寬帶接入網絡的規(guī)劃設計與應用

摘要　本文首先對不同用戶的業(yè)務需求進行了預測，分述了組網中應采取的基本原則、匯接節(jié)點設置選址原則和節(jié)點帶寬分配原則。介紹了其網絡結構及組網應用。

關鍵詞　寬帶接入　網絡規(guī)劃　網絡設計

　　隨著Internet的迅猛發(fā)展，人們對遠程教學、遠程醫(yī)療、視頻會議等多媒體應用的需求大幅度增加，電子商務更是網絡應用的典型熱點。同時，人們對網絡帶寬及速率也提出了更高的要求，促使網絡由低速向高速、由共享到交換、由窄帶向寬帶方向迅速發(fā)展。目前對于主干網來講，各種寬帶組網技術日益成熟和完善，波分復用系統(tǒng)的帶寬已達400Gbit/s，IP over ATM、IP over SDH、IP over WDM（DWDM）等技術已經開始投入使用，并提出了建立全優(yōu)化光學主干網絡，可以說網絡的主干已經為承載各種寬帶業(yè)務作好了準備。但是位于通信網絡與用戶之間的接入網發(fā)展相對滯后，接入網技術成為制約通信發(fā)展的瓶頸。

　　寬帶接入網是業(yè)務節(jié)點與客戶端設備之間，為用戶提供電信業(yè)務所需傳送承載能力的實施系統(tǒng)。目前，接入層技術方案以光纖接入網為主，銅纜為輔的便于為用戶提供高質量的綜合業(yè)務。但寬帶光纖接入網是一個對業(yè)務、技術、成本十分敏感的領域，而且投資比重大、建設周期長。因此，我們要結合當前各地現有電信網絡和國民經濟發(fā)展的具體情況，總體布局、網絡結構、規(guī)模容量，充分考慮建設成本和網絡的靈活性，制定出一套合理的寬帶接入網規(guī)劃方案尤為重要。

　　當前，如何解決大規(guī)模拓寬網絡接入的瓶頸問題，為全球現有的10.5億條接入線提供超寬頻帶，已是當前網絡技術發(fā)展的焦點。瓶頸是相對的，一對金屬線可以提供支持雙向交談的足夠容量，但傳統(tǒng)的銅線所能提供的帶寬，對高性能的數據網絡和因特網來說的確有些勉為其難，用戶不僅希望與對方交談，而且希望通過視頻會議系統(tǒng)看到對方的虛擬景象，所以，對傳統(tǒng)的接入技術（接入方式、接入布線）提出了高性能的要求，以突破網絡接入環(huán)節(jié)的瓶頸。局部環(huán)路的瓶頸是由于目前提供的較低比特率造成的。事實上，除了本地環(huán)路的帶寬限制外，當前的數據網絡技術已足以保證提供運動圖像和其它高帶寬服務。

一、用戶分類與業(yè)務預測

　　由于地區(qū)間發(fā)展的不均衡性，不同城市在寬帶城域網建設中所提供的服務平臺也有所不同，這主要取決于城市特點、發(fā)展程度、服務重點等方面，同時業(yè)務內容主要取決于需求對象及工程重點項目內容。根據業(yè)務需求對象即用戶類型的不同，將寬帶用戶類型大致分為以下幾類：

　　1.政府機關用戶

　　政府機關是一個重要的市場領域，由于其地位特殊，對社會的影響較大，他們對寬帶接入的需求主要是來源于“政府上網工程”和辦公的信息化。隨著各行各業(yè)信息化進程的加快，城域計算機網絡互聯業(yè)務需求更加迫切。

　　2.金融證券用戶

　　金融證券用戶是電信運營商一大客戶，主要開展數據通信、計算機聯網等各類交互式多媒體業(yè)務，為金融、銀行及證券公司等提供專網服務，實現銀行、信用社的通存通兌等業(yè)務。

　　3.智能大廈用戶

　　智能大廈、高層寫字樓是商業(yè)客戶等集團用戶最密集的地方，這些集團用戶一般都是電信運營商的大客戶，集團用戶對資費的敏感度低于家庭用戶，用戶的需求是要能提供綜合、可靠、安全的網絡業(yè)務，寬帶高速互聯接入、局域網互聯及其他基于寬帶接入網的業(yè)務，如高速數據傳輸、數據中心、視頻會議等都有廣闊的市場前景，這些用戶同樣會有IP電話的需求。

　　4.住宅小區(qū)用戶

　　隨著人們對社會信息化進程的加快，在智能小區(qū)、生活小區(qū)建設寬帶信息化小區(qū)已成為各電信運營商競爭的一大焦點。對于各電信運營商而言，這既是增值業(yè)務的發(fā)展點，也是一個介入電信業(yè)務新領域的切入點。在這些商住小區(qū)實現寬帶信息化建設，向用戶提供高速上網業(yè)務。小區(qū)的信息社區(qū)服務包括社區(qū)管理、電子商務、VOD、事務處理等業(yè)務。

　　5.賓館酒店用戶

　　隨著酒店管理系統(tǒng)的不斷完善，酒店上網業(yè)務必將成為今后的熱門話題。酒店上網業(yè)務提高了賓館酒店的知名度及服務檔次。在為顧客提供優(yōu)質服務的同時，也增加了其自身的效益�？腿丝梢栽诰频晟螴nternet進行工作和商務活動，也可以通過Internet查詢酒店情況，進行酒店的消費預定、結帳等活動，極大地方便了顧客。

　　6.學校、醫(yī)院用戶

　　學校、醫(yī)院對寬帶接入的需求來源于電子化教學、遠程教育、遠程醫(yī)療和信息化社區(qū)等。

　　7.企業(yè)、科研機構用戶

　　企業(yè)上網主要是通過上網了解國內外經濟形勢，在網上捕捉商機，發(fā)掘新的市場空間，同時還可以在網上宣傳企業(yè)。科研單位通過上網實現遠程數據處理、監(jiān)測控制及異地科研合作等業(yè)務。

二、組網原則

　　組網指導思想是現代的網絡結構應滿足當前迅速增長的多種業(yè)務需求和承載各種應用系統(tǒng)，提供網絡能力，優(yōu)化網絡結構，加強網管功能，完善支撐系統(tǒng)和業(yè)務平臺，滿足用戶對網絡層面的業(yè)務需求。同時為應用層面的業(yè)務拓展提供基礎保證，保證網絡的可靠性和可管理性。

　　1.組網基本原則

　　寬帶光纖接入網規(guī)劃應結合現有光纜網絡結構，以近中期相結合為原則�，F在寬帶城域網的建設正處于初級階段，因各地區(qū)和城市內各區(qū)域發(fā)展不平衡，對業(yè)務需求不一，并且用戶比較分散，呈現不確定性。考慮到占領市場和投資的經濟性，組建的原則應是統(tǒng)一規(guī)劃分布實施。

　　2.匯接節(jié)點設置選址原則

　　由于寬帶光纖接入網工程建設目前尚未形成既定的技術標準和規(guī)范根據，匯接節(jié)點設置選址主要遵循以下原則：

　�。�1）一個匯接節(jié)點覆蓋范圍以500m為半徑組成的小區(qū)或5～15幢多層建筑群；

　�。�2）一個匯接節(jié)點的用戶數量一般為300～1000個信息點，最多不超過1000個信息點；

　�。�3）匯接節(jié)點盡量與其他電信設施合用，以解決節(jié)點設備的機房問題；

　�。�4）匯接節(jié)點的位置應便于光纜和電纜的出入；

　�。�5）匯接節(jié)點的位置應避免有腐蝕性氣體、易遭雷擊、高壓輸電線下、強干擾區(qū)、潮濕地區(qū)、低洼地、防洪堤壩附近等易遭破壞的地方，設備必須放在室內。

　　3.節(jié)點帶寬分配原則

　　從目前寬帶用戶的實際流量考慮，在規(guī)劃過程中，核心節(jié)點之間分配一個1000Mbit/s帶寬，匯接節(jié)點按需要增加相應的接口板或交換機，以提供足夠的用戶接入端口，當用戶流量達到一定規(guī)模以后，采用中繼流量的負荷分擔。近期規(guī)劃（1年），1Ombit/s的端口總數量應該和收容用戶數量相當，樓道交換機上行接口速率至少應按接入速率總和的1/5收斂配置，即每個寬帶用戶至少分配2Mbit/s帶寬。對于住宅小區(qū)，按20%寬帶接入率分配帶寬。對于黨政機關、金融證券、智能大廈、賓館酒店、學校醫(yī)院和企業(yè)科研用戶，考慮其內部已有局域網、上行可分配100M～1000Mbit/s帶寬。

三、寬帶接入網絡結構

　　在規(guī)劃中，光纜敷設應采用一步到位方式。寬帶按入網網絡結構的選擇應結合寬帶接入點分布的特點、路由情況及業(yè)務要求，綜合考慮，適當選擇。既要充分考慮到網絡的經濟性和技術性，又要顧及發(fā)展的需要，同時還要考慮寬帶接入的窄帶需求，以及網絡的運行和調配靈活性，如擴容、調度及應急等因素。寬帶接入網光纜網絡結構，主要考慮以下兩種方案。

　　1.星型方式

　　母局匯接節(jié)點到匯接節(jié)點按星型點到點連接、構成有源星型或雙星型網絡結構。該結構的優(yōu)點是結構簡單，容易規(guī)劃，光纜的投資相對較��；缺點是占用管孔多，每個用戶是單路由，安全可靠性差。對一些用戶密度疏、近期變化大，且離局較遠的地區(qū)不失為一種行之有效的方式。

　　2.環(huán)型與總線型結合方式

　　母局匯接節(jié)點采用從本節(jié)點出來的光纜雙向進纖方式，匯接環(huán)由大芯數主干光纜構成，環(huán)上光纜采用不遞減方式，每個匯接環(huán)上一般接4～6個匯接節(jié)點。匯接節(jié)點至樓道交換機采用星形點到點連接。該結構的主要優(yōu)點是匯接環(huán)光纜占用管孔少，纖芯使用率高，易于調度，安全性高。

　　對一些在母局匯接節(jié)點間總線上的其他重要匯接節(jié)點，為解決單一物理路由的不安全性，每個光節(jié)點可采用通向兩個母局匯接節(jié)點方向的進纖方式，形成對該匯接節(jié)點的雙向接入方式。當其中一個母局匯接節(jié)點出現故障時，可通過另一母局匯接節(jié)點疏通，增加了接入業(yè)務的可靠性，同時，當用戶光纜有富余時可作為局間中繼用。但該方式增加了匯接節(jié)點設備負載，同時使網絡構造復雜，不宜大量使用。

　　對于環(huán)網綜合型接入方式，對網結構、光纜鋪設等都有一系列細則要求，其中對自愈環(huán)網中主要節(jié)點的節(jié)點數的要求為4～8個為宜。

　�。�1）主要與光傳輸容量有關　以使用的UT斯達康公司生產的OMUX-400為例，在自愈環(huán)網中，對交換局或靠近交換局的節(jié)點設置成局端點（COT），其余節(jié)點設置成遠端點（RT），假設圖1中A局端（COT）節(jié)點傳輸系統(tǒng)為32個2Mbit/s系統(tǒng)，B、C、D、E遠端（RT）節(jié)點考慮其上、下線業(yè)務量相同，各節(jié)點傳輸系統(tǒng)定為8個2Mbit/s系統(tǒng)，如果RT節(jié)點數增加，其節(jié)點內的傳輸系統(tǒng)數將減少，不能滿足節(jié)點內上、下線業(yè)務量的需求。

　�。�2）與光傳輸設備的性能有關　用于監(jiān)控、倒換、數據業(yè)務、幀同步碼等信息也同時在自愈環(huán)環(huán)路中傳送，節(jié)點數的增多，無疑使這些控制信息復雜化，并引起傳輸容量相對下降及倒換時延增加。

　�。�3）光纖自愈環(huán)保護　對環(huán)路中兩個節(jié)點間全部斷纖形成的環(huán)路保護其可靠性相似于在設備段經常使用的1:N（這里N為節(jié)點數），即當發(fā)生多個節(jié)點間光纖中斷時，只能保護其中的一個。如果自愈環(huán)節(jié)點數增多，那么，自愈環(huán)的保護可靠性就相對降低。另外，組成環(huán)形網至少要有3個節(jié)點以上，所以，要求節(jié)點下限是4個為宜。

　　另外，需說明的是，光纖輔設的多少不影響傳輸設備容量：在每一個接入點，其傳輸容量（能力）僅與設備本身的性能有關，如光端機輸出4個E3數據流，在實際工作中有些人理解為輔設光纖進入接入網點的數量越多，傳輸容量就越大。這種觀點是不正確的。

四、寬帶接入服務器的擴展

　　寬帶接入服務器定位是在骨干網絡的邊緣，主要實現各種接入用戶的業(yè)務匯聚和流量匯聚，突出其接入方面的處理能力，希望寬帶接入服務器承擔各種各樣網絡功能的想法顯然是不現實的。因此，針對目前寬帶接入的實際需求和應用趨勢去擴展寬帶接入服務器的功能，才能更加高效地實現寬帶接入。

　　1.業(yè)務選擇

　　業(yè)務選擇的作用就是要實現用戶通過一條終結到寬帶接入服務器的連接來自主地選擇后臺網絡運營商所提供的多種業(yè)務。一方面，各種業(yè)務的具體實現在技術上的側重點是不同的，對網絡性能要求也不盡相同。這樣，通過在寬帶接入服務器上劃分出適當的業(yè)務模型，使之針對各種業(yè)務特點合理有序地捆綁系統(tǒng)及其網絡資源，在有限的資源條件下更好地實現各種業(yè)務。另一方面，從今后網絡應用的發(fā)展看，網絡內容服務供應商ICP與網絡接入商ISP的分離是必然趨勢。

　　2.VPN（虛擬專用網絡）實現

　　虛擬專用網絡就是要實現在公共網絡平臺上安全高效地傳送，使網絡具有良好的擴展性和伸縮性。VPN技術的核心集中在數據包的加密和網絡傳送上。IETF已經制訂了一些VPN技術標準，如：二層L2TP隧道技術和三層IP Sec加密技術。這兩項技術標準的頒布為VPN的應用打下了堅實的基礎。從目前VPN的實際應用上看，VPN業(yè)務多數集中在網絡的邊緣上實現，對于骨干網絡設備而言往往是透明的。寬帶接入服務器作為網絡接入和業(yè)務匯聚的角色，往往是VPN應用的最初發(fā)起端，它對VPN應用的實現至關重要。目前，在網絡第二層的VPN實現上，寬帶接入服務器提供L2TP隧道加密技術。一般既可以作為LAC（L2TP訪問集中器），也可以作為LNS（L2TP網絡服務器），組網應用靈活。在網絡第三層的VPN實現上，由于IP Sec是較新的協議標準，因此這種VPN的實現還不普及。如今只有部分的寬帶接入服務器開始支持該項功能。

　　3.組播支持

　　從全網位置上看，寬帶接入服務器必須支持組播，在網絡層上完成組播視頻流的末端分發(fā)。網絡主機安裝相應的組播應用程序來支持組播協議，通過主動提出組播申請，選擇所需的組播服務，以使之連接到本地支持IGMP的路由器或組播服務器上。從技術實現的角度上和目前實際設備對組播支持情況上看，寬帶接入服務器主要起到轉發(fā)在網絡終端和支持IGMP的組播服務器或路由器之間的組播流量。一般都支持IGMP第一、二版的協議標準，但是，在很大程度上僅僅是擔當IGMP代理（Proxy）或IGMP欺騙（Snooping）的角色，簡單地完成網絡末組播包的透明傳遞和分發(fā)，終端用戶感覺不到與實際應用時的差異。

　　4.IP流量的轉發(fā)管理及防火墻功能

　　寬帶接入服務器的IP流量轉發(fā)管理主要是根據不同用戶的實際權限向用戶提供相應的接入能力，在一定程度上完成IP防火墻的功能，實現內部網絡安全。IP的流量轉發(fā)管理在很大程度上是與寬帶接入服務器的VPN和業(yè)務選擇相捆綁，與上層骨干邊緣路由器相配合，靈活有效地實現對各種業(yè)務類型的IP分離。在技術實現上，該功能可以通過自身IP包過濾（IP Filter），針對不同業(yè)務靈活分配IP地址段和網絡側NAT（網絡地址翻譯）來實現。同時，從網絡安全的角度出發(fā)，寬帶接入服務器還應該提供防IP攻擊和IP欺騙的功能。

　　對于IP過濾技術，系統(tǒng)在完成用戶接入的同時根據用戶選擇的業(yè)務類型指定相應的IP過濾策略，向不同權限的用戶進行三、四層的數據包過濾。這樣既實現了業(yè)務的需要，又可以有效地限制用戶的訪問權限，實現與相應業(yè)務的捆綁。這一功能的實現由寬帶接入服務器內部獨立完成，不需要上層路由器的配合。

　　對于接入用戶IP地址的分配，寬帶接入服務器通過與后臺RADIUS服務器的配合，由寬帶接入服務器、后臺RADIUS服務器，甚至還可以由掛接在接入服務器上的DHCP server來實現用戶固定地址和動態(tài)地址的分配。在這種方式下，要實現IP流量轉發(fā)控制，一方面可以通過在寬帶接入服務器上對不同的IP地址段設置不同的路由轉發(fā)策略來實現；另一方面也可以由上層路由器通過IP包的解析，對不同的IP源、目的地址進行過濾或選路由，來限制不同用戶的接入能力。

　　對于NAT技術的引入，一方面它可以充分利用專網地址，緩解公網IP地址資源有限的壓力。另一方面，NAT通過IP流量的單向轉發(fā)處理，實現用戶內部的網絡安全。

五、寬帶接入服務器組網應用

　　寬帶接入服務器主要是為了適應當前各種DSL接入應用要求，尤其是ADSL接入的應用要求。目前ADSL接入都是基于ATM網絡平臺，是ATM的ADSL。但是，目前的網絡架構以純IP網居多且規(guī)模較大。同時，對于ATM技術的爭論仍是業(yè)界討論的焦點。ATM網絡的進一步擴大有一定的困難，實現ADSL直接IP接入的要求有現實意義。另一方面，隨著接入側接入網設備集成度的提高，在一個上連的接入網絡單元（如DSLAM），往往能夠掛接成百上千個實際用戶。對于這樣的網絡分布和如此多的單點上連用戶，將寬帶接入服務器由集中式接入轉為分散接入，也是一種理想的選擇。甚至可以在接入側將其與邊緣接入設備直接集成，直接接入網絡的IP一體化。這種組網方案不僅有利于寬帶接入服務器自身設備的簡化，易于實現用戶的QoS，而且，將接入用戶數據IP化后直接匯聚入邊緣路由器，易于完成與現有IP網絡的融合，還節(jié)省了在網絡接入側和邊緣側的網絡傳輸設備和傳輸通道。應該說，這樣的寬帶接入服務器價格低廉，設計簡單，往往捆綁作為接入設備的一部分直接使用。但功能相對簡單，網絡的伸縮性和擴展性較差。采用這種組網方案對于接入業(yè)務單一的網絡來講是可行的，但用于業(yè)務復雜的網絡就顯得有些力不從心。從目前實際的業(yè)務導向上，高速上網成為目前寬帶接入網絡的主流業(yè)務，業(yè)務類型單一而且附加業(yè)務較少，在這樣的現狀下采用分散接入有一定的優(yōu)勢。

　　從全網來看，寬帶接入服務器既是全網接入業(yè)務的單一匯聚點，又是用戶業(yè)務流量的統(tǒng)一轉發(fā)點。在這個特殊的網絡點，如果它能與其他專用網絡設備實現聯合組網應用，就能夠大大提高網絡總體性能和用戶的實際接入速度�？梢韵胂�，對于Internet業(yè)務將寬帶接入服務器直接掛接在專用Cache和四層交換機上。這樣，對于用戶頻繁訪問的信息就可以通過四層交換機過濾直接從專用Cache上高速獲取，從而直接旁路了大量的用戶數據流，減少許多重復的、不必要的網絡流量，大大降低了骨干網絡負荷，提高了網絡的利用率，具有很高的應用價值。

　　寬帶接入服務器在性能上的提高集中表現在接入處理能力方面、交換容量方面和接口帶寬、密度方面。下一代大型寬帶接入服務器的系統(tǒng)性能要求達到：

　�、俳粨Q容量至少40G；

　　②同時支持的PPP呼叫數目達到20k；

　�、劭膳渲糜脩魯颠_到100k；

　　④獨立包轉發(fā)能力達到1Mbit/s以上。

　　IP發(fā)展趨勢表明，由于多協議標簽交換（MPLS）的引入可以平滑地實現網絡升級，易于實現IP的服務質量保證和VPN應用。這些方面的應用與目前其他技術相比具有無法比擬的優(yōu)勢。MPLS已經成為業(yè)界對下一代IP發(fā)展方向的共識，寬帶接入服務器對其支持是必然的選擇。