1、宽带接入技术与实践,杨 威 山西师范大学网络信息中心,2019/10/24,宽带接入技术与实践,宽带接入技术绪论 宽带接入技术基础 xDSL接入技术 HFC接入技术 光纤接入技术 宽带无线接入技术 电力线载波接入 电子政务网及宽带接入设计,2019/10/24,学习目标： 了解宽带网概念与接入特点，了解ISDN、xDSL、DDN、FTTx+LAN、Cable Modem、卫星、固定无线、移动无线、无源光网络、有源光网络、电力线上网等宽带接入技术，为后续内容学习建立概念框架。 了解宽带网体系结构，传输网分层模型，ATM传送IP，光学IP基本原理。 理解视频会议，VOD与ITV，视频点播组成，IP
2、电话，家庭网络等宽带接入技术应用。 了解CIPN宽带接入技术路线，以及基于CIPN的宽带端局模式。,第1章 宽带接入技术绪论,2019/10/24,重点知识：宽带网概念，宽带接入技术类别及特点，宽带网体系结构，宽带网IP传输，宽带接入技术应用，CIPN技术路线，基于CIPN的宽带端局模式。 难点知识：宽带网的IP传输，CIPN技术路线，基于CIPN的宽带端局模式。,第1章 宽带接入技术绪论,2019/10/24,第1章 宽带接入技术绪论,宽带接入的提出 宽带接入技术种类 宽带网结构与传输 宽带接入技术应用 宽带接入技术新发展,2019/10/24,1.1宽带接入的提出,生活在信息时代，许多人每
3、天都在与互网络亲密接触。例如，网络学习、网络购物、网络订票、网络音乐、网络电视（VOD）、网络游戏、网络聊天（QQ、MSN）、网络日记（Blog）、网络新闻、视频会议、IP电话，以及远程医疗。只要是人们工作、学习、生活需要的，网络服务应有尽有。这种能够为用户连接网络服务的技术，就是宽带接入技术。,2019/10/24,1.1.1 宽带接入的背景,20世纪70年代末80年代初，国外出现数字用户环路（DSL，Digital Subscriber Line）的概念。 随着光通信技术和高速调制技术（如ADSL）的突破，以及用户对高速数据业务和多媒体业务需求的推动，接入网技术在20世纪90年代飞速发展。
4、 其趋势是设备的标准化程度高，接口开放，用户接口速率提升，对不同业务的支持能力更强。 我国接入网的建设始于20世纪90年代中期，网上运行的接入网设备绝大部分是窄带接入系统。1999年开始出现较大规模的宽带接入网试验，经过近10年发展，宽带接入初具规模，为用户提供了多种可选择的接入技术，基本满足了用户宽带业务需求。,2019/10/24,1.1.2 宽带市场驱动力,根据IDATE2006的统计，在全球超过60亿的人口中，约有20亿人拥有移动通信业务，12亿人实现有线语音接入，其中只有2.1亿人享受到了真正的宽带业务。 伴随全球经济的高速发展，越来越多固定和移动接入技术及产品投入市场。例如，FTT
5、x光纤技术、xDSL铜线技术，WiMAX（固定/移动宽带无线城域网技术）、3G无线技术等。 2006年我国用户数累计超过5100万，是全球第二大宽带市场。并且从发展趋势上看，中国的宽带接入用户数将在2008年超过美国，成为全球宽带接入用户规模最大的国家。 结果表明，即时通信、博客、家庭监控是目前最值得关注的宽带增值业务。,2019/10/24,1.1.3 宽带接入的特点,宽带（Broad Band）从技术上说，是指在同一传输介质上，可以利用不同的频道进行多重（并行）传输，并且速率在1.54Mbps以上。通常人们把骨干网传输速率在2.5Gbps以上、接入网的传输速率能够达到1Mbps的网络定义为
6、宽带网。,2019/10/24,1.1.3 宽带接入的特点,传输带宽，可靠性和扩展性强。提供100M bps到大楼、10Mbps到桌面的高速接入）； 提供各种多媒体服务（视频点播、远程教育、远程医疗、电子商务、举行电视会议、拨打视频电话等）； 24小时随意上网，无需使用电话线，不受时间限制； 结构简单，维护方便（只需安装以太网交换机和UTP电缆入户即可）。,2019/10/24,1.2 宽带接入技术概述,ISDN接入（电路交换） xDSL接入（数组用户环路） DDN接入（数字数据网络-专线） FTTx+LAN接入（光纤+局域网） Cable Modem接入（有线电视网） 卫星接入 无线接入 光
7、纤接入 电力线接入,2019/10/24,1.2.1 ISDN接入,综合业务数字网ISDN （Integrated Service Digital Network）,特征: 电路交换，利用现有的电话交换系统 有拨号连接过程 全数字传输网络 多服务：语音、数据、文本、图形、视频 采用带外信令（D信道），拨号连接速度快 载体信道（B信道）带宽为64Kb/s,2019/10/24,ISDN的组成,广域网,ISDN交换机,ISDN终端,ISDN数字电话,本地回路,电信公司的设备,NT1,用户的设备,用户家庭,电信公司,家庭用的ISDN,TE1,TE1,TE1,T,U,2019/10/24,广域网,IS
8、DN交换机,TE1,本地回路,电信公司的设备,NT1,用户的设备,用户办公室,电信公司,大型商用的ISDN,TE1,TE1,TE2,TA,NT2,U,T,S,S,S,R,PBX,2019/10/24,1类终端设备（TE1）与ISDN网络兼容的设备，可直接连接1类网络终结设备NT1或2类网络终结设备NT2。通过4根（2对）数字线路连接到ISDN网络。 2类终端设备（TE2）与ISDN网络不兼容的设备。连接ISDN网时需要使用终端适配器TA。 终端适配器（TA）把非ISDN设备的信号转换成符合ISDN标准的信号。可以是一个单独的设备，也可以安装在TE2内。,ISDN的设备,2019/10/24,1
9、类网络终结设备（NT1）用户端网络设备，与4线的ISDN用户线或传统的2线用户环路连接。一般由电信公司提供，是ISDN网络的一部分。物理层设备。NT1的用户端接口可支持连接8台ISDN终端设备。 2类网络终结设备（NT2）位于用户端的执行交换和集中功能的一种智能化设备（可提供OSI/RM的第2、3层服务）。如小型的数字程控交换机PBX。大型用户终端数量多，需要使用NT2做交换连接。,ISDN的设备,2019/10/24,ISDN参考点,ISDN网络中不同设备之间连接的规范。U参考点：NT1与电信公司ISDN交换机间的连接点 T参考点：NT1到用户设备之间的连接点。 S参考点：NT2与TE1/T
10、A之间的连接点。 R参考点：TE2与TA之间的连接点。,2019/10/24,ISDN接口,ISDN提供了一种数字化的比特管道，使信息在用户与电信公司之间流动。 ISDN比特管道支持由TDM分隔的多个信道。常用的有两种标准化信道： D信道16kb/s数字信道，用于带外信令。 B信道64kb/s数字PCM信道，用于语音或数字。 ISDN比特管道主要支持两种信道的组合： BRI：基本速率接口。2B+D PRI：主速率接口。30B+D,2019/10/24,基本速率数字管道，144kbps,主速率数字管道，2Mbps,数字管道示意图,2019/10/24,1.2.2 xDSL接入,非对称数字用户环路
11、（ADSL，Asymmetric Digital Subscriber Loop）利用现有的一对电话线，为用户提供上、下行非对称的传输速率。 上行最高可达1Mbps，下行最高可达8Mbps。ADSL分为虚拟拨号方式和专线方式。,2019/10/24,ADSL接入,2019/10/24,1.2.3 DDN接入,数字数据网（DDN，Digital Data Network），是利用光纤数字电路和数字交叉连接设备组成的数字数据传输网。,2019/10/24,特征: 非交换的永久虚电路 为用户提供点到点的数字专用线路 网络对用户透明，支持任何协议 适合于频繁的大数据量通信 实际上就是在干线上为用户提供
12、时分复用信道 速率可达155Mbps,DDN接入,2019/10/24,DDN用户入网方式,（1）DTU接入。通常情况下的接入方式，支持距离在5公里之内，通信速率不超过128Kbps。 （2）MODEM接入。支持距离较DTU稍远一些，通信速率不超过128Kbps。 （3）xDSL系列设备接入。适用于支持高速用户接入，HDSL可达2048Kbps。若采用ADSL接入（主要用于专线上网），则下行速率最高可达8Mbps。 （4）节点机接入。适用于DDN用户专线较集中的位置，特别适用于集团用户中心节点。DDN节点机可通过若干条数字中继接入CHINADDN网，确保集团用户中心节点的稳定性、可靠性、可用性
13、及可扩展性。采用节点机接入维护方便、易于管理，是集团用户理想的接入解决方案。 （5）通过光纤电路接入。适用于光纤到户的用户，通信速率可灵活选择。,2019/10/24,DDN接入设备,综合业务光端机,E1-V.35协议转换器,2019/10/24,1.2.4 FTTX+LAN接入,FTTX（Fiber To The X）可表示为：FTTZ，光纤到小区；FTTB，光纤到楼；FTTH，光纤到家庭。FTTX+LAN是采用千兆以太网交换技术，利用光纤+五类布线来实现用户高速网络接入的一种方式。,FTTX,2019/10/24,1.2.5 Cable Modem接入,Cable Modem是有线电视系统
14、普遍采用的一种宽带接入技术。 Cable Modem接入需要混合光纤同轴电缆（HFC，Hybrid Fiber Coax）的支持。 HFC是指光缆敷设到小区，然后通过光电转换节点，利用有线电视CATV的总线式同轴电缆网连接用户，提供综合电信业务的技术。 HFC缺点是采用共享总线连接拓扑，HFC只适合用户较少的住宅区。,2019/10/24,基于广播电视网的三合一解决方案(HFC),2019/10/24,1.2.6卫星接入,卫星通信系统由卫星和地面站两部分组成。 地球同步卫星在空中起中继站的作用，即把一个地球站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站。 地面站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用
15、户通过地面站出、入卫星系统形成链路。,2019/10/24,地球站A通过定向天线朝着通信卫星方向以个频率发射无线电信号，通信星天线经过卫星转发器放大和变换为另一个频率。,2019/10/24,卫星通信特点,（1） 通信距离远，建站成本与通信距离无关离地面约36000km，可以覆盖三分之一 地球表面。如用微波接力、电缆、光缆、短波通信等均有明显的优势。（2）以广播方式工作，便于实现多址联接。（3）通信容量大，能传送的业务类型多。（4）可以自发自收进行监测。有电路开通迅速等优点。,2019/10/24,1.2.7无线接入,固定无线接入 本地多点分配业务（LMDS）。LMDS最大的特点是宽带特性，可
16、用频谱往往达1GHz以上。 我国采用26GHz及38GHz。该技术利用高容量点对多点毫米波进行传输，几乎可以提供任何种类的业务，如话音、数据及视频图像等，能够实现从64Kbps到2Mbps，甚至高达155Mbps的用户接入速率，并具有很高的可靠性，被认为是一种“无线光纤”技术。 缺点是覆盖范围小，覆盖30平方英里。,2019/10/24,多点多信道分布式系统（MMDS）,MMDS不需要本地电信或有线广播公司的干涉就能够通过安装在屋顶上的天线为每位用户提供服务。,2019/10/24,自由空间光通信（FSO）,激光无线通信与以往利用电磁波无线通信相比，具有容量大、发射装置和功率小、不用政府特许证
17、、对人体无影响等优点。 容易受到天气和障碍物的影响，一般用于近距离室内通信，如各种遥控信号的传递、微机间和手机间的数据通信等。 现在开始应用到室外通信，但需要使用抗天气劣化的自适应技术。 FSO使用光脉冲调制信号，按照FSO联盟的规定可以采用两个红外线波长：长波1550nm和短波800nm。以提供100Mbps、155Mbps和622Mbps的数据速率。,2019/10/24,2. 移动无线接入,宽带无线局域网络（WLAN）。无线局域网络是便携式移动通信的产物，终端多为笔记本电脑。其构成包括无线网卡、无线接入点（AP）和无线路由器等。 目前，最流行的是IEEE802.11系列标准。WLAN主要
18、用于解决会场、校园、厂区、公共休闲区域等区间的用户终端的无线接入。,2019/10/24,移动无线接入-蓝牙技术,蓝牙技术。蓝牙是一种短距离无线连接技术，用于低成本的短距离无线连。家庭信息网络由于距离短，可以利用蓝牙技术。 蓝牙采用2.4GHz的ISM（工业、科研和医疗）频段，不受各国频率分配不统一的影响。 采用FM调制方式，降低了设备成本；采用快速跳频、正向纠错（FEC）和短分组技术，可减少同频干扰和随机噪声，使无线通信质量有所提高。 蓝牙的传输速率为1Mb/s，传输距离约10米，加大功率后可达100米。,2019/10/24,3. 蜂窝移动无线通信,蜂窝移动无线通信系统是当前移动通信的主力
19、军，它采用蜂窝结构，频率可重复利用，实现了大区域覆盖。支持漫游和越区切换，实现了高速移动环境下的不间断通信。从20世纪70年代起，它已经历了第一代（1G）、第二代（2G），并开始进入第三代（3G），未来向超（Beyond）3G过渡。 目前，国内外的主流系统是2G，它采用TDMA/CDMA和数字调制，提高了系统容量和通话质量。1G/2G主要提供语音服务，为了提供自由的移动多媒体接入，如话音、可视电话和高速数据传输，则需要发展3G和超3G移动通信系统。,2019/10/24,1.2.8光纤接入,1. 无源光网络无源光网络（PON，Passive Optical Network）技术是一种点到多点的
20、光纤接入技术，它由局侧的OLT（光线路终端）、用户侧的ONU（光网络单元）及ODN（光分配网络）组成。,2019/10/24,GPON 与 EPON,GPON（ITU-T G.984）。GPON 是一种运行在 1Gb/s 比特率以上的 PON 技术。为满足更高比特率的需求，整个协议已被公开重新审议，由于增加了对多业务，OAM&P功能以及扩展性等方面的支持，新方案将会是最理想和有效的。 EPON（IEEE 802.3ah）。EPON是一种利用无源分光器和光纤PMD实现的点对多点网络拓扑结构。EPON 以多点控制协议（MPCP，Muti Point Control Protocol）为基础，使用消
21、息、状态机、定时器来控制访问点到多点的网络拓扑。在点到多点的网络拓扑中的每个ONU都包含一个MPCP的实体，用来和OLT中的MPCP的一个实体相互通信。,2019/10/24,2. 有源光网络特点,（1）传输容量大。目前用在接入网的SDH传输设备一般提供155Mbps、622Mbps或2.5Gbps的接口，有的甚至提供多个2.5Gbps聚合的接口。 （2）传输距离远。在不加中继设备的情况下，传输距离可达7080公里。 （3）用户信息隔离度好。有源光网络的网络拓扑结构无论是星形还是环形，从逻辑上看，用户信息的传输方式都是点到点方式。 （4）技术成熟。无论是SDH设备还是PDH设备，均已在以太网中
22、大量使用。由于SDH/PDH技术在骨干传输网中大量使用，有源光接入设备的成本已大大下降，但在接入网中与其他接入技术相比，成本还是比较高。,2019/10/24,1.2.9 电力线接入,PLC技术（Power Line Communication），俗称“电力线上网”。PLC利用已有的电力线作为通信载体，加上一些PLC局端和终端调制解调器，将原有电力网变成电力线通信网络，将已有的电源插座变为信息插座的一种宽带接入方式。 它具有覆盖范围广、不必重新布线、连接方便等特点，被业内人士纷纷看好，成为提供“最后1km”或“最后10m”最具潜力的方案。,2019/10/24,1.3 宽带网结构与传输,宽带网
23、体系结构,宽带接入网提供通常说的最后一公路的连接，即园区网（或用户）和传输网之间的连接。接入网络的功能是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地接入到不同的业务节点上。传输网可将分布在不同区域、各种类型的接入网连接一体，负责接入网业务承载与传输。,2019/10/24,三种骨干网络层次结构,2019/10/24,1.4.2 宽带网IP传输,1. ATM传送IP （1）重叠类型。重叠类型建议继续沿用现有的网络提供IP业务，IP网络建立在ATM网络之上，即IP/ATM。ATM网络和IP网络有各自的寻址方式和路由协议，使用IP服务的ATM用户终端要同时具有ATM网络地址和I
24、P网络地址。（CIPOA）。 （2）集成类型。集成类型下的网络不再有两个层次，ATM交换机的网络层对于IP服务采用的就是IP专用协议。使用IP服务的用户只需要一个IP地址，交换机也不再需要有ATM地址与IP地址转换功能。多协议标记交换（MPLS）是目前公认的IP与ATM结合的一种良好方案。 （3）IP/ATM的特点。可利用ATM的服务质量，保证网络的服务质量。适用于多种业务，网络具有很好的扩充性能，用户可以在任何一条数据链路上放入所需的容量。有良好的网络流量管理和拥塞控制性能，适用于一般的IP骨干网。 （4）IP/ATM的不足。IP数据包需映射成ATM信元，由此造成较大的传输开销，传输效率较低
25、。,2019/10/24,2光学IP IP over SDH/SONET（同步数字系列/同步光纤网络）是光学宽带IP网络的雏形。IP数据包通过采用点到点协议（PPP）映射到SDH/SONET的数据帧上，按某次群相应的线速率进行连续传输。 IP和DWDM的结合，将出现一个全光IP网络。IP over DWDM应该说是宽带IP网络的较好解决方案。 全光网在网络结点处采用波长可选的光元件将不同波长的光信号分离，从而进行光的复用与解复用，并可进行光选路和光交换。 DWDM技术是全光网络的基础。IP技术和DWDM技术结合，IP数据流直接进入光通道，可充分综合WDM技术大容量和IP技术统计复用的优势，真正
26、达到IP优化的目的。,1.4.2 宽带网IP传输,2019/10/24,1.4 宽带接入技术应用,视频会议 视频点播与交互电视IP电话 远程教育 远程医疗 家庭网络,2019/10/24,1.4.1 视频会议,视频会议系统（Videoconferencing）是指两个或两个以上不同地方的个人或群体，通过传输线路及多媒体设备，将声音、影像及文件资料互传，达到即时互动沟通，实现会议功能的计算机及网络系统。,2019/10/24,1. 视频会议形式,（1）Conference（会议）。一种方式是采用如电话、媒体等实时通信，另一种方式是以Web为基础的数据会议应用。从这点来看，会议包含的即时信息，可以
27、是音频、视频或文本形式，以及如远程展示等狭义应用。它是对传统观念上的会议电视功能的兼容和继承。 （2）Casting（广播会议）。即一点对多点的广播，具有较高的实时性。今天，大部分Casting是基于Web方式和音频、视频流技术，如现场会直播等。Casting将广播功能纳入会议系统，这是对电视会议的扩充。 （3）Caching（可存储会议）。可存储会议是对正在召开会议的内容进行实时存储，可以一边存储一边组播。可存储会议将Web Server和电视会议系统进行互通，将电视会议系统由封闭系统发展成为开放系统。,2019/10/24,2. 视频会议系统组成,终端设备 .频输入输出设备、音频输入输出设
28、备、视频编解码器、音频编解码器和复用/分接设备 多点控制单元（MCU）. MCU 作为会议控制中心，能够将三个以上的终端连接成为一个完整的、由多人参与的会议；同时，它能够将来自多个会议终端的语音、视频和数据合成为一个多组交互式会议场景 传输网络 . DDN专线、ISDN和ADSL等各种通信网络,2019/10/24,3. NetMeeting应用,Microsoft NetMeeting是一种在Internet上的Web视频会议系统。视频会议系统的逻辑结构，用户使用它能很自如地在网上做很多事情。例如，和其他人聊天，和其他人一起操作彼此屏幕上的电子白板，和其他人协同完成演示文稿、表格统计、应用程
29、序调试等；利用麦克风主持音频会议；利用摄像机和视频捕捉卡主持视频会议等。,2019/10/24,1.4.2视频点播与交互电视,视频点播（VOD，Video On Demand）或交互电视（ITV，Interactive Television）服务是计算机、通信网络、电视及多媒体技术相结合的产物。 流媒体应用系统包括流媒体制作平台、流媒体发布平台和流媒体播放终端等三个组成部分。,2019/10/24,1.4.3 IP电话,IP电话是在IP网上通过TCPIP协议实时传送语音信息的应用 . IP电话从形式上可分为：PC到PC、电话到PC或PC到电话、电话到电话等四种，如下图所示。业务种类还包括IP传
30、真（实时和存储转发）、Web电话等业务。,2019/10/24,1.4.4 远程教育,2019/10/24,1.4.5 远程医疗,远程医疗是利用Internet开展的一种医疗服务业务，包括远程医疗会诊、远程医学教育、多媒体医疗保健咨询系统等。远程医疗会诊是在医学专家和病人之间建立起全新的联系，使病人在原地、原医院可接受远地专家的会诊，并在其指导下进行治疗和护理，可以节约医生和病人大量时间和金钱。 远程医疗运用计算机、通信、医疗技术与设备，通过数据、文字、语音和图像资料的远距离传送，实现专家与病人、专家与医务人员之间异地“面对面”的会诊。远程医疗不仅仅是医疗或临床问题，还包括通信网络、接入技术、
31、数据库等各方面问题，并且需要把它们集成到网络系统中。,2019/10/24,1.4.6 家庭网络,家庭局域网（Home LAN）是指连接家庭的PC机、各种外设及与Internet网互联的网络系统，它是家庭网络的一个组成部份。家庭网络（Home networking）是在家庭范围内（可扩展至邻居，小区）将PC机、家电、安全系统、照明系统和广域网相连接的一种新技术。 家庭网络的发展趋势是将智能家居中的所有相关系统融合为一体，实现网络无边界。例如，人们可在下班前的十几分钟通过手机遥控空调运行，一进家门就会感到室内温度适宜；人们可在下班前的十几分钟通过手机遥控电饭锅运行，回家后即可吃饭；人们不在家时，
32、可随时通过手机监视家中场景，等等。,2019/10/24,1.5 宽带接入技术新发展,CIPN（Carrier IP Network）是一种电信级别意义上的IP网络，它的目标是在继承互联网开放性的基础上，解决业务质量、个人通信和运营模式的转型需求。 CIPN的建设涉及到网络的各个层面，但宽带接入网的发展始终是其重点。,2019/10/24,1.5.2 CIPN实现技术,按照接入对象的性质划分，CIPN接入平台可分为面向公共接入的以太汇聚平台和高带宽专线接入平台。后者主要面向大客户应用场合。 公共接入以太汇聚平台在物理上由以太网交换机构成，其逻辑网络由Stack VLAN进行配置，包括一个公共组
33、播VLAN和网管VLAN，以及为每个设备配置一个外层VLAN连接BRAS的GE（千兆以太）端口，构成星型网，传送单播数据流。 从目前的情况来看，BRAS的下连端口多为GE端口，DSLAM或楼道交换机则以FE（百兆以太）中继为主，少量采用GE端口。将来可能会发展到BRAS的下连端口采用10GE端口，DSLAM或楼道交换机则以GE端口为主。,2019/10/24,习题与思考,1.1 什么是宽带接入网，常见的宽带接入技术有哪些？ 1.2 画图描述传输网分层模型，说明支持IP传输的宽带技术有哪几种。 1.3 走访身边的校园网、企业网、电子政务网等宽带接入应用，重点说明一种宽带接入对自己工作、学习、生活带来的变化。 1.4 上网检索与“网络无边界”相关的话题，规划、设计一种“网络无边界”解决方案。说明网络无边界的数字化生存，对未来社会带了的变革。 1.5 走访“电信”或“网通”等固网运营商，了解固网运营商面临哪些挑战。面对这些挑战，简要说明解决问题的对策或技术方案。,2019/10/24,谢谢您的倾听,
