视点:宽带光纤接入网的发展方向

网络 通信技术
宽带光纤接入网的技术实现手段有多种,包括铜线上的DSL和以太网技术,同轴电缆上的HFC技术,光纤上的各种有源和无源技术,以及无线上的宽带接入技术等。

宽带光纤接入网有很多值得学习的地方,这里我们主要介绍宽带光纤接入网的发展方向。首先简要介绍了宽带光纤接入网的发展状况和主要应用,接下来重点分析比较了各种宽带点到点有源光纤系统和宽带点到多点无源光纤系统的特点和发展,最后指出我国的发展将可能跨越APON、BPON和EPON阶段,从宽带点到点以太网光纤系统和GEPON开始,乃至很快过渡到GPON阶段。

一、宽带光纤接入网的发展现状和应用

进入21世纪以来,全球宽带光纤接入网进入了一个大发展阶段,其中亚太地区,特别是韩国和日本是发展最迅猛的国家,这与其政府的大力推动是密不可分的。韩国经过三年的大发展,宽带用户总数突破1 000万,宽带普及率达到世界第一,占家庭用户的70%,互联网用户的90%,市场规模达到40亿美元。日本政府也通过各种措施(包括eJapan、uJapan等一系列国家项目)大力推动宽带技术的发展,目前宽带用户总数为1 500万,其中光纤到户(FTTh)达到120万,计划到2005年将宽带用户总数提高到3 000万,其中FTTh达到1 000万。美国的宽带光纤接入网以电缆电视和ADSL为主,近来光纤到驻地(FTTP)已引起不少地方政府的兴趣,成为近期FTTP发展的主要驱动力,传统电信公司中Verizon的态度最积极,计划在2004年敷设100万户。近两年我国宽带光纤接入网的发展也十分迅速。据初步统计,到2003年底我国宽带上网用户达到1 740万, 宽带注册用户数为1 010万。2001~2003年, 我国互联网宽带用户从200万增加到1 740万, 年均增长率为385%,宽带用户增长率是上网用户增长率的5.7倍, 说明我国宽带用户增长进入快速发展期。

从宽带应用看,按照美国麦肯锡公司的最新分析,初期的宽带应用主要是高速上网,可以增加约30%的上网时间。此后,随着宽带业务的大规模拓展,开发新的业务将成为继续发展的动力。据美国RhK在2004年第一季度的调查结果显示,2003年美国前五名的宽带消费是网上赌博、成人节目、游戏、音乐下载和视频点播,具有明显的向消费类业务倾斜的趋势。韩国宽带市场的成功发展主要取决于两大因素:第一是政府的大力支持,包括政策推进、政府资金的支持等,例如韩国政府拨出15亿美元资助运营商建网,发放10亿美元低息贷款鼓励建网,开发200美元的低价电脑扶贫以及开放健康的市场竞争环境;第二是丰富的在线应用和内容,教育与游戏相结合形成的应用突破使网民的上网时间从每月17 h提高到44 h。

需要指出,讨论应用驱动要防止进入一个基本认识上的误区,即不能寄希望于人为事先研究开发出一两项所谓的"杀手锏应用"来推广应用。事实上,从电信发展历史看,当网络用户数达到一定规模时,各种应用会自然产生,这也是所谓的迈特卡夫定律的威力所在。历史上没有一种技术生来就带着一大堆应用,无论是移动通信还是互联网,其短信、浏览、网上聊天等关键应用都是在用户规模发展到一定程度后自然产生的,而不是事先刻意设计和策划出来的。

二、宽带光纤接入网的优势

宽带光纤接入网的技术实现手段有多种,包括铜线上的DSL和以太网技术,同轴电缆上的HFC技术,光纤上的各种有源和无源技术,以及无线上的宽带接入技术等。当前各种宽带接入技术都在发展和应用,从世界范围看,电信公司是以ADSL为主发展的。根据ATM论坛的统计,2004年第一季度全球已有7 340多万ADSL宽带用户,其他宽带接入光纤网技术的用户量都不是很大。
目前的ADSL技术是建立在铜线基础上的宽带接入光纤网技术,然而铜是世界性战略资源,所以随着国际铜缆价格的持续攀升,以铜缆为基础的xDSL的线路成本会越来越高;其次,作为有源设备,电磁干扰难以避免,维护成本也会越来越高;最后,随着全网的光纤化进程继续向用户侧延伸,端到端宽带连接的限制将越来越集中在接入段,目前ADSL上行1 MBit/s和下行8 MBit/s的连接速率已无法满足高端用户的长远需求。尽管ADSL2和ADSL2+技术有望缓解这一压力,但其速率和传输距离的继续大幅度提高是受限的,不能指望有本质性突破。显然,随着光纤在长途网、城域网乃至接入网主干段的大量应用,逻辑的发展趋势将是继续向接入网的配线段和引入线部分延伸,关键是推进速度有多快。这将取决于多种因素,包括市场的需求、竞争的需要、应用的刺激、技术的进步、成本的下降以及配套运维系统的开发,等等。我国举办2008年奥运会和2010年世界博览会这两大事件将在一定程度上推进宽带光纤接入网的发展。下面将重点从技术角度来分析几种主要宽带光纤接入技术的特征、问题和发展趋势。

三、点到点有源光纤接入网

1.宽带数字环路载波系统

光纤接入网可以粗分为有源和无源两类,所谓的有源光接入网以前主要指第二代数字环路载波(DLC)系统,即综合的数字环路载波(IDLC)系统。随着宽带的发展,DLC也在进一步改进以支持DSL等宽带接入业务,构筑统一的宽窄带综合接入平台,支持向光纤到路边(FTTC)/FTTH的演进,国际上(例如heavy Reading)将其看作第三代DLC系统或宽带数字环路载波(B-DLC)系统。其中又分为两种:一种是在原有IDLC的基础上加宽带背板总线,支持独立DSL接入;另一种是新设计的系统,所有用户接口都是普通老式电话业务(POTS)加DSL,而成本几乎没有明显变化,设备往往还集成了VoIP媒体网关,具有h.248控制协议和信令,可以由软交换直接控制,适合网络在从传统电话网端局向软交换统一控制的宽带网过渡时期应用。

传统DLC的缺陷是由于低用户密度区数字用户线接入复用设备(DSLAM)的敷设缺位或DSL的传输距离和速率限制而只能支持大约50%的用户。而B-DLC可以增加DSL的可用性,在所有有业务需求的地区都可以按需提供DSL业务。B-DLC也是推动接入网灵活点(交接箱处)融合的理想平台,可以按需以用户线为基础逐步实现向软交换的平滑过渡。这种技术在较低DSL密度下是比较经济的解决方案,转折点大约为25%左右,对于大规模高密度DSL敷设,则DSLAM是更理想的解决方案。然而,B-DLC技术作为有源设备仍然无法完全摆脱电磁干扰和雷电影响以及有源设备固有的维护问题,尽管在近中期会有发展,但不是接入网的长远解决方案。

2.点到点同步数字系列/多业务传送平台系统

在接入网中应用点到点同步数字系列(SDH) 的主要优势在于可以提供理想的网络性能和业务可靠性。SDH的最新发展趋势是支持以太网等业务接口的映射,于是SDH逐渐发展成为多业务传送平台(MSTP)。基本思路是将多种不同业务直接或经过处理后再通过虚电路(VC)级联等方式映射进不同的SDH时隙, 而将SDH设备与二层乃至三层分组设备在物理上集成为一个实体,构成业务层和传送层一体化的SDH多业务节点,定位于网络的边缘。具体实施时相当于将SDH复用器、数字交叉连接器(DXC)、WDM终端、二层交换机乃至IP边缘路由器等多个独立的设备集成为一个MSTP网络设备,统一控制和管理。当然,这种融合不是一步到位的,随着业务的发展和技术的进步,近期可以首先实现物理融合,中长期再走向完全的功能融合,成为名副其实的融合节点。特别是集成了VC级联、通用成帧协议(GFP)、动态链路容量调整机制(LCAS)三种标准功能的新一代MSTP,不仅能大大增强自身灵活有效支持数据业务的能力,而且可以将核心智能光网络的智能特征扩展到网络边缘,增强整个网络的智能范围和效率。

最新的发展则是将具有很好汇聚特性和优化数据接入能力的弹性分组环(RPR)功能集成进来,最适合于城域网的接入层应用,特别是以太网业务带宽需求占绝对优势的场合。然而,由于RPR没有跨环标准,独立组大网的能力较弱,若利用与MPLS相结合的方法可以使跨环业务流配置成同一个MPLS的标记交换通道,从而实现多个RPR环业务的互通和端到端业务调度。利用MPLS还能提供基于全网的流量工程,实现空间重用和带宽保证,提供有QoS保证的端到端的业务连接,加强了支持数据灵活联网的能力,应用范围则可以扩展到网状网等复杂的拓扑结构。鉴于这种方案基于同步工作,抖动要求严格,设备成本较高,而且灵活生成业务的能力不足,因此主要适用于局间或汇接点(POP)间,以及大型企事业用户的点到点通信。
3.点到点有源以太网系统

传统以太网技术不属于接入网范畴,而属于用户驻地网(CPN)领域。然而其应用领域却正在向包括宽带光纤接入网在内的其他公用网领域扩展。历史上,对于企事业用户应用环境,以太网技术一直是最流行的方法,目前已成为仅次于供电插口的第二大住宅和办公室公用设施接口。采用以太网作为企事业用户接入手段的主要原因是:已有巨大的网络基础和长期的经验知识,目前所有流行的操作系统和应用都与以太网兼容,性能价格比好,可扩展性强,容易安装开通以及可靠性高等。

对于公用网住宅用户应用环境,点到点有源以太网系统采用有源业务集中点来替代无源点到多点系统的无源器件,使传输距离可以扩展到160km。主要优点是:专用接入,带宽有保证,每用户可以独享100 Mbit/s的接入速率,局端设备简单,传输距离长,成本随用户数的实际增长而线性增加,投资风险低,在低密度用户分散地区成本较低。缺点是光纤设施专用,当需求快速增长且用户很密集时,空间需求和成本也随之迅速增加,因而不太适合高密集用户区域。由于计费、质量、管理、安全等多种因素,以太网作为公用网接入方式尚需进一步改进,主要是因为以太网技术的固有机制不提供端到端的包时延、包丢失率和带宽控制,难以保证实时业务的服务质量,缺乏安全机制保证等。
 

责任编辑:王晓东 来源: NET130
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