第八章接入网

第8章接入网本章内容：接入网的概述xDSL技术光接入网无线接入技术其他接入技术宽带接入业务本章重点：接入网的概念和特点ADSL技术EPON和GPON技术8.1接入网概述从整个电信网的角度讲，可以将全网划分为公用网和用户驻地网（CustomerPremisesNetworkCPN）两大块，其中CPN属用户所有，因而，通常意义的电信网指的是公用电信网部分。公用电信网又可以划分为长途网（长途端局以上部分）、中继网（长途端局与市话局之间以及市话局与市话局之间的部分）和接入网（市话局至用户之间的部分）三部分。长途网和中继网合并称为核心网。相对于核心网，接入网介于本地交换机和用户之间，主要完成使用户接入到核心网的任务，接入网由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间一系列传送设备组成。图8-1描述了接入网在电信网中的位置。

8.1接入网概述8.1接入网概述所谓接入网是指骨干网络到用户终端之间的所有设备。其长度一般为几百米到几公里，因而被形象地称为“最后一公里”。8.1接入网概述根据G.902建议和我国的接入网体制的定义，接入网是由业务节点接口（SNI）和相关用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（包括线路设备和传输设备等）组成的，为传送电信业务提供所需承载能力的系统，可经Q3接口进行配置和管理。因此，接入网所覆盖的范围可由三个接口界定，即网络侧经由SNI与业务节点（SN）相连，用户侧由UNI与用户相连，管理方面则经Q3接口与电信管理网（TMN）相连。8.1接入网概述接入网（AccessNetwork）电信管理网业务节点接入网IP接入网根据IP接入的特殊性，ITU-T对IP接入网定义是：在IP用户和IP业务提供者（ISP）之间提供对IP业务的接入能力所需的网络实体的集合。这里网络实体是指具有特定能力的包括软硬件在内的一个子系统。IP接入网需要提供IP接入传送功能、IP接入功能和IP接入网系统管理功能。IP接入功能是指ISP的动态选择、网络地址翻译、授权认证、计费等。接入网的特点业务量密度低。利用率不到1%相对成本高成本差异大成本与业务量无关运行环境恶劣技术变化慢8.2xDSL技术8.2.1xDSL技术概述1．DSL技术DSL(DigitalSubscriberLine)是基于普通电话线为传输介质的点对点传输技术。2．xDSL技术的分类它包括ADSL、HDSL、VDSL、SDSL和RADSL等。它们主要的区别就是体现在信号传输速度和距离的不同以及上行速率和下行速率对称性的不同这两个方面。ADSL（非对称用户数字线）HDSL（高速用户数字线）VDSL（超高速用户数字线）SDSL（对称数字用户线路,标准版HDSL）RADSL（速率自适应数字用户线路）8.2.2ADSL技术ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine，非对称数字用户环路）是一种新的数据传输方式。它因为上行（用户到电信服务提供商方向，如上传动作）和下行（从电信服务提供商到用户的方向，如下载动作）带宽不对称（即上行和下行的速率不相同）因此称为非对称数字用户线环路。它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，从而避免了相互之间的干扰。即使边打电话边上网，也不会发生上网速率和通话质量下降的情况。它能够在普通电话线上提供高达8Mb/s的下行速率和1Mb/s上行速率，传输距离达3km～5km。ADSL所支持的主要业务是：Internet高速接入服务；多种宽带多媒体服务；提供点对点的远地可视会议、远程医疗、远程教学等服务。用户线对增容技术1.基本原理双绞线双绞线分线盒交接箱分线盒交接箱用户端局局端机局端机远端机远端机话机话机话机话机公用电话网模拟口由交换机来的PCM2线信号首先转换成内部的4线信号，再经回波消除器处理并分离成语音信号和信令。然后，解码。控制电路对定时和控制信号进行处理，并建立与局端机的通信连接。最后，由两个相同的用户接口电路完成A/D和D/A转换、4/2线转换、摘机/挂机信号检测、振铃信号检测以及话机接口电路等功能。整个远端机的电源有局端机通过双绞线远供。由交换机两个终端口来的模拟信号首先由两个交换接口中的检测器分离成语音信号和振铃信号。语音信号经2/4线转换和A/D变换成为标准64kbit/s信号，进入线路接口中的数字网络接口电路进行线路编码，再经回波消除器和4/2线转换成标准线路传输信号经双绞线送给远端机。控制电路产生和接收定时信号和控制信号，并通过线路接口建立与远端机的通信。xDSL技术连接图ADSL线路信号的频分复用8.2.3VDSL技术在ADSL基础上发展起来的VDSL，可在很短距离的双绞铜线上传送比ADSL更高速的数据，其最大的下行速率为51～55Mbit/s，传输线长度不超过300m；当下行速率在13Mbit/s以下时，传输距离可达1.5km，上行速率则为1.6Mbit/s以上。数字信号处理技术简化，成本显著降低。VDSLVDSL（Very-high-bit-rateDigitalSubscriberloop）甚高速数字用户环路，简单地说，VDSL就是ADSL的快速版本。使用VDSL，短距离内的最大下传速率可达55Mbps，上传速率可达19.2Mbps，甚至更高（不同厂家的芯片组，支持的速度不同。同一厂家的芯片组，使用的频段不同，提供的速度也不同。不同厂家的VDSL不能实现互通，导致了VDSL不能大规模商业应用，新一代的VDSL2实现了互通，为VDSL大规模商业应用提供了条件。

8.3光接入网1．光接入网的概念所谓光接入网（OpticalAccessNetwork，OAN）就是采用光纤传输技术的接入网，泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。OAN指采用基带数字传输技术并以传输双向交互式业务为目的的接入传输系统，支持传输宽带广播式和交互式业务。8.3光接入网光纤接入网分类无源光网络(PON：PassiveOpticalNetwork)ATM的PON（APON）基于以太网的PON（EPON）。有源光网络(AON：ActiveOpticalNetwork)基于SDH的AON基于PDH的AON光纤接入网的特点AON采用光分路器分路;PON采用电复用器分路带宽宽网络的可升级性能好双向传输接入简单、费用少2．光接入网应用类型按照ONU在光接入网中所处的具体位置不同，可以将OAN划分为三种基本不同的应用类型8.3.2PON技术1．PON技术概述无源光网络（PON）技术有APON、EPON、GPON等。APON（ATMPassiveOpticalNetwork）是指基于ATM的PON技术，EPON（EthernetPassiveOpticalNetwork）是指基于以太网的PON技术，GPON（Gigabit-CapablePassiveOpticalNetwork）是吉比特的PON技术。（1）APON技术ITU-T于1996年6月通过了第一个有关PON的国际建议G.982，其主要目标是对2Mbit/s以下接入速率的窄带PON系统进行定义。1996年，由13家大型网络运营商同它们的主要设备供应商组成了FSAN（FullServiceAccessNetwork）联盟，其目标是要为PON设备定义一个通用的标准。FSAN联盟制定了一个155Mbit/s的PON系统技术规范，它采用ATM作为传输协议，故被称为APON，1999年被ITU-T采纳成为ITU-TG.983系列标准，这是第一个PON的国际标准。随着网络业务种类和流量的迅速发展，APON标准后来得到了加强，可支持622Mbit/s的传输速率，同时加上了动态带宽分配、保护等功能，能提供以太网接入、视频发送、高速租用线路等业务。2001年年底，FSAN将APON改名为BPON，意为宽带的PON，以避免人们产生APON只能提供ATM业务的误解。（2）EPON技术2000年12月，IEEE成立了802.3EFM（EthernetintheFirstMile）研究组，开始致力于开发可广泛应用于接入网市场的以太网协议标准，与此相应的，业界有21个网络设备制造商发起成立了EFMA（EthernetintheFirstMileAlliance），提出了EPON技术标准。EFM标准IEEE802.3ah在2004年6月批准通过。（3）GPON技术2001年FSAN联盟也开始了进行1Gbit/s以上速率的PON标准研究，GPON最早由FSAN于2002年9月提出，ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-TG.984.1和G.984.2的制定，2004年6月完成了G.984.3的标准化。最终形成了GPON的标准族。2．EPON/GPON技术的比较（1）网络结构GPON和EPON都采用点到多点拓扑结构的无源光接入技术，由局端的OLT（光线路终端）、用户侧的ONU（光网络单元）以及分光器组成，其典型结构为树形结构。（2）封装格式EPON和GPON最大的区别是业务数据封装格式不同。EPON在以太网之上提供多种业务，业务数据封装成以太网帧后经由PON传输；GPON能将任何类型和任何速率的业务以ATM信元或GEM（GPON的成帧格式）帧格式统一封装后经由PON传输，GEM帧长度可变，提高了传输效率，因此能更简单、通用、高效地支持全业务。（3）带宽EPON可以提供上、下行对称的1.25Gbit/s的带宽，并且随着以太网技术的发展可以升级到10Gbit/s；GPON提供1.244Gbit/s和2.488Gbit/s的下行速率和所有标准的上行速率。（4）传输距离GPON和EPON的传输距离都可达20km。2．EPON/GPON技术的比较（5）分光比EPON支持的分光比最大可达64；GPON支持的分光比最大可达128。（6）带宽分配和服务质量（QoS）EPON和GPON都具有对带宽分配和QoS的一套完整的体系。可以对每个用户进行带宽分配，并保证每个用户的QoS。（7）技术和设备复杂性EPON的相对成本低，维护简单，容易扩展，易于升级。EPON在传输途中不需电源，没有电子部件，因此容易铺设，长期运营成本和管理成本的节省很大；EPON系统对局端资源占用很少，模块化程度高，系统初期投入低，扩展容易。GPON的技术相对复杂，设备成本较高。GPON具有QoS保障的多业务和强大的操作维护管理能力等，这在很大程度上是以技术和设备的复杂性为代价换来的，从而使得相关设备成本较高。8.4无线接入技术8.4.1无线接入技术概述1．无线接入的概念和分类无线接入是指在交换节点到用户终端之间的传输线路上，部分或全部采用了无线传输方式，其采用的技术主要包括微蜂窝技术、蜂窝技术、微波点对多点技术和卫星通信技术。由于技术无需敷设有线传输媒质，具有很大的灵活性，不断出现的新技术使其在接入网中的地位和作用正日益加强，是有线接入技术的不可或缺的补充。8.4无线接入技术无线接入技术又分为固定无线接入（FWA）移动无线接入无线接入系统的结构及功能无线基站基站控制器交换机用户单元无线基站用户单元网络接口用户接口………空中接口…双绞线光纤数字微波移动终端移动终端操作维护中心8.4.2本地多点分配业务1．LMDS的概念LMDS属于无线固定接入手段，是在近年来逐渐发展起来的一种工作于10GHz以上频段的，宽带无线点对多点接入技术。所谓“本地”是指单个基站所能够覆盖的范围，LMDS因为受工作频率电波传播特性的限制，单个基站在城市环境中所覆盖的半径通常小于5km；“多点”是指信号由基站到用户端是以点对多点的广播方式传送的，而信号由用户端到基站则是以点对点的方式传送；“分配”是指基站将发出的信号（可能同时包括话音、数据及Internet、视频业务）分别分配至各个用户；“业务”是指系统运营者与用户之间的业务提供与使用关系，即用户从LMDS网络所能得到的业务完全取决于运营者对业务的选择。LMDS的优点包括：（1）频带宽，可用频谱往往达到1GHz以上；（2）采用点对多点微波传输；（3）可支持双向话音、数据及视频图像等多种业务；（4）可支持从64kbit/s到2Mbit/s，甚至高达155Mbit/s的用户接入速率；（5）具有很高的可靠性，被称为是一种“无线光纤”技术。LMDS的主要缺点是：覆盖区范围有限且存在来自其他小区的同信道干扰。因为系统要求工作在高频段，所以即使发射机和接收机位置固定，交通工具和周围环境（如树叶、降雨）也会造成信号衰落。2．LMDS系统的组成一个完善的LMDS网络是由基础骨干网络、基站、用户端设备以及网管系统4部分组成，如图8-10所示。图8-10LMDS系统组成方框图8.4.3无线局域网1．WLAN的基本概念（1）WLAN的概念无线局域网络(WirelessLocalAreaNetworks；WLAN)是相当便利的数据传输系统，它利用射频(RadioFrequency；RF)的技术，取代旧式碍手碍脚的双绞铜线(Coaxial)所构成的局域网络。按其传输设计方式，大致可分为三大类：窄频微波(NarrowbandMicrowave)技术展频(SpreadSpectrum)技术及红外线(Infrared)技术（2）无线局域网标准（IEEE802.11）及Wi-Fi联盟IEEE802.11系列标准是国际电工电子工程学会（IEEE）为无线局域网络制定的标准。该系列标准主要针对WLAN的媒体访问控制层（MAC）和物理层。IEEE802.11委员会只制定标准。Wi-Fi联盟通过对加盟厂商的WLAN兼容产品进行品牌认证，以改善基于IEEE802.11标准的无线网络产品之间的互通性。通常人们将使用IEEE802.11系列标准的网络称为Wi-Fi。（3）我国无线局域网的安全标准（WAPI）及WAPI联盟考虑到Wi-Fi产品的安全因素及国内业界的经济利益，我国提出了一个完全自主知识产权的无线局域网标准安全协议，就是无线局域网鉴别和保密基础结构（WLANAuthenticationandPrivacyInfrastructure，WAPI）。WAPI协议是针对IEEE802.11标准中的有线等效保密（WiredEquivalentPrivacy，WEP）协议的安全问题，充分考虑了各种应用模式而制定的新的安全机制。与Wi-Fi联盟类似，国内业界的企业成立WAPI联盟以推行WAPI产品的兼容认证。2．WLAN系列标准（1）IEEE802.11系列标准IEEE802.11系列标准主要区别在于物理层不同，IEEE802.11系列标准主要技术指标比较见表8-1。表8-1 IEEE802.11系列标准主要技术指标比较IEEE802.11系列标准的安全协议

（2）IEEE802.11系列标准的安全协议

除原IEEE802.11标准中的WEP安全协议和我国提出的WAPI协议，IEEE进一步提出了新一代WLAN安全标准IEEE802.11i。WPA（Wi-FiProtectedAccess，Wi-Fi保护访问）和WPA2是“Wi-Fi联盟”制定的基于IEEE802.11i标准的安全加密方式。WEP标准将被WAP/WAP2逐步取代。3．无线局域网的拓扑结构无线局域网的拓扑结构可归结为两类：无中心也叫对等式（PeertoPeer）拓扑和有中心（Hub-Based）拓扑。（1）无中心拓扑无中心拓扑的网络如图8-11所示，又称Adhoc网络，或自组织网络、无固定设施网络等。无中心拓扑的网络要求网络中任意两个站点均可直接通信，通信时，可由其他用户终端进行数据的转发。采用这种拓扑结构的网络一般使用公用广播信道，各站点都可竞争公用信道。图8-11无中心拓扑这种结构的优点是网络抗毁性好、建网容易、且费用较低。但当网中用户数（站点数）过多时，信道竞争成为限制网络性能的要害。并且为了满足任意两个站点可直接通信的要求，网络站点布局受环境限制较大。因此，这种网络拓扑结构适用于用户数相对较少的情况。（2）有中心拓扑在有中心拓扑结构中，要求一个无线站点充当中心站，所有站点对网络的访问均由其控制。有中心拓扑的网络如图8-12所示，一个基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本BSS以内都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信时，都要通过本BSS的基站。基本服务集内的基站叫作接入点AP（AccessPoint），它就是中心站。一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个主干分配系统DS（DistributionSystem），然后再接入到另一个基本服务集，构成扩展的服务集ESS（ExtendedServiceSet）。图8-12有中心拓扑8.5其他接入技术8.5.1HFC技术HFC（HybridFiber-Coax）是指采用光纤传输系统与同轴电缆分配网相结合的宽带传输平台。随着技术的发展，HFC网特指利用混合光纤同轴来进行宽带数字通信的CATV网络。与传统的CATV网相比，HFC网络结构无论从物理上还是逻辑拓扑上都有重要变化。HFC网中的光纤节点位置与电话网中的远端节点相对应。光纤节点到用户端的CableModem之间是传统CATV网的同轴电缆分配网络。CableModem连接电话、电视机和电脑等。HFC系统如图8-13所示。图8-13HFC系统示意图HFC可以提供宽带上网业务，但在用户侧需要配置电缆调制解调器（CableModem，CM，或称线缆调制解调器）。CableModem通常至少有两个接口，一个用来接墙上的有线电视端口，另一个与计算机相连。通过CableModem系统，用户可在有线电视网络内实现Internet访问、IP电话、视频会议、视频点播、远程教育、网络游戏等功能。CableModem的传输速度一般可达3～50Mbit/s，距离可以是100km甚至更远。8.5.2电力线接入技术电力线通信技术（PowerLineCommunication，PLC）是指利用电力线传输数据和话音信号的一种通信方式，终端用户只需要插上电源插头，就可以实现网络接入。PLC的基本原理是指利用电网低压线路实现数据、语音、图像等多媒体业务信号的高速传输，把数据信号加载于电力线进行传输，接收端的调制解调器再把信号从电流中解调出来，并传送到计算机等终端设备，以实现信息的传递。8.6宽带接入业务1．ADSL业务2．FTTx业务3．WLAN业务1．ADSL业务ADSL业务可提供最大上行1Mbit/s，下行12Mbit/s的数据速率，可同时上网和打电话。目前，根据用户需求，运营商可提供下行1Mbit/s、2Mbit/s、4Mbit/s和8Mbit/s的带宽。ADSL业务又分为固定IP上网方式和PPPOE（虚拟拨号）上网方式两种。前者的资费要高于后者。固定IP上网方式：只需一次设好IP地址、子网掩码、DNS与网关后即可24小时在线。非常适合网吧等商业用户及中小企业使用。由于用户拥有固定或真实的IP，可以相对方便地向Internet上的其他用户提供信息服务。PPPOE（虚拟拨号）上网方式：用配备的ADSL拨号软件输入账号、密码、通过身份验证后，获得一个动态的IP地址，即可上网。适合家庭用户和小型企业使用。虚拟拨号上网分住宅用户与商业用户两种业务。2．FTTx业务目前FTTx业务主要有两种实施方案：FTTB+LAN和FTTH。FTTB+LAN是利用数字宽带技术，光纤直接到楼内机房，再通过LAN的形式连接到各个用户。F