数字用户线路xDSL技术在接入网中的应用

2019-11-04 22:52:00

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供稿：网友

　　接入网由业务节点接口（SNI）和相关用户网络接口（UNI）之间的一系列传送实体（例如线路设施和传输设施）组成，是电信网的重要组成部分，也是信息高速公路的“最后一英里”（the last mile）。接入网按照技术类型可以分为有线接入网、无线接入网和有线无线综合接入网。其中有线接入网技术包括铜线传输、光纤传输及光纤铜线混合传输。
　　
　　数字用户线路（xDSL）属于铜线传输技术，它是美国贝尔通信研究所于1989年为推动视频点播（VOD）业务而开发出的以铜质电话线为传输介质的高速传输技术，后因VOD业务受挫而被搁置了很长一段时间。近年来随着Internet网络技术，非凡是基于Web 浏览业务的迅速发展，人们对宽带业务的需求迅速增长，使得xDSL技术在宽带Internet接入领域获得了新的应用。xDSL技术为用户提供数兆比特每秒的数据传输速率，是现有话带Modem数据传输速率的几十倍，较好地满足了用户的需求。
　　
　　用户接入网宽带化的最终目标是用光纤取代所有的铜双绞线，实现光纤到家（FTTH），但这需要巨额投资和较长的建设周期，而xDSL技术能利用现有用户接入网的铜双绞线，保护了电信部门现有的投资，是一种很好的过渡措施。
　　
　　一、xDSL技术的分类及特点
　　xDSL技术包括高数据速率DSL（HDSL）、单线路DSL（SDSL）、甚高数据速率DSL（VDSL）、不对称DSL（ADSL）和速率自适应DSL（RADSL）等，它们主要的区别体现在信号传输速度和距离的不同以及上行（用户到交换局）和下行（交换局到用户）速率对称性的不同。
　　
　　1.速率对称型的xDSL
　　
　　比较而言，对称DSL更适用于企业点对点连接应用，如文件传输、视频会议等收发数据量大致相同的工作。
　　
　　HDSL产生于80年代中期，在1～2对铜双绞线上支持对称的 T1／E1（1.544,2.048Mbit／s）传输，有效传输距离为3～4km。它的安装、维护简单，费用比 T1／E1低。最近的发展是在HDSL内开通多路压缩后的话音，支持普通电话业务。
　　
　　HDSL2是最新发展起来的利用一对双绞线来提供T1／E1速率的 DSL技术，采用的调制方式和信号处理技术与HDSL基本相同。
　　
　　SDSL支持对称的T1／E1传输，最大有效传输距离为3km。
　　
　　2.速率非对称型的xDSL
　　
　　ADSL是一种非对称数字信号传送技术，它能够在现有的铜双绞线，即普通电话线上提供1～8Mbit／s下行速率，远高于ISDN速率，而上行速率为640 kbit／s～1.5 Mbit／s，传输距离达3～5km。ADSL技术的主要特点是可以充分利用现有的铜缆网络（电话线网络），在线路两端加装ADSL设备即可为用户提供宽带服务。ADSL 的另外一个优点在于它可以与普通电话共存于一条电话线上，由于ADSL使用话音频带以上的频谱，它能在铜线上同时支持话音和数据业务。
　　
　　RADSL能提供的速度范围与ADSL基本相同，但它可根据铜双绞线质量的优劣和传输距离的远近动态地调整用户的访问速度，目前几乎所有的ADSL设备的速率都是自适应的。
　　
　　ADSL Lite（或G.Lite）是ADSL的一种简化版本，在1999年己被ITU-T标准化，它的最高下行速率为1.536 Mbit／s，最高上行速率为512 kbit／s。由于最高传输速率有所下降，ADSL lite设备将有更远的传输距离，而且它取消了用户端设备中的普通电话业务分离器（splitter），用户可以自己安装ADSL设备，从而降低了成本。
　　
　　VDSL是xDSL技术中发展最快的一种，是一种更高速率的DSL技术，在一对铜质双绞电话线上下行数据的速率为12.96 Mbit／s（1500 m）到51.84Mbit／s（距离小于300 m），上行为1.5～2.3 Mbit／s。由于VDSL的传输距离只在几百米以内，线路环境优于ADSL，技术难度较低，可以成为光纤到家的具有最高性价比的替代方案。VDSL目前主要为数字电视、高清楚度电视及调频广播传送服务。目前深圳的视频点播（VOD）就是采用这种接入技术实现的。
　　
　　二、xDSL技术在接入网应用中的协议结构
　　1.用作专线网的接入线
　　
　　专线提供上下行速率对称的通信业务，因此可采用SDSL，HDSL 型Modem，终端通过V.35或X.21等串口与其相连，其双向传输速率为128 kbit／s～2 Mbit／s。
　　
　　2.ip方式
　　
　　在Internet中，浏览Web等客户／服务器业务的下行数据量要大得多，因此可采用下行高速化的ADSL Modem。目前有许多中间协议支持IP在ADSL上传输，如FR和ATM。另外根据ATM论坛的规定，IP包可以直接在ADSL上进行传输。图1是利用ADSL提供高速Internet访问服务的网络结构模型，其中ATU-C是指局端的ADSL Modem，ATU-R是指用户端的ADSL Modem。ATU-R可以直接与PC的总线相连，也可以通过以太网和PC相连。
　　
　　3.ATM方式
　　
　　（1）端到端基于ADSL的宽带网络结构
　　
　　从本质上讲，ADSL技术属于物理层技术，它仅为宽带业务的实现提供了一个可能的物理平台，在该技术基础之上如何构建端到端的宽带网络和业务结构是另一个重要问题。根据新的ADSL标准（ITU-T G992.2和ANSI T1.413 Issue2）和ADSL论坛的规定，ATM信无可直接在ADSL信道上进行传输。
　　
　　下面讨论一种在ADSL之上的端到端宽带业务结构：PPP over ATM over ADSL。该结构已被IETF和ADSL论坛选为基于ATM的ADSL系统在提供Internet接入等业务时的标准结构。
　　
　　如图2所示，端到端基于ADSL的宽带网络结构包括四个子网：用户住宅网、接入网、地区宽带网和业务服务商网络。下面逐一进行介绍。
　　
　　①用户住宅网
　　
　　用户住宅网包括用户、家庭办公室以及小型企业办公室。用户端的ATU-R用来终接物理层信号，也可以提供一些高层功能，如完成从ADSL到用户前端（LAN接口或 PC网络接口卡）数据接口的适应。假如多台PC构成LAN的话，LAN可以通过专用硬件（如外置DSL Modem或路由器）或作为代理服务器的PC与外部网络相连。路由器或PC需要两块网络口卡，一块连接到ADSL Modem（假如有内置ADSL Modem的话，这块网络接口卡本身亦可充当ADSL Modem的功能），另一块用于连接本地局域网。
　　
　　②接入网
　　
　　接入网包括ATU-R，ATU-C和接入复用器。接入复用器和ATU-C 通常集成在一起，称为DSLAM或接入节点。由于WAN接口（如OC-3c）成本很高，因此需要在一个网络接口上集中尽可能多的用户线路。对于网络运营者来说，理想的复用方式应该能在保证独立的 QoS情况下提供高集成度，因为他们要在合理的成本下提供有区别的服务。对于ATM over DSL来说，DSLAM就是一个ATM复用器。为了给ADSL用户提供标准的交换虚拟电路（SVC）业务，DSLAM要终接来自每个ADSL用户的ATM信令协议，并产生到ATM接入交换机的一个ATM论坛标准的UNI信令接口。
　　
　　当地区网是ATM时，接入节点连接到ATM接入交换机。ADSL接入节点和ATM接入交换机可以放在一起，也可以分开。ATM接入交换机的功能是集中和交换来自多个 DSLAM的数据，并送往地区宽带网。
　　
　　对于G.Lite系统来说，ATU-C也可以和中心局的POTS交换机集成在一起（通过一个含有内置分离器的集成卡，它支持话音和G.Lite Modem）。在这种情况下不存在独立的DSLAM，因为它的功能在POTS交换机里完成了。
　　
　　③地区宽带网
　　
　　地区宽带网通常建立在SONET结构上，负责连接一个区域内的中心局。在SONET结构上，ATM正逐渐用来在中心局和业务服务商之间提供宽带连接。
　　
　　④业务服务商网络
　　
　　业务服务商网络包括Internet服务提供者入网点（POP）、内容服务商网络、企业网及地区操作中心。其中，Internet服务提供者POP用于连接Internet，提供 ISP业务，如E-mail和Web浏览。内容服务商由发布信息的服务器集群组成，可提供音频和视频点播等业务。企业网与地区宽带网相连，可答应公司员工从家中或分局进行远程接入。网络治理员通过地区操作中心来治理整个接入网，并可提供增值业务。
　　
　　（2）端到端ATM
　　
　　这里讨论的DSL端到端业务结构是用户住宅和业务服务商网络之间的端到端ATM网络，ATM终端设备包括位于用户住宅（如PC或外置ATUR）和业务服务商网络（如服务器或路由器）的所有终接这种端到端ATM网络的设备。ATM over DSL这种结构在DSL环境中不用改变协议，保留了高带宽的特征和QoS。
　　
　　利用ATM over DSL，用户和小型企业办公室可以接入到宽带 Internet环境，ATM over DSL支持从远程用户到ATM网络任意端点（包括其它ATM骨干网、企业Intranet， Internet）的无缝连接，而且ATM支持到Internet／Intranet服务商的直接连接，这样就提高了 Internet业务的性能、负载分配和冗余度。
　　
　　利用ADSL传送ATM数据可以支持异步复用的两条数据帧传输通道。其中，快速数据通道用于提供较低的数据传输时延，最多不超过2ms，适合于实时交互式应用。交织通道用于提供较低的误码率，但时延较高（几十毫秒）。
　　
　　ATM终端必须支持UNI 3.1信令，对UNI 4.0信令的支持近期不作要求。所有的ATM终端都必须支持业务整形，包括未指定比特率（UBR）业务，并确保在建立连接时协商的峰值信元速率，以避免ADSL链路过载。
　　
　　在ADSL接入网络上采用ATM作为第二层协议还有以下优点：
　　
　　①协议的透明性
　　
　　该网络独立于第三层采用的协议（如P，IPX等）之外。
　　
　　②支持多个QoS等级
　　
　　ATM传输可以使网络治理员根据用户的不同QoS等级和不同应用来分配网络服务的资源。
　　
　　③ATM的带宽可扩展性好
　　
　　ATM的带宽可扩展性正好与ADSL的速率自适应相匹配，这样可以做到最优地利用每条线路。
　　
　　④向其它XDSL技术的演进ATM和ADSL的联合使用为向其它接入技术（如VDSL）的演化铺平了道路，因为ATM是独立于物理层的。
　　
　　（3）PPP over ATM
　　
　　在用户住宅和

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