寬頻網

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寬頻網(BroadBand Network,BBN)

目錄

什麼是寬頻網

  寬頻網一般是指傳輸速率超過1Mbit/s,能在網路上傳輸數字、圖形、圖像、語音、視頻等多種媒體,並實現24h連接的電腦網路;它是一個動態的、發展的概念。寬頻能帶來的主要是高速上網。寬頻網不僅有普通網路的瀏覽、收發電子郵件等功能,而且可以滿足語音、圖像等大量信息傳遞的需求,實現視頻點播(VOD)、網路電話、在家炒股、遠程教育、遠程醫療手術、線上游戲等功能。[1]

  寬頻網能夠提供45Mbps(DS-3)或45Mbps以上速率的網路。對於“寬頻”和“寬頻網”除了帶寬和速率的含義之外,還隱含有與“基帶”相對立的含義。所以“寬頻”或“寬頻網”行時隱含頻分工作方式,典型的例子就是把CATV網路稱為寬頻網。對於後兩個特性,也沒有很明確的定義,但一般認同寬頻網是有交換的,可以涉及傳統的交換技術,但更多的是新型的高速分組交換技術。寬頻網是有一定智能的,如自動改變帶寬,預定業務等。

  按以上的定義,ATM,B-ISDN,FDDI,SDH/SONET,HIPPI,光通道,千兆位乙太網等都可以稱為寬頻網,但應註意它們中有的處在不同的層,有的是相互層疊的。[2]

寬頻網的分類[3]

  寬頻網可分為主幹網、城域網和接入網3個層次,如圖1所示。主幹網相當於城市與城市之間的高速公路,城域網相當於城市市區內的道路,用戶接入網解決的則是將道路從市區一直延伸到小區,直至抵達每個家庭用戶。

  Image:一种宽带接入解决方案.jpg

  在實際應用中,寬頻網中的接入層也就是位於用戶區的區域網。區域網可以是寬頻網的一個終端系統。一種“光纖+區域網”寬頻接入方案示意如圖1所示,該方案就是乙太網直接到用戶的方式。用戶通過區域網以10Mbit/s或100Mbit/s的速度接入寬頻IP網路。其特點如下。

  (1)傳輸帶寬,可靠性和擴展性強。(提供1001Vlbit/s到大樓、10Mbit/s到桌面的高速接入)。

  (2)提供各種多媒體服務(視頻點播、遠程教育、遠程醫療電子商務、舉行電視會議、撥打視頻電話等)。

  (3)24小時隨意上網,無須使用電話線,不受時間限制。

  (4)結構簡單,維護方便(只需安裝乙太網交換機和UTP電纜入戶即可)。

  寬頻技術的運用為用戶提供了寬廣的應用平臺,搭建了一條真正的信息高速公路,以前在窄帶傳輸中不能夠實現的應用如今都可以得到實現。

寬頻網的接入技術[1]

  目前的寬頻接入技術有普通電話線路的非對稱數字用戶環路技術(ADSL)、FTTB、基於光纖IP網的乙太網技術、有線電視的cable modem技術和基於衛星通信的DirectPC技術等。

  1.ADSL

  ADSL是非對稱數字用戶線路(ssymmetric digital subscriber line)的縮寫,有時也稱非對稱數字用戶環路(asymmetric digital subscriber loop)。ADSL作為一種傳輸層的技術,充分利用現有的銅線資源,在一對雙絞線上提供上行640kbit/s下行8Mbit/s的帶寬,從而剋服了傳統用戶在“最後一公裡”的“瓶頸”,實現了真正意義上的寬頻接入。

  (1)ADSL的原理。傳統的電話系統使用的是銅線的低頻部分(4kHz以下頻段)。而ADSL採用DMT(離散多音頻)技術,將原先電話線路0~1.1MHz頻段劃分成256個頻寬為4.3kHz的子頻帶。其中,4kHz以下頻段仍用於傳送POTS(傳統電話業務),20~138kHz的頻段用來傳送上行信號,138kHz到1.1MHz的頻段用來傳送下行信號。DMT技術可根據線路的情況調整在每個通道上所調製的比特數,以便更充分地利用線路。一般來說,子通道的信噪比越大,在該通道上調製的比特數越多。如果某個子通道的信噪比很差,則棄之不用。目前,ADSL可達到上行640kbit/s、下行8Mbit/s的數據傳輸率。

  由上可看到,對於原先的電話信號而言,仍使用原先的頻帶,而基於ADSL的業務,使用的是話音以外的頻帶。所以,原先的電話業務不受任何影響。

  (2)ADSL的基本狀況。用戶可以多種方式接入Internet,數字化、寬頻化、光纖到戶(FTTH)是今後接入方式的必然發展方向,目前由於光纖到戶成本過高,在今後的幾年內大多數用戶網仍將繼續使用現有的過渡性的寬頻接入技術,包括N—ISDN、Cable Modem、ADSL等,其中ADSL(非對稱數字用戶環路)是最具前景及競爭力的一種,將在未來十幾年甚至幾十年內占主導地位。

  (3)ADSL的優點。DSL(digital subscriber line,數字用戶線路)是以銅質電話線為傳輸介質的傳輸技術組合,它包括HDSL、SDSL、VDSL、ADSL和RADSL等,一般稱為xDSL。它們主要的區別體現在信號傳輸速度和距離的不同以及上行速率和下行速率對稱性的不同這兩個方面。

  ADSL在一對銅線上支持上行速率640kbids~1Mbit/s,下行速率1~8Mbit/s,有效傳輸距離在3~5km範圍以內;RADSL能夠提供的速度範圍與ADSL基本相同,但它可以根據雙絞銅線質量的優劣和傳輸距離的遠近動態地調整用戶的訪問速度。正是RADSL的這些特點使RADSL成為用於網上高速衝浪、視頻點播(VOD)、遠程區域網絡(LAN)訪問的理想技術,因為在這些應用中用戶下載的信息往往比上傳的信息(發送指令)要多得多。

  (4)ADSL與cable modem的比較。與cablemode相比,ADSL技術具有相當大的優勢。cablemodem的HFC接人方案採用分層樹形結構,其優勢是帶寬比較高(10Mbit/s)。但這種技術本身是一個較粗糙的匯流排形網路,這就意味著用戶要和鄰近用戶分享有限的帶寬,當一條線路上用戶激增時,其速度將會減慢。再者,有關資料表明,大部分情況下,HFC方案必需兼顧現有的有線電視節目,而占用了部分帶寬,只剩餘了一部分可供傳送其他數據信號,所以cable modem的實際傳輸速率只能達到一小半。國外公司實驗表明,其速率減為1~2Mbit/s,更常見的是400500kbit/s。綜合來看,即使在理想狀態下,HFC只相當於一個10Mbit/s的共用式匯流排形乙太網。而ADSL接入方案在網路拓撲結構上較為先進,因為每個用戶都有單獨的一條線路與ADSL局端相連,它的結構可以看做是星形結構,它的數據傳輸帶寬是由每一用戶獨享的。

  (5)ADSL與普通撥號modem及N-ISDN的比較

  ①比起普通撥號modem的最高56kbit/s速率,以及N—ISDN128kbit/s的速率,ADSL的速率優勢是不言而喻的。

  ②與普通撥號modem或ISDN相比,ADSL更為吸引人的地方是:它在同一銅線上分別傳送數據和語音信號,數據信號並不通過電話交換機設備,減輕了電話交換機的負載,並且不需要撥號,一直線上,屬於專線上網方式。這意味著使用ADSL上網並不需要繳付另外的電話費。

  2.FTTB

  FTTB+LAN(簡稱FTTB):即fiber to the building(光纖到樓),它是利用數字寬頻技術,光纖直接到小區里,再通過雙絞線(超五類雙絞線或四對非屏蔽雙絞線)到各個用戶。FTTB採用的是專線接入,無須撥號,安裝簡便,客戶端只需在電腦上安裝一塊網卡即可進行24h高速上網。FTTB提供最高上下行速率是10Mbit/s(獨享)。

  1)主要特點

  帶寬利用率高,投資費用低。網路升級方便,可最大限度地保護現有的網路投資。帶寬為共用式,住戶實際可擁有的帶寬受併發用戶數限制。少數寬頻業務不能支持。入戶線對較多。

  2)適用範圍

  由於採用光纖和五類雙絞線佈線,由於已建小區線路改造工程量大,因此適合於新建小區。

寬頻網的產生[4]

  近年來迅速發展的寬頻多媒體業務,如互動式業務、廣播式業務以及其他業務,其寬頻、高速、多種媒體綜合的特性對通信網提出了更高要求。它主要體現在大容量、高速、協議透明、通路高可靠性、操作和管理簡單等方面。

  由於這些業務的驅動以及電信業務的普及,使電信網的演化正在迅速進行,它的主要方向是寬頻化、智能化、個人化和綜合化等。隨著INTERNET的發展,通信網的寬頻化要求更加急迫。為此加速了電信網的建設,以適應寬頻業務對帶寬和容量的要求。

寬頻網的建設內容[5]

  通信業務依靠一定的網路和手段來提供。什麼樣的網路才能滿足提供寬頻業務的需求,即寬頻網建設包括什麼內容?

  寬頻網的建設應考慮三部分內容,即交換網、傳輸網和接入網。實際上,每一種網路都是由這三部分組成的,每一種業務都是靠這三部分相互配合、相互適應來提供的。任何一部分不適應,都會使提供的業務大打折扣。目前各種獨立的網,這三部分的配合都還沒有達到寬頻網的要求,提供的業務還不能滿足人們高層次的需要。因此,就需要技術人員對這三部分進行改進、進行建設,使這三部分都滿足寬頻需求,互相適應以提供綜合的寬頻業務,形成真正意義上的寬頻網路,即寬頻網建設需考慮的內容。

  1.交換網

  寬頻網中交換網的建設,傳統意義上實際採用的就是ATM技術的ATM網。採用ATM技術的交換中,各種業務經過適配後以統一的定長信元在ATM網中進行交換。ATM交換採用面向連接的信元交換形式,達到大容量、多速率交換,通過虛連接和流量控制機制,實現統計復用,以較高的網路資源利用率實現各種業務的交換。這正是提供綜合業務的一種手段。隨著網際網路的發展,IP業務流量超過語音流量,很多IP交換技術不斷涌現,目前,業界普遍看好並已大量應用的線速IP路由交換,提供百兆、千兆級的交換鏈接,其中,吉比特線速路由交換機被認為是構建寬頻網的核心技術,尤其在業務對實時性要求不高的情況下更為有效。而MPLS結合了IP與ATM的特點,結合了鏈路層和IP層優勢,也普遍成為寬頻網路的構建技術。MPLS是一種利用數據標記引導數據分組在通信網上高速、高效傳輸的技術,它的最大優勢是在一個無連接的網路環境中引入連接的概念,能夠規劃和預測數據的流量和流向,從而提高網路的利用率,保證用戶的服務質量

  以軟交換為代表的下一代技術,雖然在實際網路應用方面尚未取得實質性進展,但仍是下一階段寬頻網建設的熱點技術。軟交換主要處理實時業務,首先是話音業務,還可以包括視頻業務和其他多媒體業務。軟交換通常也提供一些基本的補充業務,相當於傳統交換機的呼叫控制部分和基本業務提供部分。軟交換技術是下一代網路(NGN)的核心技術。下一代網路將從一個網路承載單一服務向一網承載多重服務轉化,也即寬頻網的基本特性。

  2.傳輸網

  傳輸網的建設目前主要採用SDH/WDM大容量可靠傳輸系統來構築。在寬頻網路中,幹線傳輸要解決的問題是大容量、長距離的可靠傳輸,採用的物理線路當然是光纖。採用光纖的同步數字傳輸網(SDH),具有標準的網路介面和網路單元,具有強大的網路管理和維護功能,能靈活地支持多種業務,適應寬頻網的需求。目前,SDH支持的最大傳輸速率為10GPS(STM一64),且全國骨幹網傳輸及各省、市地本地網傳輸均已採用。隨著網路技術的發展,波分復用、密集波分復用WDM/DWDM技術日漸成熟,使光纖的巨大寬頻資源可以充分得以利用,傳輸容量增加幾倍、幾十倍乃至上百倍,它們將成為寬頻骨幹網的主要技術。而且隨著數據業務的迅速發展和波分復用技術的不斷應用,SDH本身也在不斷發展和完善中。在光傳輸領域出現了多種城域傳送網解決方案,如基於SDH的多業務傳送平臺(MSTP)、基於分組的多業務傳送平臺(RPR)、基於WDM的多業務傳送平臺,它們的共性就是建立統一的多業務平臺來滿足來自企業集團用戶日益增長的寬頻多業務要求。

  全光網路是DWDM技術應用的發展方向。全光網路是指光信息流在網路中的傳輸及交換始終以光的形式存在,而不需要經過光/電、電/光轉換。由於信號傳輸全部在光系統內完成,因此,全光網路具有對信號的透明性。也就是說,信息從源節點到目的地節點的傳輸過程中始終在光域內進行,通過波長選擇器件實現光的路由選擇。全光網路具有擴展性、可重構性和可操作性等特點,已成為光傳輸領域的重要研究內容。

  目前,全國骨幹網和部分省內二級幹線網採用DWDM系統。遼寧省內二級幹線網1998年已採用32×10GDWDM系統。中國聯通骨幹網傳輸容量2004年已達1.6T。更大容量的傳輸系統將使寬頻網的建設更具可拓展性和可塑造價值

  3.接入網

  接入網是整個寬頻網路中與用戶相連的最後一段。寬頻網路中接入網的建設包括兩方面含義:一方面要使接入網寬頻化,即採用光纖到樓、到戶,配以相應的XDSL技術等方式,使用戶端到端的連接寬頻化;另一方面要解決多種綜合業務以統一方式入網的問題,即使用戶通過一條線路、一個介面得到寬頻網提供的各種業務。寬頻接入網的建設是很關鍵的一步,它關係到綜合業務是否能統一到一個網來提供以及寬頻業務能否到桌面的問題。因此,在寬頻網建設中,要給予接入網足夠的重視。

  目前,寬頻接入的方式主要有銅線接入技術——包括XDSL點對點的數據字用戶線路等技術,光纖接入技術——以FTTX為代表的FTTC(光纖到節點)、FTTB(光纖到大樓)和FTTH(光纖到戶)等,混合光纖同軸(HFC)等多種有線接入技術以及無線接入技術。

  目前,寬頻接入網建設普遍採用以ADSL接人為主,同時對新建小區、商住樓實施LAN、DDN等接人手段,提供512K~2M的傳輸速率,初步構成了以上網瀏覽信息為主的有效的寬頻接入手段。

  寬頻網路的功能決定寬頻網路的建設目標,圖給出寬頻網路的目標示意圖,以便讀者能更清楚地看到寬頻網建設的功能目標形式。

  Image:宽带网目标示意图.jpg

寬頻網的應用[5]

  隨著網路技術的發展,互聯網業務需求的增加,各運營商的寬頻網建設已初具規模。但寬頻網的發展,取決於業務應用和網路建設的同步發展。寬頻技術雖然有所突破,但是僅有帶寬無內容的發展不能帶動產業的發展。當前寬頻網用戶已經不僅僅滿足於寬頻上網的速度,而是把目光聚集在寬頻應用的層面,渴望能夠從網上獲得更多的信息和服務。但目前寬頻內容的發展大大落後於寬頻網建設,形成了曲高和寡的局面,寬頻應用的缺乏與寬頻的發展形成了矛盾。

  寬頻網是滿足用戶對寬頻業務及應用的需求。用戶是寬頻的基礎,沒有用戶就無法為寬頻運營商帶來效益。從長久來看,沒有應用就無法留住用戶。應用是寬頻的價值所在,寬頻網的發展依賴於用戶和應用的結合。各運營商在寬頻建設上投入了大筆資金,寬頻應用的缺乏不僅是對網路資源的浪費也是對寬頻用戶的浪費。進一步說寬頻應用的缺乏也有礙於我國信息化的發展。因此,寬頻運營商在投資寬頻過程中既要註意用戶的發展也要註意開發寬頻的應用。

  就寬頻網提供的業務與實際中的具體應用來看,涉及各行各業,在很大程度上是一個複雜的系統工程,需要許多部門甚至包括政府共同協作,才能實施。寬頻的應用要滿足日益增長的信息化需求和人們生活文化娛樂水平提高的需求。由於信息化需求和人們生活文化品位具有豐富性、多樣性等特點,因此,要求寬頻應用的開發和寬頻業務的發展必須依靠不同領域的合作。合作是促進寬頻應用的唯一齣路。不同行業的合作,不同資源的整合,是促進寬頻應用,推動寬頻業務繁榮的必然選擇。就目前發展來看,以下三個層面的合作對寬頻應用的發展至關重要。

  第一是企業與政府合作。寬頻的發展離不開寬鬆、良好的發展環境,因此,企業必須依靠政府,通過與政府緊密合作為企業發展寬頻業務創造有利條件。一方面企業開發寬頻應用與政府信息化、城市信息化相結合,通過政府的信息化應用推動寬頻應用的普及。只有使寬頻應用形成一定的規模,寬頻才有發展的基礎。另一方面,政府本身的政務信息化也是寬頻應用的內容之一。實現電子政府是其發展目標。前幾年運營商積极參与推動的政府上網工程,為政務信息的網上傳播、政務網上辦公以及帶動企業網上辦公奠定了一定的基礎。

  第二是企業與應用主體合作。寬頻應用是豐富多彩的,寬頻應用的對象也千差萬別。在寬頻業務發展初期,要做到寬頻應用“處處開花”是不現實的,相反,如果能抓住一些應用主體,即占收入較大份額的行業、企業,把握好與這些應用主體的合作,就等於抓住了寬頻的“大客戶”,不僅能起到示範和帶動作用,同時也會有較好的經濟效益。這些寬頻應用主體包括銀行保險證券教育等大的行業、企業。這些行業、企業,特別是在經濟較發達的地區,對寬頻的需求已普遍存在,發展寬頻已具備了一定的基礎。如國內各大銀行間的聯網,證券的實時信息傳送等對帶寬都表現出了很高的需求。網上炒股網上銀行等是這類行業的典型應用。

  第三是企業與其他資源擁有者的合作。要突破應用瓶頸,讓寬頻路上的車多起來,最重要的就是儘可能多地與資源擁有者合作。如果把寬頻網比喻成一個大超市,運營商已經提供了超市貨架和收銀台,那麼,吸引用戶來買東西最重要的一條是:商品的種類要多。而要實現這一點,必須廣泛地與社會上的各種資源擁有者合作。比如,實現網上教育須與掌握教育資源的學校合作;實現網上音視頻須與源提供商合作;要提供網上游戲須與游戲提供商合作等。

  國際某知名顧問公司曾對網民行為作過調查,探討網民由窄帶轉至寬頻,從而對寬頻內容和應用依賴,使上網行為和時間產生改變。調查結果發現,在寬頻環境中,網民上網時間會比用窄帶上網時間多出70%,上網次數多出43%,每次上網瀏覽頁數增加69%;由於寬頻應用的增加、寬頻的“始終線上”、“網速遠超窄帶”,讓網民感覺更有效率,更有價值,更願意在網上逗留,使線上觀看電影者多出200%、欣賞音樂者增加150%、玩線上游戲者則多出一倍。寬頻環境和寬頻應用會改變網民上網的行為模式,上網的行為個人行為轉變成家庭行為。隨著寬頻內容應用服務的不斷豐富,寬頻網民人數還會大幅上升,會有更多的人習慣使用網路服務,在這方面的增長是不可估量的。

  據中國互聯網網路狀況統計報告(2007年7月):截止到2007年6月底,全國網民人數已經達到了1.62億,比2006年同期增加了3900萬人,增長率達到了31.7%,普及率達到了12.3%,同比提高了近3個百分點。寬頻網民數達到了1.22億,占比達75%。這1億多個的寬頻用戶規模對於所有寬頻運營商來說絕對是一個巨大的商機。運營商如果從用戶的需求出發,開發適合的應用就會吸引用戶。用戶對寬頻應用感興趣了,不斷地使用,又將帶動更多的用戶參與。這無疑會形成良性迴圈,促進寬頻的發展。南韓寬頻接人普及率居世界榜首,其功勞就歸於南韓互聯網的廣泛應用、豐富的寬頻內容服務以及低資費策略。南韓寬頻內容服務主要包括電子商務和社區增值服務,如自動提示需採購的生活用品和食物、網上自動抄表、家庭門診和網上醫療;另外,VOD視頻點播、網路游戲、網上促銷等應用也為寬頻市場的繁榮作出了不小的貢獻。南韓寬頻運營商促進寬頻市場繁榮的做法很值得我國電信運營商借鑒。寬頻網路就像一條條高速公路,而真正能把寬頻帶向未來的是寬頻應用。寬頻網的建設、寬頻的接入問題已經突破,現在關鍵的是把應用擺上桌面。

參考文獻

  1. 1.0 1.1 冉崇善,白濤,劉斌編著.信息技術應用基礎.中國鐵道出版社,2009.09.
  2. 王松年主編 夏雨人 張瑜 張友華 王長纓參編.華東高校電腦基礎教育研究會推薦教材 多媒體技術與應用教程 (第二版).上海交通大學出版社,2004年07月第2版.
  3. 楊威 王雲 劉景宜編著.高等學校電腦專業教材 網路工程設計與系統集成.人民郵電出版社,2005年09月第1版.
  4. 尤克,黃靜華,陳鴿編著.現代電信交換技術與通信網.北京航空航天大學出版社,2007.4.
  5. 5.0 5.1 吳萍編著.寬頻網建設研究.中國科學技術出版社,2007.12.
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