2023年宽带接入网络的规划与设计.docx
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1、2023年宽带接入网络的规划与设计 宽带接入网是业务节点与数据用户端设备之间,为用户供给电信业务而提供所传送承载能力的实施系统。目前,接入层技术方案以光纤接入网为主,使光纤进一步向用户靠近,便于为用户提供高质量的综合业务。但宽带光纤接入网是一个对业务、技术、成本十分敏感的领域,而且投资比重大、建设周期长。因此,结合当地现有电信网络和国民经济发展的具体情况,总体布局、网络结构、规模容量,充分考虑建设成本和网络的灵活性,制定出一套合理的宽带接入网规划方案尤为重要。为此探讨宽带光纤接入网规划及相关原则。 1.用户分类与业务预测 由于地区间发展的不均衡性,不同城市在宽带城域网建设中所提供的服务平台也有
2、所不同,这主要取决于城市特点、发展程度、服务重点等方面,同时业务内容主要取决于需求对象及工程重点项目内容。根据业务需求对象即用户类型的不同,将宽带用户类型大致分为以下七类: 1.1政府机关用户 政府机关是一个重要的市场领域,由于其地位特殊,对社会的影响力较大,他们对宽带接入的需求主要是来源于“政府上网工程”和办公的信息化。随着各行各业信息化进程的加快,城市范围内计算机网络互联业务需求变是更加迫切。 1.2金融证券用户 金融证券用户是电信运营商一大客户,主要开展数据通信、计算机联网等各类交互式多媒体业务,为金融、银行及证券公司等提供专网服务,实现银行、信用社的通存通兑等业务。 1.3智能大厦用户
3、 智能大厦、高层写字楼是商业客户等集团用户最密集的地方,这些集团用户一般都是电信运营商的大客户,集团用户对资费的敏感度低于家庭用户,用户的需求是要能提供综合、可靠、安全的网络业务,宽带高速互联接入、局域网互联及其他基于宽带接入网的业务如高速数据传输、数据中心、视频会议等都有广阔的市场前景,这些用户同样会有IP电话的需求。 1.4住宅小区用户 随着人们对社会信息化进程的加快,在智能小区、生活小区建设宽带信息化小区已成为各电信运营商竞争的一大焦点,对于各电信运营商而言,这既是增值业务的发展点,也是一个介入电信业务新领域的切入点。在这些商住小区建设宽带信息化,向用户提供高速上网业务、小区的信息社区服
4、务包括社区管理、电子商务、VOD、事务处理等等。 1.5宾馆酒店用户 随着酒店管理系统的不断完善,酒店上网业务必将成为今后的热门话题。酒店上网业务提高了宾馆酒店的知名度以及服务档次,在为顾客提供优质服务的同时,在增加了其自身的效益。客人可以在酒店上Internet进行工作和商务活动,也可以通过Internet查询酒店情况,进行酒店的预定、结帐等活动,极大地方便了顾客。 1.6学校医院用户 学校医院对宽带接入的需求来源于电子化教学、远程教育、远程医疗和信息化社区等。 1.7企业科研用户 企业上网主要是通过上网了解国内外经济形式,在网上捕捉商机,发掘新的市场空间,同时还可以在网上宣传企业。科研单位
5、通过上网实现远程数据处理、监测控制及异地科研合作等业务。 2.组网原则 2.1组网指导思想 现代的网络结构应满足当前迅速增长的多种业务需求和承载各种应用系统,提供网络能力、优化网络结构、加强网管功能、完善支撑系统和业务平台,满足用户对网络层面的业务需求,同时为应用层面的业务拓展提供基础保证。保证网络的可靠性和可管理性。 2.2组网基本原则 宽带光纤接入网规划应结合现有光缆网络结构,以近中期相结合为原则。现在宽带城域网的建设正处于初级阶段,因各地区和城市内各区域发展不平衡,对业务需求不一,并且用户比较分散,呈现不确定性。考虑到占领市场和投资的经济性,组建的原则应是统一规划分布实施。 2.3汇接节
6、点设置选址原则 由于宽带光纤接入网工程建设目前尚未形成既定的技术标准和规范根据,汇接节点设置选址主要遵循以下原则 2.3.1一个汇接节点覆盖范围为以500m为半径组成的小区或515幢多层建筑群。 2.3.2一个汇接节点的收容用户数量一般为3001000信息点,最多不超过1000信息点。 2.3.3汇接节点尽量与其他电信设施合用,以解决节点设备机房问题。 2.3.4汇接节点的位置应便于光缆和电缆的出入。 2.3.5汇接节点的位置应避免有腐蚀性气体、易遭雷击、高压输电线下、强干扰区、潮湿地区、低洼地、防洪堤坝附近等易遭破坏的地方,设备必须放在室内。 2.4节点带宽分配原则 从目前宽带用户的实际流量
7、考虑,在规划过程中,核心节点之间分配一个1000Mbit/s带宽,汇接节点按需要增加相应的接口板或交换机,以提供足够的用户接入端口,当用户流量达到一定规模以后,采用中继流量的负荷分担。近期规划(1年),10Mbit/s的端口总数量应该和收容用户数量相当,楼道交换机上行接口速率至少应按接入速率总和的1/5收敛配置,即每个宽带用户至少分配2Mbit/s带宽。对于住宅小区,按20宽带接入率分配带宽。对于党政机关、金融证券、智能大厦、宾馆酒店、学校医院和企业科研用户,考虑其内部已有局域网、上行可分配100M1000Mbit/s带宽。 3.宽带接入网络结构 根据RBB模型,宽带城域网可分为核心层、汇接层
8、和接入层三层。核心层主要完成数据的传输功能,负责全网业务的转接和业务疏通,实现城域内数据交换及与IP网络互联。汇接层主要负责区域内业务的汇聚和疏导,要求提供业务调度和路由能力、多协议处理能力和多业务接入能力。接入层负责将业务就近接入汇接节点,要求设备具有多业务接入能力、多种接入手段和良好组网能力,可以迅速灵活的接入用户。 在规划中,光缆敷设应采用一步到位方式。宽带按入网网络结构的选择应结合宽带接入点分布的特点、路由情况及业务要求,综合考虑、适当选择。既要充分考虑到网络的经济性和技术性,又要顾及发展的需要,同时还要考虑宽带接入的窄带需求以及网络的运行和调配灵活性,如扩容、调度及应急等因素,宽带接
9、入网光缆网络结构,主要考虑以下两种方案。 3.1星型方式 母局汇接节点到汇接节点按星型点到点连接、构成有源星型或双星型网络结构。该结构的优点是:结构简单、容易规划、光缆的投资相对较小、缺点是;占用管孔多,每个用户是单路由,安全可靠性差。对一些用户密度疏、近期变化大且离局较远的地区不失为一种行之有效的方式。 3.2环型与总线型结合方式 母局汇接节点采用从本节点出来的光缆双向进纤方式,汇接环由大芯数主干光缆构成,环上光缆采用不递减方式,每个汇接环上一般接46个汇接节点。汇接节点至楼道交换机采用星形点到点连接。该结构的主要优点是汇接环光缆占用管孔少,纤芯使用率高,易于调度,安全性高。 对一些在母局汇
10、接节点间总线上的重要其他汇接节点,为解决单一物理路由的不安全性,每个光节点可采用通向两个母局汇接节点方向的进纤方式,形成对该汇接节点的双向接入方式,当其中一个母局汇接节点出现故障时,可通过另一母局汇接节点疏通,增加了接入业务的可靠性,同时,当用户光缆有富余时可作为局间中继用。但该方式增加了汇接节点设备负载,同时使网络构造复杂,不宜大量使用。 对于距母局距离较远,用户较分散,有待进一步规划、开发的区域、汇接节点可采用星型方式来组网。对于现有管孔数量不足,用户数量集中在本局范围,而城市规划基本成形的区域,应优先考虑采用环型与总线型结合方式组网。 在光纤接入网组网中,一般采用光纤本局环网综合型,如图
11、1所示。它的特点为:重要业务节点(如小区、大商场、机场、政府机关、大医院、大楼、大学、大宾馆、银行、无线基站等)均在环路上,次要节点接入较为灵活。 对于环网综合型接入方式,对网结构、光缆铺设等都有一系列细则要求,其中对自愈环网中主要节点的节点数的要求为48个为宜。 3.2.1主要与光传输容量有关。以使用的斯达康公司生产的400为例,在自愈环网中,对交换局或靠近交换局的节点设置成局端点(),其余节点设置成远端点(),假设图1中局端()节点传输系统为32个2系统,、远端()节点考虑其上、下线业务量相同,各节点传输系统定为8个2系统,如果节点数增加,其节点内的传输系统数将减少,不能满足节点内上、下线
12、业务量的需求。 3.2.2与光传输设备的性能有关。用于监控、倒换、数据业务、帧同步码等信息也同时在自愈环环路中传送,节点数的增多,无疑使这些控制信息复杂化,并引起传输容量相对下降及倒换时延增加。 3.2.3光纤自愈环保护对环路中两个节点间全部断纤形成的环路保护其可靠性相似于我们在设备段经常使用的1:(这里为节点数),即当发生多个节点间光纤中断时,只能保护其中的一个。如果自愈环节点数增多,那么自愈环的保护可靠性就相对降低。 另外,组成环形网至少要有3个节点以上,所以要求节点下限是4个为宜不难理解。 另外,需说明的是,光纤辅设的多少不影响传输设备容量:在每一个接入点,它的传输容量(能力)仅与设备本
13、身的性能有关,如光端机输出4个3数据流,在实际工作中有些人理解为辅设光纤进入接入网点的数量越多,传输容量就越大的观点是不正确的。 3.3纤芯配置原则 3.3.1汇接节点;对于星型组网方式,每个汇接节点下6芯光缆,从主干到分支光缆逐级递减。 对于环型与总线型结合组网方式,汇接节点从汇接环上双向24芯,同时汇接环上至少预留12-24芯。汇接环采用单模光纤光缆,通常从几十到几百芯不等,建议采用带状光缆。 3.3.2汇接节点至楼道交换机;根据业务需求配置纤芯数:每一个100M/1000Mbit/s以太网端口占用2芯,并用适当纤芯预留。建议采用多模光纤光缆。 以图2为例说明。设环网所需的光缆芯数为72芯
14、,根据各节点业务量、预留考虑等实际情况,网中的纤芯编号如下: 主干节点编号:148 配线区编号:4960 配线区编号:6166 配线区编号:6772 宽带接入网络的规划与设计 4.宽带接入服务器的网络定位 目前宽带网络性能的提高,以实现了带宽接入的扩展;在处理性能方面,后台功能强大的城域FR/ATM网络或高速局域网络逐渐替代功能单一的PSTN网络。为此对宽带接入服务器在性能上和功能上都提出了更新、更高的要求。 4.1硬件设计结构 宽带接入服务器必须具有高速、高效的包转发特性,在性能上有效地解决宽带网络高性能、高负荷、高突发所带来的问题,性能不佳的宽带接入服务器势必成为网络的“瓶颈点”。目前具有
15、2G以上的交换背板容量,100Kpps以上的独立包转发性能成为业界对宽带接入服务器的基本要求。从硬件系统结构上看,宽带接入服务器已从低效的集中式包处理结构向分布式处理结构演变,前后插板(接口板和处理板)的设计思路成为主流。采用这样的系统结构,处理模块可以直接处理来自同一槽位接口模块的用户流量,而且对于输出在同一槽位上的网络流量能够不经过系统背板和交换矩阵模块直接进行转发,从而有效减轻系统负荷。另一方面,为了实现在不同槽位间的包转发,系统结构必须提供高容量、相对独立、有冗余备份能力的系统交换矩阵模块(Switch Fabric)和相应容量的背板总线,保证宽带接入服务器总体性能随接口模块增加呈线性
16、增长的态势。 4.2接口类型和接入方式 为了实现对各种宽带接入类型的支持,宽带接入服务器必须尽可能多地提供丰富的接口类型。在用户侧方面,宽带接入服务器已经可以提供DS3/OC3/OC12的ATM光接口实现纯ATM接入或DSLAM(DSL的用户集中器)的接入,提供100/1000M快速以太网接口实现局域网用户和HFC用户的接入,提供高密度信道化或非信道化E1/T1/DS3的帧中继接口实现帧中继用户的接入;在网络侧方面,一般通过100/1000M快速以太网接口,OC3/OC12的ATM接口,甚至可能是OC12的POS接口来实现流量的汇聚转发,满足宽带业务的实际带宽需求。 宽带接入服务器接入过程是依
17、托于底层(数据链路层,主要是ATM层和以太网层)对数据包的封装重组,利用底层的技术特点,不仅在接入组网方式上灵活多变,而且可以有效地捆绑上ATM和以太网自身的技术优势,实现服务质量保证。具体来说,通过RFC1490和RFC1483第二层的桥接技术,RFC1577第三层的IP路由技术,实现宽带用户的静态IP接入;通过PPP Over ATM和PPP Over Ethernet实现用户的动态IP接入;通过L2TP的二层VPN隧道技术实现企业用户和小型ISP的VPN接入要求。从当前接入应用的趋势上看,PPP接入方式必定是宽带接入主流的应用方向。而在PPP接入技术中,由于PPPOE可以适用于多种接入网
18、络,应用灵活,易于实现业务选择,同时又保护目前用户的已有投资。 4.3接入数量 在宽带网络中,宽带接入服务器由接口处理模块直接完成对各种协议栈的封装重组处理,例如:PPPOE或PPPOA的呼叫。由于ASIC(专用集成电路)技术的引入,系统包处理能力显著提高,接入实现的时长大大降低(通常要求小于5秒,包括RADIUS认证时间);系统各处理模块的合理配合使得系统更加稳定,而且能够很好地完成对多用户并发接入情况的调度处理。目前,一台中等规模的宽带接入服务器应能支持8000个以上的并发PPP(包括PPPOA和PPPOE)呼叫,大型的宽带接入服务器可以实现100K个呼叫接入。宽带接入服务器具有这样的处理
19、能力应该说已经完全能够满足实际大规模宽带接入应用的需要。 7.S-CDMA技术 CDMA(Code Division Multiple Acce)技术由于具有抗干扰能力强,保密性能好,用户容量大的优点,在无线通信领域得到了广泛的应用。而S-CDMA同样具备了CDMA的优点,在HFC网络中也具有较好的应用前景。 S-CDMA技术在每6MHz带宽中使用14.7Mbit/s的速率,通过频谱拓展技术,可以使上行传输免遭脉冲窄带干扰的影响。由于S-CDMA仅占6MHz的带宽,不对相邻频道产生影响,故该技术可以在HFC网络中与使用其它调制方式的传输,如正交移相键控(QPSK)、QAM等音、视频传输和谐共存
20、。该技术形成CATV宽带网真正意义上的互联双向多媒体的服务,并赋予了该网络动态宽带设置、保密性强、多层次和大容量等无可比拟的优越性。S-CDMA技术,应用于HFC网络中,需要采取特殊的措施,这些措施主要有: 7.1测距和均衡校正措施 通过测距和均衡校正措施使所有HFC用户端的Modem与网络前端同步,并在每个用户单元与其他用户共享线路的基础上,扩频信号之间保持了良好的正交性,因而最大限度地克服了自生干扰,提高了信道的利用率。其中: 7.1.1测距(Ranging),用来确定每个Modem到前端路径的长度,以使距离前端较近处的发送信号的时间比距离前端较远处的发送信号的时间稍晚一些,保证所有的信号
21、能在同一时刻到达前端接收机。 测距采用的算法是动态、连续和透明的,应考虑温度变化对物理线路的影响及线路的老化程度等。 7.1.2均衡(Equalization),即在每个发送端前置预编码器,在测定出用户到前端的信道响应H(w)后,对预编码器进行调整,使其幅频响应P(w)与信道响应呈倒数的关系,即P(w)=1/H(w)。预编码器的设置能消除信道响应带来的信号失真。 7.2进行功率控制 在HFC网络中应用S-CDMA,也应进行功率控制,以减少用户之间的相互干扰。但与无线通信不同的是,在无线通信中由于移动台位置不确定,无线信道质量稍差,使得功率控制较为复杂,而在有线通信中,由于一般用户的位置都比较确
22、定,因此功率控制的方法比较简单。 7.3 S-CDMA在HFC网络中应用 S-CDMA在HFC网络中应用有以下优点: 7.3.1可解决噪声干扰;标准IS-95码是一种在宽带传输中用于频谱拓宽的编码。普通的CDMA技术,尽管在用户之间没有互相的关联,但互相间却有影响和干扰,这种影响和干扰称之为自生噪声。自生噪声提高了网络中噪声的背景,也降低了网络的容量。而S-CDMA通过用6MHz的带宽取代CDMA所用的30MHz的带宽,可使富余频带对相邻的频道形成保护带,解决了邻频干扰的问题。 这样在S-CDMA的系统中,每一个6JMHz的带宽均用来传输6Mbit/s的多路数据流,每一路数据流的速率为64kb
23、it/s,码型为Trellis码,以一特定层位的特定扩展码的形式进行传输。采用Trellis码,是为了使信道增加4.8dB的增益,并在长距离传输、噪声高达100s时,系统不至于增加误码。 在S-CDMA系统中,还使用了前向纠错技术、分层经联步位传输技术及拓谱技术。前向纠错和分层经联步位传输技术可使数据传输有效地免受脉冲和宽带噪声的干扰,而拓谱技术则可为信道提供另外22dB的增益。这样S-CDMA系统就增加了近27dB的抗干扰能力,有在负CNIR(Carrier to Noise Plus Interference Ratio)的姿态下运行。 7.3.2可提高网络容量;在S-CDMA系统中,为使
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