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2022-01-21 22:07:12
寬帶接入網技術及發展前景
2022-01-21 22:07:12 來源: 《中國數據通信》
摘要 本文簡要介紹了寬帶接入網的有關概念和特點，論述了光纖接入網，以及光纖接入未形成時的xDSL和Cable Modem等寬帶接入技術，最后討論了寬帶接入網未來的發展前景。 關鍵詞 寬帶 接入網 光纖接入 1 引言 現代通信網包括核心網和接入網。核心網正在頻繁地更換新技術，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，尤其是多媒體業務，最終成為數字化、智能化、寬帶化和光纖化的網絡；而接入網做為語音、數據和活動圖像等全業務綜合的主要部分和必經之路，仍是以銅纜雙絞線為主（90%以上）的原始模擬系統，兩者技術上存在較大反差。接入網已成為制約整個通信網進一步發展的瓶頸，競爭已從核心網轉向接入網。 2 接入網有關概念 接入網（Access Network, AN）是連接核心網與用戶或用戶駐地網的橋梁，是本地交換機到用戶終端的實施系統。它直接面向用戶和業務節點，提供電話、視像和多媒體等業務，完成傳輸、復用和交叉連接的功能，相關接口是交換機和用戶終端設備，傳輸介質有雙絞線、光纖、同軸電纜、無線等。 接入網分為有線接入、無線接入和綜合接入。有線接入包括銅線接入網、光纖接入網、混合光纖/同軸電纜接入網（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，主要用于傳輸多媒體和數據；2Mbit/s以下的為窄帶接入，用于傳輸語音。 接入網的接口，也稱為定界，如圖1所示。接入網與用戶側的接口是用戶網絡接口（UNI），用于支持多業務接入；與業務節點（SN）的接口是業務節點接口（SNI），用于連接交換機；與電信管理網（TMN）之間的接口是管理接口（Q3），用于TMN 對接入網的管理。 ITU-T開發和規范了兩個綜合接入V接口（V5.1和V5.2），它們是專為接入網設計的，作為開放的標準，降低了接入網的成本，打破了光纖接入的壟斷。從1998年開始，不具備V5接口的交換機將不被使用。目前接入網與業務節點：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，未來的接入網與業務節點的接口僅有一個SNI接口。 3 接入網的技術特點 接入網無交換功能，通過V5接口與交換設備相連，采用ATM以支持多業務接入，除接入交換業務外，還可接入數據、視像、租用等綜合業務。 接入網的網徑較小，由于只連接本地交換機和用戶，傳輸距離比核心網小得多，一般為幾千米到十幾千米；網絡結構與用戶所處的地形有關，一般沿街道鋪設，線路施工難度較大；業務量密度低，經濟效益差，愿意投資者不多；接入網缺乏規模經濟，成本較高，核心網的成本至少由上千萬用戶來分擔，而接入網的用戶接入線往往是個別用戶專用，接入網的建設費用占全網總費用的一半以上；接入網的成本差異較大，有的差10倍以上，核心網中每個用戶需分擔的網絡設施成本相同，而接入網需要覆蓋所有類型的用戶（市區、郊區等），接入線長度也不同；接入網的技術演進比較遲緩，核心網的交換和傳輸設備在過去的幾十年，經歷了幾代更新，而傳統的接入網技術已使用了約一個世紀，現在才開始變化。 總之，接入網的電信設施專用、分散獨立、使用率較低，主要以硬件和模擬技術為主，一般在室外不可控，運行環境惡劣。而核心網電信設施共享，高度綜合集成，環境可控，使用率高；以數字技術、軟件、新技術為主，技術演進迅速，成本也在下降。兩者在物理、技術、和經濟上都處于完全不同的網絡應用環境。 4 光纖接入網 接入網應保證任何人，在任何地點都能及時、可靠地接入各種業務，要求語音業務不間斷、數據業務可靠、圖像業務實時性好。因此寬帶化、光纖化是接入網發展的必然趨勢。 4.1 光纖接入網簡介 光纖接入網（OAN）是以光纖作為主要傳輸媒質，實現接入網功能的技術。光纖容量大、速率高、損耗小，因此OAN具有帶寬寬、傳輸質量好、不需要中繼器、市場看好等優點。OAN 包括光線路終端（OLT）、光配線網（ODN）、光網絡單元（ONU）和適配模塊（AF）等。 根據光纖深入用戶的程度，OAN有FTTX（X=B大樓，C路邊，Z小區，H家）等應用類型，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，可分為無源光網絡（PON）和有源光網絡（AON）。PON 易于擴容和展開業務，維修費用低，初期投資也不高，但對光器件要求較高，需較復雜的多址接入協議，在實現雙向通信時，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的無源光網絡，即在PON上實現基于ATM信元的傳輸，可用于寬帶綜合業務接入。E-PON是用無源光網絡實現的以太網接入，它是在吉比特以太網大量涌現，10吉比特以太網漸成為主流的情況下，由Alloptic公司提出的。 4.2 A-PON的技術特點和應用 A-PON兼有ATM和PON的特點，與傳統窄帶PON相比，具有很好的性能價格比；它以光纖為共享媒質，無有源器件，組網方式為樹型，是點到多點的無源光分配網（ODN）；作為純介質網絡，具有波長透明性；由于基于ATM的集中和統計復用技術，可服務于更多的用戶；A-PON還具有ATM的高速分組技術和QoS管理，有成熟的技術保證，能很好地與ATM主干段互通；A-PON的標準化程度很高，使大規模生產和降低成本成為可能。但由于A-PON對視頻傳輸帶寬有限，標準不適合本地環。 A-PON 作為分布式ATM接入復用器，可用于商用寫字樓；作為綜合業務接入網系統，可用于信息化小區；作為傳輸平臺，可用于基站與中心站/基站集中器互連；作為數字回傳平臺，可實現HFC滲透。 4.3 E-PON的技術特點 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。通道層用以太網幀來承載，幀長最大可達1518字節。 E-PON兼有以太網和PON的特點，容量較大（Gbit/s級），可提供各種寬帶網絡接口；傳輸距離可達20km；成本低、帶寬高；與現有的以太網802.3完全兼容。但由于以太網的時延較大，E-PON還需解決語音時延的問題。目前E-PON技術還不夠成熟，重要的是實現QoS時，價格優勢將喪失。 5 光接入未形成時的寬帶解決方案 光纖接入是未來的發展主流，但由于價格和技術等因素，在光接入未形成時，主要采用xDSL和Cable Modem 等技術，來滿足寬帶和窄帶的接入要求。 5.1 xDSL技術 xDSL技術（x=A,H,S,V）是用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造，使之承載寬帶業務。其中ADSL （非對稱式）應用較多。xDSL在保證原POTS業務的前提下，不需改動原有的銅纜設施，就能提供寬帶業務，可實現專線接入和Internet 寬帶接入；它的傳輸媒質覆蓋范圍廣，能充分利用已有的基礎設施；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字傳輸速率和傳輸質量，并提供不同配置的用戶端接口；對電話網的改造升級，比CATV網更容易，投資也低；DSL已有一些標準，并被眾多廠商支持和使用，新的衍生技術有望降低DSL的推廣成本。 5.2 Cable Modem技術 Cable Modem技術是利用現有的有線電視（CATV）網，以Cable（同軸電纜）或HFC網絡作為傳輸通道，進行的寬帶接入改造。它的上行速率為10Mbit/s，下行速率為27~56Mbit/s。它集Modem、調諧器、加/解密設備、橋接器、網絡接口卡、SNMP代理和以太網集線器的功能于一體，無需撥號上網，不占用電話線，只需對某個傳輸頻帶進行調制解調，只占用有線電視系統可用頻譜的一小部分，上網時，不影響看電視和打電話。 Cable Modem將數、模傳輸融為一體，既能支持目前的模擬與數字服務，又能平滑地過渡到今后的FTTH和全數字化，其最大優勢是寬帶接入費用明顯低于xDSL等的接入費用。因此通過CATV網提供語音服務，已成為極具前景的發展方向，是最佳的三網合一接入方案。 Cable Modem也存在一些問題。原有的CATV網只能傳送單向數據，需要進行大規模改造才能提供快速的Internet接入、普通電話、VOD、遠程教學等雙向業務；它主要鋪設在住宅小區，不如市話的雙絞線覆蓋范圍廣。此外，CATV網作為共享型網絡，數據傳送基于廣播機制，通信安全性不高，而且當共享用戶數量增多時，會降低每個用戶的可用帶寬。 目前Cable Modem已進入試行階段，全球較著名的Cable Modem系統試驗已有數十個，Cable Modem系統服務已進入活躍的試用階段，在北美應用最為廣泛，我國部分城市的有線電視臺也已開始利用CATV網為用戶提供寬帶服務。 5.3 Gbit/s以太網接入 Gbit/s以太網是一種新型的高速以太網。它采用與傳統的10Mbit/s、100Mbit/s以太網相同的CSMA/CD協議、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1Gbit/s的通信帶寬，可在原有的10Mbit/s、100Mbit/s基礎上，平滑、連續地升級，最大限度地保護用戶已有的投資；它具備可支持新應用和新數據類型的能力，總體開銷較低，網絡設計靈活，可提供內部局域網通信。但需要重新布線，對環境有要求，設備安裝和維護困難，費用較高，大方向上不符合“三網融合”的趨勢。 6 接入網的發展前景 接入網市場規模大，技術競爭激烈，發展較快，由于對多種因素敏感，目前還沒有一種絕對主導的技術，窄帶接入仍處于主要地位。從長遠來講，寬帶化是接入網發展的必然趨勢，光纖接入網是未來的發展主流，FTTH是最終目標，以ATM無源光網絡代表接入網的發展方向，無線接入由于其組網方便、使用靈活、成本低等特點，也將占有一席之地。 6.1 寬帶化是接入網發展的必然趨勢 多媒體和Internet等新型業務的迅速發展，要求低成本、高質量的寬帶解決方案。接入網作為最靠近用戶的基礎網絡，須同時支持圖像、數據、語音等各類業務；核心網已逐步寬帶化，接入網也只有寬帶化才能充分利用核心網的巨大帶寬資源，滿足日益增長的業務需求。據了解，128kbit/s的接入速率能滿足80%左右的業務需求；2Mbit/s的接入速率能滿足90%左右的業務需求；10Mbit/s的接入速率能滿足92%左右的業務需求，未來的寬帶業務信息速率最高可達幾百兆比特每秒（高清晰度電視 150Mbit/s）。因此寬帶化是接入網發展的必然趨勢。 6.2 光纖接入網是未來的發展主流，FTTH是最終目標 光纖具有容量大、質量高、性能穩定、防電磁干擾、保密性強等優點，而光纖接入網的高性能、寬帶寬，最能適應未來的寬帶接入發展方向，最終目標是以FTTH實現的全業務接入網。 FTTH為純光纖接入，由于光纖價格、用戶需求和市場等原因，FTTH仍然是一個長期任務，分階段、有步驟地向FTTH演進，是接入網未來的發展方向。 FTTH的普及將在2005年以后，目前光纖接入主要應用于城域網的主干層和接入層，或直接到大、中型企事業用戶，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，適用于大企業集團用戶。 6.3 ATM無源光網絡（A-PON）代表接入網的發展方向 與有源光網絡和銅線網絡相比，A-PON 更簡單、更可靠，并易于維護，特別是當FTTH大量使用時，有源器件和電源備份系統將從室外轉移到室內，維護成本也會降低，最終會使運營者和用戶雙方受益。 與E-PON相比，APON已經營了近10年，有明顯綜合技術優勢，標準化工作已基本完成，設備研制正在進行，QoS正是強項。 A-PON既能提供傳統業務，又能提供先進的多媒體業務寬帶平臺。人們普遍認為，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 [1] 韋樂平 . 接入網 . 北京：人民郵電出版社，1997 [2] 紀越峰 . 綜合業務接入技術 . 北京：北京郵電大學出版社，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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