三网融合的可行性及其工程实现设想

发布:安徽波维     发布时间:2009-07-14 10:29:17     点击率:22050

三网融合的可行性及其工程实现设想
摘 要 本文介绍了三网融合的概念,分析了传统的有线广播电视传送网、公用电话交换网及宽带Internet网的特点,研究了实现三网融合的可行性,并提出了实现三网融合的初步设想。
    一 三网融合的概念
    所谓三网融合,就是在同一个网上实现音频、数据和视频的传送。三网融合的基本涵义,即表现为三网在技术上趋向一致,网络层上可以实现互联互通、业务层上相互渗透和交叉、应用层上趋向统一。三网融合不仅使话音、数据和图像这3大基本业务的界限逐渐消失,也使网络层和业务层的界面变得模糊,各种业务层和网络层正走向功能乃至物理上的融合,整个网络正在向下一代的融合网络演进。这一网络发展的最新趋势,揭示了下一步的通信网络运营商之间的竞争,也将从单项业务间的竞争转向全业务的竞争乃至网络间各个层面的全方位的竞争。中国电信北京研究院专家陈郧生在发言中说,从长远看,三网融合的最终结果是产生下一代网,但它不是现有三网的简单延伸和叠加,而应是各自优势的有机融合,实质上是一个类似于生物界优胜劣汰的演进过程。
    实际上,真正意义上的三网融合,就是将3个网(PSTN电话通信网、数据通信网、有线广播电视传送网)合而为一。当然,要实现这个目标,对技术、经济和环境都有更新的要求,还需要经过一个漫长的阶段。
    二 公用交换电话网的结构
    公用交换电话网(Public Switched Telephone Network,简称PSTN)是发展历史最悠久(源自1886年贝尔发明电话)、覆盖范围最广(全世界各个角落)、渗透最深(几乎每家每户)的通信网络。到目前为止,PSTN网络已成为人们日常生活和工作中不可缺少的通信工具和手段。
    为使覆盖如此广和如此深的PSTN网络能够正常运行,国际电信联盟(International Telecommunications Union,简称ITU)制定了一系列技术规范和管理规定。ITU对PSTN网络管理规定涉及电话交换局的分级管理、电话号码编码规则、国际长途计费、收费、结算等问题。
    我国PSTN电话网络分C0~C5六个级别的电话交换局,其中:
    ● C0局是国际长途交换局,设在北京、上海、广州;
    ●C1局为国内大区长途电话交换局,在全国设了8个大区长途电话交换局;
    ●C2局为省级长途电话交换局,一般设在省会城市;
    ●C3局为市级长途电话交换局;
    ●C4局一般为区县级电话交换局,有时也直接对用户放号,接收、转接用户呼叫;
    ●C5局为本地(市话)业务电话交换局,直接对用户放号,接收、转接用户呼叫。
为提供用户电话业务,公用交换电话网运营商(如中国电信、中国网通)需要在本地建设一个或多个本地业务电话交换局,在多个局之间建设中继链路(一般采用光纤SDH技术)。电信运营商在其电话通信设施中占比重最大的是铺设用户驻地网络,即从电话交换局到每个家庭用户的两芯铜线电缆。一般情况下,每个本地电话交换局覆盖范围不超过5公里,并在其覆盖范围内建设若干模块局,实际上接到每家每户的两芯铜线电缆可能是从模块局接入的。
 针对城市不断发展的新建住宅小区建设,目前电信运营商一般采用大对数电缆到楼,在楼道设分接箱、分接盒、两芯铜缆入户的方式在小区建设时敷设到墙上电话接线板,已建且未铺设电话线的小区则根据情况从就近的杆或分线箱(盒)接入。
    三 有线广播电视传输网的结构
    全国有线电视一级传输网络由卫星和地面光纤组成,该网络的节点包括国家有线电视传输中心和各省级有线电视传输中心,其主要作用包括从国家广电总局向各省级有线电视网络中心的多套电视节目的传送和各省向上回传的一套省级电视节目。目前有条件的省多采用SDH传输技术通过光纤形成覆盖全省的有线电视传输环网,网络节点包括省级有线电视传输中心和各市级有线电视传输中心,主要作用是由省级中心向市级中心传输的多套有线电视节目和由各市级向上回传的一套有线电视节目。
    目前市级和城域有线电视配送网络多由光纤、微波、同轴电缆等组成,有条件的住宅小区采用光纤入小区、同轴电缆入户的方式。
    与数据通信网络(如基于IP的网络)相比,有线电视传输网有如下特点:
    ● 带宽要求较高:以每套节目占8Mbps带宽计算,传输50套节目需要400Mbps的带宽;
    ● 带宽要求比较固定:只与传送节目的套数有关,与用户的多少无关,也就是说,所需的网络带宽不随着用户发展而增加;
    ● 网络实时性要求较高:用户看到节目带宽时间与节目播出的时间允许有一个固定的、严格控制的时延;
    ● 网络可靠性要求较高:在节目播出过程中,如果网络有1秒钟的中断,将是一个严重的事故;
    ● 网络每天有固定的运行时间:只在节目播出时需要传送,其他时间可进行网络维护工作;
    ● 网络安全性要求较高:由于我国有线广播电视传送网络承担传送党的号令、严格禁止非法分子利用党的传媒进行反动宣传或破坏党的号令正常传送等行为。
    四 城域宽带Internet网络
    我国城域宽带Internet网络是最近几年才发展起来的。这里“宽带”的说法是针对于普通电话拨号上网技术来说的。众所周知,前几年人们非常熟悉的通过电话拨号上网所支持的最大带宽一般为56Kbps,这样的带宽我们一般称之为“窄带”。随着通信技术和应用的快速发展,人们对网络带宽的要求越来越高,通过普通电话拨号提供的56Kbps带宽已经远远满足不了人们对网络的需要。
    由于目前具有用户驻地网络资源的运营商只有两家:一是电信运营商,比如我国北方地区的中国网通和南方地区的中国电信,他们拥有从电信模块局到每家每户的铜线资源;另一家是广电,及中国有线广播电视传输网络,他们拥有到每家每户的同轴电缆资源。
    目前我国宽带城域网一般采用如下几种用户接入技术:
    1. ADSL,通过普通电话线(从电信局到每家每户的两芯铜线)在不影响正常电话通信的同时传送数据。在传输距离5公里范围内,标准上行(从客户终端到局端)带宽640Kbps,下行(从局端到客户端)带宽为2Mbps。这种技术一般适用于电信运营商,这是因为只有电信运营商才拥有从电信局到每家每户的两芯铜线资源。其传输距离与带宽标准为:
下行带宽
    1.5Mbps~2Mbps 5.5公里 AWG24线(0.5mm线径)
    1.5Mbps~2Mbps 4.6公里 AWG26线(0.4mm线径)
    6.1 3.7公里 AWG24线(0.5mm线径)
    6.1 2.7公里 AWG26线(0.4mm线径)
    上行带宽:16Mbps~640 Kbps
    2. VDSL,通过两芯电缆(如普通电话线),在传输距离1300米的范围内,上下对称传输带宽约为12Mbps。由于我国电话线路一般被电信运营商垄断,而电信运营商在其电话交换局覆盖范围内(传输距离5公里)更适用于ADSL技术,所以我们国家尚未广泛采用VDSL技术实现宽带网络接入。其传输距离与带宽标准为:
    下行带宽
    12.96Mbps~13.8Mbps 1500米
    25.92Mbps~27.6 Mbps 1000米
    51.84Mbps~55.2 Mbps 300米
    上行带宽:
    1.6Mbps~2.3 Mbps
    19.2Mbps
    与下行带宽相等。
    3. Cable Modem,通过同轴电缆进行数据传输,这种技术适合于广播电视网络运营商。Cable Modem采用DOCSIS标准,在不影响正常看电视的情况下,DOCSIS 1.0可以为用户提供5Mbps的带宽(DOCSIS 1.1为10Mbps,DOCSIS 2.0为30Mbps)。由于原来的广播电视传输网络都是单向传送,为利用同轴电缆提供宽带Internet接入服务,除了每家上网用户安装Cable Modem之外,城域广播电视传输网络还需要进行双向改造。
    4. 以太网接入,一般在小区中心设小区交换机,在小区内部采用光纤到楼,每栋住宅楼设楼头交换机,通过五类双绞线到户的方式接到用户。一般的宽带网络运营商在城域范围内建设宽带主干网络,包括核心网络和汇聚层网络。核心层网络由核心层节点和连接核心层节点的链组组成,核心层链路一般采用光纤和千兆或者10G(万兆)以太网技术;汇聚层网络包括汇聚层节点和连接汇聚层节点的链路构成,汇聚层网络通过核心层节点接入核心层网络。住宅小区一般通过光纤接到宽带主干网络的汇聚层节点。
    现从工程角度对上述几种接入方式做一比较:
  
 
  1. ADSL接入方式:

 (1) 传输距离相对较长,一般可达5公里。

 (2) 可提供的带宽相对较低,且上下行不对称,一般上行带宽640Kbps,下行带宽2Mbps。
 (3) 网络相对简单。电信运营商可利用现有电话交换局作为核心节点,在核心节点之间建设传输链路以形成主干网络。在核心节点安装核心交换机和DSLAM(ADSL局端)设备,这样主干网络就可以对用户提供接入服务。接入时只需在用户端安装ADSL用户端设备,开通网络即可上网。
(4) 维护简便,运营商只需对局端设备和主干链路进行维护,网络管理比较简单。从DSLAM到用户端设备之间通过普通的电话线路,中间不需要任何有源设备。
    2. VDSL接入方式:
(1) 传输距离较短,一般在1公里左右。
(2) 可提供相对较高的带宽,一般可提供12Mbps的对称带宽。
(3) 只适用于住宅小区内或写字楼内,而小区到主干节点之间还需要借用其他通信链路技术。
(4) 城域范围内网管与维护相对复杂。
3. Cable Modem接入方式:
 (1) 利用现有有线广播电视的城域主干传送网络时需要做双向改造。
 (2) 需要在光节点处设局端设备,通过同轴电缆到用户端,再安装用户端Cable Modem方可上网。
 (3) 城域范围内网管与维护相对复杂。
4. 以太网接入方式:
 (1) 以太网采用五类(或以上)双绞线(4对、8芯铜线)作为传输线缆,传输距离较短:交换机到终端设备(计算机等)不能超过100米。
 (2) 可提供的网络接入带宽较高,一般可以百兆甚至千兆到小区,10/100M从小区中心到用户。
 (3) 由于受五类双绞线传输距离(100米)的限制,从小区网络中心到用户终端(PC)一般需要一级甚至多级交换设备进行连接(以一个典型的住宅小区为例,该小区具有34栋住宅楼,覆盖户数2002户,采用以太网方式布线需要安装两台24口小区中心交换机和34台楼头交换机,由于以太网传输距离100米的限制,小区机房到每栋楼需要铺设光纤,楼头交换机到每户采用五类双绞线,这样每台楼头交换机需要单独从就近电力设施取电),一般小区停电直接影响网络的正常服务(我们知道,电话服务不受本地停电的影响)。
 (4) 城域范围核心节点、汇聚节点、小区机房、楼头设备等各级均需要有源设备,维护比较复杂。
 (5) 城域范围内建设成本较Cable Modem低。
 (6) 网管简单,但维护繁杂。
 五  三网融合相关技术
1. 下一代网络
    近年来,随着计算机通信、软件技术和芯片技术的革命性突破,使Internet成为全球最大、发展最快的网络,人们对通信的需求也逐渐地由对语音业务的简单需求发展到对数据、图像、语音业务的综合需求,PSTN业务的局限性愈显突出。从另外一个角度来看,电路交换必将被分组交换替代,分组网络的业务需求将更为复杂、丰富和个性化,人们在期盼着由下一代网络(Next Generation Network,简称NGN)来提供新一代通信业务。
   下一代网络是业务驱动的网络,通过业务网络与支承网络分离及支承网络与承载网络分离可实现相对独立的业务体系。
   对于基于IP的网络来说,下一代网络将IP网络层、会话层、呼叫处理层和应用层功能分离;将接入、传输、交换、业务提供和归属业务功能分离,使得交换功能进入IP网络层,其他功能均由IP层以上的客户机/服务器机制实现,从而优化了网络结构,降低了通信网络的复杂性和成本。
   软交换(Softswitch)技术作为业务/控制与传送/接入分离思想的体现,是下一代网络体系结构中的关键技术,也是其最主要的组成部分。软交换通过软件的方式来实现原来交换机的控制、接续和业务处理等功能,从而便于在下一代网络中更快地实现各类复杂的协议及更灵活地提供业务。软交换是一个开放标准的软件,它能够在一个开放式的计算平台上执行分布式的通信功能,而且拥有传统的TDM电话交换的功能。软交换能够整合语音、数据与图像,它能在不同的网络之间进行协议转换。软交换也支持了较经济的VOIP。运营商在容纳了如SS7这样的传统交换协议的同时能够很容易的增加附加值。软交换在标准的开放式平台上运行的同时,将4级5级电话交换的功能与VOIP网关合并起来。开放式的计算系统利用了许多厂商都提供的普及的、标准化的部件与系统。
2. IPTV
    顾名思义,IP TV业务是在基于IP平台的网络上传输音视频节目的服务。这里“传输音视频节目”包括普通电视节目和其他内容。IPTV相关技术包括:
 (1)IP 组播(IP Multicast)技术。就是采用IP组播协议,在IP网络(如城域宽带Internet网)上将要广播的信息内容以组播组的方式向外广播。如果用户加入了某个组播组,他就可以接收到广播到该组的信息内容。IP组播技术的特点是对网络带宽的需要只与组播组的数量及各组广播信息所需的码流有关,与用户多少无关。这样无论有多少用户,IP组播码流不变。这种技术适用于发展大量用户。
 (2)视频点播(Video on demand,简称VOD)。就是按用户的需求时时提供点播服务,用户可根据网上提供的节目单点节目,视频点播服务器在确认用户登录信息和计费信息后为其单独播放所点节目。这种技术的特点是每个点播要占一个码流的网络带宽,大量发展用户时会对网络带宽造成一定的压力。
IPTV的主要业务模式包括:
 (1)有线广播电视节目转播。采用IP组播技术转播有线广播电视节目,每套节目占一个组播组。
 (2)IP网络电视。除了播放电视台的节目之外,自己可制定自己的节目单,另开通一个IP组播组,按时间顺序播放节目。
 (3)轮播,利用IP组播技术,循环播放一些电影、电视剧。
 (4)视频点播。在网上的存储大量电影、电视剧、体育比赛、重要新闻等供用户电播,按(电影)片、(电视剧)部、或时间收费。
   以上业务均可以基于统一的RPG(电子节目单),用户可以互动操作选择网络电视节目或点播节目。
  六  城域范围三网融合的工程实现
1. 三网运营管理现状
   鉴于我国政府部门管理分工现状,目前每个城市具有广电部门负责有线广播电视的传送;由一家主要电信运营商(北方省市由中国网通负责经营,南方省市有中国电信负责经营)负责电信业务(包括普通电话业务)的经营;一家或多家Internet服务提供商(ISP)经营城域范围的宽带Internet接入服务。由于有线广播电视传送网络同时承担将党的号令传递到千家万户的传送任务,而按照国家电信管理条例的规定电信运营只能由国家批准的电信运营商经营,我国城域范围内的三网只能由相应部门分别建设各自主干网络、运营各自的业务。
   在小区范围内,目前三网(电信部门的普通电话网络、有线广播电视传送网络、宽带Internet接入网络)各自布线,形成一定程度的资源重复建设。比较理想的小区范围内的三网融合是建设一个网络,该网络在小区设一个网络中心,到每家每户一条线缆。在小区网络中心同时(且分别)接入电信、有线广播电视和宽带Internet接入网络,到每家每户后再通过相应的端口分别接到电话机、电视机、和计算机。
2. 小区范围三网融合传送模式及带宽要求
 (1)网传送及带宽要求
   同网传送即利用同一个网络同时传送有线广播电视、语音电话、和接入宽带Internet数据,这是真正意义上的三网合一。
   我们可以想像,欲从小区机房到每家每户传送有线广播电视、语音电话、和接入宽带Internet网络,至少需要一台中心网络设备和每户一台终端设备。中心网络设备同时上联有线广播电视传送主干网络、电信局或电信模块局、和宽带城域Internet主干网络;终端设备上联小区网络,下面分别连接一根线缆到每家每户,再从户内的分接设备分出有线广播电视信号、电话信号及数据信号分别接到户内的相应设备(电视机、电话机和计算机)上。
   根据我国有线广播电视传输标准,有线广播电视数字编码采用MPEG-2标准中的MPEG-2 MP@ML 4:2:0格式,传输码率一般设置为8Mbps,传送50套节目需要的总带宽为400Mbps。如果将所有节目同时传送到用户,由用户从其接收系统(机顶盒或电视机)挑选,则用户线路的传送带宽要求应不小于400Mbps。如果只传送给用户其选择的电视节目,则需要在小区中心设用户选择播放系统,该系统从有线广播电视主干传送网上接收所有信号,时时接收用户需求,将其要点播的节目传送给该用户。IP组播技术是按这种思路设计的,但目前只在IP网络中使用。
   按照国际标准,一般每路语音电话的传送带宽为64 Kbps。目前用户可以接受的宽带Internet网络带宽一般不小于512 Kbps,而运营商对用户的承诺不超过2Mbps。
   实际上满足上述功能要求的设备无论从技术上还是从传输标准上均尚需时日。虽然一个厂家生产的无源光网络(APON)产品在某种程度上可以实现上述三网融合传送的功能,但其成本门槛距离目前人们的接受程度差距还相当悬殊,光纤入户的设想现在实现还不现实。
 (2)三网同缆或同管道铺设
    就目前的技术而言,有线广播电视、语音电话和宽带Internet数据网络在小区可以采用如下方式传送:
  ● 有线广播电视与宽带Internet数据一并通过同轴电缆传送,数据信号通过Cable Modem从同轴电缆中分解出来后再接到计算机,语音电话线路单独布放;
  ● 宽带Internet数据通过普通电话线路传送,数据信号通过ADSL、VDSL等技术在不影响正常电话通话的同时传送,有线广播电视线路单独布放;
  ● 有线广播电视、语音电话、宽带Internet数据各自采用自己的线路分别布放。
   对于房地产开发商自己投资建设上述信息化基础设施的小区,线路如何布放直影响其投资成本,而三网同缆或同管道敷设在一定程度上可以减少建设成本。
   在采用以太网布线的小区里,从楼头交换机到住户的五类双绞线内有4对(8芯)对绞铜线,而IEEE之10/100BaseT标准只用了其中的2对,目前有些小区布线时利用剩余的2对铜线传送语音电话信号。
   由于有线广播电视、语音电话、宽带Internet数据均属于弱电信号,三种信号线同桥架、同管道敷设不违背国家颁布的《建筑与建筑群综合布线系统工程设计规范》(GB/T 50311)标准。
3. 无源光网络简介
(1)无源光网络发展历史

    1995年春,几家网络运营商创立了完全服务接入网络联合会(Full Services Access Network Consortium,简称FSAN),其主要目的是制定无源光网络(Passive Optical Network,简称PON)标准。该联合会的第一项成果就是ITU-T G.983系列标准所描述的155Mbps PON体系。这个体系以后被定义为B-PON(Broadband PON,即宽带PON)标准,由于其承载协议是ATM,所以人们也称该标准为APON(基于ATM 传输协议的PON)。后来该标准被扩展到622 Mbps,并增加了一些新的功能特性。
   2001年,IEEE成立了第一公里以太网(Ethernet in the First Mile,简称EFM)小组,于是产生了EPON(基于以太网传输协议的PON)技术。与此同时,FSAN也着手研究高于1Gbps的PON技术,并从而产生了GPON(吉比特PON)标准。
  (2)美国Terawave公司的APON技术及其设备特点
   美国Terawave公司成立于1998年12月,公司总部在美国加州Hayward市。自1999年3月份以来,Terawave融资1.33亿美元致力于光接入系统的研发,以便为运营商提供最佳的“最初1公里”接入系统。
  Terawave公司的APON无源光网络系统包括光线路终端(Optical Line Terminal,简称OLT)、光分路器、和光网络终端(Optical Network Terminal,简称ONT)。其网络结构如图1所示。
  Terawave之APON系统中OLT的每个主控模块内嵌一个155Mbps或622Mbps单元交换机(Cell Switch),采用单芯单模光纤,上下行分别利用1310 nm和1550 nm波段,双向传送155Mbps或622Mbps带宽(多个ONT共享)。
  值得注意的是,Terawave的APON只是一个传输系统,如果用其进行有线广播电视、语音电话、和宽带Internet数据网络的传输,需要对其定制:
  ● 有线广播电视采用广播方式有中心向终端设备传输,如果每套节目占用8Mbps带宽,则传输50套节目需要400Mbps下行带宽(终端设备通过数模转换后由同轴电缆输出到电视机上);
  ● 每路语音电话占64Kbps双向带宽(终端设备具有至少一个电话接口);
  ● 宽带Internet 可按每户5 Mbps双向带宽设置(终端设备具有10/100BaseT接口)。

 

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