無(wú)線光纖寬帶接入網(wǎng)對(duì)多媒體通信網(wǎng)絡(luò)的影響及關(guān)鍵技術(shù)分析

1、無(wú)線-光纖寬帶接入網(wǎng)對(duì)多媒體通信網(wǎng)絡(luò)的影響及關(guān)鍵技術(shù)分析重慶郵電大學(xué)研究生堂下考試答卷2013-2014學(xué)年第2學(xué)期考試科目 多媒體通信技術(shù) 姓 名 年 級(jí) 2013級(jí) 專(zhuān) 業(yè) 信息與通信工程 2014 年 6月 10日無(wú)線-光纖寬帶接入網(wǎng)對(duì)多媒體通信網(wǎng)絡(luò)的影響及關(guān)鍵技術(shù)分析（重慶郵電大學(xué)，重慶 400065）摘要：近年來(lái)，隨著多媒體業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)，通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)接入網(wǎng)的要求越來(lái)越來(lái)高。無(wú)線-光纖寬帶接入網(wǎng)絡(luò)（WOBAN）作為一種混合型的接入方案，能夠發(fā)揮光纖接入和無(wú)線接入技術(shù)的優(yōu)勢(shì)為用戶提供更為理想的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，但同時(shí)仍有一些需要解決的技術(shù)難題。本文介紹了一種用于無(wú)線-光纖寬帶接入網(wǎng)絡(luò)（WOBAN）下

2、視頻服務(wù)的無(wú)線保護(hù)切換方案，該方案引進(jìn)了用于多服務(wù)應(yīng)用程序的無(wú)線功能的ONU（稱(chēng)為WONU），并使用無(wú)線資源來(lái)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)免受光纖故障。在最后一段光纖鏈路被切斷時(shí)，無(wú)線保護(hù)方案會(huì)建立跨ONU通信的兩個(gè)WONU之間的無(wú)線鏈路保護(hù)來(lái)恢復(fù)服務(wù)。且在WOBAN測(cè)試平臺(tái)上的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案能有效地使用無(wú)線資源保護(hù)的視頻服務(wù)。關(guān)鍵詞：多媒體通信網(wǎng)；視頻服務(wù)；無(wú)線-光纖寬帶接入網(wǎng)（WOBAN）；服務(wù)質(zhì)量（QoS）；光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）The impact of Wireless-Optical Broadband Access Network on multimedia and key technology

3、 analysisXIAO Yong-xing, Student ID: S130101193(Multimedia Communications Research Laboratory, The Chongqing University of Posts and Telecommunications, Chongqing 400065)Abstract: In recent years, with the growth of multimedia services, the requirements of the access network become increasingly high

4、. Wireless - Optical broadband access network (WOBAN), as a hybrid access network, can take advantage of optical access and wireless access technology to provide users with more ideal network service. However, there are still some technical problems that have to be solved. The paper proposes a wirel

5、ess protection switching scheme for video service in Optical-Wireless Broadband Access Network, which introduces the ONU with wireless function (called WONU) for multiple service applications, and uses the wireless resource to protect the network from fiber failure. It establishes the wireless prote

6、ct link between two WONU for the inter-ONU communication to restore the service when the last-drop fiber is cut. The results of the experiment on a WOBAN test-bed indicate that this scheme could effectively protect the video service by using the wireless resource.Key Words: multimedia communication

7、network； video service； Wireless-Optical Broadband Access Network (WOBAN)； Quality of Service (QoS)； Optical Network Unit (ONU)100.引言在最近幾年，多媒體數(shù)據(jù)服務(wù)的全球需求以驚人的速度增長(zhǎng)。由于多媒體分發(fā)服務(wù)的進(jìn)步，多媒體數(shù)據(jù)服務(wù)需求在未來(lái)將以更快的步伐增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)容量和網(wǎng)絡(luò)覆蓋必須跟上需求。由于骨干網(wǎng)一般采用光纖結(jié)構(gòu)，傳輸速度快，因此，接入網(wǎng)便成為了整個(gè)多媒體通信網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。無(wú)線-光纖寬帶接入網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的接入網(wǎng)方案融合了光纖接入網(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)，所以在未來(lái)

8、的接入網(wǎng)方案中，它是一種理想的選擇。本文首先介紹了接入網(wǎng)和多媒體通信概況，并重點(diǎn)介紹了無(wú)線-光纖寬帶接入網(wǎng)（WOBAN）和WOBAN中用于視頻多媒體服務(wù)的無(wú)線保護(hù)開(kāi)關(guān)。1接入網(wǎng)接入網(wǎng)是指骨干網(wǎng)絡(luò)到用戶終端之間的所有設(shè)備。其長(zhǎng)度一般為幾百米到幾公里，因而被形象地稱(chēng)為"最后一公里"。接入網(wǎng)的接入方式包括銅線（普通電話線）接入、光纖接入、光纖同軸電纜（有線電視電纜）混合接入、無(wú)線接入和以太網(wǎng)接入等幾種方式。100多年以來(lái)，電信網(wǎng)技術(shù)已發(fā)生了翻天覆地的變化，無(wú)論是交換還是傳輸，大約每隔1020年就會(huì)有新的技術(shù)和系統(tǒng)誕生。然而這種迅速更新和變化只發(fā)生在電信網(wǎng)的核心，即長(zhǎng)途網(wǎng)和中繼網(wǎng)部

9、分。而電信網(wǎng)的邊緣部分，即從本地交換機(jī)到用戶之間的接入網(wǎng)一直是電信網(wǎng)領(lǐng)域中技術(shù)變化最慢、耗資最大、成本最敏感、法規(guī)影響最大和運(yùn)行環(huán)境最?lèi)毫拥睦洗箅y領(lǐng)域。近年來(lái)，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新技術(shù)革命正在深刻地改變傳統(tǒng)的電信概念和體系結(jié)構(gòu)，隨著各國(guó)接入網(wǎng)市場(chǎng)的逐漸開(kāi)放，電信管制政策的放松，競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇和擴(kuò)大，新業(yè)務(wù)需求的迅速出現(xiàn)，有線技術(shù)（包括光纖技術(shù)）和無(wú)線技術(shù)的發(fā)展，接入網(wǎng)開(kāi)始成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。1.1 WOBAN的定義和產(chǎn)生背景由于數(shù)據(jù)、圖像和視頻傳輸?shù)囊蠛屯ㄐ偶夹g(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步促進(jìn)了電信網(wǎng)中的主干網(wǎng)向高速度大容量的方向發(fā)展，并日益完善。但是電信網(wǎng)的本地用戶線的發(fā)展滯后卻構(gòu)成了信息高速公路中“最后一英

10、里”的瓶頸。從傳輸介質(zhì)上分類(lèi)，目前的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)中主要有：基于銅線的xDSL技術(shù)、基于光纖的PON技術(shù)、基于HFC的接入技術(shù)和寬帶無(wú)線接入技術(shù)。本節(jié)通過(guò)比較各種接入網(wǎng)技術(shù)的特點(diǎn)，突出WOBAN網(wǎng)絡(luò)在接入網(wǎng)諸多解決方案中的優(yōu)勢(shì)，并介紹WOBAN的結(jié)構(gòu)。雙絞線接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要包括：遠(yuǎn)端機(jī)、局端機(jī)、分離器和雙絞線組成。其中遠(yuǎn)端機(jī)位于用戶側(cè)，它的網(wǎng)絡(luò)側(cè)通過(guò)雙絞線和局端機(jī)連接，它的用戶側(cè)是話機(jī)，分別有U接口，控制電路，電源和用戶接口組成。局端機(jī)位于交換機(jī)的位置，在用戶側(cè)通過(guò)雙絞線和遠(yuǎn)端機(jī)連接，網(wǎng)絡(luò)側(cè)是兩個(gè)由線路接口、控制電路、直流變換器和兩個(gè)相同交換接口組成的交換終端接口。分離器主要用于實(shí)現(xiàn)電話信號(hào)和xD

11、SL信號(hào) 的分離。xDSL屬于一類(lèi)接入技術(shù)，分為：ADSL、VDSL和HDSL 技術(shù)。在傳輸性能方面，以應(yīng)用最為廣泛的ADSL 為例最高下行速率可以達(dá)到8Mb/s上行速率可達(dá)到1Mb/s，最大傳輸距離為4km-5km。同時(shí)由于xDSL具有安裝簡(jiǎn)單靈活，和接入成本低廉的特點(diǎn)，xDSL接入技術(shù)用于住宅用戶尚可，對(duì)于企業(yè)用戶來(lái)說(shuō)容量太低1。光纖接入網(wǎng)主要包括：用戶端的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）、光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）、光網(wǎng)絡(luò)終端（ONT）、光線路終端（OLT）以及連接各種設(shè)備的光纖組成。如果在ONU和OLT之間沒(méi)有任何光有源設(shè)備，對(duì)各種業(yè)務(wù)都透明傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)被稱(chēng)為無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）。如果在ONU和OLT之間

12、包含有源設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)被稱(chēng)為有源星型光網(wǎng)絡(luò)（AS）由于PON具有接入成本低廉，對(duì)各種業(yè)務(wù)透明傳輸，易于升級(jí)的特點(diǎn)，故相比AS更受電信運(yùn)營(yíng)部門(mén)的青睞。由于不存在有源補(bǔ)償PON相比AS的不足在于ONU到OLT的距離和容量受到限制。在傳輸性能方面以EPON為例：上/下行速率均可達(dá)到1.25Gb/s，無(wú)中繼傳輸距離可達(dá)到20km?？梢?jiàn)光纖接入方式有很多優(yōu)點(diǎn)：大容量，大容量和極高的安全性。但是當(dāng)前在接入網(wǎng)中實(shí)施的主要問(wèn)題是光纖較高的敷設(shè)成本造成接入成本較高2?；贖FC的寬帶接入網(wǎng)主要包括：位于網(wǎng)絡(luò)側(cè)的電纜調(diào)制解調(diào)器終端系統(tǒng)（Cable Modem Termination System），位于用戶側(cè)的電纜調(diào)

13、制解調(diào)器（Cable Modem）和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備組成。其中CMTS與數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接主要用于連接、配置和管理位于用戶側(cè)的CM；它可以通過(guò)網(wǎng)橋和路由器和以太網(wǎng)連接。CM位于用戶側(cè)主要用于通過(guò)調(diào)制和解調(diào)連接用戶設(shè)備和CMTS。在傳輸性能方面HFC寬帶接入技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)：10Mb/s-42Mb/s的上行傳輸速率和10Mb/s的下行傳輸速率。由于具有傳輸速率高覆蓋面積廣的優(yōu)勢(shì)HFC寬帶接入技術(shù)也成為一種極具競(jìng)爭(zhēng)力的接入方案3。無(wú)線寬帶接入網(wǎng)主要包括：交換站、中繼站和用戶站。交換機(jī)處于本地交換機(jī)的位置，它主要是無(wú)線電系統(tǒng)和本地交換機(jī)所需要的各種接口。中繼站主要用于接收、再生并通過(guò)頻率搬移轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)。用戶站主要由

14、收發(fā)雙工器、收信機(jī)、發(fā)信機(jī)、調(diào)制解調(diào) 器以及一些控制電路組成。無(wú)線寬帶接入網(wǎng)可以分為：以藍(lán)牙（Bluetooth）和Zigbee技術(shù)為代表的無(wú)線個(gè)域網(wǎng)、以WiFi技術(shù)為代表的無(wú)線局域網(wǎng)、以WiMax技術(shù)為代表的無(wú)線城域網(wǎng)和以3G、4G技術(shù)為代表的無(wú)線廣域網(wǎng)。在傳輸性能上以WiFi技術(shù)為例：常見(jiàn)的標(biāo)準(zhǔn)分別是：IEEE 802.11a、IEEE 802.11b、IEEE 802.11g和IEEE 802.11n； 支持的傳輸速率分別為：5.5Mb/s、11Mb/s、54Mb/s和320Mb/s；室內(nèi)傳輸距離100m，室外傳輸距離400m。無(wú)線接入網(wǎng)具有接入成本小，無(wú)需布線易于施工，發(fā)射功率60mW

15、-79mW，遠(yuǎn)低于手機(jī)200mW-1W的輻射，綠色環(huán)保，適用于與低密度用戶地區(qū)4。綜上所述，當(dāng)前使用的接入網(wǎng)技術(shù)都無(wú)法完美的解決當(dāng)前的所有問(wèn)題。光纖接入網(wǎng)技術(shù)具有帶寬大，安全性強(qiáng)和無(wú)中繼距離長(zhǎng)的特性；無(wú)線網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的接入靈活性，和很低接入成本；而 雙絞線的接入方式在帶寬和接入成本等方面介于兩者之間。無(wú)線-光纖寬帶接入網(wǎng)絡(luò)（WOBAN）作為一種混合型的接入方案能夠發(fā)揮光纖接入和無(wú)線接入技術(shù)的優(yōu)勢(shì)為用戶提供更為理想的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。WOBAN既能夠像無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)一樣為用戶提供靈活的接入方式同時(shí)只需要較低的接入成本同時(shí)又能夠保證大帶寬，長(zhǎng)距離和高可靠性的傳輸質(zhì)量。所以WOBAN必將會(huì)成為諸多接入網(wǎng)方案中

16、理想的選擇之一。1.2 WOBAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)WOBAN是將來(lái)一種比較理想的接入網(wǎng)方案：作為一種融合性的接入技術(shù)，能夠發(fā)揮光網(wǎng)絡(luò)高帶寬，長(zhǎng)傳輸距離以及高可靠性的特點(diǎn)和無(wú)線接入技術(shù)靈活的組網(wǎng)方式和低廉的接入成本的優(yōu)點(diǎn)。WOBAN網(wǎng)絡(luò)主要由前端的無(wú)線接入網(wǎng)部分和后端的光接入網(wǎng)部分組成。其中光接入網(wǎng)部分采用光接入網(wǎng)中占主導(dǎo)地位的PON結(jié)構(gòu)。PON由位于中心局的光線路終端（OLT）支持整個(gè)接入網(wǎng)，通過(guò)光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）和用戶側(cè)的光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）。每個(gè)ONU將支持一個(gè)小型的無(wú)線網(wǎng)格網(wǎng)。在無(wú)線接入網(wǎng)部分是由多個(gè)無(wú)線路由器組成的無(wú)線網(wǎng)格網(wǎng)，這些無(wú)線路由器位于ONU 的覆蓋范圍內(nèi)，可以直接和ONU通信，這

17、種無(wú)線路由器被成為無(wú)線網(wǎng)關(guān) ；另一些無(wú)線路由器只和用戶終端連接5。在這種結(jié)構(gòu)的接入網(wǎng)中，分組的傳輸方向是：在上行方向上，在光接入網(wǎng)部分，位于中心局的OLT 通過(guò)光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）以多播的方式將分組傳輸?shù)絆NU，通過(guò)ONU進(jìn)入無(wú)線接入網(wǎng)部分。 在無(wú)線接入網(wǎng)部分，分組將經(jīng)過(guò)多跳的方式從網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)傳播到目標(biāo)用戶； 在下行方向上，分組從用戶終端通過(guò)與之所連接的無(wú)線路由器經(jīng)過(guò) 多次轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)任意一個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)。通過(guò)這個(gè)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)將分組轉(zhuǎn)發(fā)到與 之臨近的ONU，于是分組將進(jìn)入光接入網(wǎng)部分。在光接入網(wǎng)部分中， ONU通過(guò)ODN將分組傳遞到OLT。位于局端的OLT將會(huì)把分組發(fā)送到以太網(wǎng)或 OLT所支持的其他ONU。

18、由以上敘述可知，WOBAN是由兩種異質(zhì)性的網(wǎng)絡(luò)組成，分組不但能夠在兩種網(wǎng)絡(luò)之間自 由傳播，還能夠?qū)⒐饨尤刖W(wǎng)和無(wú)線接入網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)集中在一起。2多媒體通信多媒體通信要支持多種類(lèi)型的業(yè)務(wù)，包括數(shù)據(jù)、文本、圖形、靜態(tài)圖像、聲音和視頻(活動(dòng)圖像和電視)。應(yīng)用中大多同時(shí)使用兩種以上的媒體業(yè)務(wù)，而且數(shù)據(jù)量很大，這不可避免地要求大存儲(chǔ)空間、寬傳輸頻帶； 而不同的媒體業(yè)務(wù)，其傳輸速率差異可以很大。為此，人們同時(shí)在兩個(gè)方面做著努力，一方面盡可能的進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，但壓縮比的提高通常是以損失原始數(shù)據(jù)的信息量為代價(jià)的，會(huì)影響通信質(zhì)量； 另一方面是提高網(wǎng)絡(luò)(或信道)的傳輸能力或增大帶寬，使網(wǎng)能適應(yīng)多媒體信息傳輸?shù)囊?。2.

19、1 多媒體通信的特點(diǎn)與媒體類(lèi)型多媒體通信是指在一次呼叫過(guò)程中能同時(shí)提供多種媒體信息如聲音、圖像、圖形、數(shù)據(jù)、文本等的新型通信方式。它是通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。和電話、電報(bào)、傳真、計(jì)算機(jī)通信等傳統(tǒng)的單一媒體通信方式比較，利用多媒體通信，相隔萬(wàn)里的用戶不僅能聲像圖文并茂地交流信息，分布在不同地點(diǎn)的多媒體信息，還能步調(diào)一致地作為一個(gè)完整的信息呈現(xiàn)在用戶面前，而且用戶對(duì)通信全過(guò)程具有完備的交互控制能力。這就是多媒體通信的分布性、同步性和交互性特點(diǎn)。多媒體通信的應(yīng)用范圍十分廣泛。它的業(yè)務(wù)類(lèi)型主要有以下幾種：會(huì)話型：你在家中與遠(yuǎn)方的朋友通電話，可以看到他的形象；你與遠(yuǎn)在國(guó)外的合作伙伴進(jìn)行貿(mào)易談判

20、，可以逼真地看到對(duì)方提供的樣品，還可以把已簽字的合同立即傳送給對(duì)方；你甚至可以坐在辦公室或家中，利用自己的計(jì)算機(jī)和分散在世界各地的同行一起“開(kāi)會(huì)”商討問(wèn)題等。電子信函型：你可以在任何時(shí)間向遠(yuǎn)方的朋友發(fā)出(或接收)集聲像圖文于一體的“電子函件”。檢索型：你可隨時(shí)從不同地點(diǎn)的多媒體數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索到需要的多媒體信息。分配型：你可以在家中隨意點(diǎn)播你收看的電視節(jié)目。要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用前景如此誘人的多媒體通信，需要解決許多重大技術(shù)問(wèn)題。首先是通信網(wǎng)問(wèn)題。最適合多媒體通信的通信網(wǎng)，是寬帶繪綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，它能靈活地傳輸交換具有不同傳輸速率、不同性能要求的多媒體信息；世界各國(guó)正在著手建設(shè)的“信息高速公路”，為容納多種媒

21、體信息的“車(chē)輛”通行無(wú)阻創(chuàng)造了條件。其次，要解決多媒體信息的“壓縮”問(wèn)題，把音頻、視頻信號(hào)的頻帶壓縮到一定范圍，否則“信息高速公路”上就容不下那么多的多媒體信息的“車(chē)輛”了，還要研制至少可以存儲(chǔ)、顯示處理兩種以上多媒體信息的多媒體終端設(shè)備等。通信網(wǎng)絡(luò)是多媒體應(yīng)用的傳輸環(huán)境，多媒體通信對(duì)信息的傳輸和交換都提出了新的更高的要求，因此網(wǎng)絡(luò)的帶寬、交換方式及通信協(xié)議都將直接影響多媒體通信的質(zhì)量。實(shí)際中，必然存在帶寬和通信質(zhì)量與復(fù)雜度(經(jīng)濟(jì)性)之間折衷選取的問(wèn)題，以達(dá)到多媒體業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)的帶寬容量相匹配。在多種媒體業(yè)務(wù)中，聲音和視頻業(yè)務(wù)都是和時(shí)間相關(guān)的，常有很高的實(shí)時(shí)性要求，不同的交換方式和通信協(xié)議對(duì)其產(chǎn)

22、生不同的影響，譬如，分組交換方式具有檢錯(cuò)和反饋重發(fā)機(jī)制，雖然傳送的錯(cuò)誤率極低，但時(shí)延較大；而電視交換，通信時(shí)常占用專(zhuān)門(mén)的信道，時(shí)延很小，很難保證很低的傳送比特錯(cuò)誤率。就聲音信息來(lái)說(shuō)，如話音，其編碼壓縮后，仍能容許一定的誤碼，但通信雙方無(wú)法忍受因反饋重發(fā)而造成的話音斷續(xù)。從交換的角度看，電路交換的網(wǎng)絡(luò)(如PSTN )雖然延遲小，但整個(gè)通信過(guò)程中要占用專(zhuān)門(mén)信道，不易共享； 而采用分組(包)交換的網(wǎng)絡(luò)(如X.25網(wǎng))，雖然通信資源(傳輸能力)利用效率較高，適于數(shù)據(jù)(包括文本、圖形及靜圖等)傳送，但延時(shí)較大；窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(N-ISDN)是相當(dāng)一段時(shí)間內(nèi)多媒體通信的實(shí)用通信手段，但由于其基本能力為

23、ZB+D (B通道為64kb/s、D通道為16kb /s )和30B + D (B通道為64kb/s、D通道為64 kb/s )，僅適于傳送聲音和可視電話及會(huì)議電視之類(lèi)的業(yè)務(wù)，無(wú)法適應(yīng)高碼率的數(shù)字標(biāo)準(zhǔn)電視和高清晰度電視(HDTV)的要求；而綜合了電路交換和分組交換技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的異步轉(zhuǎn)換模式(ATM)是當(dāng)前交換技術(shù)的研究熱點(diǎn)，建立在ATM基礎(chǔ)上的寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)將是實(shí)現(xiàn)多媒體通信的理想通信網(wǎng)絡(luò)。此外，多媒體通信系統(tǒng)中媒體信息的同步也是技術(shù)關(guān)鍵。服務(wù)質(zhì)量(QOS)在多媒體通信中占有重要位置，一般來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有動(dòng)態(tài)管理QOS的能力， 以便在網(wǎng)絡(luò)用戶增減或網(wǎng)絡(luò)擁擠的情況下， 利用媒體信

24、息的可縮放性，重新協(xié)商QOS參數(shù)。2.2各種類(lèi)型媒體的傳輸特性表1列出了各種類(lèi)型的信息媒體在最大延遲、最大時(shí)滯、最高傳輸速度、可接受的誤比特率和可接受的包(分組)錯(cuò)率方面的指標(biāo)。由表1可看出，對(duì)于聲音(音頻)，如語(yǔ)音，其傳輸速度較低，對(duì)比特錯(cuò)誤率和包(分組)錯(cuò)誤率要求不高，而最大可接受端端延遲為250ms，否則就會(huì)明顯感到說(shuō)話對(duì)方遲鈍和不連續(xù)。對(duì)于視頻(活動(dòng)圖像、電視類(lèi))和壓縮視頻，它們的傳槍速率相對(duì)較高，要求占有較大的帶寬，對(duì)延遲、時(shí)滯均有較高的要求，因?yàn)樗吐曇纛?lèi)一樣是連續(xù)性媒體； 對(duì)于圖像，要求很低的包(分組)錯(cuò)率，而對(duì)誤比特率的要求可放松一些，因?yàn)槠聊簧弦粋€(gè)像素的錯(cuò)誤(黑白或彩色變化)

25、無(wú)關(guān)緊要，而丟失一個(gè)包(分組)，將在屏幕上造成一塊錯(cuò)誤，這是不能容忍的。對(duì)于數(shù)據(jù)一類(lèi)的信息媒體，通常不允許任何差錯(cuò)。在數(shù)據(jù)和圖形及靜圖的應(yīng)用中，延遲和延遲的波動(dòng)都不會(huì)產(chǎn)生什么影響，它們的平均傳輸速度不高， 但具有很強(qiáng)的突發(fā)性和短時(shí)的高速率。表1各種類(lèi)型媒體的相對(duì)傳輸特性多媒體業(yè)務(wù)類(lèi)型最延遲（s）最大時(shí)滯（ms）最高傳輸速率（Mbps）可接受的誤比特率（BER）可接受的包錯(cuò)率（PER）聲音（audio）0.25100.064視頻（video） 0.2510100壓縮的視頻（compressed video）0.251220數(shù)據(jù)、文件（data，text）1-210000圖形、靜圖（graphic

26、s，still image）1-2102.3多媒體通信網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量（QoS）鑒于各種媒體之間特性的差異甚大，為了使通信網(wǎng)絡(luò)(系統(tǒng))能有效地傳送多媒體數(shù)據(jù)， 首先要確定描述多媒體數(shù)據(jù)特性的服務(wù)質(zhì)量(QOSQuality of Service )7。QOS是說(shuō)明多媒體通信性能目標(biāo)的元組，通過(guò)該元組的性能說(shuō)明，可以對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行指定。QOS元組的參數(shù)包括：·連接建立時(shí)間。指從用戶發(fā)出呼叫建立消息到收到呼叫建立應(yīng)答的時(shí)間。·連接釋放時(shí)間。指從用戶發(fā)出呼叫釋放消息到收到呼叫釋放應(yīng)答的時(shí)間。·呼叫阻塞概率。指的是一段時(shí)間內(nèi)呼叫被拒絕的比例。·速率。分為峰值速率和

27、平均速率兩項(xiàng)，它們決定了統(tǒng)計(jì)復(fù)用的等效速率。·最大延遲。指通信過(guò)程中，通信網(wǎng)絡(luò)各部分產(chǎn)生的時(shí)延總和，即反映出的端端延遲.·最大時(shí)滯。對(duì)象的時(shí)滯是指在經(jīng)過(guò)N個(gè)同步點(diǎn)之后，兩個(gè)對(duì)象在表現(xiàn)時(shí)間上的差異，它映在某段時(shí)間內(nèi)分組的平均延遲。·可接受的比特錯(cuò)誤率(BER )。·可接受的包(分組)錯(cuò)誤率(PER )。·表現(xiàn)比率。對(duì)象序列的表現(xiàn)比率定義為實(shí)際表現(xiàn)速率與正常表現(xiàn)速率之比。理想情況下，表現(xiàn)比率等1；出現(xiàn)延遲時(shí)，表現(xiàn)比率小于1。·對(duì)象利用率。對(duì)象利用率為實(shí)際表現(xiàn)速率與對(duì)象可交付速率之比。當(dāng)利用率大于等于1時(shí)，所有交付的對(duì)象都可被表現(xiàn)出來(lái)； 當(dāng)

28、利用率小于1 時(shí)，為維持兩對(duì)象流之間的同步，某些對(duì)象將被丟棄。·突發(fā)容差。它用于通信業(yè)務(wù)量進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的控制。·信元丟失率。在基于異步轉(zhuǎn)移模式(ATM )的網(wǎng)絡(luò)中，它是一個(gè)重要的QOS參數(shù)。此外還有優(yōu)先等級(jí)、安全性等。QOS描述了多媒體通信的性能特性，因而通信時(shí)也經(jīng)常根據(jù)QOS 來(lái)決定其傳輸策略，譬如對(duì)話音可采用短延遲、延遲變化小的傳輸策略，對(duì)數(shù)據(jù)則可用可靠的傳輸策略。QOS元組指明了提供多媒體通信服務(wù)的要求。例如可視電話，它要求話音和視頻正確同步，且具有中等程度的通信可靠性.對(duì)其視頻流，可用QOS元組的下列參數(shù)反應(yīng)這些特性：表現(xiàn)比率=1，對(duì)象利用率=1，最大延遲=0.25，最

29、大抖動(dòng)=10ms，最大BER =10-2，最PER=10-3。2.4多媒體通信對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求現(xiàn)行網(wǎng)絡(luò)大都針對(duì)單一媒體設(shè)計(jì)，沒(méi)有提供多連接管理、多信道傳送和媒體信息同步等服務(wù)。多媒體通信要求網(wǎng)絡(luò)：·可以為一個(gè)呼叫支持多個(gè)連接，即已建立呼叫后可以再建立連接或釋放連接。·能支持多方呼叫，在多個(gè)端點(diǎn)間建立連接，還可以在一個(gè)多方呼叫中增/刪通信端點(diǎn)。·既能支持對(duì)稱(chēng)呼叫，又能支持非對(duì)稱(chēng)呼叫。對(duì)稱(chēng)呼叫指通信的兩個(gè)方向帶寬相等； 而非對(duì)稱(chēng)呼叫則一個(gè)方向有很大帶寬，另一個(gè)方向只需很小的帶寬，如視頻點(diǎn)播。·能對(duì)多媒體通信中各種不同類(lèi)型的信息滿足實(shí)時(shí)性要求。·建立連接

30、時(shí)，要能為它們分配網(wǎng)絡(luò)資源； 對(duì)于已建立的連接，還應(yīng)能重新協(xié)商、分配網(wǎng)絡(luò)資源。這里包含可用帶寬和帶寬分配問(wèn)題，可用帶寬決定信息的傳輸速率，而帶寬分配決定了用戶共享網(wǎng)絡(luò)資源的方法。由于多媒體信息傳輸速率高且具有突發(fā)性，所以如何動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)帶寬，使有限的網(wǎng)絡(luò)資源得到充分利用成為重要問(wèn)題。·應(yīng)能保證多媒體通信中不同信息類(lèi)型間的同步。·允許通信用戶對(duì)QOS進(jìn)行動(dòng)態(tài)地控制和要求，因?yàn)椴煌?lèi)型的業(yè)務(wù)，通信服務(wù)質(zhì)量參數(shù)有較大的差別。·由于多媒體通信具有交互性，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)使用戶對(duì)各種媒體有充分的控制和編輯能力。此外，多媒體通信對(duì)網(wǎng)絡(luò)還有一些其它的具體要求：(1) 多媒體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的處置

31、網(wǎng)內(nèi)可有多種媒體形式，每種感知媒體又可能有多種編碼方法，加之用戶連接到網(wǎng)上的終端可能有所不同，這就要求網(wǎng)內(nèi)多媒體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)適合處理、填充和發(fā)送。多媒體數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的處置分為格式處置和內(nèi)容處置：格式處置。顧名思義，只對(duì)信息的物理結(jié)構(gòu)進(jìn)行處置，不涉及信息內(nèi)容，包括碼制變換、媒體變換和表征變換。其中媒體變換是多媒體通信特有的，當(dāng)具有不同媒體處理能力的終端建立連接時(shí)便有可能用到這種變換。譬如，某個(gè)終端具有多種媒體能力，而另一終端卻不支持某一種媒體(如殘廢人用戶往往也需要此功能)。內(nèi)容處置。它集中于多媒體流或文檔的信息內(nèi)容方面，其目的是在不改變信息意義條件下，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源。由于多媒體應(yīng)用比任何單媒體應(yīng)用

32、都要求更多的網(wǎng)絡(luò)資源，因此它對(duì)于多媒體應(yīng)用的發(fā)展和實(shí)用都是至關(guān)重要的資源。內(nèi)容處置分為信息壓縮和信息濾除兩種。信息壓縮的結(jié)果，用戶可能感覺(jué)得出，也可能感覺(jué)不出，這取決于編碼方案、壓縮技術(shù)及媒體本身的性質(zhì)。信息濾除是通過(guò)分析信息的語(yǔ)義內(nèi)容，只選出滿足用戶輪廓內(nèi)某一準(zhǔn)則的那些信息。(2) 多端點(diǎn)橋多媒體應(yīng)用中，需要網(wǎng)絡(luò)提供橋功能，將來(lái)自不同源處的信號(hào)組合在一起，以便在一個(gè)或多個(gè)目的點(diǎn)作出綜合性提交。為了靈活，這個(gè)橋應(yīng)允許動(dòng)態(tài)地增/減成員，動(dòng)態(tài)地分開(kāi)/聯(lián)合會(huì)議、定義會(huì)議的表征格式(表征控制)和向其它會(huì)議的遷移控制等。這個(gè)橋應(yīng)允許某些會(huì)議成員舉行小會(huì)議，以便秘密交換意見(jiàn)。為了支持小會(huì)議，便要求有新的聲

33、音窗口，使參加小會(huì)議的成員除有整個(gè)會(huì)議提供的聲音通道之外，還有他們自己的聲音通道。(3) 多媒體的交互作用可以利用事件的同步提供媒體的交互作用，分兩類(lèi)：·一個(gè)媒體流啟動(dòng)和控制另一個(gè)媒體流，如文本或話音激活圖形。·用戶指示啟動(dòng)和控制另一個(gè)媒體流。(4) 媒體復(fù)接分為通道復(fù)接和用戶復(fù)接兩種。從網(wǎng)絡(luò)方來(lái)看，用戶復(fù)接媒體被認(rèn)為是在單媒體承載業(yè)務(wù)上承載的。服務(wù)功能在終端及網(wǎng)絡(luò)間的分配可能導(dǎo)致多種媒體的復(fù)接。從傳送和交換的角度看，基于ATM的B-ISDN是最有可能滿足多媒體通信要求的網(wǎng)絡(luò)，但這是非常復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。難怪在ATM被認(rèn)定作為B-ISDN的傳輸、復(fù)用和交換方式，而B(niǎo)-ISDN

34、成為未來(lái)理想的多媒體通信網(wǎng)絡(luò)后，就有人提出這是要在一個(gè)全新的平臺(tái)上為各種不同的業(yè)務(wù)重建全部通信協(xié)議。3無(wú)線-光纖寬帶接入網(wǎng)中用于視頻服務(wù)的無(wú)線保護(hù)開(kāi)關(guān)參考文獻(xiàn)8解決了光纖無(wú)線寬帶接入網(wǎng)絡(luò)（WOBAN）的一個(gè)生存能力問(wèn)題。所提出的方案引進(jìn)了具有用于多服務(wù)應(yīng)用程序的無(wú)線功能的ONU（稱(chēng)為WONU），并使用無(wú)線資源來(lái)保護(hù)網(wǎng)絡(luò)免受光纖故障。它建立了跨ONU通信的兩個(gè)WONU之間的無(wú)線鏈路保護(hù)來(lái)恢復(fù)最后一段纖維被切斷時(shí)的服務(wù)。此外，本文在方案中嵌入了減少帶寬沖突、實(shí)現(xiàn)高效帶寬利用率的策略，且策略通過(guò)使用時(shí)域自適應(yīng)線性預(yù)測(cè)和媒體傳輸索引（MDI）為基準(zhǔn)以保證QOS。為了評(píng)估這一計(jì)劃，本文構(gòu)建了WOBAN測(cè)

35、試平臺(tái)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案能夠有效地使用無(wú)線資源保護(hù)的視頻服務(wù)。無(wú)線-光纖寬帶接入網(wǎng)是高容量的、有線和無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的、一種很有前途的下一代寬帶接入技術(shù)。而且它能夠滿足對(duì)各種固定/移動(dòng)帶寬消費(fèi)用戶爆炸式增長(zhǎng)的需求。這種網(wǎng)絡(luò)的每用戶成本可低至所有最終用戶分享的帶寬（對(duì)于以太網(wǎng)PON），其現(xiàn)行帶寬通常高達(dá)1Gbps，并有望在未來(lái)提高到10Gbps。盡管最近兩個(gè)主要的無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是WiFi和WiMAX，但由于其容量等級(jí)，服務(wù)目標(biāo)和多址接入機(jī)制91011，以太網(wǎng)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)特別是對(duì)于WiFi和WiMAX，有一個(gè)很好的匹配。所以，這兩個(gè)技術(shù)的結(jié)合可以作為WOBAN模型。正如很多W

36、OBAN上的研究工作，無(wú)線資源主要用于擴(kuò)展對(duì)終端用戶的服務(wù)和面積。雖然其中的一些研究指出，當(dāng)遇到某些光纖鏈路故障或ONU / OLT故障101213，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以保護(hù)混合模式下的光接入網(wǎng)絡(luò)。但是這些工作都沒(méi)有利用無(wú)線資源來(lái)提供有效的解決方案。即使一些無(wú)線路由算法也可以解決無(wú)線Mesh網(wǎng)絡(luò)（WMN）中這樣的問(wèn)題，但這樣會(huì)使視頻業(yè)務(wù)消耗大量帶寬以至于降低整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能。此外，傳統(tǒng)的光纖保護(hù)方案花費(fèi)昂貴且難以部署1415。為了解決這些問(wèn)題，我們提出了視頻服務(wù)的無(wú)線保護(hù)切換方案，并在實(shí)際試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。當(dāng)最后一段光纖發(fā)生故障時(shí)，為了恢復(fù)服務(wù)，那兩個(gè)ONU將建立無(wú)線保護(hù)鏈路來(lái)進(jìn)行ONU之間的通信。在這種

37、情況下，我們不需要部署額外的設(shè)備，比如備份的光纖鏈路或傳統(tǒng)的PON樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)里的ONU。同時(shí)，為了獲得比較好的性能和有效的帶寬利用率，我們提升了我們的前期工作16來(lái)調(diào)節(jié)帶寬。在這個(gè)方案中，我們?cè)诰€實(shí)時(shí)交通預(yù)測(cè)和MDI中引入了時(shí)域正?；钚【剑∟LMS）線性預(yù)測(cè)作為參考來(lái)表示視頻服務(wù)質(zhì)量。由于它的可行的、可擴(kuò)展能力，我們可以擴(kuò)展這個(gè)保護(hù)方案中先前的功能，來(lái)保證視頻的服務(wù)質(zhì)量和保障ONU或鏈路故障時(shí)有線和無(wú)線終端的用戶服務(wù)。3.1 無(wú)線保護(hù)開(kāi)關(guān)方案的整體架構(gòu)本文提出的無(wú)線-光學(xué)寬帶接入網(wǎng)絡(luò)（WOBAN）：EPON包含一個(gè)中央光線路終端（OLT）和多個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU），其中ONUs它們通過(guò)一

38、個(gè)樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的光纖連接到OLT 。 EPON的ONU和無(wú)線接入點(diǎn)（AP）可集成到一個(gè)設(shè)備盒子里，我們定義這個(gè)設(shè)備盒子為具有無(wú)線功能的ONU（稱(chēng)為WONU）。除了在硬件成本的節(jié)省，這種整合實(shí)現(xiàn)了平坦的控制平面和EPON與無(wú)線系統(tǒng)之間的無(wú)縫融合，信令和控制消息可以在OLT和最終用戶之間直接地進(jìn)行交換1。由于所有無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的性質(zhì)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)（PMP）的結(jié)構(gòu)，以及本地以太網(wǎng)協(xié)議，EPON具有成本和性能優(yōu)勢(shì)。因此，EPON適宜作為無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)的回程。同時(shí)，在重要業(yè)務(wù)覆蓋范圍的擴(kuò)展和對(duì)移動(dòng)應(yīng)用快速，容易和便宜的部署強(qiáng)有力支持等方面9，基于無(wú)線的最后一英里接入網(wǎng)絡(luò)對(duì)EPON系統(tǒng)有很大益處。在集成的寬帶模式中，

39、OLT功能作為具有強(qiáng)大計(jì)算能力和智慧的中央控制器/協(xié)調(diào)器，它連接到全球互聯(lián)網(wǎng)，已經(jīng)超出的接入網(wǎng)絡(luò)的范疇。我們把帶有無(wú)線功能（WONU）的ONU設(shè)計(jì)為邊界設(shè)備，這些邊界設(shè)備能夠覆蓋EPON和WiFi/ WiMAX網(wǎng)絡(luò)。集成無(wú)線-光纖寬帶接入網(wǎng)絡(luò)（WOBAN）的實(shí)施充分利用了圖1所示它的固有的樹(shù)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和廣播功能。圖1：OLT的時(shí)分復(fù)用IEEE 802.3以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包和他們延下游方向廣播到各WONUs8。當(dāng)接收到含有控制信息的該數(shù)據(jù)包的副本后，在OLT的協(xié)調(diào)下，每個(gè)WONU決定是否為一個(gè)特定的終端用戶（單播）或者一組用戶（多播）加載傳播中的數(shù)據(jù)11。圖1 OLT的時(shí)分復(fù)用IEEE 802.3以太

40、網(wǎng)數(shù)據(jù)包和他們延下游方向廣播到各WONUs3.2 無(wú)線保護(hù)鏈接為了有效地保護(hù)視頻服務(wù)，我們提出了在相鄰的WONUs之間使用無(wú)線鏈路的方案。當(dāng)光纖鏈路故障發(fā)生時(shí)，無(wú)線保護(hù)開(kāi)關(guān)鏈接將被激活來(lái)重組網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。如圖2所示，由分離器到WONU1的光纖被切斷時(shí)，WONU1會(huì)開(kāi)始檢測(cè)這個(gè)故障并啟動(dòng)保護(hù)模式。這個(gè)保護(hù)模式是WONU1根據(jù)一個(gè)特別的保護(hù)方案列表，通過(guò)發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)來(lái)搜索相鄰的WONU，如WONU2。當(dāng)WONU2接收到這個(gè)請(qǐng)求時(shí)，它將會(huì)判斷自己能否負(fù)擔(dān)得起這項(xiàng)新服務(wù)的有效載荷。如果可以負(fù)擔(dān)得起的話，WONU2將設(shè)立與WONU1的無(wú)線鏈路，同時(shí)中心局（CO）將切換WONU2的光纖鏈路的數(shù)據(jù)傳輸。然而，如

41、果WONU2無(wú)法承擔(dān)這樣相鄰的服務(wù)，WONU1就會(huì)轉(zhuǎn)而向其他的WONUs發(fā)出請(qǐng)求。此外，用戶可以將方案分類(lèi)來(lái)減少?zèng)_突。圖2：用于跨WONU通信的無(wú)線鏈路保護(hù)8。圖2跨WONU通信的無(wú)線鏈路保護(hù)3.3 QoS-aware策略我們先前的工作提出通過(guò)特定用戶的動(dòng)態(tài)資源分配來(lái)實(shí)現(xiàn)視頻服務(wù)的高性能。我們?cè)谡戏桨傅恼{(diào)整過(guò)程中引入時(shí)域歸一化最小均方（NLMS）線性預(yù)測(cè)器1718和MDI 1920參數(shù)作為反饋參考。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，帶寬資源利用率相比于傳統(tǒng)的確定性固定服務(wù)預(yù)訂率，可以提高20-6016。在本文中，我們把先前的策略擴(kuò)展到無(wú)線應(yīng)用中。為了保證本地和相鄰的受保護(hù)用戶的服務(wù)性能，先前的策略是進(jìn)一步發(fā)展為

42、保護(hù)模式（PM）和正常模式（NM）這兩個(gè)功能。保護(hù)模式是解決建立新的無(wú)線鏈路和重新分配網(wǎng)絡(luò)資源的需求。 正常模式是用于非故障用戶資源的調(diào)節(jié)。在這個(gè)方案中，保護(hù)模式和正常模式可以共存于一個(gè)整體過(guò)程中。4結(jié)束語(yǔ)在巨大的市場(chǎng)潛力驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生了各種各樣的接入網(wǎng)技術(shù)。光纖通信具有通信容量大、質(zhì)量高、性能穩(wěn)定、防電磁干擾、保密性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。在干線通信中，光纖扮演著重要角色，在接入網(wǎng)中，光纖接入也將成為發(fā)展的重點(diǎn)。光纖接入網(wǎng)是發(fā)展寬帶接入的長(zhǎng)遠(yuǎn)解決方案。當(dāng)前，無(wú)線-光纖寬帶接入已經(jīng)成為寬帶接入技術(shù)領(lǐng)域最為普遍的模式，其最大的優(yōu)勢(shì)就在于兩種技術(shù)優(yōu)勢(shì)的互補(bǔ)。光通訊的最大優(yōu)勢(shì)在于高帶寬、低損耗、長(zhǎng)距離、高可靠性，而

43、無(wú)線通訊的最大優(yōu)勢(shì)在于部署靈活、易組網(wǎng)，能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)處不在的信息接入，兩者結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)真正意義上的網(wǎng)絡(luò)全覆蓋及綜合經(jīng)濟(jì)性。隨著越來(lái)越多的技術(shù)難題被攻克，無(wú)線-光纖接入網(wǎng)可以給多媒體通信網(wǎng)絡(luò)提供更加強(qiáng)有力的支持。參考文獻(xiàn)1 Warrier P, Kumar B著，任天恩譯.xDSL技術(shù)與體系結(jié)構(gòu)M.北京：清華大學(xué)出版社，2002.2 張鵬，閻闊.FTTxPON技術(shù)與應(yīng)用M.北京：人民郵電出版社，2010.3 Azzam A, Ranson N著，文愛(ài)軍，張冰，劉格輝譯.寬帶接入網(wǎng)技術(shù)M.北京：電子工業(yè)出版社，2006.4 吳彥文，劉方，周光玥.固定寬帶無(wú)線接入技術(shù)M.北京：北京郵電大學(xué)出版社，20

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