多媒體寬頻接入網

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多媒體寬頻接入網(Multimedia Broadband Access Network,MBAN)

　　隨著多媒體業務的開展，人們對多媒體業務的需求量越來越大，要實現多媒體傳輸業務涉及到多項技術內容，其最關鍵的技術之一就是網路環境的建設。儘管全光通信的信息高速公路是未來的發展方向，但要將VOD等寬頻多媒體業務引入千家萬戶，建立具有語言、數據、圖像，特別是活動視像業務融為一體的多媒體寬頻接入網，解決“最後一公裡”的用戶寬頻接入這一瓶頸，需要巨額投資，並非短時間能夠辦到，因此必須尋找一種目前階段能滿足用戶需求的寬頻接入方式。採用何種接入網技術不僅取決於該技術的成熟程度、環境因素和經濟成本，同時還取決於所面向用戶層的主要業務要求。因為多媒體業務具有集成、交互、同步、實時等特性，從而使得多媒體業務的網路環境和一般通信的網路環境有很大的不同。主要體現在兩個方面：一要很高的帶寬，二要實時同步傳輸。目前的三大通信傳輸網路：公共電話網(PSTN )、有線電視(CATV)和電腦網(LAN)，儘管它們都存在各自的不足之處，但都成為目前主要的多媒體寬頻接入網方式之一 。

　　1 電話接入網(xDSL接入網)

　　傳統的PSTN已經很難適應多媒體業務的帶寬要求，但隨著ISDN、xDSL等技術的發展，特別是電話的日益普及，極大地推動了電話線接入技術的發展，其中xDSL技術發展得特別迅速。ADSL已經成為電信主推的寬頻接入方案之一。

　　(1)xDSL接八同性能分析

　　xDSL(用戶數字環路)是利用先進的數字處理技術及調製解調技術 將4k以下的音頻信號與數字調製後的高頻信號經濾波器分開，使得話音信號和高速數據信號在對稱電話線上共同傳輸的技術。

　　由於DSL技術採用了現有的電話線為傳輸介質，傳輸的速率高，傳輸距離較遠，安裝方便，性能價格比高。目前被廣泛採用的ADSL調製技術有3種：QAM（quadature ampli—tude modulation)、CAP(carrierless amplitude-phase modulation]、DMT(discrete multitone)，其中DMT調製技術被ANSI標準化小組T1E1．4制訂的國家標準所採用。

　　DSL技術按上行(用戶到網路)和下行(網路到用戶)速率的是否相同，可分為速率對稱型和速率非對稱型兩種類型。對稱DSL技術主要有以下幾種：HDSL(High-bif-rate DSL)高速數字用戶環路、SDSL (Single—line DSL)對稱數字用戶環路、IDSL(ISDN數字用戶線)：非對稱DSL技術主要有以下幾種：ADSL (Asymmetric DSL)非對稱數字用戶環路、RADSL(Rate Adaptive DSL)速率自適應數字用戶環路、VDSL(VeT-HiSh DataRate DSL)超高速數字用戶環路。

　　DSL的網路呈星型結構，用戶的線路和帶寬都是獨享的，不會出現因為與他人共用線路和帶寬而必然引起的速率受併發用戶數影響的情況。用戶的速率和帶寬基本保持不變，特別適台需要恆定速率和帶寬的業務應用，例如高速數據下載和視頻服務等：而且，由於線路和帶寬的獨享特性，DSI 用戶間的信息是互相隔離的，用戶有完全的安全性保證。

　　(2)xDSL接入網存在的缺陷及解決方案

　　由於xDSL是建立在傳統的電話線上，可能遇到迴路範圍和距離等問題。迴路範圍對於電信公司的新業務覆蓋範圍具有最重要的意義，這取決於路由選擇因素(隨迴路長度的半徑、導線線徑、電信中心局類型／位置和周圍地區而變化)。迴路範圍越長，覆蓋的區域就越大。另一方面，xDSL數據速率對距離是敏感的，由於信號的衰減．數據速率隨距離的增加而減少。所以不顧衰減損耗，能夠再生雖強信號的接收器設備能夠實現較高的數據速率數字信號處理技術可以用來實現這樣的演算法，但是這需要足夠的CPU處理能力來改進性能。此外，電話上的xDSL傳輸容易遭受各種線路的損害，如橋接抽頭、串話干擾和射頻干擾：另外一天的溫度和濕度變化的結果，迴路的通道容量可能隨時間緩慢的變化。DMT技術比較適應線路損害，使用比特載入演算法不斷地把比特從具有高差錯率的通道上撤出，轉到具有低差錯率的通道，試圖均衡每個子通道的差錯率，併在時間上保持這種均衡．以實現最佳性能。

　　2.HFC接入網

　　針對我國實際情況，CATV網路是目前建設最為廣泛、最接近用戶的寬頻廣播通信阿。它以光纖為主幹傳輸媒體，以同軸電纜作為用戶接入，整個網路的帶寬可達1000MHz，除傳輸傳統的有線電視節目外，還具有豐富的頻帶資源。

　　(1)HFC接入網性能分析

　　混合光纖／同軸電纜(HFC)以其特有的大容量、低成本、高帶寬、多功能雙向性、強抗干擾能力等多種優勢，成為目前應用最廣泛的用戶接入形式。

　　HFC可具有lGHz的頻譜，為各個用戶共用。通常上行信號頻帶為5～42blHz，採用QPSK調製方式，傳輸速率可達3Mbit／s，用於傳輸數字化的語音和數據；下行信號頻帶為48或54—860MHz，其中600blHz以下分配給模擬有線電視信號，根據不同制式，可傳輸36～60路電視信號和幾十路模擬或數字聲音信號；如果使用64一QAM，那麼8MHz頻道能夠容納38 5Mbit／s的有敬載荷容量，且不會對鄰頻道產生干擾。這樣對於MPEG一2的壓縮視頻信號，一個8MHz模擬信號頻道能夠容納4～10個數字電視信號，600~860MHz就可用於傳送約200路blPEG一2數字視頻點播(VOD)信號；高於860MHz被用於其他雙向業務。圖1是一種典型的同軸電纜頻譜分配方案。

　　利用HFc的下行傳輸通道可以用於高速數據傳輸，來實現Internet數據廣播業務，傳輸信息高速公路豐富的數據信息，並利用其上行通道(或者使用電話模擬調製解訶器)來提供信息回傳，構成雙向通信接入Intemet。

　　(2)HFC接入網存在的缺陷及解決方案

　　在網路拓撲結構上，HFC網存在著一些缺陷，主要有系統採用的模擬頻分多路復用技術，與主幹通信阿數字化趨勢相悖，增加了同步、網管和信令等技術難度；樹支拓撲結構，保密性不夠理想，上行帶寬不足，易產生上行信號的雜訊積累，在上行通道中5—20blHz存在嚴重的漏斗雜訊，即“漏斗效應“，髟吭上傳信號質量。另外HFC系統與銅線接入網相比，初期投人較大；能開通的電信通道有限，擴容難，可靠性較差，遇上一個節點出現問題，影響的用戶較多；HFC的建設周期也比較長。

　　為了提高上行通道帶寬，可以考慮使用數字技術，包括時分復用(TDM)，在節點處將上行光譜數字化，將大大改善反向帶寬。另外通過媒體訪問控制(MAC)功能確保數據傳輸至正確的目的地．並且儘量減少上行傳輸的用戶同搶現象，可以支持會議電視和可視電話等多媒體業務。此外，在條件允許的情況下，還可以通過HFC雙向改造來實現帶寬要求更高的業務。

　　可以採用高通濾波器和反向通道均衡器來消腺和抵抗雜訊，改善QoS。另外幹線地線的穩妥設置，定期維護幹線保證增益的校正和線路的固化，也可以基本上濾除掉外部干擾的侵入。

　　3 以太接入網

　　電腦網路是層次結構、分級交換的，它具有平滑升級的特點，具有自適應路由和自適應帶寬的能力，具有開放的體繫結構，便於實現統一同管和全程全網統一網管。另外，電腦網路技術經過發展，已經比較成熟，實現起來比較方便。

　　(1) 太接入網性能分析

　　由於多媒體通信業務要求帶寬高，傳送速率陝，並且具有交互性。HFC接入網雖然提供了上下行通道實現交互，但上下行通道不對稱，上行通道寬較窄。而以太同採用分組交換方式．上下行傳輸信息是相同的帶寬，可以滿足雙向互動式的多媒體業務的要求

　　提高乙太網接入帶寬，可以通過升級路由器的串口來實現，實現起來比較方便。由於乙太網使用無衝突的交換式、全雙工的結構．應當認為此時的吞吐率將可以接近全雙工的理論上的最大吞吐量：

　　寬頻以太同由於完全與以前的乙太網兼容，所以網路升級十分方便，解決了網路管理員所面臨的如何升級現有網路，但不至於造成網路癱瘓的問題。另外，乙太網技術是十分成熟和穩定的技術，它所組成系統的可靠性已經接近一般的電話通信系統。“千兆乙太網仍然是乙太網”意味著寬頻乙太網是可以信賴的技術。

　　從台式機聯網的網卡、集線器、交換機、路由器和其他各種設備，寬頻以太同和其他類似速率的通信技術比較，價格總是低廉的。並且由於用戶早巳熟悉了以太同技術、以太同的維護和糾錯手段．因此乙太網維護的開銷也較少。從技術本身的特征分析，寬頻乙太網的技術複雜度也較低。網路管理人員不需要記憶很多術語，不需要經過複雜的額外培訓。乙太網靈活的網路互聯和網路設計，可以支持多種交換、路由和共用方式。所有當今的網路互聯技術，包括第三、四層交換技術和乾兆乙太網都是兼容的。

　　(2)以太接入網存在的缺陷及解決方案

　　傳統的乙太網是基於電路偵聽、衝突檢測、存儲轉發、無連接機制的局域同技術，雖然技術簡單、造價低，但QoS保障差，存在時延、時延抖動和擁塞丟包問題；網路管理不夠完善，管理範圍也有限；還缺乏故障自愈機制。

　　乙太網是非實時處理，採用分組交換模式，當遇到業務量大的時候，其實時處理能力將會延誤實時多媒體點播業務，會出現網路擁塞。近年來發展的基於線速路由、第三層交換的寬頻乙太網，採用ATM 的MPLS(多協議標記交換)、流量監控、優先順序控制等，還採取了RCT／RTCP(實時傳輸協議／實時控制協議)、RSVP (資源預留)、過度帶寬等QoS策略，使得網路擁塞、時延和時延抖動、網路管理等都得到很大改善。另外對業務分類後通過優先順序排隊，如加權公平排隊(WrQ)和基於業務級別排隊(CBQ)，改善網路擁塞問題，並依賴上層協議如生成樹及第三層路由技術來實現快速故障排除，一些最新出現的彈性鏈路、鏈路聚焦、多點鏈路聚焦等技術，實現了亞秒級的故障排除時間。

　　1．介面

　　在HFC網路被改進成多媒體寬頻接入網路時，必然要與主幹網相連接。主幹網是網路中在各個前端(或接入節點)間提供信息交換和傳送的部分。許多有線電視網已著手安裝昂貴設施(如衛星地面站等)，有許多前端共用的主幹網。這種主幹網通常是某種環型，且在取出／插入信號的前端上具有插分復用器。

　　為了接入ATM網路，標準機構正在研究定義一個通常稱為VB5的標準介面。這種介面可使許多用戶與一個限定容量的介面連接。這一介面是在接入節點(前端)與ATM開關之間。前端必須有控制介面的裝置，而且如果ATM終止在接入節點，則接入節點必須提供ATM的終端(如將用戶設備的專用信令轉換為ATM信令)。除了ATM終端，接入節點還必須提供信號的“抗抖動”功能，這是ATM傳輸系統中特有的問題。如果ATM傳輸系統終止在用戶家中，接入節點僅需集中各用戶源。

　　不論ATM傳輸在哪兒終止(在接入節點或在用戶的設備)，都需要一個附加部分，那就是為用戶傳送數據及接收用戶數據的傳輸部分。因為傳統有線電視網是一個頻分復用的模擬系統，而互動式多媒體業務傳送的信息是數字的，所以數字信號必須被調製。目前，下行數據傳送技術主要採用64-QAM，在一個模擬電視頻道(6或8MHz)中它能編碼傳輸約30Mb的數據。然而，受HIFC網路回傳通路特性的影響，模擬載波的質量較差，所以通常選用QPSK調製。故對於下行傳送，採用QAM調製為用戶傳送大量數據(如數字編碼視頻)，採用QPSK以較低數據率接收從用戶來的信息。

　　就窄帶業務(如電話)來說，接入節點一定要提供通往公用交換電話網(PSTN)的介面。另外，如果採用ATM技術，各個國家還要有一個各自不同的介面標準，如歐洲為V5．1或V5．2，美國為TR8和TR303。這些標準為一些先進電話業務提供了恰當定義的介面，利用這些標準介面可以使前端連接到支持該標準的電話交換機上。

　　2.智能化的網路控制與管理

　　對大多數有線電視系統經營者來說，網路管理是個新鮮事物。因為事實上他們的網路相當簡單並相對靜止，幾乎沒有設備需要合理佈局並加保障措施，故沒有很大必要進行網路管理。然而對以HFC為基礎的多媒體寬頻接入網，網路管理成為一個重要部分，這是有線電視經營者所必須認真加以關註的。

　　在建造HFC寬頻網時會涉及許多不同技術和廠商，故網路管理問題十分突出。關鍵在於網路中所有要管理的部分都要有一個單元管理器，也就是一個允許經營者管理操縱那一單元功能(及報告其狀態)的軟體。然後網上各部分的每一個單元管理器必須都能在一個單獨的網路管理器下聚集起來，這樣網路經營者就可通過一個控制台去監視並管理整個網路。此外，未來信息高速公路的最終網路將是全球性的，而且業務提供者將分佈在網路的各個地方，故必要的控制應該是十分智能化的，所以這種控制應由智能網(1N)提供。智能網由窄帶網中類似的需求演變而宋，有線電視網需要進行必要的改進，以便得到提供這種引導和控制所必須的智能服務。智能網設備一般由單獨的主幹網提供。對業務提供者開放式的接入，對有線電視網經營者有兩點好處：第一，它擴展了其用戶可自己支配的業務範圍；第二，通過增加的業務和業務提供者的入網費，增加了收入。

　　電信部門意識到網路管理問題已有一段時間，並已為這一問題制訂了一些標準，通常被稱為電信管理網(TMN)。電信管理網是一個複雜的網路管理系統，自成一個網路。這個管理網可使電信網經營者有效地操縱並管理網路。同樣，電腦行業也有類似的網路管理和控制問題，所以電腦網生產者也己研製了可集中管理及維護的標準。我們這裡所談的網路，實際上是集電信、數據及電視於一體的網路。所以網路管理系統必須要考慮到各種各樣的設備。

　　要控制互動式多媒體網，智能網方案中要有三個主要部分，即：業務交換中心(SSP)、業務控制中心(SCP)和智能化外部設備。業務交換中心提供業務交換功能，通常理解為包括ATM交換功能和簡單提供一些用戶與業務提供者相連所必須的交換業務。業務交換中心捕獲觸發事件(如來自用戶的互動式業務申請)，並將申請送給業務控制中心，由業務控制中心決定採取什麼動作。一旦業務控制中心對該事件(可能包括用戶篩選)做出判斷，它就傳送關於應該建立什麼連接的SSP指令。業務控制中心提供業務控制功能，併為一級信關提供邏輯的和智能的控制。智能化外部設備是幫助業務控制中心決定採取什麼動作的專用平臺。比如，智能化外部設備可能是一個專用視頻伺服器，通過它業務控制中心可命令業務交換中心去連接用戶，並提供一級信關菜單。用戶可能會與智能化外部設備互相配合(通過機頂盒)，做出選擇，選擇過程可能會涉及視頻剪接圖形和其他媒體。用戶一旦做出選擇，就會由智能化外部設備經7號信令系統將信息傳送給業務控制中心，然後7號信令系統進一步做業務核實，最後命令業務控制中心將用戶與其所選業務提供者恰當地連接。近似於網路導航的智能網的更大價值是，它不需對網路及網路軟體做大量改動就可提供新業務，而且提供了靈活性。通過簡單改變業務控制中心或智能化外部設備中的一些軟體／數據，就可增加新業務。除了推出新業務的靈活性，智能網還支持業務優選(如根據提出申請的時間，選擇一個、業務提供者)。

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