通信概论 教案 第8章 接入网

接入网概述一、教学目标：理解接入网的概念；掌握传统接入网与IP接入网的定义和接口。二、教学重点、难点：重点掌握接入网的概念。三、教学过程设计：1.知识点说明接入网位于业务节点和用户驻地网之间，传统电话接入网实现本地业务节点到用户驻地网之间的传输功能，位于通信网的传送层；实现数据业务的IP网，除了传输功能，还具备部分交换功能，位于通信网的传送层和核心层。2.知识点内容通信网按照距离用户远近可以做水平上的划分；按照功能层次可以做垂直方向上的划分。传统电话接入网实现本地业务节点到用户驻地网之间的传输功能，位于通信网的传送层；实现数据业务的IP网，除了传输功能，还具备部分交换功能，位于通信网的传送层和核心层。传统接入网是指在用户驻地网和核心网之间所有机线设备组成的网络，它通过用户网络接口实现用户语音、数据、图像、视频等多综合业务的接入、向核心网提供一系列标准化的业务节点接口，并通过Q3接口受电信管理网的管理控制。IP接入网是实现各种用户IP终端（如计算机，IP电话等）或用户IP终端组成的网络（用户驻地网）与IP核心网之间接入能力的系统。其中，IP核心网中实现IP业务的节点我们称为IP业务提供者，它可以是业务提供商提供的服务器或服务器群。3.知识点讲解首先介绍通信网的水平划分。通过与高速公路类比，引出接入网是在水平方向上是通信网的“最后一公里”。介绍通信网各功能层次。通过介绍传统接入网和IP接入网的功能，归纳两类接入网所处的功能层次。举例说明传统电话接入网的接口SNI、UNI和Q3，和定义。详细讲解IP接入网的定义。四、课后作业或思考题：1．电信网自上而下按照功能分层的思想可以分为（）、（）、（）和（）。2．接入网所覆盖的范围可由（）、（）和（）三个接口界定。3．Q3接口是TMN网管操作系统（OS）和被管理网元（NE）之间的接口，该接口支持（）、（）和（）功能。4．接入网是一个实现接入到Internet的业务网络。（）5．接入网介于核心网和用户驻地网之间。（）6．IP接入网在IP网络中的位置由参考点（RP）及与电信管理网（TMN）的接口Q3所界定。（）五、本节小结：接入网位于业务节点和用户驻地网之间，传统电话接入网位于通信网的传送层；IP接入网位于通信网的传送层和核心层。传统电话接入网由SNI、UNI、Q3三个接口联合定义。IP接入网通过参考点RP与ISP和用户驻地网连接.接入网分类一、教学目标：掌握接入网按照拓扑结构、业务种类、传输介质及接入技术的分类，。二、教学重点、难点：重点掌握接入网按照拓扑结构和接入技术的分类。三、教学过程设计：1.知识点说明根据不同的方式，接入网有多种分类方式。按照拓扑结构接入网可以分成星型拓扑、总线型拓扑等；按照业务种类，可以分为数据网、电话网等；按照传输介质，可以分为有线网和无线网；按照接入技术，可以分为DSL、PON等。2.知识点内容按照拓扑结构接入网可以分成星型拓扑、总线型拓扑、环型拓扑、树形拓扑等等。星型拓扑是以一个节点为中心的处理系统，各种类型的用户终端均与该中心节点有物理链路直接相连。星型结构的优点是结构简单、建网容易、控制相对简单。其缺点是属集中控制，主节点负载过重，可靠性低，通信线路利用率低。总线型拓扑将所有的终端设备接入到一条通信线上，为防止信号反射，一般在总线两端连有终结器匹配线路阻抗。优点是信道利用率较高，结构简单，价格相对便宜。缺点是同一时刻只能有两个网络节点相互通信，网络延伸距离有限，网络容纳节点数有限。在总线上只要有一个点出现连接问题，会影响整个网络的正常运行。环型结构是将各终端用通信线路连接成一个闭合的环。环型拓扑是一个点到点的环型结构。每台设备都直接连到环上，或通过一个接口设备和分支电缆连到环上。在初始安装时，环型拓扑网络比较简单。随着网上节点的增加，重新配置的难度也增加，对环的最大长度和环上设备总数有限制。可以很容易地找到电缆的故障点。受故障影响的设备范围大，在单环系统上出现的任何错误，都会影响网上的所有设备。星型网络拓扑结构的一种扩充便是树型结构。树型结构是分级的集中控制式网络，与星型相比，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。以上几种拓扑结构仅仅是对网络结构的几何抽象，目前的网络很难说是单纯的哪一种网络拓扑类型，可能在某个特定接入网中，这些网络类型都会有涉及，但在整个的接入网中，肯定会是这些类型中的一种。接入网从业务种类上，可以分成电话接入、数据业务接入、广播电视接入、综合接入等。接入网从传输介质上，总体上可以分为有线接入和无线接入两类，有线接入又可以分成铜线接入、光纤接入、混合接入等。接入网从接入技术上，有数字用户线（xDSL）技术、以太网技术、混合光纤同轴电缆（HFC）技术、电力线接入技术、有源光网络（AON）技术、无源光网络（PON）技术、无线局域网（WLAN）技术、无线广域网技术等等。3.知识点讲解介绍接入网的分类标准。重点讲解按照拓扑结构，接入网可以分成哪几类，各自的优缺点。依次介绍接入网按照业务种类、传输介质、接入技术的分类情况。四、课后作业或思考题：1．接入网按照拓扑结构可以分成（）、（）、（）和（）等类型。2．接入网业务种类可以分成（）、（）、（）和（）等类型。3．接入网传输介质可以分成（）和（）。4．接入网接入技术可以分成（）、（）、（）和（）等类型。5．以下接入网分类中，按照接入技术分类的有（）A，电话接入 B.WLAN C.PON D,星状网五、本节小结：拓扑结构上，接入网可以分成星型接入网、树型接入网、总线型接入网、环形接入网等。从业务种类上，接入网可以分成电话接入、数据业务接入、广播电视接入、综合接入等。从传输介质上，接入网总体上可以分为有线接入和无线接入两类，有线接入又可以分成铜线接入、光纤接入、混合接入等。从接入技术上，接入网可以分为有数字用户线（xDSL）技术、以太网技术、混合光纤同轴电缆（HFC）技术、电力线接入技术、有源光网络（AON）技术、无源光网络（PON）技术、无线局域网（WLAN）技术、无线广域网技术等等。xDSL技术一、教学目标： 了解xDSL技术的分类，掌握ADSL技术原理，了解VDSL概念及应用。二、教学重点、难点：重点掌握ADSL技术原理三、教学过程设计：1.知识点说明数字用户线（DSL）技术是基于普通电话线的宽带接入技术，xDSL技术是对多种用户线高速接入技术的统称。其中应用最广泛的是ADSL和VDSL技术。ADSL和VDSL技术都属于非对称型DSL技术，下行速率远高于上行速率，适用于普通家庭用户。2.知识点内容数字用户线（DSL）技术是基于普通电话线的宽带接入技术，xDSL技术是对多种用户线高速接入技术的统称。根据上下行速率是否相等，分为对称型DSL和非对称型DSL。ADSL是一种典型的非对称型DSL，ADSL接入系统由局端设备和用户端设备组成，局端设备包括在中心机房的ADSLModem（即ATU-C局端收发模块）、DSL接入多路复用器（DSLAM）和局端分离器。用户端设备包括用户ADSLModem（即ATU-R用户端收发模块）和POTS分离器。ADSL采用频分复用方式在双绞线上同时传输普通电话和ADSL宽带业务，双绞线上用户频谱的分配如图3-4所示。其中0～4kHz频段传送语音基带信号，实现电话业务；25～138kHz频段用来传送上行低速数据或控制信息，控制信息速率在16～64kbps；高频段（138～1104kHz）的带宽用于传送下行高速数据，ADSL2+将高频段扩展到2.208MHz。VDSL（Veryhighbit-rateDigitalSubscriberLine，甚高比特率数字用户线）是在ADSL基础上发展起来的，是一种定位于短距离（1km左右）、高速率的DSL技术。采用该技术可以进一步提高xDSL系统的下行带宽。VDSL通常和FTTB和FTTC结合使用。3.知识点讲解引入数字用户线技术的产生、概念、分类；ADSL系统结构介绍；介绍DSLAM的功能和实物；介绍ADSLModem功能和实物；介绍分离器的功能、接口和原理；以家庭ADSL组网为实例，介绍家庭ADSL组网连线；讲解ADSL频谱分配；简介VDSL技术特点及应用场景。四、课后作业或思考题：1．ADSL局端设备包括在中心机房的（）、（）和（）。用户端设备包括用户（）和（）。2．ADSLModem包括（）和（），其功能是对用户的数据包进行（）和（），并提供（）接口。3．信号分离器是一个三端口器件，由一个（）滤波器和一个（）滤波器组合而成。4．ADSLModem的功能是对用户的数据包进行调制和解调。（）5．信号分离器是一个三端口器件，由一个双向低通滤波器和一个双向高通滤波器组合而成。（）6．DSLAM的功能是对多条ADSL线路进行复用，汇聚流量，相当于一个路由器。（）7．什么是DSLAM？8．如何进行ADSLModem的接口连接？9．简述POTS分离器的结构和功能。五、本节小结：数字用户线（DSL）技术是基于普通电话线的宽带接入技术，xDSL技术是对多种用户线高速接入技术的统称。ADSL是在现有双绞线上传送高速非对称数字信号的一种DSL技术。ADSL采用频分复用方式在双绞线上同时传输普通电话和ADSL宽带业务。ADSL采用频分复用方式在双绞线上同时传输普通电话和ADSL宽带业务。ADSL采用频分复用方式在双绞线上同时传输普通电话和ADSL宽带业务ADSL接入系统由局端设备和用户端设备组成，局端设备包括在中心机房的ADSLModem、DSLAM和局端分离器。用户端设备包括用户ADSLModem和POTS分离器。ADSLModem功能是对用户的数据包进行调制和解调，并提供数据传输接口。信号分离器是一个3端口器件，由一个双向低通滤波器和一个双向高通滤波器组合而成。VDSL是在ADSL基础上发展起来的，是一种定位于短距离（1km左右）、高速率的DSL技术。光接入网概述一、教学目标： 理解光接入网的概念、应用场景，了解光接入网的分类。二、教学重点、难点：重点掌握光接入网的概念、应用场景三、教学过程设计：1.知识点说明光接入网是指在接入网中采用光纤作为主要传输媒质的接入技术，可以分有源光网络和无源光网络两类，根据ONU放置的位置，可以分为FTTC、FTTB和FTTH等几类应用场景。2.知识点内容光接入网是在接入网中采用光纤作为主要传输媒质的接入技术，采用树形拓扑、点到多点结构实现单纤双向传输，最大覆盖范围为20km。光接入网可以分为OLT、ODN和ONU三部分。根据ODN中是否包含有源设备，光接入网可以分为有源光网络AON和无源光网络PON两大类。现行光接入网多为PON。按照ONU在光接入网中所处的具体位置不同，可以将OAN划分为三种基本的应用类型：FTTC(光纤到路边）、FTTB（光纤到楼）和FTTH（光纤到户）。3.知识点讲解从光纤优势引入光接入网；介绍光接入网的概念、特点；从分类依据出发，介绍光接入网的分类；按照ONU放置位置，介绍光接入网的应用场景。四、课后作业或思考题：1．光接入网是一种采用点到多点结构的（）网络，其典型拓扑结构为（）。2．光接入网系统由（）、（）和（）组成，为单纤双向系统。3.（）是光纤到用户，适用于家庭用户。4．（）是光纤到楼道，适用于中高密度人口的公寓住宅或办公楼。5．（）是光纤到路边，适用于分散的公寓住宅和工业园区的应用。五、本节小结：光接入网是指在接入网中采用光纤作为主要传输媒质的接入技术。根据ODN中是否包含有源设备，光接入网可以分有源光网络和无源光网络两类。根据ONU放置的位置，光接入网有FTTC、FTTB和FTTH等几类应用场景。PON网络结构一、教学目标： 掌握PON网络组成，理解OLT、ONU、ODN的功能。二、教学重点、难点：重点掌握掌握PON网络组成三、教学过程设计：1.知识点说明无源光网络PON由光线路终端（OLT）、光纤网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）三个部分组成。OLT放在运营商的中心机房，ONU放在用户端。ODN包括光纤和光分路器。其中分光器是无源光纤分支器。2.知识点内容OLT的作用是为光接入网提供网络侧与本地交换机之间的接口并经一个或多个ODN与用户侧的ONU通信，OLT与ONU的关系为主从通信关系。OLT可以分离交换和非交换业务，管理来自ONU的信令和监控信息，为ONU和本身提供维护和供给功能。OLT在物理上可以是独立设备，也可以与其他功能集成在一个设备内。ODN为OLT与ONU之间提供光传输手段，其主要功能是完成光信号功率的分配。ODN是由无源光元体（诸如光纤光缆、光连接器和光分路器等）组成的纯无源的光配线网，多呈树型拓扑。ONU的作用是为光接入网提供直接的或远端的用户侧接口，处于ODN的用户侧。ONU的主要功能是终结来自ODN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。ONU的网络侧是光接口而用户侧是电接口，因此，ONU需要有光/电和电/光转换功能，还要完成对语声信号的数/模和模/数转换、复用、信令处理和维护管理功能。其位置有很大灵活性，既可以设置在用户住宅处，也可以设置在DP处甚至FP处。3.知识点讲解介绍PON网络组成；讲解OLT功能、分类；讲解ONU功能、分类；讲解ODN组成。四、课后作业或思考题：1．（）是EPON系统中靠近用户侧的终端处理设备。它负责用户终端业务的接入和转发。2．ONU的模块设置和OLT的功能模块设置非常类似，也是由（）、（）和（）3部分组成。3．典型的EPON系统采用（）的传输速率。A．上下行对称1.25Gb/s速率 B．上行1.25Gb/s速率 ，下行2.5Gb/s速率 C．上下行对称2.5Gb/s速率 D．下行1.25Gb/s速率 ，上行2.5Gb/s速率4．目前，EPON系统可以支持最大（）分路比时的20Km可靠传输。A．1：32 B．1：64 C．1：128 D．1：256五、本节小结：OLT设备是PON系统局端处理设备，是系统核心组成部分。OLT的功能主要由三部分组成，即核心功能模块、业务功能模块、公共模块。ONU是PON系统中靠近用户侧的终端处理设备。ONU的功能主要是由核心功能模块、业务接口功能模块和公共模块3部分组成ODN为OLT与ONU之间提供光传输手段，其主要功能是完成光信号功率的分配。PON接入技术一、教学目标： 了解PON技术种类，掌握EPON接入技术、GPON接入技术。二、教学重点、难点：重点掌握EPON接入技术。三、教学过程设计：1.知识点说明PON技术主要有APON、EPON和GPON等，现网中主要以EPON和GPON两种技术为主。EPON是一种采用点到多点结构的单纤双向光接入网络，其典型拓扑结构为树型，采用以太网帧传输。GPON结构与EPON类似，采用GEM帧传输数据。2.知识点内容PON分为基于ATM的PON（ATMPassiveOpticalNetwork，APON）、基于以太网的PON（EthernetPassiveOpticalNetwork，EPON）和吉比特PON（Gigabit-CapablePassiveOpticalNetwork，GPON）三大类。主要的PON技术有APON/BPON、EPON和GPON三种可用技术。随着ATM的淡出，以ATM为基础的APON/BPON呈现自然消亡状态。现阶段EPON与GPON在我国并存。EPON系统中使用单芯光纤，在一根光纤上传送上、下行两种波长（上行波长：1310nm，下行波长：1490nm，另外还可以在这根光纤上下行叠加1550nm的波长，来传递CATV电视信号）。EPON相对成本低，维护简单，易扩容；高带宽，服务范围大；带宽分配灵活，服务有保证；带宽利用率较低。和EPON技术类似，GPON也是一种采用点到多点拓扑结构的无源光接入技术，由局侧的OLT（光线路终端）、用户侧的ONU（光网络单元）以及ODN（光分配网络）组成。GPON在下行方向（OLT到ONU）采用TDM广播方式、上行方向（ONU到OLT）采用TDMA（时分多址接入）方式，可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构，其中典型结构为树形结构。但GEM封装，上下行速率不对称；大分光比；技术相对复杂，设备成本较高。3.知识点讲解介绍PON技术分类；讲解EPON技术基本原理；比较EPON、GPON特点。四、课后作业或思考题：1．典型的EPON系统采用（）的传输速率。2．目前，EPON系统可以支持最大（）分路比时的20Km可靠传输。3．试比较EPON和GPON的异同。五、本节小结：PON技术主要有APON、EPON和GPON等，现网中主要以EPON和GPON两种技术为主。EPON是一种采用点到多点结构的单纤双向光接入网络，其典型拓扑结构为树型，采用以太网帧传输。GPON结构与EPON类似，采用GEM帧传输数据。PON技术应用一、教学目标： 了解PON系统典型应用模式，了解PON主要应用场景。二、教学重点、难点：重点掌握PON系统典型应用模式。三、教学过程设计：1.知识点说明PON主要用户光纤接入，FTTx（Fiber-To-The-x）是对宽带光接入网的各种形态的一种统称。根据光纤所到达的物理位置不同，FTTx存在多种应用类型。根据不同应用场合，PON分多种应用场景。2.知识点内容PON主要用户光纤接入，FTTx（Fiber-To-The-x）是对宽带光接入网的各种形态的一种统称。根据光纤所到达的物理位置不同，FTTx存在多种应用类型。纤到交接箱（FiberToTheCabinet：FTTCab）光纤到交接箱（FTTCab），也可以称为FTTN（FiberToTheNode）、FTTZ(FiberToTheZone)等，AG（接入网关）或ONU部署在交接箱，光终接设备或ONU下采用其他有线介质或无线方式接入到用户，AG或ONU离用户的距离在0.5km-2km范围内光纤到楼宇/分线盒（FiberToTheBuilding/Curb：FTTB/C）光纤到楼宇/分线盒（FTTB/C）是光纤到用户引入点或分配点，AG或ONU下采用其他有线介质或无线方式接入用户，AG或ONU离用户的距离在0.5km以内。光纤到家庭用户（FTTH）是利用光纤传输媒质连接通信局端和家庭住宅的接入方式，引入光纤由单个家庭住宅独享。EPON+LAN应用场景主要应用于新建小区场合，该种模式满足高带宽业务接入要求，节省纤芯和上行数据端口资源，建网成本较FTTH模式低。末端采用五类网线，铜线接入距离在100米以内，一般ONU设备放在楼内。EPON+DSL应用场景主要应用以下两种场合，一是老城区改造，“光进铜不退”，保留铜缆，宽带下移，解决宽带提速问题，语音提供方式不变。二是新建区域：“光进铜退”，接入节点下移到楼内或者小区，家庭网关提供基于VoIP的语音，无需再铺设主干电缆。3.知识点讲解根据ONU放置位置不同，介绍EPON技术应用模式；结合实际场景，讲解EPON技术应用场景；GPON和EPON应用类似。四、课后作业或思考题：1．列举EPON的典型应用模式。2.列举EPON的主要应用场景。五、本节小结：PON有4种应用模式。PON有3类应用场景。近距离无线接入技术一、教学目标： 了解蓝牙、ZigBee、RFID等三种短距离无线接入技术的特点及应用。二、教学重点、难点：无。三、教学过程设计：1.知识点说明蓝牙（Bluetooth）是一种短距离（一般10m内）的无线通信技术。利用蓝牙技术能在包括移动电话、PDA、无线耳机（见图8-10）、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。ZigBee与蓝牙相类似，是一种短距离、低功耗的无线通信技术。射频识别（RadioFrequencyIDentification，RFID），又称无线射频识别，俗称电子标签。RFID是一种非接触式的自动识别技术。2.知识点内容蓝牙（Bluetooth）是一种短距离（一般10m内）的无线通信技术。利用蓝牙技术能在包括移动电话、PDA、无线耳机（见图8-10）、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换，以取代原来所需的有线电缆。蓝牙技术有全球范围适用、可以同时传输语音和数据等特点。ZigBee与蓝牙相类似，是一种短距离、低功耗的无线通信技术。ZigBee译为“紫蜂”，ZigBee这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也可以说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。ZigBee的特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。射频识别（RadioFrequencyIDentification，RFID），又称无线射频识别，俗称电子标签。RFID是一种非接触式的自动识别技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合（电感或电磁耦合）或雷达反射的传输特性，实现对被识别物体的自动识别。RFID可通过无线射频信号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或光学接触。常用的有低频（125k~134.2K）、高频（13.56Mhz）、超高频、微波等技术。3.知识点讲解介绍蓝牙的起源、发展、技术特点；介绍Zigbee的起源、发展、技术特点；；介绍RFID的原理和特点。四、课后作业或思考题：1.试比较蓝牙和ZigBee技术的优缺点。2.什么是RFID？试回答RFID的基本组件。五、本