网络的最后一公里

本文格式为Word版，下载可任意编辑——网络的最后一公里如何解决最终一公里的接入是所要面临的最大问题。

接入；DWDM；无源光纤网络；带宽；以太网

今天，我们已经能十分成功地跨越一个国家传输数据——事实上，也是跨越世界。由于光纤制造和放大技术的进步，距离将不再是问题。同时，DWDM（密集波分多路复用）技术的不断进步意味着横贯大陆的（或横贯海洋的）光纤将提供接近无穷的容量。然而实际的挑战在于最终一公里——即从你的家或办公室到公用网的距离。也即是寻常所说的第五代光网络。这个挑战就是要寻求一些解决方案，能既经济又足够有力和灵活地将数据从城市中的某一个房间转移到你的寝室或办公室中。可惜的是，现在没有一项技术能完全达到这个目标。它们都缺少一些实质的因素。高速铜缆技术表面上能使用已经安装好的铜缆线路设备进行较快的配置，但装好的线路寻常不适用于高速传输，每个用户的最高性能甚至只有2Mbit/s左右。在铜缆不能使用的地方，供给商寻常使用宽带无线技术，它能达到十分高的数据比特率，但往往以距离为代价，并受天气状况的影响。

1.网络运营商正面临的挑战

本地网络所面临的动态变化与城域网或长途网络所面临的变化不大一致。在网络的核心处，容量占主导地位，但在网络的外围，基础网络的建设费用，设备、材料的价格占主导地位。试想一下假如设备能够省下铺设一条新光缆的费用（这个工程很简单达到上亿元），那么设备的费用就真正地可以忽落了。那么所有的问题都集中在增加每根光纤的容量。然而城市或地区网络的状况又不尽一致，由于网络运营商要将网络扩展到家庭附近，必然就出现好多的设备为并不多的用户服务，此时设备的单元费用也就变的极其重要。在不同网络之间不仅设备费用发生变化，带宽间隔、提供的设备接口和网络覆盖距离都发生变化，如下图：

不同网络设备的要求

骨干网络将一个地区的几百万用户连接在一起以处理十分大组块的容量。就运营商预计的各种业务级别而言，他们一般期望最小运行容量在160到320个波长之间。但是由于业务达到了网络的边缘，这些需求开始急剧下降。由于用户较少，城域核心网只运行在32个波长到64个波长之间，而在城域接入网运营商只期望16个波长。

类似地，这些网络的接口容量和提供服务类型方面也很不一样。长途网处理十分大的业务流量，其范围从10Gbit/s到40Gbit/s。这种状况十分适用于起始波长为2.5Gbit/s的DWDM。但是由于业务达到了网络的边缘，这些需求开始急剧下降。由于用户较少，城域核心网支持的业务容量降到2.5到10Gbit/s之间，城域接入网容量则降到2.5Gbit/s以下。

对于单个家庭的用户并不能从波长的容量中得到好处。例如，一个五口之家，在繁重的状况下使用网络，即使是使用网络的好多状态，你发现两人在收看高品质视频电视所需带宽是20Mbit/s（目前没有使用数字电视信号的地方还无法实现），一人在浏览网页所需带宽是5Mbit/s，两人在玩游戏所需带宽是4Mbit/s，加上后台文件传输的20Mbit/s，一个家庭的使用带宽也不会达到50Mbit/s。相对而言，今天一个波长名义上可以传送2.5Gbit/s的容量，是用户所需容量的几十倍。

在本地接入中，接口和服务的类型也大不一致。对于典型的数据需求，用户必需能接入一个以太网的网络；对于语音需求，用户必需能接入一个T1或T3的网络。在特别状况下，为了能接入一个存储区域网络（SAN）或实现高速主机的连通性，他们可能需要处理光纤信道业务。那么，所面临的挑战就是提供相应的设备以适用所有不同的业务需求。到那时，在长途网或城域网上传输的业务只不过是比特的一个序列而已。

长途传输所要求的大距离使得这些系统所能达到范围变得十分关键。长途传输在使用放大器前寻常能达到80公里。城域网系统则大不一致。一个像上海这样的大城市也只有几百平方公里。放大器是需要的，但并不是紧要的。由于大部分的使用者居住在中心局周边的几公里内，接入网中的放大器是浪费金钱。

2.今天的最终一公里

今天的住宅接入网和企业接入网是明天网络的关键。直到高速本地接入就位，用户才能从新的消遣和商业服务中产生业务需求，这种需求将继续推动公用网的发展。企业接入网和住宅接入网面临的挑战各不一致。

让我们从企业接入网开始讲起。今天的商业建筑面临的主要是接入问题。大多数建筑（75%）缺乏任何一种光纤接入。更甚者，那些有光纤接入的建筑一般也是从SONET骨干网上获取服务。SONET十分适用于语音通信，但其严格的层次结构使它不适合处理性质不断改变的企业数据业务。运营商不再浪费他们骨干网上的容量来承载比最小的STS-1帧还小的帧。

今天的商业通信可以用多种不同方式铺设线路如下图。大型建筑或校园可以在其地下室安置一个SONETATM，并将语音PBX路由器和ATM交换机连接到ADM的端口。具有更小配置的ADM可以放置在中心局，在那里它们与数字交错互连器（DCS）相连。DCS将有一套端口连接到电话交换机上，从那里再连接到外界设备上，这条线路最终将作为一个数字连接而中止，就像T1线路中止于CUS/DUS或复用器一样。同时，另一套DCS端口将从DCS连到路由器和ATM交换机，从那里再连接到外界设备上，这些设备又将与建筑中的网络基础设施相连。在那一点，另一个复用器或CSU/DSU将终止该连接。

商用的最终一公里

住宅网络则大不一致。家庭通过铜缆线路连接到电话网络上，这条线路将终止于一个ADM（增减多路复用）。对有线电视网络的接入则是通过接到家庭中的同轴电缆。电视信号通过同轴设备传送到另一端，在那里它们被分开出来并恢复相应的内容。

企业和家庭这两个市场都在发展，RBOCs和CLECs主要通过数字线路（DSL）提供高速的数据接入。由于DSL有大量不同的类型，其最高速度很难预计，而且其性能取决于线路的状况。异步DSL（ADSL）作为最广泛配置的DSL技术，下行到用户的速度理论上可以达到8.192Mbit/s，上行到网络供给商的速度达到768Kbit/s。实际上，它寻常达到的最高性能远底于这个数字。这些数字比起光速可能少得可怜，但请记住，ADSL不需要新的线路，这才是关键。新设备将是另一个问题，一个ADSL调制解调器典型地是从计算机中接受以太网信号，并将其转化为ATM信元或HDLC帧，并送入ADSL线路的上行信道。在运营商端，一个DSLAM或DSL接入复用器从线路上接收DSL信号，并将其送入数据或语音网络中。DSLAM还接收输入信号并通过较快的下行信道将其送到用户家中。如下图所示：

配置了DSL的家庭

通过新兴的VDSL（较高数据速率数字用户线路）规范可以实现更高的速率。理论上VDSL最大下行速率将达到52Mbit/s，在线路上以对称的26Mbit/s速度达到300米的距离。

但是两种DSL实现所存在的最大问题是使它们工作在它们的标称速度上。现实世界的线路条件（如桥式分接头和延伸线）影响着DSL的速度。速率是自适用的，当与DSLAM之间的距离增加时，DSL的性能会下降。此外VDSL还产生了它自己分摊的问题，例如干扰问题。假如将VDSL线路散布在地面上，它就好比一根天线，会把发送或接收的能量转化为业余无线电波段。防止这种干扰会进一步限制线路距离。另一个问题是客户端房屋设备的设计。对系统管理性、可靠性、调整限制和移动性的关注使人们爱好像ADSL和ISDN这样的方案，其中该设备带有供电装置，并能像集线器一样运行。可以在这种集线器中插入多个设备来得到对VDSL链路的接入，这十分像一个LAN。

然而对费用的考虑使人们偏爱低廉的、无源的网络接口，这种方式通过类似局域网的方式将VDSL接口安装于客户设备和上行复用器中。在这里，费用是相当重要的，由于位于路边的VDSL装置只服务于少数用户，而这些装置（例如光纤链路、接口和设备机架）的费用由用户分摊，因此，VDSL相对于ADSL而言费用要少得多，但ADSL的DSLAM可以安装于CO（通信中心）中，并且可以服务更多用户。

ADSL的理论上行线路和实际上行线路性能比较

ADSL的理论下行线路和实际下行线路性能比较

为了使用户能够节省费用，目前大部分运营商都采取这样的措施，无需将光纤引入每个家庭，只是通过光纤代替部分同轴电缆并在每一端使用独立的电缆引线就能解决这些问题。使用这些新设备可以每500个到2000个家庭设置一个光纤节点，并利用同轴电缆从节点分支到每个家庭。每个节点的功能就相当于以太网交换机，将每组家庭连接到以太网络中。通过这样的设置，每个光纤节点分派到一定的上行通路。设置了以太网址的电缆调制解调器被安装到每个家庭中。调制解调器从一个端点取得以太网数据，将这些信号调制到载波频率上，然后送到电缆网络，无论何种以太网络，接入到网络时都是需要调整的。数据通过上行线路达到头端，在那里解调信号并接入网络。当头端向调制解调器输送数据时，其过程是类似的。

追求效率的今天，电缆调制解调器技术面临着挑战。需要高速接入的商业通信，在用户猛增的时候，每个用户可用的带宽将减少并极不稳定。

假如没有现成的光纤基础设施并且铜缆基础设施不适用于DSL，那该怎么办﹖他们可以使用固定无线技术，扩频、LMDS（本地多点分派系统）和MMDS（多点多通道分派系统）都提供了无线的、更优于调制解调器的速度。这些无线网络和有线网络一样，其结构要么是两个设备共享带宽的点到点连接，要么是网络中用户共享带宽的点到点连接。所不同的是其工作频率、吞吐量和范围。

和光网络一样，无线网络工作在一定的波长范围内。当然光网络使用光纤的容量，无线网络使用无线电频谱的容量。这个频谱被分割并再细分成以频率定义的波段。一些波段无需执照，另一些波段则需要特别的执照才能在其上工作。

扩频网络工作在大约2.5GHz的、无需执照的波段上。这类产品多数被使用一致频率的、基于IEEE802.11标准的无线LAN采用。尽管这些设备理论上可以达到11Mbit/s，但实际的性能要低得多，使用半径达8公里的蜂窝技术最高可以达到6Mbit/s的速度，然后这个容量还要以每个用户256Kbit/s的性能在用户中共享。

MMDS由于使用在2.1GHz到2.7GHz间的、需要执照的频带，因而具有更好的性能。执照持有者可以独占72MHz或36Mbit/s的理论带宽，每个蜂窝的半径达到45公里。但是系统容量必需在蜂窝的使用者中共享。早期设备声称其最高性能能达到下行5Mbit/s，上行256Kbit/s（尽管512Kbit/s~1Mbit/s是更典型的下行性能），并以一定的价格提供应普通用户或商业用户。

流行的MMDS实现要求视野内可见的线路；用户家中的天线必需能“看到〞中心站，这就限制了它在某些地区的使用。MMDS的改进使被称为准视距线路的通信成为可能，允许其PEERAROUND。

只有使用能以高频率运行的技术，才能达到光速。LMDS使用以27.5GHz和31.5GHz运行的、需要执照的技术。为用户提供更大的空间。

3.明天的最终一公里

铜缆调制解调器和宽带无线通过相近的术语DSL为宽带数据提供了可行的临时通道。由于业务需求增加，需要新的技术。甚至像VDSL一样能利用现存的铜缆提供很高数据速率的技术，也必需找到一种解决方案，既能使设备接近用户，又能足够经济地达到其最大性能。光设备厂商通过三条途径来提供这新的最终一公里。一些厂商在接入网中使用城域核心网的WDM技术。专有的WDM方案将光纤扩展到用户家中，然后在不同波长上承载不同业务。。更突出的是无源光纤网络（PON），它通过消除主动的（或有源的）器件而达到更低费用。当然，PON要求安装光纤设备。现在只有少量用户已经做到光纤到家庭。设备安装对企业来说不成问题，由于据估计，75%的用户集中在光纤末尾一公里内。自由空间光通信（FSO）则试图以无线网络提供类似于光网络的技术，它通过大气可以达