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推荐语：内容实用，与工作岗位紧密结合。

作者：蒋振根编

出版社：人民邮电出版社

出版时间：2015-01-01

书籍编号：30471035

ISBN：9787115372628

正文语种：中文

字数：195746

版次：1

所属分类：教材教辅-中职/高职

版权信息

书名：宽带接入网技术基础

作者：蒋振根

ISBN：9787115372628

版权所有 · 侵权必究

前言

接入网是通信网的重要组成部分，是当前通信网中发展最快、竞争最激烈的网络，在接入介质上从早期的单一铜线接入演进为光纤接入和无线接入，在业务上也从早期的单一语音窄带接入演进为支持语音、数据、图像等多媒体业务的宽带综合接入。随着科学技术的发展以及人们对接入网的了解与应用，接入网技术的应用必将成为职业院校通信、电子、信息类专业毕业生就业的主要渠道和选择对象。

本书全面系统地介绍了目前宽带接入的几种常用技术，并针对职业院校学生学习的特点及与企业岗位对接为切入点，从实用性的角度讲述了典型的宽带接入技术系统结构及其应用、配置维护、施工设计等方面的内容。本书所有实训项目都来自于企业多年积累的工程项目，每个实训项目都包含实训目的、实训规划、实训原理、实训步骤与记录等多个环节，循序渐进地展开通信工程项目。本书通过实训室开展模拟运营商现网的网络设计和业务开通配置等实训，进而让学生接触大型商用设备，强化对理论知识的理解，提升工程方面的实际应用技能，获得工程经验，增强专业素养，为成为合格的工程型人才奠定了基础。

全书共分为6部分17章，主要内容包括：接入网基础知识，以太网接入技术与实训，ADSL 接入技术与实训，GPON 接入技术与实训，无线接入技术与实训，HFC 接入技术与实训。本书注重理论与实践的紧密结合，在每部分都配有相关理论知识讲解及设备系统结构介绍，每章内容之后都配有总结和思考题，以帮助学生巩固本章所学知识。本书内容通俗易懂，层次清楚，循序渐进，实用性强。

全书由蒋振根主编和统稿，并负责第1章～13章的编写。第14章、15章由程灵聪编写，第16章、17章由陈东升编写。

本书可作为通信、电子、信息类高等职业技术院校的教材，也适合通信、计算机和有线电视等企事业单位从事相关科研、教学和工程技术人员阅读参考。

由于编者水平有限，加之宽带网络技术发展非常迅速，虽然努力做到最好，但书中肯定还是存在疏漏和错误之处，恳请广大读者批评指正，以使教材质量不断提高。

编者

2014年8月

第一部分 接入网基础知识

第1章 接入网的概念

随着通信技术迅猛发展，人们对电信业务多样化的需求也不断提高，如何充分利用现有的网络资源增加业务类型，提高服务质量，已成为电信专家和运营商日益关注研究的课题，“最后一公里”解决方案是大家最关心的焦点。因此，本章主要对接入网的基本概念和 ITU-T制定的两个接入网标准做个介绍，为后续的学习奠定基础。

1.1 从位置关系理解接入网

传统的电话网，通过电话线把固话终端与交换机相连，提供以语音为主的业务。那时，用户接入部分仅仅是交换网络的最后延伸，是某些具体接入设备的附属设施，并不是一个独立完整的网络部件。近些年来，随着用户业务类型及用户规模的剧增，需要有一个综合语音、数据及视频的接入网络来实现用户的接入需求，由此产生了接入网（Access Network，AN）的概念。在 1975年，英国电信（British Telecom，BT）首次提出了接入网的概念。1979年，ITU-T（国际电联电信标准化部门，其前身为CCITT）开始制定有关接入网的标准；1995年，电信网接入网标准 ITU-T G.902 建议书发布；2000年，IP 接入网标准 ITU-T Y.1231 建议书发布。接入网标准的出台，使接入网真正成为了独立的网络；特别是Y.1231的发布，在 20 世纪 90年代中后期互联网开始突飞猛进发展的大背景下，使 IP 接入网进入了大发展时期。经过几十年的发展，接入网已经成为一个相对独立、完整的网络，与核心网一起成为现代通信网络的两大基本部分。目前，接入网进入了高速发展期，其规模之大、影响面之广前所未有。

什么是接入网呢？我们从直观的位置关系来理解接入网的概念。

先从生活中的例子谈起。在我们的日常生活中，常常会提到“上网”这个词。那么，我们的计算机（手机等）是怎样连到互联网上去的呢？计算机（手机等）并不是直接与互联网相连的，中间必须要通过一系列的设备、线路等。经过的这些设备、线路等就构成了接入网。上网用的计算机（手机等）属于用户部分，而互联网属于核心网部分，因此，通俗地说，接入网就是把用户接入到核心网的网络。

如图1-1所示，一个通信网络从水平方向看，由用户部分、接入网部分和核心网部分组成。用户部分可以是单独的设备，也可能是由多个用户设备构成的用户驻地网。

接入网处于整个通信网的网络边缘，用户的各种业务通过接入网进入核心网。通常，接入网有两个俗称：Last mile（最后一英里）和 First mile（最初一英里）。这是从不同的位置角度对接入网的称呼。从运营商角度来看，接入网是他们运营建设的最后一段，所以他们称之为“最后一公里”；而对于用户而言，接入网是与他们最直接接触的运营商网络，所以是“最初一公里”。不过，“一公里”只是个形象的称呼，并非实际距离为一公里，只是表明这段网络相对于核心网而言，是距离较短的一段。

图1-1 接入网在通信网中的位置

1.2 接入网的标准

1.2.1 电信网接入网标准

1995年11月2日，国际电联发布了接入网的第一个总体标准——ITU-T G.902 建议书。在G.902建议书中，接入网被定义为：接入网是由一系列实体（诸如线缆装置和传输设施等）组成的、提供所需传送承载能力的一个实施系统，在一个业务节点接口（Service Node Interface，SNI）与之相关联的每一个用户网络接口（User-Network Interface，UNI）之间提供电信业务所需的传送能力。接入网可以经由一个 Q3 接口进行配置和管理。一个接入网实现UNI和SNI的数量和类型原则上没有限制。接入网不解释用户信令。

仔细分析G.902对接入网的定义，可以看出以下几点。

（1）接入网是由线缆装置、传输设备等实体构成的一个实施系统。

（2）接入网为电信业务提供所需的传送承载能力。

（3）电信业务是在SNI和每一与之关联的UNI之间提供的。

（4）接入网可以经由Q3（电信管理网（TMN）的一种接口）进行配置和管理。

（5）接入网不解释用户信令。

（6）接入网主要完成复用、连接和运送功能，不含交换功能，独立于交换机。

根据该建议书，接入网的覆盖范围可由 3个接口来界定：业务节点接口（SNI）、用户网络接口（UNI）和Q3接口，如图1-2所示。

图1-2 接入网的界定

SNI 业务节点接口位于接入网的 SN 侧，是接入网和业务节点（Service Node，SN）之间的接口。业务节点是提供具体业务服务的实体，是一种可接入各种交换类型或永久连接型电信业务的网元。SNI是SN 通过 AN 向用户提供电信业务的接口。SNI 可分为模拟接口（Z接口）和数字接口（V接口）两大类。Z接口对应于UNI的模拟2线音频接口，可提供普通电话业务。V 接口经历了 V1 接口到 V5 接口的发展，其中 V5 接口是标准化的开放型数字接口，包括V5.1和V5.2两个版本。

用户网络接口（UNI）位于接入网的用户侧，是用户和接入网之间的接口。用户终端通过 UNI 连接到 AN。接入网通过 UNI 为用户提供各种业务服务。用户网络接口主要有传统的模拟电话Z接口、ISDN接口、ATM接口、E1接口、以太网接口等。

维护管理接口 Q3是接入网与电信管理网（Telecommunication Management Network，TMN）的接口。Q3 接口是电信管理网与各被管理部分连接的标准接口。电信管理网通过Q3 标准接口实施对接入网的管理。管理功能包括：用户端口功能的管理、运送功能的管理、业务端口功能的管理。

G.902 建议书是关于接入网的第一个总体标准，它确立了接入网的第一个总体结构，对接入网的形成具有关键性的奠基作用。但是，受限于当时的历史条件，互联网技术的理念、框架还远未深入影响通信技术界，传统电信技术的体系和思路还是电信网络的主体。

G.902建议书暴露出一定的局限性。

（1）只具有连接、复用、运送功能，不具备交换功能。

（2）只能静态关联：SNI和UNI只能由网管人员通过Q3接口的指派实现静态关联，不能动态关联。

（3）不解释用户信令：用户不能通过信令选择不同的业务提供者。

（4）由特定接口界定。

（5）核心网与业务绑定，不利于其他业务提供者参与。

（6）不具备独立的用户管理功能。

G.902 建议书很大程度上受到传统电信技术的影响，其定义的接入网，特别是接入网的功能体系、接入类型、接口规范等，更好地适用于电信网络。所以当关于 IP 接入网的总体标准Y.1231问世以后，人们有时将G.902建议书称为“电信接入网总体标准”。

1.2.2 IP接入网标准

2000年11月，ITU-T 通过 IP 接入网标准——Y.1231 建议书给出了 IP 接入网的总体框架结构。该建议书给出了 IP 接入网定义：IP 接入网是由网络实体组成提供所需接入能力的一个实施系统，用于在一个“IP 用户”和一个“IP 服务者”之间提供 IP 业务所需的承载能力。

定义中的“IP 用户”和“IP 服务者”都是逻辑实体，它们终止 IP 层和 IP 功能并可能包括低层功能。“IP用户”也称“IP使用者”，“IP服务者”也称“IP服务提供者（ISP）”。

进一步理解IP接入网的定义，可以看出以下几点。

（1）IP接入网由IP用户和IP服务提供者之间提供接入能力的实体组成。

（2）由这些实体提供承载IP业务的能力。

（3）定义中的 IP 服务提供者是一种逻辑实体，可能是一个服务器群组，可能是一个服务器，甚至可能是一个提供IP服务的进程。

（4）IP用户可以动态选择不同的IP服务提供者。

根据该建议书，IP接入网的总体架构如图1-3所示。

图1-3 IP接入网的总体架构

在图 1-3 中，用户驻地网（Customer Premises Network，CPN）位于用户驻地，可以是小型办公网络，也可以是家庭网络，可能是运营网络，也可能是非运营网络。IP 核心网是IP服务提供商的网络，可以包括一个或多个IP服务提供商。

IP接入网位于IP核心网和用户驻地网之间，IP接入网与用户驻地网、IP核心网之间的接口不再是3种接口，而是由统一的参考点（RP）界定。RP是一种抽象、逻辑接口，适用所有 IP 接入网；它在 Y.l231 标准中未作具体定义，在具体的接入技术中，由专门的协议描述RP，不同接入技术对RP有不同的解释。

IP接入网具有以下3大功能。

（1）运送功能：承载并传送IP业务。

（2）IP接入功能：对用户接入进行控制和管理（AAA功能：鉴权、授权和结算）。

（3）IP接入网系统管理功能：系统配置、监控、管理。

对 IP 接入功能的支持，是IP 接入网与电信接入网在总体架构方面的最大区别。与G.902 定义的接入网相比，IP 接入网不仅具有复用、连接、运送功能，还具有交换和记费功能，可以给用户分配IP地址，可以实现NAT功能等。它能解释用户信令，IP用户可以自己动态选择IP服务提供者，接入网、核心网、业务提供者完全独立，便于更多的IP业务提供者参与，用户可以通过接入网获得更多的 IP 服务。它具有独立且统一的 AAA 用户接入管理模式，便于运营和对用户的管理，适用于各种接入技术。

Y.1231 建议书将接入网的发展推进到一个新的阶段，揭开了 IP 接入网大发展的序幕。IP 接入网适应基于 IP 的技术潮流，可以提供数据、话音、视频和其他多种业务，满足融合网络的需要。如今的接入技术几乎都是基于IP接入网。

1.3 总结

（1）本章主要介绍了接入网的两个重要标准——电信接入网标准 G.902 和 IP 接入网标准 Y.1231。G.902是历史上第一个接入网总体标准框架，使接入网开始形成一个独立网络，但它束缚于电信网的体制，局限于传统电信网络观念，这也让其暴露出很多弱点。在全球互联网浪潮影响下产生的 Y.1231 建议书定义了 IP 接入网络的总体结构，适应 IP 技术的发展潮流，将接入网推进到一个新的阶段。

（2）今天的接入网已经具备完整的功能，除了基本的传送数据流以承载多种业务的功能外，还可以实现接入鉴权和授权，可以独立结算。接入网可以不再依附于核心网络设备而独立存在，可以选择接入不同运营商的网络，可以独立于业务。

1.4 思考题

1-1 G.902 建议书是基于何种网络的接入网标准？它如何定义接入网？它通过哪些接口来界定接入网？这些接口分别有哪些功能？

1-2 Y.1231建议书是基于何种网络的接入网标准？它如何定义接入网？接入网通过什么接口与核心网和用户驻地网相连？

1-3 Y.1231与G.902相比，有哪些优势？

第2章 主要接入网技术

接入网的分类方法有很多种，可以按传输介质分，按业务带宽分，按拓扑结构分，按使用技术分，按接口标准分等，本书主要讲述宽带接入网，因此本章将介绍按传输介质分类的情况。

根据传输介质的不同，接入网可分为基于铜线传输的接入网、基于光纤传输的接入网和基于无线传输的接入网等，如图2-1所示。

图2-1 按传输介质分类的接入网

2.1 有线接入技术

2.1.1 xDSL接入

xDSL 技术是基于 PSTN 发展起来的宽带接入技术，是电信接入网升级的一种重要方式。它以铜质电话线为传输介质，采用先进的数字编码技术和调制解调技术，在一根铜线上分别传送数据和话音信号。但数据信号并不通过电话交换设备，因此利用数字用户线（Digital Subscriber Line，DSL）上网不需另外缴纳电话费。

xDSL 中的“x”代表各种数字用户线，可细分为高比特率数字用户线（High-bit-rate DSL，HDSL）、非对称数字用户线（Asymmetric DSL，ADSL）和甚高比特率数字用户线（Very high-bit-rate DSL，VDSL）等技术。这些技术的主要区别体现在信号传输速度和距离的不同，以及上、下行速率的对称性等方面的差异。

xDSL 技术由于充分利用了现有的巨大双绞线铜缆网，无需对现有电信接入系统进行改造，就可以方便地开通宽带业务，非常经济适用，曾经是宽带接入领域的主力军。但是，xDSL 技术主要采用频分复用技术以分离话音和数据，而数据部分被分配到高频段部分，随着传输距离的增加，铜线的传输损耗急剧增大，特别是高频段部分的衰减更大，基于这一特性，xDSL技术无法提供长距离的高带宽接入，因此，它只能是一种过渡技术。

2.1.2 以太网接入

前面介绍的xDSL技术是利用原有电话线资源的接入技术，在铜线接入中还有一种常见的接入技术——以太网接入技术。所谓以太网（Ethernet）接入技术，就是把用在局域网中的以太网技术用于公用电信网的接入网中，来解决用户的宽带接入，目前的以太网接入可以为用户提供10Mbit/s到100Mbit/s甚至1Gbit/s的宽带接入能力。

以太网技术是20世纪70年代出现的一种局域网技术，也是目前应用最广泛的一种局域网技术。据统计，现有局域网的 70%以上是基于以太网协议的。以太网技术出现在公用电信网的接入网中是1998年以后的事情。尤其在1999年和2000年，我国通过以太网接入的用户数迅速增长。据不完全统计，目前我国通过以太网接入的用户数已达到100万户以上，这些用户主要是住宅用户和中小型企事业用户。

以太网技术和其他局域网技术一样，主要是针对小型的私有网络环境而设计的，适用于办公环境，目的是解决办公设备的资源共享问题。为此，其协议需要简单高效，而在用户信息的隔离，用户传输质量的保证，业务管理和网络可靠性方面没有考虑或考虑得不全面。现有的以太网接入技术虽然比传统的以太网做了一定程度的改造，但距离可运营的电信级网络的要求还差得很远。

2.1.3 光纤接入

近些年来，随着光纤技术的快速发展，接入网由铜缆接入逐步发展为光纤接入，即“光进铜退”。光纤接入是指数据通信公司局端与用户之间部分或全部采用光纤作为传输介质。光纤接入具有容量大、衰减小、远距离传输能力强、体积小、防干扰性能强、保密性好等优点，成为当前有线接入领域的主流技术。

按照用户端的光网络单元放置的位置不同，光纤接入方式又划分为光纤到路边（FTTC）、光纤到楼（FTTB）、光纤到户（FTTH）、光纤到办公室（FTTO）等几种应用模式。

目前，光纤接入技术主要可分为两大类型：有源光网络（Active Optical Network，AON）和无源光网络（Passive Optical Network，PON）技术。两者的区别在于接入网室外传输设施中，前者含有有源设备（电子器件、电子电源等），而后者则没有，因此具有可避免电磁和雷电影响，设备投资和维护成本低的优点。也正基于此特点，PON 技术受到了巨大推动并得以发展。

根据PON网络中的封装协议，PON技术主要分为基于ATM传输的 PON (APON)、基于Ethernet分组传送的EPON技术以及兼顾ATM/Ethernet/TDM综合化的吉比特无源光网络（GPON）技术。目前，中国市场采用的是EPON和GPON技术。

2.1.4 HFC接入

混合光纤同轴电缆（Hybrid Fiber/Coaxial Cable，HFC）接入技术是在有线电视网络基础上进行改造发展而成的一种宽带接入技术。有线电视网络的主干采用光纤替代传统的电缆，将头端（Head End）机房设备到用户附近的光纤节点（Fiber Node）用光纤进行连接，从光纤节点到用户端采用同轴电缆连接，故称该技术为光纤同轴混合接入技术。在该系统中，主干系统采用星状结构，配线系统采用树型结构。

HFC 接入网是以模拟频分复用技术为基础，综合应用模拟和数字传输技术、光纤和同轴电缆技术、射频技术及高度分布式智能技术的宽带接入网络。通过对现有电视网络进行双向化改造，连接上采用 Cable Modem 技术，使得有线电视网络除了可提供丰富的电视节目以外，还可提供话音业务、高速数据业务和个人通信业务等，实现全业务的接入。

HFC 利用深入千家万户的有线电视网为用户提供宽带接入，这是一种比较经济的宽带接入方式。但是，当 Cable Modem 技术大规模应用时网络的稳定性不够，带宽有待提高，所以它并不如xDSL技术那样被大规模推广应用。

2.2 无线接入技术

无线接入技术是指接入网全部或部分采用无线传输方式，为用户提供固定或移动的接入服务的技术。因其具有无需铺设线路、建设速度快、初期投资小、受环境制约不大、安装灵活、维护方便等优点，成为接入网领域的新生力量。

按照覆盖范围划分，宽带无线接入技术一般包括无线个域网（Wireless Personal Area Network，WPAN）、无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）、无线城域网（Wireless Metropolitan Area Network，WMAN）、无线广域网（Wireless Wide Area Network，WWAN）4类。

2.2.1 无线个域网

WPAN是为了实现活动半径小（数米范围），业务类型丰富（话音、数据、多媒体）、面向特定群体（家庭与小型办公室），无线无缝的连接而提出的无线网络技术。WPAN 工作于 10m 范围内的“个人区域”，用于组成个人网络，能够提供无线终端之间的短程通信。WPAN 关注的是个人信息和连接需求，例如，将数据从台式计算机同步到便携式设备，便携式设备之间的数据交换，以及为便携式设备提供 Internet 连接等。WPAN 主要包括蓝牙、ZigBee、超宽带（UWB）和ETSI高性能个域网（HiperPAN）等技术。

WPAN 有效地解决了“最后几米电缆”的问题，提供更灵活、更具移动性以及更自由的连接以摆脱电缆的束缚，进而将无线联网进行到底。

2.2.2 无线局域网

无线局域网（WLAN）是目前在全球重点应用的宽带无线接入技术之一。它的覆盖范围约为l00m，主要用于解决会场、校园、厂区、公共休闲区域等区间的用户终端的无线接入。现在大多数WLAN都使用2.4GHz频段。

WLAN的技术标准主要有两种：IEEE 802.11系列标准和ETSI HiperLAN系列标准，我国使用IEEE 802.11系列标准。为了推动标准、产品、市场的发展，WLAN领域的一些领先厂商组成了 Wi-Fi（Wireless Fidelity）联盟，推动 IEEE 802.11 标准的制定，对按照标准生产的产品进行一致性和互操作性认证。因此，通常称使用了认证并以Wi-Fi标注的产品组网为Wi-Fi 网络。随着 IEEE 802.11 技术的不断成熟，Wi-Fi 正成为无线接入以太网的主流技术，Wi-Fi几乎与WLAN成了同义词。

2.2.3 无线城域网

无线城域网（WMAN）用于解决城域网的接入问题，覆盖范围为几千米到几十千米，通过无线技术，以比局域网更高的速率，在城市及郊区范围内实现信息传输和交换。WMAN 除提供固定的无线接入外，还提供具有移动性的接入能力，它包括：多路多点分配业务（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、IEEE 802.16 和 ETSI 高性能城域网（HiperMAN）技术。

与 WLAN 领域的 Wi-Fi 联盟相似，在 MMAN 领域成立了全球微波接入互操作性（World Interoperability for Microwave Access，WiMAX）论坛。WiMAX论坛的主要任务是推动符合 IEEE 802.16 标准的设备和系统，加速宽带无线接入（Broadband Wireless Access，BWA）的部署和应用。

2.2.4 无线广域网

无线广域网（WWAN）主要用于覆盖全国或全球范围内的无线网络，提供更大范围内的接入，具有移动、漫游、切换等特征。WWAN技术主要包括IEEE 802.20技术以及2G、3G、B3G（超3G）和4G，其中，3G、4G在目前应用最多。

典型的 2G（第二代移动通信系统）技术，如 GSM 系统，通过增加 GPRS 支持节点可以实现数据传输速率最高可达200kbit/s数据业务的传输。使用GPRS构成的WWAN，其覆盖范围与 GSM 网络一样，用户接入非常方便。在 3G（第三代移动通信系统）中，网络采用了扩频通信、数字传输、分组交换等技术，直接即可提供高达 2Mbit/s 的数据无线接入速率。4G（第四代移动通信系统）采用了 OFDM、MIMO 等关键技术，能够以 100Mbit/s 以上的速率快速传输数据、音频、视频和图像等信息。

WWAN 主要利用移动通信这一强大的广域通信设施实现广域的无线接入，是最灵活、最自由的接入方式。

以上对主要的接入网技术进行了简要介绍。可以看出，各种技术的接入环境差异很大，接入需求差异也很大，因此没有哪一种技术能满足各种环境、各种需求的接入。目前，各种宽带接入技术是并存的，互为补充的。从接入网技术的发展趋势来看，接入网技术正向着“有线铜退光进，无线宽带移动化，有线无线相互补充，实现无缝接入，提供全业务接入”的目标演进。

2.3 总结

（1）本章对各种主要的宽带接入技术进行了介绍。xDSL 技术的最大优势是不需要对现有的公众电信线路进行调整，只要求铜线达到一定标准就可以实施，但基于铜线传输的特点导致其无法满足长距离的宽带接入；以太网技术由于其设备廉价，协议简单、成熟，在我国获得了迅速发展，但其存在着用户信息的隔离，用户传输质量的保证，业务管理和网络可靠性等方面没有考虑或考虑不全面，离可运营的电信级网络的要求还差得很远；HFC 技术则要求对有线电视网进行相应改造，当 Cable Modem 技术大规模应用时网络的稳定性和带宽均不足；无源光网络技术具有很高的带宽并且技术成熟，投资和维护成本相对较低，成为当今全球大力发展的有线接入技术。无线接入技术前景看好，但还有一些技术问题有待解决。

（2）当前宽带接入技术的发展热点是有线接入领域的PON和无线接入领域的WLAN、3G、4G等。

（3）综合第1章、第2章的讲述可知，现在接入网的发展趋势是：IP化和业务综合化。IP 化是指几乎所有业务都基于 IP 方式传递，即所有媒体流都要转化为IP 包在 IP 网络中传输，例如，基本的数据业务是基于IP的，话音采用VoIP的方式

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