接入网技术

接入网技术
前言
在电信网络接入用户的“最后一公里”处，目前正是硝烟四起、竞争惨烈。

个网络运营商都在“跑马圈地”，竭尽全力争夺更多的用户；各种新兴的“宽带”接入技术在“最后一公里”处纷纷登场，显示出各自优良的性能和适应性。

电信网络的“最后一公里”已经有了一个全新的名字——接入网（AN Access Network）。

目前，全球都在针对接入网进行电信网历史上最昂贵的升级，有人甚至把这次升级称为第二次电信革命。

1接入网的基本概念
1.1接入网的定义
接入网(AN Access Network)是电信网的重要组成部分,位于电信网的最低层,是各运营商电信业务落地的必经之路，是网络运营的基础。

接入网是连接用户终端设备和某种业务网网络节点之间的网络设施。

接入网的概念来自电话业务网，现代接入网的特点表现为综合业务的接入，特别是多媒体业务和IP业务的综合接入。

一般来讲，接入网是业务节点接口和用户网络接口之间的一系列传送实体所组成，以及为传送信息业务提供所需承载能力的实施系统。

所以说接入网实际就是完成用户终端/网络与业务节点的连接。

从整个电信网的角度，可以将全网划分为公用电信网和用户驻地网（Customer Premises Network，CPN）两大块，其中CPN属用户所有，故通常电信网指公用电信网部分。

公用电信网又可划分为三部分，即：长途网（长途端局以上部分）、中继网（即长途端局与市话局之间以及市话局之间的部分）和接入网（即端局至用户之间的部分）。

按照ITU-T G.902的定义，接入网（AN）是由业务节点接口（Service Node Interface，SNI）和相关用户网络接口（User Network Interface，UNI）之间的一系列传送实体（诸如线路设施和传输设施）所组成的，它是一个为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统。

IP接入网是IP用户和IP服务提供者之间提供接入能力的实体组成，由这些实体提供承载IP业务的能力。

定义中的IP服务提供者是一种逻辑实体，它可能是一个服务器群组，可能是一个服务器，甚至可能是一个提供IP服务的进程。

1.2接入网的主要功能
如图所示，接入网主要有五项功能，即用户端口功能，业务端口功能、核心功能、传送功能和AN系统管理功能。

AN系统管理（AN-SMF）
用户功能口（UPF）
核心
功能
（CF）
传送功能
业务口功能
（SPF）
核心
功能
（CF）
SNI
SNI
图1 接入网功能结构
1.3接入网的发展状况
早期的电信网只能为用户提供话音业务的服务,这样每个用户到交换局必须要有一对金属线相连接，这时的用户接入网就是由许多连接到各不同服务区的金属电缆所组成。

这种接入网由主干电缆配线和用户线组成，在实际的配置中为了提高通信的可靠性并且防止因电缆线对的损坏而影响通信，通常在配置这三种电缆时应使主干电缆的线对数大于配线电缆的线对数，配线电缆的线对数大于用户电缆的线对数，用户电缆的线对数应大于实际的用户数。

但是随着经济的飞跃发展人们的物质生活和文化生活水平的不断提高人们对信息的交换不再仅仅停留在话音业务上，而要求有图像数据高清晰度电视等的综合数字业务的交流。

无论运营商的骨干网络资源多么丰富，如果不能解决网络“最后一公里”的接入落地问题，很难取得良好的经济效益。

接入网的安全可靠性、业务承载能力直接影响到用户对电信网的满意程度，影响运营者的企业形象。

因此，接入网的建设和发展成为运营商关注的焦点，也是电信网络建设投资的重点。

据统计，接入网的建设投资占据电信网络投资的60％以上，其网元规模远远超出核心网的规模。

作好接入网络和业务的规划，是运营商实现网络增值和可持续性发展的重要保证。

所以这就使得接入网开始成为人们关注的焦点。

在巨大的市场潜力驱动下，产生了各种各样的接入网技术。

1.4 接入技术分类
接入网研究的重点是围绕用户对话音、数据和视频等多媒体业务需求的不断增长，提供具有经济优势和介入优势的接入技术来满足用户的需求。

接入网的分裂多种多样，可以暗传输介质、拓扑结构、实用技术、接口标准、业务带宽、业务种类等进行分类。

就目前的技术研究现状而言，接入网主要分为有线接入网和无线接入网两大类。

有线接入网又分为铜线接入网、光纤接入网和混合光纤、同轴电缆接入网；无线接入网分为固定无线接入网和移动无线接入网两种，包括蜂窝通信、地面微波通信和卫星通信等不同形式。

2 铜线接入技术（xDSL）
随着技术的发展、网络的升级换代、Internet用户数量的急剧增长，电信网的主干网部分和一些局域网已基本实现了宽带化。

但直接与家庭用户相连的接入网部分，大都还在使用窄带低速的话带Modem与Internet相连。

利用电话网铜线实现宽带传输的技术成为数字用户线技术（DSL，Digital Subscriber Line），DSL技术通常可以分为速率对称型和速率非对称型两种。

速率对称型DSL技术包括：
●HDSL（High-bit-rate Digital Subscriber Line，高速率数字用户线）
●SDSL（Single Line Subscriber Line，单路数字用户线）
●IDSL（IDSN Line Digital Subscriber Line IDSN，数字用户线）
速率非对称型DSL包括：
●ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户线）
●VDSL(Very-high-spend Digital Subscriber Line，甚高速数字用户线)
●VADSL(Universial Asymmetric Digital Subscriber Line，通用非对称
数字用户线)
●RADSL（Rate adaptive Asymmetric Digital Subscriber Line，速率自
适应非对称数字用户线）
●CDSL（Consumer Digital Subscriber Line，消费者数字用户线）
他们的主要差别体现在信号的传输速率、传输距离、上行速率和下行速率对称行等几方面，如表所示。

相比其他接入技术，DSL技术的优势在于：第一，充分利用现有的巨大绞线铜缆网，无需对现有的电信接入系统进行改造，就可以方便地开通宽带业务；第二，DSL已经有一些标准，并被众多厂商支持和使用；第三，新的衍生技术大大降低了DSL的推广成本。

2.1高比特率数字用户线接入技术(HDSL)
高比特率数字用户线（HDSL）是ISDN编码技术研究的产物。

它是一种用于双绞铜线的用户环路，在长达约4km或更长服务范围内有效传送E1(或T1)速率的业务信息，并提供标准的E1(或T1)接口的传输技术或设备。

HDSL(High-rate Digital Subscriber Loop)是利用现有电话网中使用的普通铜线
实现高速率、全双工数字信号传输的技术。

HDSL作为一种快速、低成本的传输手段，提供标准的E1接口，能满足数字中继线接入、ISDN基群速率、数字环路载波传输的急需，是光纤线路的高质量替代品，是在现有线路条件下实现高速宽带通信的有效技术。

它开发较早、应用较广，采用先进的编码技术，可以在两对或三对铜线双绞线对上传送1.544Mb/s或2.048Mb/s的高速率数据，上行、下行的速率是对称的，传输的距离可达4公里，基本上可以覆盖一个本地电话局的服务区，因而它可以利用现成的电话用户网快速而且方便地建立用户与电话部门之间的宽带路由，在一些国家和地区获得了广泛的应用。

2.1.1HDSL系统的基本组成
HDSL技术是一种基于现有铜线的技术,它采用了先进的数字信号自适应均衡技术和回波抵消技术,以消除传输线路中近端串音,脉冲噪声和波形噪声以及因线路阻抗不匹配而产生的回波对信号的干扰,从而能够在现有的电话双绞铜线(两对或三对)上提供准同步数字序列( PDH)一次群速率(T1或E1)的全双工数字连接。

2.1.2. HDSL的应用
（1）视频/多媒体业务
由于HDSL可靠的传输特性，使得数据能在一对铜绞线上能够实现2Mbit/s
以上的双向高速传输。

因此，这种成熟、稳定的传输技术非常适合需要对称通信的应用，如接入公司Intranet，或实时视频会议。

视频会议和Internet视频及音频技术正推动着对更高传输速率的需求。

协同工作功能如描绘白板、文件转移以及应用共享等，能让各分支办公室和职员在不同地点共同参与项目发展或召开会议。

（2）内部网和专用网业务
由于HDSL提供端至端数字化传送，其质量与光纤相当，所以，网络运营者也将其用于校园网中的局域网，提供高速数据业务。

目前大多数企业是通过拨号连接、帧中继或专线来实现这些连接的。

对网络管理者来说，HDSL能彻底解决远端用户在接入关键商业应用时面临的效能问题。

在专用网，如政府部门或跨国公司，HDSL也能作为一种效率更高、更可靠、更具成本效益的互连方式。

同样重要的是，HDSL调制解调器的售价相对其它DSL 设备是很有吸引力的，因为HDSL不那么复杂，比较定型，而且耗电较少。

2.1.3HDSL的发展技术
HDSL2代表“第二代高比特数字用户线”技术，HDSL2规范的产品在1988年生产。

HDSL2是继HDSL的技术。

本质上是一对线上传送T1和E1速率信号。

它主要由美国ANSI ITI1.4委员会在ADC 通信公司、Adtran公司、Levelone公司和PairGain技术公司等设备上技术支持下研制和开发的。

2.2不对称数字用户线接入技术（ADSL）
不对称数字用户线（asymmetric digital subscriber line，ADSL ）是一种利用现有的传统电话线路高速传书数字信息的技术。

ADSL技术是由Bellcore的Joe Lechleder于20世纪80年代末首先提出的。

该技术将大部分带宽用来传输下行信号，而只使用一小部分带宽来传输上行信号，这样就出现了所谓不对称的传输模式。

2.2.1 ADSL的技术特点具体体现在5个方面：
●高速传输
●上网、打电话互不干扰
●独享带宽、安全可靠
●安装快捷方便
●价格实惠
2.2.2 ADSL的发展现状及应用前景
日前，我国部分电信企业已在利用ADSL为用户提供宽带业务，主要是视频点播，也包括在家购物、交互式游戏及远程教学等。

ADSL上、下行速率不对称的特点使他便于在商业、科学研究、教育及娱乐等领域中作有交互功能的业务使用。

当前它的典型应用有：
（1）Internet高速接入。

通过ADSL接入，线路的下行速率可以达到6～8 Mb／s，较之56 kb／s的普通Modem，要快近200倍，且可以在公司局域网内部实现线路资源的集体共享。

（2）视频VOD、卡拉OK点播、网上游戏、交互电视和网上购物等宽带多媒体服务。

（3）远程LAN接入、异地办公及在家办公等高速数据应用。

（4）远程医疗、远程教学、视话会议及体育比赛的现场实时传送。

（5）在专用网域的应用。

在专用网中发展ADSL业务增值，使其作为企业网络的延伸和补充。

2.3 甚高速数字用户线接入技术（VDSL）
VDSL以ADSL为基础，靠缩短双绞线长度，可传送比ADSL更高的数据。

其最大下行速率为51~55mb/s，传输距离不超过300m,当传输距离在13Mb/s以下时，传输距离可达1.5km,上行速率则为1.6Mb/以上。

VDSL系统中的上、下心道频谱是利用频分复用技术分开，一般采用CAP、DMT和DAMT三种编码方式。

与ADSL相比，VDSL传输带宽更高，由于距离缩短，码间干扰小，处理技术简化，
成本降低。

它和光纤到路边（FTTC）相互结合，可以作为PON的补充，以实现宽带综合接入。

2.4单路线数字用户线（SDSL）
SDSL指上、下行最高传输速率相同的数字用户线路。

也指只需一对铜线的单线DSL。

SDSL是HDSL的一种变化形式，它只使用一条电缆线对，可提供从144 Kb/s到1.5 Mb/s的速度。

SDSL是速率自适应技术，和HDSL一样，SDSL也不能同模拟电话共用线路。

SSSL的技术特点是：第一，与ACCESS-SDSL路由器配合，作为用户端设备；第二，通过拨码开关设置，一端作为局端设备，另一端作为用户端设备，实现点到点的应用；第三，实现DSL功能，数据传输速率可调，通过拨码开关进行设置，速率为256kb/s～2304kb/s，调节步长128kb/s；第四，DSL线路接口采用2B1Q 码进行编码；第五，10Base-T接口，符合IEEE802.3标准。

2.5 IDSN数字用户线（IDSL）
IDSL是基于ISDN的数字用户线路,ISDN从其现在的应用来说也可以算作DSL 技术中的一种.IDSL可以认为是ISDN技术的一种扩充,它用于为用户提供基本速率BRI(128kbps)的ISDN业务,但其传输距离可达5km,其主要应用场合有远程通信和远程办公室连接.
2.6 速率自适应非对称数字用户线（RADSL）
RADSL提供的速率范围与ADSL基本相同，也是一种提供高速下行、低速下行并且保留原语音服务的数字用户线。

与ADSL的区别在于：RADSL的速率可以根据传输距离动态自适应，当距离增大时，速率降低，这样就可以提供用户传输服务的灵活选择。

2.7 消费者数字用户线（CDSL）
消费者数字用户线路（Consumer Digital Subscriber Line，CDSL）是数字用户线路（Digital Subscriber Line，DSL）服务的一个版本，Rockwell公司持有此商标，它的速度比非对称数字用户线路（Asymmetric DSL，ADSL）慢，最高有1Mbps的下载速度和更小的上传速率，它的优势是在用户端不需要安装分离器。

3光纤接入技术
光纤接入网泛指以光纤作为主要传输媒介的接入网。

根据光机入网中ODN是由无源器件还是有源器件组成，光接入网可分为有缘光接入网和无源光接入网。

3.1无源光网络接入技术--PON
无源光网络（Passive Optical Network, PON）是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。

PON中最主要的三部分包括位于局端的OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）、终端ONU（Optical Network Unit，光网络单元）、以及ODN（Optical Distribution Network，光配线网）。

PON“无源”是指ODN全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，不含有任何电子器件及电源。

无源光网络（PON）是一种纯介质网络，避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少了线路和外部设备的故障率，提高了系统可靠性，同时节省了维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。

无源光接入网的优势具体体现在以下几方面：
●无源光网体积小，设备简单，安装维护费用低，投资相对也较小。

●无源光设备组网灵活，拓扑结构可支持树型、星型、总线型、混合
型、冗余型等网络拓扑结构。

●安装方便，它有室内型和室外型。

●无源光网络适用于点对多点通信
●无源光网络是纯介质网络，极适合在自然条件恶劣的地区使用。

●从技术发展角度看，无源光网络扩容比较简单，不涉及设备改造，
只需设备软件升级，硬件设备一次购买，长期使用，为光纤入户奠
定了基础，使用户投资得到保证。

3.2基于ATM无源光网络接入技术--APON
APON是ATM-PON的简称。

ATM是一种基于信元的传输协议，近年来，被越来越广泛地应用于接入网上以提供视频广播、远程教学、以及数据通信等多种业务。

ATM技术能为接入网提供动态的带宽分配，从而更适合宽带数据业务的需要。

可以运行在多种物理层技术上，ｘDSL技术和PON技术均可为ATM的运行提供物理平台。

3.2.1APON的应用
●A PONet与ATM/SDH环构建宽带城域接入网
●2.局域网互联
3.2.2 APON的延续--GPON
GPON技术起源于1995年开始逐渐形成的ATMPON技术标准，PON是英文“无源光网络”的缩写。

而GPON(Gigabit-Capable PON) 最早由FSAN组织于2002年9月提出，ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定，2004年2月和6月完成了G.984.3的标准化。

从而最终形成了GPON的标准族。

基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似，也是由局端的OLT(光线路终端)，用户端的ONT/ONU(光网络终端或称作光网络单元)，连接前两种设备由单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的ODN(光分配网络)以及网管系统组成。

3.3以太网无源光网络接入技术--EPON
EPON(Ethernet Passive Optical Network 以太网无源光网络)IEEE802.3定义了以太网的两种基本操作模式。

第一种模式采用载波侦听多址接入/冲突检测（CSMA/CD）协议而应用在共享媒质上；第二种模式为各个站点采用全双工的点到点的链路通过交换机连接到一起。

相应的，以太网MAC可以工作于这两种模式之一：CSMA/CD模式或全双工模式。

3.3.1技术特点
EPON技术由IEEE 802.3 EFM工作组进行标准化。

2004年6月，IEEE 802.3EFM 工作组发布了EPON标准——IEEE 802.3ah(2005年并入IEEE 802.3-2005标准)。

在该标准中将以太网和PON技术相结合，在无源光网络体系架构的基础上，定义了一种新的、应用于EPON系统的物理层(主要是光接口)规范和扩展的以太网数据链路层协议，以实现在点到多点的PON中以太网帧的TDM接入。

此外，EPON 还定义了一种运行、维护和管理(OAM)机制，以实现必要的运行管理和维护功能。

在物理层，IEEE 802.3-2005规定采用单纤波分复用技术(下行1490 nm，上行1310 nm)实现单纤双向传输，同时定义了1000 BASE-PX-10 U/D和1000 BASE-PX-20 U/D 两种PON光接口，分别支持10 km和20 km的最大距离传输。

在物理编码子层，EPON系统继承了吉比特以太网的原有标准，采用8B/10B线路编码和标准的上下行对称1 Gbit/s数据速率(线路速率为1.25 Gbit/s)。

在数据链路层，多点MAC控制协议(MPCP)的功能是在一个点到多点的EPON 系统中实现点到点的仿真，支持点到多点网络中多个MAC客户层实体，并支持对额外MAC的控制功能。

图1示意了EPON协议参考模型及多点MAC控制协议的位置。

MPCP主要处理ONU的发现和注册，多个ONU之间上行传输资源的分配、动态带宽分配，统计复用的ONU本地拥塞状态的汇报等。

利用其下行广播的传输方式，EPON定义了广播LLID(LLID=0xFF)作为单拷贝广播(SCB)信道，用于高效传输下行视频广播/组播业务。

EPON还提供了一种可选
的OAM功能，提供一种诸如远端故障指示和远端环回控制等管理链路的运行机制，用于管理、测试和诊断已激活OAM功能的链路。

此外，IEEE 802.3-2005还定义了特定的机构扩展机制，以实现对OAM功能的扩展，并用于其他链路层或高层应用的远程管理和控制。

相对于BPON和GPON，EPON协议简单，对光收发模块技术指标要求低，因此系统成本较低。

另外，它继承了以太网的可扩展性强、对IP数据业务适配效率高等优点，同时支持高速Internet接入、语音、IPTV、TDM专线甚至CATV 等多种业务综合接入，并具有很好的QoS保证和组播业务支持能力，是目前建设高质量接入网的重要备选技术之一。

3.4有缘无源光网络接入技术（AON）
有源光网络（Active Optical Network,AON）是由OLT,ONU,ODT和光纤传输线路构成。

ODT可以是一个有源复用设备，远端集中器（HUB），也可以使一个环网。

一般有源光网络属于一点到多点光通信系统，按其传输体制可分为准同步数字系列（Plesiochronous Digital Hiresrchy,PDH）和同步数字序列（Synchronous Digital Hiresrchy,SDH）两大类。

4 混合光纤同轴电缆接入技术（HFC）
混合光纤同轴电缆接入网（HFC，Hybrid Fiber Coaxial）的概念最初有贝尔实验室提出，其思想是光纤至馈线（FTTF）采用振幅调制（AM）的光纤链路，用以代替CATV中得电缆干线及放大器。

因而光纤网成星形光纤网通向每一个光节点（Node）。

在节点处，将光信号转变为CATV中得射频(RF)信号，通过总线型将同轴电缆网送给用户，网络结构如图所示。

HDT（主机数字终端）在PSTN与用户接入网之间提供接口，通常每一个光节点为500个用户。

由于HFC是建立在有线电视网（CATV，Cable TV Net work）的基础上，因此，它以模拟传输方式为主，综合接入多种业务信息。

HFC的主干系统使用光纤，采取频分复用方式传输多种信息，配线使用部分树状拖布结构的同轴电缆系统传输和分配用户信息。

在HFC上传输数字语音和数字图像信息时，必须经过宽带调制器，将数字信号调制到模拟信道中传输。

由于CATV网络覆盖范围已经很广泛，而且同轴的带宽比铜线的带宽要宽得多，因此HFC是一种相对比较经济、高性能的宽带接入方案，是光纤逐步推向用户的一种经济的演变策略，尤其是在有线电视网络比较发达的地区，HFC是一种很好的宽带接入方案。

HFC网是目前世界上公认较好的接入方式，是解决信息高速公路最后1公里宽带接入网的最佳方案。

HFC综合网可以提供电视广播（模拟及数字电视）、影视点播、数据通信、电信服务（电话、传真等）、电子商贸、远程教学与医疗、以及增值服务（电子邮件、电子图书馆）等极为丰富的服务内容。

由于HFC网络大部分采用传统的高速局域网技术，但是最重要的组成部分也就是同轴电缆到用户电脑这一段使用了另外的一种独立技术，这就是Cable Modem，即电缆调制解调器又名线缆调制解调器，是一种将数据终端设备（计算机）连接到有线电视网（Cable TV），以使用户能进行数据通信，访问Internet 等信息资源的设备。

它是近几年随着网络应用的扩大而发展起来的，主要用于有
线电视网进行数据传输。

cable Modem其主要功能是将数字信号调制到射频（FR）以及将射频信号中的数字信息解调出来。

除此之外，Cable Modem还提供标准的以太网接口，部分地完成网桥、路由器、网卡和集线器的功能，因此，要比传统的Modem复杂得多。

HFC网的优点就是可以充分利用现有的有线电视网络，不需要再单独架设网络，并且速度比较快，但是它的缺点就是HFC网络结构是树型的，Cable Modem 上行10M下行38M的信道带宽是整个社区用户共享的，一旦用户数增多，每个用户所分配的带宽就会急剧下降，而且共享型网络拓扑致命的缺陷就是它的安全性（整个社区属于一个网段），数据传送基于广播机制，同一个社区的所有用户都可以接收到他人的数据包。

5 以太网接入技术
以太网是目前使用最广泛的局域网技术。

由于以太网技术简单、成本低、可扩展性强、与IP能够很好的结合等特点，它的应用正从企业内部网络向公用电信网领域迈进。

自从1982年以太网协议被IEEE采纳成为标准以后，以太网技术作为局域网链路层标准战胜了令牌总线、令牌环、25M ATM等技术，成为局域网事实标准。

以太网接入技术是指将以太网技术与综合布线相结合，作为公用电信网的接入网，直接向用户提供基于IP的多种业务传送通道。

在以太网技术中，100Base-T是一个里程碑，确立了以太网技术在桌面的统治地位。

千兆以太网以及随后出现的万兆以太网是两个比较重要的标准，以太网技术通过这两个标准从桌面的局域网技术延伸到校园网以及局域网的汇聚和骨干。

5.1标准以太网
开始以太网只有10Mbps的吞吐量，使用的是带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的访问控制方法，这种早期的10Mbps以太网称之为标准以太网。

以太网可以使用粗同轴电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等多种传输介质进行连接，并且在IEEE 802.3标准中，为不同的传输介质制定了不同的物理层标准，在这些标准中前面的数字表示传输速度，单位是“Mbps”。

5.2快速以太网
随着网络的发展，传统标准的以太网技术已难以满足日益增长的网络数据流量速度需求。

在1993年10月以前，对于要求10Mbps以上数据流量的LAN应用，只有光纤分布式数据接口（FDDI）可供选择，但它是一种价格非常昂贵的、基于100Mpbs光缆的LAN。

1993年10月，Grand Junction公司推出了世界上第一台快速以太网集线器Fastch10/100和网络接口卡FastNIC100，快速以太网技术正式得以应用。

随后Intel、SynOptics、3COM、BayNetworks等公司亦相继推出自己的快速以太网装置。

与此同时，IEEE802工程组亦对100Mbps以太网的各种标准，如100BASE－TX、100BASE－T4、MII、中继器、全双工等标准进行了研究。

1995年3月IEEE宣布了IEEE802.3u 100BASE－T快速以太网标准（Fast Ethernet），。