VDSL挤身“最后一公里”

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　　提起以太网，人们一般都把它和5类线缆联系起来。现在的计算机局域网都采用以太网技术，按照当前流行的方式部署以太网，就意味着先要完成一个庞大的结构化布线工程。由于布线工程技术性较强，因此一般都要请专业的公司来完成，这使成本很高。

然而，发展相对成熟的电信业却能提供密集的电话线设施，能使这一突出问题通过另一种途径得以改观。电话线具有价廉(3类线)和布线方便等优势，即使重新布线，成本也很低。这样看来，如果利用现有的电话线实现以太网的部署，真是再好不过了。可是，带宽能满足需求吗？
　　
　　---- 一般应用以太网，用户终端的数据传输速率至少是10Mbps。由于交换机成本的降低，不少用户终端的速率已经达到100Mbps。其实，10Mbps的速率完全可以满足一般应用的需求。但是，对于社区用户、商业办公楼和宾馆来说，目前的宽带接入方案还不十分理想，这也就是人们常说的“最后一公里”问题。即使是企业网，由于现有的以太网技术要求采用5类或更高级的线缆进行布线，所以对一些特殊场所并不是很适合。例如，一些环境差的制造车间和特殊建筑等都不允许进行大规模布线。针对这些问题，人们把目光集中在长距离以太网解决方案上，这一方案的关键是采用VDSL技术。
　　
　　一、宽带接入面临挑战
　　
　　----目前，超过1Mbps的宽带接入有光纤、数据专线（DDN）、ADSL、以太网入户和Cable Modem等解决方案。但是，这些方案都具有一定的局限性。光纤和数据专线最大的缺点在于成本太高，因此一般很少有人采用；那么，ADSL、以太网和Cable Modem又如何呢？
　　
　　---- 1．ADSL
　　---- ADSL（Asymmetric Digital Subscribe Line，非对称数字环路）利用现有的电话线高速传送信息，但是上行速率和下行速率不一样。根据传输距离的不同，下行速率的范围为1.5Mbps～9Mbps，上行速率的范围为16Kbps～640Kbps。其传输距离最长可以达到6km。ADSL的缺点是非常复杂且功耗很大（大约每条线路需要5W）。
　　
　　---- 2．以太网
　　---- 以太网解决方案就是把10Mbps的以太网接口遍布整个建筑物内。此方案的最大优点是带宽稳定、可靠性高。由于以太网交换机的距离有限，所以每个楼层都需要多台以太网交换机。要实现以太网解决方案，必须在整个建筑内实现5类布线系统。对于许多已经建成的宾馆、具有历史纪念意义的房屋以及一些具有特殊要求的生产场地，不宜进行5类布线，所以该解决方案经常显现出很大的局限性。此外，5类布线的成本较高。
　　
　　---- 3．Cable Modem
　　---- Cable Modem解决方案的主要思想是利用现有的有线电视线缆传输数字信号。Cable Modem在对称传输情况下的带宽最高可以达到10Mbps，在非对称传输情况下其下行速率最高为41.7Mbps。但是，Cable Modem的传输机制是共享带宽的，因此无法保障对用户的带宽和服务质量，这同时也使安全性较差。此外，其线缆铺设的成本较高。
　　---- 由于以上方案存在的不足，基于VDSL的长距离以太网越来越受到重视。
　　二、VDSL揭秘
　　---- VDSL（Very high data rate Digital Subscribe Line，甚高数据速率数字环线）是DSL家族中速率最高的接入方式。其下行速率见附表。
　　　
　　笔者曾专门采访过业界知名的专家——德国Infineon公司首席科学家Boaz Porat博士，他是经典教材《数字信号处理教程》一书的作者，曾荣获IEEE千年奖章。Porat博士就VDSL特别强调了QAM技术的优越性。在实现VDSL方面，主要有QAM和DMT这两种技术。它们具有相似的性能，但是DMT更加复杂，相对简单的QAM VDSL芯片则具有很高的集成度、低功耗和低成本等特点，所以QAM技术具有较好的性价比，一般厂商在VDSL产品方面大都选择了QAM技术。
　　
　　---- Cisco系统公司产品技术经理陶欣认为，VDSL具有巨大优势，在某些场合只有采用VDSL技术才能解决宽带接入问题。与其他常见的宽带接入方式相比较，VDSL的优势是很明显的。首先是速率方面，ADSL一般实际可达1Mbps左右，而VDSL实际可达15Mbps以上，这比ADSL快10倍以上；其次，在实现成本方面，VDSL只利用现有的电话线即可，免除了5类布线，并且如果采用以太网入户，不管用户是否使用都需要预先布线，一次性投资很高，但采用VDSL则没有这一问题; 第三，在传输信息的兼容性方面，可以实现和原有的电话线、ISDN甚至ADSL公用同一对电话线，真正实现“三网合一”的理想；还有，VDSL具有良好的传输质量，可以实现视频会议和视频点播等，并实现高清晰度的电视广播，后者是ADSL无法实现的。
　　
　　三、长距离以太网解决方案
　　
　　---- 由于基于VDSL技术的长距离以太网具有许多优势，所以许多电信公司和网络公司纷纷看好这一技术，并推出了相应的解决方案和产品，其中包括Cisco、Extreme、Alcatel、Nortel、Lucent和Infineon等公司。下面介绍2个比较有代表性的解决方案。
　　---- 1．Cisco的解决方案
　　---- Cisco推行的是LRE技术解决方案，它包括该公司的Catalyst 2900系列LRE XL交换机、575 LRE用户端设备（CPE，Customer Premise Equipment）和LRE 48 POTS分路器（Slipper）。除了高速接入外，LRE解决方案能够提供包括IP电话、视频点播和交互游戏在内的下一代服务，这些对企业和消费者颇具吸引力。Cisco还推出了一种建筑物宽带服务管理器（BBSM），它提供服务选择、认证、计费、结算和带宽限制等服务提供商特别关心的功能（见图1）。
　　　
　　图1 LRE以太网解决方案
　　---- Catalyst 2900系列LRE XL交换机是在Catalyst 2900系列XL交换机的基础上开发的，保留了后者全部的企业级应用特点。其中Catalyst 2924 LRE XL具有24个长距离以太网端口，Catalyst 2912 LRE XL具有12个长距离以太网端口，它们都具有4个10/100Mbps自适应以太网端口。由于Catalyst 2900系列LRE XL集成了长距离以太网技术，因此不需要外部的Modem池，结构紧凑，是一个高密度解决方案。
　　
　　---- Catalyst 2900系列LRE XL所提供的长距离以太网端口即连接普通电话机所用的RJ21接口，因此适合各种场合。该交换机所提供的以太网端口（也就是RJ45接口），可用于连接服务器或链接多个长距离以太网交换机，也可用于上连到Catalyst 3500 XL等第三层交换机。
　　
　　---- 在图1中，每个长距离以太网端口都有一台575 LRE用户端设备（CPE）。该设备提供1个RJ45接口和2个RJ21接口。RJ45接口用于连接计算机，2个RJ21接口分别用于连接网络和电话线。通过575 LRE，实现了以太网卡和长距离以太网的互联。
　　
　　---- LRE 48 POTS分路器的作用是把数据的信号和语音信号分离开，分别传输给以太网交换机和用户的语音交换机（PBX）。该设备有6个RJ21接口，其中2个用于电话网配线架到分路器的连接，2个连接PBX，2个连接Catalyst 2900系列LRE XL交换机。该设备的总容量为48端口，可连接2台长距离以太网交换机。
　　
　　---- LRE以太网解决方案在几个方面的特点简述如下。
　　
　　性能 Catalyst 2900系列LRE XL交换机的背板交换速率为3Mpps，可以用普通电话线提供最高达15Mbps的带宽，2个以太网口可以联合使用，提供200Mbps带宽。这使该设备能很好地实现多播和广播等功能。在每个端口上实现双优先级转发队列的策略，保证数据、语音和视频的传输。
　　易用性 对Catalyst 2900系列LRE XL交换机、575 LRE CPE和LRE 48 POTS分路器均可实行远程管理，可以在每个Catalyst 2900系列LRE XL交换机端口上对575 LRE CPE实现自动配置。
　　可管理性 提供基于Web的管理界面，支持SNMP标准管理协议，可以通过CiscoWork2000网络管理软件进行管理，支持全部9组RMON管理和监测。
　　流量管理和虚拟局域网 通过Cisco组管理协议，可以使交换机有效地进行多播和广播传送信息，减少网络信息流量。在任何端口可以根据IEEE 802.1Q标准实现虚拟局域网，避免网络风暴。
　　安全性 采用Cisco快速上联技术以保证迅速的故障恢复，提高稳定性和可靠性。支持TACACS+认证功能，采取多种安全措施防止非授权用户改变交换机的配置。
　　---- 2．Infineon的解决方案
　　---- Infineon公司针对长距离以太网，提出了10BaseS解决方案。该解决方案采用最新的编码和信号调制技术把以太网信号和电话信号结合起来。Infineon公司作为一个芯片厂商，主要提供芯片和板卡产品，包括PEF 22811、PEF 22810和PEF 22822等系列芯片。它们组成10BaseS解决方案的物理层。这些芯片和有关器件装在一个板卡上面（见图2）。
　　　
　　图2 10BaseS物理层
　　---- 10BaseS物理层由4部分组成：（1）数据格式转换，通过PEF22822芯片完成。该芯片支持以太网的通用接口，可以与一般的以太网物理层芯片或支持标准接口的以太网交换芯片连接。该芯片产生基于QAM的VDSL数字信号，完成以太网与VDSL数据帧格式的相互转换，实现以太网通过VDSL技术在双绞线上延伸；（2）调制和解调，通过FEB 22811芯片完成，该芯片负责VDSL信号的调制和解调；（3）信号放大，通过FEB 22810芯片完成。该芯片增强信号使其可以在普通线路上传输。上述3个芯片组成10BaseS 芯片组; （4）过滤器、混合器和分路器。过滤器可以提高通信质量，混合器实现2线和4线的转换，分路器区分上行和下行信号。
　　---- 10BaseS基本解决方案见图3。在局端或网络中心，以太网交换机通过10BaseS物理层设备，利用VDSL技术，使得信号可以在电话线上传输；在用户终端，又通过10BaseS物理层设备把VDSL信号转换成以太网信号。因此，基本的10BaseS系统提供点到点的传送机制，它通过现有的电话线实现了传送均衡的、全双工10Mbps速率的数据。
　　

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