第一章-接入网技术基础课件.ppt

宽带接入网技术,课程名称：宽带接入网技术上课时间：教 材：宽带接入网技术张喜云主编 课 时：54学时参考资料：宽带接入技术与实践杨威主编课程特点：,课程信息,目录第一章 接入网基础第二章 宽带IP城域网第三章 ADSL接入技术第四章 FTTx+LAN接入技术第五章 Cable Modem 接入技术第六章 无线接入技术,第一章 接入网基础,1.1 电信网 1.2 接入网概述 本章小结 习题,1.1 电 信 网1.1.1 电信网的组成电信 如：无线电、电报、电视、电话、数据通信及计算机网 络通信等。电信网一个完整的电信网包括硬件和软件两大部分。,硬件,传输设备,终端设备,通信线路,4,1,2,3,交换设备,软件,为了保证很好地完成信息传送和交换所必需的一整套协议和标准,一般包括电信网的网络结构、信令、协议和接口、接术体制及技术标准,1.1.2 电信网的分类,按网络功能分为交换网、传输网和接入网。图1-1所示为按网络功能划分的电信网的基本组成示意图。,图1-1 电信网的基本组成,1.2 接入网概述1.2.1 接入网的定义在ITU-T G.902中，接入网的定义是由业务节点接口(SNI)和相关用户网络接口(UNI)之间的一系列传送实体(如线路与传输设施)所组成的，为电信业务提供所需传送承载能力的实施系统，如图1-2所示。ITU-T G.902定义的接入网有三类接口，即UNI、SNI和Q3管理接口。由此三个接口对接入网进行了定界。原则上，接入网对其所支持的UNI和SNI的类型和数目并不限制。接入网不解释信令。管理方面经Q3接口与电信管理网相连。,图1.2 接入网示意图,主要功能：负责将业务信息透明地传送到用户，即用户通过接入网络的传输可以灵活的接入到不同的业务节点上，其终极目标是实现网络无边界。,一个例子,1用户网络接口(UNI)接入网的用户侧经由UNI与用户相连，不同的UNI支持不同的业务，UNI主要包括PSTN模拟电话接口(Z接口)、ISDN基本速率接口(BRI)、ISDN基群速率接口(PRI)和各种专线接口。,2业务节点接口(SNI)接入网的网络侧经由SNI与业务节点相连，SNI同样有模拟接口(Z接口)和数字接口(V接口)。Z接口对应于UNI的模拟2线音频接口，可提供普通电话业务。随着接入网的数字化和业务的综合化，Z接口逐渐被V接口取代。V接口经历了V1V5接口的发展。其中，V1V4接口的标准化程度有限，并且不支持综合业务接入。V5接口是本地数字交换机与接入网之间开放的、标准的数字接口，支持多种类型的用户接入，可提供语音、数据、专线等多种业务，支持接入网提供的业务向综合化方向发展。目前，SNI普遍采用V5接口。,V5接口包括V5.1接口和V5.2接口。每个V5.1接口只提供1条2.048Mb/s链路，固定时隙分配，不支持一次群速度接入，无集线和切换保护功能。每个V5.2接口最多可提供16条2.048Mb/s链路，动态时隙分配，支持一次群和租用线业务，配置数量为偶数，有集线和切换保护功能。,3Q3管理接口Q3管理接口是操作系统(OS)和网络单元(NE)之间的接口，该接口支持信息传送、管理和控制功能。在接入网中，Q3接口是TMN与接入网设备各个部分相连的标准接口。通过Q3管理接口来实施TMN对接入网的管理和协调，从而提供用户所需的接入类型和承载能力。,1.2.2 接入网的结构1功能结构接入网有5个基本功能，包括用户接口功能(UPF)、业务接口功能(SPF)、核心功能(CF)、传送功能(TF)和接入网系统管理功能(AN-SMF)。各种功能模块之间的关系如图1-3所示。,图1-3 接入网的功能结构,1)用户接口功能(UPF)用户接口功能是将特定UNI的要求与核心功能和管理功能相适配。具体功能有：终结UNI功能；A/D变换和信令转换功能；UNI的激活与去激活功能；UNI承载通路/承载能力处理功能；UNI的测试和用户接口的维护、管理和控制功能。,2)业务接口功能(SPF)业务接口功能是将特定SNI的要求与公用承载通路相适配，以便核心功能处理，并选择有关的信息用于AN-SMF的处理。具体功能有：终结SNI功能；把承载通路要求、时限管理和运行要求及时映射进核心功能；特定SNI所需的协议映射功能；SNI的测试和SPF的维护、管理和控制功能。,3)核心功能(CF)核心功能处于UPF和SPF之间，承担各个用户接口承载通路或业务接口承载通路的要求与公用承载通路相适配。核心功能可以分布在整个接入网内，具体功能有：接入承载通路处理功能；承载通路的集中功能；信令和分组信息的复用功能；ATM传送承载通路的电路功能；管理和控制功能。,4)传送功能(TF)传送功能为接入网中不同地点之间公用承载通路的传送提供通道，同时为相关传输媒质提供适配功能。主要功能有：复用功能；交叉连接功能；物理媒质功能；管理功能。,5)接入网系统管理功能(AN-SMF)通过Q3接口或中介设备与电信管理网接口，协调接入网各种功能的提供、运行和维护。具体功能有：配置和控制功能；业务提供的协调功能；用户信息和性能数据收集功能；协调UPF和SN的时限管理功能；资源管理功能；故障检测和指示功能；安全控制功能。,2拓扑结构拓扑结构是指组成网络的各个节点通过某种连接方式互连后形成的总体物理形态。选择拓扑结构时，一般需要考虑以下几个因素：安装难易程度；重新配置难易程度，即适应性、灵活性；网络维护难易程度；系统可靠性；建设费用，即经济性。电信网的基本结构形式主要有网型网、星型网、总线型网、环型网、树型网等五种。在固定电话网中最常用的拓扑结构为复合型网，即上级节点以星型网连接到下级节点，上级节点之间以网型网相连接。,由于接入网与核心网的性质和服务对象不同，因此接入网的拓扑结构与核心网的拓扑结构也有区别，接入网的拓扑结构对接入网的网络设计、功能配置和可靠性等有重要影响。1)铜线接入网拓扑结构铜线接入网主要是指基于固定电话网的用户数字线(xDSL)接入网，其复用系数小。所采用的拓扑结构与固定电话网的拓扑结构相似，除用户驻地网(CPN)外，也是以网型、星型和复合型为主。,注：用户驻地网（CPN）(CustomerPremisesNetwork)是指用户网络接口(UNI)到用户终端之间的相关网络设施，一般是指用户终端至用户网络接口所包含的机线设备（通常在一个楼房内），由完成通信和控制功能的用户驻地布线系统组成，以使用户终端可以灵活方便地进入接入网。目前属于CPN范围的有4种方式：普通铜缆双绞线；同轴电缆；5类双绞线（UTP5）；楼内综合布线系统（PDS）(PremisesDistributionSystem)。另外，光纤到户的问题正在积极探索之中。,2)光纤接入网拓扑结构光纤接入网所采用的拓扑结构应考虑光纤的特点，其复用系数大，成本较低，以总线型、星型、环型、树型为其基本拓扑结构。在实际工作中，还可采用网型、双星型、双环型、环型/星型等结构。3)HFC接入网拓扑结构HFC接入网是指基于有线电视(CATV)的接入网，所采用的拓扑结构以树型为主。4)无线接入网拓扑结构无线接入网的拓扑结构通常分为两类：无中心拓扑结构和有中心拓扑结构。,在无中心拓扑结构中，一般所有站点都使用公共的无线广播信道，并采用相同的协议争用的无线信道，任意两个节点之间可以直接进行通信。这种结构的优点是组网简单，成本费用低，网络稳定性好；缺点是当站点增加时，网络服务质量会降低，网络的布局受到限制。无中心拓扑结构适用于用户数较少的情况。在有中心拓扑结构中，需要设立中心站点，所有站点对网络的访问均由其控制。这种结构的优点是当站点增加时，网络服务质量不会急剧下降，网络的布局受限制小，扩容方便；缺点是网络的稳定性差，一旦中心站出现故障，网络将陷入瘫痪，并且中心站点的引入增加了网络成本。,1.2.3 接入网的分类按接入网中所采用传输媒介不同，接入网可分为有线接入网和无线接入网两大类；按接入网中传输带宽不同，接入网又分为宽带接入网和窄带接入网两大类。按接入技术不同，目前常见的接入网类型有以下几种，如图1-4所示。,图1-4 接入网的分类,1有线窄带接入1)PSTN拨号接入技术PSTN拨号接入是指利用普通电话Modem在PSTN的普通电话线上进行数据信号传送的技术。当上网用户发送数据时，利用Modem 将个人计算机发出的数字信号转化为模拟信号，通过电话线发送出去；当上网用户接收数据信号时，利用Modem将经电话线送来的模拟信号转化为数字信号提供给个人计算机。PSTN用户拨号接入的基本配置是1对电话相线、1台电脑和1个Modem。PSTN拨号接入技术简单、投资少、周期短、可用性强，但这种接入方式的数据业务和语音业务不能同时进行，且最高速率只能达56 kb/s。,2)ISDN拨号接入ISDN拨号接入与PSTN拨号接入类似，其基本配置为1对电话相线、1台电脑和1个网络终端(NT)。ISDN用户通过电话线连接到交换机的数字用户模块，在电话线上传输的是数字信号。ISDN接入在1对电话线上最多可连接8个终端，可同时为用户提供电话、数据业务和传真业务，速率一般可达到128kb/s。,3)DDN接入DDN接入是一种窄带专线接入网络，向用户提供数据专线服务，可提供永久性和半永久性连接的数字数据传输信道。DDN提供的数据传输速率可在2.4kb/s2.048Mb/s范围内任选，DDN接入面向各类数据用户，支持多种电信业务。,2有线宽带接入1)xDSL接入技术xDSL技术是指采用不同调制方式将信息在普通电话线(双绞铜线)上高速传输的技术，包括：高比特数字用户线(HDSL)技术、单线对数字用户线(SDSL)技术、非对称(异步)数字用户线(ADSL)技术、甚高速数字用户线(VDSL)技术等。其中，ADSL在Internet高速接入方面应用广泛、技术成熟；VDSL在短距离(0.31.5 km)内提供高达52Mb/s的传输速率。,ADSL是目前得到普遍应用的xDSL技术，它的下行通信速率远远大于上行通信速率，最适用于Internet接入和视频点播(VOD)等业务。ADSL从局端到用户端的下行和用户端到局端的上行的标准传输设计能力分别为8Mb/s和640kb/s。ADSL的下行速率受到传输距离和线路情况的影响，处于比较理想的线路质量情况下，在2.7km传输距离时，ADSL的下行速率能达到8.4Mb/s左右，而在5500m传输距离时，ADSL的下行速率就会下降到1.5Mb/s左右。ADSL宽带接入网示意图如图1-5所示。,图1-5 ADSL宽带接入网示意图,2)光纤接入技术光纤接入网采用光纤作为传输介质，利用光网络单元(ONU)提供用户侧接口。由于光纤上传送的是光信号，因而需要在交换局侧利用光线路终端(OLT)进行电/光转换，在用户侧要利用ONU进行光/电转换，将信息送至用户设备。光纤接入网示意图如图1-6所示。,图1-6 光纤接入网示意图,根据ONU放置的位置不同，光纤接入网可分为光纤到大楼(FTTB)、光纤到路边(FTTC)或光纤到小区(FTTZ)、光纤到户(FTTH)或光纤到办公室(FTTO)等。FTTB与FTTC的结构相似，区别在于FTTC的ONU放置在路边，而FTTB的ONU放置在大楼内。FTTH从端局连接到用户家中的ONU全程使用光纤，容量大，可以及时引入新业务，但成本比较高。目前常用的光纤接入技术主要采用光纤加金属铜线的技术，如FTTx+LAN。,3)Cable Modem接入网Cable Modem接入网是在混合光纤同轴电缆(HFC)网上实现宽带接入的技术。将现有的单向模拟CATV网改造为双向HFC网络，利用频分复用技术和Cable Modem实现话音、数据和交互式视频等业务的接入。Cable Modem是专门在CATV网上开发数据通信业务而设计的用户接入设备。Cable Modem接入网示意图如图1-7所示。,图1-7 Cable Modem接入网示意图,局端将电信业务和视像业务综合，从前端通过光载波经光纤馈线网传送至用户侧的光网络单元(ONU)进行光/电转换，然后经同轴电缆传送至网络接口单元(NIU)。每个NIU服务于一个家庭，它的作用是将整个电信号分解为电话、数据、视频信号送达各个相应的终端设备。用户可以利用现有的电视机而无需外加机顶盒就能接收模拟电视信号。采用FTTC+Cable Modem的组网方式，可以提供交互式数字视频(SDV)。在SDV中，FTTC和HFC是重叠的，一是用FTTC来传送所有交换式数字业务，包括话音、图像和视频；二是用HFC来传送单向模拟视频信号，同时向FTTC的ONU供电。,3无线宽带接入技术1)本地多点分配业务(LMDS)本地多点分配业务(LMDS)是一种双向传输技术，小区半径一般在5km左右，其带宽大于1GHz，主要传送广播电视、VOD、数据和话音等业务。LMDS体系结构示意图如图1-8所示。,图1-8 LMDS体系结构示意图,该系统所用的主要设备完成的任务及容量宽带如下：设备：基站控制器、基站、接收和发射天线、小区站等设备。业务：ISDN、B-ISDN、高级双向多媒体服务。带宽：1GHz带宽(可分成若干信道)。2)多路多点分配业务(MMDS)多路多点分配业务(MMDS)是一种单向传输技术，也称为微波多点分布系统。它可以分配在多个地点，每个小区的半径随地域而变化，一般在3060km，其带宽为100MHz，主要传送广播电视、数据业务。与LMDS不同，MMDS不易受雨、雷电、风暴那样的外部环境因素干扰。,3)直播卫星系统(DBS)直播卫星系统(DBS)是一种单向传输系统，即同步卫星广播系统。由于直播卫星运行在KU频段(12.212.7GHz)，DBS用户可使用较小的抛物面天线接收使用MPEG-2压缩的150200个数字视频信道，还可以用于接收数据广播。其带宽为500MHz，主要传送单向模拟广播电视业务。,1.2.4 接入网的特点传统的接入网是以双绞线为主的铜缆接入网。近年来，接入网技术和接入手段不断更新，出现了铜线接入、光纤接入、无线接入并行发展的格局。电信接入网与核心网相比有非常明显的区别，具有以下特点：(1)接入网结构变化大、网径大小不一。在结构上，核心网结构稳定、规模大、适应新业务的能力强，而接入网用户类型复杂、结构变化大、规模小、难以及时满足用户的新业务需求。由于各用户所在位置不同，造成接入网的网径大小不一。,(2)接入网支持各种不同的业务。在业务上，核心网的主要作用是比特的传送，而接入网的主要作用是实现各种业务的接入，如话音、数据、图像、多媒体等。(3)接入网技术可选择性大、组网灵活。在技术上，核心网主要以光纤通信技术为主，传送速度高、技术可选择性小，而接入网可以选择多种技术，如铜线接入技术、光纤接入技术、无线接入技术，还可选择混合光纤同轴电缆(HFC)接入技术等。接入网可根据实际情况提供环型、星型、总线型、树型、网状、蜂窝状等灵活多样的组网方式。,(4)接入网成本与用户有关、与业务量基本无关。各用户传输距离的不同是造成接入网成本差异的主要原因，市内用户比偏远地区用户的接入成本要低得多。核心网的总成本对业务量很敏感，而接入网成本与业务量基本无关。,本 章 小 结电信网是由一定数量的电信节点(包括终端设备和交换设备)和连接节点的传输链路相互有机地组合在一起，以实现两个或多个规定电信端点之间信息传输的通信体系。一个完整的电信网包括硬件和软件两大部分。电信网按区域和运营方式可分为公用通信网和专用通信网；按传送的信息类型可分为电话通信网和数据通信网；按网络作用可分为业务网、传送网和支撑网；按网络功能可分为交换网、传输网和接入网。,接入网是由业务节点接口(SNI)和相关用户网络接口(UNI)之间的一系列传送实体(如线路与传输设施)所组成的。ITU-T G.902定义的接入网有三类接口，即UNI、SNI和Q3管理接口。接入网有5个基本功能：用户接口功能(UPF)、业务接口功能(SPF)、核心功能(CF)、传送功能(TF)、接入网系统管理功能(AN-SMF)。,按接入网中所采用传输媒介的不同，接入网可分为有线接入网和无线接入网两大类。按接入网中传输带宽的不同，接入网又分为宽带接入网和窄带接入网两大类。有线的宽带接入技术包括xDSL接入技术、光纤接入技术、Cable Modem接入技术；无线的宽带接入技术包括本地多点分配业务(LMDS)、多路多点分配业务(MMDS)、直播卫星系统(DBS)、WLAN。,习 题1-1 画图并说明电信网按照网络功能划分的组成示意图。1-2 简要说明接入网的定义和相关的接口类型。1-3 画图并简要说明接入网的功能结构。1-4 简要说明接入网的类型。1-5 简述接入网的特点。,附：宽带接入技术的进展一、CIPN(Carrier IP Network)宽带接入技术的提出 传统的电信运营面临着移动通信业务、IP业务发展的巨大压力，Internet接入服务提供商ISP与Internet信息服务提供商ICP既相互依存，但又存在利益之争，ICP的许多增值业务在给其带来巨大收益的同时，也消耗着ISP所提供的大量宽带资源，但却没有给其带来与之付出成正比的收益。面对挑战，数据通信公司被迫改变运营模式，开始实施建设一个统一、灵活、具有端到端业务和QoS保障能力的高度控管的业务IP网络CIPN宽带接入技术。以期最终达到重新把握价值链的主动权。,二、CIPN接入网实现技术 1.实现CIPN接入网应遵循的原则 结构简单原则 逐级收敛原则 实现用户接入端口或电话线的绑定 2.CIPN接入网所面临的技术问题 在靠近IP核心网的一侧,采用单边缘方式,而非多边缘方式。在用户端，则采用每个用户一个PVC/VLAN的PUPV模式。,BRAS,宽带接入服务器（Broadband Remote Access Server,简称BRAS）是面向宽带网络应用的新型接入网关，它位于骨干网的边缘层，可以完成用户带宽的IP/ATM网的数据接入（目前接入手段主要基于xDSL/Cable Modem/高速以太网技术（LAN）/无线宽带数据接入(WLAN)等），实现商业楼宇及小区住户的宽带上网、基于IPSec（IP Security Protocol）的IP VPN服务、构建企业内部Intranet、支持ISP向用户批发业务等应用。主要完成两方面功能，一是网络承载功能：负责终结用户的PPPoE（Point-to-Point Protocol Over Ethernet,是一种以太网上传送PPP会话的方式）连接、汇聚用户的流量功能；二是控制实现功能：与认证系统、计费系统和客户管理系统及服务策略控制系统相配合实现用户接入的认证、计费和管理功能。,SR,全业务路由器(Service Router)为IP边缘节点，其功能与BRAS类似，用来终结和管理用户的PPPoE/IPoE会话。BRAS作为传统的互联网业务的入口，而SR作为新的精品业务的入口。这个架构是目前国内大多数城域网的现状。IP边缘节点统称为BNG（Broadband Network Gateway），BRAS和SR都属于BNG的细分形式可以理解为狭义的BNG。BRAS和SR在功能上并无本质不同，二者最主要的差别是硬件体系架构和平台的速度。是否支持PPPoE或IPoE/DHCP接入方式，并不是BRAS和SR的本质区别，原则上广义的BNG应支持所有的用户接入方式。但从体系架构上讲，从SR向统一的边缘节点演进更符合运营商的思路并贴合实际的硬件能力。,