宽带网

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宽带网(BroadBand Network,BBN)

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什么是宽带网

  宽带网一般是指传输速率超过1Mbit/s,能在网络上传输数字、图形、图像、语音、视频等多种媒体,并实现24h连接的计算机网络;它是一个动态的、发展的概念。宽带能带来的主要是高速上网。宽带网不仅有普通网络的浏览、收发电子邮件等功能,而且可以满足语音、图像等大量信息传递的需求,实现视频点播(VOD)、网络电话、在家炒股、远程教育、远程医疗手术、在线游戏等功能。[1]

  宽带网能够提供45Mbps(DS-3)或45Mbps以上速率的网络。对于“宽带”和“宽带网”除了带宽和速率的含义之外,还隐含有与“基带”相对立的含义。所以“宽带”或“宽带网”行时隐含频分工作方式,典型的例子就是把CATV网络称为宽带网。对于后两个特性,也没有很明确的定义,但一般认同宽带网是有交换的,可以涉及传统的交换技术,但更多的是新型的高速分组交换技术。宽带网是有一定智能的,如自动改变带宽,预定业务等。

  按以上的定义,ATM,B-ISDN,FDDI,SDH/SONET,HIPPI,光通道,千兆位以太网等都可以称为宽带网,但应注意它们中有的处在不同的层,有的是相互层叠的。[2]

宽带网的分类[3]

  宽带网可分为主干网、城域网和接入网3个层次,如图1所示。主干网相当于城市与城市之间的高速公路,城域网相当于城市市区内的道路,用户接入网解决的则是将道路从市区一直延伸到小区,直至抵达每个家庭用户。

  Image:一种宽带接入解决方案.jpg

  在实际应用中,宽带网中的接入层也就是位于用户区的局域网。局域网可以是宽带网的一个终端系统。一种“光纤+局域网”宽带接入方案示意如图1所示,该方案就是以太网直接到用户的方式。用户通过局域网以10Mbit/s或100Mbit/s的速度接入宽带IP网络。其特点如下。

  (1)传输带宽,可靠性和扩展性强。(提供1001Vlbit/s到大楼、10Mbit/s到桌面的高速接入)。

  (2)提供各种多媒体服务(视频点播、远程教育、远程医疗电子商务、举行电视会议、拨打视频电话等)。

  (3)24小时随意上网,无须使用电话线,不受时间限制。

  (4)结构简单,维护方便(只需安装以太网交换机和UTP电缆入户即可)。

  宽带技术的运用为用户提供了宽广的应用平台,搭建了一条真正的信息高速公路,以前在窄带传输中不能够实现的应用如今都可以得到实现。

宽带网的接入技术[1]

  目前的宽带接入技术有普通电话线路的非对称数字用户环路技术(ADSL)、FTTB、基于光纤IP网的以太网技术、有线电视的cable modem技术和基于卫星通信的DirectPC技术等。

  1.ADSL

  ADSL是非对称数字用户线路(ssymmetric digital subscriber line)的缩写,有时也称非对称数字用户环路(asymmetric digital subscriber loop)。ADSL作为一种传输层的技术,充分利用现有的铜线资源,在一对双绞线上提供上行640kbit/s下行8Mbit/s的带宽,从而克服了传统用户在“最后一公里”的“瓶颈”,实现了真正意义上的宽带接入。

  (1)ADSL的原理。传统的电话系统使用的是铜线的低频部分(4kHz以下频段)。而ADSL采用DMT(离散多音频)技术,将原先电话线路0~1.1MHz频段划分成256个频宽为4.3kHz的子频带。其中,4kHz以下频段仍用于传送POTS(传统电话业务),20~138kHz的频段用来传送上行信号,138kHz到1.1MHz的频段用来传送下行信号。DMT技术可根据线路的情况调整在每个信道上所调制的比特数,以便更充分地利用线路。一般来说,子信道的信噪比越大,在该信道上调制的比特数越多。如果某个子信道的信噪比很差,则弃之不用。目前,ADSL可达到上行640kbit/s、下行8Mbit/s的数据传输率。

  由上可看到,对于原先的电话信号而言,仍使用原先的频带,而基于ADSL的业务,使用的是话音以外的频带。所以,原先的电话业务不受任何影响。

  (2)ADSL的基本状况。用户可以多种方式接入Internet,数字化、宽带化、光纤到户(FTTH)是今后接入方式的必然发展方向,目前由于光纤到户成本过高,在今后的几年内大多数用户网仍将继续使用现有的过渡性的宽带接入技术,包括N—ISDN、Cable Modem、ADSL等,其中ADSL(非对称数字用户环路)是最具前景及竞争力的一种,将在未来十几年甚至几十年内占主导地位。

  (3)ADSL的优点。DSL(digital subscriber line,数字用户线路)是以铜质电话线为传输介质的传输技术组合,它包括HDSL、SDSL、VDSL、ADSL和RADSL等,一般称为xDSL。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速率和下行速率对称性的不同这两个方面。

  ADSL在一对铜线上支持上行速率640kbids~1Mbit/s,下行速率1~8Mbit/s,有效传输距离在3~5km范围以内;RADSL能够提供的速度范围与ADSL基本相同,但它可以根据双绞铜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。正是RADSL的这些特点使RADSL成为用于网上高速冲浪、视频点播(VOD)、远程局域网络(LAN)访问的理想技术,因为在这些应用中用户下载的信息往往比上传的信息(发送指令)要多得多。

  (4)ADSL与cable modem的比较。与cablemode相比,ADSL技术具有相当大的优势。cablemodem的HFC接人方案采用分层树形结构,其优势是带宽比较高(10Mbit/s)。但这种技术本身是一个较粗糙的总线形网络,这就意味着用户要和邻近用户分享有限的带宽,当一条线路上用户激增时,其速度将会减慢。再者,有关资料表明,大部分情况下,HFC方案必需兼顾现有的有线电视节目,而占用了部分带宽,只剩余了一部分可供传送其他数据信号,所以cable modem的实际传输速率只能达到一小半。国外公司实验表明,其速率减为1~2Mbit/s,更常见的是400500kbit/s。综合来看,即使在理想状态下,HFC只相当于一个10Mbit/s的共享式总线形以太网。而ADSL接入方案在网络拓扑结构上较为先进,因为每个用户都有单独的一条线路与ADSL局端相连,它的结构可以看做是星形结构,它的数据传输带宽是由每一用户独享的。

  (5)ADSL与普通拨号modem及N-ISDN的比较

  ①比起普通拨号modem的最高56kbit/s速率,以及N—ISDN128kbit/s的速率,ADSL的速率优势是不言而喻的。

  ②与普通拨号modem或ISDN相比,ADSL更为吸引人的地方是:它在同一铜线上分别传送数据和语音信号,数据信号并不通过电话交换机设备,减轻了电话交换机的负载,并且不需要拨号,一直在线,属于专线上网方式。这意味着使用ADSL上网并不需要缴付另外的电话费。

  2.FTTB

  FTTB+LAN(简称FTTB):即fiber to the building(光纤到楼),它是利用数字宽带技术,光纤直接到小区里,再通过双绞线(超五类双绞线或四对非屏蔽双绞线)到各个用户。FTTB采用的是专线接入,无须拨号,安装简便,客户端只需在计算机上安装一块网卡即可进行24h高速上网。FTTB提供最高上下行速率是10Mbit/s(独享)。

  1)主要特点

  带宽利用率高,投资费用低。网络升级方便,可最大限度地保护现有的网络投资。带宽为共享式,住户实际可拥有的带宽受并发用户数限制。少数宽带业务不能支持。入户线对较多。

  2)适用范围

  由于采用光纤和五类双绞线布线,由于已建小区线路改造工程量大,因此适合于新建小区。

宽带网的产生[4]

  近年来迅速发展的宽带多媒体业务,如交互式业务、广播式业务以及其他业务,其宽带、高速、多种媒体综合的特性对通信网提出了更高要求。它主要体现在大容量、高速、协议透明、通路高可靠性、操作和管理简单等方面。

  由于这些业务的驱动以及电信业务的普及,使电信网的演化正在迅速进行,它的主要方向是宽带化、智能化、个人化和综合化等。随着INTERNET的发展,通信网的宽带化要求更加急迫。为此加速了电信网的建设,以适应宽带业务对带宽和容量的要求。

宽带网的建设内容[5]

  通信业务依靠一定的网络和手段来提供。什么样的网络才能满足提供宽带业务的需求,即宽带网建设包括什么内容?

  宽带网的建设应考虑三部分内容,即交换网、传输网和接入网。实际上,每一种网络都是由这三部分组成的,每一种业务都是靠这三部分相互配合、相互适应来提供的。任何一部分不适应,都会使提供的业务大打折扣。目前各种独立的网,这三部分的配合都还没有达到宽带网的要求,提供的业务还不能满足人们高层次的需要。因此,就需要技术人员对这三部分进行改进、进行建设,使这三部分都满足宽带需求,互相适应以提供综合的宽带业务,形成真正意义上的宽带网络,即宽带网建设需考虑的内容。

  1.交换网

  宽带网中交换网的建设,传统意义上实际采用的就是ATM技术的ATM网。采用ATM技术的交换中,各种业务经过适配后以统一的定长信元在ATM网中进行交换。ATM交换采用面向连接的信元交换形式,达到大容量、多速率交换,通过虚连接和流量控制机制,实现统计复用,以较高的网络资源利用率实现各种业务的交换。这正是提供综合业务的一种手段。随着因特网的发展,IP业务流量超过语音流量,很多IP交换技术不断涌现,目前,业界普遍看好并已大量应用的线速IP路由交换,提供百兆、千兆级的交换链接,其中,吉比特线速路由交换机被认为是构建宽带网的核心技术,尤其在业务对实时性要求不高的情况下更为有效。而MPLS结合了IP与ATM的特点,结合了链路层和IP层优势,也普遍成为宽带网络的构建技术。MPLS是一种利用数据标记引导数据分组在通信网上高速、高效传输的技术,它的最大优势是在一个无连接的网络环境中引入连接的概念,能够规划和预测数据的流量和流向,从而提高网络的利用率,保证用户的服务质量

  以软交换为代表的下一代技术,虽然在实际网络应用方面尚未取得实质性进展,但仍是下一阶段宽带网建设的热点技术。软交换主要处理实时业务,首先是话音业务,还可以包括视频业务和其他多媒体业务。软交换通常也提供一些基本的补充业务,相当于传统交换机的呼叫控制部分和基本业务提供部分。软交换技术是下一代网络(NGN)的核心技术。下一代网络将从一个网络承载单一服务向一网承载多重服务转化,也即宽带网的基本特性。

  2.传输网

  传输网的建设目前主要采用SDH/WDM大容量可靠传输系统来构筑。在宽带网络中,干线传输要解决的问题是大容量、长距离的可靠传输,采用的物理线路当然是光纤。采用光纤的同步数字传输网(SDH),具有标准的网络接口和网络单元,具有强大的网络管理和维护功能,能灵活地支持多种业务,适应宽带网的需求。目前,SDH支持的最大传输速率为10GPS(STM一64),且全国骨干网传输及各省、市地本地网传输均已采用。随着网络技术的发展,波分复用、密集波分复用WDM/DWDM技术日渐成熟,使光纤的巨大宽带资源可以充分得以利用,传输容量增加几倍、几十倍乃至上百倍,它们将成为宽带骨干网的主要技术。而且随着数据业务的迅速发展和波分复用技术的不断应用,SDH本身也在不断发展和完善中。在光传输领域出现了多种城域传送网解决方案,如基于SDH的多业务传送平台(MSTP)、基于分组的多业务传送平台(RPR)、基于WDM的多业务传送平台,它们的共性就是建立统一的多业务平台来满足来自企业集团用户日益增长的宽带多业务要求。

  全光网络是DWDM技术应用的发展方向。全光网络是指光信息流在网络中的传输及交换始终以光的形式存在,而不需要经过光/电、电/光转换。由于信号传输全部在光系统内完成,因此,全光网络具有对信号的透明性。也就是说,信息从源节点到目的地节点的传输过程中始终在光域内进行,通过波长选择器件实现光的路由选择。全光网络具有扩展性、可重构性和可操作性等特点,已成为光传输领域的重要研究内容。

  目前,全国骨干网和部分省内二级干线网采用DWDM系统。辽宁省内二级干线网1998年已采用32×10GDWDM系统。中国联通骨干网传输容量2004年已达1.6T。更大容量的传输系统将使宽带网的建设更具可拓展性和可塑造价值

  3.接入网

  接入网是整个宽带网络中与用户相连的最后一段。宽带网络中接入网的建设包括两方面含义:一方面要使接入网宽带化,即采用光纤到楼、到户,配以相应的XDSL技术等方式,使用户端到端的连接宽带化;另一方面要解决多种综合业务以统一方式入网的问题,即使用户通过一条线路、一个接口得到宽带网提供的各种业务。宽带接入网的建设是很关键的一步,它关系到综合业务是否能统一到一个网来提供以及宽带业务能否到桌面的问题。因此,在宽带网建设中,要给予接入网足够的重视。

  目前,宽带接入的方式主要有铜线接入技术——包括XDSL点对点的数据字用户线路等技术,光纤接入技术——以FTTX为代表的FTTC(光纤到节点)、FTTB(光纤到大楼)和FTTH(光纤到户)等,混合光纤同轴(HFC)等多种有线接入技术以及无线接入技术。

  目前,宽带接入网建设普遍采用以ADSL接人为主,同时对新建小区、商住楼实施LAN、DDN等接人手段,提供512K~2M的传输速率,初步构成了以上网浏览信息为主的有效的宽带接入手段。

  宽带网络的功能决定宽带网络的建设目标,图给出宽带网络的目标示意图,以便读者能更清楚地看到宽带网建设的功能目标形式。

  Image:宽带网目标示意图.jpg

宽带网的应用[5]

  随着网络技术的发展,互联网业务需求的增加,各运营商的宽带网建设已初具规模。但宽带网的发展,取决于业务应用和网络建设的同步发展。宽带技术虽然有所突破,但是仅有带宽无内容的发展不能带动产业的发展。当前宽带网用户已经不仅仅满足于宽带上网的速度,而是把目光聚集在宽带应用的层面,渴望能够从网上获得更多的信息和服务。但目前宽带内容的发展大大落后于宽带网建设,形成了曲高和寡的局面,宽带应用的缺乏与宽带的发展形成了矛盾。

  宽带网是满足用户对宽带业务及应用的需求。用户是宽带的基础,没有用户就无法为宽带运营商带来效益。从长久来看,没有应用就无法留住用户。应用是宽带的价值所在,宽带网的发展依赖于用户和应用的结合。各运营商在宽带建设上投入了大笔资金,宽带应用的缺乏不仅是对网络资源的浪费也是对宽带用户的浪费。进一步说宽带应用的缺乏也有碍于我国信息化的发展。因此,宽带运营商在投资宽带过程中既要注意用户的发展也要注意开发宽带的应用。

  就宽带网提供的业务与实际中的具体应用来看,涉及各行各业,在很大程度上是一个复杂的系统工程,需要许多部门甚至包括政府共同协作,才能实施。宽带的应用要满足日益增长的信息化需求和人们生活文化娱乐水平提高的需求。由于信息化需求和人们生活文化品位具有丰富性、多样性等特点,因此,要求宽带应用的开发和宽带业务的发展必须依靠不同领域的合作。合作是促进宽带应用的唯一出路。不同行业的合作,不同资源的整合,是促进宽带应用,推动宽带业务繁荣的必然选择。就目前发展来看,以下三个层面的合作对宽带应用的发展至关重要。

  第一是企业与政府合作。宽带的发展离不开宽松、良好的发展环境,因此,企业必须依靠政府,通过与政府紧密合作为企业发展宽带业务创造有利条件。一方面企业开发宽带应用与政府信息化、城市信息化相结合,通过政府的信息化应用推动宽带应用的普及。只有使宽带应用形成一定的规模,宽带才有发展的基础。另一方面,政府本身的政务信息化也是宽带应用的内容之一。实现电子政府是其发展目标。前几年运营商积极参与推动的政府上网工程,为政务信息的网上传播、政务网上办公以及带动企业网上办公奠定了一定的基础。

  第二是企业与应用主体合作。宽带应用是丰富多彩的,宽带应用的对象也千差万别。在宽带业务发展初期,要做到宽带应用“处处开花”是不现实的,相反,如果能抓住一些应用主体,即占收入较大份额的行业、企业,把握好与这些应用主体的合作,就等于抓住了宽带的“大客户”,不仅能起到示范和带动作用,同时也会有较好的经济效益。这些宽带应用主体包括银行保险证券教育等大的行业、企业。这些行业、企业,特别是在经济较发达的地区,对宽带的需求已普遍存在,发展宽带已具备了一定的基础。如国内各大银行间的联网,证券的实时信息传送等对带宽都表现出了很高的需求。网上炒股网上银行等是这类行业的典型应用。

  第三是企业与其他资源拥有者的合作。要突破应用瓶颈,让宽带路上的车多起来,最重要的就是尽可能多地与资源拥有者合作。如果把宽带网比喻成一个大超市,运营商已经提供了超市货架和收银台,那么,吸引用户来买东西最重要的一条是:商品的种类要多。而要实现这一点,必须广泛地与社会上的各种资源拥有者合作。比如,实现网上教育须与掌握教育资源的学校合作;实现网上音视频须与源提供商合作;要提供网上游戏须与游戏提供商合作等。

  国际某知名顾问公司曾对网民行为作过调查,探讨网民由窄带转至宽带,从而对宽带内容和应用依赖,使上网行为和时间产生改变。调查结果发现,在宽带环境中,网民上网时间会比用窄带上网时间多出70%,上网次数多出43%,每次上网浏览页数增加69%;由于宽带应用的增加、宽带的“始终在线”、“网速远超窄带”,让网民感觉更有效率,更有价值,更愿意在网上逗留,使在线观看电影者多出200%、欣赏音乐者增加150%、玩在线游戏者则多出一倍。宽带环境和宽带应用会改变网民上网的行为模式,上网的行为个人行为转变成家庭行为。随着宽带内容应用服务的不断丰富,宽带网民人数还会大幅上升,会有更多的人习惯使用网络服务,在这方面的增长是不可估量的。

  据中国互联网网络状况统计报告(2007年7月):截止到2007年6月底,全国网民人数已经达到了1.62亿,比2006年同期增加了3900万人,增长率达到了31.7%,普及率达到了12.3%,同比提高了近3个百分点。宽带网民数达到了1.22亿,占比达75%。这1亿多个的宽带用户规模对于所有宽带运营商来说绝对是一个巨大的商机。运营商如果从用户的需求出发,开发适合的应用就会吸引用户。用户对宽带应用感兴趣了,不断地使用,又将带动更多的用户参与。这无疑会形成良性循环,促进宽带的发展。韩国宽带接人普及率居世界榜首,其功劳就归于韩国互联网的广泛应用、丰富的宽带内容服务以及低资费策略。韩国宽带内容服务主要包括电子商务和社区增值服务,如自动提示需采购的生活用品和食物、网上自动抄表、家庭门诊和网上医疗;另外,VOD视频点播、网络游戏、网上促销等应用也为宽带市场的繁荣作出了不小的贡献。韩国宽带运营商促进宽带市场繁荣的做法很值得我国电信运营商借鉴。宽带网络就像一条条高速公路,而真正能把宽带带向未来的是宽带应用。宽带网的建设、宽带的接入问题已经突破,现在关键的是把应用摆上桌面。

参考文献

  1. 1.0 1.1 冉崇善,白涛,刘斌编著.信息技术应用基础.中国铁道出版社,2009.09.
  2. 王松年主编 夏雨人 张瑜 张友华 王长缨参编.华东高校计算机基础教育研究会推荐教材 多媒体技术与应用教程 (第二版).上海交通大学出版社,2004年07月第2版.
  3. 杨威 王云 刘景宜编著.高等学校计算机专业教材 网络工程设计与系统集成.人民邮电出版社,2005年09月第1版.
  4. 尤克,黄静华,陈鸽编著.现代电信交换技术与通信网.北京航空航天大学出版社,2007.4.
  5. 5.0 5.1 吴萍编著.宽带网建设研究.中国科学技术出版社,2007.12.
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