探讨宽带接入技术的应用现状与发展

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探讨宽带接入技术的应用现状与发展

摘 要 ：宽带接入是目前网络应用发展的重点技术之一，也是推动其它技术发展的重要力量，其迅猛增长的带宽需求在很大程度上推动了IP城域网与骨干传输网的发展。 从2003年开始，xDSL的应用走上了快车道，以每年近100%的速率增长，目前仍处于高速发展时期，而其他宽带接入技术也有了新的应用。文章介绍了宽带接入技术的现状和主要应用，对几种最新宽带接入技术，特别是光纤接入网等的热点技术发展进行介绍，阐述了宽带接入技术、设备和业务的发展趋势，并讨论了宽带接入技术的演进趋势。
   关键词 宽带接入 光纤接入 EPON/GEPON GPON 光纤 发展
　　宽带接入业务正处于从市场培育期向快速发展期过渡的关键时期，技术发展、业务创新、新价值链的逐步形成、创造性的营销策略等几个因素彼此作用，共同构成了电信运营商宽带竞争的利器，但是如何使之充分发挥效用，不断地满足差异化的客户需求，降低运营、维护和管理的成本是运营商必须应对和思考的问题。
　　宽带接入技术的现状
　　进入21世纪以来，全球宽带接入网进入了大发展阶段。我国宽带接入网在近两年发展也十分迅速。据初步统计，到2004年底我国宽带用户达到2 500万，成为仅次于美国的第二大宽带接入市场,其中主导技术是ADSL，大约占70％左右，其次是以太网技术，还有少量宽带无线接入和电缆调制解调器接入。在国内，宽带接入对固网运营商的业务发展起着举足轻重的作用，已成为固网运营商主要的投资方向和业务收入来源之一。从中国2亿多的电话用户和不足1%的宽带普及率来看，未来相当长的时间内DSL都具有较大的发展空间。目前商用用户的速率为512kbit/s，这主要受限于上游IP城域网的压力。DSL提速迫在眉睫，特别是随着IPTV、网上VOD点播等视频业务的开展，512kbit/s的速率已经不能满足需求。从近期看，2Mbit/s~3Mbit/s的速率是比较理想的速率。随着电信业务从语音业务向数据业务的战略转移，加快发展宽带业务已成为固网运营商未来业务发展的战略性选择。
    （1）从用户需求角度看，现有接入网络需要针对住宅用户、商业用户和酒店用户的不同特点，通过不同的接入方式，满足不同层次用户的需求。目前仅根据用户收入对大客户进行划分，一般地对于大规模商业用户和酒店用户采用光纤直驱的专线接入方式，而对于潜在的大型客户或中小用户缺乏多样化、灵活有效的服务等级支持，一定程度上限制了对客户增值潜力的充分挖掘。
　　（2）从服务能力角度看，语音、数据和视频的综合多业务接入将是未来接入网络发展的重要目标和演进趋势，对服务等级协议(SLA)的全方位保障是目前实现电信级运营的重要环节。但是现有接入网络经历了长期的建设，设备制式多，客户端设备种类复杂，对于CPE设备缺乏必要的维护能力和管理能力，限制了端到端服务质量的保证，使得在部分地区开展高带宽、高实时性业务（如视频会议业务）存在一定的困难。
　　（3）从运营维护角度看，传统宽带接入网络由于技术发展水平的局限和已敷设线路资源的限制，接入侧维护成本已经接近整体宽带接入运营成本的一半，由于线路和终端的日常维护、故障的定位和排除等辅助功能不足，为运营商带来了高额的支出。
　　光纤接入技术的简介
　　随着光纤在长途网、城域网乃至接入网主干段的大量应用，光纤接入网正越来越受到运营商、设备商、甚至是政府的重视。特别是作为光纤接入最有发展前景的宽带PON技术正面临前所未有的机遇。这里所说的宽带PON技术，是指基于以太网技术的EPON技术和具有吉比特传送能力的GPON技术。曾经风云一时的APON由于技术复杂、设备价格高，加之ATM网络在市场的萎缩，很难在将来的光纤接入市场中占据一席之地。
　　（1）EPON/GEPON
　　目前EPON技术较为成熟，在国内外已有较多的厂商推出了EPON解决方案，并在国内开展试验和获得了少量应用。而GPON技术仍不十分成熟，目前只有国外的FlexLight宣称能提供GPON解决方案。GPON技术虽然是运营商所企盼的能高效综合各种业务的光纤接入技术，但其价格问题仍是运营商对这项技术感到困惑的关键要素，甚至有人认为，对于纯数据业务的接入而言，选择简单、经济的EPON就足够了。
　　从EPON/GEPON的结构上看，其关键优点是极大地简化了传统的多层重迭网结构，主要有以下几个特点。
　　1）消除了ATM和SDH层，从而降低了初始成本和运行成本；
　　2）下行业务速率高达1Gbit/s,允许支持更多用户，每一用户的带宽可以更高，并能提供视频业务能力和较好的QoS；
　　3）硬件简单，无须室外电子设备，使安装部署工作得以简化；
　　4）可以大量采用以太网技术成熟的芯片，实现较简单，成本低；
　　5）改进了电路的灵活指配和业务的提供和重配置能力。
　　EPON/GEPON的主要缺点是效率低和难以支持以太网以外的业务。前者是由于采用8B/10B的线路编码，引入20％的带宽损失，再加上其他开销，可用负荷仅50％左右，而APON和GPON都采用NRZ扰码为线路码，没有带宽损失。再加上承载层效率、传输汇聚层效率、业务适配效率等原因，使EPON/GEPON总的传输效率很低，大约仅为GPON的一半。
　　（2）GPON
　　从技术角度看，GPON是BPON的继承和发展。GPON继承了BPON的很多基本特点，例如两者都使用同样的OLT核心技术，使用同样的物理光纤设施和光功率预算等。另一方面，GPON采用了一些最新的技术成果，除了最重要的GFP封装外，还包括前向纠错等新技术。
　从提供的业务看，GPON不仅可以提供10M/100Mbit/s、1Gbit/s的业务，而且可以提供VLAN业务和语音业务。总的看，GPON不是制造商驱动的技术标准，而是一种运营商驱动的标准，因此具有更周到的运营利益考虑。速率可达2.4Gbit/s；具有通用的映射格式，可适应任何新老业务；具有丰富的OAM&功能；对各种业务均有很高的传输效率，即便对于TDM业务也能灵活、高效、低开销传送。可以帮助运营商完成从传统TDM语音电路向全IP网络的平滑过渡，其缺点是依然保留有了复杂的ATM层功能，成本偏高。
　　（3）GPON和EPON/GEPON面临的共同挑战
　　首先，怎样才能在Ethernet/GFP上有效承载TDM业务并能提供电信级的服务质量；其次，由于GPON和EPON/GEPON是点对多点的星形或树形网络，需要通过一个1+1并经过不同路由的光网络来实现电信级的保护恢复要求，网络成本将非常高；第三，目前GPON和EPON/GEPON设备成本主要受限于突发光发送/接收模块以及核心的控制模块/芯片。这些模块要么是技术不成熟无法商用，要么是价格昂贵还难以适应市场需要；第四，GPON和EPON/GEPON的一次性投入成本较高，不太适合逐步投资扩容的传统电信建设模式，仅适合完全新建或改建的密集用户区域。　
　　宽带接入技术和设备发展趋势
　　（1）宽带接入技术的发展趋势
　　1）DSL技术在相当长一段时间内仍将是主流的宽带接入技术。
　　ADSL2/2+技术正逐步发展成熟，在2005年，它将逐步取代第一代ADSL技术，在宽带接入领域扮演主力军的角色。对于ADSL2和ADSL2+两种新一代ADSL技术，ADSL2技术由于其下行速率与第一代ADSL技术相比没有太大的提高，而ADSL2+技术拥有ADSL2技术所具有的优良特性，所以，ADSL2/2+技术将以ADSL2+技术的形式发展。VDSL技术在VDSL2标准推出之前不会有大规模的发展，但目前基于DMT调制的VDSL技术的双向对称特性和短距离范围内超过100Mbit/s的高下行带宽特性仍具有无可比拟的优势，因此，在VDSL2标准和技术成熟前，基于DMT调制的VDSL技术将作为ADSL2+技术的补充，会得到少量的应用。
　　2）EPON/GPON光纤接入技术将有一定的发展，但完全实现FTTH还需要相当长的一段时间。
　　随着EPON技术发展成熟、设备价格的下降， EPON技术在高档住宅小区和商用大厦将有一定的应用。GPON技术仍不完全成熟，目前很少有厂商支持，虽然GPON推出的初衷是支持各种业务的综合接入，但随着整个网络和业务的IP化，GPON技术优势越来越不明显，而且其价格问题和技术成熟性一直让运营商对这项技术感到困惑。虽然EPON/GPON光纤接入将有一定的发展，但其高成本、业务需求与定位、光缆布放、对维护人员的高要求等因素将会减缓FTTH的进程，特别是光器件、光纤、光接续等技术和成本能否快速降低在很大程度决定了光接入技术的发展。
　　（2）宽带接入设备的发展趋势
　　宽带接入设备的总体发展趋势是通过一个端口为用户提供多业务的综合接入，包括公众互联网业务、IPTV业务、NGN业务等，具体体现在以下几个方面。
　　1）在背板容量、交换能力、业务引擎、转发性能、网络侧接口等方面能保证公众互联网业务、视讯业务、VPN业务、组播业务等具有良好的性能；
　　2）在用户端口支持多PVC或多VLAN，实现对不同业务的承载；
　　3）支持针对不同业务类型，划分优先级，并在上联口基于优先级进行转发；
　　4）支持IGMP SNOOPING或PROXY功能以及对组播业务的控制功能。
　　宽带接入技术的演进趋势
　　（1）技术演进的几个方面
　　1）向光纤化过渡
　　我国接入网骨干层的光纤化已经完成，而接入层（配线层和引入层）的光纤化还处于起步阶段，SDH和各类无源光网络（pon）相结合的传输技术比较经济，符合中国具体的网络情况。应当首先实现光纤到路边、光纤到小区和光纤到大楼，然后随着通信业务的发展和网络结构的不断演变，逐步推进光纤接入网的建设，扩大光纤接入网的覆盖范围，缩短光纤接入网与用户终端的距离。
　　2）充分利用原有线缆并适度挖潜
　　宽带接入在追求高带宽的同时，还应重视经济性、方便性，光纤接入虽然有巨大的带宽，但目前还不具备经济性、方便性。反过来看，用户网长期以来是以金属线缆为基础的，经过多年的建设，存在大量的线缆资源，如固定电话双绞线网、有线电视的ＨＦＣ网、无处不在的电力线网等，且其带宽能够满足现有主要业务的要求。在宽带接入网建设的初期，应充分利用基于这些线缆的接入技术，以节省投资，满足快速发展的业务需求。电力线资源巨大，其宽带应用还刚刚起步，有待进一步挖掘其潜力。
　　3）以固定无线接入补充有线接入网
　　固定无线接入方式提供业务快、组网灵活、易维护、初期投资少，而且允许用户在局域范围内慢速移动，适于在农村地区为散居人口提供经济的接入和应急通信的接入，也可以作为城市改造区域的临时接入手段；与FTTX＋xDSL、FTTX＋LAN等配合使用可以扩大覆盖范围。
　　4）接入平台的综合化
　　ADSL接入平台有其特有的优势，如基于现有的电话线并与模拟话音或ISDN共存，速率的不对称性刚好满足上网需求；与此同时，它也有很多劣势，如在距离、速率、非对称性等方面受到的限制。将ADSL与SHDSL、VDSL等不同的xDSL接入方式以及以太网接入方式纳入同一接入系统平台，能充分发挥不同技术的特点，并相互补充，这已成为当前接入技术发展的重要趋势。
　　（2）宽带接入网的发展趋势
　　IP作为整个网络的核心，以ATM、IP、SDH、以太网以及各种无线接入技术作为整个网络的边缘和接入的方式。以DWDM方式的IP over SDH或IP over Optical为传输手段，负责整个高速信息网络的传输。整个网络将以IP协议作为统一通信协议，两个通信网的业务将完全融合。网络的特征将只在网络的边缘地带才能够显示出来，此时骨干网络只起信息传输的作用，业务特性只能在网络的边缘实现。
　　为了使两个通信网络的业务在IP层面实现融合，需要解决一系列技术问题，例如，如何对语音和图像业务提供QoS保证、如何实现对整个网络资源的管理和分配以及如何随时随地提供宽带接入等。为了解决这些问题，我们认为IP与MPLS的结合、光纤接入技术以及宽带无线接入技术将成为未来宽带通信网络的主流技术。主要有以下几方面原因。
　　1）IP与MPLS结合，代表宽带分组交换网络的发展方向。
　　IP以其实现简单，支持异种网络的互连等优点，在Internet上得到广泛应用。通过采用IP技术，能实现各种网络技术的互连互通，并实现真正意义上的“三网合一”。由于MPLS具有快速转发，支持流量工程，并提供QoS保证等优点，因此，MPLS可作为下一代网络的管理和控制面技术。通过IP与MPLS的结合，能有效支持语音、数据和图像业务的传送，并使网络具有良好的可扩展性，易于管理和维护。
　　2）光纤接入技术是“最后一公里”问题的最终解决方案。
　　光纤以其大带宽、易于维护、抗干扰、抗腐蚀等优点，已逐渐在接入网中得到应用。随着光纤、光器件价格的进一步下降，光接入网将最终成为宽带到家的首选方案。
　　3）宽带无线接入技术是未来通信网发展的主要方向之一。
　　无线接入技术以其成本低廉、不受地理环境的约束、支持用户的移动性等优点，将成为光纤接入技术的重要补充，使人们实现真正意义上的个人通信的目的。
　　结束语
　　总的看，宽带接入技术正在快速地向高带宽、可管理、更经济、更方便、能提供一定服务质量的方向发展，并向下一代网络靠拢。而宽带接入技术的综合化能更容易地结合不同技术的优势，更好地满足业务的发展需求，并能适应向未来网络技术的演变。构筑未来接入网的关键在于如何合理地处理各种宽、窄带业务，宽带网络的构建必须充分利用现有的庞大网络，因而宽带接入是演进而非革命。与此同时，接入网传输的IP化以及基于同一平台的各种业务的综合接入也是接入网发展的目标，是宽带接入网满足未来更高业务要求的技术保障。下一代网络是网络演进的总趋势，它是以IP为中心并支持话音、数据和多媒体业务的融合网络。对当前的接入网来说，可首先实现传输的IP 化，并逐步向下一代网络过渡。
作者：江西省邮电规划设计院规划设计所 聂 祥 　摘自：中国电信网