宽带接入网技术及发展前景[转帖]

tian7163

摘要 本文简要先容了宽带接入网的有关概念和特点，论述了光纤接入网，以及光纤接入未形成时的xDSL和Cable Modem等宽带接入技术，最后讨论了宽带接入网未来的发展前景。


　　关键词 宽带 接入网 光纤接入



1 引言


　　现代通信网包括核心网和接入网。核心网正在频繁地更换新技术，以支撑各类窄带和宽带、实时和非实时、恒定速率和可变速率，尤其是多媒体业务，最终成为数字化、智能化、宽带化和光纤化的网络；而接入网做为语音、数据和活动图像等全业务综合的主要部分和必经之路，仍是以铜缆双绞线为主（90%以上）的原始模拟系统，两者技术上存在较大反差。接入网已成为制约整个通信网进一步发展的瓶颈，竞争已从核心网转向接入网。


2 接入网有关概念


　　接入网（Access Network, AN）是连接核心网与用户或用户驻地网的桥梁，是本地交换机到用户终端的实施系统。它直接面向用户和业务节点，提供电话、视像和多媒体等业务，完成传输、复用和交叉连接的功能，相关接口是交换机和用户终端设备，传输介质有双绞线、光纤、同轴电缆、无线等。


　　接入网分为有线接入、无线接入和综合接入。有线接入包括铜线接入网、光纤接入网、混合光纤/同轴电缆接入网（HFC）等；无线接入包括固定无线接入和移动无线接入；综合接入是有线和无线相结合的接入方式，这里主要讨论有线接入。


　　接入速率在2Mbit/s以上（含2Mbit/s）的为宽带接入网，主要用于传输多媒体和数据；2Mbit/s以下的为窄带接入，用于传输语音。


　　接入网的接口，也称为定界，如图1所示。接入网与用户侧的接口是用户网络接口（UNI），用于支撑多业务接入；与业务节点（SN）的接口是业务节点接口（SNI），用于连接交换机；与电信管理网（TMN）之间的接口是管理接口（Q3），用于TMN 对接入网的管理。


　　ITU-T开发和规范了两个综合接入V接口（V5.1和V5.2），它们是专为接入网设计的，作为开放的标准，降低了接入网的成本，打破了光纤接入的垄断。从1998年开始，不具备V5接口的交换机将不被使用。目前接入网与业务节点：PSTN、 CATV 、ATM 等分别有各自的SNI接口，如V5.1 和V5.2支撑PSTN，VB5支撑ATM宽带接入等，未来的接入网与业务节点的接口仅有一个SNI接口。


3 接入网的技术特点


　　接入网无交换功能，通过V5接口与交换设备相连，采用ATM以支撑多业务接入，除接入交换业务外，还可接入数据、视像、租用等综合业务。


　　接入网的网径较小，由于只连接本地交换机和用户，传输距离比核心网小得多，一般为几千米到十几千米；网络结构与用户所处的地形有关，一般沿街道铺设，线路施工难度较大；业务量密度低，经济效益差，愿意投资者不多；接入网缺乏规模经济，成本较高，核心网的成本至少由上千万用户来分担，而接入网的用户接入线往往是个别用户专用，接入网的建设费用占全网总费用的一半以上；接入网的成本差异较大，有的差10倍以上，核心网中每个用户需分担的网络设施成本相同，而接入网需要覆盖所有类型的用户（市区、郊区等），接入线长度也不同；接入网的技术演进比较迟缓，核心网的交换和传输设备在过去的几十年，经历了几代更新，而传统的接入网技术已使用了约一个世纪，现在才开始变化。


　　总之，接入网的电信设施专用、分散独立、使用率较低，主要以硬件和模拟技术为主，一般在室外不可控，运行环境恶劣。而核心网电信设施共享，高度综合集成，环境可控，使用率高；以数字技术、App、新技术为主，技术演进迅速，成本也在下降。两者在物理、技术、和经济上都处于完全不同的网络应用环境。


4 光纤接入网


　　接入网应保证任何人，在任何地点都能及时、可靠地接入各种业务，要求语音业务不间断、数据业务可靠、图像业务实时性好。因此宽带化、光纤化是接入网发展的必然趋势。


4.1 光纤接入网概况


　　光纤接入网（OAN）是以光纤作为主要传输媒质，实现接入网功能的技术。光纤容量大、速率高、损耗小，因此OAN具有带宽宽、传输质量好、不需要中继器、市场看好等优点。OAN 包括光线路终端（OLT）、光配线网（ODN）、光网络单元（ONU）和适配模块（AF）等。


　　根据光纤深入用户的程度，OAN有FTTX（X=B大楼，C路边，Z小区，H家）等应用类型，即光纤到“X”，其中FTTH是最理想的光纤接入方式。


　　OAN按室外传输是否有源，可分为无源光网络（PON）和有源光网络（AON）。PON 易于扩容和展开业务，维修费用低，初期投资也不高，但对光器件要求较高，需较复杂的多址接入协议，在实现双向通信时，需解决不同地点、不同长度信号的传输损耗、时延和同步等问题。


　　PON中有代表性的是A-PON（ATM-PON）和E-PON（Ethernet PON）。A-PON是基于ATM的无源光网络，即在PON上实现基于ATM信元的传输，可用于宽带综合业务接入。E-PON是用无源光网络实现的以太网接入，它是在吉比特以太网大量涌现，10吉比特以太网渐成为主流的情况下，由Alloptic企业提出的。


4.2 A-PON的技术特点和应用


　　A-PON兼有ATM和PON的特点，与传统窄带PON相比，具有很好的性能价格比；它以光纤为共享媒质，无有源器件，组网方式为树型，是点到多点的无源光分配网（ODN）；作为纯介质网络，具有波长透明性；由于基于ATM的集中和统计复用技术，可服务于更多的用户；A-PON还具有ATM的高速分组技术和QoS管理，有成熟的技术保证，能很好地与ATM主干段互通；A-PON的标准化程度很高，使大规模生产和降低成本成为可能。但由于A-PON对视频传输带宽有限，标准不适合本地环。


　　A-PON 作为分布式ATM接入复用器，可用于商用写字楼；作为综合业务接入网系统，可用于信息化小区；作为传输平台，可用于基站与中心站/基站集中器互连；作为数字回传平台，可实现HFC渗透。


4.3 E-PON的技术特点


　　E-PON上行为用户共享的吉比特/10吉比特每秒信道，下行可广播到各个DNU。通道层用以太网帧来承载，帧长最大可达1518字节。


　　E-PON兼有以太网和PON的特点，容量较大（Gbit/s级），可提供各种宽带网络接口；传输距离可达20km；成本低、带宽高；与现有的以太网802.3完全兼容。但由于以太网的时延较大，E-PON还需解决语音时延的问题。目前E-PON技术还不够成熟，重要的是实现QoS时，价格优势将丧失。


5 光接入未形成时的宽带解决方案


　　光纤接入是未来的发展主流，但由于价格和技术等因素，在光接入未形成时，主要采用xDSL和Cable Modem 等技术，来满足宽带和窄带的接入要求。


5.1 xDSL技术


　　xDSL技术（x=A,H,S,V）是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使之承载宽带业务。其中ADSL （非对称式）应用较多。xDSL在保证原POTS业务的前提下，不需改动原有的铜缆设施，就能提供宽带业务，可实现专线接入和Internet 宽带接入；它的传输媒质覆盖范围广，能充分利用已有的基础设施；施工周期短，但成本稍高。


　　xDSL不需改变中心局交换App，可提高双绞线上的数字传输速率和传输质量，并提供不同配置的用户端接口；对电话网的改造升级，比CATV网更容易，投资也低；DSL已有一些标准，并被众多厂商支撑和使用，新的衍生技术有望降低DSL的推广成本。
5.2 Cable Modem技术


　　Cable Modem技术是利用现有的有线电视（CATV）网，以Cable（同轴电缆）或HFC网络作为传输通道，进行的宽带接入改造。它的上行速率为10Mbit/s，下行速率为27~56Mbit/s。它集Modem、调谐器、加/解密设备、桥接器、网络接口卡、SNMP代理和以太网集线器的功能于一体，无需拨号上网，不占用电话线，只需对某个传输频带进行调制解调，只占用有线电视系统可用频谱的一小部分，上网时，不影响看电视和打电话。


　　Cable Modem将数、模传输融为一体，既能支撑目前的模拟与数字服务，又能平滑地过渡到今后的FTTH和全数字化，其最大优势是宽带接入费用明显低于xDSL等的接入费用。因此通过CATV网提供语音服务，已成为极具前景的发展方向，是最佳的三网合一接入方案。


　　Cable Modem也存在一些问题。原有的CATV网只能传送单向数据，需要进行大规模改造才能提供快速的Internet接入、普通电话、VOD、远程教学等双向业务；它主要铺设在住宅小区，不如市话的双绞线覆盖范围广。此外，CATV网作为共享型网络，数据传送基于广播机制，通信安全性不高，而且当共享用户数量增多时，会降低每个用户的可用带宽。


　　目前Cable Modem已进入试行阶段，全球较著名的Cable Modem系统试验已有数十个，Cable Modem系统服务已进入活跃的试用阶段，在北美应用最为广泛，我国部分城市的有线电视台也已开始利用CATV网为用户提供宽带服务。


5.3 Gbit/s以太网接入


　　Gbit/s以太网是一种新型的高速以太网。它采用与传统的10Mbit/s、100Mbit/s以太网相同的CSMA/CD协议、帧格式和帧长，用户接入速度只受限于光的接入速度，可提供高达1Gbit/s的通信带宽，可在原有的10Mbit/s、100Mbit/s基础上，平滑、连续地升级，最大限度地保护用户已有的投资；它具备可支撑新应用和新数据类型的能力，总体开销较低，网络设计灵活，可提供内部局域网通信。但需要重新布线，对环境有要求，设备安装和维护困难，费用较高，大方向上不符合“三网融合”的趋势。


6 接入网的发展前景


　　接入网市场规模大，技术竞争激烈，发展较快，由于对多种因素敏感，目前还没有一种绝对主导的技术，窄带接入仍处于主要地位。从长远来讲，宽带化是接入网发展的必然趋势，光纤接入网是未来的发展主流，FTTH是最终目标，以ATM无源光网络代表接入网的发展方向，无线接入由于其组网方便、使用灵活、成本低等特点，也将占有一席之地。


6.1 宽带化是接入网发展的必然趋势


　　多媒体和Internet等新型业务的迅速发展，要求低成本、高质量的宽带解决方案。接入网作为最靠近用户的基础网络，须同时支撑图像、数据、语音等各类业务；核心网已逐步宽带化，接入网也只有宽带化才能充分利用核心网的巨大带宽资源，满足日益增长的业务需求。据了解，128kbit/s的接入速率能满足80%左右的业务需求；2Mbit/s的接入速率能满足90%左右的业务需求；10Mbit/s的接入速率能满足92%左右的业务需求，未来的宽带业务信息速率最高可达几百兆比特每秒（高清晰度电视 150Mbit/s）。因此宽带化是接入网发展的必然趋势。


6.2 光纤接入网是未来的发展主流，FTTH是最终目标


　　光纤具有容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点，而光纤接入网的高性能、宽带宽，最能适应未来的宽带接入发展方向，最终目标是以FTTH实现的全业务接入网。


　　FTTH为纯光纤接入，由于光纤价格、用户需求和市场等原因，FTTH仍然是一个长期任务，分阶段、有步骤地向FTTH演进，是接入网未来的发展方向。


　　FTTH的普及将在2005年以后，目前光纤接入主要应用于城域网的主干层和接入层，或直接到大、中型企事业用户，其中无源接入主要是ATM-PON，由于基于ATM，成本较高；有源接入主要是基于SDH，适用于大企业集团用户。


6.3 ATM无源光网络（A-PON）代表接入网的发展方向


　　与有源光网络和铜线网络相比，A-PON 更简单、更可靠，并易于维护，特别是当FTTH大量使用时，有源器件和电源备份系统将从室外转移到室内，维护成本也会降低，最终会使运营者和用户双方受益。


　　与E-PON相比，APON已经营了近10年，有明显综合技术优势，标准化工作已基本完成，设备研制正在进行，QoS正是强项。


　　A-PON既能提供传统业务，又能提供先进的多媒体业务宽带平台。人们普遍认为，A-PON 是宽带综合接入中最有效的方式，但目前离最终的商用还有一段距离。




参 考 文 献


[1] 韦乐平 . 接入网 . 北京：人民邮电出版社，1997


[2] 纪越峰 . 综合业务接入技术 . 北京：北京邮电大学出版社，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