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(gè)層面，對(duì)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(diǎn)，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(shì)。
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(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)平臺(tái)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(gè)人化、分組化和綜合化方向發(fā)展的趨勢(shì)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(dòng)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(diǎn)就是在信息數(shù)據(jù)傳輸上突破了速度、容量和時(shí)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(gè)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(gè)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(shì)。
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(cuò)恢復(fù)機(jī)制顯得過于繁瑣，幀中繼將分組通信的三層協(xié)議簡(jiǎn)化為兩層，即在OSI第二層以簡(jiǎn)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(jìn)行糾錯(cuò)、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(shí)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(jí)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(gè)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(gè)字節(jié)，分為2個(gè)部分。前面5個(gè)字節(jié)為信頭，主要完成尋址的功能；后面的48個(gè)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(jiǎn)化了交換過程，去除了不必要的數(shù)據(jù)校驗(yàn)，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(jī)制，對(duì)網(wǎng)上用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，把網(wǎng)絡(luò)擁塞發(fā)生的可能性降到最小。對(duì)不同業(yè)務(wù)賦予不同優(yōu)先級(jí)，網(wǎng)絡(luò)對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)分配不同的網(wǎng)絡(luò)資源。因此，ATM提供對(duì)話音、圖像等實(shí)時(shí)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(diǎn)，但ATM的開銷大，協(xié)議復(fù)雜，使得ATM設(shè)備的成本高，維護(hù)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(jī)制，把選路和轉(zhuǎn)發(fā)分開，由標(biāo)簽來規(guī)定一個(gè)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(jī)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(jí)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(jī)制與數(shù)據(jù)流的關(guān)系，因此，它的實(shí)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(dòng)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(gè)標(biāo)簽交換點(diǎn)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(shí)，MPLS支持流量工程和業(yè)務(wù)的服務(wù)等級(jí)。
由于MPLS結(jié)合了傳統(tǒng)IP和ATM技術(shù)，具有實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，交換速度快和支持流量工程和業(yè)務(wù)的服務(wù)等級(jí)等優(yōu)點(diǎn)，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(dòng)機(jī)是為了實(shí)現(xiàn)異種網(wǎng)絡(luò)之間的互連，以達(dá)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(diǎn)分配一個(gè)32位的IP地址來達(dá)到唯一標(biāo)識(shí)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)投遞到目的節(jié)點(diǎn)，IP通過路由協(xié)議建立源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的路由，IP路由器根據(jù)目的IP地址和保存的路由表實(shí)現(xiàn)IP分組的逐跳（hop by hop）轉(zhuǎn)發(fā)，直到目的節(jié)點(diǎn)。
最初，IP技術(shù)主要是為一些簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)，如電子郵件、文件傳輸、遠(yuǎn)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(jiǎn)單的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，同時(shí)也能傳送語音、圖像等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。為了保證語音、圖像等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的QoS，需要改進(jìn)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(duì)不同類型的業(yè)務(wù)，采用不同的隊(duì)列調(diào)度策略。DiffServ由于在網(wǎng)絡(luò)邊界對(duì)業(yè)務(wù)流進(jìn)行匯聚，不需要維護(hù)基于流的狀態(tài)信息，因此，同InterServ相比，DiffServ具有良好的可擴(kuò)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(dòng)終端接入Internet，IPv4的缺點(diǎn)逐漸顯露出來，主要包括：地址空間緊張、不支持節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性、安全性差、不提供QoS保證等。為了解決這些問題，IPv6應(yīng)運(yùn)而生，IPv6采用128位的地址空間，同時(shí)支持節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)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(dòng)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(jí)交換機(jī)/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(kuò)展性、靈活性和動(dòng)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(shí)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)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(duì)長距離網(wǎng)絡(luò)來說，其環(huán)回時(shí)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(duì)DWDM的巨大帶寬進(jìn)行更靈活、更有效地分配和利用，然而光分組交換對(duì)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(diǎn)，同時(shí)又克服二者的不足，即在較低的光子器件要求下，實(shí)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(gè)IP包會(huì)聚而成）在傳輸信道和傳輸時(shí)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(diǎn)/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(shí)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(shí)隙交換方式降低了對(duì)光子器件的要求和中間交換節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜度，如中間節(jié)點(diǎn)可以不使用光緩存技術(shù)，不存在網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)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(gè)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(huì)聚機(jī)制及offset-time管理、網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)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(duì)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(diǎn)的結(jié)構(gòu)和性能。該協(xié)議能在WDM層實(shí)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(yùn)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(duì)其性能進(jìn)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(shí)現(xiàn)MPLS，但由于涉及到對(duì)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(shí)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(jī)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(kuò)展性和易于采用電子交換/路由技術(shù)實(shí)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(gè)挑戰(zhàn)性課題，我們?cè)谶@方面進(jìn)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(diǎn)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(duì)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(duì)或三對(duì)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(jī)接收交換機(jī)來的標(biāo)準(zhǔn)一次群信號(hào)，然后加上所需的用于同步和維護(hù)的HDSL開銷，進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理和線路編碼，形成具有HDSL幀的線路信號(hào)并送給雙絞線傳輸。在用戶側(cè)的遠(yuǎn)端機(jī)對(duì)收到的線路信號(hào)進(jìn)行解碼和信號(hào)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(hào)。
ADSL在一對(duì)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(hào)占據(jù)最低的頻段300～3400Hz，而高比特率的下行信號(hào)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(duì)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(shí)，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(hào)通過銅線從局端傳給遠(yuǎn)端用戶，可以支持高速Internet/Intranet訪問、在線業(yè)務(wù)、視頻點(diǎn)播、電視信號(hào)傳送、交互式娛樂等。其主要優(yōu)點(diǎn)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(duì)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(gè)ONU可以連接多個(gè)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(diǎn)是通過一個(gè)開放的高速數(shù)字接口與數(shù)字交換機(jī)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(jī)之間需要應(yīng)用一個(gè)局內(nèi)終端設(shè)備，在北美稱之為局端（COT）。其功能是進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換并將來自FITL系統(tǒng)的信號(hào)分解為單個(gè)的話帶信號(hào)，以音頻接口方式經(jīng)音頻主配線架與交換機(jī)相連。這種方式適合于任何交換機(jī)環(huán)境，包括模擬交換機(jī)和尚不具備標(biāo)準(zhǔn)開放接口的數(shù)字交換機(jī)。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(hù)費(fèi)用要比綜合的FITL系統(tǒng)高。
傳統(tǒng)的時(shí)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(jìn)行信號(hào)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(dòng)態(tài)分配帶寬，這時(shí)帶寬可統(tǒng)計(jì)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(diǎn)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(yuǎn)，帶寬大，維護(hù)費(fèi)用低等特點(diǎn)，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(jìn)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(shí)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(jià)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(diǎn)、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(hào)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(duì)數(shù)字圖像的壓縮調(diào)制、數(shù)字電話信號(hào)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(hào)后傳送。光節(jié)點(diǎn)主要進(jìn)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(hào)分開，二是將這些業(yè)務(wù)信號(hào)分送到不同的用戶設(shè)備。
HFC的主要優(yōu)點(diǎn)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(jí)到光纖到戶（FTTH）。但缺點(diǎn)是必須對(duì)現(xiàn)有有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)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(chǎng)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。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(diǎn)分配系統(tǒng))[4]、MMDS(Multipoint Multichannel Distribute System,多點(diǎn)多信道分配系統(tǒng))[5]、無線局域網(wǎng)[6]等。
3.2.1 本地多點(diǎn)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(tái)及因特網(wǎng)、PSTN網(wǎng)互連模塊等組成。基站實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)與無線信號(hào)的轉(zhuǎn)換，可支持多個(gè)扇區(qū)，以擴(kuò)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(shí)分多址(TDMA)。
LMDS的主要優(yōu)點(diǎn)是可同時(shí)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(kuò)容和升級(jí)。缺點(diǎn)是傳輸距離段，同時(shí)易受天氣和地形限制的影響。
3.2.2 多點(diǎn)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(dá)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(duì)于一些較下方的阻擋物有一定的抵抗力。
MMDS可提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)業(yè)務(wù)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(chǎng)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(duì)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(jì)算機(jī)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(kuò)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(diǎn)（AP）、無線網(wǎng)橋、無線網(wǎng)卡等設(shè)備使無線通信得以實(shí)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(shí)，由接入點(diǎn)AP對(duì)無線信道進(jìn)行集中式管理，當(dāng)采用無中心的方式時(shí)，各移動(dòng)終端分布式地隨機(jī)訪問信道。
在物理層，無線局域網(wǎng)可采用外+FHSS（或DSSS）、DSSS+補(bǔ)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(dòng)終端提供一種訪問廣域網(wǎng)的方式，也可由多個(gè)移動(dòng)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(diǎn)投資少，移動(dòng)終端可以動(dòng)態(tài)，臨時(shí)組網(wǎng)，支持移動(dòng)終端的漫游。缺點(diǎn)是覆蓋范圍有限，帶寬相對(duì)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(shì)
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(dòng)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(gè)通信網(wǎng)絡(luò)具有如下顯著缺點(diǎn)：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(gè)網(wǎng)絡(luò)將演變成IP作為整個(gè)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(gè)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(gè)高速信息網(wǎng)絡(luò)的傳輸。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)將以IP協(xié)議作為統(tǒng)一通信協(xié)議，兩個(gè)通信網(wǎng)的業(yè)務(wù)將完全進(jìn)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(shí)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(shí)現(xiàn)。
為了使兩個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)在IP層面實(shí)現(xiàn)融合，需要解決一系列技術(shù)問題，例如，如何對(duì)語音和圖像業(yè)務(wù)提供QoS保證、如何實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源的管理和分配、以及如何隨時(shí)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(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，支持異種網(wǎng)絡(luò)的互連等優(yōu)點(diǎn)，在Internet上得到廣泛應(yīng)用。通過采用IP技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的互連互通，并實(shí)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(diǎn)，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(kuò)展性，易于管理和維護(hù)。
·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(hù)、抗干擾、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，已逐漸在接入網(wǎng)中得到應(yīng)用。隨著光纖、光器件價(jià)格的進(jìn)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(dòng)性等優(yōu)點(diǎn)，將成為光纖接入技術(shù)的重要補(bǔ)充，使人們實(shí)現(xiàn)真正意義上的個(gè)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(gè)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(shì)。
參 考 文 獻(xiàn)
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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(huì)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(jí)、省部級(jí)及國際國內(nèi)合作項(xiàng)目等科研項(xiàng)目20余項(xiàng)，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(qǐng)國際專利4項(xiàng)（已授權(quán)兩項(xiàng)），出版譯著2部。
