寬帶接入網(wǎng)技術(shù)及發(fā)展前景

摘要 本文簡要介紹了寬帶接入網(wǎng)的有關(guān)概念和特點，論述了光纖接入網(wǎng)，以及光纖接入未形成時的xDSL和Cable Modem等寬帶接入技術(shù)，最后討論了寬帶接入網(wǎng)未來的發(fā)展前景。 　　關(guān)鍵詞 寬帶 接入網(wǎng) 光纖接入  1 引言  　　現(xiàn)代通信網(wǎng)包括核心網(wǎng)和接入網(wǎng)。核心網(wǎng)正在頻繁地更換新技術(shù)，以支持各類窄帶和寬帶、實時和非實時、恒定速率和可變速率，尤其是多媒體業(yè)務(wù)，最終成為數(shù)字化、智能化、寬帶化和光纖化的網(wǎng)絡(luò)；而接入網(wǎng)做為語音、數(shù)據(jù)和活動圖像等全業(yè)務(wù)綜合的主要部分和必經(jīng)之路，仍是以銅纜雙絞線為主（90%以上）的原始模擬系統(tǒng)，兩者技術(shù)上存在較大反差。接入網(wǎng)已成為制約整個通信網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，競爭已從核心網(wǎng)轉(zhuǎn)向接入網(wǎng)。 2 接入網(wǎng)有關(guān)概念  　　接入網(wǎng)（Access Network, AN）是連接核心網(wǎng)與用戶或用戶駐地網(wǎng)的橋梁，是本地交換機(jī)到用戶終端的實施系統(tǒng)。它直接面向用戶和業(yè)務(wù)節(jié)點，提供電話、視像和多媒體等業(yè)務(wù)，完成傳輸、復(fù)用和交叉連接的功能，相關(guān)接口是交換機(jī)和用戶終端設(shè)備，傳輸介質(zhì)有雙絞線、光纖、同軸電纜、無線等。  　　接入網(wǎng)分為有線接入、無線接入和綜合接入。有線接入包括銅線接入網(wǎng)、光纖接入網(wǎng)、混合光纖/同軸電纜接入網(wǎng)（HFC）等；無線接入包括固定無線接入和移動無線接入；綜合接入是有線和無線相結(jié)合的接入方式，這里主要討論有線接入。  　　接入速率在2Mbit/s以上（含2Mbit/s）的為寬帶接入網(wǎng)，主要用于傳輸多媒體和數(shù)據(jù)；2Mbit/s以下的為窄帶接入，用于傳輸語音。  　　接入網(wǎng)的接口，也稱為定界，如圖1所示。接入網(wǎng)與用戶側(cè)的接口是用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI），用于支持多業(yè)務(wù)接入；與業(yè)務(wù)節(jié)點（SN）的接口是業(yè)務(wù)節(jié)點接口（SNI），用于連接交換機(jī)；與電信管理網(wǎng)（TMN）之間的接口是管理接口（Q3），用于TMN 對接入網(wǎng)的管理。  　　ITU-T開發(fā)和規(guī)范了兩個綜合接入V接口（V5.1和V5.2），它們是專為接入網(wǎng)設(shè)計的，作為開放的標(biāo)準(zhǔn)，降低了接入網(wǎng)的成本，打破了光纖接入的壟斷。從1998年開始，不具備V5接口的交換機(jī)將不被使用。目前接入網(wǎng)與業(yè)務(wù)節(jié)點：PSTN、 CATV 、ATM 等分別有各自的SNI接口，如V5.1 和V5.2支持PSTN，VB5支持ATM寬帶接入等，未來的接入網(wǎng)與業(yè)務(wù)節(jié)點的接口僅有一個SNI接口。 3 接入網(wǎng)的技術(shù)特點  　　接入網(wǎng)無交換功能，通過V5接口與交換設(shè)備相連，采用ATM以支持多業(yè)務(wù)接入，除接入交換業(yè)務(wù)外，還可接入數(shù)據(jù)、視像、租用等綜合業(yè)務(wù)。  　　接入網(wǎng)的網(wǎng)徑較小，由于只連接本地交換機(jī)和用戶，傳輸距離比核心網(wǎng)小得多，一般為幾千米到十幾千米；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與用戶所處的地形有關(guān)，一般沿街道鋪設(shè)，線路施工難度較大；業(yè)務(wù)量密度低，經(jīng)濟(jì)效益差，愿意投資者不多；接入網(wǎng)缺乏規(guī)模經(jīng)濟(jì)，成本較高，核心網(wǎng)的成本至少由上千萬用戶來分擔(dān)，而接入網(wǎng)的用戶接入線往往是個別用戶專用，接入網(wǎng)的建設(shè)費用占全網(wǎng)總費用的一半以上；接入網(wǎng)的成本差異較大，有的差10倍以上，核心網(wǎng)中每個用戶需分擔(dān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施成本相同，而接入網(wǎng)需要覆蓋所有類型的用戶（市區(qū)、郊區(qū)等），接入線長度也不同；接入網(wǎng)的技術(shù)演進(jìn)比較遲緩，核心網(wǎng)的交換和傳輸設(shè)備在過去的幾十年，經(jīng)歷了幾代更新，而傳統(tǒng)的接入網(wǎng)技術(shù)已使用了約一個世紀(jì)，現(xiàn)在才開始變化。  　　總之，接入網(wǎng)的電信設(shè)施專用、分散獨立、使用率較低，主要以硬件和模擬技術(shù)為主，一般在室外不可控，運行環(huán)境惡劣。而核心網(wǎng)電信設(shè)施共享，高度綜合集成，環(huán)境可控，使用率高；以數(shù)字技術(shù)、軟件、新技術(shù)為主，技術(shù)演進(jìn)迅速，成本也在下降。兩者在物理、技術(shù)、和經(jīng)濟(jì)上都處于完全不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境。 4 光纖接入網(wǎng)  　　接入網(wǎng)應(yīng)保證任何人，在任何地點都能及時、可靠地接入各種業(yè)務(wù)，要求語音業(yè)務(wù)不間斷、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可靠、圖像業(yè)務(wù)實時性好。因此寬帶化、光纖化是接入網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。 4.1 光纖接入網(wǎng)簡介  　　光纖接入網(wǎng)（OAN）是以光纖作為主要傳輸媒質(zhì)，實現(xiàn)接入網(wǎng)功能的技術(shù)。光纖容量大、速率高、損耗小，因此OAN具有帶寬寬、傳輸質(zhì)量好、不需要中繼器、市場看好等優(yōu)點。OAN 包括光線路終端（OLT）、光配線網(wǎng)（ODN）、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）和適配模塊（AF）等。  　　根據(jù)光纖深入用戶的程度，OAN有FTTX（X=B大樓，C路邊，Z小區(qū)，H家）等應(yīng)用類型，即光纖到“X”，其中FTTH是最理想的光纖接入方式。  　　OAN按室外傳輸是否有源，可分為無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）和有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）。PON 易于擴(kuò)容和展開業(yè)務(wù)，維修費用低，初期投資也不高，但對光器件要求較高，需較復(fù)雜的多址接入?yún)f(xié)議，在實現(xiàn)雙向通信時，需解決不同地點、不同長度信號的傳輸損耗、時延和同步等問題。  　　PON中有代表性的是A-PON（ATM-PON）和E-PON（Ethernet PON）。A-PON是基于ATM的無源光網(wǎng)絡(luò)，即在PON上實現(xiàn)基于ATM信元的傳輸，可用于寬帶綜合業(yè)務(wù)接入。E-PON是用無源光網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的以太網(wǎng)接入，它是在吉比特以太網(wǎng)大量涌現(xiàn)，10吉比特以太網(wǎng)漸成為主流的情況下，由Alloptic公司提出的。 4.2 A-PON的技術(shù)特點和應(yīng)用  　　A-PON兼有ATM和PON的特點，與傳統(tǒng)窄帶PON相比，具有很好的性能價格比；它以光纖為共享媒質(zhì)，無有源器件，組網(wǎng)方式為樹型，是點到多點的無源光分配網(wǎng)（ODN）；作為純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，具有波長透明性；由于基于ATM的集中和統(tǒng)計復(fù)用技術(shù)，可服務(wù)于更多的用戶；A-PON還具有ATM的高速分組技術(shù)和QoS管理，有成熟的技術(shù)保證，能很好地與ATM主干段互通；A-PON的標(biāo)準(zhǔn)化程度很高，使大規(guī)模生產(chǎn)和降低成本成為可能。但由于A-PON對視頻傳輸帶寬有限，標(biāo)準(zhǔn)不適合本地環(huán)。  　　A-PON 作為分布式ATM接入復(fù)用器，可用于商用寫字樓；作為綜合業(yè)務(wù)接入網(wǎng)系統(tǒng)，可用于信息化小區(qū)；作為傳輸平臺，可用于基站與中心站/基站集中器互連；作為數(shù)字回傳平臺，可實現(xiàn)HFC滲透。 4.3 E-PON的技術(shù)特點  　　E-PON上行為用戶共享的吉比特/10吉比特每秒信道，下行可廣播到各個DNU。通道層用以太網(wǎng)幀來承載，幀長最大可達(dá)1518字節(jié)。  　　E-PON兼有以太網(wǎng)和PON的特點，容量較大（Gbit/s級），可提供各種寬帶網(wǎng)絡(luò)接口；傳輸距離可達(dá)20km；成本低、帶寬高；與現(xiàn)有的以太網(wǎng)802.3完全兼容。但由于以太網(wǎng)的時延較大，E-PON還需解決語音時延的問題。目前E-PON技術(shù)還不夠成熟，重要的是實現(xiàn)QoS時，價格優(yōu)勢將喪失。 5 光接入未形成時的寬帶解決方案  　　光纖接入是未來的發(fā)展主流，但由于價格和技術(shù)等因素，在光接入未形成時，主要采用xDSL和Cable Modem 等技術(shù)，來滿足寬帶和窄帶的接入要求。 5.1 xDSL技術(shù)  　　xDSL技術(shù)（x=A,H,S,V）是用數(shù)字技術(shù)對現(xiàn)有的模擬電話用戶線進(jìn)行改造，使之承載寬帶業(yè)務(wù)。其中ADSL （非對稱式）應(yīng)用較多。xDSL在保證原POTS業(yè)務(wù)的前提下，不需改動原有的銅纜設(shè)施，就能提供寬帶業(yè)務(wù)，可實現(xiàn)專線接入和Internet 寬帶接入；它的傳輸媒質(zhì)覆蓋范圍廣，能充分利用已有的基礎(chǔ)設(shè)施；施工周期短，但成本稍高。  　　xDSL不需改變中心局交換軟件，可提高雙絞線上的數(shù)字傳輸速率和傳輸質(zhì)量，并提供不同配置的用戶端接口；對電話網(wǎng)的改造升級，比CATV網(wǎng)更容易，投資也低；DSL已有一些標(biāo)準(zhǔn)，并被眾多廠商支持和使用，新的衍生技術(shù)有望降低DSL的推廣成本。 5.2 Cable Modem技術(shù)  　　Cable Modem技術(shù)是利用現(xiàn)有的有線電視（CATV）網(wǎng)，以Cable（同軸電纜）或HFC網(wǎng)絡(luò)作為傳輸通道，進(jìn)行的寬帶接入改造。它的上行速率為10Mbit/s，下行速率為27~56Mbit/s。它集Modem、調(diào)諧器、加/解密設(shè)備、橋接器、網(wǎng)絡(luò)接口卡、SNMP代理和以太網(wǎng)集線器的功能于一體，無需撥號上網(wǎng)，不占用電話線，只需對某個傳輸頻帶進(jìn)行調(diào)制解調(diào)，只占用有線電視系統(tǒng)可用頻譜的一小部分，上網(wǎng)時，不影響看電視和打電話。  　　Cable Modem將數(shù)、模傳輸融為一體，既能支持目前的模擬與數(shù)字服務(wù)，又能平滑地過渡到今后的FTTH和全數(shù)字化，其最大優(yōu)勢是寬帶接入費用明顯低于xDSL等的接入費用。因此通過CATV網(wǎng)提供語音服務(wù)，已成為極具前景的發(fā)展方向，是最佳的三網(wǎng)合一接入方案。  　　Cable Modem也存在一些問題。原有的CATV網(wǎng)只能傳送單向數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行大規(guī)模改造才能提供快速的Internet接入、普通電話、VOD、遠(yuǎn)程教學(xué)等雙向業(yè)務(wù)；它主要鋪設(shè)在住宅小區(qū)，不如市話的雙絞線覆蓋范圍廣。此外，CATV網(wǎng)作為共享型網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)傳送基于廣播機(jī)制，通信安全性不高，而且當(dāng)共享用戶數(shù)量增多時，會降低每個用戶的可用帶寬。  　　目前Cable Modem已進(jìn)入試行階段，全球較著名的Cable Modem系統(tǒng)試驗已有數(shù)十個，Cable Modem系統(tǒng)服務(wù)已進(jìn)入活躍的試用階段，在北美應(yīng)用最為廣泛，我國部分城市的有線電視臺也已開始利用CATV網(wǎng)為用戶提供寬帶服務(wù)。 5.3 Gbit/s以太網(wǎng)接入  　　Gbit/s以太網(wǎng)是一種新型的高速以太網(wǎng)。它采用與傳統(tǒng)的10Mbit/s、100Mbit/s以太網(wǎng)相同的CSMA/CD協(xié)議、幀格式和幀長，用戶接入速度只受限于光的接入速度，可提供高達(dá)1Gbit/s的通信帶寬，可在原有的10Mbit/s、100Mbit/s基礎(chǔ)上，平滑、連續(xù)地升級，最大限度地保護(hù)用戶已有的投資；它具備可支持新應(yīng)用和新數(shù)據(jù)類型的能力，總體開銷較低，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計靈活，可提供內(nèi)部局域網(wǎng)通信。但需要重新布線，對環(huán)境有要求，設(shè)備安裝和維護(hù)困難，費用較高，大方向上不符合“三網(wǎng)融合”的趨勢。 6 接入網(wǎng)的發(fā)展前景  　　接入網(wǎng)市場規(guī)模大，技術(shù)競爭激烈，發(fā)展較快，由于對多種因素敏感，目前還沒有一種絕對主導(dǎo)的技術(shù)，窄帶接入仍處于主要地位。從長遠(yuǎn)來講，寬帶化是接入網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢，光纖接入網(wǎng)是未來的發(fā)展主流，F(xiàn)TTH是最終目標(biāo)，以ATM無源光網(wǎng)絡(luò)代表接入網(wǎng)的發(fā)展方向，無線接入由于其組網(wǎng)方便、使用靈活、成本低等特點，也將占有一席之地。 6.1 寬帶化是接入網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢  　　多媒體和Internet等新型業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，要求低成本、高質(zhì)量的寬帶解決方案。接入網(wǎng)作為最靠近用戶的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，須同時支持圖像、數(shù)據(jù)、語音等各類業(yè)務(wù)；核心網(wǎng)已逐步寬帶化，接入網(wǎng)也只有寬帶化才能充分利用核心網(wǎng)的巨大帶寬資源，滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求。據(jù)了解，128kbit/s的接入速率能滿足80%左右的業(yè)務(wù)需求；2Mbit/s的接入速率能滿足90%左右的業(yè)務(wù)需求；10Mbit/s的接入速率能滿足92%左右的業(yè)務(wù)需求，未來的寬帶業(yè)務(wù)信息速率最高可達(dá)幾百兆比特每秒（高清晰度電視 150Mbit/s）。因此寬帶化是接入網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢。 6.2 光纖接入網(wǎng)是未來的發(fā)展主流，F(xiàn)TTH是最終目標(biāo)  　　光纖具有容量大、質(zhì)量高、性能穩(wěn)定、防電磁干擾、保密性強(qiáng)等優(yōu)點，而光纖接入網(wǎng)的高性能、寬帶寬，最能適應(yīng)未來的寬帶接入發(fā)展方向，最終目標(biāo)是以FTTH實現(xiàn)的全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)。  　　FTTH為純光纖接入，由于光纖價格、用戶需求和市場等原因，F(xiàn)TTH仍然是一個長期任務(wù)，分階段、有步驟地向FTTH演進(jìn)，是接入網(wǎng)未來的發(fā)展方向。  　　FTTH的普及將在2005年以后，目前光纖接入主要應(yīng)用于城域網(wǎng)的主干層和接入層，或直接到大、中型企事業(yè)用戶，其中無源接入主要是ATM-PON，由于基于ATM，成本較高；有源接入主要是基于SDH，適用于大企業(yè)集團(tuán)用戶。 6.3 ATM無源光網(wǎng)絡(luò)（A-PON）代表接入網(wǎng)的發(fā)展方向  　　與有源光網(wǎng)絡(luò)和銅線網(wǎng)絡(luò)相比，A-PON 更簡單、更可靠，并易于維護(hù)，特別是當(dāng)FTTH大量使用時，有源器件和電源備份系統(tǒng)將從室外轉(zhuǎn)移到室內(nèi)，維護(hù)成本也會降低，最終會使運營者和用戶雙方受益。  　　與E-PON相比，APON已經(jīng)營了近10年，有明顯綜合技術(shù)優(yōu)勢，標(biāo)準(zhǔn)化工作已基本完成，設(shè)備研制正在進(jìn)行，QoS正是強(qiáng)項。  　　A-PON既能提供傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，又能提供先進(jìn)的多媒體業(yè)務(wù)寬帶平臺。人們普遍認(rèn)為，A-PON 是寬帶綜合接入中最有效的方式，但目前離最終的商用還有一段距離。  參 考 文 獻(xiàn) [1] 韋樂平 . 接入網(wǎng) . 北京：人民郵電出版社，1997 [2] 紀(jì)越峰 . 綜合業(yè)務(wù)接入技術(shù) . 北京：北京郵電大學(xué)出版社，1999 [3] Azzam A, Ransorn N . Broadband Access Technologies . NewYork: McGraw-Hill, 1999 [4] Gillespie A . Broadband Access Technology, Interfaces, and Management . Norwood, MA: Artech House, 2001    

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