CRC)功能。其帧结构符合ITU-T建议G.704和.706中的规定，每个2.048Mb/s链路由32个时隙组成，其中时隙TS0用作帧定位和CRC-4规程，时隙TS15、TS16和TS31可以用作通信通道(通道)，运载PSTN信令信息、控制协议信息、链路控制协议信息、BCC协议信息、保护协议信息以及ISDND通道信息，并通过指配来分配。其余时隙，可用作承载通道，用来透明传输ISDN用户端口的通道或PSTN用户端口的PCM64kb/s通道中的信息。,.,2)V5接口第二层V5接口的第二层是仅对通道而言(见图11.7)的，使用的规程称为LAPV5，其目的是为了允许灵活地将不同的信息流复用到通道上去。LAPV5基于N-ISDN的LAPD规程，分为两个子层，即封装功能子层(LAPV5-EF)和数据链路子层(LAPV5-DL)。此外，AN的第二层功能中还应包括帧中继子层(AN-FR)，它用于支持ISDND通道信息，各层之间的通信由映射功能完成。LAPV5-EF子层用于封装AN和LE间的信息，实现透明传输；LAPV5-DL子层定义了AN和LE间对等实体的信息交换方式。,.,3)V5接口的第三层协议V5接口的第三层功能是协议处理功能，在V5接口内，支持的面向消息的第三层协议有：PSTN协议、控制协议(公共控制和用户端口控制)、链路控制协议、BCC协议和保护协议，后三个协议仅用于V5.2接口。下面我们进一步描述V5接口的基本功能。,.,2V5接口的功能描述,图11.8V5接口的功能描述,.,(1)承载通道：为来自ISDN-BRI用户端口分配的B通路或为来自PSTN用户端口的PCM64kb/s通道提供双向的传输能力。(2)ISDND通道信息：为来自ISDN-BRI和ISDN-PRI用户端口(V5.2接口)的D通路信息(包括信令，分组型和帧中继型数据)提供双向的传输能力。(3)PSTN信令信息：为PSTN用户端口的信令信息提供双向的传输能力。(4)用户端口控制：提供每个PSTN和ISDN用户端口状态和控制信息的双向传输能力。(5)2048kb/s链路的控制：2048kb/s链路的帧定位、复帧定位、告警指示和对CRC信息的管理控制。,.,(6)第二层链路的控制：为控制协议、PSTN协议、链路控制协议和承载通路连接(BCC)等第三层协议信息提供双向传输能力。(7)用于支持公共功能的控制：提供V5.2接口系统启动规程，指配数据和重新启动能力的同步应用。(8)定时：提供比特传输、字节识别和帧定位必要的定时信息，这种定时信息也可用于LE和AN之间的同步操作。,.,(9)承载通路连接(BCC)协议：仅用于V5.2接口。BCC协议用来把一特定2.048Mb/s链路上的承载通路基于呼叫分配给用户端口。BCC协议也提供审核功能，用来检查AN内V5.2承载通路的分配和连接。另外，BCC协议还可提供AN内部故障报告功能，用来通知LE有关AN内部影响承载通路连接的故障。(10)业务所需要的多速率连接：应在V5.2接口内的一个2048kb/s链路上提供。,.,(11)链路控制协议：主要用于接口链路的阻塞和解除阻塞；通过链路身份标识来核实特定链路的一致性。(12)保护协议：只应用在V5.2接口存在多个2.048Mb/s链路的情况下。它的主要作用是在一个2.048Mb/s链路发生故障时或应系统操作的请求，实现C通道的切换。,.,11.3宽带有线接入网技术,11.3.1ADSL接入网1背景到目前为止，全球电信运营商的用户有90%以上仍然是通过双绞线接入电信网的，这部分的总投资达数千亿美元。在光纤到户短期内还无法真正实现的情况下，开发基于双绞线的宽带接入技术，既可以延长双绞线的寿命，又可以降低接入成本，对电信运营商和用户都极有吸引力，习惯上将各种基于双绞线的宽带接入技术统称为xDSL,其中ADSL技术是目前最有活力的一种宽带接入技术，是大多数传统电信运营商从铜线接入到宽带光纤接入的首选过渡技术。,.,非对称数字用户线(ADSL：AsymmetricDigitalSubscriberLine)的提出最初是为了支持基于ATM的VOD视频点播业务。20世纪80年代末，电信界内认为VOD是未来宽带网上的主要应用之一，当时电信网入户的线路资源主要是双绞线，在这种条件下人们自然想到利用双绞线开发宽带接入技术。由于VOD信息流具有上下行不对称的特点，而普通电话双绞线的传输能力又毕竟有限，为了把这有限的传输能力尽可能地用于视频信号的传输，因此，这种服务于VOD的宽带接入技术，应具备上下行不对称的传输能力，即下行速率传输视频流远大于上行速率传输点播命令。自20世纪80年代末期ADSL技术出现后，曾经一度沉寂。,.,直到20世纪90年代中期，Internet应用由专业领域走向民用，并且戏剧性地飞速增长，彻底打乱了电信既定的发展方向，网上的信息量急剧膨胀使得传统的窄带接入难以满足大量信息传送的要求，ADSL作为一种宽带接入技术其传输特点恰好与个人用户和小型企事业用户信息流的特征一致，即下行的带宽远高于上行。这样借助于Internet的发展，ADSL不但起死回生，而且从此大规模走向市场，成为目前一种主流的宽带接入技术。,.,2工作原理及接入参考模型ADSL技术是一种以普通电话双绞线作为传输媒介，实现高速数据接入的一种技术。其最远传输距离可达45km，下行传输速率最高可达68Mb/s，上行最高768kb/s，速度比传统的56kb/s模拟调制解调器快100多倍，这也是传输速率达128kb/s的窄带ISDN所无法比拟的。为实现普通双绞线上互不干扰的同时执行电话业务与高速数据传输，ADSL采用FDM(频分复用)和离散多音调制(DMT：DiscreteMultitone)技术。,.,传统电话通信目前仅利用了双绞线20kHz以下的传输频带，20kHz以上频带的传输能力处于空闲状态。ADSL采用FDM技术，将双绞线上的可用频带划分为三部分：其中，上行信道频带为25138kHz，主要用于发送数据和控制信息；下行信道频带为1381104kHz；传统话音业务仍然占用20kHz以下的低频段。就是采用这种方式，利用双绞线的空闲频带，ADSL才实现了全双工数据通信，如图11.9所示。,.,图11.9ADSL频谱安排参考方案,.,另外为提高频带利用率，ADSL将这些可用频带又分为一个个子信道，每个子信道的频宽为4.315kHz。根据信道的性能，输入数据可以自适应地分配到每个子信道上。每个子信道上调制数据信号的效率由该子信道在双绞线中的传输效果决定，背景噪声低、串音小、衰耗低，调制效率就越高，传输效果越好，传输的比特数也就越多。反之调制效率越低、传输的比特数也就越少。这就是DMT调制技术。如果某个子信道上背景干扰或串音信号太强，ADSL系统则可以关掉这个子信道，因此ADSL有较强的适应性，可根据传输环境的好坏而改变传输速率。ADSL下行传输速率最高68Mb/s，上行最高768kb/s，这种最高传输速率只有在线路条件非常理想的情况下才能达到。在实际应用中，由于受到线路长度背景噪声和串音的影响，一般ADSL很难达到这个速率。,.,图11.10ADSL系统接入参考模型,.,基于ADSL技术的宽带接入网主要由局端设备和用户端设备组成：局端设备(DSLAM：DSLAccessMultiplexer)、用户端设备、话音分离器、网管系统。局端设备与用户端设备完成ADSL频带的传输、调制解调，局端设备还完成多路ADSL信号的复用，并与骨干网相连。话音分离器是无源器件，停电期间普通电话可照样工作，它由高通和低通滤波器组成，其作用是将ADSL频带信号与话音频带信号合路与分路。这样，ADSL的高速数据业务与话音业务就可以互不干扰。,.,3应用领域及缺点现在ADSL的应用领域主要是个人住宅用户的Internet接入，也可用于远端LAN、小型办公室/企业Internet接入等。其主要的缺点是：(1)较低的传输速率限制了高等级流媒体应用和HDTV等业务的开展。(2)非对称特性不适于要求数据流收发对称的企事业和商业办公环境。(3)由于ADSL设备是面向ATM体制的，因而ADSL/ATM设备成本仍较高。,.,4其他xDSL技术为了进一步加快ADSL技术的应用，使得ADSLModem的使用像传统的话音频带Modem一样简单，将电话线插入即可使用，ITU-T于1998年10月制定了无需分离器的G.992.2标准，又称G.lite，它的系统参考模型与普通ADSL的差不多，与普通ADSL相比除接入速率较低外，最大区别是用户端不再有独立的话音分离器(局端还需要)，因而用户端安装相对简单。另外G.lite使用的传输频带是25552kHz，不再需要在用户电缆中传输衰耗大的5521104kHz频带，因而传输距离得到延长，G.liteModem价格也低于ADSLModem。,.,G.lite也采用DMT线路编码方式，抗扰性较好，下行速率范围为64kb/s1.5Mb/s，上行速率范围为32512kb/s。G.lite设备也可同时支持电话、高速数据业务的接入。同样，由于其上下行速率的不对称性，因此适合用于住宅用户和小型商业用户的Internet接入。G.lite设备相对普通ADSL设备而言，标准化程度高，将来能做到不同厂家的局端和用户端设备相互兼容。,.,表11.1xDSL与ADSL的比较,.,11.3.2光纤接入网1背景光纤接入网指采用光纤传输技术的接入网，一般指本地交换机与用户之间采用光纤或部分采用光纤通信的接入系统。按照用户端的光网络单元(ONU)放置的位置不同又划分为FTTC(光纤到路边)、FTTB(光纤到楼)、FTTH(光纤到户)等等。因此光纤接入网又称为FTTx接入网。光纤接入网的产生，一方面是由于互联网的飞速发展催生了市场迫切的宽带需求，另一方面得益于光纤技术的成熟和设备成本的下降，这些因素使得光纤技术的应用从广域网延伸到接入网成为可能，目前基于FTTx的接入网已成为宽带接入网络的研究、开发和标准化的重点，并将成为未来接入网的核心技术。,.,1)光纤接入网的参考配置光纤接入网一般由局端的光线路终端(OLT)、用户端的光网络单元(ONU)以及光配线网(ODN)和光纤组成，其结构如图11.11所示。OLT：具有光电转换、传输复用、数字交叉连接及管理维护等功能，实现接入网到SN的连接。ONU：具有光电转换、传输复用等功能，实现与用户端设备的连接。ODN：具有光功率分配、复用/分路、滤波等功能，它为OLT和ONU提供传输手段。,.,图11.11光纤接入网的参考配置,.,2)光接入网的类型一般按照ODN采用的技术光网络可分为两类：有源光网络(AON：ActiveOpticalNetwork)和无源光网络(PON：PassiveOpticalNetwork)。有源光网络(AON)：指光配线网ODN含有有源器件(电子器件、电子电源)的光网络，该技术主要用于长途骨干传送网。无源光网络(PON)：指ODN不含有任何电子器件及电子电源，ODN全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。但在光纤接入网中，OLT及ONU仍是有源的。由于PON具有可避免电磁和雷电影响，设备投资和维护成本低的优点，在接入网中很受欢迎。图11.12所示是PON的一般结构。,.,图11.12PON的接入结构,.,3)光纤接入网的特点光纤接入网具有容量大，损耗低，防电磁能力强等优点，随着技术的进步，其成本最终可以肯定也会低于铜线接入技术。但就目前而言，成本仍然是主要障碍，因此在光纤接入网实现中，ODN设备主要采用无源光器件，网络结构主要采用点到多点方式，具体的实现技术主要有两种：基于ATM技术的APON和基于Ethernet技术的EPON。,.,2APON1)背景ATM与PON技术相结合的APON最初由FSAN集团(FullServiceAccessNetworkGroup)于1995年提出，它被认为是一个理想的解决方案，因为PON可以提供理论上无限的带宽，并降低了接入设备的复杂度和成本，而ATM技术当时是公认的提供综合业务的最佳方式，并保证QoS。APON的ITU-T的相关标准是G.983。基于APON的光纤接入网，是指在OLT与ONU之间的ODN中采用ATMPON技术。APON的主要设备包括局端的OLT、用户端的ONU、位于ODN的无源光分路器，以及光纤。其结构上的主要特点是：,.,(1)无源光分路器与ONU之间构成点对多点的结构(目前典型的是1：64)，使得多个用户可以共享一根光纤的带宽，以降低接入成本和设备复杂度；(2)采用ATM传输技术，即OLT与ONU之间通过VPI/VCI直接将53字节的ATM信元转换成光信号传递。,.,2)工作原理,图11.13APON工作原理示意图,.,为在一根光纤上实现全双工通信，APON的下行数据信道使用1550nm波长，当来自外部网络的数据到达OLT时，OLT采用TDM方式将数据交换至无源光分路器，后者简单地采用广播方式将下行的ATM信元传给每一个ONU，每个ONU根据业务建立时OLT分配的28bit的VPI/VCI进行ATM信元过滤，接收属于自己的信元。,.,APON的上行数据信道使用1310nm波长，采用TDMA方式实现多址接入。由于用户端ONU产生信号是“突发”模式，而不同ONU发出的信号是沿不同路径传输的，因此，它们将不同步地到达OLT。为防止多用户信号碰撞，保证多用户接入的安全性，因此所有的ONU之间发送数据时必须进行同步，通常由OLT首先测试到ONU的距离，测距的目的是补偿ONU到OLT之间的距离不同而引起的传输时延差异，根据ONU到OLT的距离，OLT为ONU分配一个合适的时隙，以保证ONU之间发送数据时相互不冲突，然后通过PLOAM(PhysicalLayerOperation，Administration，andMaintenance)信元通知ONU。随后ONU必须在指定的时隙内完成光信号的发送。,.,3)与ADSL接入方式的比较与目前电信网流行的ADSL方式相比，APON主要的优势在于接入带宽更高，目前可以提供对称方式155Mb/s或不对称方式622/155Mb/s接入速率(OLT和ONU之间)。另外采用光纤传输技术，用户的接入距离几乎没有限制。同时与ADSL一样，APON也是一个业务独立的接入技术，因此被认为是未来替代xDSL的技术之一。,.,3EPON1)背景EPON是EthernetPON的简写，它是在ITU-TG.983APON标准的基础上提出的。近年来，由于千兆比特Ethernet技术的成熟，和将来10G比特Ethernet标准的推出，以及Ethernet对IP天然的适应性，使得原来传统的局域网交换技术逐渐扩展到广域网和城域网中。目前越来越多的骨干网采用千兆比特IP路由交换机构建，另一方面，Ethernet在CPN中也占据了绝对的统治地位，将ATM延伸到PC桌面已肯定不可能了。在这种背景下，接入网中采用APON，其技术复杂、成本高，而且由于要在WAN/LAN之间进行ATM与IP协议的转换，实现的效率也不高。在接入网中用Ethernet取代ATM，符合未来骨干网IP化的发展趋势，最终形成从骨干网、城域网、接入网到局域网全部基于IP、WDM、Ethernet来实现综合业务宽带网。,.,2)工作原理,图11.14EPON工作原理示意图,.,EPON与APON关键的区别在于：EPON中数据传输采用IEEE802.3Ethernet的帧格式，其分组长度可变，最大为1518字节；APON中采用标准的ATM53字节的固定长分组格式。由于IP分组也是可变长的，最大长度为65535字节，这就意味着APON承载IP数据流的效率低、开销大。在EPON中，OLT到ONU的下行数据流采用广播方式发送，OLT将来自骨干网的数据转换成可变长的IEEE802.3Ethernet帧格式，发往ODN,光分路器以广播方式将所有帧发给每一个ONU，ONU根据Ethernet帧头中ONU标识接收属于自己的信息。,.,ONU到OLT的上行数据流采用TDMA发送，与APON相同，OLT为每个ONU分配一个时隙，周期是2ms。EPON采用双波长方式实现单纤上的全双工通信，下行信道使用1510nm波长，上行信道使用1310nm波长。目前相关的标准主要由IEEE的EFM研究组进行制定。,.,11.3.3HFC接入网1背景光纤和同轴电缆混合网(HFC：HybridFiber/Coax)是从传统的有线电视网络发展而来的，进入20世纪90年代后，随着光传输技术的成熟和设备价格的下降，光传输技术逐步进入有线电视分配网，形成HFC网络，但HFC网络只用于模拟电视信号的广播分配业务，浪费了大量的空闲带宽资源。,.,20世纪90年代中期以后全球电信业务经营市场的开放，以及HFC本身巨大的带宽和相对经济性，基于HFC网的CableModem技术对有线电视网络公司很具吸引力。1993年初，Bellcore最先提出在HFC上采用CableModem技术，同时传输模拟电视信号、数字信息、普通电话信息，即实现一个基于HFC+CableModem全业务接入网FSAN。由于CATV在城市很普及，因此该技术是宽带接入技术中最先成熟和进入市场的。,.,所谓CableModem就是通过有线电视HFC网络实现高速数据访问的接入设备，CableModem的通信和普通Modem一样，是数据信号在模拟信道上交互传输的过程，但也存在差异，普通Modem的传输介质在用户与访问服务器之间是点到点的连接，即用户独享传输介质，而CableModem的传输介质是HFC网，将数据信号调制到某个传输带宽与有线电视信号共享介质；另外，CableModem的结构较普通Modem复杂，它由调制解调器、调谐器、加/解密模块、桥接器、网络接口卡、以太网集线器等组成，它的优点是无需拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线连接的全天候服务。目前CableModem产品有欧、美两大标准体系，DOCSIS是北美标准，DVB/DAVIC是欧洲标准。,.,2工作原理及接入参考模型在HFC上利用CableModem进行双向数据传输时，须对原有CATV网络进行双向改造，主要包括配线网络带宽要升级到860MHz以上，网络中使用的信号放大器要换成双向放大器，同时光纤段和用户段也应增加相应设备用于话音和数据通信。CableModem采用副载波频分复用方式将各种图像、数据、话音信号调制到相互区分的不同频段上，再经电光转换成光信号，经馈线网光纤传输，到服务区的光节点处，再光电转换成电信号，经同轴电缆传输后，送往相应的用户端CableModem，以恢复成图像、数据、话音信号，反方向执行类似的信号调制解调的逆过程。,.,为支持双向数据通信，CableModem将同轴带宽分为上行通道和下行通道，其中下行数据通道占用50750MHz之间的一个6MHz的频段，一般采用64/256QAM调制方式，速率可达3040Mb/s；上行数据通道占用542MHz之间的一个2003200kHz的频段，为了有效抑制上行噪音积累，一般采用抗噪声能力较强的QPSK调制方式，速率可达32010Mb/s，HFC频谱安排参考方案如图11.15所示。,.,图11.15HFC频谱安排参考方案,.,采用CableModem技术的宽带接入网主要由前端设备CMTS(CableModemTerminationSystem)和用户端设备CM(CableModem)构成。CMTS是一个位于前端的数据交换系统，它负责将来自用户CM的数据转发至不同的业务接口，同时，它也负责接收外部网络到用户群的数据，通过下行数据调制(调制到一个6MHz带宽的信道上)后与有线电视模拟信号混合输出到HFC网络。用户端的CM的基本功能就是将用户上行数字信号调制成542MHz的信号后以TDMA方式送入HFC网的上行通道，同时，CM还将下行信号解调为数字信号送给用户计算机，通常CM加电后，首先自动搜索前端的下行频率，找到下行频率后，从下行数据中确定上行通道，与CMTS建立连接，并通过动态主机配置协议(DHCP)，从DHCP服务器上获得分配给它的IP地址。图11.16所示为HFC系统接入配置图。,.,图11.16HFC系统接入配置图,.,3应用领域及缺点基于HFC的CableModem技术主要依托有线电视网，目前提供的主要业务有Internet访问、IP电话、视频会议、VOD、远程教育、网络游戏等。此外，电缆调制解调器没有ADSL技术的严格距离限制，采用CableModem在有线电视网上建立数据平台，已成为有线电视公司接入电信业务的首选。CableModem速率虽快，但也存在一些问题，比如CMTS与CM的连接是一种总线方式。CableModem用户们是共享带宽的，当多个CableModem用户同时接入Internet时，数据带宽就由这些用户均分，从而速率会下降。另外由于共享总线式的接入方式，使得在进行交互式通信时必须要注意安全性和可靠性问题。,.,11.4宽带无线接入网技术,11.4.13.5GHz固定无线接入1背景固定无线接入由于具有建网快、容量大、业务接入灵活等特点，因此成为目前无线通信业最热门的技术之一。固定无线接入开放的频段主要是3.5Hz、10.5GHz、26GHz、40GHz等；目前主流的技术有低频段的3.5GHz固定无线接入和高频段的26GHzLMDS两种方式。,.,在我国，信息产业部于2001年8月正式推出“3.5GHz固定无线接入标准”和“26GHz频段FDD方式本地多点分配业务(LMDS)频率规划(试行)”。3.5GHz固定无线接入适合于在业务发展初期进行城域范围的一般覆盖，它可以有效集中大范围内中低速率需求的大量用户。对于新的电信运营商，在缺乏线缆资源、敷设光纤的成本较高、建设周期较长的情况下，如果要快速抢占市场，发展用户，无线接入则是最有效的手段。尤其是对在地理上非常分散的中小容量用户来说，固定无线则是目前可行的主要的接入手段。,.,2工作原理及接入参考配置3.5GHz固定无线接入系统工作在3.5GHz频段，是一种点对多点的系统，上行频段为34003430MHz，下行频段为35003530MHz，可用带宽为30MHz，上下行链路均采用频分双工方式(FDD)，典型的接入速率为810Mb/s，虽不高，但仍属宽带。它主要为中小企业、小型办公室和小区住宅用户提供话音、数据、Internet和图像等业务，可以在有限的频带内，将多个用户的业务流汇聚到核心网络。3.5GHz固定无线接入系统和其他点对多点无线系统有相似的构成：基站BS、远端站RS和网管系统NMS。特殊情况下基站和远端站之间可以通过接力站进行传输。一般一个城市需要一个或多个基站以类似宏蜂窝的方式组成覆盖整个城区的无线接入网络。系统组成如图11.17所示。,.,图11.17固定无线接入系统组成图,.,1)基站(BS)基站从逻辑上又可分为两部分：中心控制站(CCS)和中心射频站(CRS)。中心控制站主要汇聚中心射频站的业务和信令数据，并提供至网络侧的接口。中心射频站主要负责对远端站进行覆盖，并提供至中心控制站的接口，主要的物理接口类型有：100Base-T、STM-1、E1等。中心站一般采用多扇区天线，覆盖远端站，扇区数一般为48，特殊情况下也可多达24扇区。,.,2)远端站(RS)远端站由室外单元(ODU，定向天线、射频单元)和室内单元(IDU，调制解调、业务接口)组成。通常采用口径较小的定向天线，用户端业务接口为各种用户业务提供接口，并完成复用/解复用功能。系统可提供多种类型的用户接口：10Base-T、100Base-T、E1、V.35、POTS等，目前常见的业务都可直接接入。远端站可以为中小商业用户提供语音、数据等业务，也可以为住宅小区用户提供宽带数据接入服务。,.,3)网管系统网管系统完成基站和远端站的设备配置、故障、性能、安全管理以及计费信息的采集，实现系统的集中管理。多个基站组成一个城市全面覆盖的接入网络，基站通过光纤或微波手段接入骨干网络。,.,33.5GHz固定无线接入技术优缺点从业务带宽和速率上来看，3.5GHz固定无线接入系统主要面向中小企业用户提供数据业务，侧重于中低速的数据服务。另外，3.5GHz固定无线接入较其他宽带无线接入技术(如LMDS)技术成熟度高、技术难度小，因而设备成本较低。3.5GHz固定无线接入系统的主要优点是：建网速度快、覆盖范围较广。一般来说，3.5GHz固定无线接入技术覆盖范围可达510km，甚至更高，雨衰对3.5GHz固定无线接入技术的影响不严重，而LMDS系统的覆盖范围则在15km，受雨衰的影响非常严重。3.5GHz固定无线接入系统的主要缺点是：系统容量仍然有限，可用带宽只有30MHz，相对于LMDS的1.3GHz还是太小。这样，对于用户密集的服务区，提供宽带能力有限，尤其是类似VOD等的业务很难开展。,.,11.4.2LMDS接入技术1背景本地多点分配业务(LMDS：LocalMultipointDistributionService)工作在2040GHz频带上，每个服务区可拥有1.3GHz的带宽，是一种传输容量可与光纤比拟，同时又兼有无线通信经济和易于实施等优点的宽带无线接入技术。之所以叫它本地，是因为LMDS的无线信号传输距离不超过5km的缘故，它主要有如下特点：(1)单个基站所能覆盖的范围有限。根据所采用的频率的高低，LMDS的覆盖半径一般为5km左右。晴朗的天气条件下，覆盖范围较大；阴雨天气时，覆盖范围将要受雨衰因素影响，频率越高，影响越大。,.,(2)从基站到用户的下行信号采用点到多点方式，这也是“多点分配”的含义所在。用户到基站的上行传送可以采用