羅 娟1，盧 樺2，曹 陽1，尹建華1
(1.武漢大學 電子信息學院，湖北 武漢430072；
2.烽火網(wǎng)絡(luò)有限責任 公司，湖北 武漢430074)
摘 要：文章介紹了寬帶光纖接入網(wǎng)系統(tǒng)和其中的幾種主流接入方式，并詳細比較了幾種接入技術(shù)在應(yīng)用上的優(yōu)缺點，最后給出了建議和展望.
關(guān)鍵詞：接入網(wǎng)；有源光網(wǎng)絡(luò)；無源光網(wǎng)絡(luò)
光接入網(wǎng)(OAN)從技術(shù)上可分為兩大類：有源光網(wǎng)絡(luò)(AON)和無源光網(wǎng)絡(luò)(PON).AON又可分為基于SDH的AON和基于PDH的AON.PON又可分為基于ATM的PON(APON)以及基于以太網(wǎng)的PON(EPON ).
1 寬帶OAN系統(tǒng)
1.1 基于SDH系統(tǒng)的AON
隨著骨干網(wǎng)傳輸容量不斷增大，傳輸網(wǎng)的接入方式也越來越多樣化.從技術(shù)上來看，接入層的相對帶寬需求較小，需要提供IP、TDM和ATM等綜合業(yè)務(wù)傳送.以SDH為基礎(chǔ)并能夠提供IP、ATM傳送與處理的系統(tǒng)將是解決接入層傳送的主要方法，這種方式可廉價地在一個業(yè)務(wù)提供點（POP）上提供高質(zhì)量專線、ATM、IP 等業(yè)務(wù)的接入、傳送和保護.
在接入網(wǎng)中應(yīng)用SDH的主要優(yōu)勢在于：SDH可以提供理想的網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)可靠性；SDH的固有靈活性使得在發(fā)展極其迅速的蜂窩通信系統(tǒng)中采用SDH系統(tǒng)尤其適合.當然, 考慮到接入網(wǎng)對成本的高度敏感性和運行環(huán)境的惡劣性,適用于接入網(wǎng)的SDH設(shè)備必須是高度緊湊、低功耗和低成本的新型系統(tǒng).
接入網(wǎng)用SDH的最新發(fā)展趨勢是支持IP接入，目前至少需要支持以太網(wǎng)接口的映射，于是除了攜帶話音業(yè)務(wù)量以外，可以利用部分SDH凈負荷來傳送IP業(yè)務(wù)，從而使SDH也能支持IP的接入.支持的方式有多種，除了現(xiàn)有的點到點通信協(xié)議(PPP)方式外，還有在SDH上的鏈路接入規(guī)程(LAPS)和通用成幀規(guī)程(GFP)等方式.
Ethernet over SDH系統(tǒng)實現(xiàn)了一個IP數(shù)據(jù)包多交換光廣域網(wǎng)，它本質(zhì)上采用的是無連接網(wǎng)絡(luò)機制，內(nèi)在的全網(wǎng)狀連接提供適合于分布式通信的無連接網(wǎng)絡(luò)機制，為業(yè)務(wù)提供者節(jié)省大量的光帶寬.Ethernet over SDH將以太網(wǎng)的二層交換靈活性和資源優(yōu)化能力與現(xiàn)有的SDH光網(wǎng)絡(luò)的大容量、高帶寬效率和低協(xié)議開銷相結(jié)合，從而得到一種高速、經(jīng)濟的數(shù)據(jù)接入解決方案.Ethernet over SDH 系統(tǒng)的幀映射過程采用的是LAPS協(xié)議幀，而不是PPP幀.它首先將以太網(wǎng)的MAC幀封裝成LAPS協(xié)議幀，然后將LAPS協(xié)議幀映射到SDH幀中.Ethernet over SDH技術(shù)克服了傳統(tǒng)SDH在數(shù)據(jù)傳送上的局限性，為SDH的接入開拓了新天地.
1.2 PON
PON是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，它能避免外部設(shè)備的電磁干擾和雷電影響，減少線路和外部設(shè)備的故障率，提高系統(tǒng)可靠性，同時可節(jié)省維護成本，是電信維護部門長期期待的技術(shù).PON的業(yè)務(wù)透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率的信號.特別是APON可以通過利用ATM的集中和統(tǒng)計復用，再結(jié)合無源分路器對光纖和光線路終端的共享作用，使成本可望比傳統(tǒng)的以電路交換為基礎(chǔ)的PDH/SDH接入系統(tǒng)低20%～40%.
APON的業(yè)務(wù)開發(fā)是分階段實施的，初期主要是VP專線業(yè)務(wù).相對普通專線業(yè)務(wù)，APON提供的 VP專線業(yè)務(wù)設(shè)備成本低、體積小、省電、系統(tǒng)可靠穩(wěn)定且性價比有一定優(yōu)勢.第2步實現(xiàn)一次群和二次群電路仿真業(yè)務(wù)，提供企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的連接和企業(yè)電話和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù).第3步實現(xiàn)以太網(wǎng)接口，提供互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)和VLAN業(yè)務(wù).以后再逐步擴展至其他業(yè)務(wù)，成為名符其實的 全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)系統(tǒng).APON能否大量應(yīng)用的一個重要因素是價格.目前APON產(chǎn)品的業(yè)務(wù)供給能力有限，成本過高，其市場前景由于ATM在全球范圍的受挫而不確定，但其技術(shù)優(yōu)勢是明顯的.特別是綜合考慮運行維護成本，則在新建地區(qū)，高度競爭的地區(qū)或需要替代舊銅纜系統(tǒng)的地區(qū)，此時敷設(shè)PON系統(tǒng)，無論是光纖到路邊(FTTC),還是光纖到大樓(FTTB)方式都是一種有遠見的選擇.
1.3 EPON
EPON是幾種最佳的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合.EPON采用點到多點結(jié)構(gòu)，無源光纖傳輸方式，在以太網(wǎng)上提供多種業(yè)務(wù).目前，IP/Ethernet應(yīng)用占到整個局域網(wǎng)通信的95%以上，EPON由于使用上述經(jīng)濟而高效的結(jié)構(gòu)，從而成為連接接入網(wǎng)最終用戶的一種最有效的通信方法.10Gbit/s以太主干和城域環(huán)的出現(xiàn)也將使EPON成為未來全光網(wǎng)中最佳的最后一公里的解決方 案.
在一個EPON中，不需任何復雜的協(xié)議，光信號就能準確地傳送到最終用戶，來自最終用戶的數(shù)據(jù)也能被集中傳送到中心網(wǎng)絡(luò).在物理層，EPON使用1000BASE的以太PHY，同時在PON的傳輸機制上，通過新增加的MAC控制命令來控制和優(yōu)化各光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)與光線路終端(OLT)之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實時的TDM通信，在協(xié)議的第二層，EPON采用成熟的全雙工以太技術(shù)，使用TDM，由于ONU在自己的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報，因此沒有碰撞，不需CDMA/CD，從而充分利用帶寬.另外，EPON通過在MAC層中實現(xiàn)802.1p來提供與APON類似的QoS.
2 幾種光接入方式
2.1 光纖分布網(wǎng)絡(luò)(FDN)
FDN分為有源光纖網(wǎng)絡(luò)和無源光纖網(wǎng)絡(luò).
無源光纖網(wǎng)絡(luò)與有源光纖網(wǎng)絡(luò)之間的區(qū)別在于它以一對光無源分路器取代了有源光纖網(wǎng)絡(luò)中的遠端光纖設(shè)備(ROLT).從而兩者采用的傳輸協(xié)議也各不相同,有源光纖網(wǎng)絡(luò)采用PDH或SDH傳輸協(xié)議，而無源光纖網(wǎng)絡(luò)則必須采用TDMA或TCM方式.因此，無源光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離及容量必然受到一定限制.另外，有源光纖網(wǎng)絡(luò)還有技術(shù)簡單、易于實現(xiàn)和組網(wǎng)能力強的特點.無源光纖網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性在于不需要機房，降低了維護的工作量與費用.
2.2 光纖同軸混合網(wǎng)絡(luò)(HFC)
HFC網(wǎng)是從有線電視(CATV)發(fā)展起來的.它可以提供CATV業(yè)務(wù)以及話音、數(shù)據(jù)和其他交互型業(yè)務(wù).HFC網(wǎng)是一種以模擬頻分復用技術(shù)為基礎(chǔ),綜合應(yīng)用模擬和數(shù)字傳輸技術(shù)、光纖和同軸電纜技術(shù)及射頻技術(shù)的高度分布式智能寬帶用戶接入網(wǎng)絡(luò),是CATV和電話網(wǎng)結(jié)合的產(chǎn)物.HFC網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍可達100 km,而且傳輸信號的衰減小，噪聲低,是理想的CATV 網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù) .
HFC的典型結(jié)構(gòu)采用光纜作為CATV的干線傳輸網(wǎng)絡(luò),以有線電視臺前端為中心星形或環(huán)形分布,一直延伸到城市內(nèi)居民區(qū)和辦公小區(qū)以及郊區(qū)的縣鄉(xiāng)村,形成許多的光節(jié)點.從光節(jié)點開始,通過傳統(tǒng)的同軸電纜將有線電視信號送到最終用戶.
這種方式可充分利用CATV原有網(wǎng)絡(luò)，建網(wǎng)快，造價低；同時由于同軸電纜的帶寬較大，可作為寬帶綜合業(yè)務(wù)的接入平臺.HFC是一種為有線電視運營機構(gòu)所看好的技術(shù).
2.3 光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)
根據(jù)ONU在OAN中所處位置的不同，OAN又可分為FTTC、FTTB、光纖到辦公室(FTTO)和光纖到家(FTTH)等多種類型.
在FTTC結(jié)構(gòu)中，ONU設(shè)置在路邊或電線桿的分線盒邊.從ONU到各個用戶之間采用雙絞線 銅纜;如傳送寬帶圖象業(yè)務(wù),則采用同軸電纜.FTTC的主要特點之一是引入線部分仍可采用現(xiàn)有的銅纜設(shè)施，可以推遲引入部分的光纖投資.從目前來看,FTTC在提供2 Mbit/s以下窄帶業(yè)務(wù)時是OAN中最現(xiàn)實、最經(jīng)濟的方案.但如需提供窄帶與寬帶的綜合業(yè)務(wù),則這一結(jié)構(gòu)不甚理想.
在FTTB結(jié)構(gòu)中,ONU被直接放到樓內(nèi),再經(jīng)多對雙絞線分送各用戶.FTTB與FTTC相比，光纖化程度進一步提高，因而更適用于高密度以及需提供窄帶和寬帶綜合業(yè)務(wù)的用戶區(qū).
FTTO和FTTH結(jié)構(gòu)均在路邊設(shè)置無源光分路器，并將ONU移至用戶的辦公室或家中，是真正全透明的光纖網(wǎng)絡(luò).它們不受任何傳輸制式、帶寬、波長和傳輸技術(shù)的約束，是OAN發(fā)展的理想模式和長遠目標.
3 接入技術(shù)應(yīng)用及比較
寬帶接入網(wǎng)的建設(shè)起點是目前困擾電信運營商的主要問題之一,寬帶化是發(fā)展方向,這是業(yè)界的共識，但從何著手?如何保證有效的投資回報率？這其中有許多值得探討的地方.
雖然近幾年數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長速率達到了40%，比話音年增長率10%的速率要高許多,但其實際 的業(yè)務(wù)量占整個通信量的比率還是較低的，約為3%.從全國范圍來看,地區(qū)的差異還是很大的，甚至一個城市內(nèi)部的區(qū)域也存在著較大的發(fā)展不平衡，而且各個點發(fā)展也是不均衡的.所以在寬帶數(shù)據(jù)接入網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)時，不能沿用固定的一種模式，而要根據(jù)實際情況采用相應(yīng)的解決方案，同時又要充分考慮系統(tǒng)的可擴展性.當前在應(yīng)用中有這樣的傾向：IP擔當骨干層的傳輸，如IP over SDH、IP over DWDM以及IP over Optical等,下一代的IP網(wǎng)絡(luò)將是可以支持全業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò).
隨著近幾年OAN的快速發(fā)展,已逐步實現(xiàn)了FTTC和FTTB,全光網(wǎng)絡(luò)當然是最終的趨勢.但在現(xiàn)階段,FTTH還不現(xiàn)實,連接用戶的最后幾百米,也就是入戶段的技術(shù)也是精彩紛呈.主要依據(jù)的傳送媒質(zhì)有:基于雙絞線的xDSL技術(shù)、基于銅軸線的HFC技術(shù)、無線技術(shù)、光纖的APON/EPON技 術(shù)以及以太網(wǎng)技術(shù)等.這5種主要技術(shù)各有其技術(shù)特點,同時也就決定了它們各自的應(yīng)用場合.
3.1 xDSL
數(shù)字用戶線（DSL）是基于普通電話線的寬帶接入技術(shù)，它在同一對銅線上分別傳送數(shù)據(jù)和 語音信號，數(shù)據(jù)信號并不通過電話交換設(shè)備，從而減輕了電話交換機的負擔；而且無需撥號，一直在線，屬于專線上網(wǎng)方式，因此使用DSL上網(wǎng)并不需要繳付額外的電話費.
xDSL中的“x”代表各種數(shù)字用戶線技術(shù)，如非對稱數(shù)字用戶線（ADSL）、高速數(shù)字用戶線（HDSL）和高速不對稱數(shù)字用戶線（VDSL）等.它們的主要區(qū)別在于上下行鏈路的對稱性以及傳輸速率和有效距離有所不同.
ADSL是目前眾多DSL技術(shù)中較為成熟的一種，其優(yōu)點是帶寬較大、連接簡單和投資較小，因此發(fā)展很快.HDSL是利用兩對或三對銅雙絞線，為用戶提供PDH一次群速率的雙工數(shù)字連接.
VDSL是速率更高的ADSL，也有人稱其為寬帶數(shù)字用戶線（BDSL）.VDSL系統(tǒng)一般用于光纖接入網(wǎng)中的最后一段入戶連接，其傳輸距離只有100 m（155 Mbit/s時）到1 km（13 Mbit/s時），它的下行傳輸速率可達13、26、52 Mbit/s甚至155 Mbit/s.采用VDSL技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的方案，可以解決IP接入方案的問題，用戶不必重新布放高成本的5類雙絞線，僅僅通過VDSL終端適配器，就可以接上Internet，通過普通電話線就可以傳輸高速以太網(wǎng)信號，而且也不用擔心轉(zhuǎn)向IP化接入會帶來的問題.
3.2 HFC
Cable Modem是近幾年發(fā)展起來的，主要用于有線電視網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸.目前大多數(shù)新建的有線電視網(wǎng)都采用HFC網(wǎng)絡(luò)，其巨大的帶寬和相對經(jīng)濟性使其對有線電視公司和新成立的電信公 司很具吸引力.由于Cable Modem是作為一種在HFC網(wǎng)上提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的設(shè)備，因此它通常等 同于HFC寬帶接入技術(shù).
對于HFC網(wǎng)上的Cable Modem，由于采用無連接技術(shù)，用戶的PC機可以一直保持在線狀態(tài)，無需撥號過程，且不占用電話.但從傳統(tǒng)的有線電視網(wǎng)升級到HFC有很大的改造難度.首先，頻帶資源顯然不足；其次，傳統(tǒng)有線電視網(wǎng)上采用的都是單向放大器和相關(guān)設(shè)備，需要全部更換才能滿足HFC的要求；再次，HFC接入方案采用分層樹形結(jié)構(gòu)，這種技術(shù)本身是一個共享型網(wǎng)絡(luò)，這就意味著用戶要和鄰近用戶分享帶寬，所以HFC的理論傳輸速率也會受到影響.
HFC由于存在雙向改造和漏斗效應(yīng),在用戶相對集中且每光節(jié)點用戶量在200戶左右時是較佳的方案.
3.3 無線接入
無線通信技術(shù)有其靈活方便的特點，廣泛應(yīng)用于通信網(wǎng)的各個領(lǐng)域.
無線局域網(wǎng)利用無線射頻(RF）技術(shù)在空中傳輸數(shù)據(jù)、話音和視頻信號.作為傳統(tǒng)布線網(wǎng)絡(luò)的一種替代方案或延伸，無線局域網(wǎng)將企業(yè)和個人從辦公桌邊解放了出來，使他們可以隨時隨地獲取信息.因此，無線局域網(wǎng)可以為各類企業(yè)以及他們的移動辦公的員工帶來很多好處.它的主要特點是：移動性、靈活性和易用性，并且具有合理的價格.至于安全方面的考慮，由于有最早是作為軍事應(yīng)用的這一背景，無線局域網(wǎng)通常內(nèi)置的安全監(jiān)測特性使其比大多數(shù)布線局域網(wǎng)都要安全得多.依靠復雜的加密技術(shù)，可以使非法的接收者截聽無線局域網(wǎng)的流量信號異常困難.
無線局域網(wǎng)行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)在已經(jīng)到了一個關(guān)鍵的階段.大家已經(jīng)非常清楚地認識到，統(tǒng)一的無線系統(tǒng)（即可以混傳語音、視頻和數(shù)據(jù)的平臺）將在今后20年內(nèi)在信息訪問方面占據(jù)主導地位.隨著企業(yè)對高速、穩(wěn)定且不間斷的信息訪問方式的需求日益急切，無線局域網(wǎng)廠商們正在考慮在具備大眾吸引力的價位上提供創(chuàng)新且技術(shù)完善的解決方案.
3.4 光纖接入
光纖接入技術(shù)與其他接入技術(shù)相比，最大優(yōu)勢在于可用帶寬寬，而且還有巨大潛力可以開發(fā)，在這方面其他接入技術(shù)根本無法與其相比.光纖接入網(wǎng)還有傳輸質(zhì)量好、傳輸距離長、抗 干擾能力強、網(wǎng)絡(luò)可靠性高和節(jié)約管道資源等特點.另外，SDH和APON設(shè)備的標準化程度都比較高，有利于降低生產(chǎn)和運行維護成本.
當然，與其他接入技術(shù)相比，光纖接入網(wǎng)也存在一定的劣勢.最大的問題是成本還比較高，尤其是光節(jié)點離用戶越近，每個用戶分攤的接入設(shè)備成本就越高.另外，與無線接入相比，光纖接入網(wǎng)還需要管道資源.這也是很多新興運營商看好光纖接入技術(shù)，但又不得不選擇無線接入技術(shù)的原因.
3.5 以太網(wǎng)
以太網(wǎng)技術(shù)對于企事業(yè)用戶一直是最流行的接入方法，主要原因是已具備強大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和豐富的經(jīng)驗，而且目前所有流行的操作系統(tǒng)和應(yīng)用也都是與以太網(wǎng)兼容的.由于以太網(wǎng)的幀格式和IP數(shù)據(jù)格式是一致的，用以太網(wǎng)傳輸IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，中間不需任何格式轉(zhuǎn)換，因此以太網(wǎng)接入能夠與IP網(wǎng)實現(xiàn)無縫結(jié)合，而且還具有優(yōu)良的可擴展性.
由于性價比高、可擴展性強、容易安裝開通以及可靠性高等，使寬帶以太網(wǎng)接入技術(shù)成為新興運營商的首選方案之一.然而，由于計費、管理以及有源器件多等因素，以太網(wǎng)作為居民用戶的接入方式目前正在大力推廣階段，但隨著城市智能化小區(qū)的建設(shè)，以太網(wǎng)接入也不失為一種較為理想的方案.
4 總結(jié)與展望
接入網(wǎng)的共同趨勢都是逐漸將光纖化推向用戶.FTTC將逐漸向FTTH發(fā)展,而HFC將逐漸 從較大的節(jié)點向較小的節(jié)點發(fā)展,然后逐漸將光纖推進至分支點(FTTT)甚至實現(xiàn)FTTH.光纖到戶后,就消除了FTTC中的金屬引入線和HFC中的同軸電纜,避免了金屬腐蝕等問題,接入網(wǎng)的瓶頸也隨之消失.然而光纖到戶將是一個漫長的過程,需要投入大量的資金和人力.因此多采用混合接入模式,例如HFC，將FTTC與VDSL技術(shù)相結(jié)合提供了光纖敷設(shè)成本、電子設(shè)備成本和提供的帶寬能力方面的最佳平衡,也是一種比較現(xiàn)實、理想的寬帶混合接入方案.
總之,隨著接入網(wǎng)業(yè)務(wù)的不斷增多，所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬將會越來越寬,交互性越來越強,接入網(wǎng)的寬帶化將是不可避免的趨勢.接入網(wǎng)市場將會成為未來幾年信息產(chǎn)業(yè)中最炙手可熱的市場之一,人們的生活也將因之而改變.
參考文獻
�。�1］李效軍.光接入網(wǎng)的現(xiàn)狀與發(fā)展 [J].電子器件，1999(1):16-21.
�。�2］紀艷蘋.光纖接入網(wǎng)在北京郊區(qū)的應(yīng)用 [J].電信科技，2000(8):16-20.
�。�3］鄔賀銓.寬帶接入網(wǎng) [J].中國數(shù)據(jù)通信，2002(1):1-5.
�。�4］何敬鎖.有線接入網(wǎng)的主要技術(shù)比較及發(fā)展狀況 [J].中國有線電視，2002(1):21 -23.
