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宽带接入技术及其市场应用
宽带接入技术
与
市场应用
2001年9月
目录
1.我国宽带市场建设的回顾………………………………………………
2.LAN接入技术分析…………………
3.ADSL接入技术分析
4.VDSL接入技术分析
5.HomePNA接入技术分析…………………………………
6.WirelessLAN接入技术分析
7.结束语……………………………………………………………………
1我国宽带建设的回顾
我国宽带建设在2000年开始迎来第一个建设高潮,各运营商纷纷建设自已的宽带城域网,截止到2001年中,几大传统运营商,如中国电信,巳经建立自已的全国性骨干网络,我国宽带网络,特别是骨干网络,已经初具规模。
从2001年中后,宽带网络的建设开始向接入层倾斜,
虽然我国开始宽带网络的建设时间很短,但是已经表现出与传统窄带建设不同的显著的特点。
1)驻地网开放政策导致多运营商过度竞争状态,信息产业部为规范宽带接入市场,已经在13个城市进行驻地网开放策的试点,其中广东省的广州和深圳均在其中。
驻地网开放的政策直接导致多运营商过度竞争的状态。
目前参与宽带接入运营市场的有多家,包括中国电信,联通,网通,广电,长宽,聚友,光通等公司,宽带接入市场更多的是竞争驱动的市场,而不是一个需求驱动的市场,由于市场还缺乏规模需求,使重复建设的问题十分突出,宽带消费市场的利润被摊薄。
在这个不清晰的消费市场上,运营商取胜的关键,除了丰富的服务内容之外,还包括良好适应能力和低成本的接入技术。
2)市场有多种宽带接入技术,但没有一种很好地满足市场的需求。
目前宽带接入技术多种多样,包括LAN、ADSL、HFC、HomePNA、VDSL、WirelessLAN等。
现阶段电信运营商,使用最多的是LAN和ADSL技术,这两种技术各有自己的优势,在某些具体的场合有特定的优势,但是在实际应用中也遇到一系列的市场和技术的问题,并没有最好地满足运营商的需求,运营商都必须根据具体的应用的市场来确定宽带接入技术。
3)DSL建设量明显上升。
一些城市,特别是宽带用户比较发达的城市的运营商开始修改在宽带接入方面的投资方向,LAN的建设在缩小,ADSL计划和建设量显著上升。
这种变化的本质反映了运营商对DSL的需求,反映了运营商在宽带建设的初期中,对实现按需接入的宽带接入技术的青睐。
4)宽带用户绝大部分集中在发达和沿海地区,据统计,北京、上海、天津、广东、江苏、浙江的宽带用户占全国宽带用户的比例接近80%,这些省市的宽带建设的模式对全国其他省份有十分重要的影响。
2LAN接入技术
LAN自发明到现在已经有30多年的历史,随着Internet的迅猛发展,IP已经占据了各种终端应用的主导地位,没有任何人再会怀疑今后网络发展的主流是IP。
基于以太网技术的宽带接入网由局侧设备和用户侧设备组成,局域设备提供与IP骨干网的接口,用户侧设备提供与用户终端计算机相接的10/100BASE-T接口。
100BASE以太网主要由PHY(物理层)与MAC(媒体控制层)两个层次组成,在MAC之上的是与媒介无关的网络层。
PHY层根据具体的媒介不同,又可分为多个不同的子层。
100BASE-TX的数据发送过程大致如下:
MAC层形成的数据帧由解调子层(RECONCILIATION)转换成4比特的数据,通过MII接口发送给物理层芯片,解调子层还要形成MII接口控制信号。
物理层的PCS子层将4比特的数据通过4B/5B变换转换成5B的数据。
5B的数据再经过一个并串转换形成125M的串行数据。
串行的NRZ数据再经过扰码(scramble)的异或形成扰码后的NRZ数据,此NRZ数据的还要经过编码器转换成NRZI的码型。
NRZI的码数据在TP-PMD中被转换成MLT-3的码型,然后就可以送到物理媒体(双绞线)上进行发送了。
100BASE-TX的数据接收过程与发送过程正好相反,数据信号从双绞线上接收后,经过MLT-3解码,形成NRZI码,并从中提取出时钟信号。
NRZI码再被变换成NRZ码,再经过解扰码恢复原来的数据,此数据经过串并变换后被变换成5比特的数据再经过5B/4B处理,最后发送给MII的接收接口。
以太网使用共享信道的方式,采用冲突检测机制解决多用户发送数据时的竞争问题。
即每一用户平时均处在监听状态,看看是否有用户在发送数据。
如果没有用户发送数据,则可发送自己的数据,同时检测信道上是否存在冲突。
如果没有冲突,则继续将数据发送完。
如果有冲突,则停止发送数据,延迟一个随机时间,监听信道状态,决定是否再次发送数据。
以太网采用这种简单的方式就解决了信道的共享问题,在网络负荷较轻时,效率较高,有效带宽较大;但在负荷较重时,由于冲突太频繁,效率急剧下降。
为了解决这个问题,后来推出了交换式的LanSwitch,以及全双工的模式,使得效率与用户安全提升到了一个新的水平。
市场应用
LAN作为宽带接入技术在私有网络(企业网)上已经有上亿端口的实用经验,在公众网络上实用主要应用于商业写字楼。
针对普通居民的LAN接入的应用量则很少,主要原因是欧美居民居住分散,不适合LAN发展。
国内的普通居民LAN接入的建设量,中国的建设规模大约为400万端口,主要市场在东南沿海和北京等地。
一些新的运营商也在大力建设宽带接入网,但缺乏真实的统计数据。
产品信息
在国内市场上,在LAN接入占优势的国外厂家基本上都是美国公司,主要代表是思科、3com、Juniper等。
这些公司的产品的特点是产品稳定、技术成熟、品牌优势明显。
但有企业网想公众网迁移的过程中,没有成分考虑公众网的运营和管理的内容,在公众网上销售的都是原来针对企业网的设备。
在国内市场上的民族厂家主要是华为、中兴、武邮等厂家,华为公司作为LAN接入的后起之秀,在LAN接入设备中,充分考虑到公众网的运营和管理的需要,提出EAS(EthernetAccessSever)设备:
MA5200,实现用户管理、安全管理、业务管理、计费管理。
中兴公司也推出小容量的BAS:
UAS-2500。
技术与标准发展预测
作为一门已经发展有30多年历史的技术,LAN技术已经非常成熟,未来的技术与标准的发展的方向使加强用户的认证和管理功能,以使LAN接入技术能够真正适应未来的公众网络运营的需要。
在用户管理、安全管理、业务管理和计费管理等方面有较高的要求,使基于以太网技术的宽带接入网具有高度的信息安全性、电信级的网络可靠性、强大的网管功能,并且能保证用户的接入带宽,为用户提供稳定可靠的宽带接入服务。
。
基于以太网技术的宽带接入网逐步向公众网运营和管理的要求靠拢,如:
IP地址的分配策略、多ISP的选择以及用户控制、用户隔离,带宽控制等。
在计费方面,可按时长,按流量,实现基于帐号,卡号区分流量计费。
在这里值得一提的是802.1X协议,这是北电、思科公司率先提出的LAN接入认证协议。
目前的用户的认证于识别都是基于VLAN,VLAN协议技术成熟,作为LAN的基础标准之一为广大厂家所支持,但支持VLAN,需要设备在成本上付出一定的代价。
802.1X基本上只能解决认证功能,其他的计费、隔离、安全功能都没有,如果要实现这些功能,还必须启动其他的协议。
作为一种BAS功能的一部分,它还会继续发展。
思科在2001年底或2002年初将推出基于802.1X的产品,国内的华为公司将在2002年推出相关的产品。
总的来讲,可运营可管理的电信级以太接入网是目前业界的发展方向,接入设备逐步摆脱企业网交换机的形态,规格更加符合宽带接入运营的需要。
发展策略
从LAN技术本身来看,虽然它是一种经济、简洁、实用和成熟的宽带接入技术,但是,在宽带接入的发展初期,LAN接入还是有许多不适应的地方,主要表现在:
1)传输距离太近,在用户密度既定的情况下,造成端口实装率很低,每用户的成本居高不下,成本沉淀很严重;
2)由于BAN设备必须放置在楼道内,其维护方式较以前的固定电话的维护模式发生很大的变化,对维护人员的素质要求也大幅提高,维护的成本上升很大;
3)大部分设备不能提供运营和管理的功能,无法防止非法用户的接入,安全与计费也达不到宽带公众网的要求;
因此,LAN的发展策略建议为:
1)将LAN的市场定位于商业用户,如:
写字楼、智能大厦、校园网等;
2)只在某些特定的居民区发展LAN接入,主要是高档小区。
一般而言,对预计实装率在30%以上的高档小区,才发展LAN接入。
3)加强LAN接入设备的运营和管理的功能,确保网络和用户的安全。
3ADSL技术分析
ADSL即非对称数字用户线。
它可在已有的电话双绞线上以高比特率进行数据传输,并且不影响电话原有的通话功能。
传送距离达3-5Km,下行带宽最大可达1.5-8Mbps,上行带宽最大可达16-640Kbps。
正是因为上下行带宽不一致,所以才被称为“非对称数字用户线”。
之所以采用这种下行带宽远大于上行带宽的技术,主要是因为对于大多数Internet个人用户,数据流主要是从网络流向用户,从用户流向网络的数据相对较少。
ADSL技术充分利用已有的传统电话线路资源,并且不影响原有的话音业务,同时又能满足绝大多数Internet用户的需求。
特别.对中国电信而言,其1.4亿电话用户全都是通过铜双绞线接入网络的,ADSL利用现有的铜缆双绞线接入网,不需要对线路进行改造,可保护现有投资并实现接入从窄带向宽带的平滑过渡,是运营商较能接受的方案。
它的优点在于接入速度很快,实现用户宽带接入。
其次,ADSL易于安装,它采用现有的从本地交换局(中心局)出发到订户住所或者办公室的电话铜缆双绞线,很少或者几乎不需要重新布线,对现有的电话网络的更新很少。
另外,ADSL可行性高,ADSL采用的是现有的POTS(普通旧式电话服务),高速数据传输可以和语音电话、传真通讯等同时进行。
ADSL缺点是对线路质量要求较高,线路质量不高时速率就会基本降至最低,没有了高速下行传输的特点。
其次,由于带宽可扩展的潜力不大,ADSL不能满足今后日益增长的接入速率需求。
另外,还面临用户侧,网络侧设备兼容问题,及用户侧终端、线路的维护问题。
市场应用
ADSL作为宽带接入手段,已经在国内获得广泛的实用,据统计,全国的ADSL的采购量已经达到150万线,应用比较多的省市为:
北京、上海、天津、广东、江苏、浙江等,这些省份占全国总容量的80%以上。
在目前已经实装的用户,绝大部分用户是普通居民用户,也有少量的企业用户,业务包括上网、利用上层ATM交换机的PVC应用于企业互联(VPN)
产品信息
目前在国内市场上推出ADSL的厂家比较多,包括阿尔卡特、华为、中兴、朗讯、大唐、西门子等等。
但市场基本上由阿尔卡特、华为、中兴三分天下,其中由于阿尔卡特掌握关键ADSL芯片的设计、制造技术,因此在技术和成本上较另外2家有优势,国内的华为公司在业务提供,以及IPDSLAM方面拥有优势。
技术与标准发展预测
为了实现在一条电话双绞线上同时进行语音与数据的传送,ADSL将用户频谱分为三个频段,通过在用户端与局端的分频器来实现数据的分离:
0~4kHz频段:
传送话音基带信号实现电话业务
20~200kHz频段:
传送上行或下行的低速数据
250~1000kHz频段:
传送下行高速数据
对于数据的调制,有三种主要的技术:
QAM(正交幅度调制)、CAP(无载波幅度相位调制)、DMT(离散多频调制)。
CAP由AT&TParadyne设计,与QAM基本相同,均属于单载波调制方式。
基本原理是把连续的数个比特位映射成星座点来使比特流编码成为符号。
这些星座点经过调制、滤波后在预定信道上进行传输。
从技术应用的角度来说,它不如DMT优。
DMT由Amati通信公司发明,ANSI标准T1.413是基于DMT的,所以DMT已经成为国际标准。
DMT是一种多载波调制方法,它将电话网中的双绞线的可用频带分为256个正交、独立的4KHz带宽的子信道。
同时每个子信道随时进行SNR(SignalNoiseRate)的检测,可根据各子信道的性能来动态分配各信道的数据速率。
由于各信道的信息是独立编解码的,不与其它信道有关,误码率高的信道可以关闭不用。
这些技术优势,使得DMT在当前ADSL中得到广泛应用。
G.Lite是由一个UniversalADSLWorkingGroup进行开发的。
在G.lite标准中,最大的下行速度为1.5Mbps,最大的上行速度为384Kbps,最大好处是可以简化设备,所以此标准已得到了越来越广泛的支持,并加速了ADSL技术的普及速度。
此外,在中国的ADSL的主要技术进展可能是在IPDSLAM方面,ADSL将以基于IP标准的端口上行,以适应我国越来越发达的IP城域网,同时IPDSLAM将熔入很多LANswitch的特点,如VLAN隔离等等。
发展策略
ADSL是目前最成功的DSL技术,由于传输距离长,布线成本低,可以实现按需接入,是宽带接入发展初期最适合的技术。
虽然一些新的接入技术正在发展之中,但是任何一门技术都必须经过时间的检验,这些离实用还要较长一段实验的检验。
因此在1-1.5年的时间内,ADSL还是发展的主要接入技术,可以继续按现在的模式继续发展,但为适应我国的网络的实际情况,ADSL应同时发展IPDSLAM。
中国电信的最主要的优势就是拥有庞大的双绞线网络。
应该加以充分的利用,来发展宽带接入。
4VDSL技术分析
VDSL是veryhighspeeddigitalsubscriberline的缩写,是DSL技术的最新发展。
VDSL能够在1500m的距离上提供10M的对称带宽,基于IP体系的VDSL技术更融合IP技术的简洁、成熟与实用,也具有更多的优势。
1.VDSL与其他的DSL技术一样,可以充分利用现有铜线资源,保护运营商以前在双绞线上的投资,节省运营商在光纤线路上的投资;由于对以前的线路没有任何改造,因此工程实施简单,并提供快速的服务;
2.基于IP的VDSL在链路层以上协议的协议就是以太网协议,由于接入层使用以太网标准的比例很高,因此VDSL在组网上有得天独厚的优势,VDSL也继承了以太网技术实现简单的优势;
3.传输距离远至1500米以上,适合覆盖小区、酒店、学校、写字楼、小企业等;
4.VDSL设备的传输距离达到1500米,使设备可以在小区中心集中放置,符合中国电信多年的传统的维护模式,维护成本低廉;
5.同时提供宽带接入、窄带话音业务,而且采用无源分离和频分复用技术,宽带业务和窄带业务互不影响;
6.终端modem没有CPU,基本实现即插即用,基本没有维护工作。
市场应用
在国际上,韩国和香港开始VDSL的小规模商用。
国内目前还没有规模应用,大部分都在测试、实验阶段,中国电信总公司、北京、上海、天津、广东都在积极实验、测试,以评估这种技术的市场应用的前景。
友商产品现状
目前在国内市场上已经开始VDSL实验局和测试的主要国内厂商有:
厂家设备型号
华为:
S3026V、S6000V
太光:
VE-NET-1000
中兴:
不详
巨龙:
CL5000
上述厂家均拥有自己的知识产权,另外还有一些国内的厂家代理或者OEM国外厂家的设备,
国外厂商有思科、摩托罗拉、韩国DXO公司。
1)技术体系
目前在国内推广的VDSL有两大制式,即基于ATM的VDSL和基于IP的VDSL。
其中在国内推广的外国厂家中,只有摩托罗拉支持ATMVDSL,韩国DXO公司同时支持ATM和IP上行,思科只支持IPVDSL,国内拥有自主知识产权的厂家全部只支持IPVDSL。
2)芯片选用
目前友商使用的VDSL芯片主要来自2家公司,即西门子公司旗下的infinion公司和美国的Broadcom公司。
就国内市场而言,采用infinion公司芯片的友商有思科、华为、中兴、韩国DXO等,采用Broadcom公司芯片的厂家是太光和巨龙。
根据国际上的统计,就VDSL芯片的销售量,Infinion和Broadcom的比较大约使8:
1;在选用的设备生产厂家上,Infinion更占明显优势;在提供同等规格的芯片的进度上,Infinion比Broadcom领先至少5个月。
Infinion和Broadcom的芯片不能兼容,使用不同芯片的局端设备和用户端设备无法互通。
这是国内VDSL标准化的一个严峻的问题。
3)用户隔离
在IP体系的设备中,一般都采取VLAN隔离来保证用户的隔离,以充分保证网络的安全。
同样IPVDSL也必须采取相应的措施来实施用户的隔离。
目前提供VLAN隔离的厂家有思科、华为、韩国DXO,不提供VLAN支持的国内厂家为:
太光、巨龙。
4)频带划分
在VDSL的频带划分上,国内主要有2种方法,主要的区别是是否覆盖ADSL频带。
覆盖ADSL频带的VDSL技术由于频带宽,在传输速率上有更大的潜力,但是一旦在同一电缆上同时有ADSL和VDSL业务,VDSL将受到ADSL的严重干扰,无法使用。
在国内的推广厂家中,设备覆盖ADSL频带的厂家是太光,避开ADSL频带的是思科、华为、中兴。
5)用户及其他管理
在目前的IP宽带网上,对用户管理和计费管理等功能比较少,是IP宽带网并不太适合公众运营,在新的VDSL技术上,国内厂家开始探索该技术的管理和运营问题,比较突出的是华为和太光,华为推出EAS(EthernetAccessSever)设备,突出强调在IP城域网中的用户管理、安全管理、业务管理和计费管理,设备定位于多个小区所在的园区。
太光的VDSL设备上也集成BAS功能,但BAS的网络位置太低,给管理带来一定的问题。
其他厂家都不提供用户管理等功能,解决方案是用户利用PPPOE上网,通过上层的BAS认证和计费。
技术与标准进展预测
VDSL作为一门新技术,从理论上分析有十分广阔的应用前景,但是毕竟缺乏实践的检验,因此为更好地适应国内的市场,预计VDSL技术将在以下方面取得进展。
1)在VDSL制式上,大部分或绝大部分运营商将采取IPVDSL
ATMVDSL在支持高QoS和多媒体业务上有明显优势,但我国较长的时间内VDSL技术绝大部分应用于居民的一般上网,不需高QOS,多媒体应用也比较少,而且我国的ATM网络没有IP网络发达,因此IPVDSL比ATMVDSL更适合中国的网络环境和市场应用。
同时IP比ATM技术简洁很多,意味着IPVDSL的综合建网成本低,这对我国宽带网络的初期建设意义很大。
因此预计绝大部分运营商将采用IPVDSL技术。
2)在频带划分方面,将会避免VDSL和ADSL的频带完全重叠
根据我国的ATM/IP的网络现状,和ADSL/VDSL的技术特点,可以明确ADSL和VDSL将是长期共存的关系。
因此在某一大电缆内可能有多对双绞线传输VDSL和ADSL信号,若频带重叠,ADSL将严重干扰VDSL的传输,以至VDSL无法使用。
因此预计,为保证ADSL和VDSL用户的共存,运营商将采用避开ADSL频带的VDSL技术。
3)端口密度系列化,将会出现单机版VDSL设备和机框式设备,整机框的端口总数将达到300左右。
单机版设备和机框式设备的配合使用,以及它们之间的混合级联可以在网络建设上获得很大的灵活性。
对用户密度很稀疏的居民区,采用单机版VDSL设备解决,等用户增加上来之后,可以用机框式设备来解决,原来的单机版设备可以转移到别的用户稀疏区域。
根据市场统计,在1-1.5Km范围内,一般城市的居民区的窄带用户的数量为2000-3000户,按10%的宽带用户的比例计算(目前的全国平均比例为5%左右),每机框的总端口数以300左右为宜,更多的用户可以通过级联单机版或机框式设备来解决。
因此预计,为保证运营商使用的灵活性,将会出现单机版和机框式设备配合使用的情况,同时机框式设备的端口密度达到300端口左右。
4)用户隔离在进1-2年内将主要采取VLAN技术,在更晚一点的将来,可能会在802.1X成为国际标准之后,将采取802.1X来完成。
目前的IP网的一个突出的问题是网络的安全,接入设备是整个网络安全的第一道防线,是防止非法用户进入和网络攻击的前沿,不过接入设备的技术和功能相对简单,安全功能更应该特别注意。
就目前的宽带接入的技术标准而言,只有VLAN可以用来完成用户的隔离,同时又可以作为用户管理功能中的用户的识别标志。
从最新的技术进展来看,由于用户隔离和认证的协议也逐渐出现,利于802.1X和PVLAN,不过这些技术要成为新的全球标准,并在设备上实现,还需要比较长的一端时间。
因此预计在近1-1.5的时间内,用户的隔离与认证技术将使用VLAN来实现,但在未来,不排除使用新的国际标准化的以太网认证和隔离协议。
5)芯片的兼容问题在1-1.5年内难以解决,国内标准可能容许不兼容,但更大的可能是采用Infinion的技术。
随着VDSL国际市场的进一步增长,芯片兼容的问题将比较突出。
据称,
思科公司有意牵头,推动VDSL芯片的兼容问题。
但显然,这不是短时间能够解决的问题。
在技术和市场应用上,Infinion公司的目前的优势十分明显。
根据国际上的统计,就VDSL芯片的销售量,Infinion和Broadcom的比较大约使8:
1,在选用的设备生产厂家上,Infinion更占明显优势,在提供同等规格的芯片的进度上,Infinion比Broadcom领先至少5个月。
如果国内标准只选一家芯片的话,Infinion公司被选种的可能性远远大于Broadcom。
因此预计,若国内标准容许不兼容(代价使设备不能互通),2家芯片将共存,若只选用一家,将很可能使用Infinion公司的产品。
发展策略
VDSL是新的DSL技术,有许多优势,但是也有一些亟待解决的问题,特别是技术标准化的问题,还有相当繁重的工作要做,同时任何一种新技术都需要实验的时间来检验。
因此对VDSL的发展策略是积极实验,在实验之后,才开始部署实际的商业应用。
5HomePNA接入技术分析
HomePNA(HomePhonelineNetworkingAlliance)是家庭电话线联网组织的缩写,1998年由3Com/HP/IBM/AMD/Intel等厂家共同提出。
HomePNA技术利用原有电话线作为传输介质,将不同房间的设备联网。
HomePNA技术采用2芯的电话线,通过频分复用技术,将声音和数据完全分离,高频频段为:
5.5MHz~9.5MHz。
现有HomePNA1.0标准,其通信速率为1Mbps/秒,通信有效距离150米,同一条电话线上可以有25台设备联网。
HomePNA支持多种业务,实现家庭计算机设备的互联:
可以方便地接入计算机和新型Internet设备,进行实时的、可共享的Internet接入,外设(打印机、扫描仪等)共享,文件和软件共享;网上娱乐(家庭联网游戏、Internet网络游戏);网上教育;电子商务;家庭自动化(环境监控和安全系统监控);话音业务。
HomePNA的主要优势是成本低,工程实施快捷,但由于采用带宽共享,使阻塞比较严重,而且频率高,干扰严重。
市场应用
HomePNA在美国主要用于家庭内部互联,很少用于电信级的规模接入.而在亚洲的韩国,是以ADSL和HomePNA技术为主体.但HomePNA因为本身技术体制限制,受干扰比较严重,容易出现串音,不能在用户密集区使用,所以在韩国也逐渐放弃这种接入技术。
就中国市场来看,现在只有在上海有小规模应用,用户数也只有几百户,其它城市还没有应用.现在大部分电信对于HomePNA采取的态度是可以进行设备测试,但不进行规模应用。
产品信息
HomePNA系列产品的提供商有:
日本FI-NET公司的
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