宽带网络接入技术透视

2019-11-03 18:50:06

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供稿：网友

凌力复旦大学副教授　　摘要：宽带网络及其接入技术是当前业内外比较关心和感兴趣的问题。本文通过对所谓“最后一公里”相关技术的比较性讨论，试图比较全面和深入地展示宽带网络接入技术的概念、内容、方法，并描绘出技术发展的前景。

　　关键词：宽带网络、接入、最后一公里

　　一、“最后一公里”问题

　　网络接入（Network access）就是通过一定的方式和工具将用户网络设备（如：PC机、机顶盒、移动电话）连接到网络上。

　　信息高速公路已经建设了多年，应当说取得的成就是有目共睹的，高速和超高速主干光纤通信网络遍布全球。然而，用户依然抱怨不止：网络访问速度慢、价格昂贵，几乎没有享受到信息高速公路的任何好处。问题就出在从用户家庭连接到宽带Internet的通信线路依然狭窄得可怜，好比从家门到高速公路是一条泥泞不堪、坑坑洼洼的羊肠小道，再宽敞的高速公路、再好的服务到了用户手上折扣都已经打得差不多了。　　计算机网络界就把这个一直困扰着广大网民、制约着家庭信息化建设的顽症形象地称为“最后一公里”（the Last Mile）问题，因为从用户家庭到最近的接入点差不多也就是一公里上下。

　　二、宽带网络接入技术及其比较

　　为了解决好“最后一公里”问题，网络技术研究者和运营商可谓动足了脑筋，目的只有一个就是要用最小的代价达到最好的效果。

　　面向家庭用户的接入技术必须慎重考虑如下因素：

　　·能不能达到宽带的起码要求（10Mbps左右）？

　　·是不是一种访问Internet的技术？

　　·安装、使用是否方便？

　　·能否做到价格低廉（包括：用户端需要新添置的设备、初装费、使用费等）？

　　·是否满足未来多媒体交互式（双向通信）应用的要求？

　　·能不能合理利用现有的资源？

　　·是属于节约能源并且不会对环境造成污染的绿色产品吗？

　　这些不单单是表面上的问题，实质上是设计宽带网络接入技术的根据和目标，同时也是最终的检验和评价标准。

　　现有的网络接入手段以传统的窄带或“准宽带”（2M以下）方式为主，主要有两种类型：

　　1）拨号接入方式

　　·使用56K调制解调器通过公共电话网（PSTN）拨号，通常上行和下行速率依据线路状态自动适配调整为28.8K、33.6K、45K等；

　　·使用ISDN终端适配器（TA）通过ISDN（2B＋D）网络拨号，如果指定使用一个B通道，则达到64K速率，如果用2B通道，可达到128K速率。

　　2）专线接入方式

　　·DDN专线，速率为64K~2M．其租用价格只有单位用户才能承受得起；

　　·GPRS和3G技术，是移动电话的相关技术，号称能“时刻在线”，但不太适合家庭日常使用。

　　近年来陆续开发出一系列的以面向家庭用户为主的宽带网络接入技术，较有代表性的包括：

　　１）DSL（Digital Subscriber Loop）

　　数字用户环路DSL是基于普通铜线（包括电话线）进行高速数据传输的技术，因此对于充分利用现有覆盖千家万户的电信线路有很实际的意义。DSL经常被表达为xDSL，因为DSL技术是一个“家族”，其中x＝A／H／S／C／I／V／RA等（见表1）。DSL也是调制解调技术的家族成员，而表中罗列的各种DSL实现类型的特征表明：xDSL比PSTN上的传统Modem更加高速，同时也更加复杂。有时候。技术的复杂性会成为普及应用的巨大障碍，但是无论如何，xDSL的速率指标毕竟是十分诱人的。

　　有趣的是，xDSL同样基于公共电话网或有线电视网，当然不排斥在很多情况下可以进行点到点的专线传输。于是有这样的问题就不奇怪了：为什么普通Modem只能跑到 56Kbps以下，而xDSL却能够到几兆？如果这样的话，为什么普通Modem还有存在和发展的必要？原因主要有两个：1）xDSL只是利用PSTN或CATV的用户环路，而不是整个网络，采用xDSL技术调制的数据信号实际上是在原有话音或视频线路上叠加传输的，在电信局和用户端分别进行合成和分解，为此，需要配置相应的局端设备，而普通Modem的应用则几乎与电信网络无关，因而比较方便、灵活；2）传输距离愈长，信号衰减愈大，愈不适合高速传输，这是放之四海而皆准的真理，故xDSL只能工作在用户环路上，由于距离有限，就可能提升传输速率；xDSL采用了不同于普通Modem的V.32、V.34、V.90等标准，而运用先进的2B1Q、QAM、CAP（Carrierless Amplitude and Phase Modulation）、DMT（Discrete Multi-Tone）等调制解调技术，虽然在互通性上要打上一个问号，但由于通信速率大幅度提高，因此还是值得的。在没有条件铺设光纤时，运用xDSL技术很容易做到几公里范围内的高速网络互连。

--------------------------------------------------------------------------------　　2）CM（Cable Modem）

　　Cable Modem自然是适用于同轴电缆（Cable ）传输体系的调制解调器，它与普通的调制解调器有联系、也有区别。它们的共同点都是试图在模拟信道上传输数字信号，因此都以Modem命名。而Cable Modem主要面向有线电视网，即所谓的CATV／HFC网络，传输速率可达几兆到几百兆。这里，传输介质的区别不仅仅是双绞线和电缆的简单差异，我们注意到，普通 Modem的传输是点对点进行的，换言之，一对通信的 Modem“独占”了一条线路，而Cable Modem而无法得到这样的“待遇”。在CATV网络上，用户端的电缆系统是“共享”同一频率空间的。而且，大多数的频段已经被分配给有线电视的各个频道，Cable Modem只能选取特定的“空闲”频段传输信息。在信号叠加以发送数据以及信号提取以接收数据的过程中，不能影响有线电视的节目传送。

　　Cable Modem技术为利用CATV开展信息服务提供了基础，然而，Cable Modem的成长之路上横亘着一座大山，应当说主要是非技术因素，因为目前的CATV网络是一个单向广播的体系，而数据通信要求双向的信息传输，于是不可避免产生了矛盾——一个不小的“经济问题”：改造现有的CATV网络成为HFC双向网意味着一笔巨大的投资。所以，Cable Modem的成长不仅需要自身在技术上“争气”，还需看外部环境的“脸色”。

　　3）E／FE（Ethernet/FastEthernet）

　　以太网Ethernet和快速以太网FastEthernet并不是新鲜的网络技术，但以太网技术在宽带接入网络中的应用还是近一、两年的事情，而且还有愈演愈烈之势。

　　宽带网络运营商通常采用光纤到大楼（Fiber to the Building，简称FTTB）并在楼内铺设非屏蔽双绞线（UTPS）的方祛构造接入网络，与企业建设局域网型的内部网络没什么差别。广告宣传中所谓FTTB＋LAN方式即属于此列。

　　4）LRE（Long Reach Ethernet）

　　长距离传输以太网LRE技术是DSL技术和以太网的综合，又被称为Ethernet over DSL，即在DSL线路上传输以太网。这种技术既保持了以太网技术价廉物美的特性，也解决了以太网在普通铜线对上无法传输或传送不远的缺陷，这样就可以充分利用现有电话线资源，是对以太网接入技术的一种很好的补充。目前，韩国、台湾等国家和地区大量采用这种技术手段，据报道收效相当显著。

　　5）WLAN（Wireless LAN）

　　无线局域网WLAN显然在所有宽带网络接入技术中十分出色，它采用IEEE的802.11b比标准，能够提供高达11M带宽的无线以太网传输——又是无线接入、又是宽带网络、又是我们熟悉的以太网，实在太吸引人了。不过，WLAN的设备目前还比较昂贵，技术相对稚嫩，大面积推广有一定难度。

　　除了以上介绍的技术外，还有不少宽带网络接入技术也有足够的“亮度”，可以照耀宽带网络的前程：B－ISDN／ATM、LMDS／MMDS、 PON（EPON／APON）、HomePNA、VSAT、3DDS、BlueTooth（蓝牙）等。在实际应用中对各种技术的判断和采用需要从多个方面进行全面综台分析：满足需求、技术成熟、建网成本、环境适应能力、通信质量、用户接受程度、发展潜力等。相对而言，现阶段较有竟争力的面向家庭用户的主流宽带网络接入技术是PSTN-ADSL、HFC-CM和Ethernet（结合LRE）三种。

图1、2、3分别示意了使用ASDL、CM和Ethernet的网络构造方式。关于三种技术进一步的比较可以参见表2。它们与其它技术一样各有特点。在今后一段时期内不会只是一种相对优越的技术的天下，甚至连“三国鼎立”都谈不上，更像是“五代十国”群雄争霸，百花齐放的局面。技术之间的相互补充、相互竞争，相信将带来市场的充分繁荣。

三、网络接入新概念

　　接入网络是走向信息高速公路的第一步。也许若干年后，人们会对今天的网络界就接入技术争论不休感到不理解——网络接入并不复杂、也不等于全部，为何要大动干戈？那是因为婴儿刚刚出生，并不知道他会成为国家元首还是舞蹈演员；足球比赛方才鸣哨开场、谁也无法断言最终比分是多少。但有一点可以肯定，未来的轻松简单正是来自于如今的苦苦思索和不懈追求。

　　我们不会仅仅满足于家里有一根宽带上网线，要不然我们的祖先就会停步于几块磨得锋利的石头、啃着烤得半熟的野猪肉，等待二十一世纪黎明的到来！对于宽带网络我们期待更多。

　　１、无线接入（Wireless Access）

　　无线接入是个”老”话题，但是因为目前还处在“只闻楼梯响，不见人下来”的阶段，我们暂且也把它作为一个美好的愿望浅浅地藏在心里。GPRS、3G、WLAN、BlueTooth都是不错的开端，或许用不了多久，我们就能摆脱计算机背后剪不断理还乱的电缆的束缚。

　　实现无线接入有家庭型、社区型、城域型的方案。家庭型主张在家居内部使用无线通信技术联网，把PC、家用电器、安保系统等通过无线网关主机统一接入到宽带网络，但存在价格因素的制约；社区型无线网络把居民社区看做是一个大家庭，资源的利用率得到提高，无形中降低了成本，避免了为铺线缆而挖沟打洞、劳民伤财，相当富有吸引力；城域无线网络则沿用移动电话系统的思路，共享能力更强，便于大范围的移动，平时使用的灵活性、方便性都很出色．可是会带来信号辐射强度增大、信息安全难以保障等问题。

　　我们也可以设想把几种类型的无线接入方法综合起来、取长补短，使无线通信技术尽早走出应用领域的限制框架、走出身份尊贵的“贵族”的圈子而下到平民百姓中来。

　　2、移动接入（Mobile Access）

　　移动接入与无线接入有密切的联系，但两者不能等同。首先要弄清楚，移动是指身份在迁移过程中保持不变。比如公司项目经理利用公司的信息系统管理业务，那么在家中、在旅途、在酒店、在网吧、在别的公司的网络上能不能进行同样的操作？因此，说起移动不要立浮现出抱着笔记本电脑到处转悠的情形，真正的移动是不受设备和方式限制的，被认可的是接入网络的人。所以移动接入要解决的首要问题的身份的建立、身份的识别和身份的认证。高级加密算祛、IC卡、指纹（瞳孔）鉴别等诸多方案，正在实践中接受检阅和考验。

　　移动接入要解决的另一个问题是接入服务使用者的“统一标识”（Unified Identifier 或Unified Number）体系。很多人试过在计算机网络上打ip电话、用ICQ找朋友等，有没有想过即使你在奥地利的一个咖啡馆里，呼你的IP电话铃声照样响起？这绝不是天方夜谭，至少目前在理论上是可行的，当然还要看你是不是愿意被打扰、破坏你宁静的度假生活和闲适心情。

　　3、自由接入（4A Access）

　　有了无线接入、移动接入等技术基础，我们就有可能达到自由接入的新境界。自由接入意味着“4A目标”——任何人（Anyone）在任何时候（Anytime）和任何地方（Anyplace）都能做任何事情（Anything）。

　　好一个美妙的梦想！仔细想想，那其实不就是计算机网络的基本属性吗？计算机网络作为自由的空间，注定要走向更方便、更自在、更强大、更人性化的目标。计算机网络是“运输工具”，像汽车、火车、飞机一样，帮助我们“缩短”距离、扩大活动范围；计算机网络是“第三只手”，为我们生活和工作辛勤劳动；计算机网络是“大脑皮层的延伸”，协助我们记忆、归纳、计算甚至思考。总之，计算机网络是一种工具，而且应该越来越像一种工具。如果有朝一日我们在使用计算机网络时并不感觉在“上网”，计算机网络的最终目标才算接近于达到．

　　4、个性接入（Personal Access）

　　每个人都有自己的个性，生活和世界才因此不会枯燥乏味。计算机和计算机网络原本都是冷冰冰的东西，但既然要为人们服务，不免要注入一些人性化的调味品，服务才能体贴到位。

　　通俗地讲，每个网民上网都会有自己的“习惯”，例如：上哪些网站、需要哪类信息、喜欢什么颜色、一般与谁交往等等。网络接入服务如果能够学习并记录这些“个性因子”，就能做到投其所好，拉近网络和上网者的距离。

　　5、免费接入（Free Access）

　　接入宽带网络会免单？除非是网络运营商在搞促销活动，抑或是在胡言乱语、痴人说梦！——不要着急，也不要为运营商将会“亏本”经营而担心。网络技术的发展趋势是带宽飞速增加、价格不断降低，也就是说接入带宽价格的分子在变小、分母在变大，有朝一日必然会趋近于零！那么网络运营商靠什么养活自己？很简单，靠服务、靠内容。

　　值得注意的是，宽带网络接入领域绝不是展现所谓高科技的舞台，真正的高科技应该悄悄地隐藏在背后。人们所感觉到的是宽带网络无形的力量，而所需要做的仅仅是打开家里或手头的电器，提出自己的愿望，网络宝藏之门就会应声而开！

摘自《中国ＣＡＴＶ》

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