人民邮电现代通信网课件第七章接入网.ppt

第七章接入网 7 1接入网的概念7 2有线接入网7 3无线接入网7 4宽带接入网 7 1接入网的概念 目前的公用电话通信网是由成千上万条用户线将端局的交换机与用户终端设备连接构成的 用户环路线主要使用用户电缆来进行传输 如图6 l所示 图6 1典型的电话公用网结构 6 1 1接入网的功能和接入类型一 接入网的定义接入网 AccessNetwork AN 是指本地交换机与用户终端设备之间的实施网络 有时也称之为用户网 UserNetwork UN 或本地网 LocalNetwork LN 接入网处于通信网的末端 直接与用户连接 它包括本地交换机与用户端设备之间的所有实施设备与线路 它可以部分或全部替代传统的用户本地线路网 可含复用 交叉连接和传输功能 如图6 2所示 图6 2接入网的位置和功能 图中 PSTN表示公用电话网 ISDN表示综合业务数字网 B ISDN表示宽带综合业务数字网 PSDN表示分组交换网 FRN表示帧中继网 LL表示租用线 TE为对应以上各种网络业务的终端设备 AN表示接入网 LE表示本地交换局 ET为交换设备 接入网的物理参考模型如图6 3所示 其中灵活点 FP 和分配点 DP 是非常重要的两个信号分路点 大致对应传统用户网中的交接箱和分线盒 在实际应用与配置时 可以有各种不同程度的简化 最简单的一种就是用户与端局直接相连 这对于离端局不远的用户是最为简单的连接方式 图6 3接入网的物理参考模型 二 接入网的定界图6 4给出了接入网定界的示意图 从图中可见 接入网所覆盖的范围由三个接口来定界 即网络侧经业务节点接口 SNI 与业务节点 SN 相连 用户侧经用户网络接口 UNI 与用户相连 管理方面则经Q3接口与电信管理网 TMN 相连 其中SN是提供业务的实体 是一种可以接入各种交换型和 或 永久连接型通信业务的网络单元 图6 4接入网定界的示意图 三 接入网的分层1 电路层 CL 电路层涉及电路层接入点之间的信息传递并独立于传输通道层 2 传输通道层 TP 传输通道层涉及通道层接入点之间的信息传递并支持一个或多个电路层 为其提供传送服务 通道的建立可由交叉连接设备负责 3 传输媒质层 TM 传输媒质层与传输媒质 如 光缆 微波等 有关 它支持一个或多个通道层 为通道层节点之间提供合适的通道容量 若作进一步划分 该层又可细分为段层和物理层 四 接入网的接入类型接入网必须能够支持多种不同的接入类型以满足用户需求 其主要的接入类型有 1 PSTN 公用交换电话网 类 支持PSTN用户的接入 2 N ISDN 窄带综合业务数字网 类 支持ISDN用户的基本速率接入 基群速率接入 3 B ISDN 宽带综合业务数字网 类 支持基于SDH的155Mbit s 622Mbit s的接入 支持基于信元155Mbit s 622Mbit s的接入 支持低速B ISDN用户的接入 4 永久性租用线类 支持包括64kbit s 384kbit s 1544kbit s 1920kbit s 1984kbit s 2048kbit s 34Mbit s 139Mbit s SDH虚容器VC 12 VC 3 VC 4及ATM虚通道的接入 5 数据业务网类 支持分组交换用户的各种速率接入 6 广播接入类 支持数字或模拟方式的广播视频和音频业务 7 交互式视象类 支持按需分配的数字视频和音频业务 五 接入网的功能接入网的主要功能可分解为用户口功能 UPF 业务口功能 SPF 核心功能 CF 传送功能 TF 和系统管理功能 AN SMF 其功能结构如图6 6所示 图6 6接入网的功能结构 1 用户口功能2 业务口功能3 核心功能4 传送功能5 AN系统管理功能 6 1 2接入网的主要接口1 用户网络接口 UNI 2 业务节点接口 SNI 1 V5接口由三层组成 可以接模拟用户 ISDN用户和专用线 根据连接的PCM链路数及接入网具有的功能分为V5 1和V5 2 V5接口的基本功能有 提供承载通路 为ISDN通路信息 信令及分组型数据 和PSTN信令信息提供双向传输能力 2048kbit s链路控制功能 第二层链路的控制功能 为第三层协议信息提供双向传输能力 支持公共功能的控制 提供V5 2接口系统启动规程以及指配数据的同步应用和重新启动的能力 定时 支持承载通路连接 BCC 协议 用于在LE控制下分配承载通路 提供业务所需的多速率连接 保持8kHz和时隙序列的整体性 提供链路控制协议信息 支持V5 2接口上2048kbit s链路管理功能 支持在合适的物理C通路 一条C通路可用以传送与多个业务端口有关联的协议信息 之间切换逻辑C通路 提供在接口出现故障时C通路切换的保护程序 2 VB5接口VB5接口是宽带接入网的一种业务节点接口 包括两种形式 VB5 1和VB5 2 3 维护管理接口 Q3 维护管理接口 Q3接口 是管理网与通信网各部分的标准接口 4 管理接口 QAN AN与其网管之间的接口为QAN 当AN纳入TMN时 AN应经Q3接口与TMN相连 统一协调不同网元 如AN SN 关于UPF TF和SPF的管理 形成用户所需的接入类型和接入承载能力 6 2有线接入网 有线接入网是用铜线 缆 光缆 同轴电缆等作为传输媒介的接入网 目前主要有铜线接入网 光纤接入网 混合光纤 同轴电缆 HFC 接入网三类 6 2 1铜线接入网 一 高速率数字用户线 HDSL 高速率数字用户线 High rateDigitalSubscriberLine HDSL 是在两 三 对用户线上 利用2B1Q等编码技术 高速自适应数字信号处理器来均衡全部频段上的线路损耗 消除杂音及串话 借助于每对线上的回波消除器和混合线圈设备 将两 三 对全双工铜线并用而得到基群速率 2Mbit s 的宽带电路 二 不对称数字用户线 ADSL HDSL要用两 三 对用户线 需要对现有的用户线网进行改造 而不对称数字用户线 AsymmetricDigitalSubscriberLine ADSL 技术可以在一对普通电话线上传送电话业务的同时 向用户单向提供1 5 6Mbit s速率的业务 并带有反向低速数字控制信道 而且 ADSL的不对称结构避免了HDSL方式的近端串音 从而延长了用户线的通信距离 ADSL技术的主要优点是可以充分利用现有的铜线 缆 网络 在线路两端加装ADSL设备即可为用户提供服务 系统初期投资较低 ADSL设备拆装容易 灵活 存在的主要缺点是技术不成熟 设备成本高 与模拟视频不兼容 现有模拟电视机需有机顶盒进行数 模转换 三 甚高速数字用户线 VDSL 甚高速数字用户环路接入 VDSL 鉴于现有ADSL技术在提供图像业务方面的带宽十分有限以及经济上成本偏高的弱点 近年来人们又进一步开发了一种高速数字用户线技术 即VDSL系统 有人称之为宽带数字用户线系统 6 2 2光纤接入网一 概念光纤接入网采用光纤作为主要的传输媒介来取代传统的双绞线 二 应用形式根据光纤向用户延伸的距离 光纤接入网有多种应用形式 FTTB可分为两种 一种是为住宅大楼用户服务 另一种是为办公大楼服务 三 结构光纤接入网主要有两种结构 有源双星 ADS 和无源光网络 PON 如图6 12所示 图6 12光纤接入网结构 6 2 3混合光纤 同轴电缆 HFC 接入网1 基本结构HFC网络的基本结构如图6 14所示 从图中可见 HFC网主要由三部分构成 馈线网 配线网和用户引入线 图6 14典型HFC网络结构 2 工作原理HFC系统采用适当的调制技术和模拟传输方式 可综合接入多种业务信息 如语音 视频 数据等 3 HFC接入网的特点HFC接入网可传输多种业务 具有较为广阔的应用领域 尤其是目前 绝大多数用户终端均为模拟设备 如电视机 与HFC的传输方式能够较好地兼容 1 传输频带较宽HFC具有双绞铜线对无法比拟的传输带宽 它的分配网络的主干部分采用光纤 其间可以用光分路器将光信号分配到各个服务区 在光节点处完成光 电变换 再用同轴电缆将信号分送到各用户家中 这种方式兼顾到提供宽带业务所需带宽及节省建立网络开支两个方面的因素 2 与目前的用户设备兼容HFC网的最后一段是同轴网 它本身就是一个CATV网 因而视频信号可以直接进入用户的电视机 以保证现在大量的模拟终端可以使用 3 支持宽带业务HFC网支持全部现有的和发展的窄带及宽带业务 可以很方便地将语音 高速数据及视频信号经调制后送出 从而提供了简单的 能直接过渡到FTTH的演变方式 4 成本较低HFC网的建设可以在原有网络基础上改造 根据各类业务的需求逐渐将网络升级 5 全业务网HFC网的目标是能够提供各种类型的模拟和数字通信业务 包括有线和无线 数据和语声 多媒体业务等等 即全业务网 6 3无线接入网 与有线接入网相比 无线接入网具有如下主要特点 1 建设周期短 2 在通信距离较长时 采用无线接入链路具有较好的经济性 3 抗灾变能力强 4 能同时向用户提供固定接入和移动接入 6 3 1无线本地环路一 基本结构无线本地环路是采用无线传输技术连接固定用户与交换局的一种本地环路 它只能提供固定无线接入业务 所以不包含复杂的移动性管理和越区切换功能 1 全无线本地环全无线本地环路的特点是 从用户到交换局的有线传输全部用无线传输取代 它通常由位于交换局的一个无线基站和多个位于不同用户住所的无线网络单元 RNU 组成 如图6 16 b 所示 图6 16本地环路基本结构 2 无线配线与引入线本地环路这种环路是将有线本地环路中的配线段与用户引入线用无线链路替代 如图6 16 c 所示 3 无线用户线本地环路这种环路的特点是 只将有线接入网中的用户引入线用无线链路替代 如图6 16 d 所示 4 无线馈配线用户线本地环路这种环路的特点是 将有线接入网中的馈线段和配线段用无线链路替代 如图6 16 e 所示 二 实现方案对于不同的无线本地环路结构有不同的实现方案 下面介绍几种目前使用较多的实现方案 1 微波点到点系统2 微波点到多点系统3 固定蜂窝系统 4 固定无绳系统这种系统是由移动无绳系统 如欧洲的DECT或日本的PHS 改造而成的 其改造方法很简单 为了扩大覆盖范围 需要将全向天线改造为高增益天线 5 专用本地无线环系统这种系统是专用于无线本地环的系统 它有两大类 一类是分段集中系统 另一类是混合铜线与无线 HCR 系统 6 3 2全球移动通信系统1 基本结构与工作原理GSM的系统构成 MS BSS NSS 2 工作原理GSM将整个服务区域划分为若干个无线小区 又称为基台区 每个无线小区内设置一个基站 负责小区内的通信与控制 同时设置一个移动交换控制中心 统一控制这些基站的工作并与市话局相连 如图6 18所示 从而保证只要移动台位于服务区内 不论它在哪个基站区域 都能实现正常通信 图6 18GSM示意图 1 当移动台进入某个小区 首先收听广播控制信道信息 BCCH 并打开接收机搜查是否有寻呼本移动台的寻呼信息 2 当发现有寻呼信息或移动台要拨打电话时 由随机接入信道 RACH 向移动业务交换中心申请接入 3 当交换中心收到基站转来的要求接入的信息后 在下行的接入准许信道 AGCH 上为移动台分配独立专用控制信道 SDCCH 4 在专用信道上 移动台和移动业务交换中心间将进行鉴权和业务信道建立前的信令交换 此后便指配一个业务信道 TCH 供移动台使用 5 当移动台收到基站的指配指令后 就调谐到指定的业务信道实现用户间通话 3 接口与业务支持 1 网络接口 2 无线接口4 GSM的业务支持GSM可以提供两大类业务 即基本业务和补充业务 其中 基本业务又包括电信业务和承载业务 补充业务则是对基本业务的补充 并不能单独提供 6 3 3无绳系统无绳系统即无绳电话系统 它是可用于无线接入的另一种形式的移动通信系统 与蜂窝系统相比 它具有简单 经济的优点 且能在一定范围内满足人们的移动通信要求 因此受到消费者的欢迎 1 CT2系统CT2是公认的世界上第一个数字无绳电话标准 该标准由英国提出 1991年正式被CEPT和ETSI作为数字无绳电话标准 CT2系统使用时分双工 TDD 技术 收发使用同一载频 在864 1 868 1MHz的4MHz带宽内 给出40个间隔均为100kHz的频分信道 与频分双工 FDD 相比 具有较高的频谱效率 2 DECT系统DECT的最初含义是欧洲数字无绳电话 DigitalEuropeanCordlessTelephone 早在1988年 CEPT就开始进行该系统的研究 3 PHS系统PHS系统是日本提出的个人便携电话系统 PersonalHandyphoneSystem 它可以与DECT系统相媲美 1993年 日本提出发展能够提供PCS的个人手持电话系统 由电信系统组织通信行业的各大公司 研究机构共同开发 4 CDCT系统CDCT ChineseDigitalCordlessTelecommunication 是中国的无绳电信系统 该系统由前邮电部 现信息产业部 提出 并列入国家 863 计划的研究课题 1 CDCT系统的基本特性 2 CDCT系统的基本功能 6 3 4卫星系统卫星通信系统包括固定卫星通信系统和移动卫星通信系统 它是利用卫星作为中继站 为用户提供电信业务的通信系统 卫星移动通信系统一般由通信卫星 关口站 控制中心 基站以及移动终端组成 如图6 19所示 图6 19卫星移动通信系统 图6 19中 控制中心管理接入到卫星信道的移动终端 并根据卫星的工作情况 控制移动终端呼叫接入 它是卫星移动通信系统的控制与管理中心 卫星移动通信系统的可用频段从特高频 VHF 到超高频 UHF 甚至微波频段 6 3 5个人通信个人通信是指任何人 Whoever 在任何时间 Whenever 任何地点 Wherever 能够与世界上的任何人 Whoever 进行任何方式 Whatever 的通信 1 个人通信系统特点 1 个人通信的重要特点是给个人编号 而不是给终端编号 个人通信系统采用与网络无关的唯一的个人通信号码 PTN 来识别用户 2 个人通信系统是由采用各种技术手段的多个网络 包括陆地 海上和空间 综合而成的一个容量极大的无线通信网 3 固定用户或移动用户可以在任何地方用有线或无线方式接入电信网 获得通信服务 4 移动终端具有超小型和低功耗的特点 不仅便于携带 而且充电后可以工作几个星期 给用户带来较大方便 2 个人通信系统功能 1 位置登记 当用户从一地移动到另一地时 应在网络内自动登记其新位置 2 跟踪交换局 根据用户位置自动选择通达用户所在交换局的路由 3 号码转换 将个人通信中分配给用户的逻辑号码 转换为标志用户终端实际网络地址的物理号码 4 灵活计费 由于个人通信是根据个人号码向个人计费 而不是向终端计费 所以计费功能必须灵活 5 存储巨量数据 要有超大容量的巨型数据库 来随时存储数量巨大的动态用户信息 6 安全保密 系统能够可靠识别主叫用户和被叫用户 还要求用户提供必要的口令和有权码 确保有权用户安全入网 并能提供用户语音通信的保密性 7 先进的服务功能 网络具有诸如秘书服务 留言服务等先进的服务功能 8 信令系统支持通信的控制和管理 跨网连接 寻呼用户及出入数据库等操作 个人通信是现代无绳通信 蜂窝移动通信 卫星移动通信和智能网技术的综合产物 涉及的技术领域相当广泛 3 影响其发展的主要技术因素和市场因素 1 网络技术和智能网技术 2 多址接入技术 3 蜂窝结构 4 广播特性 5 成本问题 6 4宽带接入网 6 4 1IP接入网一 IP接入网的特点 定义和参考模型因特网的迅猛发展需要充分利用现有的电信网承载IP业务 其中也包括IP接入 IP接入网与用于接入传统电路交换型业务的接入网相比存在一些明显的差别 所谓IP接入网是在IP用户和ISP之间提供所需IP业务接入能力的网络实体的实现 IP用户和ISP是指终接IP层和 或与IP有关功能的逻辑实体 二 链路层协议IP作为第三层协议对业务的承载需要得到底层链路层和物理层协议的支持 而链路层 物理层协议 或相应的技术 可有多种选择 三 IP接入方式IP接入方式大体有以下几种 如图6 21所示 1 PPP隧道方式 PPP会晤透明穿过IP接入网 第二层复用方式 接入网只提供诸如ATM FR的第二层复用传送功能 如直接IP接入方式 适用于拨号IP接入 第二层隧道协议方式 PPP分组先装入第二层隧道协议 L2TP 分组 再装入IP包 最后装入ATM信元传送 图6 21IP接入方式示例 2 PPP终结方式IP隧道方式 IP会晤透明穿过IP接入网 IP安全协议 IPSec 方式 IPSec的思想是对整个IP包加密 然后将其封装在一个新的IP包中 MPLS方式 PPP协议终结于IP接入网内的MPLS交换节点 打开PPP分组取出IP包并贴上标签 最后装入ATM信元发往ISP 它支持对多个ISP的动态选择 第三层选路方式 在IP层上IP用户与ISP之间的IP包经接入网内的IP路由器选路和转发 为将区分服务机制延伸至接入网提供了可能 IP用户可利用该方式从多个ISP中选择所需的一个ISP 3 以太网接入方式以太网接入方式也是一种第三层IP路由器选路方式 但IP用户终端的链路层是采用以太网协议而不是PPP 它适合于LAN等企业网或校园网的接入 同时也适合于公寓式居民小区用户的接入 6 4 2宽带综合接入一 对宽带综合接入的要求新一代公用网的核心网将在传统电路交换网基础上向基于IP宽带分组网的演进 宽带综合接入应能支持各种业务 包括PSTN ISDN业务 FR ATM传送业务 DDN传送业务 租线业务 LAN接入业务以及基于IP的业务和CATV业务等 二 综合接入方式在综合接入方式中 综合程度较小的接入方式并没有统一的综合接入平台 综合接入网只不过是多个业务网相应业务节点所支持的接入网 它们采用不同的接入技术 具有独立的接口功能 核心功能和传输功能 最多在传输通道层实现资源共享 的组合 它实质上是通过使用不同的接入技术来完成综合接入 另一种较典型的综合接入方式是通过在宽带接入网靠近业务节点侧插入宽带接入服务器 BAS 如图6 22 a 所示 图6 22 b 所示的综合接入方式是各类业务节点的混合和融合 图6 22 c 所示的综合接入方式是业务网 业务节点和接入节点基于同一种技术的全业务综合接入 图6 22综合接入方式 三 宽带接入方案 1 利用铜线资源 用XDSL实现宽带铜线接入是当前电话业务的主要接入手段 XDSL技术利用现有的电话线传输多媒体信息和实现高速数据通信 为充分利用铜线资源创造了条件 2 采用FTTC HFC实现全业务接入HFC和基于PON的FTTC是两种较好的接入方式 但各自有不足之处 HFC在传送模拟CATV信号方面有优势 但开展语音 数据接入方面可靠性差 且上行信道频带窄 易受噪声 漏斗 效应的影响和信号间串扰 此外 模拟信道对数字业务开展也不利 3 发展宽带PONXDSL技术和HFC网络中CableModem是目前提供宽带接入的基本方案 但它们的发展受传输距离 最大容量或噪声干扰的限制 4 为了满足接入网容量不断增长的需要 可采用光分插复用器 OADM 来扩大主干层容量 5 发展LMDS 实现宽带无线接入本地多点分配系统 LMDS 是一种新兴的宽带接入技术 以点对多点的广播信号传送方式提供高速率 大容量 全双工的宽带接入手段 四 本地多点分配业务 LMDS 技术1 LMDS概念LMDS是一种固定 双向无线宽带接入技术 用于综合的视频 语音和高速数据业务的传送 在未来网络融合 宽带接入中将发挥重要作用 LMDS可提供以下一些业务的接入 1 高速因特网接入 2 实时多媒体文件传送 3 企业局域网远程接入 4 交互视频和VOD 5 视频会议 6 电话 2 LMDS系统结构LMDS采用低功率高频信号在视距范围传输 LMDS小区分布决定了构建发送站 基站 的成本和所覆盖的用户数 LMDS系统以基站为中心 工作频段一般在27 28GHz附近 可用带宽在1GHz以上 调制方式采用QPSK或 和QAM 采用划分为4个具有交替极性的4个扇区的360 传输模式 频率重用和小区重叠可显著改善覆盖 LMDS系统由以下几个模块组成 1 中心站基本设备 包括控制和传送架 用于电话的位于交换局 用于视频应用的位于前端设备 节点设备包括固态发送和接收机以及位于塔上的天线 2 用户驻地设备 包括屋顶天线 收发信机和网络接口单元 NIU 3 数字机顶盒 用于向终端用户设备提供视频服务 3 LMDS应用前景LMDS在数年前也许难以实现 但近年来的技术进展却使LMDS变得可以实现了 五 直播卫星 DBS 技术1 DBS系统结构和特点DBS DirectBroadcastSatellite 是载有TV节目或 和其他信息的波束 并直接从位于空中某个方位的卫星以广播方式发往静止用户小型天线的技术 2 DBS系统的业务应用随着因特网业务的发展 推出了利用DBS传送因特网数据广播业务 其传送方式有两种 卫星广播传送和一般提供因特网下行链路方式的传送 六 低轨卫星本地宽带固定接入技术1 SkyBridge系统结构非同步卫星共享Ku波段提供本地宽带固定接入能力 确保全球多媒体业务接入 是WRC和ITU R近几年来所关注的重要技术 正在实施的SkyBridge系统将首先采用这种技术 2 SkyBridge系统的Ku波段共享技术SkyBridge采用ATM方式和TCP IP协议 切换对于卫星共享Ku波段十分重要 当卫星移出终端视野时 卫星将所处理的终端业务切换到另一颗卫星 以确保业务的连续性 然后前一颗卫星再处理其他终端的业务