寬帶接入網(wǎng)技術(shù)及發(fā)展前景

摘要本文簡(jiǎn)要介紹了寬帶接入網(wǎng)的有關(guān)概念和特點(diǎn)，論述了光纖接入網(wǎng)，以及光纖接入未形成時(shí)的xDSL和CableModem等寬帶接入技術(shù)，最后討論了寬帶接入網(wǎng)未來(lái)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(lèi)窄帶和寬帶、實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)、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(yǔ)音、數(shù)據(jù)和活動(dòng)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(gè)通信網(wǎng)進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸，競(jìng)爭(zhēng)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)（AccessNetwork,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(shí)施系統(tǒng)。它直接面向用戶和業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，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(wú)線等。 　　接入網(wǎng)分為有線接入、無(wú)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(wú)線接入包括固定無(wú)線接入和移動(dòng)無(wú)線接入；綜合接入是有線和無(wú)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(yǔ)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(diǎn)（SN）的接口是業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)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(duì)接入網(wǎng)的管理。 　　ITU-T開(kāi)發(fā)和規(guī)范了兩個(gè)綜合接入V接口（V5.1和V5.2），它們是專(zhuān)為接入網(wǎng)設(shè)計(jì)的，作為開(kāi)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(kāi)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(diǎn)：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(lái)的接入網(wǎng)與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)的接口僅有一個(gè)SNI接口。 3接入網(wǎng)的技術(shù)特點(diǎn) 　　接入網(wǎng)無(wú)交換功能，通過(guò)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(wàn)用戶來(lái)分擔(dān)，而接入網(wǎng)的用戶接入線往往是個(gè)別用戶專(zhuān)用，接入網(wǎng)的建設(shè)費(fèi)用占全網(wǎng)總費(fèi)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(gè)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(lèi)型的用戶（市區(qū)、郊區(qū)等），接入線長(zhǎng)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(guò)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(gè)世紀(jì)，現(xiàn)在才開(kāi)始變化。 　　總之，接入網(wǎng)的電信設(shè)施專(zhuān)用、分散獨(dú)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(yùn)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(diǎn)都能及時(shí)、可靠地接入各種業(yè)務(wù)，要求語(yǔ)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(shí)時(shí)性好。因此寬帶化、光纖化是接入網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 4.1光纖接入網(wǎng)簡(jiǎn)介 　　光纖接入網(wǎng)（OAN）是以光纖作為主要傳輸媒質(zhì)，實(shí)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(chǎng)看好等優(yōu)點(diǎn)。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(lèi)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(wú)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(kāi)業(yè)務(wù)，維修費(fèi)用低，初期投資也不高，但對(duì)光器件要求較高，需較復(fù)雜的多址接入?yún)f(xié)議，在實(shí)現(xiàn)雙向通信時(shí)，需解決不同地點(diǎn)、不同長(zhǎng)度信號(hào)的傳輸損耗、時(shí)延和同步等問(wèn)題。 　　PON中有代表性的是A-PON（ATM-PON）和E-PON（EthernetPON）。A-PON是基于ATM的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，即在PON上實(shí)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(wú)源光網(wǎng)絡(luò)實(shí)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。 4.2A-PON的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用 　　A-PON兼有ATM和PON的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)窄帶PON相比，具有很好的性能價(jià)格比；它以光纖為共享媒質(zhì)，無(wú)有源器件，組網(wǎng)方式為樹(shù)型，是點(diǎn)到多點(diǎn)的無(wú)源光分配網(wǎng)（ODN）；作為純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，具有波長(zhǎng)透明性；由于基于ATM的集中和統(tǒng)計(jì)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(duì)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(xiě)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(tái)，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(tái)，可實(shí)現(xiàn)HFC滲透。 4.3E-PON的技術(shù)特點(diǎn) 　　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(gè)DNU。通道層用以太網(wǎng)幀來(lái)承載，幀長(zhǎng)最大可達(dá)1518字節(jié)。 　　E-PON兼有以太網(wǎng)和PON的特點(diǎn)，容量較大（Gbit/s級(jí)），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(shí)延較大，E-PON還需解決語(yǔ)音時(shí)延的問(wèn)題。目前E-PON技術(shù)還不夠成熟，重要的是實(shí)現(xiàn)QoS時(shí)，價(jià)格優(yōu)勢(shì)將喪失。 5光接入未形成時(shí)的寬帶解決方案 　　光纖接入是未來(lái)的發(fā)展主流，但由于價(jià)格和技術(shù)等因素，在光接入未形成時(shí)，主要采用xDSL和CableModem等技術(shù)，來(lái)滿足寬帶和窄帶的接入要求。 5.1xDSL技術(shù) 　　xDSL技術(shù)（x=A,H,S,V）是用數(shù)字技術(shù)對(duì)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(duì)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(dòng)原有的銅纜設(shè)施，就能提供寬帶業(yè)務(wù)，可實(shí)現(xiàn)專(zhuān)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(duì)電話網(wǎng)的改造升級(jí)，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。5.2CableModem技術(shù) 　　CableModem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(wú)需撥號(hào)上網(wǎng)，不占用電話線，只需對(duì)某個(gè)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(shí)，不影響看電視和打電話。 　　CableModem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(guò)渡到今后的FTTH和全數(shù)字化，其最大優(yōu)勢(shì)是寬帶接入費(fèi)用明顯低于xDSL等的接入費(fèi)用。因此通過(guò)CATV網(wǎng)提供語(yǔ)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。 　　CableModem也存在一些問(wèn)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(shí)，會(huì)降低每個(gè)用戶的可用帶寬。 　　目前CableModem已進(jìn)入試行階段，全球較著名的CableModem系統(tǒng)試驗(yàn)已有數(shù)十個(gè)，CableModem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(guó)部分城市的有線電視臺(tái)也已開(kāi)始利用CATV網(wǎng)為用戶提供寬帶服務(wù)。 5.3Gbit/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(zhǎng)，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(jí)，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(lèi)型的能力，總體開(kāi)銷(xiāo)較低，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)靈活，可提供內(nèi)部局域網(wǎng)通信。但需要重新布線，對(duì)環(huán)境有要求，設(shè)備安裝和維護(hù)困難，費(fèi)用較高，大方向上不符合“三網(wǎng)融合”的趨勢(shì)。 6接入網(wǎng)的發(fā)展前景 　　接入網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模大，技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)激烈，發(fā)展較快，由于對(duì)多種因素敏感，目前還沒(méi)有一種絕對(duì)主導(dǎo)的技術(shù)，窄帶接入仍處于主要地位。從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)講，寬帶化是接入網(wǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)，光纖接入網(wǎng)是未來(lái)的發(fā)展主流，F(xiàn)TTH是最終目標(biāo)，以ATM無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)代表接入網(wǎng)的發(fā)展方向，無(wú)線接入由于其組網(wǎng)方便、使用靈活、成本低等特點(diǎn)，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(shì) 　　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(shí)支持圖像、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音等各類(lèi)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(zhǎng)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(lái)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(shì)。 6.2光纖接入網(wǎng)是未來(lái)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(diǎn)，而光纖接入網(wǎng)的高性能、寬帶寬，最能適應(yīng)未來(lái)的寬帶接入發(fā)展方向，最終目標(biāo)是以FTTH實(shí)現(xiàn)的全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)。 　　FTTH為純光纖接入，由于光纖價(jià)格、用戶需求和市場(chǎng)等原因，F(xiàn)TTH仍然是一個(gè)長(zhǎng)期任務(wù)，分階段、有步驟地向FTTH演進(jìn)，是接入網(wǎng)未來(lái)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(wú)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。 6.3ATM無(wú)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(jiǎn)單、更可靠，并易于維護(hù)，特別是當(dāng)FTTH大量使用時(shí)，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(huì)降低，最終會(huì)使運(yùn)營(yíng)者和用戶雙方受益。 　　與E-PON相比，APON已經(jīng)營(yíng)了近10年，有明顯綜合技術(shù)優(yōu)勢(shì)，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(xiàng)。 　　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(tái)。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(lè)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]AzzamA,RansornN.BroadbandAccessTechnologies.NewYork:McGraw-Hill,1999 [4]GillespieA.BroadbandAccessTechnology,Interfaces,andManagement.Norwood,MA:ArtechHouse,2001

關(guān)鍵詞： 寬帶接入