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,以支持各类窄带和宽带、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),用于支持多业务接入;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支持PSTN,VB5支持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以支持多业务接入,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、软件、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 光纤接入网简介
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公司提出的。
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软件,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,并被众多厂商支持和使用,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,既能支持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;它具备可支持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