有线宽带接入技术

第6章有线宽带接入技术—FTTX+LAN

6.1OAN接入技术6.2FTTx+LAN接入技术6.3FTTx+LAN接入网系统设计6.4FTTx+LAN、ADSL、VDSL接入技术比较

6.1OAN接入技术6.1.1OAN概述 光接入网（OAN）就是指在接入网中采用光纤作为主要传输媒质来实现信息传送的网络形式。接入网中的光区段可以是点到点、点到多点的结构。OAN可以分为无源光网络（PON）和有源光网络（AON）。 PON主要采用无源光功率分配器（耦合器）将信息送至各客户端。较适合短距离使用；若传输距离较长，或用户较多，可采用光纤放大器（EDFA）来增加功率。 AON采用有源的电复用器分路，将信息送给用户。其主要优点是传输距离远、传输容量大、用户信息隔离度好、易于扩展带宽、网络规划和运行的灵活性大。1．光接入网的参考配置

图6-1光接入网的参考配置 SNI为业务节点接口，UNI为用户网络接口，Q3为网络管理接口；S为光发送参考点，与ONU/OLT光发送端相邻；R为光接收参考点，与ONU/OLT光接入端相邻；V为业务网络接口参考点；T为用户网络接口参考点；a为AF与ONU间的参考点。 光接入网一般是一个点到多点的光传输系统，主要由光网络单元（ONU）、光线路终端（OLT）、光配线网络(ODN)/光远程终端（ODT）和适配功能块（AF）等组成。①光网络单元（ONU）②光线路终端（OLT）③光配线网络（ODN）④光远程终端（ODT）⑤适配功能块（AF）2．光接入网的拓扑结构（1）星型结构（2）树型结构（3）总线型结构图6-2光接入网中的拓扑结构（4）环型结构3．光接入网的应用类型图6-3光接入网的应用类型（1）光纤到路路边（FTTC）（2）光纤到楼楼（FTTB）（3）光纤到户户（FTTH）（4）光纤到办办公室（FTTO）4．光接入网网的传输技技术（1）空分复用用（SDM）技术是指上行信信号和下行行信号使用用不同的光光纤分开传传输。（2）时分复用用(TDM)/时分多址（（TDMA）技术是指在同一一个光载波波波长上，，将时间分分割成周期期性的帧，，每帧再分分割成若干干个时隙，，按一定的的时隙分配配原则，使使每个ONU在指定时隙隙内以分组组方式向OLT发送信号图6-4TDM/TDMA-PON原理示意图图（3）时间压缩缩复用(TCM)/时间压缩多多址（TCMA）技术是指利用一一根光纤，，传输时不不断改变收收、发方向向，使两个个方向的信信号以脉冲冲串的形式式轮流在同同一根光纤纤中传输。。图6-5TCM/TCMA-PON示意图（4）波分复用用(WDM)/波分多址（（WDMA）技术是指在同一一根光纤上上，上行信信号和下行行信号分别别使用不同同波长的光光信号传输输图6-6WDM/WDMA-PON原理示意图图（5）码分复用用(CDM)/码分多址（（CDMA）技术是给每一个个ONU分配一个惟惟一的正交交码作为地地址码，并并将各ONU的上行信号号与其进行行模二加，，再去调制制具有相同同波长的激激光器，经经分路器合合路后送到到光纤传输输。图6-7CDM/CDMA-PON原理示意图图（6）副载波复复用(SCM)/副载波多址址（SCMA）技术是将上行信信号和下行行信号分别别安排在不不同频段，，在同一根根光纤中完完成双向传传输任务。。图6-8SCM/SCMA-PON原理示意图图6.1.2ATM无源光网络络（APON）1．APON系统结构APON是指采用ATM信元传输方方式的PON。APON主要由光线线路终端（（OLT）、光分路路器、光网网络单元（（ONU）和光纤光光缆等组成成。图6-9APON系统结构传输线路的的标称速率率有两种，，即对称速速率（155.52Mbit/s）和和非对称速速率（上行行155.52Mbit/s，下行622.08Mbit/s））。实现双双向传输的的方式也有有两种，一一是采用单单纤波分复复用方式，，二是采用用单向双纤纤空分复用用方式。APON系系统一般采采用波分复复用方式及及TDM/TDMA传输复用用技术实现现单纤双向向传输。（1）光线路终终端（OLT）OLT通过标准业业务接口与与外部网络络连接，通通过PON专用接口与与ODN相连，按要要求提供光光接入。图6-10OLT功能块（2）光网络单单元（ONU）ONU通过PON专用接口与与ODN相连，通过过多种UNI接口与不同同用户终端端相连，支支持多种用用户终端接接入。图6-11ONU功能块（3）光配线网网络（ODN）ODN在OLT和一个或多多个ONU之间提供一一条或多条条光信道。。2．APON系统帧结构构不论是上行行方向还是是下行方向向，ATM信元都是以以APON帧格式在APON系统中进行行传输。图6-12APON系统下行帧帧结构下行方向的的APON帧结构是是由连续的的时隙流组组成，每个个时隙包含含一个53字节的ATM信元元或PLOAM信元元，每隔27个时隙隙插入一个个PLOAM信元。。PLOAM信元是物物理层OAM信元，，用来传送送物理层OAM信息息，同时携携带ONU上行接入入时所需的的授权信号号。表6-1授权信信号类型编码定义数据授权除11111101、11111110和11111111外的任何值指示一个上行ONU数据授权，在测距协议中使用授权-分配消息，将数据授权值分配给ONU。则该ONU可发送一个数据信元，或当没有数据信元可用时发送一个空闲信元PLOAM授权除11111101、11111110和11111111外的任何值指示一个上行ONU的PLOAM授权，在测距协议中使用grant-allocation消息，将PLOAM授权值分配给ONU。该ONU总是发送一个PLOAM信元来响应该授权分离时隙授权除11111101、11111110和11111111外的任何值指示一组上行ONU分离时隙授权，在测距协议中使用Divided-slot-grant-configuration消息，OLT分配授权给一系列ONU，配置的每个ONU都发送一个微时隙预留授权除11111101、11111110和11111111外的任何值这些授权可作为特殊数据授权类型，如用于表示一个特定的ONU接口或QoS等级测距授权11111101用于测距过程，测距协议中给出了对授权起作用的条件未分配的授权11111110指示一个未使用的上行时隙空闲授权11111111用于从上行信元速率里解耦下行PLOAM速率，一般ONU忽略这些授权图6-13APON系统上行帧帧结构上行帧包含含53个时时隙，每个个时隙包含含56个字字节，其中中53个字字节为ATM信元，，3个字节节是开销字字节。开销销字节包含含的域及主主要用途如如下。①保护时时间②前置码码③定界符符3．APON关键技术（1）测距技术术为了防止ATM信元发生碰碰撞，OLT需要引入测测距功能，，来补偿因因为ONU与OLT之间的距离离不同而引引起的传输输时延差异异，使所有有ONU到OLT的逻辑距离离相同，以以确保不同同ONU所发出的信信号能够在在OLT处准确地复复用。APON系统的测距距过程分为为三步：第第一步是静静态粗测，，第二步是是静态精测测第三步是是动态精测测。一般测距方方法有以下下几种。①扩频法法②带外法法③带内法法接入网最敏敏感的是成成本，所以以APON应该采用用带内开窗窗测距技术术。（2）快速比特特同步技术术（3）突发信元元的收发技技术（4）搅动技术术4．APON技术特点APON技术具有如如下优点：：①宽带化并支支持所有种种类和各种种比特率的的业务；②能够全动态态分配带宽宽，充分利利用网络资资源，满足足用户各种种需要；③无源点到多多点的网络络结构，简简单、可靠靠、易于维维护管理；；④标准化程度度高，使得得大规模生生产时可降降低成本；；⑤安全性高；；⑥时延小。存在一些问问题，如系系统成本太太高；系统统容量和覆覆盖范围有有限，未考考虑对窄带带业务的支支持及与其其他技术相相结合时需需解决引入入线的宽带带化等一系系列问题。。6.1.3以太无源光光网络（EPON）把简单经济济的以太技技术与PON的传输结构构结合起来来的EthernetoverPON概念，自2000年开始引起起技术界和和网络运营营商的广泛泛重视。EPON是几种最佳佳的技术和和网络结构构的结合。。EPON采用点到多多点结构，，无源光纤纤传输方式式，在以太太网之上提提供多种业业务。EPON不需任何复复杂的协议议，光信号号就能精确确传送到终终端用户，，来自终端端用户的数数据也能被集中传传送到中心心网络。1．EPON技术的优势势①相对成本低低，维护简简单，容易易扩展，易易于升级。。②提供非常高高的带宽。。③服务范围大大。④带宽分配灵灵活，服务务有保证。。⑤易于在EPON结构上开发发更宽范围围和更灵活活的业务，，从而增加加收入，如如可以提供供诸如可管管理的防火火墙、语音音业务的支支持、VPN和互联网接接入等增值值业务。在当前的情情况下，EPON技术大多会会以一种与与其他技术术相结合的的姿态进入入市场。FTTB/FTTC+DSL、FTTB/FTTC+LAN2．EPON技术的基本本网络结构构一个典型的的EPON系统由OLT、ONU、POS组成。基本本网络结构构如图6-14所示。由业业务网络接接口到用户户网络接口口部分为EPON网络，EPON通过SNI接口与业务务节点相连连，通过NUI接口与用户户设备相连连。图6-14EPON技术的基本本网络结构构OLT放在中心机机房，ONU放在网络接接口单元附附近或与其其合为一体体。POS是无源光纤纤分路器，，是一个连连接OLT和ONU的无源设备备，它的功功能是分发发下行数据据并集中上上行数据。。OLT既是一个交交换机或路路由器，又又是一个多多业务提供供平台，它它提供面向向无源光纤纤网络的光光纤接口。。OLT根据IEEE802.3协议，将数数据封装为为可变长度度的数据包包，以广播播方式传输输给所有ONU。ONU的主主要功能是是选择接收收OLT发发送的广播播数据；响响应OLT发出的测测距及功率率控制命令令，并作相相应的调整整；对用户户的以太网网数据进行行缓存，并并在OLT分配的发发送窗口中中向上行方方向发送；；实现其他他相关的以以太网功能能。3．EPON的工作原理理在EPON中，根据IEEE802.3以太网协议议，传送的的是可变长长度的数据据包，最长长可为1518个字节，与与ATM相比，极大大地减少了了开销。是由一个被被分割成固固定长度帧帧的连续信信息流组成成，其传输输速率为1.25Gbit/s。图6-15EPON下行帧结构构EPON系系统的上行行帧结构，，帧长与下下行帧长相相同，也是是2ms，，每帧有一一个帧头，，表示该帧帧的开始；；每帧包含含还若干个个长度可变变的时隙，，每个时隙隙分配给一一个ONU，各个ONU发送送的上行数数据包，以以TDM方方式复合成成一个连续续的数据流流，通过光光分配器耦耦合送入光光纤传输。。图6-16EPON系统上行帧结结构6.2FTTx+LAN接入技技术6.2.1以太网技术以太网是目前前应用最广泛泛的局域网技技术，并且在在很多新的领领域得到扩展展。在开放系统互互连模型的7层模型里，以以太网包括数数据链路层、、物理层和网网络层。1．以太网的种种类以太网按传输输速率可分为为10Mbit/s以太网、100Mbit/s以太网、1000Mbit/s以太网等。10Mbit/s以太网网按照所使用用的传输介质质的不同，又又可分为以下下几种。①10Base2②10Base5③10Base-T④10Base-F100Mbit/s以太太网按照所使使用传输介质质的不同，又又可分为以下下几种。①100Base-TX②100Base-T4③100Base-FX1000Mbit/s以以太网按照所所使用的传输输介质的不同同，又可分为为以下几种。。①1000Base-LX②1000Base-SX③1000Base-CX④1000Base-T2．以太网协议议标准表6-2 IEEE802系列以太网标标准协议编号标准内容协议编号标准内容802.1高层和互操作性（包括网络管理）802.3CSMA/CD802.1d媒体访问控制（MAC）网桥（生成树协议）802.3ab1000Base-T802.1g远程媒体访问控制桥接802.3u100Base-T(快速以太网)802.1p服务等级802.3x全双工流量控制802.1q虚拟局域网802.3z1000Base-CX，LX，SX802.1ad多链路段聚合802.3ae10Gbit/s以太网802.2逻辑链路控制3．载波监听多多路访问和碰碰撞检测协议议多路访问是指指多个节点共共享同一传输输介质发送信信息，而载波波监听是指信信道上的各个个节点在发送送信息前先对对信道进行监监听，若检测测到信道上有有载波信号正正在传输，则则说明此时某某个节点正访访问信道，信信道处于“忙忙”状态。节节点只有在听听不到载波信信号时，才能能向信道发送送信息。（1）1—坚持CSMA方式（2）非坚持CSMA方式（3）P—坚持CSMA方式4．退让重发算算法发送节点检测测到冲突后，，必须退让一一段时间再重重新发送信息息，退让时间间的长度往往往与冲突发生生的次数有关关，发送一个个信息时冲突突的次数越多多，说明当前前网络的负荷荷越重，因而而应相应地退退后较长时间间再重发。5．以太网帧结结构图6-17以太网帧结构构前同步码：由由硬件产生，，共8个字节节，是1010……交替替码，但到最最后一位时要要将0变成1。其作用是是使接收端能能够迅速实现现比特同步。。目的地址和源源地址：用于于标识目的节节点和发送节节点地址，以以太网中每一一节点主机都都拥有一个全全球惟一的以以太网地址。。类型：以太网网帧用两个字字节指定接收收数据的高层层协议。帧数据：待传传输的数据信信息。在以太太网帧中，数数据段的长度度最小应不低低于46个字字节。帧校验序列：：循环冗余校校验值，长度度为4个字节节，由发端设设备产生，收收端被重新计计算以确定帧帧在传送过程程中是否被损损坏。校验范范围不包括前前导码。6．以太网交换换机在以太网中，，交换机是信信息的中转站站，它把从某某个端口接收收到的数据从从其他端口转转发出去。（1）第2层交换机第2层交换机是数数据链路层设设备，完成链链路层的帧复复用和解复用用功能，它读读取数据包中中的MAC地址信息并根根据MAC地址来进行交交换。（2）路由技术路由技术其实实是由两项最最基本的活动动组成，即决决定最优路径径和传输数据据包。路由器是在OSI七层网络模型型中的第3层——网络层操作的的。（3）第3层交换第3层交换结合了了第2层交换机和第第3层路由器两者者的优势，可可在各个层次次提供线速性性能。第3层交换机分为为接口层、交交换层和路由由层三部分。。第3层交换机实质质上是一个带带有第3层路由功能的的第2层交换机，是是第3层路由功能和和第2层交换功能的的有机结合。。第3层交换机是为为IP网络设计的，，接口类型简简单，拥有很很强的2层包处理能力力，所以适用用于大型局域域网。7．IP地址分配基于以太网的的接入网地址址分配方法有有静态地址分分配与动态地地址分配两种种。静态地址址分配是指当当用户开户时时得到一个静静态的IP地址，该地址址与用户接入入的端口对应应。动态IP地址分配是指指每次用户登登录网络时由由网络动态分分配一个临时时的IP地址。动态地地址分配方式式可以采用DHCP和PPP两种方式，优优选DHCP方式。8．VLAN（1）VLAN的概念及优点点从逻辑上看，，VLAN可类比为一组组终端用户的的集合，等价价于广播域。。多组用户处处在不同的物物理LAN上，但它们之之间像在同一一个LAN上那样自由通通信而不受任任何限制。在在支持VLAN的交换机中，，网络的定义义和划分与物物理位置和物物理连接无任任何必然联系系。管理员可可根据需要，，灵活建立和和配置VLAN，并为每个VLAN分配所需带宽宽。采用VLAN技术后，交交换机设备具具有下列优点点。①减少因网网络用户变化化所带来的额额外工作量②虚拟工作作组③减少对路路由器的依赖赖（2）虚拟网的划划分①基于端口划分分VLAN②基于MAC地址划分VLAN③基于网络层划划分VLAN④基于IP组播划分VLAN（3）VLAN内成员间的通通信方式不同的划分方方式导致VLAN成员间通信实实现方式不同同①交换机列表支支持方式②帧标签方式③时分复用方式式（4）不同VLAN间的通信方式式（5）虚拟网广泛泛应用时带来来的问题6.2.2FTTX+LAN宽带接入网它主要是采用用高速IP路由交换技术术和千兆以太太网光纤传输输技术，充分分利用光纤带带宽资源，配配合综合布线线系统，实现现宽带多媒体体多业务信息息网络的高速速接入。1．FTTX+LAN网络结结构FTTX+LAN宽带接接入网网由中中心接接入设设备和和边缘缘接入入设备备组成成，图6-18FTTX+LAN宽带接接入网网网络络结构构边缘接接入设设备主主要完完成链链路层层帧的的复用用和解解复用用功能能，中心接接入设设备负负责汇汇聚用用户流流量，，实现现IP包转发发、过过滤及及各种种IP层协议议。中心接接入设设备与与边缘缘接入入设备备推荐荐采用用星形形拓扑扑结构构，中中心接接入设设备与与IP骨干网网设备备之间间的拓拓扑结结构可可以是是星型型，也也可以以是环环型。。在以太太网接接入系系统中中，中中心接接入设设备一一般为为2层交换换机、、2层交换换机+宽带接接入服服务器器、3层交换换机、、3层交换换机+宽带接接入服服务器器以及及专为为以太太网接接入开开发的的以太太接入入业务务网关关等，，边缘缘接入入设备备一般般为2层交换换机。。可根据据小区区规模模的大大小，，或接接入用用户数数量的的多少少将小小区接接入网网络分分为小小规模模、中中规模模和大大规模模等三三大类类。（1）小规规模接接入网网络图6-19小规模模接入入网络络（2）中规规模接接入网网络图6-20中规模模接入入网络络（3）大规规模接接入网网络图6-21大规模模接入入网络络2．以太太网接接入网网设备备选用用（1）以太太网中中心接接入设设备的的技术术要求求（2）边缘缘接入入设备备的技技术要要求（3）设备备电源源（4）工作作环境境（5）设备备性能能3．以太太网接接入网网设备备安装装（1）设备备安装装的基基本要要求（2）中心心接入入设备备的安安装（3）边缘缘接入入设备备的安安装（4）楼道道宽带带配线线箱的的安装装图6-22中心接接入设设备安安装示示意图图6.3FTTX+LAN接接入网网系统统设计计1．小区区/汇接节节点设设计2．小区区/汇接域域线路路系统统设计计3．楼宇宇线路路系统统设计计6.4FTTX+LAN、ADSL、VDSL接入技技术比比较1．ADSL接入方方式ADSL由于可可直接接利用用电话话线改改装，，不受受地域域的限限制且且接入入成本本低，，所以以目前前发展展较快快。ADSL技术存存在以以下缺缺点。。①传输速速率和和线路路质量量及传传输距距离密密切相相关，，线路路质量量不好好或传传输距距离远远，传传输速速率都都会下下降，，且稳稳定性性变差差，易易断线线。②线路之之间存存在串串扰等等现象象，很很容易易影响响传输输的稳稳定性性，造造成无无法开开通或或者速速率上上不去去等问问题。。③较较低的的传输输速率率限制制了高高等级级流媒媒体应应用和和HDTV等业业务的的开展展。④非非对称称特性性不适适于企企事业业和商商业环环境。。⑤由由于ATM设备备成本本较高高，因因而ADSL/ATM设设备成成本仍仍较高高。⑥对对于视视频应应用，，用户户数和和传输输距离离迅速速减少少。2．VDSL接入方方式VDSL技术是是在ADSL技术上上发展展而来来的，，其基基本原原理和和ADSL类似。。VDSL的主要要特点点如下下。①既可以以工作作在非非对称称方式式，又又可以以工作作在对对称方方式，，适合合于企企事业业和商商业环环境，，支持持高等等级流流媒体体应用用和HDTV等宽带带业务务。②与IP技术自自然融融合，，可以以充分分利用用以太太网所所具有有的一一些优优势。。③功率低低，离离用户户距离离近，，线间间干扰扰相对对比较较小。。④设备不不必是是ATM为基础础的，，开销销低，，因而而比ADSL的成本本低。。⑤传输距距离较较以太太网远远，比比ADSL近，覆覆盖范范围广广，有有利于于提高高普通通以太太网的的用户户实装装率。。其接接入网网设备备可以以集中中设置置，不不必放放在楼楼道内内，可可以有有效降降低维维护成成本。。⑥由于涉涉及安安装的的设备备较少少，敷敷设速速度较较快。。主要缺缺点是是由于于其2层采用用以太太网协协议，，因此此以太太网所所具有有的基基本问问题，，诸如如可管管理性性、安安全性性、QoS等问题题也同同样具具有，，需要要妥善善处理理。3．FTTX+LAN接入方方式FTTX+LAN接入方方式是是采用用以太太网技技术，，它是是用光光缆+双绞线线对小小区进进行综综合布布线，，避免免了各各种干干扰，，所以以稳定定性更更好。。其主要要缺点点如下下。①LAN由于采采用以以太网网接入入方式式，在在地域域上受受到一一定限限制，，只有有已经经铺设设了LAN的小区区才能能够使使用这这种接接入方方式。。②只能承承载IP业务，，因此此它的的未来来将取取决于于用户户对实实时性性业务务的需需求程程度与与EverthingoverIP相关技技术的的发展展。③当同时时上网网的用用户比比较多多时，，用户户使用用效果果满意意度将将降低低。④对于一一般用用户而而言，，目前前的计计算机机还是是太复复杂、、太昂昂贵。。⑤以太网网所有有技术术都存存在传传输距距离的的限制制。ADSL、VDSL两种接接入手手段采采用普普通电电话双双绞线线，省省去了了大量量的综综合布布线成成本，，可维维护性性高，，同时时也没没有实实装率率问题题的困困扰，，可以以根据据用户户发展展情况况随时时扩容容。ADSL和VDSL覆盖范范围不不同、、提供供的带带宽不不同，，二者者之间间是一一个互互补的的关系系。LAN接入技技术简简单高高效，，成本本低廉廉，FTTX+LAN是未来来宽带带接入入发展展的方方向。。9、静夜四四无邻，，荒居旧旧业贫。。。12月-2212月-22Wednesday,December28,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。21:19:1021:19:1021:1912/28/20229:19:10PM11、以我独沈久久，愧君相见见频。。12月-2221:19:1021:19Dec-2228-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。21:19:1021:19:1021:19Wednesday,December28,202213、乍见翻翻疑梦，，相悲各各问年。。。12月-2212月-2221:19:1021:19:10December28,202214、他乡生白发发，旧国见青青山。。28十二月月20229:19:10下午21:19:1012月-2215、比比不不了了得得就就不不比比，，得得不不到到的的就就不不要要。。。。。十二二月月229:19下下午午12月月-2221:19December28,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/2821:19:1121:19:1128December202217、做前，能够够环视四周；；做时，你只只能或者最好好沿着以脚为为起点的射线线向前。。9:19:11下午9:19下下午21:19:1112月-229、没没有有失失败败，，只只有有暂暂时时停停止止成成功功！！。。12月月-2212月月-22Wednesday,December28,202210、很多事情努努力了未必有有结果，但是是不努力却什什么改变也没没有。。21:19:1121:19:1121:1912/28/20229:19:11PM11、成功就就是日复复一日那那一点点点小小努努力的积积累。。。12月-2221:19:1121:19Dec-2228-Dec-2212、世间成成事，不不求其绝绝对圆