目前网络主要包括传输交换网和接入网。接入网(Access Network)是指从用户终端到ISP之间的网络,它除了包含用户线传输系统、复用设备外,还包括数字交叉连接设备和用户/网络接口设备。由于要在传统的电信网络中传输数据业务,特别是图像和多媒体的传输,需要更高的带宽,因此,宽带接入网(Broadband
Access Network)应运而生,定带接入技术成为热门,包括xDSL、Fiber、HFC、千兆以太网、无线接入中的本地多点分配业务LMDS等等。
1 宽带总论
能传送动态画面的带宽通常称其为宽带,最小为38Kbps,标准为1Mbps~1.5
Mbps。
宽带由骨干网、城域网和社区网三部分组成。作为形象的比喻,骨干网可看作连接城市间的调整公路,城域网则是市区里的公路,而社区网乃是把路修到你家门口,被戏称为"最后一公里"。宽带网的重要性显而易见,有了它,不仅有普通网络的收发电子邮件、Web浏览等功能,而且可以满足语音、图像等大量信息传递的需求,比普通拨号上网快上百倍。这样,你可以在家办公或炒股,进行电子商务和远程教育、实现VOD视频点播、看电影、玩游戏等各项作业,方便异常。但是,它又是一个需要高投资的项目,据了解建成一个10万用户的定带网络至少要几亿元,虽然可提供增值服务,但是投资短期内是很难收回的。另一方面,即使互连网用户可以享受宽带,但目前利用率也不是很高,主要原因是服务费过高。
由于Internet将是用户日渐重要的接入业务,使得IP将成为未来主导通信协议,IP化和宽带化将成为下一代电信网络的基本特征。美国朗迅科技公司已推出新的宽带公共接入网络平台AnyMedia,它可以通过铜线、光纤、无线等各类物理媒体传输话音、数据、视频等任意信息媒体,既xDSL,也支持网络结构由FTTC、FTTB而最终发展为基于ATM
PON的FTTH。加拿大北电公司推出智能化业务宽带接入系统UEIMAS,支持全部的DSL类型,提供高端口密度和千兆ATM带宽。思邦科技公司为中小型客房提供的快速安全接入解决BR1300,允许多用户共享Cable/ADSL调制解调器,还可增强网络安全,提供从办公室到互联网的快速宽带接入,同时可以担当以太网域边缘路由器和端网防火墙的双重任务。
2 智能小区信息网络接入网技术方案分析
智能小区的通讯接入网是建立智能化家庭、小区综合管理中心以及与外界广域网进行信息交互的纽带。小区通讯接入网是智能小区最基本的投资项目之一,关系到小区的投资费用,小区通讯与网络方面的现代化程度,以及提供综合信息与新名词服务的能力。
小区通讯接入网的建设应充分考虑到不同住宅小区的实际情况,包括住宅小区的等级档次,所面向用户的知识层次等等。一般说来,小区通讯接入网按传输介质划分可分为以下5类,这5种网络系统也被称为信息调整公路的五大干道。
2.1 双绞铜线经xDSL实现FTTC接入
双绞铜线通过异步拨号Modem和ISDN是传统接入方式。新的铜缆用户线技术有ADSL、HDSL、SDSL、VDSL等"变铜为金"的xDSL技术。它们是采用数字技术和调制解调技术在普通的电话线上实现传送宽带数字信号。是充分利用铜线资源来满足一段时间内宽带接入需要的有效措施。xDSL技术都是通过一对调制解调器来实现,其中的一个调制解调器放置在电信局,另一个则放置有用户端。常用于小区宽带接入的是ADSL和VDSL。
ADSL是非对称数字用户线系统,它利用一对双绞用户线对,非对称传输信号,下行信道可提供1.5Mbps~6
Mbps的分配业务,上行信道为64Kbps~640 Kbps,传输距离可达3km~5km,同时支持传输数据和话音,非常适用于对双向带宽要求不同的场合。ADSL的主要缺点是对线对的要求太苛刻、人格高,就是装行速率ADSL,即无分路器的ADSL标准G.992.2,其基本思想一是把速率降低到1.5
Mbps,二是在用户处不用电话分路器。
VDSL是更高速数字用户线,可以在较短的距离上提供极高的传输速率。在双绞线上下行传输速率可以扩展到25
Mbps~52 Mbps,从而可容纳6个~12个4 Mbps的MPEGⅡ压缩信号,同时允许1.5 Mbps的上行速率,其传输距离分别缩短为1000m或300m左右。VDSL模块由前端、数字信号处理器、数字化接口、调制解调器4种芯片集成,目前实现这种技术的芯片已经问世。
利用xDSL技术实现光纤到路边(FTTC)接入,是通过双绞铜线沟通FTTC与用户间的连接,解决了FTTC实用化过程中,宽带元ONU敷设点距离用户网络接UNI不超过300m。ONU中嵌入的VDSL模块将光信号转换成电信号,用户端的带通滤波器分离计算机通信信号和活动图像通信信号。
2.2 光纤/同轴电缆混合网HFC通过双向Cable Modem实现CATV接入
CATV发展起来的HFC系统是当前最适合应用的并能向FITL过渡的最佳宽带接入网,它将光纤用于宽带传输,同轴电缆用于连接用户终端,带宽可接近1000MHz,可提供多种业务。具有广阔的发展前景。
这种混合光纤/同轴电缆网(Hybrid Fiber-Coax)是一种以模拟频分复用技术为基础,综合模拟和数字、光缆和电缆传输技术的射频宽带网络。它采用频率分割、数字压缩、调制解调等技术,在HFC网上,除传送常规的广播电视信号外,也可以进行高速的数据传输。从而将计算机、电话机、电视机有机地结合在一起,实现图像、数据和语?quot;三线合一"、共网传输的目的。HFC支持模拟和数字业务,并可逐步向FTTH过渡,被普遍认为是一种较好的接入网解决方案。
光纤/同轴混合接入(HFC)的传输线路,局交换设备至光节点的主干系统使用光纤,光节点通过同轴电缆连向用户设备。Cable
Modem包含一个覆盖频率1000MHz的射频调谐器,将CATV网络上的话音、数据、图像都调制到这个射频信号上,或者从中解调下来。用户端的双向Cable
Modem将CATV传来的信号分成6MHz的信号,并将计算机信号转换成支持以太网协议的计算机数据和通信,每个Cable
Modem提供2个信息接口SI一个AUI接口、一个以太网接口,用户可以将采集到的数据连接到SI接口,家用电视机连接到AUI接口,PC机的网卡插到以太网10BASE-T接口,形成一个虚拟以太网VLAN连接。双向Cable
Modem提供快速连接,无需拨号,不占用电话线。它内部有多路MPEGⅡ解压器、数模转换器、信令发送器等芯片,上行方向一个8MHz带宽的信道可以得到10Mbps数据传输速率,下行方向一个8MHz带宽的信道可以得到36Mbps数据传输速率。
目前HFC多为750MHz系统,其中:
5MHz~40MHz用于传送上行信息;
50MHz~550MHz用于传送模拟CATV信号;
550MHz~750MHz用于传送下行数字信息,包括电话、数据、数字图象信号,能提供200路MPEⅡ压缩的点播电视业务以及其它双向电信业务。
从物理连接上看,HFC与FTTC、FTTR很相似,但实际上有本质的区别,HFC主要传送模拟信号,而FTTC、FTTR传送的是数字信息。
采用有线电视的HFC网络作为智能住宅小区的信息传输网,不仅在功能上能完全满足要求,而且大大地简化了小区布线,节省了资金。由于其频带宽,基本上能保证该小区内的信息传输网不用更新,是最理想的小区用户接入网之一。当然,由于它采用共享方式,当有几百用户分享36Mbps带宽时,每个用户就只有几百K的带宽了。
HFC技术可广泛应用于智能建筑领域的各个弱电子系统中,可向用户提供全双工数字交换式的网络传输功能,并能实现智能化和管理的系统集成。在卫星有线电视系统、电话程控交换通讯系统、三表出户管理系统、计算机互联网络系统、VOD电视点播系统、电视会议系统、办公自动化系统、监控安保报警系统以及教育和网上购物。
2.3 采用混合光纤/双绞线铜缆的局域网接入
采用光纤与铜缆混合具有很好的发展潜力,有FTTC(光纤到路边)/双绞线铜线、FTTB(光纤到大楼)/UTP等,是铜缆向纯光纤网过渡的理想方案。
其中局域网接入技术FTTB+LAN是小区用户接入的较佳方式,它是光纤到小区或到大楼后,直接与LAN相连。中国的小区居住比较密集,容易满足局域网100m的网段距离要求,有更好的性能价格比,同时也具有更高的接入带宽(100Mbps~100Mbps),因此光纤到小区+局域网现已成为当前国内宽带接入的首选方案。
早期以太网在采用UTP后,网络拓扑结构由总路线形变化成为星形,这不仅允许采用结构化布线,而且以太网从此开始可以由共享式变为象电话系统那样进行交换,这是里程碑式的发展。以太网接入方式与IP网很适应,LAN交换和大容量MAC地址存储等技术已经有重大突破,容量分为10Mbps、100Mbps(快速以太网)、1000Mbps(千兆以太网)三种等级,可按需要升级。特别是在协议和改进后,千兆位以太网已能很好地传输视频及多媒体数据,传输距离大为扩展,成为LAN的主选技术。然而由于计费、管理及有源器件等多种因素,还有千兆位以太网的建设不象HFC、xDSL那样可以借用庞大的广电网或电话网,而必须单独架线组网,因此,千兆位以太网作为家庭的接入方式目前尚不能适用。
2.4 无线接入网
无线接入技术可以分为移动无线接入和固定无线接入两大类。
移动无线接入网包括蜂窝区移动电话网、无线寻呼网、无绳电话网、卫星全球移动通信网直至个人通信网等等,是当今通信待业中最活跃的领域之一。无线移动通信系统FDMA、TDMA、CDMA等公用移动网移动网技术以及无绳电话技术,主要用于人中密度低、有地理障碍和急需电话用户线等地区,其特点是经济灵活,发展前景看好线接入网在用无线通信技术来连接交换机到用户终端的无线本地环路(Wireless
Local Loop)中,宽带CDMA可在宽频带内优化调整分组数据传输,能满足无线Internet接入的高数据率要求。移动网络由于实现了真正的跨越时空,具有信息沟通的灵活性、无缝隙覆盖的普遍性,将会成为未来最具吸引力的通信方式。届时,无线网络的接入设备会包括笔记本电脑、PDA、HPC以及具有简单Internet接入功能的移动电话等等。同时,无线用户环路(WLL)目前正逐渐从模拟系统向数字系统发展。
固定接入是从交换节点到固定用户终端采用无线接入,它实际上是PSTN/ISDN网的无线延伸,其目标是为用户提供透明的PSTN/ISDN业务,固定无线接入系统的终端不含有或仅含有限的移动性。主要的宽带固定无线接入技术有已经投入使用的多路多点分配业务(MMDA)、直播卫星系统(DBS)以及正在做现场试验的本地多点分配业务(LMDS)三类。
固定卫星接入是从交换节点到固定用户终端采用无线接入,它实际上是PSTN/ISDN网的无线延伸。固定无线接入方式有微波上点多址、蜂窝区移动接入的固定应用、无线用户环路、卫星VSAT网等。
本地多路分配业务接入(LMDS)已经面市,它利用地面转接站而不是转发数据,通过RF频带最多可提供10Mbps的数据流量,它彩蜂窜单元,以毫米波28GHz的带宽向用户传送VOD、广播和电视会议等宽带业务,具有带宽高和双向数据传输的特点,可提供多种宽带交互式数据及多媒体业务,是一种新兴的无线接入技术。
2.5 纯光纤接入网
纯光纤接入网(Optic Access Network ,OAN)是指传输介质全部彩光纤连接到用户的网络,又称为光纤用户环路(FTTL),它是未来接入网的主要实现技术。为此,需要在本地交换局(LE)设置光纤线路终端OLT,在用户侧设置光纤网络单元ONU。
从应用角度分类,光纤接入网可划分为两种不同的类型:光纤到路边(FTTC)及光纤到大楼(FTTB);光纤到家庭(FTTH)及光纤到办公室(FTTO)。
将光纤网络单元(ONU)放置路边,ONU和用户之间用同轴电缆或双绞线相连,ONU置放在大楼内,用铜线或同轴电缆延伸到用户。用户可以广泛使用高速数据、电子检索、电子邮件、可视图文、远程教育等宽带业务,非常适合现代智能大楼。
将ONU放到用户室内,称为光纤到家(FTTH)。FTTH和FTTO为一种全光纤的网络结构,用户与业务节点之间以全光纤作传输。因此无论在带宽方面还是在传输质量和维护方面都十分理想,适合各种交互式业务,是接入网发展的最终目标。但因FTTH要为每个用户提供光纤和光端机,短期内经济上难以承受,所以是长远的发展方向。
光纤接入网可划分为无源光网络(PON)和有源光网络(PON)和有源光网络(AON)。利用ATM的集中和统计复用的无源光纤接入网络(APON)前途最为看好,是面向21世纪宽带接入技术的最新发展方向。由于APON是无源系统,因而安装、开通和运行维护的成本大为降低,将会逐步成为真正的全业务接入网系统。但需改进的是要使APON能够支持IP接入。
光纤用户网的主要技术是光波传输技术,目前光纤传输的复用技术用得最多的有时分复用(TDM)、波分复用(WDM)、频分复用(FDM)、码复用(CDM)等。
3 接入网技术总汇
接入网技术可分为有线接入技术、无线接入技术和标准接口三个方面。根据传输媒体的不同,目前的接入方式一览表。
接入方式
媒界
分类
……
宽带
速率B/s
传输距离
传输方式
传输信息
有线接入网
铜双绞线
DSL
HDSL
窄带
1M~2M
3km~5km
数字、模拟
语音、数据
ADSL
窄带
7M~10M
3km~5km
数字
语音、数据、VOD
SDSL
窄带
1M~2M
3.3km
数字
数据
VDSL
窄带
13M~52M
1.5km
数字
数据
光纤
光纤
FTTJ
无限
高速
远距离
任何方式
语音、数据、图像
FTTP
无限
高速
远距离
任何方式
语音、数据、图像
FTTC
宽带
高速
远距离
数字、模拟
语音或图像
FTTB
宽带
高速
远距离
数字、模拟
语音或图像
同轴
HFC
1000M
高速
远距离
数字兼容
语音、数据、图像
无线接入网
蜂窝区移动电话网
窄带
电话
移动无线接入网
无线寻呼网
窄带
电话
无线电话网
窄带
电话
集群电话风
窄带
电话
卫星全球移动通信网
窄带
电话
个人通信网
窄带
电话
固定无线接入网
微波一点多址
窄带
电话
蜂窝区移动接入
窄带
电话
无线用户环
窄带
电话
蜂窝移动通信
窄带
电话
无线技术
窄带
电话
4 智能小区接入城市电信宽带网的具体途径
(1)在城市已有电信宽带网的前提下,如果小区内没有计算机网络综合布线而只有电话线的情况下,需要先在小区各楼内安装ADSL集中复用设备,用户通过室内ADSL
RTU(类似电话拨号的MODEM)接入楼内的集中复用设备,单个用户可独享上行最高达1M,下行最高达8M的带宽。ADSL集中复用设备再通过155M或622M的光纤高速接入城市电信宽带网。
(2)如果小区楼内已有计算机网络综合布线系统,则可以在建立小区局域网后,通过155M或622M的高速ATM接入设备(ATM
CPE)及光纤接入城市电信带宽网。小区局域网经光纤由中央机房内的大交换机群联结到小区各栋楼的小交换机,然后通过五类UTP线再与各家住户相连,单个用户上网带宽可达10M。每户布线费用需数百元。
(3)现在已有长城宽带网络公司等一批企业,可以向小区提供带宽建设,即由其提供资金和其在小区内建设宽带接入网,当然也因此而拥有对该网络的运营权。它既是ISP(接入服务商),又是ICP(内容提供商),通过对小区内所有住户每月收取包月制费用,此类企业既可以在不长的时期内(大约一年左右)偿还网络建设投资,又可在以后相当长的时期内通过Internet接入、VOD、网上购物、远程教育、电子商务等,为用户提供大容量高速率的宽带服务来赚取利润;对小区内的住户而言,每月一二百元的花费就可以换取到无时间约束和无额外支出地上网,也算得上是大快人心之事,此可谓一举两得的双赢策略。这种低成本的上网方案源于中国独有的群居方式,是具有中国特色的善事。
(4)基于有限电视Cable Modem的接入技术基本结构是有线电视台控制中心的总前端机通过IP主干城域网与各个分前端机连接,分前端机再通过光纤连接到各光接点,光接点以下是双向同轴电缆分配网连接到用户端。
大双向混合光纤同轴网HFC(Hybrid Fiber/Cpax)。上构建小区宽带信息传输网时,需在小区管理控制中心内设置电缆调制解调器头端系统(CMTS)和路由交换机,用户端设置线缆调制解调器CM(Cable
Modem),由此构成双向HFC网的用户宽带接入传输平台。
HFC前端机主要包括路由交换机、CMTS、光发射/接收机。前端路由交换机通过光纤与IP城域网相连。CMTS连结双向HFC和宽带数据网,为用户端的CM提供控制、管理和数据传输功能,包括动态宽带管理、高速信息集中、数据网络资源的接入控制、保证数据服务质量。每个CMTS可支持和管理2,000个CM。
HFC网络用户端核心设备是电缆调制解调器CM,用于完成HFC网与用户PC之间的数据格式转换,使用户PC通过HFC网络与前端设备进行双工的数字通信。CM通过标准的10/100BASE-T以太网自适应接口与用户的PC连接,通过F头与HFC网连接。
用户的宽带接入可采用各种不同的方式。小区住户的PC机可通过10/100BASE-T自适应以太网接口直接连接线缆调制解调器CM,实现上行10Mbps,下行36Mbps传输速率的宽带接入。也可多个用户通过集线器共用一个线缆调制解调器CM,共享上行、下行带宽。这能降低每个用户接入费用。对小区内的中型用户可通过集线器或路由交换机共用一个CM将其内部网接入HFC网;对小区内的大型用户,则可采用100/1000M以太网端口作高速专线接入,连接到小区管理控制中心的路由交换机,实现大型用户与带宽信息网的高速接入。摘自《电气智能建筑》