1、接入技术的发展现状
电信网发展到今天,正在进入一个新的转折点,展现了宽带化、IP化以及业务融合化的趋势。电信网宽带化首当其冲的就是接入网的宽带化,然而由于种种原因,接入网的宽带化将是电信网宽带化最难实现的部分。
近几年,为了适应网络和业务宽带化的要求,接入网的宽带化加快了步伐,接入技术出现了许多热点,正在向着多样化的方向发展,凸现了区别于其他专业网络最鲜明的特点。接入网的接入技术分为有线接入和无线接入两种,有线接入技术的主流是基于电话线的数字用户线(DSL)和基于光纤的宽带光接入技术,而无线接入技术则从窄带无线接入发展到了宽带无线接入(BWA:Broadband Wireless Access)。
1.1 有线接入技术
DSL是目前应用最为广泛的有线接入技术之一。根据DSL FORUM公布的信息,截至2006年6月底,全世界DSL的用户数已达1.64亿,其中中国的用户数高达3330万,居世界第一。
DSL技术从最早应用开始,到目前已有8年的时间,随着网络业务的发展一直在不断地改进。1999年ITU-T颁布了第一代ADSL标准,随后二三年,该技术逐步发展成熟,在解决了工艺、互通等方面的问题之后,使ADSL进入了快速发展的时期。但第一代ADSL技术在业务开展、运维等方面仍然暴露出许多难以克服的缺点。为了克服这些缺点,ITU-T于2002年5月又通过了新一代的ADSL标准:G.992.3和G.992.4,且在此基础上,扩展频谱的G.992.5标准也于2003年1月通过。人们通常把G.992.3、G.992.4和G.992.5标准称为第二代ADSL技术。第二代ADSL技术又经过二三年的改进,特别是ADSL2+技术解决了互通性的问题,使ADSL于2006年再次进入迅速发展的时期。
在ADSL2+技术得到普遍应用的同时,ITU-T还迅速推动了VDSL2标准的制定。尽管很多人对VDSL2技术的应用前景怀有疑问,但由于VDSL2技术在双向对称性和短距离范围内的高带宽性能有不可比拟的优势(VDSL2在频率使用到30 MHz时,传输性能可实现对称100 Mbit/s),又让人们有了几分期待。特别是VDSL2与ADSL2+的兼容性也使业界对DSL技术的发展有了明确的思路,即在VDSL2标准成熟前可以优先发展ADSL2+技术,待VDSL2技术和标准成熟后,再平滑过渡到VDSL2解决方案。可见,VDSL2将是ADSL2+之后DSL技术重点发展的对象。
如果说DSL技术发展到今天正是如日中天,那么宽带光接入技术的发展则处于不温不火的状态,全光化的进程颇为迟缓,其主要的原因在于高带宽的需求还不普遍。
PON技术是宽带光接入技术的主流技术。从20世纪90年代起,经历了不成功的窄带PON和APON技术阶段,目前所使用的多是EPON技术。EPON继承了以太网技术的思路和特点,可以简单、易扩展、低成本的方式提供高速IP业务,但对TDM业务的支持能力比较弱,在OAM、QoS、安全性、保护等方面的规范也较简单或未作规定,因此宽带光接入技术在今天大多为FTTB/C的应用模式(仅覆盖几十到几百户)。
EPON的上述缺陷限制了它的规模发展,然而与EPON相比较,GPON标准则在QoS、OAM、保护等方面有了很多的改善,尤其是在支持TDM方面具有天然的优势,是FTTB/C理想的技术,但目前用来商用的芯片(ASIC)还较少。
FTTH无疑是未来宽带光接入技术的发展趋势,但在目前高带宽需求还不很普遍的情况下,运营商大多采用“光进铜退”的策略发展宽带接入网,即将PON技术与DSL技术相结合,利用E/GPON技术实现FTTB/C,再通过ADSL2+/VDSL2技术完成短距离双绞线宽带入户,这种方式可以稳步推动向FTTH发展。
1.2 无线接入技术
传统的窄带无线接入是速率小于2 Mbit/s的接入,可以提供话音和低速数据业务,上端一般连接PSTN交换机。在众多窄带无线接入技术中,空中接口采用PHS制式的无线市话系统得到的应用最多,规模也最大。从2003年开始,SCDMA制式的无线接入应用也呈上升趋势,特别是在我国广大农村电信服务中被广泛推荐使用。
与传统的仅提供窄带话音业务的无线接入技术不同,宽带无线接入技术(BWA)源于Internet的发展和对宽带IP数据业务的不断增长,主要面向的是IP数据业务。宽带无线接入方式的主流技术除包括已经发展成熟的3.5 GHz、5.8 GHz固定无线接入和本地多点分配系统(LMDS)等传统的固定宽带无线接入技术外,也包括新兴的IEEE 802.16固定/移动宽带无线接入技术。随着宽带技术的发展,宽带无线接入系统的传输能力在不断增强,空中接口也更加开放,被逐步成为缺乏本地网资源的新兴运营商争夺市场份额的有效手段。
在固定宽带无线接入网中,3.5 GHz的固定无线接入网络在全球部署得最多。由于其工作频段低,传播特性好,覆盖范围大,受到了运营商们的普遍青睐。而LMDS尽管工作频率较高(26 GHz),可用的频率较多,带宽也宽,但由于要求视距传播且高频段无线传输容易受降雨的影响,限制了传输的距离,同时,在网络规划时对基站和远端站的选址要求也比较高等等,因此对它的应用远不如3.5 GHz固定无线接入网广泛。
对于5.8 GHz频段,实际上大量使用的依然是点对点的扩频微波设备,用以解决2 M传输的问题。但由于该频段有很多非通信设备在使用,如雷达、无线电定位设备等等,存在着潜在的干扰,因此对5.8 GHz固定无线接入设备的应用也不够广泛。
目前被广泛关注并被逐步应用的是IEEE提出的802.16技术。这是一种新兴的宽带无线接入技术,主要用于城域网,有固定、游牧、便携、简单移动和自由移动五类业务应用场景。随着802.16技术从固定无线接入发展到移动无线接入,其应用的场景也会从固定接入发展到自由移动。802.16技术具有较高的频谱利用率和传输速率,非常适合提供宽带上网和移动视频业务[1],因此很有优势。
无线局域网(WLAN)也是一种被广泛关注和应用的无线接入技术,是在有线局域网技术的基础上发展起来的,亦属于局域网技术。该技术改变了人们利用有线接入Internet的模式,摆脱了线缆的束缚,工作在2.4 GHz免许可频段和5 GHz频段。由于免许可频段受到功率以及局域网本身定位的限制,因而WLAN主要在室内近距离使用,覆盖范围一般在100 m以内,面向个人用户,为低速移动用户提供IP数据业务。
2、接入网的网络结构及其演进
伴随着核心网络业务的宽带化和多样化,接入网的网络结构尤其是接入汇聚网络的结构也在不断演进。早期DSL宽带接入的网络结构主要以ATM为主,如图1所示[2]。
这一时期DSL宽带接入的网络结构有以下特点:
(1)单一业务类型,即Internet接入,支持Best Effort的QoS即可;
(2)单一业务网络边缘,即BRAS,以PPP拨入方式为主;
(3)静态的网络和业务配置,即基于PVC的静态配置;
(4)单一的运营模式,即基于固定速率的包月方式或计时方式。
随着ATM技术逐渐退出市场,接入汇聚层的ATM技术停止发展,取而代之的是二层以太网传输技术的发展和应用,形成了目前的DSL网络,其网络结构如图2所示。
图2所示的宽带接入网络比较适合单一业务,即Internet接入业务的发展,而对今后多业务的发展,如对IPTV业务等,仍有不适应的地方。这是因为其单一业务边缘节点BRAS接入模型中的PPPoE与组播不相兼容,PPP接入不支持全网组播,以及BRAS是最后的组播复制点,BRAS以下是单播等。
鉴于目前DSL网络的结构不太适应未来多业务发展的情况,今后DSL的网络结构应逐步向多业务边缘节点的方向演进,形成如图3所示的未来DSL网络结构。
图3所示的未来DSL网络的结构具有如下特点:
(1)V接口支持以太网作为传送协议,不需要ATM接口;
(2)可采用以太网汇聚网络;
(3)可用一两个或更多宽带网关提供不同的业务;
(4)可通过ADSL2+或VDSL2等技术来支持更高的接入速率;
(5)有更高的网络可用性(支持商业用户需求);
(6)U接口可以支持直接的Ethernet over DSL。
在图3中,以太汇聚网络通过V接口与两个宽带网络边缘网关设备连接,一个是BRAS,仍提供传统的Internet接入、VPN等服务;另一个是业务路由器,用作提供基于IP其他电信业务的网关设备,如视频或多媒体业务的网关设备等。通过在以太汇聚网络中VLAN的划分,可让单播业务和组播业务以及商用VPN的用户使用不同的VLAN,以便于网络配置和流量的管理。
3、接入网的宽带化趋势
近年来,固网运营商来自话音、纯宽带业务收入的增幅在不断下降,不能适应竞争和需求的变化,因此,需要从纯数据、话音的单业务运营模式向应用、视频、语音、数据相结合的多业务运营模式迈进,以留住和吸引更多的用户。为了顺应业务发展的这一要求,未来接入技术的宽带化、接入承载的差异化和接入终端设备的可控化,将成为新一代宽带接入网的发展趋势和重要特征。
3.1 接入技术宽带化
“宽带提速”是运营商必然的战略选择,不提速就无法开展频带更宽的业务,无法实现运营商战略目标的转移。因此,“宽带提速”将成为运营商长期面临的课题。例如从ADSL向ADSL2+以及未来VDSL2的升级,就是其中的一部分。而在这部分的解决方案中,无论采用哪种最新的DSL技术,都必须遵循缩短铜缆长度和提供更大的带宽的基本规律。为此,全球的主流运营商包括中国的固网运营商在内,都在计划或开始实施DSLAM物理位置下移的战略,努力做到“光进铜退”,最终实现FTTH。在这一进程中,FTTx与ADSL2+/VDSL2的结合将是长期和重要的工作内容。
3.2 接入承载差异化
要承载多业务,接入网面临的重要课题就是要能区别用户和业务,能实施不同的QoS策略,达到不同用户、不同业务服务的差异化。
(1)区别用户
目前普遍采用的DHCP Option 82、PPPoE+、VBAS等技术,是可以实现用户唯一标识的,但随着VLAN Stacking(802.1ad)技术的推广和使用,在解决VLAN资源不足问题的同时也能解决用户唯一标识的问题,因此这也是今后区别用户技术发展的方向。
(2)区别业务
区别业务的信息和部位可以包括物理端口、MAC地址、以太网类型、源/目的IP地址、IP协议类型和源/目的TCP/UDP端口,甚至包括应用层协议。业务标识在二层网络中可以采用IEEE802.1D User Priority,在三层网络中采用IP TOS/DSCP等。
(3)QoS策略下发
近期的QoS策略下发只能通过静态手工配置,通过业务管理系统与网元管理系统接口向各相关设备下发,而未来的QoS策略将向动态自动下发转变,需由设备提供控制接口,采用标准化的协议来实现与策略服务器/业务管理系统的直接通信。
(4)接入终端设备可控化
为了实现业务端到端的服务质量保证,电信运营商需要对端到端通信中涉及到的众多设备进行统一协调管理,因而对接入终端设备也应能做到可控制和可管理。如果接入终端设备由用户随意管理,就很难做到与核心网络设备的协调统一,对电信业务端到端的服务质量保证也不能实现。因为对接入终端设备的管理和控制是有别于对网络设备的管理和控制的,接入终端设备的数量庞大,在未来只能采用远程管理和管控的方式。在管理协议方面,对于与接入终端设备密切相关的部分,可基于接入技术来实现;对于ADSL/ADSL2+的底层功能部分,可采用SNMP over PVC/EOC方式来实现;对于EPON的底层功能部分,可考虑OAM及OAM扩展;而对于与接入技术无关而与业务相关的部分,TR069是一种比较适宜的选择。
4、接入网的标准化
4.1 有线接入的标准化
有关有线接入的标准化,在DSL技术方面,目前比较关注的国际标准化组织主要有ITU-T和DSL FORUM。这两个标准化组织各有研究的重点,ITU-T的重点主要在DSL线路收发器方面,而DSL FORUM则主要在DSL、传输性能和体系架构等方面。ITU-T和DSL FORUM未来的研究重点均集中在VDSL2技术上。
我国有关DSL的标准是由中国通信标准化协会(CCSA)的TC6 WG2负责起草的,包括4个方面:网络架构、技术规范、设备测试方法以及运营和管理标准。其DSL网络架构标准,规定了基于二层以太汇聚的DSL的接入网支持宽带多业务的网络架构以及为实现架构对DSL接入节点设备的功能、性能、组播、QoS、安全、管理要求等;DSL技术涉及4类DSL系列技术:ADSL、VDSL、HDSL(含SHDSL)和EDSL技术,主流技术是ADSL和VDSL;DSL的技术规范对各类DSL的线路收发器要求、DSL设备的参考模型、接口要求、功能要求、性能要求、管理要求、安全要求和环境要求等都进行了规定;运营和管理标准则包括了ADSL用户端设备的远程管理与自动测试系统的规范。
在宽带光接入方面,比较受关注的国际标准化组织有ITU和IEEE。ITU发布了关于GPON技术的G.984.x系列标准,涉及到GPON接口的物理层和数据链路层以及管理方面的规定。IEEE发布了关于EPON技术的802.3ah标准,涉及到EPON接口的物理层和数据链路层的规定。
我国关于光接入的标准是由中国通信标准化协会(CCSA)的TC6 WG2负责起草的,包括宽带光接入网总貌、PON系列标准和FTTH标准等。宽带光接入网总貌规定了宽带光接入网的典形应用类型的名称和内涵,以及所采用的主要技术,并规范了各种应用类型通用的技术要求;PON系列标准涉及EPON和GPON两类技术,除了对PON的收发器要求、PON设备的参考模型、接口要求、功能要求、性能要求、管理要求、安全和环境要求进行了规定外,还规定了各类PON设备的测试方法;FTTH标准规定了光纤到户的体系架构及总体要求,包括FTTH系统的体系架构、网络拓扑、支持的业务类型、实现技术与要求、性能指标要求,以及运行和维护要求,还概要地规范了FTTH用光缆及线路辅助设施的基本要求等。
4.2 无线接入的标准化
有关无线接入的标准化,在宽带无线接入领域,受关注的国际标准化组织主要有IEEE、ETSI和WIMAX FORUM。IEEE主要侧重于无线接入空中接口的研究,以IEEE 802制定的宽带无线接入标准为主流,有较好的产业支撑;ETSI侧重于整个无线接入系统总体要求及不同系统之间共存干扰的研究;WIMAX FORUM则制定了一套基于IEEE 802.16固定和移动无线接入技术的测试规范和认证体系,使不同厂商之间的产品在经过认证后能有良好的兼容性和互操作性。
我国关于宽带无线接入的标准是由中国通信标准化协会(CCSA)的TC5 WG3负责起草的,包括802.16系列、公众无线局域网(PWLAN)系列、400/1800 MHz SCDMA无线接入系统和固定无线接入系列标准。802.16技术系列标准包括基于16d和16e技术的网络体系架构、空中接口协议、设备技术规范和测试方法;PWLAN系列标准包括PWLAN的总体要求、空中接口、安全、AP间切换、计费和漫游、与GSM网络的互通、与CDMA网络的互通,以及各类PWLAN设备(AC、AP、STA)的技术要求和设备测试方法;固定无线接入标准包括3.5 GHz、26 GHz和5.8 GHz频段下的设备技术要求及设备测试方法;SCDMA无线接入系统则涉及了技术要求、测试方法、空中接口协议、空中接口协议一致性测试和点到点的短消息业务等。
参考文献:
[1] 龚双瑾,刘多,张雪丽,等.下一代网关键技术及发展[M].北京:国防工业出版社,2006.
[2] DSL FORUM TR-101,Migration to Ethernet Based DSL Aggregation[S].