接入网

接入网

传统电信界(主要关注传统的电话业务及其网络)从整个电信网的角度将全网划分为公用电信网和用户驻地网(Customer Premise Network ,CPN) 两部分, 其中CPN 属用户所有, 通常所说的电信网是指公用电信网部分。公用电信网又可分为三部分: 长途网、中继网和接入网。人们倾向于将长途网和中继网合在一起称为核心网( Core Network) , 剩下的部分称为用户接入网或接入。

接入网的接口

• 由接入网的定义可见, 接入网可由其接口界定, 如图1所示。用户终端通过用户网络接口( UNI)连接到接入网, 接入网通过业务节点接口(SNI )连接到业务节点(SN) , 通过Q3 接口连接到电信管理网( TMN) 。接入网允许与多个业务节点相连, 这样接入网既可以接入分别支持特定业务的业务节点, 又可以接入支持相同业务的多个业务节点。其中各接口描述如下。
  

  图1 接入网的界定

  (1 ) 用户网络接口( UNI)

  UNI 位于接入网的用户侧, 支持多种业务的接入。UNI 主要包括POTS 模拟电话接口、BRI/ PRI、E1 等。

  (2 ) 业务节点接口(SNI )

  SNI 接口位于接入网的网络侧, 对不同的用户业务提供相对应的业务节点接口, 使其能与业务节点相连。SNI 主要包括提供窄带综合业务V5 接口和B-ISDN 业务的VB5 接口等。

  (3 ) 管理接口( Q3)

  接入网通过Q3 接口与TMN 相连来实现TMN 对接入网的管理与协调, 从而提供用户所需的接入类型及承载能力。

接入网的功能结构

• 接入网按功能可划分成为5 个基本功能组: 用户端口功能( User Port Function,UPF) 、业务端口功能(Service Port Function , SPF) 、核心功能( Core Function, CF) 、传送功能( Transpor t Function , TF ) 和系统管理功能( System Management Function, SMF )。
  

  图1是接入网功能结构及功能组之间的相互连接示意图。

  (1 ) 用户端口功能

  用户端口功能将特定的UNI 要求适配到核心功能和系统管理功能。接入网支持不同的接入及需要特定功能的用户网络接口。

  (2 ) 业务端口功能

  业务端口功能将对特定SNI 规定的要求适配到公共承载体, 以便于在核心功能中处理, 并选择相关的信息用于接入网的系统管理功能处理。

  (3 ) 核心功能

  核心功能位于UPF 和SPF 之间, 将单个用户端口承载体要求或业务端口承载体要求适配到公共承载体。包括依据所要求的协议适配和用于在接入网内传送的复用要求进行协议承载处理。核心功能分布于整个接入网内。

  (4 ) 传送功能

  传送功能在接入网内的不同位置之间为公共承载体的传送提供通道, 并对所用的相关传输媒质进行媒质适配。

  (5 ) 接入网系统管理功能

  接入网内系统管理功能协调接入网中的UPF、SPF、CF 和TF 间的指配、操作和管理。还负责协调用户终端(经UNI )和业务节点(经SNI )的功能操作。

接入网支持的接入类型

• 接入网需要能支持大量不同的接入类型以便满足用户的多样化的需求, 主要接入类型有:

  PSTN 和ISDN 窄带接入

  B-ISDN 宽带接入

  租用线接入

  其他专用或还未定义的接入

  上面传统电信界关于接入网的定义、参考模型以及功能要求的规范都是建立在当时(20 世纪90 年代) 电信业务以电话业务为主并预计当时的未来以基于ATM 的B-ISDN支持宽带业务的基础上的。但实际发展情况是B-ISDN 并没有按预期那样发展起来而基于以太网的Internet 业务指数增长, 电信网的主流业务不再仅仅是电话业务(电话业务在整个通信网中所占比例越来越小) , 整体电信网或者说通信网发生了明显变化, 其中的接入网也在发生演变。

接入网的特点

• 由于在电信网中的位置和功能的不同, 接入网与骨干网、城域网有着非常明确的区别。接入网的特点主要表现在以下几个方面:

  1 . 业务量密度低

  骨干网是高度互联的网络, 可以应付很大的业务量需求, 统计结果显示一般骨干网中继电路的占用率都在50%以上。而接入网的业务量密度则低很多, 比如一般住宅用户接入链路的业务量密度都极低, 占用率在1% 以下。这结果导致网络这一部分的经济效益较差, 投资回收周期很长。

  2 . 业务量分布为集中型

  骨干网、城域网(尤其是长途骨干网)的业务量分布一般为均匀型, 各节点之间业务量差不多。而接入网的业务量分布为典型的集中型, 业务量一般都是由靠近用户端的节点“集中”到位于端局的节点。端局为主节点, 用户端为从节点, 业务都是在“主—从”之间进行传送的。如图1所示。接入网具有明显的“主从”特征, 适于采用集中控制。
  

  3 . 成本必须低廉

  骨干网、城域网由成千上万的用户使用、占用率高, 每用户分担的成本较低; 而接入网由个别或少数用户专用、占用率低, 成本直接由各用户自己承担。这就要求接入网总成本(包括投资成本和运维成本)必须低廉。

  4 . 成本差异大

  由于接入网要覆盖各种类型的用户, 不同类型用户的要求不同、建设条件不同, 导致成本差异极大。如偏远地区用户成本可能要比市区用户成本高出10 倍以上。核心网则不同, 不同交换区间的成本差最多也只有3～4 倍。

  5 . 成本与业务量无关

  核心网的总成本对业务量很敏感, 可以基于对业务量的预测, 对网络进行最佳配置。而用户接入网工作在极低的业务量密度下, 尽管业务量变化可能较大, 但对成本却没有明显影响, 其成本与业务量基本无关。

  6 . 用户需求多样化

  接入网直接连接用户, 而不同的用户在业务容量、业务性能、可靠性/ 生存性等诸多方面都有着不同的要求。比如, 大企业用户业务量大、要求QoS 保证、要求有保护倒换功能等; 而小企业用户和居民用户则业务量小、对QoS 要求不高或者不要求, 也往往不要求保护倒换, 成本承受能力差。用户需求的多样化决定了接入网技术的多样化。在接入网环境不太可能由一种技术包打天下。

  7 . 运行环境恶劣, 维护量大

  核心网所用的设备一般装在环境可控的机房内, 保持在一定的温度和湿度下。而接入网设备则一般要求安装在室外, 工作环境恶劣。这对器件、设备都提出了更高要求。接入网涉及众多用户、规模巨大, 加上运行环境恶劣、故障率相对较高, 整个接入网的运行管理维护工作量十分庞大。

  8 . 覆盖半径较小, 一般10 km 以内

  一般接入网的覆盖半径比较小。据统计在我国10 km 能覆盖95%以上的用户。

接入网的演变

• 随着Internet 业务的爆炸式发展, IP 业务量急剧增长。提供IP 业务与提供传统的以电话业务为代表的电信业务有很大的不同。因此I TU-T SG13 定义了IP 接入网, 描述IP接入网的Y .1231 标准于2000 年11 月通过。下面描述Y .1231 所定义的IP 接入网及其与前述接入传统电信业务的传统电信接入网(由ITU-T G .902 所规范) 的区别。

  根据Y .1231 建议, IP 接入网是指“ IP 用户和IP 业务提供者( ISP, IP ServiceProvider )之间提供接入IP 业务能力的网络”。IP 网是IP 作为第三层协议的网络。IP 网络业务是通过用户与业务提供者之间的接口, 以IP 包传送数据的一种服务。IP 网络的结构如图1所示。
  

  图1 ITU-T Y .1231 所定义的IP 网络结构

  从图1可以看出, IP 接入网与用户驻地网和IP 核心网之间的接口是参考点(ReferencePoint , RP) , RP 用来在逻辑上分离IP 核心网和IP 接入网功能, 与上述的传统电信接入网的用户网络接口( UNI) 和业务节点接口( SNI) 不同, RP 在某些IP 网络中不与物理接口对应。在某些IP 网中无法界定IP 核心网与IP 接入网, 两者不可分割。IP 接入网的参考模型如图2所示。
  

  图2 ITU-T Y .1231 所定义的IP 接入网参考模型

  其中, 接入网传送功能与G .902 所定义的传送功能相同。IP 接入功能可以包括:

  多业务提供商的动态选择

  使用PPP 协议的IP 地址动态分配、网络地址翻译( NAT)

  鉴权

  加密

  计费和与RADIUS 服务器的交互

  Y .1231 建议没有对IP 接入网系统管理功能做解释。

  IP 接入网功能独立于其传送功能, IP 接入网的传输技术可以是各种各样的, 以下列出常见的几种:

  ISDN

  基本速率接入

  基群速率接入( 1 544 kbps , 2 048 kbps )

  B-ISDN 接入(1 544～622 080 kbps )

  xDSL

  无线和卫星

  PON、SDV、HFC 和其他光传输技术

  CATV 接入

  LAN/ WAN

  IP 接入方式分为5 类, 即直接接入方式、PPP 隧道方式( L2TP)、IP 隧道方式( IPSec)、路由方式和多协议标记交换(MPLS)方式。

  由于Internet 业务的流行, 传统的电信接入网不再以支持电路业务为基本特征, 而向提供电话、数据(以In ternet 业务为代表) 和视频业务的综合接入方向演进, 同时IP 业务运营商也希望IP 接入网能够提供传统电信业务。所以, 接入网越来越显现出综合业务接入的特征。因此, 现在人们不再用“接入网”这个术语指G .902 定义的接入网或Y .1231定义的IP 接入网, 而笼统地用“ 接入网”来表示用户与核心网中的城域网之间的一系列传送实体(例如线路设施和传输接入设施)组成, 为传送接入电信业务和/ 或IP 业务而提供所需传送承载能力和/ 或IP 接入能力, 并且可通过网管接口或RP 进行配置和管理的实施系统。

  注意这里出现了“ 城域网”的概念。城域网概念始于计算机网络, 它指位于广域网和局域网之间、在城市及郊区范围内的计算机网络。由于传统电信网与计算机通信网的融合, 城域网概念引入到公用通信网领域并导致城域网概念内涵的变化。现在人们用“城域网”泛指运营商在城市及其郊区范围内提供话音、数据( 包括IP 业务)、图像、多媒体和各种增值业务及智能业务等多种业务的网络。城域网引入到公用通信网模糊了传统电信界所定义的电信网结构以及接入网概念。但至今ITU-T 或其他标准化组织也没有出台相关标准明确电信网的结构。目前不少业界人士根据网络地域特征和功能特征认为电信网由长途骨干网、城域网、接入网和用户驻地网组成, 如图3中的观点一所示。

  其中长途骨干网指连接国家各省/ 地区主要节点的网络, 通常是网状网, 具有可靠的保护措施, 以解决大容量的可靠传输为基本特征。城域网除较大容量传输外以路由调度较长途骨干网频繁灵活、通常为环网而区别于长途骨干网; 接入网部分则包括以支持传统电话业务为主的传统电信界定义的接入网、以接入数据业务/ IP 业务为主的IP 接入网和提供综合业务接入的接入网, 主要功能是用户业务的接入和汇聚, 拓扑结构则呈现多样化, 既有星形、环形也有树形, 还有环形加树形等。用户驻地网是属于用户自己或用户驻地网运营商管理运行的网络, 一般是用户终端至用户网络接口UNI 间所包含的网络部分, 它由完成通信和控制功能的用户驻地中的机线设备组成, 其规模大小因用户的不同可能非常不同, 最简单的用户驻地网可以仅仅是进到普通居民用户家里的一对双绞线, 大的复杂的用户驻地网可以是覆盖几千米的校园通信网、大企业网或用户驻地网运营商所运营的居民小区网络等。

  也有人提出把上述观点一中的接入网纳入到城域网中的观点( 图3所示的观点二) , 再把城域网划分为城域骨干和城域接入两部分, 分别对应观点一的城域网和接入网。因为无论观点一中的接入网还是观点二中的城域接入段实质上在业务量大小、业务量分布、运行维护管理要求等方面都与城域网或观点二的城域网骨干段有明显的不同, 所以作者倾向于观点一的定义。
  

  图3通信网的结构示意图

  按照上述观点一, 骨干网和城域网也就是中的核心网, 也就是说目前广义电信网或者说通信网由原来结构演变成图4所示的结构, 其中接入网在整个网络中的作用并没有本质的变化。可以认为接入网是由用户与城域网之间的一系列实体(例如线路设施和传输接入设施等)组成, 为传送接入电信业务和/ 或IP 业务而提供所需传送承载和接入能力并且可通过网管接口或RP 进行配置和管理的实施系统或网络。接入网具有明显不同于城域网、骨干网的特点。
  

  图4通信网的组成