天津科技大学宿舍楼ADSL宽带接入网规划与设计

摘 要 Internet的快速发展已经为面向家庭和公司的数据传输服务提供了广阔的市场发展空间。为了满足快速增长的市场需求，针对宽带接入技术的各种研究也开始逐步为人们所关注。ADSL(Asynunetric Digital Subscriber Line一非对称式数字用户线路)作为一种高速的数据传输技术，主要以铜质电话线为主要传输媒质，已经越来越广泛的应用于各类中小型企业以及家庭中。天津科技大学宿舍楼使用ADSL接入技术安装宽带网络，本文着重研究了天津科技大学宿舍楼ADSL宽带接入网络的设计方案，主要介绍了ADSL系统的初始化及体系结构、接入方式、ADSL调制解调技术、以及网络协议等。最后给出了总结与展望。 关键词： 天津科技大学，ADSL，宽带，网络。 目??? 录??????????????????????????????????? 一 绪论（一）? 课题研究背景及意义??? 1（二）? 课题的国内外研究现状??? 2（三）? 文章组织结构??? 2二 接入网技术概述（一）? 接入网的概念??? 4（二）? 接入网的分类??? 5（三）? XDSL技术??? 6三ADSL调制技术（一）??? ADSL的发展过程??? 10（二）??? ADSL线路码型的选择??? 11（三）??? CAP和DMT??? 11（四）??? 通信系统信道容量??? 13四 天津科技大学宿舍楼ADSL宽带接入网设计方案（一）初始化及体系结构??? 17（二）天津科技大学宿舍楼ADSL系统的接入方式和接入模型??? 23（三） ADSL的调制和解调技术??? 24（四）天津科技大学宿舍楼ADSL接入网中的工作协议??? 25五 天津科技大学宿舍楼ADSL宽带接入网优化六 结? 论??? 30致? 谢??? 31参 考 文 献??? 32 课题研究背景及意义 回顾接入网发展的历史，最初是利用双绞线采用模拟调制解调技术进行拨号连接。主要原理就是利用话音交换机在终端用户与局端拨号服务器之间建立一条物理通道，通过MODEM,把调制好的上行信号通过电话交换机发送到拨号服务器进行解调，在拨号服务器端转换为数字信号接入城域网。对于下行信号采用同样原理由拨号服务器端传送到用户终端。由于是利用话音交换技术，单个话音通道的带宽是64K，去除调制解调的一些开销，最大的带宽只有56K，随着因特网技术的迅猛发展，这已经远远不能满足用户的需求。九十年代中期，采用ISDN技术绑定两条话音通道，最大带宽可以达到128K，曾经在欧洲（主要是德国电信）有非常广泛的应用。在2001年底，中国电信也有将近100万ISDN用户[25]。随着高速因特网接入、视频点播、IPTV、VoIP，128K接入速率早已成为因特网的瓶颈。为了解决用户端到局端最后一英里问题，业界相继提出了ADSL和PON(无源光网络)CABEL等接入模式。ADSL目前是最实用，最经济，投入最少的一种宽带接入技术。PON正在北美市场蓬勃兴起，在国内也已投入试运营，PON不是本课题所研究内容，在本文最后的宽带技术展望里将对其有所介绍。本课题所涉及的ADSL接入技术有两大核心内容，一是解决DSL信号在双绞线上传输的调制解调技术，主要解决传输距离和带宽问题，现在最新的研究成果是ADSL2+和VDSL调制解调技术，研究调制解调技术的主要芯片产商有Broadcom,TI,ST,Global Span等。作为接入设备供应商，主要关心的是DSL线路的汇聚技术，这就是本文所要讨论的重点内容。上世纪九十年代初DSL技术兴起的时候，ATM正被认为是将来构建宽带数据网络的唯一可选技术。所以用户CPE和DSLAM之间的双绞线上传输的都是ATM信元，在DSLAM设备里是把所有信元汇聚成一条或多条STM1(155M)或STM4(622M)的ATM接口。典型的DSLAM设备有ALCATEL的ASAM 7300/ASAM7301，华为的SMART AX 5100。 ATM技术由于其太复杂，设备成本太高，核心交换芯片只能用ASIC实现，新业务灵活度低，ATM技术正从接入汇聚层逐渐退到网络边缘层，幸运的是国内城域网的建设以E-MAN(Ethernet Metropolitan Area Network)为主，ATM架构的DSLAM无法在国内大规模推广，但为了保护现有投资，上海贝尔阿尔卡特基于原有ATM架构的DSLAM针对中国市场设计了一个ATM到以太网转换模块，主要利用了桥模式和VLAN交叉互联模式，实现了ATM虚电路与基于MAC地址或基于VLAN ID的包交换以太网之间的平滑过渡，直接提供以太网上行的接口。本论文将对此项技术实现和一些常用的以太网功能做深入细致的研究，并设计了相应的产品。但这毕竟是过渡产品。在ADSL发展之初，ATM被认为是下一代网络的核心技术，所以ADSL在链路层也采用了ATM的信元格式。ADSL设备由局端单元、用户端单元和管理单元组成。对于基于ATM方式的ADSL设备，局端单元一般通过ATM155Mbit/s光接口和ATM交换机相连，也有一些厂家的设备还提供ATM155Mbit/s、34Mbit/s电接口或者n×2Mbit/sATM反向复用IMA接口，当然，也有越来越多的基于ATM方式的DSLAM也提供100/10Base－T接口或100Base－Fx接口，并且已成为技术发展的潮流。随着IP大潮席卷全球，成为未来网络的支撑技术，ADSL标准也要适应IP化趋势，支持从二层起直接采用IP协议。这不仅可以提供IP丰富的业务特性，支持视频组播等宽带IP业务，还免去了昂贵的ATM设备与BRAS，使得建网成本大大下降。因此，IPDSLAM是DSL发展中的热点技术，IP化是DSL发展的大势所趋[13]。 （二）? 课题的国内外研究现状 早期的DSLAM系统如ALCATEL的ASAM系统都是基于ATM架构，只提供STM1、E1、D1等接口。随着网络演进，人们发现几乎所有的业务都是基于TCP/IP，比如高速因特网接入、视频点播、IPTV、VoIP等。ATM应用主要局限于传输设备里，并有逐渐退出之势。我们不得不思索为什么还要在汇聚层保留ATM技术呢？这就引出了IP架构的DSLAM系统这个话题，中国正是这项技术的主要推动者。但是重新定义IP架构取代ATM架构需要巨大成本，为了保护现有投资（重用已有设备），各个设备供应商大都采用设计ATM到IP的转换模块作为过渡方案。这就是我们称之为ATM架构的IPDSLAM系统。这也是本论文研究的重点。 众所周知，国内城域网建设正好没赶上ATM的辉煌时期，所以国内主要都是IP网络，正应了后来者优势，没有历史包袱。IP架构的IPDSLAM最早由国内产商港湾网络Hammer10000第一家通过入网测试和率先商用的设备，已经服务于各运营商，各国内产商相继推出各自的IPDSLAM产品。华为的SmartAXMA5300/5600,UT斯达康的系统AN2000B。阿尔卡特作为宽带接入行业的领导者，在IPDSLAM基础上推出了EPON/GPON＋VDSL，VDSL技术实现了从用户CPE到DSLAM传输以太网和IP包替代了ATM信元在双绞线上传输。本论文也将从IPDSLAM设计思想和主要业务组播（IGMP），三重播放，IPTV等做深入研究。