1、第7章 宽带接入网 7.1 接入网概述 7.2 有线宽带接入网 7.3 无线宽带接入网 第第7 7章章 宽带接入网宽带接入网 第7章 宽带接入网 7.1.1 接入网的产生接入网的产生接入网(Access Network，AN)又称用户接入网，是指骨干网络到用户终端之间的所有设备，位于电信网的末端，其长度一般为几百米到几公里，因而被形象地称为信息高速公路的“最后一公里”。接入网由用户环路发展而来。传统的电信网是以电话业务为主而设计的，由长途网和本地网组成，从本地交换机到用户一般使用铜双绞线作为传输介质，中间经交接箱和分线盒等配线及引入线与用户终端相连，称为用户环路。传统的用户环路网络结构如图7.
2、1所示。7.1 7.1 接接入入网网概概述述第7章 宽带接入网 图7.1 传统的用户环路网络结构第7章 宽带接入网 接入网的产生原因包括以下三个方面：(1)铜双绞线的缺陷。本地交换端局与用户电话之间的双绞线主要用于传输音频信号和低速数字信号。以前的电信业务以电话为主，数据量小。同时，这种结构在主干段需要大量铜缆，不仅占用大量通信管道，而且故障率和维护费用高。这种网络的带宽窄，只有4 kHz，不利于提供新的宽带业务。金属电缆传输损耗比较大，使得交换机覆盖半径较小，一般小于5 km。除此之外，金属电缆接入网由于受损耗、串音、噪声和分支的影响而引起信号失真，传输质量达不到数字化传输的要求。第7章 宽
3、带接入网(2)核心网络的高速发展。公用电信网络在传统上被划分为三个部分，即长途网(长途端局以上的部分)、中继网(长途端局与市局或市局之间的部分)、用户接入网(端局与用户之间的部分)。现在更倾向于将长途网和中继网放在一起，称为核心网(Core Network，CN)，将余下部分称为接入网(Access Network，AN)或用户环路，主要完成用户接入核心网的任务。第7章 宽带接入网 接入网相对核心网而言，其技术手段差别很大。随着数字通信技术的进步，电信网正朝着数字化、宽带化、智能化和综合化方向发展。程控交换、光缆、卫星、数字微波、SDH、ATM、IP、DWDM等大量新技术的采用，已使得电信网传
4、输产生了质的变化。当今核心网被比做信息高速公路的“最后一公里”，并被认为是信息高速公路中难度最高、耗资最大的一部分，是信息基础建设的“瓶颈”。第7章 宽带接入网(3)业务的需求。电信网经过多年的发展，其业务发生了巨大的变化，特别是随着Internet的爆炸式发展，在Internet上的商业应用和多媒体等服务也得以迅猛推广。要享受Internet上的各种服务，用户必须以某种方式接入网络。通信业务的多样化及各种复用设备、数字交叉连接设备等多项技术的引入，要求传统的用户环路增加复用、集中、交叉连接以及管理功能，这是一个网络应具有的功能，因此接入网应运而生。第7章 宽带接入网 7.1.2 接入网的功能
5、结构与分层模型接入网的功能结构与分层模型1接入网的功能结构接入网的功能结构接入网的功能结构如图7.2所示。接入网有5个基本功能组，即用户口功能(UPF)、业务口功能(SPF)、核心功能(CF)、传送功能(TF)和接入网系统管理功能(AN-SMF)。第7章 宽带接入网 图7.2 接入网的功能结构第7章 宽带接入网 1)用户口功能(UPF)用户口功能将特定用户网络接口(UNI)规定的要求适配到核心功能。AN可以支持多个不同的接入和需要特定功能的用户网络接口。UPF主要包括A/D转换、信令转换、UNI功能的终接、UNI的激活/去激活、UNI承载通路/承载能力的处理、UNI的测试、维护、管理和控制功能
6、。第7章 宽带接入网 2)业务口功能(SPF)业务口功能将特定业务节点接口(SNI)规定的要求适配到公共承载体，以便在核心功能中处理并选择用于接入网的系统管理功能的有关信息。SPF主要包括SNI功能的终接，将承载要求、实时管理和操作要求映射到核心功能，主要涉及SPF所需的协议映射、SNI测试和SPF的维护、管理及控制功能。第7章 宽带接入网 3)核心功能(CF)核心功能位于UPF和SPF之间，将单个用户端口承载或业务端口承载的要求适配到公共承载体，包括依据所要求的协议适配以及通过接入网传送复用要求进行协议承载处理。核心功能可分布于整个接入网内，主要包括接入承载处理、承载通路集中、信令和分组信息
7、复用、对ATM传送承载的电力进行仿真、管理和控制。第7章 宽带接入网 4)传送功能(TF)传送功能为接入网中不同位置的公共承载体的传送提供通道，并对所用相关传输介质进行适配。TF主要包括复用功能、业务疏导和配置的交叉连接功能、管理功能和物理媒介功能。第7章 宽带接入网 5)接入网系统管理功能(AN-SMF)接入网系统管理功能协调接入网中的UPF、SPF、CF和TF的指配、操作和管理，还负责协调用户终端(经UNI)和业务节点(经SNI)的操作功能。AN-SMF主要包括配置和控制、指配协调、故障检测和指示、信息和性能数据收集、安全控制、对UPF及经SNI的SN的实时管理及操作要求的协调、资源管理功
8、能。AN-SMF通过维护管理(Q3)接口与电信管理网(TMN)通信，以便接收监视/接收控制信息。第7章 宽带接入网 2接入网的分层模型接入网的分层模型接入网的功能结构是基于ITU-T G.803协议中定义的分层模型。该模型用来定义接入网中同等实体间的相互配合。接入网的通信协议分层模型如图7.3所示。第7章 宽带接入网 图7.3 接入网通信协议分层模型第7章 宽带接入网 由图7.3可知，接入网的传递网分为接入承载处理功能层(AF)、电路层(CL)、传输通道层(TP)、传输媒质层(TM)，再加上层管理和系统管理，构成了一个立体模型。接入网相邻层之间符合客户/服务器的关系。每一层为相邻的上层提供服务
9、，同时又使用相邻下层提供的服务。下面对构成传送层模型的电路层、传输通道层和传输媒质层分别进行说明。(1)电路层。电路层是在电路接入点之间进行信息传送的功能层。它独立于传输通道层，直接向用户提供通信业务，如电路交换业务、分组交换业务及租用线业务等。不同的电路层可根据提供的业务来识别。第7章 宽带接入网(2)传输通道层。传输通道层是在传输通道层接入点之间进行信息传送的功能层，可以支持一个或多个电路层，为其提供传送服务。传输通道层独立于传输媒质层。(3)传输媒质层。传输媒质层可进一步分为段层和物理媒质层。段层是在段层接入点之间进行信息传送的功能层，能支持一个或多个传输通道层，如SDH和PDH通道等。
10、物理媒质层是实际传输媒质的功能层，如光纤、金属线对、同轴电缆或无线电灯，以支持段层网络。以上各层中的每一层均可分解为三个基本功能：适配、终接和交叉连接。第7章 宽带接入网 7.1.3 接入网的接口接入网的接口1用户网络接口用户网络接口(UNI)用户网络接口(UNI)位于接入网的用户侧，是用户终端设备与接入网络之间的接口，支持各种业务的接入。对不同的业务采用不同的接入方式，对应不同的接口类型。UNI分为独立式和共享式。共享式UNI能支持多个逻辑用户端口功能。例如，在使用ATM的情况下，一个UNI可以支持多个逻辑接入，每个逻辑接入通过不同的SNI接到不同的业务节点。UNI主要包括模拟二线音频接口、
11、N-ISDN接口、B-ISDN接口、各种数据接口和宽带业务接口。第7章 宽带接入网 2业务节点接口业务节点接口(SNI)业务节点接口(SNI)位于接入网的业务侧，是接入网与SN之间的接口。SNI对于不同的用户业务提供相对应的接口类型，使其能与交换机连接。SNI有针对交换机的模拟接口(Z接口)及数字接口(V接口)、针对节点机的各种数据接口和针对宽带业务的各种接口。V接口经历了从V1接口到V5接口的发展，V1V4接口的标准化程度不高，通用性差，其应用受到了限制。V5接口是本地交换机和接入网之间适应范围广、标准化程度高的新型数字接口，是一个完全开放式的接口。它能同时支持多种用户接入业务，使不同厂商的
12、设备在接口上互通，已得到广泛应用。V5接口包括支持窄带接入类型的V5.1和V5.2接口及可支持现有所有窄带和宽带接入类型的VB5接口。第7章 宽带接入网 3维护管理维护管理(Q3)接口接口维护管理(Q3)接口是接入网(AN)与电信管理网(TMN)的接口。把接入的管理纳入整个电信管理网管理范畴中，使电信管理网(TMN)通过Q3接口可实施对接入网的操作、维护、管理功能，在不同网元之间相互协调，从而提供用户所需要的接入和接入承载能力。第7章 宽带接入网 7.1.4 接入网的分类接入网的分类接入网的分类方法有多种，例如可以按传输媒质、拓扑结构、使用技术、接口标准、业务带宽、业务种类等进行分类。按传输媒
13、质的不同，接入网可分为有线接入网和无线接入网两大类。其中，有线接入网又分为铜线接入网(XDSL)、混合光纤/同轴电缆接入网(HFC)、光纤接入网、电力线接入网、以太网接入网；而无线接入网又分为固定无线接入网和移动无线接入网两类，其中移动无线接入网有蜂窝通信、地面微波通信和卫星通信等不同形式。第7章 宽带接入网 7.2.1 铜线接入网铜线接入网到目前为止，全球电信运营商的用户有90%以上仍然是通过双绞线接入电信网的，这部分的总投资达数千亿美元。在光纤到户短期内还无法真正实现的情况下，开发基于双绞线的宽带接入技术，既可以延长双绞线的寿命，又可以降低接入成本，对电信运营商和用户都极有吸引力。习惯上将
14、各种基于双绞线的宽带接入技术统称为xDSL，其中ADSL技术是目前最有活力的一种宽带接入技术，是大多数传统电信运营商从铜线接入到宽带光纤接入的首选过渡技术。7.2 7.2 有线宽带接入网有线宽带接入网第7章 宽带接入网 1工作原理及接入参考模型工作原理及接入参考模型ADSL技术是一种以普通电话双绞线作为传输媒介，实现高速数据接入的技术。其最远传输距离可达45 km，下行传输速率最高可达68 Mb/s，上行传输速率最高可达768 kb/s，速度比传统的56 kb/s模拟调制解调器快100多倍，这也是传输速率达128 kb/s的窄带ISDN所无法比拟的。为实现普通双绞线上互不干扰地同时执行电话业务
15、与高速数据传输，ADSL采用FDM(频分复用)和离散多音(Discrete Multitone，DMT)调制技术。第7章 宽带接入网 传统电话通信目前仅利用了双绞线20 kHz 以下的传输频带，20 kHz 以上频带的传输能力处于空闲状态。ADSL采用FDM技术，将双绞线上的可用频带划分为三部分：上行信道频带为25138 kHz，主要用于发送数据和控制信息；下行信道频带为1381104 kHz；传统电话业务仍然占用20 kHz以下的低频段。ADSL就是采用这种方式，利用双绞线的空闲频带，才实现了全双工数据通信，如图7.4所示。第7章 宽带接入网 另外，为了提高频带利用率，ADSL将这些可用频带
16、又分为一个个子信道，每个子信道的频宽为4.315 kHz。根据信道的性能，输入数据可以自适应地分配到每个子信道上。每个子信道上调制数据信号的效率由该子信道在双绞线中的传输效果决定，背景噪声越低、串音越小、衰耗越低，调制效率就越高，传输效果越好，传输的比特数也就越多；反之，调制效率越低、传输的比特数也就越少。这就是DMT调制技术。如果某个子信道上的背景干扰或串音信号太强，ADSL系统则可以关掉这个子信道，因此ADSL有较强的适应性，可根据传输环境的好坏而改变传输速率。ADSL下行传输速率最高为68 Mb/s，上行传输速率最高为768 kb/s，这种最高传输速率只有在线路条件非常理想的情况下才能达
17、到。在实际应用中，由于受到线路长度、背景噪声和串音的影响，一般ADSL很难达到这个速率。第7章 宽带接入网 图7.4 ADSL的频谱分配第7章 宽带接入网 如图7.5所示，基于ADSL技术的宽带接入网主要由局端设备(DSL Access Multiplexer，DSLAM)和用户端设备、语音分离器、网管系统等组成。局端设备与用户端设备完成ADSL频带的传输、调制解调，局端设备还完成多路ADSL信号的复用，并与骨干网相连。语音分离器是无源器件，停电期间普通电话可照常工作，它由高通和低通滤波器组成，其作用是将ADSL频带信号与语音频带信号进行合路与分路。这样，ADSL的高速数据业务与语音业务就可以
18、互不干扰。第7章 宽带接入网 图7.5 ADSL系统接入参考模型第7章 宽带接入网 2应用领域及缺点应用领域及缺点现在ADSL的应用领域主要是个人住宅用户的Internet接入，也可用于远端LAN、小型办公室/企业Internet接入等。ADSL的主要缺点如下：(1)较低的传输速率限制了高等级流媒体应用和HDTV等业务的开展。(2)非对称特性不适于要求数据流收发对称的企事业和商业办公环境。(3)由于ADSL设备是面向ATM体制的，因而ADSL/ATM设备的成本较高。第7章 宽带接入网 7.2.2 混合光纤混合光纤/同轴电缆同轴电缆(HFC)接入网接入网混合光纤/同轴电缆(Hybrid Fibe
19、r Coaxial，HFC)接入网是从传统的有线电视网络发展而来的。20世纪90年代后，随着光传输技术的成熟和设备价格的下降，光传输技术逐步进入有线电视分配网，形成HFC网络，但HFC网络只用于模拟电视信号的广播分配业务，浪费了大量的空闲带宽资源。第7章 宽带接入网 20世纪90年代中期以后全球电信业务经营市场的开放，以及HFC本身巨大的带宽和相对经济性，基于HFC网的Cable Modem技术对有线电视网络公司很具吸引力。1993年初，Bellcore最先提出在HFC上采用Cable Modem技术，同时传输模拟电视信号、数字信息、普通电话信息，即实现一个基于HFC+Cable Modem的
20、全业务接入网FSAN。由于有线电视(CATV)在城市中很普及，因此该技术是宽带接入技术中最先成熟和进入市场的。第7章 宽带接入网 所谓Cable Modem，就是通过有线电视HFC网络实现高速数据访问的接入设备。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点到点的连接，即用户独享传输媒质，而Cable Modem的传输媒质是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媒质；另外，Cable Modem的结构较普通Modem更复杂，它由调制解调器、调谐器、加/解密模块、桥接器、网
21、络接口卡、以太网集线器等组成，其优点是无需拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线连接的全天候服务。目前Cable Modem产品有欧美两大标准体系，DOCSIS是北美标准，DVB/DAVIC是欧洲标准。第7章 宽带接入网 1工作原理及接入参考模型工作原理及接入参考模型在HFC上利用Cable Modem进行双向数据传输时，须对原有CATV网络进行双向改造，主要包括配线网络带宽要升级到860 MHz以上，网络中使用的信号放大器要换成双向放大器，同时光纤段和用户段也应增加相应设备用于语音和数据通信。Cable Modem采用副载波频分复用方式将各种图像、数据、语音信号调制到相互区分的不同频段上，再
22、经电/光转换转换成光信号，经馈线网光纤传输到服务区的光节点处，然后经光/电转换转换成电信号，最后经同轴电缆传输后送往相应的用户端Cable Modem，以恢复成图像、数据、语音信号。第7章 宽带接入网 为支持双向数据通信，Cable Modem将同轴带宽分为上行通道和下行通道，其中下行数据通道占用50750 MHz之间的一个6 MHz的频段，一般采用64/256 QAM调制方式，速率可达3040 Mb/s；上行数据通道占用542 MHz之间的一个2003200 kHz的频段。为了有效抑制上行噪声积累，一般采用抗噪声能力较强的QPSK调制方式，速率可达32010 Mb/s，HFC频谱安排参考方案
23、如图7.6所示。第7章 宽带接入网 图7.6 HFC频谱安排第7章 宽带接入网 采用Cable Modem技术的宽带接入网主要由前端设备CMTS(Cable Modem Termination System)和用户端设备CM(Cable Modem)构成。CMTS是一个位于前端的数据交换系统，它负责将来自用户CM的数据转发至不同的业务接口，同时，它也负责接收外部网络到用户群的数据，通过下行数据调制(调制到一个6 MHz带宽的信道上)后与有线电视模拟信号混合输出到HFC网络。用户端的CM的基本功能就是将用户上行数字信号调制成542 MHz的信号后以TDMA方式送入HFC网的上行通道，同时，CM还
24、将下行信号解调为数字信号送给用户计算机。通常CM加电后，首先自动搜索前端的下行频率，找到下行频率后，从下行数据中确定上行通道，与CMTS建立连接，并通过动态主机配置协议(DHCP)，从DHCP服务器上获得分配给它的IP地址。图7.7所示为HFC系统接入配置图。第7章 宽带接入网 图7.7 HFC系统接入配置图第7章 宽带接入网 2.应用领域及缺点应用领域及缺点基于HFC的Cable Modem技术主要依托有线电视网，目前提供的主要业务有Internet访问、IP电话、视频会议、VOD、远程教育、网络游戏等。此外，电缆调制解调器没有ADSL技术的严格距离限制，采用Cable Modem在有线电视
25、网上建立数据平台，已成为有线电视公司接入电信业务的首选。Cable Modem速率虽快，但也存在一些问题，比如CMTS与CM的连接是一种总线方式。Cable Modem用户是共享带宽的，当多个Cable Modem用户同时接入 Internet时，数据带宽就由这些用户均分，从而速率会下降。另外，共享总线式的接入方式，使得在进行交互式通信时必须要注意安全性和可靠性问题。第7章 宽带接入网 7.2.3 光纤接入网光纤接入网光纤接入网是采用光纤传输技术的接入网，一般指本地交换机与用户之间采用光纤或部分采用光纤通信的接入系统。按照用户端的光网络单元(ONU)放置位置的不同，光纤接入网又分为FTTC(光
26、纤到路边)、FTTB(光纤到楼)、FTTH(光纤到户)等。因此，光纤接入网又称为FTTx接入网。第7章 宽带接入网 光纤接入网的产生，一方面是由于互联网的飞速发展催生了市场迫切的宽带需求，另一方面得益于光纤技术的成熟和设备成本的下降，这些因素使得光纤技术的应用从广域网延伸到接入网成为可能。目前基于FTTx的接入网已成为宽带接入网的研究、开发和标准化的重点，并将成为未来接入网的核心技术。光纤接入网一般由局端的光线路终端(OLT)、用户端的光网络单元(ONU)以及光配线网(ODN)和光纤组成，其结构如图7.8所示。第7章 宽带接入网 图7.8 光纤接入网结构图第7章 宽带接入网(1)OLT：具有光
27、/电转换、传输复用、数字交叉连接及管理维护等功能，实现接入网到SN的连接。(2)ONU：具有光/电转换、传输复用等功能，实现与用户端设备的连接。(3)ODN：具有光功率分配、复用/分路、滤波等功能，为OLT和ONU提供传输手段。一般按照ODN采用的技术不同，将光网络分为两类：有源光网络(Active Optical Network，AON)和无源光网络(Passive Optical Network，PON)。第7章 宽带接入网 有源光网络(AON)指光配线网(ODN)含有有源器件(电子器件、电子电源)的光网络，该技术主要用于长途骨干传送网。无源光网络(PON)指ODN不含有任何电子器件及电子
28、电源，全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成，不需要贵重的有源电子设备。但在光纤接入网中，OLT及ONU仍是有源的。由于PON具有可避免电磁和雷电影响以及设备投资和维护成本低的优点，因而在接入网中很受欢迎。图7.9所示是PON的一般结构。第7章 宽带接入网 图7.9 PON的一般结构第7章 宽带接入网 光纤接入网具有容量大、损耗低、防电磁能力强等优点，随着技术的进步，其成本最终也会低于铜线接入技术。但就目前而言，成本仍然是主要障碍，因此在光纤接入网实现中，ODN设备主要采用无源光器件，网络结构主要采用点到多点方式，具体的实现技术主要有基于ATM技术的APON 和基于Ethernet技
29、术的EPON与GPON，其中APON目前被逐渐淘汰。第7章 宽带接入网 1.EPONEPON是Ethernet PON的简写，它是在ITU-T G.983 APON标准的基础上提出的。近年来，由于千兆比特Ethernet技术的成熟，和将来10 GB Ethernet标准的推出，以及Ethernet对IP天然的适应性，使得原来传统的局域网交换技术逐渐扩展到广域网和城域网中。目前越来越多的骨干网采用千兆比特IP路由交换机构建；另一方面，Ethernet在CPN中也占据了绝对的统治地位，将ATM延伸到PC桌面已不可能了。第7章 宽带接入网 在这种背景下，接入网中采用APON，其技术复杂、成本高，而且
30、由于要在WAN/LAN之间进行ATM与IP协议的转换，因而实现的效率也不高。由此可见，在接入网中用Ethernet取代ATM，符合未来骨干网IP化的发展趋势，最终形成从骨干网、城域网、接入网到局域网全部基于IP、WDM、Ethernet来实现综合业务宽带网。EPON的工作原理如图7.10所示。第7章 宽带接入网 图7.10 EPON的工作原理第7章 宽带接入网 其分组长度可变，最大为1518字节；APON中采用标准的ATM 53字节的固定长分组格式。由于IP分组也是可变长的，最大长度为65 535字节，这就意味着APON承载IP数据流的效率低、开销大。在EPON中，OLT到ONU的下行数据流采
31、用广播方式发送，OLT将来自骨干网的数据转换成可变长的IEEE 802.3 Ethernet帧格式后发往ODN，光分路器以广播方式将所有帧发给每一个ONU，ONU根据Ethernet帧头中ONU标识接收属于自己的信息。第7章 宽带接入网 ONU到OLT的上行数据流采用TDMA发送，与APON相同，OLT为每个ONU分配一个时隙，周期是2 ms。EPON采用双波长方式实现单纤上的全双工通信，下行信道使用1510 nm波长，上行信道使用1310 nm波长。目前相关的标准主要由IEEE的EFM研究组制定。第7章 宽带接入网 2.GPONGPON(吉比特无源光网络)技术是ITU-T/FSAN组织于20
32、02年9月在BPON(即APON)的基础上推出的具有高速率、高效率，支持多业务透明传输，能够提供明确的服务质量保证和服务级别，具有电信级的网络监测和业务管理能力的光接入网解决方案。ITU-T于2003年批准了GPON标准G.984.1和G.984.2，2004年又相继批准了G.984.3和G.984.4，从而形成了G.984.x系列通用的GPON标准。下一代GPON标准NG-PON(NG-PON1和NG-PON2)也正在研究之中，2009年4月完成了NG-PON1的技术白皮书。GPON和EPON两种技术均被公认为是当前FTTH的主要实现技术。第7章 宽带接入网 GPON是一种下行速率高达2.5
33、 Gb/s、上行速率高达1.25 Gb/s、能以原有格式和极高的效率(90%以上)传送包括语音、以太网、ATM、租用线等多种业务的技术。GPON的主要技术特点是采用全新的传输汇聚层协议“通用成帧协议(GFP)”，实现多种业务码流的通用成帧封装，为高层用户信号业务流和传输网络提供一种通用的适配机制；同时又保持了G.983中与PON协议没有直接关系的许多功能特性，如OAM、DBA(动态带宽分配)等。这里，传输网络可以是多种类型，如SONET/SDH和ITU-T G.709(OTN)；用户信号可以是基于分组的(如IP/PPP或Ethernet MAC)或持续的比特速率，或其他类型的信号。GFP对不同
34、业务提供通用、高效、简单的方法进行原有格式封装后，经由PON传输。因为GFP使用标准的8 kHz(125 s)帧，所以能够直接支持TDM业务。第7章 宽带接入网 GPON的传输距离最远可以达到60 km，是EPON最大传输距离20 km的3倍；GPON系统中可接的ONU数量也远多于EPON系统中可接的ONU数量。GPON与各种PON的最大差别在于：APON、EPON是进行各种协议的“转换”，而GPON则是进行各种协议的“透明传输”，所以GPON的开销少，带宽利用率/效率高；GPON以E1的原有格式支持语音业务，而EPON受限于802.3MAC协议，不易兼容语音以及以太网之外的任何业务；另外，在
35、成本方面，各种PON系统的成本是相似或相近的，只是当EPON作为E1接口、APON作为E1及IP接口时，除了光接口的成本外，还要增加相应的附加成本，而GPON的业务透明传输，使它的外加适配少，成本相对略低一些。综合比较，GPON技术要比EPON技术更为先进。第7章 宽带接入网 GPON系统采用点到多点的网络结构，通常由局侧的OLT、用户侧的ODN和ONU组成。ODN由单模光纤、光分路器、光连接器等无源光器件组成，为OLT和ONU之间的物理连接提供了光传输媒质。GPON系统参考配置如图7.11所示。第7章 宽带接入网 图7.11 GPON系统参考配置第7章 宽带接入网 由图可知，GPON包括四种
36、基本功能块，即OLT、ODN、ONU和适配功能块(AF)，同时可提供选择的波分复用(WDM)模块、OLT和ONU需要使用不同波长的网络单元NE。如果GPON不使用WDM，则不需要该功能模块及相应的NE。第7章 宽带接入网 7.2.4 其他有线宽带接入技术其他有线宽带接入技术1.电力线接入技术电力线接入技术PLC是一种利用中、低压配电网作为通信媒质，实现数据、语音、图像等综合业务传输的通信技术，它不仅可以作为解决宽带末端接入瓶颈的有效手段，而且可以为电力负荷监控、远程抄表、配用电自动化、需求侧管理、企业内部网络、智能家庭以及数字化社区提供高速数据传输平台。第7章 宽带接入网 1)PLC的特点PL
37、C具有以下特点：(1)经济性好。电力线是现有的电力基础设施，是世界上覆盖面最大的网络。在此基础上建设宽带接入网和宽带用户驻地网，充分利用现有的配电网络基础设施，无需新建线缆，无需改造室内布线，无需窗墙打洞，是一种“No New Wires”技术，避免了对建筑物和公共设施的破坏，节约了资源，同时也节省了人力。第7章 宽带接入网(2)接入网和驻地网一气呵成。PLC利用室内电源插座安装简单、接入点多、设置灵活、使用方便的特点，易于实现宽带驻地网；通过与控制技术的结合，为在现有基础上实现“智能家庭”提供了有力的支持；利用电力线路为物理媒质，可将遍布住宅角落的信息家电、PC等连为一体，接入Interne
38、t，实现远程、集中的管理控制。(3)电力系统和通信系统合二为一、永久在线，易于构建安保、急救系统。利用PLC的永久在线连接，易于构建防火、防盗、防有毒气体泄露等的保安监控系统，让上班族高枕无忧；构建的医疗急救系统，让有老人、孩子和病人的家庭倍感放心。第7章 宽带接入网(4)建设和投资灵活。PLC的网络建设灵活，可根据用户需要按小区、甚至按照若干用户进行组网安装，实现滚动式投资，且收回投资时间短。(5)费用低。由于建设规模和投资规模小而灵活，运行费用低，因此用户的上网费用也较低。(6)能够为电力公司的自动抄表、配用电自动化、负荷监控、需求侧管理等提供传输通道，实现电力线的增值服务，进而实现数据、
39、语音、视频、电力的“四线合一”。(7)适合于中国城市多数居民的居住方式。中国高密度的公寓式居住现状与PLC接入特点相适应，这就使得PLC接入在中国的投入成本相对西方发达国家别墅型居住环境要低很多。第7章 宽带接入网 2)PLC的应用方式由于受电网的影响，PLC的传播距离有限，在低压配电网上无中继的传输距离一般在250 m以下，要实现自配电变压器至用户插座的全点接入需要借助中继技术，这势必要增加系统的造价。电力负荷的波动对PLC接入网的吞吐量也有一定的影响，由于多个用户共享信道带宽，当用户增加到一定程度时，网络性能和用户可用带宽有所下降，但通过合理的组网可加以解决。第7章 宽带接入网 目前在保证
40、用户接入宽带和接入稳定性的前提下，最经济的PLC接入系统采用光纤+五类线+电力线的方式。其中光缆作为骨干网接到小区，在小区内通过五类线布线到各个居民楼的单元。在单元里安装一台PLC局端设备供该单元的用户共享使用，局端设备的高频信号线通过串接的方式耦合到各个用户电表处，并将信号传送到用户的家庭电力网络中，这样单元楼内的各个用户就可以通过家庭电力线以及位于家庭外部的配套网络实现宽带接入和其他数据通信。这是目前普遍采用的PLC接入方式，它不仅可以实现用户的电力线接入，提高系统的稳定性和传输带宽，大大降低负荷波动对吞吐量的影响，同时也可以大大降低系统造价。此举的应用特点可概括为“楼宇共享”。第7章 宽
41、带接入网“楼宇共享”式PLC网络结构如图7.12所示。当以电力线作为传输媒质接入互联网时，只需在楼里配备一台PLC局端设备(电力路由器)进行信号覆盖，通过将传统的以太网信号转化成在220 V的民用电力线上传输的高频信号，来实现信号的加载和传输。此时，传统意义上的电力线就成为用户上网的传输媒质，而用户只需要一台PLC用户端设备(即“电力猫”)即可上网。第7章 宽带接入网 图7.12 “楼宇共享”式PLC网络结构第7章 宽带接入网 如果家庭已经接入了宽带网络，需要通过室内电源线构成用户网，那么只需选购两个“电力猫”(PLC调制解调器)即可，一个用来与外部接入的宽带网络相连，另一个插入室内任意一个电
42、源插座中，再用双绞线与计算机的网卡连接(如果“电力猫”是USB接口，则利用USB连接线与计算机的USB接口连接即可)，然后在房间里只要有电线插座的地方即可实现有线上网。此种方式的实质是利用两个“电力猫”及家庭里的电源线代替网线(五类线)，故可称为“电源线点到点”式运用PLC。第7章 宽带接入网 如果要实现一个家庭多台计算机同时上网，则应购置一台“电力路由器”，不过此设备一般在ISP布置电力上网线路时，可以要求配置。将电力路由器的WAN口与外部宽带接入相连，然后插入室内电源插座中；接着再为每一台需要共享上网的计算机配置一个“电力猫”，用双绞线分别连接到各台计算机的网卡接口，即可实现多台计算机共享
43、宽带接入。此种共享方式跟一般有线网络的共享原理类似，只是电力线共享少了一台中间设备(交换机)，而转由屋内电力线路来实现，其网络结构如图7.13所示。此种方式可称为“电源线一点对多点”式运用PLC。第7章 宽带接入网 图7.13“电源线一点对多点”式网络结构第7章 宽带接入网 2.以太网接入技术以太网接入技术随着千兆位以太网的成熟和万兆位以太网的出现，以太网已经进入城域网和广域网领域，如果接入网也采用以太网，将形成局域网、接入网、城域网到广域网都是以太网的结构。采用与IP一致的以太网帧结构，各网之间可实现无缝连接，不需要任何格式转换，这可以大大提高运行效率、方便管理、降低成本。这种结构可以提供端
44、到端的连接，使网络能够提供服务质量(QoS)保证。因此，以太网接入网是宽带接入网的一种重要选择方案。第7章 宽带接入网 1)以太网接入概述传统的以太网是一种局域网，而基于以太网技术的宽带接入网与传统的以太网已经大不一样。虽然它也采用TCP/IP协议，也利用以太网的帧结构和接口，并保留了以太网的简单性，但其余基本特征已有根本性变化，网络的结构和工作原理完全不一样，在LAN交换、星形布线、大容量MAC地址存储以及用户管理、安全管理、故障管理和计费管理等方面都有很大不同。它具有高度的信息安全性、电信级的网络可靠性、强大的网管功能，并且能保证用户的接入带宽。第7章 宽带接入网 以太网接入网给用户提供标
45、准的以太网接口，能兼容所有带有标准以太网接口的终端，因此用户不需另配任何新的接口卡或协议软件，就可获得10 Mb/s、100 Mb/s或更高的接入速率。目前大部分的商业大楼和新建住宅楼都进行了综合布线，布放了5类UTP(非屏蔽双绞线)，将以太网插口布到桌边。住宅小区建立起光纤到大楼、5类线入户的或直接利用电信网现有双绞线入户的以太网接入网，提供高性价比的宽带业务。不少城域网的接入部分也都选用了以太网，全球企事业用户、校园网用户广泛采用以太网接入，以太网已成为广大用户的主导接入方式。第7章 宽带接入网 2)以太网接入网方案基于以太网技术的宽带接入网完全可以为用户提供稳定、可靠的宽带接入服务。根据
46、使用的传输媒介的不同，已有的以太网接入网方案包括以下几种：基于电话线的以太网接入网；基于DSL的以太网Ethernet over DSL和Etherloop，速率最高为10 Mb/s；FTTH的无源光以太网(EPON)；光纤到大楼、5类线入户的以太网接入网；空中激光和无线电以太网接入网。第7章 宽带接入网 3)以太网接入网的基本结构基于以太网技术的宽带接入网的基本网络结构如图7.14所示。由图可见，以太网接入网由局端侧设备和用户侧设备组成。一般局端侧设备位于小区内或商业大楼内，用户侧设备位于居民楼内或楼层内。局端侧设备提供与IP骨干网的接口，用户侧设备提供与用户终端计算机相接的10/100BA
47、SE-T接口。第7章 宽带接入网 图7.14 以太网接入方式示意图第7章 宽带接入网 局端侧设备具有汇聚用户侧设备网管信息的功能，还支持对用户的认证、授权和计费以及用户IP地址的动态分配。为了保证设备的安全性，局端侧设备与用户侧设备之间采用逻辑上独立的内部管理通道。局端侧设备负责维护端口-主机地址映射表；对于组播业务，由局端侧设备控制各多播组状态和组内成员的情况。第7章 宽带接入网 用户侧设备只有数据链路层功能，工作在MUX(复用器)方式下，各用户之间在物理层和数据链路层相互隔离，从而保证用户数据的安全性。另外，用户侧设备可以在局端侧设备的控制下动态改变其端口速率，从而保证用户最低接入速率、限
48、制用户最高接入速率，支持对业务的QoS保证。用户侧设备只执行受控的多播复制，不需要多播组管理功能。用户侧设备负责以太网帧的复用和解复用。第7章 宽带接入网 4)以太网接入网的主要解决方案将以太网技术应用到接入网中，主要的解决方案有VLAN、VLAN+PPPoE及三网融合下的接入方式。(1)VLAN方式。VLAN(Virtual LAN)即虚拟局域网，其组网时所依据的不是站点的物理位置，而是逻辑位置(MAC地址、IP地址或其他地址)，即所谓“逻辑上相关而物理上分散”的网络。VLAN技术在广播抑制、动态组网、网络安全等方面具有其他网络无法比拟的优越性。第7章 宽带接入网 它具有的重要特征是：同一虚
49、拟网的所有成员组成一个“独立于物理位置而具有相同逻辑的广播域”以共享一个VLAN标识(VLAN ID)；VLAN的所有成员都能收到由同一VLAN的其他成员发送来的每一个广播包；同一VLAN的成员之间的通信不需要路由的支持，而不同VLAN的成员之间的通信则需要路由的支持。VLAN方式的网络结构如图7.15所示。第7章 宽带接入网 其中，局域网交换机(LAN Switch)按端口配置成独立的VLAN，享有独立的VID(VLAN ID)。在VLAN方式中，利用支持VLAN的LAN Switch进行信息隔离，如隔离携带用户信息的广播消息，从而使用户数据的安全性得到进一步提高，但这种方式不能对用户进行认
50、证和授权；可以将用户的IP地址与该用户所连接的端口VID进行绑定，这样设备可以通过核实IP地址和VID来识别用户的合法性，同时保证正确的路由选择，但这将导致只能进行静态IP地址分配的问题。另一方面，因每个用户处在逻辑上独立的网内，所以对每个用户至少要配置一个子网的4个IP地址：子网地址、网关地址、子网广播地址和用户主机地址，这会降低地址利用率。第7章 宽带接入网 图7.15 VLAN方式的网络结构第7章 宽带接入网(2)VLAN+PPPoE方式。VLAN+PPPoE方式的网络结构如图7.16所示。VLAN+PPPoE方式可以解决用户数据的安全性问题，同时由于PPP协议提供用户认证、授权以及分配
