寬帶通信網(wǎng)的發(fā)展過程、現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢

2019-11-03 08:59:55

字體：大中小

供稿：網(wǎng)友

　　隆克平李云陳前斌

　　（重慶郵電學(xué)院光互聯(lián)網(wǎng)及無線信息網(wǎng)絡(luò)研究中心重慶 400065）

　　摘要本文分別從寬帶骨干網(wǎng)和寬帶接入網(wǎng)兩個層面，對現(xiàn)有寬帶通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作了概括介紹，討論了它們的優(yōu)缺點，給出了一些關(guān)鍵技術(shù)和展望了寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。

　　關(guān)鍵詞寬帶網(wǎng) 骨干網(wǎng) 光互聯(lián)網(wǎng) 接入

　　1 引言

　　通信是目前發(fā)展最快的領(lǐng)域之一，它是人們工作和生活必不可少的工具，也是現(xiàn)在和未來經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)平臺之一。通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展經(jīng)歷了由窄帶到寬帶、由人工到智能、由單業(yè)務(wù)到綜合業(yè)務(wù)的發(fā)展過程。21世紀(jì)，通信網(wǎng)絡(luò)向提供寬帶化、個人化、分組化和綜合化方向發(fā)展的趨勢更為明顯。而目前技術(shù)發(fā)展和需求增長最快的是Internet和移動通信。

　　寬帶通信網(wǎng)是一種全數(shù)字化、高速、寬帶、具有綜合業(yè)務(wù)能力的智能化通信網(wǎng)絡(luò)。寬帶通信網(wǎng)的顯著特點就是在信息數(shù)據(jù)傳輸上突破了速度、容量和時間空間的限制。寬帶通信網(wǎng)絡(luò)可大致分為寬帶骨干網(wǎng)絡(luò)和寬帶接入網(wǎng)絡(luò)兩個層面。本文分別從寬帶骨干網(wǎng)絡(luò)和寬帶接入網(wǎng)絡(luò)兩個層面介紹通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀，討論了寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢。

　　2 寬帶骨干網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　較早出現(xiàn)的寬帶骨干網(wǎng)絡(luò)的分組交換技術(shù)有X.25、幀中繼，到后來的ip、ATM以及MPLS技術(shù)，經(jīng)過幾十年的發(fā)展，目前，IP技術(shù)成為主流的寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，未來將朝著以光互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為主流技術(shù)的超寬帶信息網(wǎng)絡(luò)方向發(fā)展。

　　2.1 幀中繼

　　幀中繼（FR：Frame Relay），是一種面向連接的快速分組交換技術(shù)。是八十年代初發(fā)展起來的一種數(shù)據(jù)通信技術(shù)，它是從X.25分組通信技術(shù)演變而來的。由于傳輸技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)傳輸誤碼率大大降低，分組通信的差錯恢復(fù)機制顯得過于繁瑣，幀中繼將分組通信的三層協(xié)議簡化為兩層，即在OSI第二層以簡化的方式傳送數(shù)據(jù)，僅完成物理層和鏈路層核心層的功能，網(wǎng)絡(luò)不進行糾錯、重發(fā)、流量控制等，而將這些功能留給智能終端去處理。從而大大縮短了處理時間，提高了效率。但幀中繼的最大問題是沒有業(yè)務(wù)質(zhì)量等級的相關(guān)規(guī)定，不能確保高業(yè)務(wù)的QoS要求。

　　2.2 異步轉(zhuǎn)移模式

　　異步轉(zhuǎn)移模式（ATM:Asynchronous Transfer Mode）[1]是一種快速分組交換技術(shù)，ITU-T推薦其為寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)B-ISDN的信息傳輸模式。ATM將信息組織成信元，其包含的來自某用戶信息的各個信元不需要周期性出現(xiàn)，這種傳輸模式是異步的。

　　ATM信元是固定長度的分組，共有53個字節(jié)，分為2個部分。前面5個字節(jié)為信頭，主要完成尋址的功能；后面的48個字節(jié)為信息段，用來裝載來自不同用戶，不同業(yè)務(wù)的信息。話音、數(shù)據(jù)、圖像等所有的數(shù)字信息都要經(jīng)過切割，封裝成統(tǒng)一格式的信元在網(wǎng)中傳遞，并在接收端恢復(fù)成所需格式。由于ATM技術(shù)簡化了交換過程，去除了不必要的數(shù)據(jù)校驗，采用易于處理的固定信元格式，所以ATM交換速率大大高于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)，如x.25，DDN，幀中繼等。

　　ATM網(wǎng)絡(luò)采用了一些有效的業(yè)務(wù)流量監(jiān)控機制，對網(wǎng)上用戶數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)控，把網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生的可能性降到最小。對不同業(yè)務(wù)賦予不同優(yōu)先級，網(wǎng)絡(luò)對不同優(yōu)先級的業(yè)務(wù)分配不同的網(wǎng)絡(luò)資源。因此，ATM提供對話音、圖像等實時業(yè)務(wù)的QoS保證。

　　盡管ATM具有交換速度快、具有流量控制功能、提供服務(wù)質(zhì)量保證和靈活的帶寬分配等優(yōu)點，但ATM的開銷大，協(xié)議復(fù)雜，使得ATM設(shè)備的成本高，維護復(fù)雜。

　　2.3 多協(xié)議標(biāo)簽交換

　　多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS：MultiPRotocol Label Switching）[2]屬于第二層與第三層之間的一種交換技術(shù)，它引入了基于標(biāo)簽的機制，把選路和轉(zhuǎn)發(fā)分開，由標(biāo)簽來規(guī)定一個分組通過網(wǎng)絡(luò)的路徑，數(shù)據(jù)傳輸通過標(biāo)簽交換路徑（LSP）完成。

　　MPLS網(wǎng)絡(luò)由核心部分的標(biāo)簽交換路由器（LSR）、邊緣部分的標(biāo)簽邊緣路由器（LER）組成。LSR可以看作是ATM交換機與傳統(tǒng)路由器的結(jié)合，由控制單元和交換單元組成；LER的作用是分析IP包頭，決定相應(yīng)的傳送級別和標(biāo)簽交換路徑（LSP）。由于MPLS技術(shù)隔絕了標(biāo)簽分發(fā)機制與數(shù)據(jù)流的關(guān)系，因此，它的實現(xiàn)并不依賴于特定的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，可支持多種的物理和鏈路層技術(shù)（IP/ATM、以太網(wǎng)、PPP、幀中繼、光傳輸?shù)龋PLS使用控制驅(qū)動模型初始化標(biāo)簽捆綁的分配及分發(fā)，用于建立標(biāo)簽交換路徑（LSP），通過連接幾個標(biāo)簽交換點來建立一條LSP。一條LSP是單向的，全雙工業(yè)務(wù)需要兩條LSP。同時，MPLS支持流量工程和業(yè)務(wù)的服務(wù)等級。

　　由于MPLS結(jié)合了傳統(tǒng)IP和ATM技術(shù)，具有實現(xiàn)簡單，交換速度快和支持流量工程和業(yè)務(wù)的服務(wù)等級等優(yōu)點，因此，MPLS受到人們的普遍重視。

　　2.4 IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　人們提出IP技術(shù)的動機是為了實現(xiàn)異種網(wǎng)絡(luò)之間的互連，以達到資源共享和交換數(shù)據(jù)的目的。IPv4通過為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點分配一個32位的IP地址來達到唯一標(biāo)識節(jié)點的目的，用戶數(shù)據(jù)封裝在IP分組中，為了將IP分組由源節(jié)點投遞到目的節(jié)點，IP通過路由協(xié)議建立源節(jié)點到目的節(jié)點的路由，IP路由器根據(jù)目的IP地址和保存的路由表實現(xiàn)IP分組的逐跳（hop by hop）轉(zhuǎn)發(fā)，直到目的節(jié)點。

　　最初，IP技術(shù)主要是為一些簡單的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)，如電子郵件、文件傳輸、遠程登陸等。隨著IP技術(shù)在Internet上的成功應(yīng)用以及Internet的飛速發(fā)展，人們要求IP不僅能支持簡單的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時也能傳送語音、圖像等實時業(yè)務(wù)。為了保證語音、圖像等實時業(yè)務(wù)的QoS，需要改進傳統(tǒng)的盡力而為的IP技術(shù)，以提供QoS保證。目前，提供服務(wù)質(zhì)量保證的IP QoS體系結(jié)構(gòu)有InterServ和DiffServ兩種，InterServ基于流預(yù)留資源，DiffServ基于類區(qū)分業(yè)務(wù)，對不同類型的業(yè)務(wù)，采用不同的隊列調(diào)度策略。DiffServ由于在網(wǎng)絡(luò)邊界對業(yè)務(wù)流進行匯聚，不需要維護基于流的狀態(tài)信息，因此，同InterServ相比，DiffServ具有良好的可擴展性，更適合大型的IP網(wǎng)絡(luò)。

　　隨著Internet規(guī)模的增長，以及越來越多的移動終端接入Internet，IPv4的缺點逐漸顯露出來，主要包括：地址空間緊張、不支持節(jié)點的移動性、安全性差、不提供QoS保證等。為了解決這些問題，IPv6應(yīng)運而生，IPv6采用128位的地址空間，同時支持節(jié)點的移動性、提供QoS保證，并具有良好的安全性。因此，IPv6可能最終取代IPv4,但在IPv4向IPv6過渡的過程中，需要解決兩者的互通問題，以及由此帶來的安全問題。

　　2.5 下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)——光互聯(lián)網(wǎng)及交換技術(shù)

　　互聯(lián)網(wǎng)（Internet）業(yè)務(wù)的急劇增長驅(qū)動了高速傳輸技術(shù)和高速交換/路由技術(shù)的需求。密集波分復(fù)用技術(shù)（DWDM）、吉比特（Gigabit）以太網(wǎng)與太比特（Terabit）級交換機/路由器的出現(xiàn)使得建立高效、大容量、高帶寬的光纖網(wǎng)絡(luò)成為可能。為了使得網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更具擴展性、靈活性和動態(tài)性，面向互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的下一代光網(wǎng)絡(luò)，已由IP-over-Sonet/SDH向IP-over-（D）WDM網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，IP-over-（D）WDM將成為下一代光互聯(lián)網(wǎng)的首選結(jié)構(gòu)。

　　目前提出的實現(xiàn)IP-over-（D）WDM的交換技術(shù)方案有3種：光電路交換/波長路由（Optical Circuit Switching）、光分組/信元交換（Optical Packet Switching）和光突發(fā)交換（Optical Burst Switching）。光電路交換采用雙向資源預(yù)留方式設(shè)置光通路，中間節(jié)點不需要光緩存，可提供服務(wù)質(zhì)量保證；但是光電路交換是粗粒度的，不能實現(xiàn)統(tǒng)計復(fù)用，帶寬利用率低，不適于傳輸突發(fā)速率的數(shù)據(jù)；對長距離網(wǎng)絡(luò)來說，其環(huán)回時間與延遲長；由于波長數(shù)目有限，還不能建立全連接的網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中負(fù)載的不均衡。光分組/信元交換能對DWDM的巨大帶寬進行更靈活、更有效地分配和利用，然而光分組交換對光子器件提出了很高的要求，有很多關(guān)鍵技術(shù)（如快速嚴(yán)格同步、光緩存等）尚未解決。光突發(fā)交換（OBS）結(jié)合了電路交換和分組交換這兩種交換的優(yōu)點，同時又克服二者的不足，即在較低的光子器件要求下，實現(xiàn)面向IP的快速資源分配和高資源利用率。它是一種單向資源預(yù)留方案，其控制分組和數(shù)據(jù)突發(fā)（Data Burst：由去往同一出口地址和具有相同的屬性的多個IP包會聚而成）在傳輸信道和傳輸時間上是分離的。控制分組先于數(shù)據(jù)突發(fā)（Data Burst）在特定密集波分復(fù)用（DWDM）信道中傳送，核心交換節(jié)點/路由器根據(jù)控制分組中的信息和網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的狀況為相應(yīng)的數(shù)據(jù)突發(fā)建立全光通路，數(shù)據(jù)突發(fā)經(jīng)過一段延遲（offset-time）后，在不需要確認(rèn)的情況下直接在預(yù)先設(shè)置的全光通道中透明傳輸。不需要確認(rèn)的單向預(yù)留方案減小了建立通道的延遲等待時間，提高了帶寬利用率；而數(shù)據(jù)突發(fā)和控制分組的信道分離、適中的交換粒度及非時隙交換方式降低了對光子器件的要求和中間交換節(jié)點的復(fù)雜度，如中間節(jié)點可以不使用光緩存技術(shù)，不存在網(wǎng)絡(luò)中的時隙同步問題等。

　　因此，光突發(fā)交換（OBS）被認(rèn)為是下一代全光互聯(lián)網(wǎng)理想的交換模式，已成為國際上一個熱門研究方向，目前的研究主要課題集中在：邊緣路由器的突發(fā)會聚機制及offset-time管理、網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點交換結(jié)構(gòu)和控制管理、控制/數(shù)據(jù)信道的調(diào)度算法、僅以突發(fā)丟包率為參數(shù)的OBS層的QoS支持等。典型的研究包括：美國紐約州立大學(xué)Buffalo分校的Qiao等對OBS經(jīng)過比較深入的研究，提出了一種JET（Just Enough Time）信令協(xié)議，并研究了基于該協(xié)議的核心節(jié)點的結(jié)構(gòu)和性能。該協(xié)議能在WDM層實現(xiàn)基本的區(qū)分服務(wù)，支持一定的服務(wù)質(zhì)量（僅以突發(fā)丟包率為QoS參數(shù)）。該小組還開展了OBS交換中的組播和MPLS（多協(xié)議標(biāo)簽交換）在OBS交換中的運用研究，提出了MPLS與OBS相結(jié)合的方案--標(biāo)簽光突發(fā)交換（LOBS）。為了降低復(fù)雜性，Y. Wei等建議采用JIT（Just In Time）信令協(xié)議，JIT協(xié)議提供盡力而為的服務(wù)，不支持WDM層的QoS。英國倫敦大學(xué)學(xué)院（UCL）的P. Bayvel等人提出了一種波長路由光突發(fā)交換（WR-OBS）方案，并對其性能進行了研究，該方案以波長路由為基礎(chǔ)，更接近電路交換的概念，可以提供有服務(wù)質(zhì)量（QoS）保證，但網(wǎng)絡(luò)的靈活性和帶寬利用率低，而且雖然原理上可以以波長為標(biāo)簽實現(xiàn)MPLS，但由于涉及到對波長的操作，一些（G）MPLS操作（如標(biāo)簽棧、標(biāo)記交換路徑——LSP融合等）難以實現(xiàn)。阿爾卡特研究中心的Xiong[6] 等人研究了OBS網(wǎng)絡(luò)的控制結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)信道調(diào)度算法。從事這方面的研究還有美國德克薩斯大學(xué)、伊利諾斯州技術(shù)學(xué)院、意大利的羅馬大學(xué)等。國內(nèi)一些大學(xué)和研究機構(gòu)，近年來也開展了相關(guān)預(yù)研工作。

　　既然IP-over-WDM作為下一代光互聯(lián)網(wǎng)的理想網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，光突發(fā)交換（OBS）又作為IP-over-WDM網(wǎng)絡(luò)中首選的交換模式，而目前互聯(lián)網(wǎng)上大量的應(yīng)用需要服務(wù)質(zhì)量（QoS）支持，區(qū)分服務(wù)（DiffServ）由于其擴展性和易于采用電子交換/路由技術(shù)實現(xiàn)，而成為一種好的IP QoS解決方案，已被IETF標(biāo)準(zhǔn)化并得到國際上的廣泛研究。因此，在WDM層支持IP QoS便成為IP-over-WDM網(wǎng)絡(luò)中的一個挑戰(zhàn)性課題，我們在這方面進行了探索和研究[7,8]，提出了IP DiffServ over OBS網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、節(jié)點功能模型及其關(guān)鍵算法。

　　3 寬帶接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　3.1 有線寬帶接入網(wǎng)技術(shù)

　　目前，有線寬帶接入網(wǎng)技術(shù)主要有銅線接入、光纖接入和基于有線電視網(wǎng)的混合光纖同軸接入。

　　3.1.1 銅線寬帶接入技術(shù)

　　銅線寬帶接入技術(shù)也就是xDSL技術(shù)，主要包括高比特率的用戶數(shù)字環(huán)路（HDSL）、非對稱用戶數(shù)字環(huán)路（ADSL）和甚高比特率的用戶數(shù)字環(huán)路（VDSL）。

　　HDSL利用現(xiàn)有銅線用戶線中的兩對或三對雙絞線來提供全雙工的1.5/2Mbit/s數(shù)字連接能力。其基本原理是：局端機接收交換機來的標(biāo)準(zhǔn)一次群信號，然后加上所需的用于同步和維護的HDSL開銷，進行數(shù)字信號處理和線路編碼，形成具有HDSL幀的線路信號并送給雙絞線傳輸。在用戶側(cè)的遠端機對收到的線路信號進行解碼和信號處理，減小傳輸損傷，去掉HDSL開銷并恢復(fù)標(biāo)準(zhǔn)一次群信號。

　　ADSL在一對銅線上支持上行速率512Kbps～1Mbps，下行速率1Mbps～8Mbps，有效傳輸距離在3～5公里范圍以內(nèi)。ADSL采用頻分復(fù)用方式將上行和下行信道分離，原有的電話信號占據(jù)最低的頻段300～3400Hz，而高比特率的下行信號則占據(jù)高頻段，總的工作頻段限制在1MHz以內(nèi)。

　　VDSL是xDSL技術(shù)中最快的一種，在一對銅質(zhì)雙絞電話線上，下行速率為13Mbps～52Mbps，上行速率為1.5Mbps～2.3Mbps。但VDSL的傳輸距離較短，一般只在幾百米以內(nèi)。VDSL是一種傳輸距離很短的寬帶接入技術(shù)，當(dāng)ONU離終端用戶很近時，可與FTTC、FTTB等結(jié)合用。

　　總的說來，xDSL技術(shù)允許多種格式的數(shù)據(jù)、話音和視頻信號通過銅線從局端傳給遠端用戶，可以支持高速Internet/Intranet訪問、在線業(yè)務(wù)、視頻點播、電視信號傳送、交互式娛樂等。其主要優(yōu)點是能在現(xiàn)有90%銅線資源上傳輸高速業(yè)務(wù)，解決光纖不能完全取代銅線"最后一公里"的問題。但DSL技術(shù)也有其不足之處。它們的覆蓋面有限（只能在短距離內(nèi)提供高速數(shù)據(jù)輸），并且一般高速傳輸數(shù)據(jù)是非對稱的，僅僅能單向高速傳輸數(shù)據(jù)（通常是網(wǎng)絡(luò)的下行方向）。因此，這些技術(shù)只適合一部分應(yīng)用。可作為寬帶接入的過渡技術(shù)。

　　3.1.2 光纖接入技術(shù)

　　光纖接入網(wǎng)又稱光纖用戶環(huán)路（FITL）, 它是在交換局中設(shè)有光線路終端（OLT），在用戶側(cè)有光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU），OLT和ONU之間用光纖連接。ONU可以用多種方式連接用戶，一個ONU可以連接多個用戶。根據(jù)ONU與用戶的距離，光纖接入網(wǎng)FITL又有多種方式，有光纖到路邊（FTTC）、光纖到大樓（FTTB）、以及光纖到戶（FTTH）等幾種形式。從光纖接入網(wǎng)是否含有電源，可分成有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）和無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）兩大類。

　　從光接入網(wǎng)系統(tǒng)接入方式看，目前FITL有兩接入方式：綜合的FITL系統(tǒng)和通用的FITL系統(tǒng)。綜合的FITL系的主要特點是通過一個開放的高速數(shù)字接口與數(shù)字交換機相連，這種方式代表了FITL的主要發(fā)展方向。通用的FITL系統(tǒng)在FITL和交換機之間需要應(yīng)用一個局內(nèi)終端設(shè)備，在北美稱之為局端（COT）。其功能是進行數(shù)模轉(zhuǎn)換并將來自FITL系統(tǒng)的信號分解為單個的話帶信號，以音頻接口方式經(jīng)音頻主配線架與交換機相連。這種方式適合于任何交換機環(huán)境，包括模擬交換機和尚不具備標(biāo)準(zhǔn)開放接口的數(shù)字交換機。然而，由于需要增加局內(nèi)終端設(shè)備、音頻主配線架和用戶交換終端，因而這種方式的成本和維護費用要比綜合的FITL系統(tǒng)高。

　　傳統(tǒng)的時分復(fù)用方式（TDM PON）、頻分復(fù)用FDM PON、波分復(fù)用WDM PON和ATM PON方式。其中，APON采用ATM技術(shù)進行信號傳輸、復(fù)用，即所謂的APON方式，使其具有多業(yè)務(wù)、多比特率支持能力，并動態(tài)分配帶寬，這時帶寬可統(tǒng)計復(fù)用，因而信道資源利用率高。由于PON是共用的，OLT是共用的，加上采用ATM后帶寬是共享的，因此APON的突出優(yōu)點是成本較低。

　　光接入網(wǎng)由于采用光纖作為傳輸介質(zhì)，具有傳輸距離遠，帶寬大，維護費用低等特點，是有線寬帶接入技術(shù)的理想方案，代表了寬帶接入網(wǎng)的發(fā)展方向。但由于其初期投資大，很難在短期內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。

　　3.1.3 混合光纖同軸接入

　　混合光纖同軸接入（HFC：Hybrid Fiber Coaxial）是一種新型的寬帶接入技術(shù)，采用光纖到服務(wù)區(qū)，而在進入用戶的“最后1公里”采用同軸電纜。它融數(shù)字與模擬傳輸為一體，集光電功能于一身，同時提供較高質(zhì)量和較多頻道的傳統(tǒng)模擬廣播電視節(jié)目、較好性能價格比的電話服務(wù)、高速數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)和多種信息增值服務(wù)，以及交互式數(shù)字視頻應(yīng)用。

　　HFC的主要結(jié)構(gòu)由模擬前端、數(shù)字前端、光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)、同軸電纜傳輸網(wǎng)絡(luò)、光節(jié)點、網(wǎng)路接口單元和用戶終端設(shè)備等技術(shù)組成。模擬前端的主要功能是將模擬電視信號調(diào)制在HFC所規(guī)定的50～450MHz或550MHz的頻段。數(shù)字前端提供對數(shù)字圖像的壓縮調(diào)制、數(shù)字電話信號的調(diào)制以及用戶信息的路由選擇等功能。光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)的主要作用是將所有接入到HFC的信息復(fù)用成一群信息流，然后將其變換為光信號后傳送。光節(jié)點主要進行光電和電光轉(zhuǎn)換。網(wǎng)絡(luò)接口單元的主要作用是：一是將電話、數(shù)據(jù)和電視信號分開，二是將這些業(yè)務(wù)信號分送到不同的用戶設(shè)備。

　　HFC的主要優(yōu)點是基于現(xiàn)有的有線電視網(wǎng)絡(luò)，提供窄帶、寬帶及數(shù)字視頻業(yè)務(wù)，因此，成本較低，將來可方便地升級到光纖到戶（FTTH）。但缺點是必須對現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)進行改造，以提供雙向業(yè)務(wù)的傳送。

　　3.2 寬帶無線接入技術(shù)

　　寬帶無線接入技術(shù)系統(tǒng)是未來幾年內(nèi)通信市場發(fā)展的一個熱點。目前寬帶無線接入技術(shù)主要有以下幾種：LMDS(Local Multipoint Distribute System,本地多點分配系統(tǒng))[4]、MMDS(Multipoint Multichannel Distribute System,多點多信道分配系統(tǒng))[5]、無線局域網(wǎng)[6]等。

　　3.2.1 本地多點分配系統(tǒng)（LMDS）

　　LMDS系統(tǒng)通常由基礎(chǔ)骨干網(wǎng)、基站、用戶終端設(shè)備和網(wǎng)管系統(tǒng)組成。骨干網(wǎng)可由ATM或IP的核心交換平臺及因特網(wǎng)、PSTN網(wǎng)互連模塊等組成。基站實現(xiàn)骨干網(wǎng)與無線信號的轉(zhuǎn)換，可支持多個扇區(qū)，以擴充系統(tǒng)容量。一般來說，用戶終端都有室外單元（含定向天線和微波收發(fā)設(shè)施）和室內(nèi)單元（含調(diào)制解調(diào)模塊及網(wǎng)絡(luò)接口NUI）。LMDS系統(tǒng)可采用的調(diào)制方式主要為相移鍵控(PSK)和正交幅度調(diào)制(QAM)。無線雙工方式一般為頻分雙工(FDD)，多址方式為頻分多址(FDMA)或時分多址(TDMA)。

　　LMDS的主要優(yōu)點是可同時支持話音、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)的傳送，且初期投資少，容易擴容和升級。缺點是傳輸距離段，同時易受天氣和地形限制的影響。

　　3.2.2 多點多信道分配系統(tǒng)（MMDS）

　　MMDS（Multichannel Multipoint Distribution System）是服務(wù)商向用戶提供寬帶數(shù)據(jù)和話音業(yè)務(wù)的一種固定無線接入方案。MMDS工作頻段集中在2-5GHz，可用帶寬2×31.5MHz（上、下行）。3.5G MMDS頻段具有良好的傳播特性，傳輸距離可達10km。MMDS頻譜不受雨衰的影響，但可被建筑物衰減。在通常情況下，該頻段需要視線傳播，但對于一些較下方的阻擋物有一定的抵抗力。

　　MMDS可提供點對點面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、點對多點業(yè)務(wù)、點對點無連接型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。與LMDS相比，MMDS不受雨衰影響，適用于用戶分散、容量較小的場合。MMDS基站端與網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口包括T1/E1、100Base-T和OC-3，用戶側(cè)接口包括T1/E1、10Base-T。因此，MMDS提供的帶寬比較有限，MMDS的建設(shè)成本相對于LMDS要低些。

　　3.3.3 無線局域網(wǎng)

　　一般來說，凡是采用無線傳輸媒體的計算機局域網(wǎng)都可稱為無線局域網(wǎng)。這里的無線媒體可以是無線電波、紅外線或激光。無線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)還是傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)，是有線局域網(wǎng)的擴展和替換。它只是在有線局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上通過無線HUB、無線訪問節(jié)點（AP）、無線網(wǎng)橋、無線網(wǎng)卡等設(shè)備使無線通信得以實現(xiàn)。

　　無線局域網(wǎng)的組網(wǎng)方式包括有中心和無中心兩種模式。當(dāng)采用有中心的模式時，由接入點AP對無線信道進行集中式管理，當(dāng)采用無中心的方式時，各移動終端分布式地隨機訪問信道。

　　在物理層，無線局域網(wǎng)可采用外+FHSS（或DSSS）、DSSS+補碼鍵控以及OFDM多中方式。在MAC子層，無線局域網(wǎng)可采用PCF和DCF兩種方式。

　　無線局域網(wǎng)為移動終端提供一種訪問廣域網(wǎng)的方式，也可由多個移動終端自由組網(wǎng)，共享資源。它主要支持?jǐn)?shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送，也可提供語音和圖像業(yè)務(wù)的傳送。

　　無線局域網(wǎng)的主要優(yōu)點投資少，移動終端可以動態(tài)，臨時組網(wǎng)，支持移動終端的漫游。缺點是覆蓋范圍有限，帶寬相對較小，且存在潛在的安全問題。

　　4 寬帶通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢

　　目前，通信網(wǎng)可大體分為兩種，即電路通信網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，前者包括公共交換電話網(wǎng)（PSTN）和公用陸地移動通信網(wǎng)（PLMN）；后者包括分組通信網(wǎng)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)、幀中繼、ATM網(wǎng)絡(luò)以及IP網(wǎng)絡(luò)。電路通信網(wǎng)和數(shù)據(jù)通信網(wǎng)處于分離狀態(tài)，網(wǎng)絡(luò)之間的互連通過接入服務(wù)器（AS）或網(wǎng)關(guān)（GW）完成。這使得整個通信網(wǎng)絡(luò)具有如下顯著缺點：業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)捆綁，業(yè)務(wù)提供不靈活；設(shè)備間需要通過標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)程互通；不同網(wǎng)絡(luò)的控制協(xié)議不同。

　　隨著數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的不斷豐富，技術(shù)的不斷更新，整個網(wǎng)絡(luò)將演變成IP作為整個網(wǎng)絡(luò)的核心，以ATM、IP、SDH、以太網(wǎng)以及各種無線接入技術(shù)作為整個網(wǎng)絡(luò)的邊緣和接入的方式。以DWDM方式的IP over SDH或IP over Optical為傳輸手段，負(fù)責(zé)整個高速信息網(wǎng)絡(luò)的傳輸。整個網(wǎng)絡(luò)將以IP協(xié)議作為統(tǒng)一通信協(xié)議，兩個通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)將完全進行融合。網(wǎng)絡(luò)的特征將只在網(wǎng)絡(luò)的邊緣地帶才能夠顯示出來，在此時骨干網(wǎng)絡(luò)只起信息傳輸?shù)淖饔茫瑯I(yè)務(wù)特性只能在網(wǎng)絡(luò)的邊緣實現(xiàn)。

　　為了使兩個通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)在IP層面實現(xiàn)融合，需要解決一系列技術(shù)問題，例如，如何對語音和圖像業(yè)務(wù)提供QoS保證、如何實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)資源的管理和分配、以及如何隨時隨地提供寬帶接入等。為了解決這些問題，我們認(rèn)為IP與MPLS的結(jié)合、光纖接入技術(shù)以及寬帶無線接入技術(shù)將成為未來寬帶通信網(wǎng)絡(luò)的主流技術(shù)。原因在于：

　　·IP與MPLS結(jié)合，代表寬帶分組交換網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。IP以其實現(xiàn)簡單，支持異種網(wǎng)絡(luò)的互連等優(yōu)點，在Internet上得到廣泛應(yīng)用。通過采用IP技術(shù)，能實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的互連互通，并實現(xiàn)真正意義上的“三網(wǎng)合一”。由于MPLS具有快速轉(zhuǎn)發(fā)，支持流量工程，并提供QoS保證等優(yōu)點，因此，MPLS可作為下一代網(wǎng)絡(luò)的管理和控制面技術(shù)。通過IP與MPLS的結(jié)合，能有效支持語音、數(shù)據(jù)和圖像業(yè)務(wù)的傳送，并使網(wǎng)絡(luò)具有良好的可擴展性，易于管理和維護。

　　·光纖接入技術(shù)是“最后一公里”問題的最終解決方案。光纖以其大帶寬、易于維護、抗干擾、抗腐蝕等優(yōu)點，已逐漸在接入網(wǎng)中得到應(yīng)用。隨著光纖、光器件價格的進一步下降，光接入網(wǎng)將最終成為寬帶到家的首先方案。

　　·寬帶無線接入技術(shù)是未來通信網(wǎng)發(fā)展的主要方向之一。無線接入技術(shù)以其成本低廉、不受地理環(huán)境的約束、支持用戶的移動性等優(yōu)點，將成為光纖接入技術(shù)的重要補充，使人們實現(xiàn)真正意義上的個人通信的目的。

　　5 結(jié)論

　　本文分別從寬帶骨干網(wǎng)和寬帶接入網(wǎng)兩個層面，介紹了寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展過程和現(xiàn)狀，并討論了寬帶通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

　　參考文獻

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　　隆克平 1968年5月出生于四川通江縣，現(xiàn)為電子科技大學(xué)、重慶大學(xué)兼職博士生導(dǎo)師，重慶郵電學(xué)院通信與信息學(xué)院院長、教授，光互聯(lián)網(wǎng)及無線信息網(wǎng)絡(luò)研究中心主任，IEEE會員、澳大利亞墨爾本大學(xué)電子工程系Research Fellow.已主持承擔(dān)和完成國家級、省部級及國際國內(nèi)合作項目等科研項目20余項，主要研究方向：光互聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)及交換技術(shù)、寬帶網(wǎng)絡(luò)理論與技術(shù)，已發(fā)表學(xué)術(shù)論文120余篇，其中，已被SCI、EI、ISTP三大檢索收錄論文60余篇，申請國際專利4項（已授權(quán)兩項），出版譯著2部。

----《中國數(shù)據(jù)通信》