多媒体宽带接入网

多媒体宽带接入网(Multimedia Broadband Access Network,MBAN)

　　随着多媒体业务的开展，人们对多媒体业务的需求量越来越大，要实现多媒体传输业务涉及到多项技术内容，其最关键的技术之一就是网络环境的建设。尽管全光通信的信息高速公路是未来的发展方向，但要将VOD等宽带多媒体业务引入千家万户，建立具有语言、数据、图像，特别是活动视像业务融为一体的多媒体宽带接入网，解决“最后一公里”的用户宽带接入这一瓶颈，需要巨额投资，并非短时间能够办到，因此必须寻找一种目前阶段能满足用户需求的宽带接入方式。采用何种接入网技术不仅取决于该技术的成熟程度、环境因素和经济成本，同时还取决于所面向用户层的主要业务要求。因为多媒体业务具有集成、交互、同步、实时等特性，从而使得多媒体业务的网络环境和一般通信的网络环境有很大的不同。主要体现在两个方面：一要很高的带宽，二要实时同步传输。目前的三大通信传输网络：公共电话网(PSTN )、有线电视(CATV)和计算机网(LAN)，尽管它们都存在各自的不足之处，但都成为目前主要的多媒体宽带接入网方式之一 。

　　1 电话接入网(xDSL接入网)

　　传统的PSTN已经很难适应多媒体业务的带宽要求，但随着ISDN、xDSL等技术的发展，特别是电话的日益普及，极大地推动了电话线接入技术的发展，其中xDSL技术发展得特别迅速。ADSL已经成为电信主推的宽带接入方案之一。

　　(1)xDSL接八同性能分析

　　xDSL(用户数字环路)是利用先进的数字处理技术及调制解调技术 将4k以下的音频信号与数字调制后的高频信号经滤波器分开，使得话音信号和高速数据信号在对称电话线上共同传输的技术。

　　由于DSL技术采用了现有的电话线为传输介质，传输的速率高，传输距离较远，安装方便，性能价格比高。目前被广泛采用的ADSL调制技术有3种：QAM（quadature ampli—tude modulation)、CAP(carrierless amplitude-phase modulation]、DMT(discrete multitone)，其中DMT调制技术被ANSI标准化小组T1E1．4制订的国家标准所采用。

　　DSL技术按上行(用户到网络)和下行(网络到用户)速率的是否相同，可分为速率对称型和速率非对称型两种类型。对称DSL技术主要有以下几种：HDSL(High-bif-rate DSL)高速数字用户环路、SDSL (Single—line DSL)对称数字用户环路、IDSL(ISDN数字用户线)：非对称DSL技术主要有以下几种：ADSL (Asymmetric DSL)非对称数字用户环路、RADSL(Rate Adaptive DSL)速率自适应数字用户环路、VDSL(VeT-HiSh DataRate DSL)超高速数字用户环路。

　　DSL的网络呈星型结构，用户的线路和带宽都是独享的，不会出现因为与他人共享线路和带宽而必然引起的速率受并发用户数影响的情况。用户的速率和带宽基本保持不变，特别适台需要恒定速率和带宽的业务应用，例如高速数据下载和视频服务等：而且，由于线路和带宽的独享特性，DSI 用户间的信息是互相隔离的，用户有完全的安全性保证。

　　(2)xDSL接入网存在的缺陷及解决方案

　　由于xDSL是建立在传统的电话线上，可能遇到回路范围和距离等问题。回路范围对于电信公司的新业务覆盖范围具有最重要的意义，这取决于路由选择因素(随回路长度的半径、导线线径、电信中心局类型／位置和周围地区而变化)。回路范围越长，覆盖的区域就越大。另一方面，xDSL数据速率对距离是敏感的，由于信号的衰减．数据速率随距离的增加而减少。所以不顾衰减损耗，能够再生虽强信号的接收器设备能够实现较高的数据速率数字信号处理技术可以用来实现这样的算法，但是这需要足够的CPU处理能力来改进性能。此外，电话上的xDSL传输容易遭受各种线路的损害，如桥接抽头、串话干扰和射频干扰：另外一天的温度和湿度变化的结果，回路的信道容量可能随时间缓慢的变化。DMT技术比较适应线路损害，使用比特加载算法不断地把比特从具有高差错率的信道上撤出，转到具有低差错率的信道，试图均衡每个子信道的差错率，并在时间上保持这种均衡．以实现最佳性能。

　　2.HFC接入网

　　针对我国实际情况，CATV网络是目前建设最为广泛、最接近用户的宽带广播通信阿。它以光纤为主干传输媒体，以同轴电缆作为用户接入，整个网络的带宽可达1000MHz，除传输传统的有线电视节目外，还具有丰富的频带资源。

　　(1)HFC接入网性能分析

　　混合光纤／同轴电缆(HFC)以其特有的大容量、低成本、高带宽、多功能双向性、强抗干扰能力等多种优势，成为目前应用最广泛的用户接入形式。

　　HFC可具有lGHz的频谱，为各个用户共享。通常上行信号频带为5～42blHz，采用QPSK调制方式，传输速率可达3Mbit／s，用于传输数字化的语音和数据；下行信号频带为48或54—860MHz，其中600blHz以下分配给模拟有线电视信号，根据不同制式，可传输36～60路电视信号和几十路模拟或数字声音信号；如果使用64一QAM，那么8MHz频道能够容纳38 5Mbit／s的有敬载荷容量，且不会对邻频道产生干扰。这样对于MPEG一2的压缩视频信号，一个8MHz模拟信号频道能够容纳4～10个数字电视信号，600~860MHz就可用于传送约200路blPEG一2数字视频点播(VOD)信号；高于860MHz被用于其他双向业务。图1是一种典型的同轴电缆频谱分配方案。

　　利用HFc的下行传输信道可以用于高速数据传输，来实现Internet数据广播业务，传输信息高速公路丰富的数据信息，并利用其上行通道(或者使用电话模拟调制解诃器)来提供信息回传，构成双向通信接入Intemet。

　　(2)HFC接入网存在的缺陷及解决方案

　　在网络拓扑结构上，HFC网存在着一些缺陷，主要有系统采用的模拟频分多路复用技术，与主干通信阿数字化趋势相悖，增加了同步、网管和信令等技术难度；树支拓扑结构，保密性不够理想，上行带宽不足，易产生上行信号的噪声积累，在上行通道中5—20blHz存在严重的漏斗噪声，即“漏斗效应“，髟吭上传信号质量。另外HFC系统与铜线接入网相比，初期投人较大；能开通的电信信道有限，扩容难，可靠性较差，遇上一个节点出现问题，影响的用户较多；HFC的建设周期也比较长。

　　为了提高上行通道带宽，可以考虑使用数字技术，包括时分复用(TDM)，在节点处将上行光谱数字化，将大大改善反向带宽。另外通过媒体访问控制(MAC)功能确保数据传输至正确的目的地．并且尽量减少上行传输的用户同抢现象，可以支持会议电视和可视电话等多媒体业务。此外，在条件允许的情况下，还可以通过HFC双向改造来实现带宽要求更高的业务。

　　可以采用高通滤波器和反向通道均衡器来消腺和抵抗噪声，改善QoS。另外干线地线的稳妥设置，定期维护干线保证增益的校正和线路的固化，也可以基本上滤除掉外部干扰的侵入。

　　3 以太接入网

　　计算机网络是层次结构、分级交换的，它具有平滑升级的特点，具有自适应路由和自适应带宽的能力，具有开放的体系结构，便于实现统一同管和全程全网统一网管。另外，计算机网络技术经过发展，已经比较成熟，实现起来比较方便。

　　(1) 太接入网性能分析

　　由于多媒体通信业务要求带宽高，传送速率陕，并且具有交互性。HFC接入网虽然提供了上下行通道实现交互，但上下行通道不对称，上行通道宽较窄。而以太同采用分组交换方式．上下行传输信息是相同的带宽，可以满足双向交互式的多媒体业务的要求

　　提高以太网接入带宽，可以通过升级路由器的串口来实现，实现起来比较方便。由于以太网使用无冲突的交换式、全双工的结构．应当认为此时的吞吐率将可以接近全双工的理论上的最大吞吐量：

　　宽带以太同由于完全与以前的以太网兼容，所以网络升级十分方便，解决了网络管理员所面临的如何升级现有网络，但不至于造成网络瘫痪的问题。另外，以太网技术是十分成熟和稳定的技术，它所组成系统的可靠性已经接近一般的电话通信系统。“千兆以太网仍然是以太网”意味着宽带以太网是可以信赖的技术。

　　从台式机联网的网卡、集线器、交换机、路由器和其他各种设备，宽带以太同和其他类似速率的通信技术比较，价格总是低廉的。并且由于用户早巳熟悉了以太同技术、以太同的维护和纠错手段．因此以太网维护的开销也较少。从技术本身的特征分析，宽带以太网的技术复杂度也较低。网络管理人员不需要记忆很多术语，不需要经过复杂的额外培训。以太网灵活的网络互联和网络设计，可以支持多种交换、路由和共享方式。所有当今的网络互联技术，包括第三、四层交换技术和干兆以太网都是兼容的。

　　(2)以太接入网存在的缺陷及解决方案

　　传统的以太网是基于电路侦听、冲突检测、存储转发、无连接机制的局域同技术，虽然技术简单、造价低，但QoS保障差，存在时延、时延抖动和拥塞丢包问题；网络管理不够完善，管理范围也有限；还缺乏故障自愈机制。

　　以太网是非实时处理，采用分组交换模式，当遇到业务量大的时候，其实时处理能力将会延误实时多媒体点播业务，会出现网路拥塞。近年来发展的基于线速路由、第三层交换的宽带以太网，采用ATM 的MPLS(多协议标记交换)、流量监控、优先级控制等，还采取了RCT／RTCP(实时传输协议／实时控制协议)、RSVP (资源预留)、过度带宽等QoS策略，使得网络拥塞、时延和时延抖动、网络管理等都得到很大改善。另外对业务分类后通过优先级排队，如加权公平排队(WrQ)和基于业务级别排队(CBQ)，改善网络拥塞问题，并依赖上层协议如生成树及第三层路由技术来实现快速故障排除，一些最新出现的弹性链路、链路聚焦、多点链路聚焦等技术，实现了亚秒级的故障排除时间。

　　1．接口

　　在HFC网络被改进成多媒体宽带接入网络时，必然要与主干网相连接。主干网是网络中在各个前端(或接入节点)间提供信息交换和传送的部分。许多有线电视网已着手安装昂贵设施(如卫星地面站等)，有许多前端共享的主干网。这种主干网通常是某种环型，且在取出／插入信号的前端上具有插分复用器。

　　为了接入ATM网络，标准机构正在研究定义一个通常称为VB5的标准接口。这种接口可使许多用户与一个限定容量的接口连接。这一接口是在接入节点(前端)与ATM开关之间。前端必须有控制接口的装置，而且如果ATM终止在接入节点，则接入节点必须提供ATM的终端(如将用户设备的专用信令转换为ATM信令)。除了ATM终端，接入节点还必须提供信号的“抗抖动”功能，这是ATM传输系统中特有的问题。如果ATM传输系统终止在用户家中，接入节点仅需集中各用户源。

　　不论ATM传输在哪儿终止(在接入节点或在用户的设备)，都需要一个附加部分，那就是为用户传送数据及接收用户数据的传输部分。因为传统有线电视网是一个频分复用的模拟系统，而交互式多媒体业务传送的信息是数字的，所以数字信号必须被调制。目前，下行数据传送技术主要采用64-QAM，在一个模拟电视频道(6或8MHz)中它能编码传输约30Mb的数据。然而，受HIFC网络回传通路特性的影响，模拟载波的质量较差，所以通常选用QPSK调制。故对于下行传送，采用QAM调制为用户传送大量数据(如数字编码视频)，采用QPSK以较低数据率接收从用户来的信息。

　　就窄带业务(如电话)来说，接入节点一定要提供通往公用交换电话网(PSTN)的接口。另外，如果采用ATM技术，各个国家还要有一个各自不同的接口标准，如欧洲为V5．1或V5．2，美国为TR8和TR303。这些标准为一些先进电话业务提供了恰当定义的接口，利用这些标准接口可以使前端连接到支持该标准的电话交换机上。

　　2.智能化的网络控制与管理

　　对大多数有线电视系统经营者来说，网络管理是个新鲜事物。因为事实上他们的网络相当简单并相对静止，几乎没有设备需要合理布局并加保障措施，故没有很大必要进行网络管理。然而对以HFC为基础的多媒体宽带接入网，网络管理成为一个重要部分，这是有线电视经营者所必须认真加以关注的。

　　在建造HFC宽带网时会涉及许多不同技术和厂商，故网络管理问题十分突出。关键在于网络中所有要管理的部分都要有一个单元管理器，也就是一个允许经营者管理操纵那一单元功能(及报告其状态)的软件。然后网上各部分的每一个单元管理器必须都能在一个单独的网络管理器下聚集起来，这样网络经营者就可通过一个控制台去监视并管理整个网络。此外，未来信息高速公路的最终网络将是全球性的，而且业务提供者将分布在网络的各个地方，故必要的控制应该是十分智能化的，所以这种控制应由智能网(1N)提供。智能网由窄带网中类似的需求演变而宋，有线电视网需要进行必要的改进，以便得到提供这种引导和控制所必须的智能服务。智能网设备一般由单独的主干网提供。对业务提供者开放式的接入，对有线电视网经营者有两点好处：第一，它扩展了其用户可自己支配的业务范围；第二，通过增加的业务和业务提供者的入网费，增加了收入。

　　电信部门意识到网络管理问题已有一段时间，并已为这一问题制订了一些标准，通常被称为电信管理网(TMN)。电信管理网是一个复杂的网络管理系统，自成一个网络。这个管理网可使电信网经营者有效地操纵并管理网络。同样，计算机行业也有类似的网络管理和控制问题，所以计算机网生产者也己研制了可集中管理及维护的标准。我们这里所谈的网络，实际上是集电信、数据及电视于一体的网络。所以网络管理系统必须要考虑到各种各样的设备。

　　要控制交互式多媒体网，智能网方案中要有三个主要部分，即：业务交换中心(SSP)、业务控制中心(SCP)和智能化外部设备。业务交换中心提供业务交换功能，通常理解为包括ATM交换功能和简单提供一些用户与业务提供者相连所必须的交换业务。业务交换中心捕获触发事件(如来自用户的交互式业务申请)，并将申请送给业务控制中心，由业务控制中心决定采取什么动作。一旦业务控制中心对该事件(可能包括用户筛选)做出判断，它就传送关于应该建立什么连接的SSP指令。业务控制中心提供业务控制功能，并为一级信关提供逻辑的和智能的控制。智能化外部设备是帮助业务控制中心决定采取什么动作的专用平台。比如，智能化外部设备可能是一个专用视频服务器，通过它业务控制中心可命令业务交换中心去连接用户，并提供一级信关菜单。用户可能会与智能化外部设备互相配合(通过机顶盒)，做出选择，选择过程可能会涉及视频剪接图形和其他媒体。用户一旦做出选择，就会由智能化外部设备经7号信令系统将信息传送给业务控制中心，然后7号信令系统进一步做业务核实，最后命令业务控制中心将用户与其所选业务提供者恰当地连接。近似于网络导航的智能网的更大价值是，它不需对网络及网络软件做大量改动就可提供新业务，而且提供了灵活性。通过简单改变业务控制中心或智能化外部设备中的一些软件／数据，就可增加新业务。除了推出新业务的灵活性，智能网还支持业务优选(如根据提出申请的时间，选择一个、业务提供者)。

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