三網(wǎng)融合與接入

1、三網(wǎng)融合與接入,電信工程系 張冰玉 2013.03,第2章 接入網(wǎng)技術(shù),本章內(nèi)容 2.1 接入網(wǎng)的基本概念 2.2 接入網(wǎng)的參考模型 2.3 主要的寬帶接入技術(shù),2.1 接入網(wǎng)的基本概念,接入網(wǎng)泛指用戶與業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口之間實(shí)現(xiàn)傳送承載功能的實(shí)體網(wǎng)絡(luò)，其目標(biāo)是建立一種標(biāo)準(zhǔn)化的接口方式，以一個(gè)可監(jiān)控的接入網(wǎng)絡(luò)，使用戶能夠獲得話音、數(shù)據(jù)多媒體和有線電視等綜合業(yè)務(wù)。,2.1 接入網(wǎng)的基本概念,2.1.1 接入網(wǎng)在電信網(wǎng)中的位置 2.1.2 接入網(wǎng)的定義和接口 2.1.3 接入網(wǎng)的特點(diǎn),電信網(wǎng)的水平劃分,2.1.1 接入網(wǎng)在電信網(wǎng)中的位置,UNI,SNI,SNI,UNI,電信網(wǎng)的垂直劃分,2.1.1 接入

2、網(wǎng)在電信網(wǎng)中的位置,應(yīng)用層,業(yè)務(wù)層,核心層,傳送層,支撐網(wǎng),2.1.2 接入網(wǎng)的定義和接口,Q3,SNI,Q3,UNI,G.902建議和我國的接入網(wǎng)體制的定義：接入網(wǎng)是由業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)接口（SNI）和相關(guān)用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI）之間的一系列傳送實(shí)體（包括線路設(shè)備和傳輸設(shè)備等）組成的，為傳送電信業(yè)務(wù)提供所需承載能力的系統(tǒng)，可經(jīng)Q3接口進(jìn)行配置和管理。,SNI（Service Node Interface）是接入網(wǎng)和業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)之間的接口，支持單一接入的標(biāo)準(zhǔn)化接口主要有提供ISDN基本速率（2B+D）的V1接口和一次群速率（30B+D）的V3接口，支持綜合業(yè)務(wù)接入的標(biāo)準(zhǔn)化接口有V5接口。,UNI（User-N

3、etwork Interface）接口是用戶和網(wǎng)絡(luò)之間的接口，接入網(wǎng)與用戶間的UNI接口能夠支持目前網(wǎng)絡(luò)所能夠提供的各種接入類型和業(yè)務(wù)。,Q3接口是TMN網(wǎng)管操作系統(tǒng)（OS）和被管理網(wǎng)元（NE）之間的接口，該接口支持信息傳送、管理和控制功能。,2.1.3 接入網(wǎng)的特點(diǎn),2.2 接入網(wǎng)的參考模型,2.2.1 傳統(tǒng)接入網(wǎng)的物理參考模型 2.2.2 IP接入網(wǎng)的參考模型,2.2.1 傳統(tǒng)接入網(wǎng)的物理參考模型,傳統(tǒng)電話接入網(wǎng)中，左側(cè)的SN通常是本地交換機(jī)，也可根據(jù)需要設(shè)置遠(yuǎn)端交換模塊（RSU）。中間的FP和DP大致對(duì)應(yīng)于銅纜用戶的交接箱和分線盒，實(shí)際可有不同程度的簡(jiǎn)化。右側(cè)的可以接用戶終端設(shè)備或用戶駐

4、地網(wǎng)。,業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn) （SN）,靈活點(diǎn)（FP）,配線點(diǎn)（DP）,用戶駐地設(shè)備/駐地網(wǎng)CPE/CPN,饋線,配線,引入線,接入網(wǎng),2.2.2 IP接入網(wǎng)的參考模型,ITU-T在Y.1231建議中對(duì)IP接入網(wǎng)定義是： 在IP用戶和IP業(yè)務(wù)提供者之間提供所需的、對(duì)IP業(yè)務(wù)的接入能力的、網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的實(shí)現(xiàn)。,2.2.2 IP接入網(wǎng)的參考模型,電信管理網(wǎng)（TMN）,IP接入網(wǎng)系統(tǒng)管理,IP接入功能,接入網(wǎng)傳送功能,用戶 駐地網(wǎng) （CPN）,IP接入網(wǎng)（IPAN）,Q3,RP,RP,ISP: 互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商,2.2.2 IP接入網(wǎng)的參考模型,IP接入網(wǎng),VS,PSTN接入網(wǎng),參考點(diǎn),功能,SNI、UNI、Q3,

5、傳送承載,RP、Q3,交換/選路等,2.3 主要的寬帶接入技術(shù),你是如何上網(wǎng)的 ？,2.3 主要的寬帶接入技術(shù),2.3.1 ADSL/VDSL技術(shù) 2.3.2 HFC技術(shù) 2.3.3 光接入網(wǎng)技術(shù) 2.3.4 無線接入技術(shù),2.3.1 ADSL/VDSL技術(shù),1980s Bell實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了DSL（數(shù)字用戶線）技術(shù) DSL技術(shù)是利用電話線 作為傳輸介質(zhì)的 寬帶接入技術(shù) 對(duì)稱和非對(duì)稱DSL 按照上行和下行 數(shù)據(jù)速率,下行,上 行,用戶,2.3.1 ADSL/VDSL技術(shù),對(duì)稱型DSL（Symmetric） 特點(diǎn) 上下行速率一致 通常不支持?jǐn)?shù)據(jù)和普通語音信號(hào)同傳 適用于企業(yè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接應(yīng)用 HDSL

6、（High Data Rate DSL，高數(shù)據(jù)速率數(shù)字用戶線） SDSL （Symmetric DSL / Single-pair DSL，單對(duì)線數(shù)字用戶線） SHDSL（Single-pair High-speed DSL，單對(duì)線高速數(shù)字用戶線）,2.3.1 ADSL/VDSL技術(shù),非對(duì)稱型DSL（Asymmetric） 特點(diǎn) 下行速率遠(yuǎn)大于上行速率 支持?jǐn)?shù)據(jù)和普通語音信號(hào)同傳 適用于普通用戶上網(wǎng)接入 ADSL（Asymmetric DSL，非對(duì)稱數(shù)字用戶線） RADSL（ Rate Automatic adapt DSL，速率自適應(yīng)數(shù)字用戶線） VDSL（Very High Speed D

7、SL，甚高速數(shù)字用戶線）,2.3.1 ADSL/VDSL技術(shù),ADSL網(wǎng)絡(luò)基本結(jié)構(gòu),互聯(lián)網(wǎng),電話交換網(wǎng),PC,ADSL Modem,電話,DSLAM,高頻數(shù)據(jù)信號(hào),低頻語音信號(hào),用戶側(cè),電話局側(cè),用戶線路,DSLAM: DSL Access Multiplexer,分離器,分離器,從PC發(fā)出的數(shù)據(jù)是數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過Modem調(diào)制成高頻模擬信號(hào)，再在分離器處與語音的低頻信號(hào)混合,ADSL技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),2.3.1 ADSL/VDSL技術(shù),ADSL傳輸,2.3.1 ADSL/VDSL技術(shù),頻分復(fù)用方式,2.3.1 ADSL/VDSL技術(shù),ADSL調(diào)制技術(shù)DMT(離散多音頻調(diào)制）,頻率,幅度,傳輸信道,2.

8、3.1 ADSL/VDSL技術(shù),VDSL（Very high bit-rate Digital Subscriber Line，甚高比特率數(shù)字用戶線）,VDSL標(biāo)準(zhǔn)：G.993.1 VDSL2標(biāo)準(zhǔn)：G.993.2,2.3.2 HFC技術(shù),傳統(tǒng)的有線電視網(wǎng)絡(luò)CATV 新一代的有線電視網(wǎng)絡(luò)HFC Cable Modem系統(tǒng),2.3.2 HFC技術(shù),傳統(tǒng)的有線電視網(wǎng)絡(luò)CATV,組成：網(wǎng)絡(luò)組成：前端、饋線網(wǎng)、配線網(wǎng)、引入線 設(shè)備組成：前端設(shè)備、放大器、分配器、分支器 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)： 樹狀結(jié)構(gòu)（分支結(jié)構(gòu)）,2.3.2 HFC技術(shù),業(yè)務(wù)單一：視頻 單向通信：只能下行通信，不能雙向交互 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)脆弱：樹形結(jié)構(gòu)，

9、只要一個(gè)地方或設(shè)備故障，可能導(dǎo)致中斷對(duì)眾多用戶的服務(wù) 傳統(tǒng)的CATV已不能滿足現(xiàn)代業(yè)務(wù)（交互式、綜合業(yè)務(wù)）的要求，雙向改進(jìn)勢(shì)在必行,CATV網(wǎng)絡(luò)的局限性,HFC ：Hybrid Fiber Coaxial 混合光纖同軸電纜 在原有CATV基礎(chǔ)上進(jìn)行雙向改造 饋線部分：光傳輸系統(tǒng)代替CATV中的同軸電纜 用戶分配網(wǎng)：仍使用同軸電纜網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，但放大器改成雙向的 可提供業(yè)務(wù) 保留原有CATV單向電視廣播業(yè)務(wù) 利用剩余頻帶提供寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù),2.3.2 HFC技術(shù),2.3.2 HFC技術(shù),HFC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),光纖到服務(wù)區(qū)結(jié)構(gòu)（FSA），饋線網(wǎng)為星型拓?fù)?，服?wù)區(qū)內(nèi)保留CATV網(wǎng)的樹型-分支型結(jié)構(gòu) 每個(gè)服務(wù)區(qū)物

10、理上為一個(gè)獨(dú)立的子網(wǎng)，不同的服務(wù)區(qū)可采用相同的頻譜，彼此不干擾,HFC+Cable Modem全業(yè)務(wù)接入 全業(yè)務(wù)接入 用戶可在有線電視網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)Internet訪問、IP電話、視頻會(huì)議、 視頻點(diǎn)播、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)游戲等功能 用于全業(yè)務(wù)網(wǎng)的HFC系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備： 局用數(shù)字終端（HDT）-前端 網(wǎng)絡(luò)接口單元（NIU）-用戶側(cè) 光纖節(jié)點(diǎn)（FN）-配線網(wǎng) Cable Modem系統(tǒng) 組成：CM（Cable Modem） 電纜調(diào)制解調(diào)器； CMTS（CM Terminal System）CM前端系統(tǒng) CM和CMTS通過雙向HFC網(wǎng)絡(luò)連接 傳輸速度350Mbps；傳輸距離100km,2.3.2 HFC技術(shù),

11、2.3.2 HFC技術(shù),Cable Modem系統(tǒng)結(jié)構(gòu),CM把上行數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換；下行數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行摸/數(shù)轉(zhuǎn)換， CM的上、下行信號(hào)用不同調(diào)制方式調(diào)制在雙向傳輸?shù)囊粋€(gè)6MHz/8MHz的頻帶上 CM無需撥號(hào)，可永久連接 CMTS用于處理CM發(fā)送和接收的數(shù)據(jù) CM間通信須由CMTS轉(zhuǎn)發(fā) CM向下提供標(biāo)準(zhǔn)接口，如10BASE-T接口,Cable Modem內(nèi)部原理圖,2.3.2 HFC技術(shù),2.3.2 HFC技術(shù),Cable Modem標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)與規(guī)范,MCNS：Multimedia Cable network System DOCSIS: 有線電纜數(shù)據(jù)傳輸規(guī)范,目前，基于IP的CM產(chǎn)品在市場(chǎng)

12、上占主導(dǎo)地位 如今，IEEE802.14工作組已停止工作,作業(yè),完成課后作業(yè) 說明HFC網(wǎng)絡(luò)是如何在CATV網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上進(jìn)行改造的 試描述HFC+CM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全業(yè)務(wù)接入的過程,Why Fiber? 傳輸容量大 傳輸損耗小 泄露小，保密性好 節(jié)省有色金屬 光接入網(wǎng)（OAN，Optical Access Network） 在接入網(wǎng)中采用光纖作為主要傳輸媒質(zhì)的接入技術(shù),2.3.3 光接入網(wǎng)技術(shù),2.3.3 光接入網(wǎng)技術(shù),功能參考模型,應(yīng)用類型 按照ONU在光接入網(wǎng)中所處的具體位置不同，可以將OAN劃分為三種基本的應(yīng)用類型 FTTC(光纖到路邊） FTTB（光纖到樓） FTTH（光纖到戶）,2.3.3

13、光接入網(wǎng)技術(shù),PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）技術(shù) ODN全部由無源器件組成 和AON（有源光網(wǎng)絡(luò)）相比， PON 具有極高的可靠性 對(duì)環(huán)境的依賴程度小 PON 分為 APON/BPON（基于ATM的PON） EPON（基于以太網(wǎng)的PON） GPON（千兆比特兼容的的PON） 現(xiàn)階段EPON與GPON并存,2.3.3 光接入網(wǎng)技術(shù),PON結(jié)構(gòu),2.3.3 光接入網(wǎng)技術(shù),OLT：Optical Line Terminal 光線路終端 POS：Passive Optical Splitter 無源分光器 ONU：Optical Network Unit 光網(wǎng)絡(luò)單元,POS,PON技術(shù)特點(diǎn) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：點(diǎn)到多點(diǎn),

14、樹型 G.652光纖傳輸 上/下行波長：1310nm/1490nm(視頻1550nm） 下行TDM（時(shí)分復(fù)用）廣播方式 上行TDMA（時(shí)分多址接入）方式,2.3.3 光接入網(wǎng)技術(shù),2.3.3 光接入網(wǎng)技術(shù),EPON和GPON比較,2.3.4 無線接入技術(shù),為何采用無線接入？,靈活性強(qiáng) 抗災(zāi)能力強(qiáng) 支持個(gè)人通信,什么是無線接入？,無線接入是指在交換節(jié)點(diǎn)到用戶終端之間的傳輸線路上，部分或全部采用了無線傳輸方式,2.3.4 無線接入技術(shù),無線接入的主要技術(shù)？,蜂窩技術(shù) 微波點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù) 衛(wèi)星通信技術(shù),無線接入分類？（按照用戶終端的可移動(dòng)性）,固定無線接入（無線本地環(huán)路，WLL) 用戶終端固定或只有有限

15、的移動(dòng)性 主要系統(tǒng)有本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)、多路多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)、一點(diǎn)多址微波系統(tǒng)、固定無繩通信系統(tǒng)、直播衛(wèi)星系統(tǒng)等 移動(dòng)無線接入 用戶終端能在較大范圍內(nèi)移動(dòng)同時(shí)進(jìn)行通信 主要系統(tǒng)有移動(dòng)衛(wèi)星系統(tǒng)、集群系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)、蜂窩移動(dòng)通信等,2.3.4無線局域網(wǎng)（WLAN）概述,W + LAN（無線通信技術(shù) + 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)） 使用無線多址信道 功能：為小范圍內(nèi)固定或移動(dòng)站點(diǎn)提供無線數(shù)據(jù)通信服務(wù) 標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)及組織：IEEE802.11工作組；WiFi聯(lián)盟 主要技術(shù)品牌：WiFi；HomeRF；HyperLAN1/2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：IEEE802.11及擴(kuò)展系列 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：Adhoc(無中心）；AP（有中心） 頻段：2.

16、4GHz（ISM頻段），5GHz 主要問題：如何利用有限的帶寬、如何避免或分解沖突、如何保持站點(diǎn)移動(dòng)時(shí)的連續(xù)通信、提高抗干擾能力問題、安全性問題等。,2.3.4 IEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn),IEEE 802.11協(xié)議族成員,物理層,802.11(1/2 Mbps),802.11b(5.5/11 Mbps),802.11g(54 Mbps),802.11a(54 Mbps),802.11n(300 Mbps),2.3.4 IEEE802.11物理層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),無中心對(duì)等結(jié)構(gòu)（Ad hoc）,所有移動(dòng)站點(diǎn)都處于平等地位 無中心站，所有站點(diǎn)間可直接通信無需中繼 所有站點(diǎn)共享同一信道

17、，競(jìng)爭(zhēng)同一信道 需采用全向天線 用戶增加時(shí)，沖突厲害 適合用戶少且范圍小的組網(wǎng),WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（續(xù)）,有中心AP接入結(jié)構(gòu),所有移動(dòng)站點(diǎn)通過中心站點(diǎn)(AP)接入 一般AP位置不動(dòng)，實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)的接入和到有線網(wǎng)的橋接 不考慮移動(dòng)站點(diǎn)之間的直接通信 只考慮各站點(diǎn)與AP之間的直接通信 無線站點(diǎn)之間、無線站點(diǎn)到互聯(lián)用戶的通信都需通過AP轉(zhuǎn)發(fā) AP采用全向天線，移動(dòng)站點(diǎn)采用定向天線 有中心的結(jié)構(gòu)便于對(duì)用戶的接入管理，更適合作WLAN接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu),WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（續(xù)）,BSS Basic Service Set ,基本服務(wù)組 BSS是一個(gè)基本的WLAN的單元網(wǎng)絡(luò) 為一組站點(diǎn)提供通信服務(wù) 在一個(gè)BSS內(nèi)，各站

18、點(diǎn)可直接通信（對(duì)等），或只能通過一跳中繼實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)之間的通信（AP) 每個(gè)BSS都有一個(gè)ID，稱為BSSID 不同的BSS之間的站點(diǎn)不能直接通信,WLAN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（續(xù)）,ESS ESS:Extended Service Set ，擴(kuò)展服務(wù)組 多個(gè)BSS通過一個(gè)分布系統(tǒng)(DS)相連構(gòu)成一個(gè)ESS(每個(gè)BSS內(nèi)有一個(gè)AP，用于連接DS及控制BSS內(nèi)站點(diǎn)接入） ESS有一個(gè)ID，稱為ESSID（與BSSID統(tǒng)稱為SSID）。同一個(gè)ESS的站點(diǎn)可以在不同的BSS之間“漫游”,WLAN關(guān)鍵技術(shù),擴(kuò)頻技術(shù) 無線頻譜規(guī)劃 安全技術(shù) 覆蓋與天線技術(shù) 無線漫游技術(shù),擴(kuò)頻技術(shù),概念 用來傳輸信息的射頻帶寬遠(yuǎn)大于信息

19、本身帶寬的一種通信方式 技術(shù)特點(diǎn) 抗干擾、抗衰落 安全性高 WLAN中采用的擴(kuò)頻技術(shù) 跳頻擴(kuò)頻（FHSS） 直接序列擴(kuò)頻（DSSS）,無線頻譜規(guī)劃,WLAN所用頻段特點(diǎn) ISM頻段 不受無線電管理部門管制 用戶使用時(shí)不需注冊(cè) WLAN頻譜規(guī)劃 2.4GHz頻 (2.4GHz2.4835GHz) IEEE802.11b/g/n 5GHz頻段 (5.725GHz5.850GHz) IEEE802.11a/n,無線安全技術(shù),WEP 有線等價(jià)保密協(xié)議，Wired Equivalent Privacy 定義于：IEEE 802.11-1999 RC4對(duì)稱加密算法、密鑰長度40/128bit 可用于認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密 認(rèn)證：共享密鑰認(rèn)證 保密強(qiáng)度太低，已無實(shí)用價(jià)值 WEP協(xié)議和RC4算法均存在著重大漏洞,無線安全技術(shù),TKIP 時(shí)限密鑰完整性協(xié)議 Temporal Key Integrity Protocol 從IEEE 802.11i草案開始定義 仍然采用RC4算法 引入了多種算法提高保密強(qiáng)度 WPA：Wi-Fi Protected Access Wi-Fi將TKIP作為過渡措施推出 主要是一種市場(chǎng)措施,無線安全技術(shù),802.11i引入新的安全機(jī)制 802.11i是WLAN信息安全性的最新標(biāo)準(zhǔn) 據(jù)認(rèn)為可以構(gòu)建安全的無線局域網(wǎng) 受到業(yè)界廣泛支持 最新的安全機(jī)制包括： CCM