第8章 宽带网络通信

现代通信技术基础IntroductiontoModernCommunicationTechnology课程提要电信交换无线通信移动通信光传输网通信网基础技术宽带网络通信数据通信第8章宽带网络通信本章学习目标了解宽带通信网的发展特点，了解网络融合的基本概念。了解接入网的结构功能，了解常用宽带接入技术的技术应用特点。了解宽带IP网络组网技术、MPLS网络、宽带IP城域网的基本概念与应用特点。了解下一代网络（NGN）的发展，了解基于软交换的NGN技术特点。内容简介8.1宽带网络通信概述8.2宽带接入网技术8.3宽带核心网技术8.4下一代网络（NGN）放映结束内容简介8.1宽带网络通信概述8.1.1宽带通信网的发展8.1.2网络融合返回主目录内容简介8.2宽带接入网技术8.2.1接入网概述8.2.2数字用户线（DSL）技术8.2.3光纤接入8.2.4混合光纤／同轴（HFC）接入8.2.5以太网接入8.2.6无线局域网（WLAN）8.2.7本地多点分配业务（LMDS）返回主目录内容简介8.3宽带核心网技术8.3.1宽带IP网络组网技术8.3.2MPLS网络8.3.3宽带IP城域网返回主目录内容简介8.4下一代网络（NGN）8.4.1NGN概述8.4.2基于软交换的下一代网络返回主目录8.1宽带网络通信概述宽带通信依托综合化、数字化、宽带化、智能化、多样化的光通信网，向用户提供语音、数据、图像、视频的交互式多媒体信息服务。宽带的通信质量和能力都远远超越了窄带通信系统，表现于数据通信能力和图像通信能力等。返回8.1.1宽带通信网的发展1.数据宽带网络的发展数据业务将超越话音业务宽带网络建设进入新阶段业务种类的多样化和个性化新一代网络技术宽带通信网的发展2.电信宽带网络的发展ISDNATMATM／IP平台宽带IP网络宽带通信网的发展3.下一代网络下一代网络（NGN）的基本思路为：具有统一的IP通信协议和巨大的传输容量，能以最经济的成本灵活、可靠、持续地支持一切已有和将有的业务和信号。其上层联网协议将是TCP／IP，中间层是IP或ATM，基础物理层是波分复用（WDM）光传送网。该构架可提供巨大的网络带宽，保证可持续发展的网络结构、容量和性能以及廉价的成本，支持当前和未来的任何业务和信号。返回8.1.2网络融合根据ITU-T提出的网络分层分割概念，通信网从垂直方向可分为三层，自下而上为传送网、业务网和应用层；从水平方向也可分为三层，即用户驻地网、接入网与核心网。我国的网络融合（“三网融合”或称“三网合一”）主要是指国内电信网、计算机网、有线电视网的互连互通。网络融合1.网络融合的内涵技术融合网络融合业务融合产业融合网络融合2.网络融合的技术基础（1）TCP／IP协议（2）数字化技术和光通信技术（3）软件技术（4）接入技术返回8.2宽带接入网技术宽带网络通信“最后一公里”的接入技术称为宽带接入网技术。宽带接入技术包括有线接入和无线接入等，其主要接入方式有非对称数字用户线（ADSL）、电缆调制解调器（CableModem）、光纤／同轴电缆混合网（HFC）、以太网等有线接入等；还可利用无线接入如无线局域网（WLAN）、第三代移动通信系统（3G）等传送信息，保证网络的先进性、安全性和可靠性。返回8.2.1接入网概述接入网指端局本地交换机（或远端交换模块）至用户之间的部分，由传统的用户环路（从电话端局交换机到用户终端设备之间）发展而来，已经从功能和概念上替代了传统的结构，成为通信网中的重要组成部分。接入网分为有线接入网和无线接入网。接入网的投资比重约占整个电信网的50%。接入网概述1.接入网在电信网中的位置目前流行的电信网划分形式如图8-1所示。（1）电信管理网（TMN）TMN是一个综合、智能、标准化的电信管理系统，其提供一个有组织的网络结构，以取得各种类型的操作系统之间、操作系统与电信设备之间互联。（2）核心网核心网包含了交换网和传输网的功能。接入网概述（3）接入网（AN）接入网由核心网和用户驻地网之间的所有实施设备与线路组成，是为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统，可经维护管理接口（Q3）由电信管理网进行配置和管理。接入网依赖于各种接口，将各种类型的业务从用户端接入到各个电信业务网。在不同的配置下，接入网有不同的接口类型，主要接口包括：用户网络接口（UNI）、业务节点接口（SNI）和维护管理接口（Q3）。接入网概述（4）用户驻地网（CPN）CPN指用户终端到用户网络接口（UNI）之间所包含的线路与设备（属于用户自己的网络），其在规模、终端数量和业务需求方面差异很大。CPN的组成可以大至企业网或校园网中的局域网所有设备；也可以小至普通住宅中的一部话机和一对双绞线。接入网概述（5）维护管理接口（Q3）Q3是电信管理网与电信网其余部分相连的标准接口，在一个接入网中，与V5接口（本地数字交换机数字用户接口的国际标准）关联的功能可通过Q3管理接口进行灵活配置和操作。接入网通过Q3接口与TMN相连来实施TMN对接入网的管理与协调，从而提供用户所需的接入类型及承载能力。接入网概述（6）用户网络接口（UNI）UNI是用户和网络间的接口，位于接入网的用户侧，支持多种业务的接入，如模拟电话接入、N-ISDN业务接入、B-ISDN业务接入、数字或模拟的租用线业务的接入等。接入网概述（7）业务节点接口（SNI）SNI是接入网和业务节点间的接口，位于接入网的业务侧。根据不同的用户业务需求，需要提供相对应的业务节点接口，使其能与交换机相连接。SNI由交换机的用户接口演变而来，分为模拟接口（Z接口）和数字接口（V5接口）两大类。V5接口能同时支持多种接入业务，可分为V5.1接口（由单个2Mbit/s链路构成）、V5.2接口（最多为16条并行2Mbit/s链路构成），以及支持B-ISDN的VB5.1和VB5.2接口。图8-2示出了接入网在电信网中的位置。接入网概述2.接入网的功能接入网主要完成交叉连接、复用和传输功能，一般不含交换功能（且独立于交换机）。其功能结构包括：用户口功能、业务口功能、核心功能、传送功能和接入网系统管理功能。接入网概述3.接入网的特点具备复用、交叉连接和传输功能（一般不含交换功能），其提供开放的V5标准接口，可实现与任何种类的交换设备的连接。接入业务种类多，业务量密度低。接入距离（网径）长短不一，成本与用户有关。线路施工难度大，设备运行环境恶劣。网络拓扑结构多样，组网能力强大。返回8.2.2数字用户线技术铜线接入技术是利用电话网铜线实现宽带传输的技术，称为数字用户线技术（DSL），而各种数字用户线技术（xDSL）则是这些传输技术的组合。xDSL采用先进的数字信号自适应均衡技术、回波技术和高效的编码调制技术，在不同程度上提高了双绞铜线对的传输能力。数字用户线技术1.数字用户线技术概述DSL技术包括高比特率数字线（HDSL）、甚高速数字用户线（VDSL）、非对称数字用户线（ADSL）、速率自适应数字用户线（RADSL）等。其主要的差别体现在信号的传输速率与距离、上行速率和下行速率以及对称性等方面。xDSL技术比较如表8-1所示。技术方式ADSLHDSLSDSLVDSLRADSL下行速率1.5～8Mb/s1.5～2Mb/s768kb/s13～52Mb/s1.5～7Mb/s上行速率640kb/s～1.0Mb/s1.5～2Mb/s768kb/s1.5～2.3Mb/s16～640kb/s传输距离3.6km3～5km3km0.3～1.5km3.61km表8-1xDSL技术比较数字用户线技术数字用户线技术2.非对称数字用户线（ADSL）ADSL是在无中继的用户环路网上使用电话线提供高速数字接入的传输技术。ADSL中的“非对称”是指非双向平均传输高速信号，即上行信息传输速率和下行速率不一样。ADSL系统示意图如图8-3所示。数字用户线技术（1）ADSL系统的基本组成ADSL采用先进的信号调制方式（包括正交调幅QAM、无载波幅度相位调制CAP和离散多频DMT技术）、数字相位均衡技术和回波抑制技术，从而达到信道频谱充分利用和信道传输的高质量。ADSL系统主要由局端收发机和用户终端收发机两部分组成数字用户线技术（2）ADSL的频谱划分ADSL将用户的双绞线频谱分成低频、上行信道和下行信道三部分。由于采用频分复用（FDM），因此3个信息通道可同时工作于一对电话线。ADSL频谱划分如图8-4所示。数字用户线技术低频部分：提供普通电话业务（POTS）信道，通过无源滤波器使其与数字信道（含上行信道和下行信道）分开。上行信道：是640kbit/s~1Mbit/s的中速传输通道（占据10~50kHz的频带），主要用于传送控制信息。下行信道：是速率为1.5~9Mbit/s的高速数字传输通道（占据50kHz以上的频带）。数字用户线技术2.高比特率数字用户线（HDSL）HDSL技术是在两对或多对铜线上实现E1速率（2Mbit/s）全双工通信的技术。HDSL由2台分别安装在交换机和用户处的HDSL设备、2对（或3对）双绞线组成。HDSL技术可提高传输速率和延长通信距离。HDSL的缺点是需对现有的用户线网进行改造。数字用户线技术3.甚高速数字用户线（VDSL）VDSL以ADSL为基础，以缩短双绞铜线长度的方法，来传送比ADSL更高速的数据。其最大下行速率为51~55Mbit/s，传输距离不超过300m；当传输速率低于13Mbit/s时，传输距离可达到1.5km；上行速率则为1.6Mbit/s以上。和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。返回8.2.3光纤接入1.光纤接入网的组成如图8-5所示，光接入网由光线路终端（OLT）、光分配网络（ODN）、光网络单元（ONU）及适配功能（AF）组成，与同一光线路终端相连的光分配网络可能有若干个。光纤接入（1）光线路终端（OLT）OLT是为光纤接入网提供网络侧与本地交换机之间连接的接口，并经光配线网（ODN）与用户侧的光网络单元（ONU）通信。OLT的任务是分离交换和非交换业务，管理来自ONU的信令和监控信息，为ONU和自身提供维护和指配功能。其功能可分为三部分：①核心部分：包括数字交叉连接、传输复用、ODN接口等功能②业务部分：主要指业务端口功能。③公共部分：提供供电和操作管理维护功能。光纤接入（2）光分配网络（ODN）ODN为OLT与ONU之间提供光传输手段，主要完成光信号的传输和功率分配，同时提供光路监控等功能。ODN采用树型分支结构。ODN是由无源光元件组成的无源分配网，是OAN的关键部分，其中的无源元件有：单模光纤和光缆、无源光衰减器、光纤带和带状光缆、光纤接头、光连接器和光分路器。光纤接入（3）光网络单元（ONU）ONU位于ODN和用户设备之间，为光纤接入网提供直接的或远端的用户侧的电接口。其功能也分为三部分：①核心部分：提供用户和业务复用、传输复用、ODN接口等功能；②业务部分：为用户端口配置和信令转换；③公共部分：包括供电和操作管理维护功能。光纤接入（4）适配功能（AF）AF为ONU和用户设备提供适配功能。光纤接入2.光纤接入网的类型（1）按网络拓扑结构划分（2）按室外传输设备中有否有源设备划分（3）按承载的业务带宽情况划分（4）按照光网络单元的不同位置划分返回8.2.4混合光纤／同轴电缆接入有线电视网（CATV）大多采用由光缆和同轴电缆共同组成的树型分支结构，向众多用户提供广播式模拟电视业务，具有频带宽、覆盖面广等特点，但信号的传送为单向。混合光纤同轴电缆（HFC）接入技术利用现有CATV网，采用频分复用方式传输多种信号，是解决电视、电话和数据业务的综合接入的宽带接入技术。混合光纤／同轴电缆接入1.HFC的结构与频谱分配HFC接入网实际上是将现有光纤／同轴电缆混合组成的单向模拟有线电视网（CATV）改造