宽带网络接入技术的发展现状成果趋势分析.doc

宽带网络接入技术的发展、现状、成果、趋势宽带网络接入技术的发展、现状、成果、趋势1、接入技术的发展现状电信网发展到今天，正在进入一个新的转折点，展现了宽带化、IP化以及业务融合化的趋势。电信网宽带化首当其冲的就是接入网的宽带化，然而由于种种原因，接入网的宽带化将是电信网宽带化最难实现的部分。接入网可由三个接口界定，即网络侧经由SNI与业务节点相连，用户侧由UNI与用户相连，管理方面则经Q接口与电信管理网（TMN）相连。接入网的引入给通信网带来新的变革，使整个通信网络结构发生了根本的变化。接入网的重要特征可以归纳为如下几点：（1） 接入网对于所接入的业务提供承载能力，实现业务的透明传送。（2）接入网对用户信令是透明的，除了一些用户信令格式转换外，信令和业务处理的功能依然在业务节点中。（3） 接入网的引入不应限制现有的各种接入类型和业务，接入网应通过有限的标准化的接口与业务节点相连。（4） 接入网有独立于业务节点的网络管理系统，该系统通过标准化的接口连接TMN，TMN实施对接入网的操作、维护和管理。传统的用户接入同采用的是钢缆，80年代中后期因具有Z接口的光纤环路载波系统（SLC）以及远端交换模RSU的实用化，使光纤传输设备引入到接入网领域，但这些都不是真正意义上的接入网设备。到90年代中期，先进的VS接口光接入系统问世，才进入接入网的正式发展阶段。VS接口可实现不同厂家接入网设备与交换机的互通，接入网具有较强的业务支持能力，除支持PSTN、 ISDN业务外，还支持 N X 64kbS、 64kbS以下各类速率、Internet、X25、CATV等业务。到1998年8月初，全国建设规模已近270万线，超过世界其它国家。此外电信部门还积极推进公众多媒体通信接入系统，并正在试验先进的ATM接入和VOD系统。1.1有线接入技术有线接入技术包括：基于双绞线的ADSL技术、基于HFC网（光纤和同轴电缆混合网）的Cable Modem技术、基于五类线的以太网接入技术以及光纤接入技术。(1)基于双绞线的ADSL技术 非对称数字用户线系统（ADSL）是充分利用现有电话网络的双绞线资源，实现高速、高带宽的数据接入的一种技术。ADSL是DSL的一种非对称版本，它采用FDM（频分复用）技术和DMT调制技术，在保证不影响正常电话使用的前提下，利用原有的电话双绞线进行高速数据传输。(2)基于HFC网的Cable Modem技术 基于HFC网（光纤和同轴电缆混合网）的Cable Modem技术是宽带接入技术中最先成熟和进入市场的，其巨大的带宽和相对经济性使其对有线电视网络公司和新成立的电信公司很具吸引力。Cable Modem的通信和普通Modem一样，是数据信号在模拟信道上交互传输的过程，但也存在差异，普通Modem的传输介质在用户与访问服务器之间是独立的，即用户独享传输介质，而Cable Modem的传输介质是HFC网，将数据信号调制到某个传输带宽与有线电视信号共享介质；另外，Cable Modem的结构较普通Modem复杂，它由调制解调器、调谐器、加/解密模块、桥接器、网络接口卡、以太网集线器等组成，它无须拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线连接的全天候服务。(3)基于五类线的以太网接入技术 从二十世纪八十年代开始以太网就成为最普遍采用的网络技术，根据IDC的统计，以太网的端口数约为所有网络端口数的85%。1998年以太网卡的销售是4800万端口，而令牌网、FDDI网和ATM等网卡的销售量总共才是500万端口，只是整个销售量的10%。而以太网的这种优势仍然有继续保持下去的势头。传统以太网技术不属于接入网范畴，而属于用户驻地网（CPN）领域。然而其应用领域却正在向包括接入网在内的其它公用网领域扩展。历史上，对于企事业用户，以太网技术一直是最流行的方法，利用以太网作为接入手段的主要原因是：（1）以太网已有巨大的网络基础和长期的经验知识；（2）目前所有流行的操作系统和应用都与以太网兼容；（3）性能价格比好、可扩展性强、容易安装开通以及可靠性高；（4）以太网接入方式与IP网很适应，同时以太网技术已有重大突破，容量分为10/100/1000Mb/s三级，可按需升级，10Gb/s以太网系统也即将问世。1.2无线接入技术传统的窄带无线接入是速率小于2Mbit/s的接入，可以提供话音和低速数据业务，上端一般连接PSTN交换机。在众多窄带无线接入技术中，空中接口采用PHS制式的无线市话系统得到的应用最多，规模也最大。从2003年开始，SCDMA制式的无线接入应用也呈上升趋势，特别是在我国广大农村电信服务中被广泛推荐使用。与传统的仅提供窄带话音业务的无线接入技术不同，宽带无线接入技术（BWA）源于Internet的发展和对宽带IP数据业务的不断增长，主要面向的是IP数据业务。宽带无线接入方式的主流技术除包括已经发展成熟的3.5GHz、5.8GHz固定无线接入和本地多点分配系统（LMDS）等传统的固定宽带无线接入技术外，也包括新兴的IEEE802.16固定/移动宽带无线接入技术。随着宽带技术的发展，宽带无线接入系统的传输能力在不断增强，空中接口也更加开放，被逐步成为缺乏本地网资源的新兴运营商争夺市场份额的有效手段。 在固定宽带无线接入网中，3.5GHz的固定无线接入网络在全球部署得最多。由于其工作频段低，传播特性好，覆盖范围大，受到了运营商们的普遍青睐。而LMDS尽管工作频率较高（26GHz），可用的频率较多，带宽也宽，但由于要求视距传播且高频段无线传输容易受降雨的影响，限制了传输的距离，同时，在网络规划时对基站和远端站的选址要求也比较高等等，因此对它的应用远不如3.5GHz固定无线接入网广泛。 对于5.8GHz频段，实际上大量使用的依然是点对点的扩频微波设备，用以解决2M传输的问题。但由于该频段有很多非通信设备在使用，如雷达、无线电定位设备等等，存在着潜在的干扰，因此对5.8GHz固定无线接入设备的应用也不够广泛。 目前被广泛关注并被逐步应用的是IEEE提出的802.16技术。这是一种新兴的宽带无线接入技术，主要用于城域网，有固定、游牧、便携、简单移动和自由移动五类业务应用场景。随着802.16技术从固定无线接入发展到移动无线接入，其应用的场景也会从固定接入发展到自由移动。802.16技术具有较高的频谱利用率和传输速率，非常适合提供宽带上网和移动视频业务1，因此很有优势。无线局域网（WLAN）也是一种被广泛关注和应用的无线接入技术，是在有线局域网技术的基础上发展起来的，亦属于局域网技术。该技术改变了人们利用有线接入Internet的模式，摆脱了线缆的束缚，工作在2.4GHz免许可频段和5GHz频段。由于免许可频段受到功率以及局域网本身定位的限制，因而WLAN主要在室内近距离使用，覆盖范围一般在100m以内，面向个人用户，为低速移动用户提供IP数据业务。 2、宽带接入网的主要功能和窄带接入网相同，宽带接入网是连接至用户住宅的经营者业务节点的全部设施。和窄带接入网不同的是，窄带业务网与基础网联系十分紧密，基础网与业务网统一考虑规划建设，主要业务节点与网络节点经常重合，接入网只承担接口和传输功能。考虑到宽带接入网应支持电路模式和分组模式的接入，宽带网络的业务节点与低层的网络基础设施完全脱离，上层与下层完全是主从关系，有清晰的分层结构。根据宽带网络的业务节点与低层的网络基础设施完全脱离的情况，宽带网的业务节点不一定设在本地，甚至可能不在本国。考虑到ITU-T Y.1231建议（草案），仍沿用窄带接入网的定义，将业务节点接口到用户网络接口间的全部设施定义为接入网。宽带接入有可能需要建立跨越洋区连接。为了避免上述现象的发生，从实际考虑宽带接入网应限定在用户驻地网，到所连接的网络的网络节点之间的设施，网络节点可能是高端路由器或ATM交换机。宽带接入网的SNI应具有接入到多个网络节点的功能。宽带接入网的基本功能除保留窄带接入网的全部功能外，还应包括：（1）将来自用户的业务流传输、寻径和多路复用至核心网；（2）依据服务质量QoS将来自用户的业务流分类。区别带宽有保证和尽力而为的业务流；（3）执行服务质量QoS；（4）提供导航帮助和目录服务；（5）内容提供者的缓冲服务器；（6）执行MAC协议；（7）用户认证；（8）提供用于调用的管理。3、 接入网的宽带化趋势近年来，固网运营商来自话音、纯宽带业务收入的增幅在不断下降，不能适应竞争和需求的变化，因此，需要从纯数据、话音的单业务运营模式向应用、视频、语音、数据相结合的多业务运营模式迈进，以留住和吸引更多的用户。为了顺应业务发展的这一要求，未来接入技术的宽带化、接入承载的差异化和接入终端设备的可控化，将成为新一代宽带接入网的发展趋势和重要特征。3.1接入技术宽带化“宽带提速”是运营商必然的战略选择，不提速就无法开展频带更宽的业务，无法实现运营商战略目标的转移。因此，“宽带提速”将成为运营商长期面临的课题。例如从ADSL向ADSL2+以及未来VDSL2的升级，就是其中的一部分。而在这部分的解决方案中，无论采用哪种最新的DSL技术，都必须遵循缩短铜缆长度和提供更大的带宽的基本规律。为此，全球的主流运营商包括中国的固网运营商在内，都在计划或开始实施DSLAM物理位置下移的战略，努力做到“光进铜退”，最终实现FTTH。在这一进程中，FTTx与ADSL2+/VDSL2的结合将是长期和重要的工作内容。3.2接入网宽带化的三个发展方向3.2.1光纤接入光纤接入，尤其同有线电视结合，高速率、低成本特性且发展潜力巨大，资源丰富。光纤接入采用DWDM光波分复用技术，可把高达80个不同波长或数据信道复用在一个光束上，然后在一条光纤上传输。在一个每条信道传输2.5Gbps的系统，一条光纤每秒钟可传输200Gbps的信息。因此光纤接入网将是未来接入网的主流技术。有源光接入设备。目前应用的有源光纤接入设备，实现了光纤到路边或到大楼，用光纤替代了部分电缆，开通了大量的窄带数据业务，满足了社会各界对综合业务的需求，为接入网宽带化打下基础，但应用中存在如下问题：（1） 有源光节点收容5001000户的普通电话用户，将光节点建成了变相的交换机模块局，光节点以下普遍应用了较长的音频电缆，这些电缆难以适应定带业务。（2） 由于广电和电信两部门利益关系，有线电视及视频业务无法传送。（3） 大部分光节点采用小机房，配备了齐全的空调、机架、电源等辅助设备，增加了工程投资，使每线造价大大提高（高达2000元以上），在网络宽带化进程中，前期投入相当部分较难发挥作用。计算机局域网技术应用。为适应住宅小区宽带信息化小区建设，在光纤到楼的基础上采用计算机局域网接人用户的方式（FTTBLAN），利用光纤+5类线以太网交换技术，实现“千兆到小区、百兆到大楼、 十兆到家庭”，该宽带建设方案主要解决用户拔号上网速度太低的问题，可提供IP技术形成的多媒体业务，这种方案主要特征：在住宅小区建立千兆以太网交换机（ZAN设备），覆盖范围为以500m为半径的小区515幢多层住宅楼，200500户。在楼内设立二层以太网100Mbits交换机（BAN设备），BAN的覆盖范围为100m，1224户。FTTNLAN方式存在的问题：（1） 现有小区和楼道内重新增设安装一套线路，两套电信线路并存，并要同时维护，以至一个楼道内形成四套线络（电源、电视、电话双绞线、5类线）。（2） 500户小区需设小型机房，并应能适应无人值守，环境要求高，一个城市若设置数百个这样的机房和设备，其综合造价较大，运行维护复杂，且成本高，需要保证安全性、可靠性，不符合目前“大容量、少局所”的原则。（3） FTTNLAN适应了IP高速投入，却不适应全业务信息网络，不兼容现有传统电信业务，全业务网络需要解决：电信语音业务，机关、企业等小总机专线，虚拟网，数据业务（ISDN、DDN、IP、电子商务、无线寻呼等），实时交互式视频图像业务，模拟、数字广播电视业务。（4） 目前我国的信息业务仍是以电话业务为主，互联网业务尚在发展中。（5） 局域网设置在机关、企业、办公楼，可以利用这些部门的综合布线，除了对外交互数据外，大量的数据为本单位内部交换。而局域网设在住宅小区内，除了小区内的安保监控业务外，大量的交换业务需要在城域范围内交换，若将以太网交换机设置在局外，资源共享利用度不高。（6） IP网同样面临不断升级、改造的问题，现在的IP技术已经不是传统的IP技术。当前网络的时延、IP电话语音质量的不稳定。不同厂商之间的IP电话网关之间的互连、IP网络的服务质量等因素影响业务发展。（7） 以太网交换机，100 Mbits到小区、100Mbits到楼、10Mbits到户，长期看其带宽仍不足，10 Mits的带宽并不能解决多频道数字电视的传递，传输和交换设备均要改建。3.2.2无源光接入设备接入网发展最有前途的方案是采用无源光网络（PON），目前应用的传统无源光网络主要支持2Mbits（ E1）以下速率的业务，适应于电话和窄带ISDN，当采用2波长波分复用单纤传送，也可以传送有线电视和视频点播，目前窄带的PON尚存以下缺点：（1） 每个用户的带宽受到限制。（2） 广播式信号多路复用测量要求较高。（3） 造价还略高。（4） PON技术尚在发展之中，相关技术标准不断颁布（1996年ITU-T颁布了有关采用时分复用多址接入G.982协议，我国原邮电部1997年颁布了“基于无源光网络技术的光接入网”内部技术标准，1998年ITU-T颁布了有关ATMPON的G.983协议人）。ATM与IP之间相融合技术尚在发展中，全面采用ATM-PON尚得不到一致意见。2.2xDSL技术xDSL通过不对称传输，利用频分复用技术（或回波抵消技术）使上，下行信道分开，减小了串音的影响，从而实现信号的高速传送。xDSL在信号调制、数字相位平衡、回波抑制等方面采用了先进的器件和动态控制技术。其调制技术包括QAM（正交调幅），CAP（无载波幅度相位调制）和DMT（离散多音频）技术，其中DMT调制技术被ANSI标准化小组T1E1.4制订的国家标准所采用。但由于此项标准推出时间不长，目前仍有相当数量的xDSL产品采用QAM或CAP调制技术。xDSL技术能利用现有的市话铜线进行信号传输，其最高下行速率（从端局到用户）可达8Mbps，其最高上行速率（从用户到端局）可达1Mbps，传输距离最大可达45km。xDSL最大特点是无须改动现有铜缆网络设施就能提供视频点播、远程教学、可视电话、多媒体检索、LAN互连、Internet接入等业务。xDSL更为引人的地方是：它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备，减轻了电话交换机的负载，并且不需要拨号，属于专线上网方式。这意味着使用xDSL上网并不需要缴付另外的电话费。xDSL作为由窄带接入网到宽带接入网过渡的主流技术，近年在欧美等国发展迅猛，而我国有1.3亿用户线装机容量，xDSL潜在用户量巨大。为了适应互联网的发展，用xDSL替代普通电话Modem呼声渐高。用xDSL可以在局端将音频电话分离传递给交换机，而将上网数据联通至多媒体中心，可以享受1.58 Mbits下载速度，但是推广应用面临如下问题：（1） 经济性不好。目前 xDSL每线造价大于6000元，此造价与新建无源光纤点对多点复用相比已无优势可言。（2） 实用线路质量难以适应xDSL的高技术标准。若采用 ITUT标准的 G.lite经济性xDSL，最高速率1.5 Mbits，这种速率对传递MPEG标准的视频点播图像，带宽又显不足，更不能传送多频道有线电视。此传输质量毫无竞争能力。（3） xDSL的驱动功率较大（DMT技术高达1w），大驱动功率射频数据流使电缆线对间的申扰加大，这可能对其它低频通信设备造成干扰（据称仅有10的线路可用）。普通电话的48V馈电，高达近 90 V的铃流信号，用户摘机、挂机的脉冲，这些信号的谐波等噪音，普通市话线路存在的不平衡。反射。串音等（这不同于没有经过接续的出厂电缆），这一系列技术问题都将给xDSL推广造成困难。xDSL宣称的8Mbits传输速率在恶劣的噪声干扰下只有“自适应”降低速率和距离。3.2.3无线接入无线接入具有施工容易、建设周期短、方便灵活等特点，特别适合于广大农村地区和城市中有线难以覆盖的地区。“本地多点分布服务”（LMDS）将成为企业用户提供高带宽低价格无线接入服务的一种切实可行的选择。所谓“本地多点分布服务”是一种利用微波信号在27.5千兆赫到31千兆赫频带范围内以1千兆位每秒速度传输声音，视频和数据的无线技术。利用LMDS技术可节省铺设昂贵的光纤电缆的费用，比传统专用线可节约50到75的费用。不过，还有一种无线技术却鲜为人知，它就是自由空间光通信（FSO）技术。作为一种新的“宽带”选择，在国外它已经开始得到日益广泛的应用。FSO网络主要有3种拓扑结构：点到点、点到多点（星形）和网状，也可以把它们组合起来使用。FSO技术相对是简单的，相连的二个FSO 单位均由一个激光发射器和一个接收器所组成，以提供全双工能力。FSO一方通过将调制后的激光通过透镜发送，另一方的透镜接收后将信号经由光纤连至一个高敏感接收器加以解调。然而，FSO是一种视距宽带通讯技术，传输距离与信号质量的矛盾非常突出，当传输超过一定距离时（一般为几公里）波束就会变宽以致难以被接收点正确接收。目前，在1km以下才能获得最佳的效果和质量。多种因素影响其达到99.999%(五个9)的稳定性。 传输质量对天气非常敏感是FSO的另一个主要问题 。晴天对FSO传输质量的影响最小，而雨、雪和雾对传输质量的影响则较大。据测试，FSO受天气影响的衰减经验值分别为：晴天，5-15db/km、雨，2050db/km、雪，50150db/km、雾，50300db/km。国外为解决这个难题，一般会采用更高功率的激光器二极管、更先进的光学器件和多光束来解决。 再一个难题是在城市内，由于建筑物的阻隔、晃动将影响两个点之间的激光对准。对FSO来说，为了保证光传输链路的性能，光链路两端的对准（捕获）和保持（跟踪）至关重要。国外FSO公司多采用GPS（全球卫星定位系统）来连续进行监测和调整发射器和接收器的位置，使调校系统费用较为昂贵。3.3接入承载差异化要承载多业务，接入网面临的重要课题就是要能区别用户和业务，能实施不同的QoS策略，达到不同用户、不同业务服务的差异化。（1） 区别用户目前普遍采用的DHCPOption82、PPPoE+、VBAS等技术，是可以实现用户唯一标识的，但随着VLANStacking（802.1ad）技术的推广和使用，在解决VLAN资源不足问题的同时也能解决用户唯一标识的问题，因此这也是今后区别用户技术发展的方向。（2） 区别业务区别业务的信息和部位可以包括物理端口、MAC地址、以太网类型、源/目的IP地址、IP协议类型和源/目的TCP/UDP端口，甚至包括应用层协议。业务标识在二层网络中可以采用IEEE802.1DUserPriority，在三层网络中采用IPTOS/DSCP等。（3） QoS策略下发近期的QoS策略下发只能通过静态手工配置，通过业务管理系统与网元管理系统接口向各相关设备下发，而未来的QoS策略将向动态自动下发转变，需由设备提供控制接口，采用标准化的协议来实现与策略服务器/业务管理系统的直接通信。（4） 接入终端设备可控化为了实现业务端到端的服务质量保证，电信运营商需要对端到端通信中涉及到的众多设备进行统一协调管理，因而对接入终端设备也应能做到可控制和可管理。如果接入终端设备由用户随意管理，就很难做到与核心网络设备的协调统一，对电信业务端到端的服务质量保证也不能实现。因为对接入终端设备的管理和控制是有别于对网络设备的管理和控制的，接入终端设备的数量庞大，在未来只能采用远程管理和管控的方式。在管理协议方面，对于与接入终端设备密切相关的部分，可基于接入技术来实现；对于ADSL/ADSL2+的底层功能部分，可采用SNMPoverPVC/EOC方式来实现；对于EPON的底层功能部分，可考虑OAM及OAM扩展；而对于与接入技术无关而与业务相关的部分，TR069是一种比较适宜的选择。4、 接入网的标准化4.1有线接入的标准化有关有线接入的标准化，在DSL技术方面，目前比较关注的国际标准化组织主要有ITU-T和DSLFORUM。这两个标准化组织各有研究的重点，ITU-T的重点主要在DSL线路收发器方面，而DSLFORUM则主要在DSL、传输性能和体系架构等方面。ITU-T和DSLFORUM未来的研究重点均集中在VDSL2技术上。 我国有关DSL的标准是由中国通信标准化协会（CCSA）的TC6WG2负责起草的，包括4个方面：网络架构、技术规范、设备测试方法以及运营和管理标准。其DSL网络架构标准，规定了基于二层以太汇聚的DSL的接入网支持宽带多业务的网络架构以及为实现架构对DSL接入节点设备的功能、性能、组播、QoS、安全、管理要求等；DSL技术涉及4类DSL系列技术：ADSL、VDSL、HDSL（含SHDSL）和EDSL技术，主流技术是ADSL和VDSL；DSL的技术规范对各类DSL的线路收发器要求、DSL设备的参考模型、接口要求、功能要求、性能要求、管理要求、安全要求和环境要求等都进行了规定；运营和管理标准则包括了ADSL用户端设备的远程管理与自动测试系统的规范。在宽带光接入方面，比较受关注的国际标准化组织有ITU和IEEE。ITU发布了关于GPON技术的G.984.x系列标准，涉及到GPON接口的物理层和数据链路层以及管理方面的规定。IEEE发布了关于EPON技术的802.3ah标准，涉及到EPON接口的物理层和数据链路层的规定。我国关于光接入的标准是由中国通信标准化协会（CCSA）的TC6WG2负责起草的，包括宽带光接入网总貌、PON系列标准和FTTH标准等。宽带光接入网总貌规定了宽带光接入网的典形应用类型的名称和内涵，以及所采用的主要技术，并规范了各种应用类型通用的技术要求；PON系列标准涉及EPON和GPON两类技术，除了对PON的收发器要求、PON设备的参考模型、接口要求、功能要求、性能要求、管理要求、安全和环境要求进行了规定外，还规定了各类PON设备的测试方法；FTTH标准规定了光纤到户的体系架构及总体要求，包括FTTH系统的体系架构、网络拓扑、支持的业务类型、实现技术与要求、性能指标要求，以及运行和维护要求，还概要地规范了FTTH用光缆及线路辅助设施的基本要求等。4.2无线接入的标准化有关无线接入的标准化，在宽带无线接入领域，受关注的国际标准化组织主要有IEEE、ETSI和WIMAXFORUM。IEEE主要侧重于无线接入空中接口的研究，以IEEE802制定的宽带无线接入标准为主流，有较好的产业支撑；ETSI侧重于整个无线接入系统总体要求及不同系统之间共存干扰的研究；WIMAXFORUM则制定了一套基于IEEE 802.16固定和移动无线接入技术的测试规范和认证体系，使不同厂商之间的产品在经过认证后能有良好的兼容性和互操作性。 我国关于宽带无线接入的标准是由中国通信标准化协会（CCSA）的TC5WG3负责起草的，包括802.16系列、公众无线局域网（PWLAN）系列、400/1800MHzSCDMA无线接入系统和固定无线接入系列标准。802.16技术系列标准包括基于16d和16e技术的网络体系架构、空中接口协议、设备技术规范和测试方法；PWLAN系列标准包括PWLAN的总体要求、空中接口、安全、AP间切换、计费和漫游、与GSM网络的互通、与CDMA网络的互通，以及各类PWLAN设备（AC、AP、STA）的技术要求和设备测试方法；固定无线接入标准包括3.5 GHz、26 GHz和5.8 GHz频段下的设备技术要求及设备测试方法；SCDMA无线接入系统则涉及了技术要求、测试方法、空中接口协议、空中接口协议一致性测试和点到点的短消息业务等。 19