宽带业务接入网络的规划设计说明

宽带接入网络的规划与设计2004-4-13周志敏宽带接入网是业务节点与数据用户端设备之间，为用户供给电信业务而提供所传送承载能力的实施系统。目前，接入层技术方案以光纤接入网为主，使光纤进一步向用户靠近，便于为用户提供高质量的综合业务。但宽带光纤接入网是一个对业务、技术、成本十分敏感的领域，而且投资比重大、建设周期长。因此，结合当地现有电信网络和国民经济发展的具体情况，总体布局、网络结构、规模容量，充分考虑建设成本和网络的灵活性，制定出一套合理的宽带接入网规划方案尤为重要。为此探讨宽带光纤接入网规划与相关原则。 1.用户分类与业务预测 由于地区间发展的不均衡性，不同城市在宽带城域网建设中所提供的服务平台也有所不同，这主要取决于城市特点、发展程度、服务重点等方面，同时业务容主要取决于需求对象与工程重点项目容。根据业务需求对象即用户类型的不同，将宽带用户类型大致分为以下七类： 1.1政府机关用户 政府机关是一个重要的市场领域，由于其地位特殊，对社会的影响力较大，他们对宽带接入的需求主要是来源于“政府上网工程”和办公的信息化。随着各行各业信息化进程的加快，城市围计算机网络互联业务需求变是更加迫切。 1.2金融证券用户 金融证券用户是电信运营商一大客户，主要开展数据通信、计算机联网等各类交互式多媒体业务，为金融、银行与证券公司等提供专网服务，实现银行、信用社的通存通兑等业务。 1.3智能大厦用户 智能大厦、高层写字楼是商业客户等集团用户最密集的地方，这些集团用户一般都是电信运营商的大客户，集团用户对资费的敏感度低于家庭用户，用户的需要能提供综合、可靠、安全的网络业务，宽带高速互联接入、局域网互联与其他基于宽带接入网的业务如高速数据传输、数据中心、视频会议等都有广阔的市场前景，这些用户同样会有IP的需求。 1.4住宅小区用户 随着人们对社会信息化进程的加快，在智能小区、生活小区建设宽带信息化小区已成为各电信运营商竞争的一大焦点，对于各电信运营商而言，这既是增值业务的发展点，也是一个介入电信业务新领域的切入点。在这些商住小区建设宽带信息化，向用户提供高速上网业务、小区的信息社区服务包括社区管理、电子商务、VOD、事务处理等等。 1.5宾馆酒店用户 随着酒店管理系统的不断完善，酒店上网业务必将成为今后的热门话题。酒店上网业务提高了宾馆酒店的知名度以与服务档次，在为顾客提供优质服务的同时，在增加了其自身的效益。客人可以在酒店上Internet进行工作和商务活动，也可以通过Internet查询酒店情况，进行酒店的预定、结帐等活动，极方便了顾客。 1.6学校医院用户 学校医院对宽带接入的需求来源于电子化教学、远程教育、远程医疗和信息化社区等。 1.7企业科研用户 企业上网主要是通过上网了解国外经济形式，在网上捕捉商机，发掘新的市场空间，同时还可以在网上宣传企业。科研单位通过上网实现远程数据处理、监测控制与异地科研合作等业务。 2.组网原则 2.1组网指导思想 现代的网络结构应满足当前迅速增长的多种业务需求和承载各种应用系统，提供网络能力、优化网络结构、加强网管功能、完善支撑系统和业务平台，满足用户对网络层面的业务需求，同时为应用层面的业务拓展提供基础保证。保证网络的可靠性和可管理性。 2.2组网基本原则 宽带光纤接入网规划应结合现有光缆网络结构，以近中期相结合为原则。现在宽带城域网的建设正处于初级阶段，因各地区和城市各区域发展不平衡，对业务需求不一，并且用户比较分散，呈现不确定性。考虑到占领市场和投资的经济性，组建的原则应是统一规划分布实施。 2.3汇接节点设置选址原则 由于宽带光纤接入网工程建设目前尚未形成既定的技术标准和规根据，汇接节点设置选址主要遵循以下原则 2.3.1一个汇接节点覆盖围为以500m为半径组成的小区或515幢多层建筑群。 2.3.2一个汇接节点的收容用户数量一般为3001000信息点，最多不超过1000信息点。 2.3.3汇接节点尽量与其他电信设施合用，以解决节点设备机房问题。 2.3.4汇接节点的位置应便于光缆和电缆的出入。 2.3.5汇接节点的位置应避免有腐蚀性气体、易遭雷击、高压输电线下、强干扰区、潮湿地区、低洼地、防洪堤坝附近等易遭破坏的地方，设备必须放在室。 2.4节点带宽分配原则 从目前宽带用户的实际流量考虑，在规划过程中，核心节点之间分配一个1000Mbit/s带宽，汇接节点按需要增加相应的接口板或交换机，以提供足够的用户接入端口，当用户流量达到一定规模以后，采用中继流量的负荷分担。近期规划（1年），10Mbit/s的端口总数量应该和收容用户数量相当，楼道交换机上行接口速率至少应按接入速率总和的1/5收敛配置，即每个宽带用户至少分配2Mbit/s带宽。对于住宅小区，按20宽带接入率分配带宽。对于党政机关、金融证券、智能大厦、宾馆酒店、学校医院和企业科研用户，考虑其部已有局域网、上行可分配100M1000Mbit/s带宽。 3. 宽带接入网络结构 根据RBB模型，宽带城域网可分为核心层、汇接层和接入层三层。核心层主要完成数据的传输功能，负责全网业务的转接和业务疏通，实现城域数据交换与与IP网络互联。汇接层主要负责区域业务的汇聚和疏导，要求提供业务调度和路由能力、多协议处理能力和多业务接入能力。接入层负责将业务就近接入汇接节点，要求设备具有多业务接入能力、多种接入手段和良好组网能力，可以迅速灵活的接入用户。 在规划中，光缆敷设应采用一步到位方式。宽带按入网网络结构的选择应结合宽带接入点分布的特点、路由情况与业务要求，综合考虑、适当选择。既要充分考虑到网络的经济性和技术性，又要顾与发展的需要，同时还要考虑宽带接入的窄带需求以与网络的运行和调配灵活性，如扩容、调度与应急等因素，宽带接入网光缆网络结构，主要考虑以下两种方案。 3.1星型方式 母局汇接节点到汇接节点按星型点到点连接、构成有源星型或双星型网络结构。该结构的优点是：结构简单、容易规划、光缆的投资相对较小、缺点是；占用管孔多，每个用户是单路由，安全可靠性差。对一些用户密度疏、近期变化大且离局较远的地区不失为一种行之有效的方式。 3.2环型与总线型结合方式 母局汇接节点采用从本节点出来的光缆双向进纤方式，汇接环由大芯数主干光缆构成，环上光缆采用不递减方式，每个汇接环上一般接46个汇接节点。汇接节点至楼道交换机采用星形点到点连接。该结构的主要优点是汇接环光缆占用管孔少，纤芯使用率高，易于调度，安全性高。 对一些在母局汇接节点间总线上的重要其他汇接节点，为解决单一物理路由的不安全性，每个光节点可采用通向两个母局汇接节点方向的进纤方式，形成对该汇接节点的双向接入方式，当其中一个母局汇接节点出现故障时，可通过另一母局汇接节点疏通，增加了接入业务的可靠性，同时，当用户光缆有富余时可作为局间中继用。但该方式增加了汇接节点设备负载，同时使网络构造复杂，不宜大量使用。 对于距母局距离较远，用户较分散，有待进一步规划、开发的区域、汇接节点可采用星型方式来组网。对于现有管孔数量不足，用户数量集中在本局围，而城市规划基本成形的区域，应优先考虑采用环型与总线型结合方式组网。 在光纤接入网组网中，一般采用光纤本局环网综合型，如图1所示。它的特点为：重要业务节点（如小区、大商场、机场、政府机关、大医院、大楼、大学、大宾馆、银行、无线基站等）均在环路上，次要节点接入较为灵活。 对于环网综合型接入方式，对网结构、光缆铺设等都有一系列细则要求，其中对自愈环网中主要节点的节点数的要求为48个为宜。 3.2.1主要与光传输容量有关。以使用的斯达康公司生产的400为例，在自愈环网中，对交换局或靠近交换局的节点设置成局端点（），其余节点设置成远端点（），假设图1中局端（）节点传输系统为32个2系统，、远端（）节点考虑其上、下线业务量一样，各节点传输系统定为8个2系统，如果节点数增加，其节点的传输系统数将减少，不能满足节点上、下线业务量的需求。 3.2.2与光传输设备的性能有关。用于监控、倒换、数据业务、帧同步码等信息也同时在自愈环环路中传送，节点数的增多，无疑使这些控制信息复杂化，并引起传输容量相对下降与倒换时延增加。 3.2.3光纤自愈环保护对环路中两个节点间全部断纤形成的环路保护其可靠性相似于我们在设备段经常使用的1：（这里为节点数），即当发生多个节点间光纤中断时，只能保护其中的一个。如果自愈环节点数增多，那么自愈环的保护可靠性就相对降低。 另外，组成环形网至少要有3个节点以上，所以要求节点下限是4个为宜不难理解。 另外，需说明的是，光纤辅设的多少不影响传输设备容量：在每一个接入点，它的传输容量（能力）仅与设备本身的性能有关，如光端机输出4个3数据流，在实际工作中有些人理解为辅设光纤进入接入网点的数量越多，传输容量就越大的观点是不正确的。 3.3纤芯配置原则 3.3.1汇接节点；对于星型组网方式，每个汇接节点下6芯光缆，从主干到分支光缆逐级递减。 对于环型与总线型结合组网方式，汇接节点从汇接环上双向24芯，同时汇接环上至少预留12-24芯。汇接环采用单模光纤光缆，通常从几十到几百芯不等，建议采用带状光缆。 3.3.2汇接节点至楼道交换机；根据业务需求配置纤芯数：每一个100M/1000Mbit/s以太网端口占用2芯，并用适当纤芯预留。建议采用多模光纤光缆。 以图2为例说明。设环网所需的光缆芯数为72芯，根据各节点业务量、预留考虑等实际情况，网中的纤芯编号如下： 主干节点编号：148 配线区编号：4960 配线区编号：6166 配线区编号：6772 配线区无次要业务节点，不分配配线区纤芯。今后发展需求可从主干光纤预留纤芯中解决。未完待续编者按：上一篇文章宽带接入网络的规划与设计(一)我们介绍了用户分类与业务预测、组网原则、宽带接入网络结构，本文就宽带接入服务器的网络定位、宽带接入服务器的扩展、宽带接入服务器组网应用进行阐述。 4.宽带接入服务器的网络定位 目前宽带网络性能的提高,以实现了带宽接入的扩展；在处理性能方面，后台功能强大的城域FR/ATM网络或高速局域网络逐渐替代功能单一的PSTN网络。为此对宽带接入服务器在性能上和功能上都提出了更新、更高的要求。 4.1硬件设计结构 宽带接入服务器必须具有高速、高效的包转发特性，在性能上有效地解决宽带网络高性能、高负荷、高突发所带来的问题，性能不佳的宽带接入服务器势必成为网络的“瓶颈点”。目前具有2G以上的交换背板容量，100Kpps以上的独立包转发性能成为业界对宽带接入服务器的基本要求。从硬件系统结构上看，宽带接入服务器已从低效的集中式包处理结构向分布式处理结构演变，前后插板（接口板和处理板）的设计思路成为主流。采用这样的系统结构，处理模块可以直接处理来自同一槽位接口模块的用户流量，而且对于输出在同一槽位上的网络流量能够不经过系统背板和交换矩阵模块直接进行转发，从而有效减轻系统负荷。另一方面，为了实现在不同槽位间的包转发，系统结构必须提供高容量、相对独立、有冗余备份能力的系统交换矩阵模块（Switch Fabric）和相应容量的背板总线，保证宽带接入服务器总体性能随接口模块增加呈线性增长的态势。 4.2接口类型和接入方式 为了实现对各种宽带接入类型的支持，宽带接入服务器必须尽可能多地提供丰富的接口类型。在用户侧方面，宽带接入服务器已经可以提供DS3/OC3/OC12的ATM光接口实现纯ATM接入或DSLAM（DSL的用户集中器）的接入，提供100/1000M快速以太网接口实现局域网用户和HFC用户的接入，提供高密度信道化或非信道化E1/T1/DS3的帧中继接口实现帧中继用户的接入；在网络侧方面，一般通过100/1000M快速以太网接口，OC3/OC12的ATM接口，甚至可能是OC12的POS接口来实现流量的汇聚转发，满足宽带业务的实际带宽需求。 宽带接入服务器接入过程是依托于底层（数据链路层，主要是ATM层和以太网层）对数据包的封装重组，利用底层的技术特点，不仅在接入组网方式上灵活多变，而且可以有效地捆绑上ATM和以太网自身的技术优势，实现服务质量保证。具体来说，通过RFC1490和RFC1483第二层的桥接技术，RFC1577第三层的IP路由技术，实现宽带用户的静态IP接入；通过PPP Over ATM和PPP Over Ethernet实现用户的动态IP接入；通过L2TP的二层VPN隧道技术实现企业用户和小型ISP的VPN接入要求。从当前接入应用的趋势上看，PPP接入方式必定是宽带接入主流的应用方向。而在PPP接入技术中，由于PPPOE可以适用于多种接入网络，应用灵活，易于实现业务选择，同时又保护目前用户的已有投资。 4.3接入数量 在宽带网络中，宽带接入服务器由接口处理模块直接完成对各种协议栈的封装重组处理，例如：PPPOE或PPPOA的呼叫。由于ASIC（专用集成电路）技术的引入，系统包处理能力显著提高，接入实现的时长大大降低（通常要求小于5秒，包括RADIUS认证时间）；系统各处理模块的合理配合使得系统更加稳定，而且能够很好地完成对多用户并发接入情况的调度处理。目前，一台中等规模的宽带接入服务器应能支持8000个以上的并发PPP（包括PPPOA和PPPOE）呼叫，大型的宽带接入服务器可以实现100K个呼叫接入。宽带接入服务器具有这样的处理能力应该说已经完全能够满足实际大规模宽带接入应用的需要。 5.宽带接入服务器的扩展 宽带接入服务器定位是在骨干网络的边缘，主要实现各种接入用户的业务汇聚和流量汇聚，重突出其接入方面的处理能力，希望宽带接入服务器承担各种各样网络功能的想法显然是不现实的。因此，针对目前宽带接入的实际需求和应用趋势去扩展宽带接入服务器的功能，才能更加高效地实现宽带接入。 5.1业务选择 业务选择的作用就是要实现：用户通过一条终结到宽带接入服务器的连接来自主地选择后台网络运营商所提供的多种业务。一方面，各种业务的具体实现在技术上的侧重点是不同的，它对网络性能要求也不尽一样。这样，通过在宽带接入服务器上划分出适当的业务模型，使之针对各种业务特点合理有序地捆绑系统与其网络资源，在有限的资源条件下更好的实现各种业务。另一方面，从今后网络应用的发展上看，网络容服务供应商ICP与网络接入商ISP的分离是必然的趋势。在接入汇聚侧，ISP必须将用户选择的业务流转发到相应的ICP中去，同时在ISP网络上要严格保证对各种业务的隔离，也就是对ICP的隔离。因此，通过宽带接入服务器对接入用户实现业务选择是必然的应用要求。在具体实现上，基本采用以下两种模式：由终端直接进行业务选择模式和统一通过后台服务选择网关（Service Selection Gateway）模式。 由终端直接进行业务选择，如今一些宽带接入方式已经引入了业务选择的概念，要求用户在拨号前选择相应的业务，如目前广泛使用的PPPOE拨号接入。对于没有提供这一功能的接入方式，如PPPOA，可以通过用户名的结构化域名模式来激活接入服务器相应的业务模型。总之，这种业务选择方式首先是通过拨号软件由用户进行业务选择，然后利用远端RADIUS服务器对用户进行业务授权确认，最后激活接入服务器部相应的业务模型实现业务的指向。但是，采用这种业务选择方式，终端用户无法直观地、全面地获知宽带接入服务器提供的各种业务类型，增加了终端用户的实际操作，具有一定的局限性。另一方面，用户要实现业务间的切换必须重新进行虚拟拨号，实现上也不方便。 采用后台服务选择网关模式，用户通过PPP或DHCP方式接入并动态得到IP地址后，被强制访问与宽带接入服务器直连的服务选择网关。在用户终端一般可以通过Web的交互式界面得到可选择业务的相关信息，填入相应的用户数据后，通过远端RADIUS对申请进入这一业务的用户进行授权认证，然后根据业务的不同对用户实行必要的IP覆盖，最后仍然是通过激活接入服务器部相应的业务模型实现业务的选择。从功能上讲，我们可以认为后台的服务选择网关（SSG）是一台具有Web Server功能，同时提供功能强大的业务管理与用户管理的服务器。它通过后台数据库，定义各种用户的业务围和操作权限。 其实，这两种选择模式的实现核基本趋于一致，业务选择的核心都是在宽带接入服务器实现，差别仅仅在用户接口形式上。但是，从运营的实际需要出发，采用SSG服务选择网关模式不仅大大提高了接入用户操作的透明度，减少了用户终端的配置过程，而且可以起到业务门户的作用，为下一步的服务扩展提供空间。对于运营商来讲，这确实是一种理想的业务选择运营模式。 5.2 QoS支持 QoS问题一直是包交换网络所关注的焦点问题之一，尤其是在IP网络中。如今的宽带网络，尤其是在骨干网，主要采用点对点传输的组网方式，在很大程度上是通过高带宽来换取QoS。但是，对于宽带接入服务器而言，它承担着各种业务的汇聚，而且上连带宽毕竟有限，一味地通过高带宽来实现QoS显然是不现实的。这样，在接入侧QoS功能的实现就显得尤其重要。因宽带接入服务器支持ATM和FR接入，通过ATM或FR自身的QoS实现机理就可以很好地解决用户的QoS问题。但在宽带接入服务器中除了ATM和FR接入外，还有各种类型的纯IP接入。对于这一类型的接入流量，可以利用IP报头的服务类型标记（ToS）字段。通过业务发起侧对IP包打上相应的ToS标记，在接入服务器部进行相应的流量映射或业务映射，区分各种流量等级，实现网络的QoS。 5.3 VPN（虚拟专用网络）实现 虚拟专用网络就是要实现在公共网络平台上安全高效地传送，使网络具有良好的扩展性和伸缩性。VPN技术的核心集中在数据包的加密和网络传送上。IETF已经制订了一些VPN技术标准，如：二层L2TP隧道技术和三层IPSec加密技术。这两项技术标准的颁布为VPN的应用打下了坚实的基础。从目前VPN的实际应用上看，VPN业务多数集中在网络的边缘上实现，对于骨干网络设备而言往往是透明的。宽带接入服务器作为网络接入和业务汇聚的角色，往往是VPN应用的最初发起端，它对VPN应用的实现至关重要。目前，在网络第二层的VPN实现上，宽带接入服务器提供L2TP隧道加密技术。它一般既可以作为LAC（L2TP访问集中器），也可以作为LNS（L2TP网络服务器），组网应用灵活。在网络第三层的VPN实现上，由于IPSec是较新的协议标准，因此这种VPN的实现还不普与。如今只有部分的宽带接入服务器开始支持该项功能。 5.4 端口批发 由于业务扩展的需要，端口租赁也将是今后宽带接入应用的趋势。尤其是企业类的集团用户，他们通过在接入侧端口租赁和带宽租赁可以迅速地实现自身网络建设，节省网络建设所需的大量投资。对于这类应用的需求，在宽带接入服务器中可以通过划分VLAN或创建虚拟路由器（Virtual Router）的方式来实现。这些技术的实现，在本质上都是将系统进行子资源划分，在每一个子系统中独立完成网络二、三层的相应功能，完成端口批发业务。其实，站在VPN的角度上看，我们也可以认为端口批发业务是实现VPN应用的另一途径，且应用灵活方便。 5.5组播支持 从全网位置上看，宽带接入服务器必须支持组播，在网络层上完成组播视频流的末端分发。网络主机安装相应的组播应用程序来支持组播协议，通过主动提出组播申请，选择所需的组播服务，以使之连接到本地支持IGMP的路由器或组播服务器上。从技术实现的角度上和目前实际设备对组播支持情况上看，宽带接入服务器主要起到转发在网络终端和支持IGMP的组播服务器或路由器之间的组播流量。它一般都支持IGMP 第一、二版的协议标准，但是在很大程度上仅仅是扮演着IGMP代理（Proxy）或IGMP欺骗（Snooping）的角色，简单地完成网络末端组播包的透明传递和分发，终端用户感觉不到与实际应用时的不同。为了进一步提高宽带接入服务器组播应用的灵活性，一些设备厂商在实际的产品中已经开始对组播路由协议（如：PIM，DVMRP等）的支持。 5.6 IP流量的转发管理，实现防火墙功能 宽带接入服务器的IP流量转发管理主要是根据不同用户的实际权限向用户提供相应的接入能力，在一定程度上完成IP防火墙的功能，实现部网络安全。IP的流量转发管理在很大程度上是与宽带接入服务器的VPN和业务选择相捆绑，与上层骨干边缘路由器相配合，灵活有效地实现对各种业务类型的IP分离。在技术实现上，该功能可以通过自身IP包过滤（IP Filter），针对不同业务灵活分配IP地址段和网络侧NAT（网络地址翻译）来实现。同时，从网络安全的角度出发，宽带接入服务器还应该提供防IP攻击和IP欺骗的功能。 对于IP过滤技术，系统在完成用户接入的同时根据用户选择的业务类型指定相应的IP过滤策略，向不同权限的用户进行三、四层的数据包过滤。这样既实现了业务的需要，又可以有效地限制用户的访问权限，实现与相应业务的捆绑。这一功能的实现由宽带接入服务器部独立完成，不需要上层路由器的配合。 对于接入用户IP地址的分配，宽带接入服务器通过与后台RADIUS服务器的配合，由宽带接入服务器，后台RADIUS服务器，甚至还可以由挂接在接入服务器上的DHCP server来实现用户固定地址和动态地址的分配。在这种方式下要实现IP流量转发控制，一方面可以通过在宽带接入服务器上对不同的IP地址段设置不同的路由转发策略来实现；另一方面也可以由上层路由器通过IP包的解析，对不同的IP源、目的地址进行过滤或路由，来限制不同用户的接入能力。 对于NAT技术的引入，一方面它可以充分利用私网地址，缓解公网IP地址资源有限的压力。另一方面，NAT通过IP流量的单向转发处理，实现用户部的网络安全。 宽带接入服务器提供非IP业务向IP业务的转换。从IP网络安全方面考虑，IP防火墙功能的实现集中在网络的边缘。因此，它提供必要的防IP攻击和IP欺骗的功能对于整个IP网络安全来讲是十分重要的。可以说，IP防火墙功能的提高是网络应用对宽带接入服务器的实际要求。同时，由于SSG具有强大的用户管理功能且交互式界面良好，将IP防火墙功能与SSG集成具有很好的实际应用前景。 6.宽带接入服务器组网应用 宽带接入服务器主要是为了适应当前各种DSL接入应用要求，尤其是ADSL接入。目前ADSL接入都是基于ATM网络平台，是ATM的ADSL。但是，目前的网络架构以纯IP网居多且规模较大。同时，对于ATM技术的争论仍是业界讨论的焦点。ATM网络的进一步扩大有一定的困难，实现ADSL直接IP接入的要求有现实意义。另一方面，随着接入侧接入网设备集成度的提高，在一个上连的接入网络单元（如DSLAM），往往能够挂接成百上千个实际用户。对于这样的网络分布和如此多的单点上连用户，将宽带接入服务器由集中式接入转为分散接入，也是一种理想的选择。甚至可以在接入侧将其与边缘接入设备直接集成，直接接入网络的IP一体化。这种组网方案不仅有利于宽带接入服务器自身设备的简化，易于实现用户的QoS，而且将接入用户数据IP化后直接汇聚入边缘路由器，易于完成与现有IP网络的融合，还节省了在网络接入侧和边缘侧的网络传输设备和传输通道。应该说，这样的宽带接入服务器价格便宜，设计简单，往往捆绑作为接入设备的一部分直接使用。但功能上来讲相对简单，网络的伸缩性和扩展性较差。采用这种组网方案对于接入业务单一的网络来讲是可行的，但用于业务复杂的网络就显得有些力不从心。从目前实际的业务导向上，高速上网成为目前宽带接入网络的主流业务，业务类型单一而且附加业务较少，在这样的现状下采用分散接入有一定的优势。 从全网来看，宽带接入服务器既是全网接入业务的单一汇聚点，又是用户业务流量的统一转发点。在这个特殊的网络点，如果它能与其他专用网络设备实现联合组网应用，能够大大提高网络总体性能和用户的实际接入速度。可以想象，对于Internet业务将宽带接入服务器直接挂接在专用Cache和四层交换机上。这样，对于用户频繁访问的信息就可以通过四层交换机过滤直接从专用Cache上高速获取，从而直接旁路了大量的用户数据流，减少许多重复的、不必要的网络流量，大大降低了骨干网络负荷，提高了网络的利用率，具有很高的应用价值。 宽带接入服务器在性能上的提高集中表现在接入处理能力方面、交换容量方面和接口带宽、密度方面。下一代大型宽带接入服务器的系统性能要求达到： 交换容量至少40G； 同时支持的PPP呼叫数目达到20K； 可配置用户数达到100K； 独立包转发能力达到1Mpps以上。 同时从IP发展趋势上看，由于多协议标签交换（MPLS）的引入可以平滑地实现网络升级，易于实现IP的服务质量保证和VPN应用。这些方面的应用与目前其他技术相比具有无法比拟的优势。MPLS已经成为业界对下一代IP发展方向的共识，宽带接入服务器对它的支持已是必然的选择。编者按：上一篇文章宽带接入网络的规划与设计(二)我们介绍了宽带接入服务器的网络定位、宽带接入服务器的扩展、宽带接入服务器组网应用进行阐述。本文我们将介绍S-CDMA技术、自愈环网。 7.S-CDMA技术 CDMA（Code Division Multiple Access）技术由于具有抗干扰能力强，性能好，用户容量大的优点，在无线通信领域得到了广泛的应用。而S-CDMA同样具备了CDMA的优点，在HFC网络中也具有较好的应用前景。 S-CDMA技术在每6MHz带宽中使用14.7Mbit/s的速率，通过频谱拓展技术，可以使上行传输免遭脉冲窄带干扰的影响。由于S-CDMA仅占6MHz的带宽，不对相邻频道产生影响，故该技术可以在HFC网络中与使用其它调制方式的传输，如正交移相键控（QPSK）、QAM等音、视频传输和谐共存。该技术形成CATV宽带网真正意义上的互联双向多媒体的服务，并赋予了该网络动态宽带设置、性强、多层次和大容量等无可比拟的优越性。S-CDMA技术，应用于HFC网络中，需要采取特殊的措施，这些措施主要有： 7.1测距和均衡校正措施 通过测距和均衡校正措施使所有HFC用户端的Modem与网络前端同步，并在每个用户单元与其他用户共享线路的基础上，扩频信号之间保持了良好的正交性，因而最大限度地克服了自生干扰，提高了信道的利用率。其中： 7.1.1测距（Ranging），用来确定每个Modem到前端路径的长度，以使距离前端较近处的发送信号的时间比距离前端较远处的发送信号的时间稍晚一些，保证所有的信号能在同一时刻到达前端接收机。 测距采用的算法是动态、连续和透明的，应考虑温度变化对物理线路的影响与线路的老化程度等。 7.1.2均衡（Equalization），即在每个发送端前置预编码器，在测定出用户到前端的信道响应H（w）后，对预编码器进行调整，使其幅频响应P(w)与信道响应呈倒数的关系，即P(w)=1/H(w)。预编码器的设置能消除信道响应带来的信号失真。 7.2进行功率控制 在HFC网络中应用S-CDMA，也应进行功率控制，以减少用户之间的相互干扰。但与无线通信不同的是，在无线通信中由于移动台位置不确定，无线信道质量稍差，使得功率控制较为复杂，而在有线通信中，由于一般用户的位置都比较确定，因此功率控制的方法比较简单。 7.3 S-CDMA在HFC网络中应用 S-CDMA在HFC网络中应用有以下优点： 7.3.1可解决噪声干扰;标准IS-95码是一种在宽带传输中用于频谱拓宽的编码。普通的CDMA技术，尽管在用户之间没有互相的关联，但互相间却有影响和干扰，这种影响和干扰称之为自生噪声。自生噪声提高了网络中噪声的背景，也降低了网络的容量。而S-CDMA通过用6MHz的带宽取代CDMA所用的30MHz的带宽，可使富余频带对相邻的频道形成保护带，解决了邻频干扰的问题。 这样在S-CDMA的系统中，每一个6JMHz的带宽均用来传输6Mbit/s的多路数据流，每一路数据流的速率为64kbit/s，码型为Trellis码，以一特定层位的特定扩展码的形式进行传输。采用Trellis码，是为了使信道增加4.8dB的增益，并在长距离传输、噪声高达100s时，系统不至于增加误码。 在S-CDMA系统中，还使用了前向纠错技术、分层经联步位传输技术与拓谱技术。前向纠错和分层经联步位传输技术可使数据传输有效地免受脉冲和宽带噪声的干扰，而拓谱技术则可为信道提供另外22dB的增益。这样S-CDMA系统就增加了近27dB的抗干扰能力，有在负CNIR(Carrier to Noise Plus Interference Ratio)的姿态下运行。 7.3.2可提高网络容量;在S-CDMA系统中，为使拓谱码维持下交状态而应用了先进一和分配两项技术。其分配法是通过不断在用户和前端之间测距实现对电缆传输状态变化，以与对系统运行进行控制，保证了时间的线性，使所有的编码（code）均可同时到达前端。其等量法是通过测量用户与前端的频响，和对一个发射机预置码进行调整，以与通过倒置频道和正交维持，达到有效减小用户和前端间干扰、极提高网络传输容量的目的。 7.3.3网络可有多种功能；S-CDMA通过不同数据定位技术来支持常码率CBR（Constant bit rate）、变码率VBR(Varable bit rate)和待用码率ABB （Available bit rate），因此可以实现一网多功能。特别是在高速互联、多个数据流用于可视会议时，可用单个64kbit/s数据流来传输普通等等，而这些传输都可通过同一同轴电缆来实现。 S-CDMA可由前端设备控制宽带使用分配，其分配的比例可按用户需求设定。这项技术在把一定带宽分配给特定用户后，对其余的带宽还可以进行动态灵活地分配，因此可以使CATV台为不同的用户提供不同种类、不同价位的服务。 S-CDMA是非基于传输容的系统，可以为HFC网络提供14.7Mbit/s码率上行智能数据传输的方式，以与可以用于ABR、CBR和VBR等多种方式的传输。 8.自愈环网 自愈环网是能在网络中出现意外故障时自动保护信息倒换并恢复业务的网络。目前，自愈环有如下2种结构和4种倒换方式： 在通道倒换中，业务信息的保护是以每个通道为基础的，根据环每个通道信号质量的优劣来确定是否倒换。它使用专用保护，如图1所示。 8.1 2纤单向通道倒换环方式 2纤单向通道倒换环如图2所示：光纤与光纤分别在顺时针、逆时针方向传输一样的信号，每个节点均从两方向接收到一样的信号并选择两个方向来的信号中最好的一个。每根光纤在环上信号的传输方式是单向的，从节点发送的信号沿业务光纤按顺时针方向传输，从节点向节点发送的信号继续沿光纤按顺时针方向传输；同时，发送侧送出的信号也送给保护光纤，形成一个从发向的备份信号，沿光纤按逆时针方向从传到，光纤上从向发送的备份信号继续沿光纤按逆时针方向从传到。当节点至节点间光纤同时被切断时，在节点，由于从经光纤按顺时针方向送来的信号已丢失，故接收端的倒换开关将由收光纤转向收光纤，倒换为接收从节点经光纤按逆时针方向送来的信号，而发向的信息仍经光纤按顺时针方向传送。因此尽管节点与节点的通路失效，但信号仍然正常地流过节点。 8.2复用段倒换 倒换是以每一对节点间的复用段信号质量为基础的，当复用段有故障时，在故障围整个线路倒换到保护回路。复用段保护与通道保护不同，它使用的是共享保护，正常情况下保护通道是空闲的，保护通道由每对节点共享。双向环路倒换与单向环路倒换的重要区别是两节点之间的通信信息直接在两个节点之间双向传输，而没有从沿另一方向环绕环路传输，只有当节点之间发生意外中断后，相邻中断点的节点信息才从另一方向环绕环路传输。下面以我局在主干光纤环网与接入网光纤环网中使用的2纤双向复用段倒换光纤环网为例，说明双向复用段倒换方式。 如图3所示，环网中每个传输方向用一条光纤，并且在每条光纤上将一半容量分配给业务通路，另一半容量分配给保护通路。因此，可将2纤双向复用段倒换光纤环网看作与实际4纤环结构相当的逻辑4纤环。正常情况下，从节点进环以节点为目的地的业务信号沿12光纤按顺时针方向传输，而从节点进环以节点为目的地的业务信号则沿21光纤按逆时针方向传输。1、2通路是空闲的。当、节点间出现光纤、接收机、发送机、接点等断路时，、节点的倒换开关自动将节点、节点的12、21两根光纤沟通，节点传输至节点的信号从1业务通路自动倒换至2保护通路，从反方向将信号传输至节点，同样：节点至节点的传输信息从2业务通路自动倒换至1保护通路，从反方向将信号传输至节点。 在这种自愈环网中，应该引起注意的是光纤环网中的带宽分配。如在接入网中使用的400，它的最大传输容量为64个1（2.048），复用成4个3（34）三次群信号在光纤中传输，400构成自愈环网后，它的光路传输一半带宽，即其中的2条3数据流闲置，从旁路方式连接每一端节点，用作备份环路，另外2条3数据流作为工作环路，用于沿途上、下线传输信号。当在某通路处发生故障时，信号通过备用环路迂回传输，达到保护信号的目的。9.有源光接入应用问题分析 9.1有源光接入设备的使用情况分析 目前应用的有源光纤接入设备，实现了光纤到路边或到单位，用光纤替代了部分电缆，开通了大量的窄带数据业务，满足了社会各界对综合业务的需求，为接入网宽带化打下基础，但应用中存在如下问题： 9.1.1有源光节点收容5001000户的普通用户，将光节点建成了变相的交换机模块局，光节点以下普遍应用了较长的音频电缆，这些电缆难以适应宽带业务。 9.1.2由于广电和电信两部门利益关系，有线电视与视频业务无法传送。 9.2 TTNLAN方式 采用计算机局域网技术开展多媒体业务的分析为适应住宅小区宽带信息化小区建设，在光纤到楼的基础上采用计算机局域网接人用户的方式（FTTBLAN），利用光纤+5类线以太网交换技术，实现“千兆到小区、百兆到大楼、 十兆到家庭”，该宽带建设方案主要解决用户拔号上网速度太低的问题，可提供IP技术形成的多媒体业务，这种方案主要存在的问题： 9.2.1现有小区和楼道重新增设安装一套线路，两套电信线路并存，并要同时维护，以至一个楼道形成四套线络（电源、电视、双绞线、5类线）。 9.2.2500户小区需设小型机房，并应能适应尤人值守，环境要求高，一个城市若设置数百个这样的机房和设备，其综合造价较大，运行维护复杂，且成本高，需要保证安全性、可靠性，不符合目前“大容量、少局所”的原则。 9.2.3FTTNLAN适应了IP高速投入，却不适应全业务信息网络，不兼容现有传统电信业务，全业务网络需要解决：电信语音业务，机关、企业等小总机专线，虚拟网，数据业务（ISDN、DDN、IP、电子商务、无线寻呼等），实时交互式视频图像业务，模拟、数字广播电视业务。 9.2.4目前我国的电信业务仍是以业务为主，互联网业务尚在发展中。由于我国教育普与程度和文化素质在一段比较长的时间（1020年）有待提高，电脑本身操作的复杂性已将大多数用户挡在了门外，IP的应用局限在一定人群围。在未来的信息时代中，大多数人们将通过非PC设备进入各种业务信息源。用IP技术综合替代现有电信传输手段，在一段时间（至少在510年）尚不可能，在我国经济落后的地区这段替代过程可能更长，若推向市场的设备不能适应操作者、使用者，将不能赢得市场。 9.2.5局域网设置在机关、企业、办公楼，可以利用这些部门的综合布线，除了对外交互数据外，大量的数据为本单位部交换。而局域网设在住宅小区，除了小区的安保监控业务外，大量的交换业务需要在城域围交换，若将以太网交换机设置在局外，资源共享利用度不高。 9.2.6IP网同样面临不断升级、改造的问题，现在的IP技术已经不是传统的IP技术。当前网络的时延、IP语音质量的不稳定。不同厂商之间的IP网关之间的互连、IP网络的服务质量等因素影响业务发展。 9.2.7以太网交换机，100 Mbits到小区、100Mbits到楼、10Mbits到户，长期看其带宽仍不足，若国外电信市场放开，国家允许竞争单位互相进入对方业务，10 Mits的带宽并不能解决多频道数字电视的传递，传输和交换设备均要改建。 9.3 ADSL推广应用 ADSL推广应用面临如下问题： 9.3.1经济性不好。目前 ADSL每线造价大于6000元，此造价与新建无源光纤点对多点复用相比已无优势可言。 9.3.2实用线路质量难以适应ADSL的高技术标准。这种情况在中小城市与以下地区更为突出，无法保证ADSL 8Mbi/ts的速率，若采用ITUT标准的 G.lite经济性ADSL，最高速率1.5 Mbits，这种速率对传递MPEG标准的视频点播图像，带宽又显不足，更不能传送多频道有线电视。某地用ADSL传递的VOD图像，其画面如向油画，其质量不与VCD，在今天DVD和高清晰度电视开始应用的时代，此传输质量毫无竞争能力。 9.3.4ADSL的驱动功率较大（DMT技术高达1w），大驱动功率射频数据流使电缆线对间的申扰加大，这可能对其它低频通信设备造成干扰（据称仅有10的线路可用）。普通的48V馈电，高达近 90 V的铃流信号，用户摘机、挂机的脉冲，这些信号的谐波等噪音，普通市话线路存在的不平衡。反射。串育等（这不同于没有经过接续的出厂电缆），这一系列技术问题都将给 ADSL推广造成困难。ADSL宣称的8Mbits传输速率在恶劣的噪声干扰下只有“自适应”降低速率和距离，希望ADSL供应商能提供这种“自适应”的环境和结果，以免误导运营商。 10.无源光接入应用问题分析 接入网发展最有前途的方案是采用无源光网络（PON），目前应用的传统无源光网络主要支持2Mbits（E1）以下速率的业务，适应于和窄带ISDN，当采用2波长波分复用单纤传送，也可以传送有线电视和视频点播，目前窄带的PON尚存以下缺点： 10.1每个用户的带宽受到限制 10.1.1广播式信号多路复用测量要求较高。 10.1.2造价还略高。 10.1.3 PON技术尚在发展之中，相关技术标准不断颁布（1996年ITU-T颁布了有关采用时分复用多址接入G.982协议，我国原邮电部1997年颁布了“基于无源光网络技术的光接入网”部技术标准，1998年ITU-T颁布了有关ATMPON的G.983协议人）。ATM与IP之间相融合技术尚在发展中，全面采用ATM-PON尚得不到一致意见。 10.2无源光网络技术 10.2.1无源光网络可以充分利用光纤的极高带宽（目前可为用户提供155Mbits下载数据流），最大限度地降低光纤环路费用，这是当前任何传输线路均不可比的优势。目前，光纤、光缆行业发展迅速，光纤的造价越来越低。而且，无源光网络传送带宽远远大于目前的需求，可适应密集波分复用。全光网络等新技术，前景无量。将光纤敷设到大楼，线路中途没有复杂的传输设备，技术上简单，维护方便，这种方式比在各小区设置有源光端机或局域网计算机，也有不可比拟的优势。 10.2.2 ATM与IP的争论目前已趋于融合，多协议标签交换（MPLS）技术作为下一代网络技术已成为业界的共识。MPLS不但支持多种网络层技术，而且是一种与链路层无关的技术，它可支持X.25、帧中继、ATM、SDH、DWDM等传输方式。可使各种不同的网络传输技术统一在同一个MPLS平台上，MPLS能够以无连接方式或显式路由的方式提供面向连接的业务，能够提供有效的服务质量保证（QoS）。MPLS最大优势在于：以软件为主，可运行在各种不同的网络上。目前，省已建设了相当规模的ATM交换节点。在此基础上，利用软件升级来提供MPLS功能，在接人网建设中采用ATM-poN进而将MPLS技术延伸至接入网以至用户终端，以便更好地传递综合信息，这是一种顺理成章的演变。 10.3.楼进户线 光纤到大楼后光网络单元（ONU）设置在楼道，至用户住宅的引入线距离一般不超过100m，这段引入线可根据用户业务需求（、IP、VOD、有线电视）直接布放五类线和同轴电缆或两类线缆合并的多媒体线。这种星型状态下的同轴电缆已不同于HFC网络传输模式的树状结构，已没有所谓的噪声积累，其造价远远低于单端 ADSL大于2000元）和 HFC网络中电缆调制解调器的造价，传送带宽远远大于这些调制解调器。采用五类线+同轴线从ONU引人住户，省略了用户端的调制解调终端，有利降低用户操作的难度，减少障碍、便于维护，适应信息家电时代的到来。技术更新时，可重点改换ONU的电路板，不必再去更新用户端的终端，随着技术的进步，普通光纤和塑料光纤的引人，此段线将逐步更新。现阶段的过多投入是徒劳的。因此，在现有市话电缆上利用ADSL数字传输技术传送宽带业务应慎重。ADSL仅能应用在那些光纤接入网尚未形成，电缆传输质量较好，宽带业务需求不大的少量分散和急需的用户，若大量推广应用昂贵的过渡措施，将失掉建设带宽极大的光纤网路的机遇，形成新的包袱，造成投资浪费。 11.接入网网络管理的实现 为了解决网管标准的统一问题，ITU制定了TMN标准体系，该体系提出了电信网管的技术模型和具体的运行模型，使得面向不同厂商的设备提供统一的网络管理成为了可能。TMN的分层结构自下而上分别为网元层，网元管理层，网络管理层，业务管理层和事务管理层。在五层管理系统中，电信设备开发商更关心前三层的管理活动，其中网元和网元管理与硬件设备紧密相关，所以必须由电信设备厂商完成，网络管理一般也需要电信设备厂商提供，但是因为当前制定了标准接口，所以也可以由非设备商来开发，例如有的网络管理软件就是由电信运行商自行开发的。后两层的事务管理和业务管理因为关系到电信运行商的服务形象和水平，所以电信运行商更为关心。 综合当前接入网的开发技术，大致可以分为以下四类： 11.1 Q3接口技术 Q3接口是TMN实体之间最重要的界面之一，在TMN中起着举足轻重的作用，在一定程度上Q3接口成为衡量一种设备的网管是否与TMN兼容的关键。在电信总局颁布的用户接入网管理功能与管理接口技术规暂行规定中，明确规定了接入网网管必须具备Q3接口，正因为如此，各大电信设备厂家纷纷推出了具有Q3接口的接入网设备。Q3接口的实现方式可以分为两种： 11.1.1直接由设备提供，即所谓嵌入式Q3接口； 11.1.2由设备管理终端计算机（网管服务器）提供，即所谓MD（Mediation Device）方式。 11.2二级网管系统 目前接入网的网管系统可以实现在地区一级对县市一级的一对一管理能力，即地区局的网管中心仅能监控管理一个县局的接入网设备，一个Console 仅对应一个Server，不能管理其他县局的接入网设备，也不能满足发展的网络管理系统需求。 本地网管并不具有全网管理的能力，而二级网管的目的就是将全网GA Server（最多100个）集中在一个网管终端中进行管理。 二级网管终端与二级网管代理GA Server Agent之间的通信接口为WAN，传输方式为DDN或E1，速率为64kbit/s2Mbit/s。网络层的协议采用IP协议，传输层的协议采用UDP。采用UDP的原因是维护大量的TCP连接会耗费大量的系统资源，严重时会导致系统崩溃。由于告警消息的突发性和不确定性，网络上可能会出现告警风暴，所以在设计中采用了流量控制技术。GA Server的告警并不直接向“二级网管终端”上报，而是使用类似于令牌环网中的“令牌”方式，只有拥有令牌的GA Server才能告警。 这种方案也可以完成Q3接口规定的所有功能，但是由于它所用的全是厂家的私有协议，没有通用性，只能管理自己的设备，不能真正地实现统一网络管理，所以有很大的局限性。 11.3 CORBA接口 CORBA（Common Object Request Broker Architecture，公共对象请求代理体系结构）是OMG（Object Management Group，对象管理集团）为了解决分布式处理环境中软件系统互联问题而定义的一种分布式处理体系结构。CORBA翻译成中文可以称为“公共对象请求代理结构”，顾名思义，它可以为各种对象的请求提供一种代理机制，从而融合不同形式的对象以与不同类型的操作系统，对网络上的分布式事务处理提供了一种良好的解决方案。 CORBA继承了面向对象的程序设计和分布式计算的特性，并支持客户机/服务器结构。在CORBA中，客户机和服务器是分离的，它们之间甚至无需知道对方的存在。一个客户机可以访问多个服务器，客户机和服务器之间也不存在一一对应的固定关系。 CORBA模式在TMN网络管理层中，由于采用了的CORBA架构，客户端不必知道设备实现者的位置，它只要调用设备管理器实现的管理方法就可以完成用户的操作。 当前CORBA的开发平台（如INOA公司的Orbix产品）提供了完善的底层服务，网管开发者只要实现与设备相关的管理就可以完成开发任务。 虽然TMN采用了基于OSI系统管理面向对象的建模技术，但对于如何构造管理系统以与管理者之间如何实现互操作，TMN并未深入研究。而CORBA目前已经是一项比较成熟的面向对象的技术，将被广泛应用于开放网络环境下业务的快速构造和资源与业务的有效管理。实现综合网管不仅需要像TMN这样一套完整的体系结构标准，还需要实现这种体系结构的开发平台和开发工具。目前的TMN网管平台缺乏特定的TMN管理组件和支持分布式应用的基础构件，而这些正是采用面向对象和软件重用技术构造大规模网络和业务管理应用的关键。因此，以CORBA的ORB（对象请求代理）为核心，结合目前分布式对象体系结构和网络与业务管理方面的相关技术，可以构造一个更加分布化、重用性强、可靠性高、可伸缩性好并且适用于整个TMN分层体系结构的新一代分布式TMN网管平台。在基于CMA的分布式TMN网管平台中，ORB核心以外的其他组件都以构件块的方式存在，所有的构件以一致的方式对外接口，采用IDL语言描述其提供的服务。 11.4 Web模型 Web或WWW技术正为网管方式的革新提供一种新思路。Web是分布、动态、多平台的交互式超文本信息系统技术，XML技术称为第二代Web技术；跨平台的JAVA编程在Web应用和XML解析处理中发挥重要作用；基于JAVA或者CORBA与JAVA结合的对象Web技术，能够实现跨平台的Web数据库访问；Web技术的平台无关性能够解决多平台结构所产生的互操作问题。将Web技术引入到网管中，可以为用户提供灵活的