宽带互联网组网技术概论

5.1.1 通信接入网概论

1．通信接入网的发展与现状

现代通信接入网，是指将各类用户，接入通信业务网络，使之成为“通信用户”的各种通信设施。是城市里，通信网络的主要组成部分。

20世纪90年代之前，由于通信的主要业务是“有线电话”业务，通信用户的数量较少，大多分布在城市中心位置，故此时的城市通信网，主要是以“城市电话网”的方式出现：即“电话通信全塑双绞线电缆+程控交换机”的“单级组网方式”出现：由电信分局直接敷设“电话通信全塑双绞线电缆”进入到居民区，通过“交接配线”的线路敷设方式，连接各类（电话）通信用户，此时的各电信分局的用户主要分布区域，也就是方圆3～5公里范围。

进入到1990年之后，随着经济的发展，城市化建设的逐渐开展，人们通信的需求日益旺盛，用户家庭安装电话的需求日益高涨，出现了两个飞快的发展：第一，是电话用户的数量“飞快”的发展；第二，是电话用户分布的区域“飞快”的扩大——城市的规模迅速扩大。原有的“电信分局单级制”的组网结构，此时已经远远不能满足通信业务增长的需要了。基于原来的配线区域式的“通信线路接入网 + 城市光纤干线网”的两级组网方式，逐渐为人们所重视和采用。如图5.1所示。

图5.1 电信组网的两种结构演变示意图

这种“接入网式”的两级组网的方式，就是在原来的有人值守的“电信分局”和通信用户之间，插入一级“平时无人值守”的“电信节点机房”，这个节点机房，取代了原来的电信分局的作用，如图5.1（b）所示，成为其方圆2.5～5公里范围内的通信汇聚中心，代替了原有的分散的用户，直接接入电信分局的格局。形成了以“通信接入网”为基础的通信组网区域——通常以自然的道路、河流等明显的标志物围城的区域为自己的通信服务区域。

如图5.1（b）所示，在这种“2级网络”的结构中，可以很好地满足城市通信网络的组网格局。一块块的通信接入网区域，组合形成了城市通信大网的整体格局；而各电信分局与其范围内的节点机房，形成了更高一级的通信骨干网——大容量的光纤通信城域网，用来汇聚、转接用户通信业务，形成畅通的通信“高速公路”——这就是沿用至今的现代城市通信网的两级组网格局。

我国自20世纪90年代（1990年之后）开始，大量采用“全塑铜芯双绞线市内电话通信电缆”，传送电话通信业务，主要敷设于通信用户与电信局（交接箱、节点机房等）之间，形成了庞大的基于电话通信业务的“通信电缆（属于“一类双绞线”）接入网”的特点。

2．现代通信网的组网格局

目前的城市通信格局，是由“城市通信机房+通信传输线路”组成的。而通信机房，一般分为“交换传输中心机房（监控中心）”和“小区节点机房（无人值守）”两大类，每个中心机房统一监管若干个小区节点机房，通过（单模）光纤传输系统，疏导其通信业务量；每个小区节点机房则汇聚其自然地域范围内的所有通信用户。在城市中，一般每个小区节点机房的用户区域半径在2.5Km以内，最大不超过5.0Km，用户总数一般不超过2万户。如图5.1所示。

按照本书第1章第1节的相关内容：现代通信接入网的范围与组成，是指用户通信接入管线和通信节点机房的设备总和——是由各区域的通信汇聚节点（无人值守机房）；相关通信光缆、电缆；光电缆分线设备；以及用户终端设备等通信设施组成。是组成城市和乡村通信网络的基础部分。一个城市的通信网，就是由若干个“用户接入网”的集合所组合而成的。在市区，一般按照自然道路等形成的区域，组成一个接入网区域，该区域内的所有通信用户，均通过通信线缆，汇接到通信节点（机房）中；常见的城市接入网区域半径为0.5～3.0Km。在乡村，一般是以自然村镇的形式划分用户接入网区块，范围与市区接入网区域类似，该区域内的所有通信用户，也是通过通信线缆，汇接到通信节点（机房）中。

通信接入网的用户组网结构，通常是 “星形连接组网”的网络方式，将该区域中所有用户，都连接、汇聚到“中心节点机房”的，如图5.1所示。

“接入网技术”可以分为有线接入技术和无线接入技术两大类，目前通信用户使用较多的宽带业务接入网技术，主要有基于铜线的ADSL技术、基于无源光纤接入的EPΟN、GPΟN技术和当前大力推行的“FTTH光纤到户”传输技术，以及移动通信公司大力推行的“宽带无线接入”等各类通信接入方式，而ADSL和光纤两种接入方式占了95%以上的市场份额。本章主要介绍有线通信接入技术。

3．通信接入网的系统构成

国际电信联盟（ITU-T），于1995年11月2日颁布了第一个“电信接入网”的总体标准：编号为ITU-T-G.902。其作用，就是重新界定、规范了城市通信网络的“两级组网”格局，该标准，主要是以“电话通信业务”为重点的，并规定了节点系统的作用，明确该节点设备“不具备交换的功能”。其系统网络结构，如图5.2所示。

图5.2 两种业务的“通信接入网”的网络结构示意图

图5-2，其实是电信网络中，通信接入网AN、城市骨干网SN和电信维护管理网TMN这三个网络的“结构组成示意简图”。通信接入网和城市骨干网是两个层面的关系，以各类通信业务接口（SNI）相连接。各个业务节点组成了城市骨干通信网。而通信维护管理网（TMN），则通过Q3型接口，分别与接入网和城市骨干网的各个节点系统进行连接，完成实时维护、监控的作用。

制订国际“互联网业务标准”的国际互联网“结构标准化委员会（IAB）”,在国际电信联盟（ITU-T）G.902协议出台后不久，也相应地颁布了“基于IP互联网技术的接入网体系结构”的标准协议：编号为IEEE-Y.1231。该标准主要是以TCP/IP互联网技术为对象的通信业务，组成两级网络的结构，其中的局域网通信业务，主要是应用IEEE 802.3（协议）的以太网技术。其网络结构，与电信网结构是一致的，也如图5.2所示。

根据以上通信接入网的定义：通信接入网(AN)是由通信业务节点接口(SNI)和用户网络接口(UNI)之间的一系列通信业务设备、传输设备、通信布线配线系统、配套的通信路由设施（如通信管道、大楼内通信槽道等）、以及远端用户设备（如电话机、宽带光猫等）所组成的。该设施受到通信运营商（电信公司）的监控、配置和管理。它主要包括用户终端设备、用户线传输系统和通信业务节点接口设备等三大部分。如图5.3所示。

图5.3 通信接入网的系统组成示意图

其主要的作用，就是将各种业务的信息（信号），仿佛“透明”似地由各类“通信业务设备”传送到“远端用户设备”中。

（1）局端接入网传输系统

是指从电话交换机、宽带交换机等设备中输出的各类信息，转换成电信号、或是光信号后，通过（电话）电缆、通信光缆传输的局内设备；通常指光纤接入网设备（ΟLT）。该系统可以同时接入不同的通信业务，如图5.2所示，也可以接入同一种业务的多套设备。

（2）通信布线与配线系统

指从各类通信机房（分局、节点机房等）开始敷设的，至电信用户终端之间的各类通信线缆和配线系统。2000 年之前，主要是电话全塑电缆组成的“交接配线区系统”；进入21世纪，随着通信行业“光进铜退”政策的逐渐实施，“单模光纤光缆 + 电话线电缆”的格局逐渐形成；时间进入2011年（称为“光纤到户”的启动元年）之后，通信接入网逐渐开展光纤到户（FTTH）的通信接入网线缆建设。所以，目前的通信线缆系统，正处在光纤与电缆交替更新的转折期。

该类系统，包括局端机房里的各类配线架（MDF、ΟDF、IDF等），外线各类配线箱（或交接箱等），和各建筑物单元、各楼层的分线盒或光缆终端盒、“光纤分支器配线箱”，以及建筑物单元综合信息箱等配线设施。

（3）配套的通信路由系统

是指专门用来敷设通信线缆的通信路由设施。分为两种情况。第一种，在各种道路上，主要以通信专用管道建设为主，原有的“架空电杆式”通信路由，由于严重影响城市建设、影响市容美观及容量小、保护不力等原因，正处于被淘汰的状态。在各种住宅小区、工矿企业，也以建设各类通信管道为首选路由。第二种，在各类建筑大楼、住宅楼中，主要以“沿楼道走廊敷设的线槽、暗管”为主，少量的通信线缆，也可以采用“钉固敷设”的方式。

（4）远端用户设备

是指在用户侧的各类ADSL宽带信号转换器（俗称“宽带猫”）、光纤信号综合转换器（俗称“光猫”）、有线电视机顶盒，以及直接接入用户电脑或用户企业网的网线和墙壁插座。最早的通信终端，是一台电话机，随着通信业务的迅速发展，用户端的通信设备越来越丰富：已逐渐形成了“综合业务网关”的形态——通过一个网关设备，为用户提供各种通信业务：电话、宽带和电视等，随着家庭物联网终端系统的不断开发应用，远端用户设备，将放会越来越多的作用。

ITU-T通信接入网的主要设计目标如下：

①支持各类综合电信业务的接入。将接入网从具体的业务网中剥离出来，成为一种独立于具体业务网的基础接入平台，以支持电话、宽带、IPTV等各类电信业务接入，有利于降低接入网的建设成本。

②开放、标准化SNI接口。将接入网与本地交换设备之间的接口，即SNI接口由专用接口定义为标准化的开放接口，这样接入网（AN）设备和交换设备就可以由不同的厂商提供，为大量企业参与接入设备市场的竞争提供了技术保证，有利于设备价格的下降。

③独立于各类通信业务（SN）的网络管理系统（TMN）。该网管系统通过标准化的接口连接网管系统（TMN），由TMN实施对接入网的操作、维护和管理。

以上对接入网的定义，既包括了窄带接入网又包括了宽带接入网。通常宽带与窄带的划分标准是用户网络接口上的速率，即将以分组交换方式为基础，把用户网络接口上的最大接入速率超过2 Mb/s的用户接入系统称为“宽带接入”。(www.xing528.com)

5.1.2 接入网的接口与分类

接入网有三种主要接口，即业务节点接口、用户网络接口和维护管理接口三种。

1．业务节点接口(SNI)

SNI是接入网和SN之间的接口，可分为支持单一接入的SNI和综合接入的SNI。目前支持单一接入的SNI主要有模拟Z接口和数字V接口两大类，其中Z接口对应于UNI的模拟2线音频接口，可提供模拟电话业务或模拟租用线业务；数字V接口主要包括ITU-T定义的V1-V5，其中V1、V3和V4仅用于N-ISDN，V2接口虽然可以连接本地或远端的数字通信业务，但在具体的使用中其通路类型、通路分配方式和信令规范也难以达到标准化程度，影响了应用的经济性。支持综合接入的标准化接口目前有V5接口。

2．用户网络接口(UNI)

UNI 在用户侧，接入网经由用户网络接口与用户宅用设备(CPE)或用户驻地网(CPN)相连。用户网络接口主要有传统的模拟电话Z 接口、ISDN基本速率接口、ISDN 基群速率接口、ATM 接口、E1接口（即PCM-2Mb/s）、以太网接口，以及其他接口。用户终端可以是计算机、普通电话机或其他电信终端设备。用户驻地网（CPN）可以是局域网或其他任何专用通信网。

3．维护管理接口(Q3)

维护管理接口是电信管理网与电信网各部分的标准接口。接入网也是经Q3接口与电信管理网(TMN)相连，以方便TMN管理功能的实施。

4．接入网的分类

根据宽带接入网采用的传输媒介和传输技术的不同，接入网可分为宽带有线接入网和宽带无线接入网两大类。

宽带有线接入网技术主要包括：基于双绞线的x DSL技术、基于HFC网（光纤和同轴电缆混合网）的Cable Modem技术、光纤接入网技术等。

宽带无线接入网技术主要包括：3.5 GHz固定无线接入、LMDS等。

5.1.3 V5接口

1．V5接口概述

V5的概念最初由美国Bellcore（贝尔实验室）提出，它是专为接入网的发展而提出的本地交换机(LE)和接入网之间的新型数字接口，属于SNI范畴。20世纪90年代初，随着通信网的数字化，业务的综合化，以及光纤和数字用户传输系统大量引入，要求LE提供数字用户接入的能力。而ITU-T已经定义的V1～V4接口都不够标准化，很难满足应用中的实际需求。V5接口正是为了适应接入网范围内多种传输媒介、多种接入配置、多种业务并存的情况而提出的，根据速率的不同，V5接口分为V5.1和V5.2接口。

由于这一新接口规范的重要性和迫切性，ITU-T第13组于1994年以加速程序分别通过了V5.1接口的G.964建议和V5.2 接口的G.965建议。与V5接口相关的标准还涉及V5.1和V5.2接口的测试规范、具有V5接口的AN/LE设备的配置管理、故障管理和性能管理等方面。

我国则在ITU-T的V5接口技术规范基础上，于1996年完成了相应的V5.1和V5.2接口技术规范的制定，并根据我国电信网络的现状，明确了部分可选参数，指明了适用于我国的PSTN协议消息和协议数据单元，并提供适合我国国情的V5接口国内PSTN协议映射规范技术要求。

如果AN-SNI侧和SN-SNI侧不在同一地方，则可以使用V5接口来实现透明的远端连接。V5接口协议规定了接入网和LE之间互联的信号物理标准、呼叫控制信息传递协议，使得PSTN/ISDN用户端口终止于接入网而不是LE。通过V5接口接入网只需要完成对用户端业务的提供，呼叫控制功能仍然留给LE完成。这样就各司其职、独立发展，有助于不同网间互联。V5接口主要的优点如下：

①支持接入网通过复用/分路手段实现对大量用户信令和业务流更有效的传输；

②支持通过Q3接口对接入网进行网络管理；

③支持对接入网的资源管理和维护；

④支持用户选择LE；

⑤充分有效地利用网络带宽资源。

2．V5接口支持的业务

V5接口的现行标准有V5.1和V5.2两个，如图5.4所示，二者的区别如下：V5.1接口由一条2.048 Mb/s的链路构成，一般在连接小规模的接入网时使用，时隙与业务端口一一对应，不支持集线功能，不支持用户端口的ISDN基群速率接入，也没有通信链路保护功能。

V5.2接口按需可以由1～16个2.048 Mb/s链路构成，用于中大规模的接入网连接。它支持集线功能、时隙动态分配、用户端口的ISDN基群速率接入，可以使用大于E1速率的链路（最高16个E1速率）；V5.2接口能使用承载通路连接(BCC)协议以允许LE向接入网发出请求，并完成接入网用户端口和V5接口指定时隙间的连接建立和释放，提供专门的保护协议进行通信链路保护。

V5.1接口可以看成V5.2接口的子集，V5.1接口可以升级为V5.2接口。

（1）PSTN业务

V5接口既支持单个模拟用户的接入，又支持用户小交换机（PABX）的接入，其中用户信令可以是双音多频信号也可以是线路状态信号，二者均对用户附加业务没有影响。在使用PABX的情况下，支持用户直接拨入功能。

图5.4 V5接口连接示意图

（2）ISDN业务

V5.1接口支持ISDN-BRI（2B+D，即144kb/s速度）接入，而V5.2接口既支持ISDN-BRI接入，又支持ISDN-PRI（3B+D，即2048kb/s速度）接入。B通道和D通道的承载业务、分组业务和补充业务均不受限制。但V5接口不直接支持低于64 kb/s的通道速率。

（3）专线业务

专线包括永久租用线、半永久租用线和永久线路(PL)，可以是模拟用户，也可以是数字用户。半永久租用线路通过V5接口，可以使用ISDN中的一个或两个B通道，而永久租用线和永久线路则旁路V5接口。