第9章 IP网络接入技术.

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1 第9章 IP网络接入技术

2 本章教学要点 了解接入网的概念 了解窄带远程接入技术 了解ADSL技术的基本原理 了解PON/EPON技术的基本概念及特点
教学目标： 了解接入网的概念 了解窄带远程接入技术 了解ADSL技术的基本原理 了解PON/EPON技术的基本概念及特点 掌握XDSL技术的原理 掌握PON/EPON技术的原理 了解宽带光网络的基本原理 教学难点：窄带远程接入技术、 PON/EPON技术

3 目录 9.1 接入网基本概念 9.2 窄带远程接入 9.3 3 XDSL接入技术 9.4 PON/EPON接入

4 目录 9.5 无线局域网 9.6 宽带光网络 9.7 3 其他接入技术

5 9.1 接入网基本概念 9.1.1 什么是接入网 图9.1 电信网组成 图9.2 接入网定界图 5 1．接入网的概念
从整个电信网的角度，可以将全网划分为公用电信网和用户驻地网（Customer Premises Network，CPN）两大块。公用电信网又可划分为三部分，即：长途网（长途端局以上部分）、中继网（即长途端局与市话局之间以及市话局之间的部分）和接入网（即端局至用户之间的部分）。目前国际上倾向于将长途网和中继网合在一起称为核心网（Core Network，CN）或转接网（Transit Network，TN），相对于核心网的其他部分则统称为接入网（Access Network，AN）。图9.1所示的是电信网的基本组成，从中可以清楚地看出接入网在整个电信网中的位置。 2．接入网的特征 (1)接入网对于所接入的业务提供承载能力，实现业务的透明传送。 (2)接入网对用户信令是透明的，除了一些用户信令格式转换外，信令和业务处理的功能依然在业务节点中。 (3)接入网的引入不应限制现有的各种接入类型和业务，接入网应通过有限个标准化的接口与业务节点相连。 (4)接入网有独立于业务节点的网络管理系统（简称网管系统），该网管系统通过标准化接口连接电信管理网（TMN）。TMN实施对接入网的操作、维护和管理。 3．接入网的定界 在电信网中接入网的定界如图9.2所示，接入网所覆盖的范围可由图中的三个接口来界定，在用户侧通过用户网络接口（UNI）与用户终端设备相连，在网络侧通过业务节点接口（SNI）与业务节点（SN）相连，而管理方面通过Q3接口与电信管理网（TMN）相连。 图9.2 接入网定界图 5

6 9.1 接入网基本概念 9.1.2 接入网的发展 接入网的最早出现为电话网。自1876年电话发明之后，出现了第一个接入网，就是电话的用户环路，随后一百年中几乎没有发生过本质的变化。数字程控交换机（SPC）于20世纪70年代末开始大规模商业化，改善了双绞线对的质量并使用户环路的投资成本最佳。 20世纪80年代初，PCM（脉冲编码调制）技术已经成熟，光纤的使用已趋实用，单模光纤的潜在带宽可达30000GHz以上。同时光纤的重量轻、体积小、易维护、耐腐蚀等特点使之具有运营维护的优越性。而最好的同轴电缆的带宽小于1GHz，微波的全部带宽不超过300GHz。因此20世纪90年代中期光纤接入网得到迅速发展，成为通信网建设的一个热点。 20世纪90年代初又出现了几种以铜缆为基础的接入网新技术，它们对原有铜缆在衰减、群延时、线路码型等方面作了改进。例如用户线对增容技术，高速数字用户线（HDSL）技术，不对称数字用户线（ADSL）技术和甚高比特率数字用户线（VDSL）技术。 随着社会和技术的进步，信息技术发展的大趋势是电话、计算机、电视三种技术、产业乃至网络的融合，即所谓“三网合一”。它表现为业务层互相渗透交叉，应用层使用统一的通信协议，网络层互联互通，技术上趋向一致。因此接入网的发展趋势将是宽带化、多样化、光纤化和综合化。

7 9.2 窄带远程接入 9.2.1公共电话交换网PSTN 9.2.2综合业务数字网ISDN 图9.3 PSTN广域网协议结构图
1．概述 模拟拨号服务是基于标准电话线路的电路交换服务，这是一种最普遍的传输服务，往往用来作为连接远程端点的连接方法，比较典型的应用有：用于远程端点和本地 LAN 之间互连、用于远程用户拨号上网以及用作专用线路的备份线路。 由于模拟电话线路是针对语音频率（30~4000Hz）优化设计的，使得通过模拟线路传输数据的速率被限制在33.4kbit/s以内，而且模拟电话线路的质量有好有坏，许多地方的模拟电话线路的通信质量无法得到保证，影响数据传输速率，另外，线路噪声的存在也将直接影响数据传输速率。 2．特点 (1)优点 　　◇只要有电话线的地方，你就可以上网，而不需要特别铺设什么线路，也不需在电信局那边申请开通什么特别的服务。 　　◇现在国内ISP大战，降价风潮迭起，价格十分便宜。 　　◇硬件设备单一，接入方式简单，应用支持广泛，特别适合移动。 (2)缺点 　　◇速度很慢，最高只有56kbps，而且Modem利用的是电话局的普通用户双绞线，线路噪音大、误码率高，通常实际传输速率也就稳定在48kbps的水平。 　　◇容易受环境干扰，有时会有断线的故障发生。 　　◇无法实现局域网的建设和网络设备及专线资源共享。 　　◇用户需分别支付上网费和电话费，上网时造成电话长期占线。 3．拨号设备MODEM MODEM（Modulator Demodulator，调制解调器）的主要作用就是在计算机和网络之间进行数字/模拟信号的转换。调制即电脑输出数据转换成模拟信号的过程，解调即模拟信号转换成电脑可识别的数字信号的过程。 按照调制解调协议的不同，数据传输速度亦各不相同。56K bit/秒有ITU V.90、Rockwell K56Flex和US Robotics X2三种协议，33.6K bit/秒的协议是ITU-TSS V.34+，9.4K bit/秒的协议是V.32bis，9.6Kbps的协议是V.32，更慢的协议还有V.23、V22bis、V.22 Bell 103/212A和V.21。 4．协议结构 电话线路是模拟线路，用户设备和电话线路相连必须经过调制解调器（Modem）。由调制解调器将用户设备送来的数字数据转变成模拟信号从模拟电话线路上传输出去，并将从模拟电话线路上传输来的模拟信号还原成数字数据，发送给用户设备。使用PSTN的广域网协议结构如图9.3所示。 9.2.2综合业务数字网ISDN 综合业务数字网（ISDN）为用户提供端到端数字通信线路，目前ISDN有两类接口标准：基本速率接口（BRI）和一次群速率接口（PRI）。基本速率接口（BRI）提供2B+D数字通道，其中2个B通道（每个B通道为64kbit/s）是承载通道，用于完成两端之间数据传输，D通道（16kbit/s）是控制通道，用于在用户和ISDN交换节点之间传输呼叫控制协议报文。一次群速率接口（PRI）有两种速率标准，一种和E1线路的传输速率相对应，为31个B通道，另一种和T1线路的传输速率相对应，为24个B通道，其中一个B通道用作信令传输通道，相当于BRI的D通道。ISDN用户端和ISDN交换节点之间的连接也采用普通双绞线，因此当用户要求把模拟电话线路改成综合业务数字网（ISDN）线路时，不用重新铺设用户线路。 (1)．上网时拨号速度快 　　一般在5秒钟左右就能完全拨通，而且连接速率稳定在64Kbps，远远快于普通Modem的拨号速度和常见的50xxxbps的连接速率。 　　(2)．下载速度快 　　普通时段上网时单个B信道的下载速度稳定在每秒7K～8KBytes甚至更高，捆绑使用两个B信道在128Kbps的速率下进行下载时速率稳定在每秒14Kbytes甚至更高。这里需要说明的是，捆绑使用两个B信道时的费用是单信道时的两倍，而且浏览网页等操作时速度并不会有明显的改善。因此，捆绑使用两个B信道只有在进行大量下载作业或小型局域网接入Internet时才有意义，单个用户一般使用一个B信道上网即可。 　　(3)．费用合理 　　申请ISDN线路的费用与普通电话线路基本相同，而且普通电话线可以改装成ISDN（费用也不多），月租费可能要贵几元钱。实际使用时每个B信道的收费与一条普通电话线相同，而D信道用于建立连接、传送控制信号，不产生任何费用。 　　(4)．掉线情况少 ISDN用户端的接入设备与普通Modem相比，费用要贵几百元钱，但掉线的现象很少见。 3．ISDN设备 ISDN设备分为NT1、TA或ISDN卡这几种。 (1)NT1 网络终端是用户传输线路的终端装置，它是实现在普通电话线上进行数码信号转送和接受的关键设备，是电话局程控交换机和用户的终端设备之间的接口设备。该设备安装于用户处，是实现N-ISDN功能的必备终端。 NT1 向用户提供2B+D二线双向传输能力，它完成线路传输码型的转换， 并实现回波抵消数码传输技术。它能以点对点的方式最多支持8个终端设备接入，可使多个ISDN用户终端设备合用一个D信道， 并向用户终端和电话局交换机之间传递激活与去激活的控制信息。而且具有功率传递功能，能够从电话线路上使用来自电话局的直流电能，以便在用户端发生停电时实现远端供电，保证终端设备的正常通信。 (2)TA和ISDN卡 TA和ISDN卡的区别就像外置Modem和内置Modem的区别。外置的就是TA，内置的就是ISDN卡。 TA的功能就是使得现有的非ISDN标准终端（例如模拟话机、G3传真机、PC机等）能够在ISDN上运行，为用户在现有终端上提供ISDN业务。 通常，终端适配器有一个数据通信接口，可实现同步、异步工作方式，单信道传输速率为64Kbps,大部分适配器具有2个B捆绑式通信能力。与电脑连接方式有串口和并口两种。串口方式最高通信速率为112.5Kbps,并口方式最高通信速率为128Kbps。 ISDN卡的功能和外置的TA一样，不过是直接插在电脑主板上，安装非常方便，且价格很便宜。 综合业务数字网（ISDN）和用户设备之间的线路是数字线路，直接传输数字信号，用户设备和 ISDN 交换设备之间接口的协议结构如图9.4所示。 图9.4 ISDN接口协议结构图

8 9.3 XDSL接入技术 数字用户线技术是20世纪80年代后期的产物，是采用不同调制方式将信息在现有的公用电话交换网（PSTN）引入线上高速传输的技术（包括HDSL、ADSL及VDSL等）。学术上将这一系列有关铜双绞线传送数据信号的新技术统称为xDSL技术，其中“x”由取代的字母而定。 HDSL技术 1.概述 2.HDSL系统的基本构成 1.概述 高比特率数字用户线（HDSL）是 ISDN 编码技术研究的产物。1988年 12月，Bell core首次提出了HDSL的概念。1990年4月，电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronics Engineers，IEEE）TIEI.4工作组就该主题展开讨论，并列为研究项目。之后，Bell core向 400 多家厂商发出技术支持的呼吁，从而展开了对 HDSL 的广泛研究。Bell core 于 1991年制定了基于 T1（ Mbit/s）的 HDSL 标准，欧洲电信标准学会（Europe Telecommunications Standards Institute，ETSI）也制定了基于 E1（2 Mbit/s）的 HDSL标准。 2.HDSL系统的基本构成 HDSL系统构成如图9.5所示。图中规定了一个与业务和应用无关的HDSL接入系统的基本功能配置。它是由两台HDSL收发信机和两对（或三对）铜线构成。两台HDSL收发信机中的一台位于局端，另一台位于用户端，可提供2Mbit/s或1.5Mbit/s速率的透明传输能力。位于局端的HDSL 收发信机通过G.703接口与交换机相连，提供系统网络侧与业务节点（交换机）的接口，并将来自交换机的E1（或T1）信号转变为两路或三路并行低速信号，再通过两对（或三对）铜线的信息流透明地传送给位于远端（用户端）的HDSL收发信机。位于远端的HDSL收发信机，则将收到来自交换机的两路（或三路）并行低速信号恢复为E1（或T1）信号送给用户。在实际应用中，远端机可能提供分接复用、集中或交叉连接的功能。同样，该系统也能提供从用户到交换机的同样速率的反向传输。所以，HDSL 系统在用户与交换机之间，建立起PDH一次群信号的透明传输信道。 3.HDSL帧结构 HDSL既适合T1，又适合E1，这是因为T1和E1使用同样的HDSL帧结构。 当使用E1时，HDSL链路是一个成帧的传输通道，它连续发送一系列的帧，每两帧之间没有间歇。如果没有数据信息要发送，就发送特定的空闲比特码组。 4.HDSL关键技术 (1)线路编码 终端设备产生的数字信号通常是单极性不归零（NRZ）的二进制信码，这种信号一般不适于在二线用户环路上直接传送。这是因为单极性不归零（NRZ）信码与二线用户环路的传输特性不匹配。 在二线用户环路上，线路信号的常用码型有HDB3码、2B1Q码和CAP码。 (2)回波抵消 在HDSL系统中，回波抵消技术是一个不能缺少的关键技术。由于HDSL系统中的线路传输速率提高，要求回波抵消器中的数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）的处理速度更快，以适应信号的快速变化。同时，由于线路特性引起信号拖尾较长，要求回波抵消器具有更多的抽头。 (3)码间干扰与均衡 由于用户线路的传输带宽限制和传输特性较差，会使接收信号发生波形失真。从发送端发出的一个脉冲到达接收端时，其波形常常被扩散为几个脉冲周期的宽度，从而干扰到相邻的码元，形成所谓码间干扰。如果线路特性是已知的，这种码间干扰可以用均衡器来消除。均衡器能够对线路的衰减频率失真和时延频率失真予以校正，也就是说，将线路的非平直衰减频率特性和非平直时延频率特性分别校正为平直的，从而消除所产生的码间干扰。 (4)性能损伤 影响HDSL系统性能的主要因素有两个：一是HDSL系统内部两对双绞线之间产生的近端串话，它将随线路频率的增高而增大；二是邻近线对上的PSTN信令产生的脉冲噪声，这种噪声有时较大，甚至会使耦合变压器出现饱和失真，从而产生非线性效应。 对于HDSL系统内部两对双绞线之间产生的近端串话，可以用回波抵消技术予以消除。对于脉冲噪声干扰，则需要采用纠错编码技术来对抗，不过采用纠错编码会引入附加时延。 (5)传输标准 关于 HDSL 系统的传输标准，目前主要有两种不同规定：一种是美国国家标准学会（American National Standard Institute，ANSI）制定的；另一种是欧洲电信标准学会（ETSI） 制定的。我国目前主要参考欧洲电信标准学会（ETSI）标准。 5.HDSL2第二代高比特率数字用户线 HDSL2是继HDSL后的技术，它本质上是在一对线上传送T1和E1速率信号。要达到这个目标是非常困难的，因为本地环路的传输环境极为苛刻，传输线路上的混合电缆规格和桥接头的阻抗不匹配，还有各种各样的业务带来的串音干扰，形成了一个很差的噪声环境。因此，要在一对双绞线上达到和两对铜线HDSL技术相同的传输性能，必须采用先进的编码和数字信号处理（DSP）技术。 另外，与HDSL一样，HDSL2的端到端延时必须小于500μs。换句话说，带宽和延迟效应（导线的传播延迟和HDSL成帧的处理延迟）加在一起必须小于0.5ms。这为了减小延迟，可通过减小HDSL2语音通信时的远端回波来实现。 HDSL2 与 HDSL的兼容性是最主要的挑战。对HDSL最早的兼容性是采用了理论计算的方法得出的，计算结果表明频谱互锁重叠的PAM传输（Overlapped PAM Transmission with Interlocking Spectra，OPTIS）不会带来太大的性能降低。但是，实际的测量表明，一些早期的HDSL会在OPTIS 频谱中降低2dB还多。对于这个问题，ANSI进行了分折，对OPTIS功率谱密度模板作了改动，将性能裕量要求从6dB减小到5dB，这样做使老式的HDSL系统的损害降到了2dB以下。 尽管HDSL的价格和性能都可以用HDSL2 单线对系统达到，但是这并不意味着HDSL会完全淘汰。这是由于HDSL2更复杂，消耗的功率是2B1Q收发器的2.5倍，而许多应用需要远端供电；再加上HDSL2功率大，又只能在单线对上供电，严重限制了HDSL2在有中继器和需要远端供电环路上的应用。 图9.5 HDSL系统构成 3.HDSL的帧结构 4.关键技术:(1)线路编码(2)回波抵消(3)码间干扰与均衡(4)性能损伤(5)传输标准 5.HDSL2

9 9.3 XDSL接入技术 ADSL与ADSL2+技术 1.概述 2.技术特点 3.系统的基本构成 图9.6系统构成 图9.7频分复用
不对称数字用户线（Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL）是一种利用现有的传统电话线路高速传输数字信息的技术。ADSL技术是由 Bellcore的Joe Lechleder于20世纪80年代末首先提出的。该技术将大部分带宽用来传输下行信号（即用户从网上下载信息），而只使用一小部分带宽来传输上行信号（即接收用户上传的信息），这样就出现了所谓不对称的传输模式。ADSL这种不对称的传输技术符合Internet业务下行数据量大，上行数据量小的特点。 2.ADSL的技术特点 ADSL系统的主要特点是“不对称”。这正好与接入网中图像业务和数据业务的固有不对称性相适应。 ADSL技术的主要优点如下: （1）可以充分利用现有铜线网路，只要在用户线路两端加装ADSL设备即可为用户提供服务。 （2）ADSL 设备随用随装，无需进行严格业务预测和网路规划，施工简单，时间短，系统初期投资小。 （3）ADSL设备拆装容易、灵活，方便用户转移，较适合流动性强的家庭用户。 （4）充分利用双绞线上的带宽，ADSL 将一般电话线路上未用到的频谱容量，以先进的调制技术，产生更大、更快的数字通路，提供高速远程接收或发送信息。 （5）双绞铜线可同时供普通电话业务（Plain Old Telephone Service，POTS）的声音和 ADSL数字线路使用。因此，在一条ADSL线路上可以同时提供个人计算机、电视和电话频道。 3.ADSL的系统结构 (1)系统构成 ADSL系统构成如图9.6所示，它是在一对普通铜线两端，各加装一台ADSL局端设备和远端设备而构成。它除了向用户提供一路普通电话业务外，还能向用户提供一个中速双工数据通信通道（速率可达576kbit/s）和一个高速单工下行数据传送通道（速率可达6～8Mbit/s）。 (2)传输带宽划分 ADSL基本上是运用频分复用（FDM）或是回波抵消（EC）技术，将ADSL信号分割为多重信道。简单地说，一条ADSL线路（一条ADSL物理信道）可以分割为多条逻辑信道。如图9.7所示的为这两种技术对带宽的处理。由图（a）可知，ADSL系统是按FDM方式工作的。POTS信道占据原来4kHz以下的电话频段，上行数字信道占据25～200kHz的中间频段（约175 kHz），下行数字信道占据200kHz～1.1MHz的高端频段。 由图（b）可见，回波抵消技术是将上行带宽与下行带宽产生重叠，再以局部回波消除的方法将两个不同方向的传输带宽分离，这种技术也用在一些模拟调制解调器上。 图9.7频分复用

10 9.3 XDSL接入技术 ADSL与ADSL2+技术 4.ADSL技术基础 （1）系统模型 图9.8 ADSL系统参考模型
图上宽带网是指速率在l.5Mbit/s/2.0Mbit/s（相当于T1/E1）以上的交换系统；窄带网是指速率在 l.5Mbit/s/2.0Mbit/s（相当于 T1/E1）以下的交换系统。ATU-C（ADSL transceiver unit-Central office side）为ADSL网络端（局端）的ADSL传输单元，可执行同步转移模式（Synchronous Transfer Mode，STM）的位同步传输，也可执行异步转移模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM）的信元传输，或二者兼备。ATU-R（ADSL transceiver unit-Remote side）为远端（用户端）的ADSL传输单元（也称为ADSL远程单元），与ATU-C功相似，可集成到服务模块（Serviec Module，SM）中。分离器是将频率较高的ADSL信号与频率较低的POTS信号分离的一种信号过滤器，ANSI TI.413中规定网络端和客户端都必须使用分离器。 (2)影响ADSL性能的因素 影响ADSL系统性能的因素主要有以下几点。 ◇衰耗 衰耗是指在传输系统中，发射端发出的信号经过一定距离的传输后，其信号强度都会减弱。ADSL传输信号的高频分量通过用户线时，衰减更为严重。因此，有必要进行附加编码。在ADSL系统中，信号的衰耗同样跟传输距离、传输线径以及信号所在的频率点有密切关系。传输距离越远，频率越高，其衰耗越大；线径越粗，其衰耗越小，传输距离越远，但所耗费的铜越多，投资也就越大。 ◇反射干扰 桥接抽头是一种伸向某处的短线，非终接的抽头发射能量，降低信号的强度，并成为一个噪声源。从局端设备到用户，至少有二个接头（桥节点），每个接头的线径也会相应改变，再加上电缆损失等造成阻抗的突变会引起功率反射或反射波损耗。在话音通信中其表现是回声，而在ADSL中复杂的调制方式很容易受到反射信号的干扰。目前大多数都采用回波抵消技术，但当信号经过多处反射后，回波抵消就变得几乎无效了。 ◇串音干扰 由于电容和电感的耦合，处于同一主干电缆中的双绞线发送器的发送信号可能会串入其他发送端或接收器，造成串音。一般分为近端串音和远端串音。串音干扰发生于缠绕在一个束群中的线对间干扰。对于ADSL线路来说，传输距离较长时，远端串音经过信道传输将产生较大的衰减，对线路影响较小，而近端串音一开始就干扰发送端，对线路影响较大。但传输距离较短时，远端串音造成的失真也很大，尤其是当一条电缆内的许多用户均传输这种高速信号时，干扰尤为显著，而且会限制这种系统的回波抵消设备的作用范围。此外，串音干扰作为频率的函数，随着频率升高增长很快。ADSL使用的是高频，会产生严重后果。因而，在同一个主干上，最好不要有多条ADSL线路或频率差不多的线路。 ◇噪声干扰 传输线路可能受到若干形式噪声干扰的影响，为达到有效数据传输，应确保接收信号的强度、动态范围、信噪比在可接受的范围之内。噪声产生的原因很多，可能是家用电器的开关、电话摘机和挂机以及其他电动设备的运动等，这些突发的电磁波将会耦合到ADSL线路中，引起突发错误。由于ADSL是在普通电话线的低频语音上叠加高频数字信号，因而从电话公司到ADSL分离器这段连接中，加入任何设备都将影响数据的正常传输，故在ADSL分离器之前不要并接电话和加装电话防盗器等设备。目前，从电话公司接线盒到用户电话这段线很多都是平行线，这对ADSL传输非常不利，大大降低了上网速率。 图9.8 ADSL系统参考模型 (2)影响ADSL性能的因素：◇衰耗◇反射干扰◇串音干扰◇噪声干扰

11 9.3 XDSL接入技术 ADSL与ADSL2+技术 4.ADSL技术基础 (3)ADSL的调制、解调技术 图9.9调制解调流程图
发送端输入位经过调制以后，转换成为波形送入信道中；接收端接收了从信道送来的波形，经解调后将波形还原成为先前的位。其间经过加扰、FEC编码、交错、调制、整波、补偿、解调、解交错、FEC译码以及解扰。 ●加扰及解扰 多数DSL在发送端及接收端都有加扰以及解扰功能。以包为基础的系统或是ATM系统，当传输过程中没有包或 ATM 信元传送时，发送器的输入端信号会维持在高位或是低位，也就是会输入一连串的 1 或者是 0，加扰的作用就是将包或是信元的数据大小随机化以避免该现象的发生，再利用解扰的功能将被加扰的位还原。 ●FEC编译码 FEC（前向纠错控制）是一种极重要的差错控制技术，它比CRC（Cyclical Redundancy Check，循环冗余检查）更重要也更复杂。CRC只能用来做数据的核对检查。FEC则除了具备上述功能外，还拥有数据校正的能力，可以保护传输中的数据避免遭受噪声及干扰。一般是将大约是传输数据的几个百分点的冗余，经过复杂的演算和精确的编码后，加到传输的位中，接收端可以检测并校正传输中的多位错误，而不必再进行重传操作。这种技术在实时传输中的运用尤其重要，例如视频会议等。FEC为一种编码增益的概念，在DSL中，合理的编码增益在比特误码率（BER）为10-7时，约为3dB。也就是说，FEC可以增加信道的带宽。 ●交错（Interleaving） DSL在数据传输中常会发生一长串的错误，FEC较难实施对这种长串错误的校正。交错作用通常介于FEC模块与调制模块之间，是将一个代码字平均展开，通过这种展开的动作同时将储存在数据中的长串错误也展开，经过展开以后的错误才能由FEC来处理。解交错的作用则是将展开的数据还原。原理图如图9.10 ●整形（shaping） 整波就是维持传输数据适当的输出波形。整形通常置于调制模块的输出端。整形的困难之处在于，整形作用必须将外频噪声给予恰当的衰减，但对于内频信号的衰减则必须达到最低的程度。 ●补偿（equalizing） 当通信系统在接近理论阈值运行时，通常在其发送端及接收端都会采用补偿器，以获得最佳传输。在不同速率的信道以及多变的噪声环境中，运用这种方法可使系统在信号的传输方面显得更加灵活。 ADSL常用的调制技术有： ◇QAM调制技术 正交波幅调制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）是一种对无线、有线或光纤传输链路上的数字信息进行编码，并结合振幅和相位两种调制方法的非专用的调制方式。与其他调制技术相比，QAM 编码具有能充分利用带宽、抗噪声能力强等优点。这种调制技术已被广泛应用。 ◇CAP调制技术 无载波幅度相位调制（Carrierless Amplitude & Phase Modulation，CAP）技术是以QAM调制技术为基础发展而来的，可以说它是 QAM 技术的一个变种。 CAP技术用于ADSL的主要技术难点是要克服近端串音对信号的干扰。一般可通过使用近端串音抵消器或近端串音均衡器来解决这一问题。 ◇DMT调制技术 DMT（Discrete MultiTone，离散多音频）是一种多载波调制技术。其核心思想是将整个传输频带分成若干子信道，每个子信道对应不同频率的载波，在不同载波上分别进行QAM调制，不同信道上传输的信息容量（即每个载波调制的数据信号）根据当前子信道的传输性能决定。 DMT调制技术的实现过程是：首先将频带0～1.104MHz分割为256个由频率指示的正交子信道（每个子信道占用4kHz带宽），输入信号经过比特分配和缓存，将输入数据划分为比特块；经格栅编码调制（TCM）后，再进行512点离散傅立叶反变换将信号变换到时域，这时的比特块将转换成256个QAM子字符；随后对每个比特块加上循环前缀（用于消除码间干扰），经数/模变换（D/A）和发送滤波器将信号送入信道。在接收端则按相反的次序进行接收解码。 DMT调制系统可以根据各子信道的瞬时衰减特性、群时延特性和噪声特性等情况使用这255个子信道。在每个子信道分配1～15bit的数据，并关闭不能传输数据的信道，从而使通信容量达到可用的最高传输能力。 图9.10交错原理

12 9.3 XDSL接入技术 ADSL与ADSL2+技术 5.ADSL2/2+
2002年7月，ITU公布了ADSL的两个新标准(G.992.3和G.992.4)，即ADSL2。2003年3月，在第一代ADSL标准的基础上，ITU制定了G.992.5，也就是ADSL2plus(ADSL2+)。 作为在ADSL基础上发展起来的新技术，ADSL2／2＋与ADSL相比具有多方面的优势，可以帮助运营商解决在ADSL网络运营中所遇见的一系列问题，特别是ADSL2／2＋在传输、编码调制等方面，更是采用了大量的新技术。由此也使ADSL2／2＋在未来市场上具有更广阔的应用前景。 ADSL2的主要技术特性： (1)传输性能显著改善； (2)多线对捆绑技术； (3)RE－ADSL2环路距离进一步延长； (4)动态调整的省电模式； (5)细分化的信道管理； (6)速率自适应技术； (7)其他优点 ADSL2的主要技术特性： (1)传输性能显著改善 比较ADSL 8Mbit／s的最高速率，ADSL2的最高速率可达12Mbit／s。G．992．3标准对ADSL2的速率有严格的要求：至少应支持下行8Mb／s、上行800kb／s的速率。ADSL2适应较差线路环境的能力有了一定程度的提升，特别是在距离较长、有桥接头、受射频干扰等情况下，传输性能有了进一步改善。这样，过去由于线路质量原因而不能享受ADSL服务的用户，现在也可以开通ADSL了。相对于ADSL，在相同的传输距离下，ADSL2可以获得50kbps的速率提高；在相同的传输速率下，ADSL2可以使传输距离延长183米。传输性能的改善主要得益于以下核心技术： 减少帧开销。与ADSL技术中每帧采用固定的32kbps的开销相比，ADSL2采用可编程的帧头，使每帧的帧头可根据需要从4kbps到32kbps灵活调整，从而，提高了信息净负荷的传输效率。 在ADSL帧RS编码结构方面，其灵活性、可编程性也大大提高。 (2)多线对捆绑技术 除了自身速率的提高，ADSL2标准中还支持ATM Forum的Inverse Multiplexing for ATM（IMA）标准。通过采用IMA标准（在ATM layer和PHY layer之间加上了IMA sub－layer，IMA sub－layer完成了复用和解复用的作用），ADSL2芯片集可以在一条ADSL链路中捆绑两条或更多的铜线对。通过这种捆绑配置，ADSL2可以灵活地获得极高的数据速率。 (3)RE－ADSL2环路距离进一步延长　　 ADSL2中的附件AnnexRE－ADSL2（Reach Extended ADSL2）又称为ADSL AnnexL，正是意在扩大ADSL的工作范围。RE－ADSL2中包含一个必选的下行功率谱密度掩码（PSDmask）、一个可选的下行功率谱密度掩码和两个必选的上行功率谱密度掩码。通过分析这些PSD，我们可以看到RE－ADSL2是通过使用窄的频带和更强的PSD来达到延伸环路长度的目的的。由于RE－ADSL2在技术上相应的改进，比原有的ADSL技术环路距离可以扩展2000英尺左右。 (4)动态调整的省电模式　　 第一代ADSL收发器不论是否在数据传送状态，功率始终是相同的，ADSL2标准中引入了两种功率管理模式，在保持ADSLalwayson特性的同时，节省了耗电。L2低功率模式可以根据Internet的流量情况，快速地回到或离开L0全功率模式，减少了总体的功率损耗。L3低功率模式在一定的时间段内没有流量时，ATU－C和ATU－R可以进入到睡眠模式L3。而ADSL2引入两个新状态（L2低功耗模式、L3低功耗模式），使收发器在数据速率低或无数据传送时进入休眠状态，可大大降低功耗，对于局端设备，还可降低散热要求，这对于解决现在广泛采用的包月制所导致的用户长时间在线或一直在线造成局端设备功耗过大有着重要意义。 (5)细分化的信道管理 ADSL2支持把带宽分割成为不同的信道（channel），并使它们为适应不同的应用而具有不同的特性，如ADSL2可支持语音的应用，使它具有低延时、高容错的特性，同时支持另一信道的数据应用，使它可以容忍比较大的延时，而误码率很低。　　 这一信道化管理的特性使ADSL2可支持CVoDSL（Channelized Voice over DSL），为用户提供基于TDM的64kbit／s的数字化语音信道，而不必把语音承载到ATM或IP等高层协议和应用中。同时，ADSL2增强了在线重配置功能，支持对不同通道的动态速率分配、无缝速率适配；增强了频谱控制功能，支持单载波模板；具有可选的初始化序列，支持快速错误恢复，使得初始化的时间从10s降至3s。 (6)速率自适应技术 电话线之间的串话会严重影响ADSL的数据速率，且串话电平的变化会导致ADSL的掉线。ADSL2通过采用SRA（Seamless RateAdaptation）技术来解决这样的问题，使ADSL2系统可以在工作时在没有任何服务中断和比特错误的情况下改变连接的速率。ADSL2通过检测信道条件的变化来改变连接的数据速率，以符合新的信道条件，改变对用户是透明的。 (7)其他优点 除了以上的特点外，ADSL2还具有实时性能监控、调制解调器初始化过程规范化、互联互通的能力增强、快速启动等特性。

13 9.3 XDSL接入技术 VDSL技术 近一两年来，基于电话铜缆的高速数据传送技术—VDSL(甚高速数字用户线)得到了芯片供应商、设备制造商和网络运营商的广泛关注，其芯片和设备进展很快，应用范围也在不断推广。 1.VDSL技术发展现状 (1)参考模型 VDSL的系统结构也与ADSL很相似，参考模型见图9.11。VDSL局端设备与用户端设备之间通过普通电话铜缆(U1C与U1R参考点之间)进行点对点传输。其中，VTU-O、 VTU-R分别是位于局端和用户端的VDSL收发器。业务分离器(Splitter，包括HPF和LPF)将同一对电话铜缆上传输的VDSL与窄带业务(或ADSL) 相分离。 图9.11 VDSL 系统参考模型

14 9.3 XDSL接入技术 VDSL技术 1.VDSL技术发展现状 (2)频段划分和传送能力
VDSL使用的频谱较宽，最高可达12 MHz 。这一频谱范围可被分割为若干下行(DS)和上行(US)频段，国际上常用的频段划分方式(Band Plan) 主要有两种：Plan997 、Plan998。Plan998 根据北美的业务需求划分，主要面向非对称业务；而Plan997 根据欧洲的业务需求划分，主要面向对称业务。 (3)线路编码 VDSL的线路编码(调制技术)有两种：QAM(正交幅度调制)和DMT(离散多音频)。QAM技术相对简单，进展较快，芯片已比较成熟，相应的设备在国内外进行了比较广泛试验和试商用，设备成本也在不断降低。DMT技术理论上性能更好，但实现较复杂，功耗较高，目前商用化设备很少。两种技术各有特点，究竟哪一种会在今后占主导地位，目前尚不够明朗。 (4)传送模式 VDSL的传送模式包括ATM、PTM(分组传送模式)、STM(同步传送模式)三种。其中，ATM、PTM最为常用，形成 ATM over VDSL和Ethernet over VDSL(EoVDSL) 方式。特别是 EoVDSL 技术将VDSL的较高传输速率、较长传输距离和以太网的简单、低成本、易扩展等优点相结合，与现有的ADSL和(基于五类线的)以太网接入技术相比具有一定的潜在优势，得到了运营商和设备制造商的广泛关注。

15 9.3 XDSL接入技术 VDSL技术 2.VDSL的技术标准
在国际标准方面，欧洲标准组织ETSI和北美标准组织ANSI都制定了VDSL标准，标准中同时包括了QAM（正交幅度调制）和DMT（离散多音复用）两种线路编码而未作选择。 3.VDSL技术特点 (1)高速传输 (2)上网、打电话互不干扰 (3)独享带宽、安全可靠 (4)安装快捷方便 (5)价格实惠 4.VDSL应用方向 (1)酒店客户(包括个别小区须建立网络社区服务)由于有内部VOD系统，需要大于1.5M的带宽 。 (2)部分企业(特别是网吧)需要对称高带宽的专线接入或者互连 。 (3)VDSL作为网络接入的中继接口，降低了综合建网成本。 (4)有特殊IP业务需求(如组播视频等)的场所。 3.VDSL技术特点 (1)高速传输 短距离内的最大下传速率可达55Mbps，上传速率可达19.2Mbps，甚至更高。目前可提供10Mbps上、下行对称速率。 (2)上网、打电话互不干扰 VDSL数据信号和电话音频信号以频分复用原理调制于各自频段互不干扰。您上网的同时可以拨打或接听电话，避免了拨号上网时不能使用电话的烦恼。 (3)独享带宽、安全可靠 VDSL利用电信公司深入千家万户的电话网络，先天形成星型结构的网络拓扑构造，骨干网络采用电信公司遍布全城全国的光纤传输，独享10M/s带宽，信息传递快速可靠安全。 (4)安装快捷方便 在现有电话线上安装VDSL，只需在用户侧安装一台VDSL modem。最重要的是，你无须为宽带上网而重新布设或变动线路。 (5)价格实惠 VDSL业务上网资费构成为基本月租费+信息费，不需要再支付上网通信费（即电话费）。

16 9.3 XDSL接入技术 VDSL技术 5.EthernetOverVDSL
从技术发展的角度来看，Ethernet已是应用得相当成熟的网络技术，更重要的是每个接口的成本大约只占ADSL的三分之一，十分符合我国的国情。但是由于在用户和住宅中铺设得最广的仍然是电话线路，Ethernet线路仍不普及。而要重新建设以太网线路又需要时间，若能利用现有的电话线路传输以太网数据将大大节省运营商的时间和经费。因此，基于电话线传输的以太网接入VDSL就有了发展契机。 以太网接入VDSL有如下优点： (1)延长Ethernet传输距离。 Ethernet在发展上遇到的困难在于距离受到限制，一般只能传50米-100米。而当利用VDSL时，其距离将可达300米-1000米。因此这样的技术方案可以大大地延长了Ethernet的传输距离。 (2)降低成本。 由于Ethernet不像电话线一样普及，因此对运营商来说，发展Ethernet的最大的问题就是需要从零做起，重新布线。以太网接入VDSL因为架构在电话线上，而家中的电话线几乎都是现成的，因此可以省下大笔的经费，具备成本发展效益。国内市场目前采用以太网接入的方式开通率仍很低，使得服务提供商投资及运营风险提高，采用以太网接入VDSL所带来的成本效益对运营商来说将是不错的解决方案。

17 9.4 PON/EPON接入 9.4.1无源光网络介绍 无源光网络是指采用无源光分／合路器或光耦合器分配／汇聚各ONU(光网络单元)信号的光接入网。早在２０世纪９０年代中期就开始研究的无源光网络随着技术的成熟、用户对高带宽需求的出现正步入规模应用的阶段。 无源光网络（PON）是光接入网的主流技术之一。接入网的光纤化是接入网的发展方向，下面简要介绍一下光接入网（OAN）的概念及其分类。 光接入网的概念出现于１９９６年通过的ITU-T G.982。根据G.982的定义：光接入网是共享相同网络侧接口并由光接入传输系统所支持的接入链路群，由一个光线路终端（OLT）、至少一个光分配网（ODN）、至少一个光网络单元（ONU）及适配设施（AF）组成。 根据OLT到各ONU之间是否存在有源设备光接入网又可分为无源光网络（PON）和有源光网络（AON），前者采用无源光分路器，后者采用有源电复用器（基于以太网、PHD、SDH或ATM等技术）。ITU-T第１５研究组早在１９９６年５月就通过了第一个无源光网络方面的建议G.982。ITU-T G.982提出了与实现技术无关的无源光网络功能参考配置，如图9.12所示。

18 9.4 PON/EPON接入 9.4.1无源光网络介绍 图9.12 PON的功能参考配置
OLT的作用是为光接入网提供网络侧与业务节点（对于窄带业务，业务节点设备就是本地交换机）之间的接口，并经一个或多个ODN与用户侧的ONU通信，OLT与ONU的关系为主从通信关系。OLT可以位于交换局内，也可以位于远端。 ODN为OLT与ONU之间提供光传输手段，其主要功能是完成光信号的功率分配任务。ODN是由光缆、无源光器件，如光连接器和光分／合路器（即光耦合器）等组成的无源光馈线、配线网，一般呈树形分支结构。 ONU的作用是为光接入网提供直接或远端的用户侧接口，处于ODN的用户侧。其主要功能是终结来自ODN的光信号、处理光信号并为用户提供业务接口。 AF为ONU和用户设备提供适配功能，它可以包含在ONU内，也可以完全独立。 图9.12 PON的功能参考配置

19 9.4 PON/EPON接入 9.4.2 PON的无源光器件 1.无源光器件
通常，人们称不发光、不对光放大和不产生光电转换的光器件为光无源器件，光无源器件的种类繁多，主要有光纤连接器、光耦合器、波分复用器、光隔离器、光衰减器、光开关和光调制器等。 2.光耦合器 光耦合器是PON中至关重要的无源光器件。PON的许多优势正是由于它的无源光功率分路、合路功能而体现出来的。本书中光耦合器指在一定波长范围内对光信号功率“耦合”实现光功率合路或分路的无源光器件，而不包括按光信号的波长进行信号分路或合路的波分复用器。 按照光耦合器的端口形式，光耦合器分为星形和树形两大类。输入端口数与输出端口数相等的为星形耦合器；不相等的为树形耦合器。在PON中经常应用的是树形耦合器，光耦合器在下行方向作光功率分路用，在上行方向作光功率合路用。按工作带宽来分类，则分为单工作窗口的窄带耦合器、单工作窗口的宽带耦合器和双工作窗口的宽带耦合器。按制作光耦合器的材料来分类的话，光耦合器主要有光纤耦合器和波导耦合器。目前价格比较低廉、应用比较普遍的是光纤耦合器。PONODN中的光分／合路器也都是光纤耦合器。

20 9.4 PON/EPON接入 9.4.3 PON的多址接入技术
由于PON采用点对多点的拓扑结构，所以必须采用点对多点多址接入协议使得众多的光网络单元（ONU）或光网络终端（ONT）来共享光线路终端（OLT）和主干光缆。下面将对各种多址接入技术进行分析比较。 1.时分多址接入 2.波分多址接入 3.副载波多址接入 4.码分多址接入 对比上面４种多址接入技术，我们可以看出：技术成熟度比较高、成本相对低廉的是TDMA和SCMA，而TDMA又具有适合动态带宽分配、应用灵活的优势，因而目前PON系统都采用这种技术。 1.时分多址接入 我们以树形分支结构为例说明PON信号传输的特点。树形分支结构决定了各个ONU之间必须以共享媒质方式与OLT通信。下行方向（OLT到ONU）通过ＴＤＭ广播的方式发送给各ONU信息数据，并用特定的标识来指示各时隙是属于哪个ONU的。载有所有ONU的全部信息的光信号功率在光分路器处被分成若干份经各分支光纤到达各ONU，各ONU根据相应的标识收取属于自己的下行信息数据（即时隙），其他时隙的信息数据则丢弃。上行方向（ONU到OLT）通过TDMA方式实现接入。各ONU在OLT的控制下，只在OLT指定的时隙发送自己的信息数据。各ONU的时隙在光合路器处汇合，PON系统的测距和多址接入控制保证上行各ONU的信息数据不发生冲突。 2.波分多址接入 WDMA PON网络的关键技术是密集波分复用技术。尽管密集波分复用技术已经成熟并在骨干网和城域网上应用，但WDMA PON的成本对于接入网环境仍太高。目前无论企业用户还是居民用户都没有这么宽的带宽需求，也无法承受其高昂的价格。所以我们认为WDMA PON在未来的几年内还不适合在接入网环境中应用。 3.副载波多址接入 副载波多址接入（SCMA）是利用不同频率的电载波（相对光载波来说是副载波）来复用和解复用不同用户的信息数据流，然后这些电的副载波再去强度调制光载波，产生模拟的光信号。根据电副载波调制光载波的方式，SCMA又分为单通道和多通道的SCMA。单通道SCMA是指每一副载波（被要传输的用户信息数据所调制）调制一光波长的光信号强度，而所有的被电副载波调制的光信号在光合路器处合在一起，接收端光信号由光电探测器转换成电信号后通过中心频率为各个副载波的带通滤波器，并进一步地通过鉴相解调出信息数据。 4.码分多址接入 码分多址接入（CDMA）在光接入网上的应用按其编解码信号是先以光的形式还是先以电的形式进行然后再转换到光域而分为两大类：光CDMA和电CDMA的光传输。

21 9.4 PON/EPON接入 9.4.4 以太网无源光网络（EPON） 图9.13 EPON结构图 1.技术简介
EPON（Ethernet Passive OpticalNetwork）是PON技术中最新的一种，由IEEE802.3EFM（Ethernet for the First Mile）提出。EPON是一种采用点到多点网络结构、无源光纤传输方式、基于高速以太网平台和TDM（Time Division Multipexing）时分MAC（Media Access Control）媒体访问控制方式提供多种综合业务的宽带接入技术。 2.EPON的系统结构 EPON接入网的总体结构如图9.13所示。由光线路终端（OLT）、光合／分路器和光网络单元（ONU）组成，采用树形拓扑结构。 OLT放置在中心局端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。ONU放置在用户侧，OLT与ONU之间通过无源光合／分路器连接。 图9.13 EPON结构图

22 9.4 PON/EPON接入 9.4.4 以太网无源光网络（EPON） 3.EPON的拓扑结构 图9.14 树型拓扑 图9.15总线型拓扑
图9.16环型全保护的拓扑结构 图9.17主干路带保护的树型拓扑 图9.18主、支路带保护的树型拓扑

23 9.4 PON/EPON接入 9.4.4 以太网无源光网络（EPON） 4.EPON的技术优势
EPON融合了无源光网络（PON）和以太网产品的优点，形成以下主要优势: （1）高带宽:由于EPON采用复用技术，能够提供高达1 Gbps的上下行带宽。 （2）低成本：EPON系统不采用昂贵的ATM设备和SONET设备，大大简化了系统结构。EPON采用标准的以太网接口可以利用现有的价格低廉的以太网络设备, 可升级性比较强，只要更换终端设备就可以升级到高速率。 （3）实现综合业务：EPON不仅能综合现有的有线电视、数据、话音业务，还能兼容未来业务如数字电视、VoIP、电视会议、VOD等等。 5.EPON的关键技术 （1）测距；（2）带宽分配；（3）光器件；（4）时钟提取；（5）传输质量；（6）搅动；（7）安全问题。 6.EPON的应用 10G以太网标准IEEE 802.3ae已经发布，意味着以太网可进入城域网和广域网领域。而用于局域网的10GBASE-T和10GBASE-CX4的补充标准也已经在2002年底启动，如果接入网也采用电信运营级的以太网技术EPON，将形成从局域网、接入网、城域网到广域网全部是以太网的结构，可以大大提高整个网络的运行效率。 （1）测距。 因为EPON采用点对多点拓扑结构、TDMA技术实现信息传送，各个ONU与OLT之间的逻辑距离是不相等的。OLT需要有一套测距功能来测试每一个ONU与OLT之间的逻辑距离，并据此来指挥ONU调整其信号发送延时，使不同距离的ONU所发送的信号能在OLT处准确地复用在一起。目前一般使用比较成熟的、数字计时技术的带内开窗测距法。 （2）带宽分配。 上行信道中的传输是采用时分复用接入方式来共享光纤的，带宽则根据ONU的需要，由OLT分配。各个ONU收集来自用户的信息并高速向OLT发送数据，不同的ONU发送的数据占用不同的时隙，提高上行带宽的利用率。根据不同用户的业务类型与业务特点合理分配信道带宽，在带宽相同的情况下可以承载更多的终端用户，从而降低用户成本，最有效地利用网络资源。 （3）光器件 由于EPON上行信道是所有ONU分时复用的，每个ONU只能在指定的时间窗口内发送数据。因此，EPON上行信道中使用的是突发信号，这就要求在ONU和OLT中使用支持突发信号的光器件。现有的大部分光器件还不能满足这一要求，少数突发模式的光器件也只能工作在155Mbps的速率上，而且价格昂贵。可以说，这是EPON技术面临的一大问题，但是，目前已有厂商正在研制满足EPON要求的光器件，相信随着EPON标准的制定，会有更多的产品出现。 （4）时钟提取。 对于系统的高速率，快速同步是必须解决的核心问题。而其中ONU和OLT以及上下行比特码的时钟一致是其中的关键，目前一般都采用PLL（PhaseLockedLoop）从下行信号中提取时钟，利用帧同步字检测方式实现帧同步。 （5）传输质量。 传输话音和视频业务时要求延时既恒定又很小，延时抖动也要小。一种方法是对不同服务质量要求的信号设置不同的优先权等级。另一种技术是采用保留带的方法，提供一个开放的高速通道，不传输数据，而专门用来传输语音业务，以确保POTS（PlainOldTelephoneService）等需要保证响应时间的业务能得到高速传送。 （6）搅动。 由于PON固有的组播特性，为了保证信息保密性，系统必须采用所谓搅动的保护措施。该措施介于传输系统扰码和高层编码之间，这种搅动功能实施信息扰码并能为信息保密提供保护。 （7）安全问题。 在点对多点的模式下，EPON的下行信道以广播的方式发送给与此相连接的所有ONU，每个ONU都可以接收OLT发送给所有ONU的信息，所以产生了一些安全隐患，所以必须对发送给每个ONU的下行信号进行加密。加密算法主要有DES（DataEncryptionStandard）、AES等，相比而言，AES更为理想。

24 9.5 无线局域网 9.5.1基本概念 从广义上讲，凡是通过无线介质在一个区域范围内连接信息设备共同构成的网络，都可以称之为无线局域网，与其相对应的是无线广域网（WWAN，Wireless Wide Area Network），比如 GSM/GPRS 和 CDMA。该定义中涵盖了多种类型的无线局域网，涉及到多种标准，但大致可分为两大发展方向：以高速传输应用发展为主（IEEE a、IEEE b和IEEE g等）。以低速短距离的应用为主（Bluetooth、HomeRF和HiperLAN等）。从发展趋势来看，IEEE 系列协议大有一统无线局域网协议标准之势。 从狭义上讲，无线局域网（WLAN）一般指的是遵循IEEE 系列协议的无线局域技术的网络。IEEE 协议组包括IEEE 、IEEE a、IEEE b、IEEE g等一系列协议。这些协议由国际电气和电子工程师协会（IEEE）制定，经过多年的发展已经逐渐成为事实上的行业标准。 1.几种技术标准 目前无线局域网领域的两个典型标准是IEEE802.11系列标准和HiperLAN系列标准。另外还有蓝（BlueTooth，BT）、红外数据（IrDA）、家庭射频（HomeRF）和超宽带（Ultra-WideBand,UWB）以及（Zigbee）等多种。 IEEE802.11系列标准指由(IEEE802.11)标准任务组提出的协议族,它们是IEEE802.11、IEEE802.11a、IEEE802.11b和IEEE802.11g等。IEEE802.11和IEEE802.11b用于无线以太网(Wireless Ethernet),其工作频率大多在2.4GHz上，传输速度为:IEEE802.11是1到2Mbps；IEEE802.11b的速率为5.5到11Mbps,并兼容IEEE802.11速率。IEEE802.11a的工作频率在5到6GHz，它使用正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplex，OFDM）技术使传输速率可以达到54Mbps。IEEE802.11g工作在2.4GHz频率上，采用CCK、OFDM、PBCC（分组二进制卷积码，Packet Binary Convolutional Code）调制，可提供54Mbps的速率并兼容802.11b标准! HiperLAN是ETSI开发的标准，包括HiperLAN1，HiperLAN2，设计为用于户内无线骨干网的HiperLink，以及设计为用于固定户外应用访问有线基础设施的HiperAccess等四种标准。HyperLAN1提供了一条实现高速无线局域网连接，减少无线技术复杂性的快捷途径，并采用了在GSM蜂窝网络和蜂窝数字分组数据网（CDPD）中广为人知并广泛使用的高斯最小移频键控（GMSK）调制技术。最引人注目的HiperLAN2具有与IEEE802.11a几乎完全相同的物理层和无线ATM的媒体访问控制(MAC)层。

25 9.5 无线局域网 9.5.1基本概念 2.网络传输介质 无线局域网采用的传输媒体或介质分为射频（Radio Frequency.RF）、无线电波(Radio Wave)和光波两类。射频无线电波主要使用无线电波和微波（Microwave）。光波主要使用红外线（Infrared）。因此，无线局域网可分为基于无线电的无线局域网（RLAN）和基于红外线的无线局域网两大类。 3.介质访问控制方法 我们知道总线型局域网在MAC层的标准协议是CSMA/CD，即载波侦听多点接入/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection）。但由于无线产品的适配器不易检测信道是否存在冲突，因此802.11全新定义了一种新的协议，即载波侦听多点接入/避免冲撞CSMA/CA（with Collision Avoidance）。 一方面，载波侦听：查看介质是否空闲；另一方面，避免冲撞：通过随机的时间等待，使信号冲突发生的概率减到最小，当介质被侦听到空闲时，优先发送。不仅如此，为了系统更加稳固，802.11还提供了带确认帧ACK的CSMA/CA。在一旦遭受其他噪声干扰，或者由于侦听失败时，信号冲突就有可能发生，而这种工作于MAC层的ACK此时能够提供快速的恢复能力。

26 9.5 无线局域网 9.5.2无线局域网的特点 1．无线局域网的优点
无线局域网利用空中的电磁波代替传统的缆线进行信息传输，可以作为传统有线网络的延伸、补充或替代。相比较而言，无线局域网具有以下许多优点： (1)移动性；(2)灵活性；(3)可伸缩性；(4)经济性 2．无线局域网的局限性 无线局域网并非完美无缺，也有许多面临的问题需要解决，这些局限性实际上也是无线局域网必须克服的技术难点。这些局限性有些是低层技术方面的问题，需要无线局域网设计者在研发过程中加以考虑；有些则是应用层面的问题，需要使用者在应用时加以克服和注意。 (1）可靠性；(2）带宽与系统容量；(3）兼容性与共存性；(4）覆盖范围；(5）干扰；(6）安全性 (7）节能管理；(8）多业务与多媒体；(9）移动性；(10）小型化、低价格 1．无线局域网的优点 (1)移动性 “无线”就意味着可能移动，无线局域网的明显优点是提供了移动性。通信范围不再受环境条件的限制，这样就拓宽了网络传输的地理范围。无线局域网系统能够为用户提供实时的无处不在的网络接入功能，使用户可以很方便地获取信息。 (2)灵活性 安装容易，使用简便，组网灵活，无线局域网可以将网络延伸到线缆无法连接的地方，并可方便地增减、移动和修改设备。无线局域网的组网方式灵活多样，可以通过基础结构接入骨干网，也可以自组网；可以组成单区网和多区网，还可以在不同网间进行移动。 (3)可伸缩性 在适当的位置放置或添加接入点（Access Point，AP）或扩展点（Extend Point，EP），就可以满足扩展组网的需要。 (4)经济性 无线局域网可用于物理布线困难或不适合进行物理布线的地方，如危险区和古建筑等场合，节省了缆线及其附件的费用；省去布线工序，可快速组网，可以节省人员费用，并能将网络快速投入使用，提高了经济效益；对于临时需要网络的地方，无线局域网可以低成本地快速实现；对于需要频繁重新布线或更换地方的场合，无线局域网可以节省长期费用。 2．无线局域网的局限性 (1）可靠性 无线局域网采用无线信道进行通信，而无线信道是一个不可靠信道，存在着各种各样的干扰和噪声，从而引起信号的衰落和误码，进而导致网络吞吐性能的下降和不稳定。此外，由于无线传输的特殊性，还可能产生“隐藏终端”、“暴露终端”和“插入终端”等现象，影响系统的可靠性。 (2）带宽与系统容量 由于频率资源有限，无线局域网的信道带宽远小于有线网的带宽。由于无线信道数有限，即使可以复用，无线局域网的系统容量通常也要比有线网的容量小。因此，无线局域网的一个重要发展方向就是提高系统的传输带宽和系统容量。 (3）兼容性与共存性 兼容性包括多个方面：无线局域网要兼容现有的有线局域网；兼容现有的网络操作系统和网络软件；多种无线局域网标准的兼容，如IEEE802.11b对IEEE802.11的兼容，IEEE802.11g对IEEE802.11b的兼容；不同厂家无线局域网产品间的兼容。 共存性也包括多个方面：同一频段的不同制式或标准的无线网的共存，如2.4GHz频段的WLAN和蓝牙系统的共存；不同频段、不同制式或标准的无线网的共存（多模共存），如2.4GHz频段的WLAN和5.8GHz频段WLAN的共存，无线局域网与GPRS系统的共存等。 (4）覆盖范围 无线局域网的低功率和高频率限制了其覆盖范围。为了扩大覆盖范围，需要引入蜂窝或微蜂窝网络结构，或者通过中继与桥接等其他措施来实现。 (5）干扰 外界干扰可对无线信道和无线局域网设备形成干扰，无线局域网系统内部也会形成自干扰；同时，无线局域网系统还会干扰其他无线系统。因此，在无线局域网的设计与使用时，要综合考虑电磁兼容性能和抗干扰性能，并采用相应的措施。 (6）安全性 无线局域网的安全性有两方面的内容：一个是信息安全，即保证信息传输的可靠性、保密性、合法性和不可篡改性；另一个是人员安全，即电磁波的辐射对人体健康的损害。 (7）节能管理 由于无线局域网的终端设备是便携设备，如笔记本电脑、PDA（个人数字助理）等，为了节省电池的消耗，延长设备的使用时间和提高电池的使用寿命，网络应具有节能管理功能。当某站不处于数据收发状态时，应使机内收发处于休眠状态，当要收发数据时，再激活收发信机。 (8）多业务与多媒体 现有的无线局域网标准和产品主要面向突发数据业务，而对于语音业务"图像业务等多媒体业务的适宜性很差，需要开发保证多业务和多媒体的服务质量的相关标准和产品。 (9）移动性 无线局域网虽然可以支持站的移动，但对大范围移动的支持机制还不完善，也还不能支持高速移动。即使在小范围的低速移动过程中，性能还要受到影响。 (10）小型化、低价格 这是无线局域网能够实用并普及的关键所在。这取决于大规模集成电路，尤其是高性能、高集成度技术的进步。

27 9.5 无线局域网 9.5.3无线局域网的组成原理 无线局域网的物理组成或物理结构如图9.19所示，由站（Station，STA）、无线介质（Wireless Medium，WM）、基站（Base Station，BS）、或接入点（Access Point，AP）和分布式系统（Distribution System，DS）等几部分组成。 (1)站 站（点）也称主机或终端，是无线局域网的最基本组成单元。网络就是进行站间数据传输的，我们把连接在无线局域网中的设备称为站。站在无线局域网中通常用作客户端，它是具有无线网络接口的计算设备。 无线局域网中的站是可以移动的，因此通常也称为移动主机或移动终端。 无线局域网中的站之间可以直接相互通信，也可以通过基站或接入点进行通信、在无线局域网中，站之间的通信距离由于天线的辐射能力有限和应用环境的不同而受到限制、我们把无线局域网所能覆盖的区域范围称为服务区域（Service Area，SA），而把由无线局域网中移动站的无线收发信机及地理环境所确定的通信覆盖区域（服务区域）称为基本服务区（Basic Service Area，BSA），也常称为小区（Cell），它是构成无线局域网的最小单元、在一个BSA内彼此之间相互联系。相互通信的一组主机组成了一个基本业务组（Basic Service Set，BSS）。由于考虑到无线资源的利用率和通信技术等因素，BSA不可能太大，通常在100m以内，也就是说同一BSA中的移动站之间的距离应小于100m (2)无线介质 无线介质是无线局域网中站与站之间、站与接入点之间通信的传输介质。在这里指的是空气，它是无线电波和红外线传播的良好介质。无线局域网中的无线介质由无线局域网物理层标准定义。 (3)无线接入点（AP） 无线接入点（简称接入点）类似蜂窝结构中的基站，是无线局域网的重要组成单元。无线接入点是一种特殊的站，它通常处于BSA的中心，固定不动。 无线接入点也可以作为普通站使用，称为AP Client。 (4)分布式系统DS 一个BSA所能覆盖的区域受到环境和主机收发信机特性的限制。为了覆盖更大的区域，我们就需要把多个BSA通过分布式系统连接起来，形成一个扩展业务区（Extended Service Area，ESA），而通过DS互相连接起来的属于同一个ESA的所有主机组成一个扩展业务组（Extended Service Set，ESS）。 分布式系统是用来连接不同BSA的通信信道，称为分布式系统信道（Distribution System Medium，DSM）。DSM可以是有线信道，也可以是频段多变的无线信道。这样在组织无线局域网时就有了足够的灵活性。在多数情况下，有线DS系统与骨干网都采用有线局域网（如IEEE802.3）。而无线分布式系统（Wireless Distribution System，WDS）可通过AP间的无线通信（通常为无线网桥）取代有线电缆来实现不同BSS的连接。 图9.19 无线局域网的物理结构

28 9.5 无线局域网 9.5.4无线局域网的拓扑结构 WLAN的拓扑结构可从几个方面来分类。从物理拓扑分类看，有单区网（Single Cell Network，SCN）和多区网（Multiple Cell Networks，MCN）之分；从逻辑上看，WLAN的拓扑主要有对等式、基础结构式和线型、星型、环型等；从控制方式方面来看，可分为无中心分布式和有中心集中控制式两种；从与外网的连接性来看，主要有独立 WLAN和非独立 WLAN。 BSS是 WLAN的基本构造模块。它有两种基本拓扑结构或组网方式，分别是分布对等式拓扑和基础结构集中式拓扑。 1.分布对等式拓扑 分布对等式网络是一种独立的BSS（IBSS），它至少有两个站。它是一种典型的、以自发方式构成的单区网。在可以直接通信的范围内，IBSS中任意站之间可直接通信而无需AP转接，如图9.20所示。由于没有 AP，站之间的关系是对等的（Peer to Pee）、分布式的或无中心的。由于IBSS网络不需要预先计划，随时需要随时构建，因此该工作模式被称作特别网络或自组织网络（Ad Hoc Network）。采用这种拓扑结构的网络，各站点竞争公用信道。当站点数过多时，信道竞争成为限制网络性能的要害。因此，比较适合于小规模、小范围的 WLAN系统。 2．基础结构集中式拓扑 在 WLAN中，基础结构（Infrastructure）包括分布式系统媒体（DSM）、AP和端口实体。同时，它也是ESS的分布和综合业务功能的逻辑位置。一个基础结构除DS外，还包含一个或多个AP及零个或多个端口。因此，在基础结构 WLAN中，至少要有一个 AP。只包含一个AP的单区基础结构网络如图9.21所示。AP是BSS的中心控制站，网中的站在该中心站的控制下与其他站进行通信。 图9.20 IBSS工作模式 图9.21 基础结构BSS工作模式

29 9.5 无线局域网 9.5.5无线局域网的应用 无线局域网的应用无线局域网的应用非常广泛，应用方式也很多。从总体上分，无线局域网主要有室外应用和室内应用两类。公共无线局域网接入（Public Access）是近两年来发展起来的新的应用模式，它借助于现有的广域网络，如中国电信的公共数据网、公共移动网（GSM、GPRS、CDMA2000-1X等），构成广大区域的无线ISP。当前的构造方式主要是在热点（Hotspots）场所部署无线局域网。 WLAN有三类应用方式，即WLAN接入、网络无线互联和定位。前两类应用已经比较普遍，而WLAN定位应用是近两年才发展起来的，是与无线广域网的定位类似的一种应用方式。WLAN定位不仅可以单独应用，而且可以将其与其他应用结合起来，进一步促进WLAN的应用。

30 9.6 宽带光网络 光网络（OpticalNetworks）是一个简单通俗的名称，包容十分广泛。仅从字面上理解，它兼具“光”和“网络”两层含义：前者代表由光纤提供的，大容量、长距离、高可靠的链路传输手段；后者则强调在上述媒质基础上，利用先进的电子或光子交换技术，引入控制和管理机制，实现多节点间的联网，以及针对资源与业务的灵活配置。 9.6.1光网络的体系结构 1.分层 光网络是一套复杂的网络体系，不同厂商提供的设备在网中协调工作，不同的网络元件执行不同的功能。为了简化网络分析，可以将网络按照不同的功能分成相应的层，如图9.22所示。每一层完成一定的功能并为其紧邻的上层提供服务，换句话说，上层希望下层为其传送一定的服务。相邻层之间的网络服务接口成为服务接入点SAP，SAP可以复用，相当于在层之间可提供不同类型的服务。 (1)光传输段层 该层为光复用段信号在不同类型的光媒质上提供传输功能。整个光网络架构在最底层的物理媒质基础上，即物理媒质层网络应当是光传输段层的服务者。 (2)光复用段层 该层保证相邻两个波长复用传输设备之间多波长复用光信号的完整传输，为多波长信号提供网络功能。它可以处理光复用段开销，保证多波长光复用段适配信息的完整性；实施对光复用段的监控，支持段层的维护和管理；解决复用段生存性问题等。 (3)光信道层 该层通过位于接入点之间的光信道路径给客户层的数字信号提供传送功能。负责为不同类型的客户连接建立并维护端到端的光通道，处理相关的光信道开销，如各类连接监视、通用通信通路、自动保护倒换等信息。 图9.22 光网络分层模型

31 9.6 宽带光网络 9.6.1光网络的体系结构 2.网络组成要素 (1)网络链路
光网络中相邻的光网络结点ONN之间的光纤链路称为网络链路,它和ONN之间相互连接关系的图形称为网络的物理拓扑,网络链路的功能是尽可能大地提供通信容量, 通信容量常用带宽距离积用BL来表示。由于光纤本身提供了巨大的带宽资源,必须采用光波复用技术才能充分挖掘光纤的带宽资源。 (2)光网络接点（ONN） 光网络结点ONN是建立光层的光通道OP的物理实体,其功能越强,网络结构就越灵活,越能满足不同用户的需要以及用户负荷的变化。ONN的基本功能是在网络管理系统的作用下通过结点控制器ONC完成光信号之间的交换和路由选择、复用等。 (3)光网络接入节点（ONA） ONA的功能是使用光层的服务为连接到它外部端口的电的网络结点如交换机等设备或终端系统提供服务。在我们所讨论的网络结构中的所有逻辑连接(LC)、传输信道和波长信道层上的功能执行都是在网络接入结点上来完成的,因此接入结点主要执行两大功能:第一,它负责将外部的逻辑连接(LC)通过接口与ONA的光收发器相连；第二, 完成信号在电域和光域之间转换。这里主要以为了支持点到点的逻辑连接(LC)和光层信号的传输为主讨论ONA所必须具有的功能。

32 9.6 宽带光网络 9.6.1光网络的体系结构 3.光连接与逻辑连接 (1)网络连接的控制与管理
网络的主要目的是在网络的任意两个结点之间建立连接以便交换信息,对于任一规模很大的网络,网络的连接可分为永久性光连接(静态)和非永久性光连接(动态重构)。 对于永久性光连接,一旦建立就不可拆除；非永久性光连接在建立起来后,随后的任何时间都可以拆除。网络的连接离不开网管系统对连接的控制与管理。由于网管有集中式和分布式,网络连接的控制与管理也可以采用集中方式和分布方式。 (2)光连接 (3)逻辑连接 逻辑连接的建立过程是:先将多个逻辑连接(LC)在传送平面（TP）上进行复用,然后用复用的信号来调制光发射机(OT),从而产生一个光连接(0C), 每一个光连接分别承载于一个波长信道上,最后再将多个波长信道复用到一个光通路上。 (1)网络连接的控制与管理 网络的主要目的是在网络的任意两个结点之间建立连接以便交换信息,对于任一规模很大的网络,网络的连接可分为永久性光连接(静态)和非永久性光连接(动态重构)。 对于永久性光连接,一旦建立就不可拆除；非永久性光连接在建立起来后,随后的任何时间都可以拆除。网络的连接离不开网管系统对连接的控制与管理。由于网管有集中式和分布式,网络连接的控制与管理也可以采用集中方式和分布方式。对于集中方式,大部分工作都是通过网管中心采用集中方式来实现的,然而这种方式的实现是相当缓慢的，因而有些要求快速响应的功能,如故障响应、连接的建立与释放等不得不分散处理。现在倾向于采用分布式方式,其理由是:响应过程比集中式快,像在有几个结点的SDH环网中故障恢复在6Oms内完成,如采用集中方式是不可能的；适合于网络规模的不断扩大,在网络规模不断扩大的情况下,单个的网管中心管理整个网是很困难的,更有甚者,网络由多个不同管理者运行的区域组成时,不同区域的管理者在相互协调执行一定的功能时必须互相通信。 (2)光连接 下面讨论波长路由网络中的光连接情况。要在这样的一个网络中建立一个光连接,首先应先建立一个经过一系列的光网络结点的通路,该通路运行在-个指定的波长上,接着把源端的发射机和目的端的接收机波长都调谐到已经选择的波长上去。以上这些操作分别发生在光通道层OCH上和波长信道子层上。因此,在这一层的连接性是光收发器和网络结点相互合作来完成的。对于那些按需连接的情况,建立和拆除连接都要在发起任务的一方与网络管理之间利用信令信息进行协调,接着由网络管理分发路由和波长分配的请求信息,并将这些信息传输到该连接上所包括的所有网络元素(接入结局或网络结点)。这些路由和波长分配的请求通常是由路由表的查询或是执行适当的路由和波长分配算法来完成的。 (3)逻辑连接 如果一个光连接被建立起来了,那么它就可以通过分配合适的传输信道来承载一个或 多个逻辑连接(LC),这些传输信道分别用来使每一个逻辑连接(LC)能够适应于支持它们的光连接。

33 9.6 宽带光网络 9.6.2 IP OVER SDH 1. SDH简介 SDH为物理层技术，用来传输和复用，传输速率可高达10Gbps，是国际电联（ITU）标准。而SONET是美国标准委员会（ANSI）的标准，两者只是在复用机制上有所不同，而其余技术均相似，本文以IP over SDH为例。 2. IPOverSDH IP over SDH是以SDH网络作为IP数据网络的物理传输网络,它使用链路适配及成帧协议对IP数据包进行封装,然后按字节同步的方式把封装后的IP数据包映射到SDH的同步净负荷包(SPE)中。目前广泛使用PPP协议对IP数据包进行封装, 并采用HDLC帧格式,即IP/PPP/HDLC/SDH,PPP协议提供多协议封装、差错控制和链路初始化控制等功能,而HDLC帧格式负责同步传输链路上PPP封装的IP数据帧的定界。 图9.23给出了IP over SDH网络的体系结构,它由物理层、数据链路层和网络层组成。物理层遵守SDH传输网标准,数据链路层包括点对点协议PPP和高级数据链路规程HDLC,网络采用TCP/IP协议。IP over SDH的另一种叫法POS,POS是英文Packet Over SDH的缩写,由于网络业务分组化实质上主要指IP化,因此,POS实际上是指在SDH网络传送分组(Packet)。 图9.23IP over SDH的网络体系结构

34 9.6 宽带光网络 9.6.3 IP OVER DWDM IP over DWDM是目前最有发展前途的宽带IP网络技术,采用密集波分复用技术DWDM能极大地提高网络的带宽。许多专家认为,IP over DWDM代表了未来信息高速公路的发展方向,又与万兆位以太网相结合,将会对现有的网络技术产生难以估量的冲击。 1.IP over DWDM的关键技术 (1)差错检测。 在SDH系统中,信号差错检测功能是由SDH帧的OAM开销比特来实现的。在SDH+DWDM系统中,SDH层位于DWDM层之上,其差错检测功能也可由SDH来实现。在SDH设备、DWDM设备、SDH中继器和其他支持SDH的接口卡上可实现差错检测。对非SDH系统,情况就比较复杂。通过DWDM层的传输信号直接采用相关的协议。 (2)前向纠错(FEC)。 全光DWDM系统采用前向纠错技术,实现方法有以下两种: ◇将FEC数据放入未使用的SDH开销部分,其性能受SDH中可用来使用的开销空间限制。这种方法也称为带内FEC。 ◇采用单独的线路来传输FEC编码数据,这种方法称为带外FEC,其缺点是会增加线路。

35 9.6 宽带光网络 9.6.3 IP OVER DWDM 1.IP over DWDM的关键技术 (3)故障冗错。
DWDM系统除了要提供波长管理和路由选择的灵活性外,骨干网必须支持光网络的高可靠性和高生存能力,主要包括交换保护和故障恢复。全光网络的建立为提供光层网络保护奠定了基础,1+1光复用段保护(MSP)是目前DWDM的一种解决方案。类似于SDH的1+1复用段保护,WADM可采用多种先进的光层保护交换技术。 (4)波长路由选择。 全光网络的最大特点是可实现波长路由选择,信号的波长就像Internet的IP地址,可由波长路由器来实现波长和交换。 ◇独立的路由选择方案, 即解决所谓的路由选择和波长分配(RWA)问题,这两个问题取决于光结点是否要进行波长变换以及使用何种光纤(单模或多模)。 ◇集成的路由选择方案,即解决虚拟拓扑、路由选择和波长分配。解决的方法是采用多协议波长交换MPLS技术,如果某结点或网段发生故障,MPLS无需向整个网络传播路由更新信息,这减少了路由选择的问题。

36 9.6 宽带光网络 9.6.3 IP OVER DWDM 1.IP over DWDM的关键技术 (5)网络控制管理。
光网络面临的一个问题是网络控制管理,包括故障管理、配置管理、性能管理、安全管理、计费管理和带宽管理等。 (6)服务透明性。 服务透明性是指网络中传输信号时无须额外的信息,将来的安全网络应具有高度的透明性,能够透明地处理不同的业务。比特率独立是服务透明性的必要条件,网络中光电处理可能会引入较小的抖动。为了消除抖动和再生出高质量的信号,需要采用某种定时关系,解决这一问题的方法是采用与比特率无关、带重新定时功能的光电再生器。协议透明和比特率无关即通道服务透明性,这是发展全光网络和完整光传输层的基础。 (7)互操作性。 新技术的应用需要标准化,以便实现多厂商设备互联。互操作性的关键是完整定义与光结点相关的信息,例如管理信道的格式,光信号的物理特性也需要标准化。

37 9.6 宽带光网络 9.6.3 IP OVER DWDM 2．面临的主要问题。 (l)IP over DWDM自愈能力
DWDM和IP技术的融合(即IP over DWDM)有望动摇SDH作为电信支撑网络的地位。IP over DWDM网络主要依靠两个层面来实现自愈保护:DWDM传输层和IP 层。 在DWDM传输层实现自愈保护功能,不仅自愈恢复时间可小于10-2s,而且能确保网络路由的稳定,避免网络路由震荡。 在IP层实现自愈保护功能,是IP网络的基本功能,但完全依靠路由协议来实现IP 网络自愈恢复所需的时间都在分钟级,难以满足电信业务对业务质量的要求。 将IP网络设备与DWDM传输设备集成在一起是一种解决目前IP over DWDM自愈能力差的有效方法。 (2)业务质量保证 IP over DWDM面临的另一个问题是如何保证网络的业务质量。传统的IP网络只支持“尽力传送”的非实时业务,随着因特网的广泛应用,人们开始大量将其他应用加载到IP网络上。IP要作为未来支持所有电信业务的统一网络平台,必须满足各种电信业务对于业务质量的不同要求。

38 9.7 其它接入技术 9.7.1 LMDS 1.什么是LMDS LMDS（Local Multi-point Distribution Service）定位为宽带固定无线接入技术，其中文名称为本地多点分配业务系统，LMDS这几个字母的含义如下： L（本地）：指在一个小区的覆盖区域内、在其频率范围限度内，信号的传播性。目前在城市进行的网络试验显示，LMDS基站发射机的范围最大达5 km。 M（多点）：由基站到用户的信号是以点对多点或广播方式发送，而由用户到基站的信号回传则是以点对点的方式传送。 D（分配）：指信号的分配方式，它可同时包括话音、数据、因特网服务和视像业务，将不同的信号分配到不同的用户站（接受设备）。 S（业务）：指网络运营者与用户之间在业务上是提供与使用关系，即用户从LMDS网络所能得到的业务服务完全取决于网络运营商对网络业务的选择。

39 9.7 其它接入技术 2.LMDS的基本特点 LMDS由一系列蜂窝状的无线发射枢纽组成，每个蜂窝由点对多点的基站和用户站构成。LMDS有以下主要特点： （1）单个基站所能覆盖的范围有限。根据所采用频率的高低，LMDS的覆盖半径一般为（3～7）km。因此该技术主要应用于本地接入，是提供“最后一公里”的一种解决方案。 （2）从基站到用户的下行信号采用点到多点方式，这也是“多点分配”的含义所在。用户到基站的上行传送可以采用FDMA（频分多址）方式，也可以采用TDMA（时分多址）方式，相对比较灵活。 （3）提供的业务范围广泛。LMDS可以提供包括窄带话音到宽带数据等各种业务。用户能够从LMDS网络得到的业务，完全取决于运营者对业务的选择。 3.LMDS系统组成 一个典型的LMDS系统通常由基站设备、用户端设备和网管系统组成， 基站设备主要提供LMDS系统至核心网络的接口，完成信号在核心网络至无线传输之间的转换并负责无线资源的管理。基站设备包括与核心网络相连的接口模块、调制与解调模块及通常置于楼顶的微波收发模块。基站可以采用全向天线覆盖，也可以扇区化，从而增加系统容量。 用户侧设备的配置差异较大，不同厂家的设备有不同的应用需求，选择也不一样。一般说来，用户侧设备由室外单元（含定向天线和微波收发设备）和室内单元（含调制解调设备和至用户设备的接口模块）所组成。 网管系统具有系统配置、业务管理、告警和故障诊断、性能分析和安全管理等功能，是LMDS系统重要组成部分。

40 9.7 其它接入技术 9.7.1 LMDS 4.主要技术特点 (1)工作频段
目前世界上不少国家都规划了 LMDS 的应用频段。这些国家的频谱分配一般集中24 GHz，26 GHz，28 GHz，31 GHz和38 GHz等几个频段，其中（27.5~29.5）GHz最为集中，差不多80%的国家都将本国的频谱分配在这一频段之内。 (2)多址方式 LMDS 下行主要采用 TDM（时分复用）的方式将信号向相应扇区广播，每个用户终端在特定的频段内接收属于自己的信号。这里要说明的多址方式是指基站设备采用何种办法正确接收来自本扇区内多个远端用户的信号。目前各厂家主要采用TDMA和FDMA两种方式中的一种，也有个别厂家声称可以同时支持两种方式。 (3)调制方式 目前各厂家普遍支持的调制方式为 QPSK（四相相移键控），也有不少厂家支持16QAM（正交振幅调制）甚至64QAM。

41 9.7 其它接入技术 9.7.1 LMDS 5.拓扑结构 LMDS系统的拓扑结构与局域网类似，可以有星型和环型两种主要结构形式。星型结构是指基站采用全向或扇区天线与采用定向天线的远端用户终端直接进行微波通信，前面的介绍主要侧重于这种拓扑结构（见图9.24）。环型结构是指相邻服务节点之间采用定向天线彼此进行微波通信，中央节点处于网络枢纽位置，负责微波环路上业务量的汇聚和转接（见图9.25）。 比较而言，星型拓扑结构比较适合于用户分布较确定和较集中的环境，环型拓扑更适合于用户比较稀少、地理环境比较复杂的环境。究竟采用何种方式组织网络，需要综合考虑业务需求以及各种解决方案的性能价格比。 图9.25环型LMDS系统拓扑结构 图9.24星型LMDS系统拓扑结构

42 9.7 其它接入技术 9.7.1 LMDS 6.应用 归纳起来，LMDS技术主要有如下一些应用。 (1)租用线业务
租用线业务（Leased Lines Service）提供用户终端至网络的E1或部分E1（N×64 kb/s）、帧中继（FR）连接等。主要应用于PABX（用户自动交换机）连接，基于专线的广域网连接应用等。 (2)突发数据业务（Bursty Data Services） 这类业务的应用包括 Internet、Intranet 以及局域网互联等，主要面向企业、SOHO（Small Office，Home Office）以及居民用户等。 (3)交换话音业务（Switched Telephony Services） 这类业务主要为传统的话音和ISDN通信提供接入，网络接口可以是V5.2或其他符合标准的接口。 (4)数字视频业务（Digital Video Services） 这类业务的应用包括VOD、数字标清或高清晰度广播等。从网络角度来说，考虑到业务的不对称性，采用有QoS保障的突发数据方式来支持这类业务比较理想。当然采用租用线的方式也能支持这类业务。具体如何实现，还要由综合业务需求和技术可实现性决定。

43 9.7 其它接入技术 9.7.2 WiMAX WiMAX（World Interoperability for Microwave Access）全称为全球微波接入互操作性，是基于IEEE802.16标准的无线城域网技术。WiMAX组织从2001年开始制定标准，并对芯片、设备进行认证，规模经济使成本下降成为可能，WiMAX的应用领域也随之扩大。 现在WiMAX组织包括芯片制造商（例如英特尔）、设备供应商（例如阿尔卡特）、电信运营商（例如BT英国电信），产业链已经十分完整。参照WiFi的经验。WiMAX的规模应用为期不远。 1.WiMAX发展现状 我国在经历了建设WLAN“热点不热”的情况下，对待WiMax显然更为理性。一方面力推局域网中国标准(WAPI)；另一方面在WiMax论坛中，国内厂家仅华为、中兴、润讯三家企业加入，另有3～5家企业正在申请加入，国内电信行业运营商均没有参加。目前，中国已经对WiMax的频段做了相应规划，中国无线电管理委员会已将3.4GHz频段预留，可用于发展WiMax。 2.WiMAX的技术优势 (1)实现更远的传输距离；(2)提供更高速的宽带接入；(3)提供优良的最后一公里网络接入服务 (4)QoS保证；(5)开销及投资风险较小；(6)系统容量的可升级性；(7)较高的安全性 WiMAX的技术优势 (1)实现更远的传输距离 WiMax所能实现的50公里的无线信号传输距离是无线局域网所不能比拟的，网络覆盖面积是3G发射塔的10倍，只要少数基站建设就能实现全城覆盖，这样就使得无线网络应用的范围大大扩展。 (2)提供更高速的宽带接入 WiMAX技术在链路层加入了ARQ机制，减少到达网络层的信息差错，可大大提高系统的业务吞吐量。WiMax采用OFDM（正交频分复用技术）编码，所能提供的最高接入速度是70M，这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍。对无线网络来说，这的确是一个惊人的进步。 (3)提供优良的最后一公里网络接入服务 作为一种无线城域网技术，它可以将Wi－Fi热点连接到互联网，也可作为DSL等有线接入方式的无线扩展，实现最后一公里的宽带接入。WiMax可为50公里线性区域内提供服务，用户无需线缆即可与基站建立宽带连接。 (4)QoS保证 WiMAX可以向用户提供具有QoS性能的数据、视频、话音（VoIP）业务。WiMAX可以提供三种等级的服务：CBR（ConstantBitRate）、CIR（CommittedInformationRate）、BE（BestEffort）。CBR的优先级最高，任何情况下网络操作者与服务提供商以高优先级、高速率及低延时为用户提供服务，保证用户订购的带宽。CIR的优先级次之，网络操作者以约定的速率提供，但速率超过规定的峰值时，优先级会降低，还可以根据设备带宽资源情况向用户提供更大的传输带宽。BE的优先级更低，这种服务类似于传统IP网络的尽力而为的服务，网络不提供优先级与速率的保证。 (5)开销及投资风险较小 设备的互用性使运营商能从多个设备制造商处购买WiMAX Certified设备，稳定的基于标准的平台将激发各层，网络管理，天线等技术的创新，从而改善运营费用的问题。 (6)系统容量的可升级性 新增扇区简易，灵活的信道规划使容量达到最大化，并且允许运营商根据用户的发展来逐渐升级扩大网络。灵活的信道带宽规划适应于多种频率分配情况。从单个用户到数以百计的用户，MAC层协议可以保持高效的分配机制。 (7)较高的安全性 WiMAX系统安全性较好。WiMAX空中接口专门在MAC层上增加了私密子层，不仅可以避免非法用户接入，保证合法用户顺利接入，而且提供加密功能，充分保护用户隐私。

44 9.7 其它接入技术 9.7.2 WiMAX 3. WiMAX的工作模式 (1)点对多点宽带无线接入
点对多点的应用可以适应于固定、游牧和便携模式。在xDSL或者Cable接入方式难以覆盖的地方，WiMAX将是最有竞争力的替代方案。与DSL等有线接入相比，WiMAX技术较少受距离和社区用户密度的影响；对于一些临时性的聚集地，例如展会和体育赛场，WiMAX可以发挥快速部署的灵活性，这一点尤其适合未来在奥运项目中应用。 (2)点对点无线宽带接入 点对点无线宽带接入主要用于点对点的方式进行无线回传和中继服务。点对点无线宽带接入不仅大大延伸了WiMAX网络覆盖范围，而且可以为运营商的2G/3G网络基站以及WLAN热点提供无线中继传输。同时可以用于企业网的远程互联和接入。 (3)蜂窝状组网方式 WiMAX基站可以组成与现有GSM/CDMA网络相似的蜂窝状网络。采用基于IEEE802.16e标准的系统可提供稳定、高质量的移动语音服务以及高带宽的移动数据业务。利用WiMAX每比特成本低的特点，为手持终端用户提供经济、方便的移动宽带无线服务。

45 9.7 其它接入技术 9.7.3 RPR 近两年来各种新一代的城域网技术层出不穷，其中弹性分组数据环（RPR-ResilientPacketRingIEEE802.17）技术以技术的先进性、投资的有效性、性能的优越性、支持业务的多样性为城域网提供了一个很好的解决方案，受到了人们的青睐。 历史上，SONET已经成为人们选择的传输方式，因为它不仅能够恢复光纤的传输损耗，还能够有效地支持环形拓扑结构。弹性分组数据环RPR技术是为了满足基于分组城域网的要求而设计的新型网络体系结构和技术；是一种由分组交换节点组成的环形网络，相邻的节点通过一对光纤连接；其网络拓扑是基于两个相反方向传输的环。 1.RPR的技术特点 　　(1)传输带宽的有效复用 (2)快速的环保护倒换（50ms）功能 (3)拓扑的自动发现 (4)接入控制与公平算法 (5)简单的业务提供 RPR的技术特点 　　(1)传输带宽的有效复用 　　传统的SONET网络需要环带宽的50%作为冗余，RPR则不然，它仍然保持类似于SONET PS的保护机制，利用两个反向旋转的环来控制数据业务量，特别是采用了空间重用协议SpatialReuseProtocol，简称SRP）。空间重用是指在空间上没有重复的业务流，各业务流可以互不影响地利用各自的线路带宽。简单地说就是正常情况下，数据在源节点和目标节点之间的最短弧上传输，并在同一时间内可以有多个节点相互通信。这样，多个节点可以同时收发分组，提高了环带宽的利用率，特别在环上节点数较多的情况下，带宽的利用率改善尤为明显。 (2)快速的环保护倒换（50ms）功能 RPR传输能够提供５０ms的源路由保护，正常情况下，RPR的两根光纤都是工作光纤。当发生光纤中断或节点故障时，节点光纤入口物理层设备检测到错误，并将该信息通知MAC层，把故障路径方向的数据流切换到反方向光纤；同时发出一个控制信令分组通知其他节点，其余节点收到这个控制信令分组后，也把所有业务转移到有效环上。RPR的这种基于源路由的保护倒换机制，可以实现把数据转换到最佳路径上去。在保护切换过程中，会按照业务流的不同服务等级决定倒换次序和带宽分配策略。 (3)拓扑的自动发现 即环上各节点均知道环上其他节点的识别号以及相应的连接关系。每隔一段固定的时间或者当RPR光纤环在初始化过程中加入或者删除节点、某节点失效或光纤中断而引发环保护倒换时，环上的节点向单环或双环上发送拓扑发现分组来实现自动拓扑发现功能。其他节点接受到该拓扑发现分组后，把本节点的MAC地址以及节点状态（如是否处于倒换状态等）附件在该分组后面，然后向下游节点转发。如果节点在倒换状态下，则分组被倒换到反向环上传输，其他节点收到倒换的拓扑发现分组后，如果分组中的环标记和当前环标记不同时，不在进行分组AC操作。 最后当发出拓扑发现分组的节点收到返回的分组时，把拓扑发现分组从环上剥离，同时根据分组中的信息计算更新本地的拓扑图。最终RPR环上每个节点详细掌握着网络的拓扑图和每条链路的状态。拓扑自动发现使得网络初始化配置变地极其简单，并避免了手工配置带来的错误。拓扑自动发现功能是RPR中各项主要功能的基础，不仅对于路由寻找、保护倒换至关重要，同时也大大有利于网络的OAM。 (4)接入控制与公平算法 由于RPR环的统计复用性质，其带宽的管理和控制是分布式的，即有各节点的控制算法来集体确定。为保证各节点的业务均有平等享有带宽的权利，公平算法应使各节点入环的业务在存在竞争的情况下机会均等。同时为保证业务传输的QoS，在进行接入控制时可根据IEEE802.1P，设立各业务等级（CoS）队列，以保证各点的高等级业务优先于低等级业务。 (5)简单的业务提供 RPR的目标之一是分布式接入。分布式接入、快速保护和业务的自动重建为节点的快速插入和删除提供了即插即用机制。RPR也是一项在环内使用共享宽带的分组交换技术，每一个节点都知道环的可用容量。在传统的电路交换模式下，全网络型连接需要(n2-ｎ)/2（ｎ的平方减去ｎ的差除以２，ｎ为节点数）个点到点连接，而RPR只须一个与环的业务连接，简化了工作。

46 9.7 其它接入技术 9.7.3 RPR 2.RPR的实现方案 　 RPR的具体实现方案可以分为三类：独立式的基于２层的RPR实现方案；基于路由器的单RPR实现方案；基于MSTP的RPR实现方案。其中独立式的基于２层的RPR实现方案主要适用于IP城域网的接入层和汇聚层，是目前最成熟的一种解决方案；基于２层的RPR产品具有很强的组网能力，可以支持线性、相切环、相交环等拓扑以及双节点互连（DNI）跨环保护等，这些产品可以应用于小城市中的IP城域网的核心层。 3.RPR的应用前景 RPR在传输以数据为主的业务时，其带宽利用率与SONET技术相比可提高２-８倍，同时快速的环保护倒换及相应的QoS机制又保证了数据业务传输的性能质量，使其成为面向数据的城域网的主要解决方案之一。随着RPR技术的不断完善，其应用将越来越广泛。

47 9.7 其它接入技术 9.7.4 MSTP 1.MSTP概念 MSTP（基于SDH 的多业务传送平台）是指，基于SDH 平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。基于SDH的多业务传送节点除应具有标准SDH传送节点所具有的功能外，还具有以下主要功能特征: （1）具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的接入功能； （2）具有TDM业务、ATM业务或以太网业务的传送功能包括点到点的透明传送功能； （3）具有ATM业务或以太网业务的带宽统计复用功能； （4）具有ATM业务或以太网业务映射到SDH虚容器的指配功能。 2.MSTP工作原理 MSTP可以将传统的SDH复用器、数字交叉链接器（DXC）、WDM终端、网络二层交换机和IP边缘路由器等多个独立的设备集成为一个网络设备，即基于SDH技术的多业务传送平台（MSTP），进行统一控制和管理。基于SDH的MSTP最适合作为网络边缘的融合节点支持混合型业务，特别是以TDM业务为主的混合业务。它不仅适合缺乏网络基础设施的新运营商，应用于局间或POP间，还适合于大企事业用户驻地。而且即便对于已敷设了大量SDH网的运营公司，以SDH为基础的多业务平台可以更有效地支持分组数据业务，有助于实现从电路交换网向分组网的过渡。所以，它将成为城域网近期的主流技术之一。

48 9.7 其它接入技术 9.7.4 MSTP 3.MSTP的特点 (1)业务的带宽灵活配置，MSTP上提供的10/100/1000Mbit/s系列接口，通过VC的捆绑可以满足各种用户的需求； (2)可以根据业务的需要，工作在端口组方式和VLAN方式。 (3)可以工作在全双工、半双工和自适应模式下，具备MAC地址自学习功能； (4)QoS设置： QoS实际上限制端口的发送，原理是发送端口根据业务优先级上有许多发送队列，根据QoS的配置和一定的算法完成各类优先级业务的发送。因此，当一个端口可能发送来自多个来源的业务，而且总的流量可能超过发送端口的发送带宽时，可以设置端口的QoS能力，并相应地设置各种业务的优先级配置。当QoS不作配置时，带宽平均分配，多个来源的业务尽力传输。 (5)对每个客户独立运行生成树协议。 4.MSTP的优势 (1)对于专线业务，大致可以划分为固定带宽业务和可变带宽业务。对于固定带宽业务，MSTP设备从SDH那里集成了优秀的承载、调度能力；对于可变带宽业务，可以直接在MSTP设备上提供端到端透明传输通道，充分保证服务质量，可以充分利用MSTP的二层交换和统计复用功能共享带宽，节约成本，同时使用其中的VLAN划分功能隔离数据，用不同的业务质量等级（CoS）来保障重点用户的服务质量。

49 9.7 其它接入技术 9.7.4 MSTP 4.MSTP的优势 (2)在城域汇聚层，实现企业网络边缘节点到中心节点的业务汇聚，具有节点多、端口种类多、用户连接分散和较多端口数量等特点。采用MSTP组网, 可以实现IP 路由设备10M/100M/1000M POS和2M/FR业务的汇聚或直接接入，支持业务汇聚调度，综合承载，具有良好的生存性。根据不同的网络容量需求，可以选择不同速率等级的MSTP设备。 5.MSTP的应用 MSTP技术在现有城域传输网络中备受关注，得到了规模应用，并且即将作为业界的一项行业标准而发布。它的技术优势与其他技术相比在于：解决了SDH技术对于数据业务承载效率不高的问题；解决了ATM/IP 对于TDM业务承载效率低、成本高的问题；解决了IP QoS不高的问题；解决了RPR技术组网限制问题，实现双重保护，提高业务安全系数；增强数据业务的网络概念，提高网络监测、维护能力；降低业务选型风险；实现降低投资、统一建网、按需建设的组网优势；适应全业务竞争需求，快速提供业务。 MSTP使传输网络由配套网络发展为具有独立运营价值的带宽运营网络，利用自身成熟的技术优势提供质高价廉的带宽资源，满足城域带宽需求。由于自身多业务的特性，利用B-ADM 设备构建的城域传输网可以根据用户的要求提供种类丰富的带宽服务内容，MSTP技术体制下的B-ADM设备在网络调度、设备等一些方面融入运营理念、智能特性，实现业务的方便、快捷的建立，从而进一步保证带宽运营的可实施性，满足市场对于城域传输网络的需求。