对有线宽带网的家庭网络系统研究

对有线宽带网的家庭网络系统研究

赵丙强

广东达安项目管理股份有限公司

摘要：进入到21世纪后，网络信息技术在人们的生活、学习和工作领域的使用愈加普遍。随着知识经济时代的到来，人们的生活方式也产生了莫大的变化，社会逐步走向宽带生活和各种网上生活的时代。目前，各种远程教育以及娱乐购物都逐步通过家庭有线宽带来实现，人们对宽带的需求也在不断增加。宽带的应用成为了当今社会的热点话题，不断方便人们的生活。本文主要对家庭网络的接入技术进行系统研究。

关键词：有线宽带；家庭网络；研究

家庭网络不仅是一般意义上的家庭局域网,它是在家庭范围内(可扩展至邻居、小区)将CP、家电、安全系统、照明系统和广域网相连接的一种新技术。家庭网络系统在功能上由三部分构成:①高速A/v网络即娱乐网络;②数据通信网;③控制网络。前两个部分的功能和组成已为大家所熟悉,而家庭的控制网络则是用现场总线和嵌入式控制等技术对家庭中的网络家电、安防系统、三表等进行联网，使之能被远程监控和远程读数。

一基于双绞线的ADSL技术

ADSL（非对称数字线路）是在普通电话线上传输高速数字信号的技术。虽然传统的Modem也是使用电话线传输的，但只使用了0K-4KHz的低频段，而电话线理论上有接近2MHz的带宽，ADSL正是使用了26KHz以后的高频带才能提供高速的数据传输。经ADSL调制解调器编码后的信号通过电话线传到电信局后，通过ADSL交换机的信号识别/分离器，如果是语音信号就传到电话交换机上，如果是数字信号就接入Internet。当电话线两端连接ADSL调制解调器时，在这段电话线上便产生了三个信息通道：一个速率为1.5Mbps-9Mbps的高速下行通道，用于用户下载信息；一个速率为16Kbps-1Mbps的中速双工通道，用于ADSL控制信号的传输和上行的信息；一个普通的电话服务通道；这三个通道可以同时工作。相对于ISDN技术，ADSL可以满足各种话音、数据业务的需求，提供了非常高的传输速度，因此被称作超级一线通。非对称数字用户线系统（ADSL）是充分利用现有电话网络的双绞线资源，实现高速、高带宽的数据接入的一种技术。

ADSL的接入模型主要由中央交换局端模块和远端模块组成，中央交换局端模块包括中心ADSLModem和接入多路复用系统DSLAM,远端模块由用户ADSLModem和滤波器组成。ADSL能够向终端用户提供8Mbps的下行传输速率和1Mbps的上行速率，比传统的28.8Kbps模拟调制解调器将近快200倍，与电缆调制解调器（CableModem）相比，ADSL具有独特的优势是：它独享带宽，而电缆调制解调器则要求一个系统内的众多用户分享同一带宽。当用户数量增加时候，上网的速度就会降低，这点是用户不希望看到的。更重要的是，在我国，农村家庭的电话普及率要高于有线电视的普及率，所以ADSL上网方式在农村得到广泛的应用。基于HFC网的CableModem技术：电缆调制解调器又名线缆调制解调器，英文名称CableModem，它是近几年随着网络应用的扩大而发展起来的，主要用于有线电视网进行数据传输。在中国，已有广东、深圳、

南京等省市开通了CableModem接入。它是电信公司xDSL技术最大的竞争对手。在未来，电信公司阵营鼎力发展的基于传统电话网络的xDSL接入技术与广电系统有线电视厂商极力推广的CableModem技术将在接入网市场（特别是高速Internet接入市场）展开激烈的竞争。在中国，广电部门在有线电视（CATV）网上开发的宽带接入技术已经成熟并进入市场。CATV网的覆盖范围广，入网户数多（据统计，1999年1月全国范围的有线电视用户已超过一亿）；网络频谱范围宽，起点高，大多数新建的CATV网都采用光纤同轴混合网络（HFC网），使用550MHZ以上频宽的邻频传输系统，极适合提供宽带功能业务。电缆调制解调器（CableModem）技术就是基于CATV（HFC）网的网络接入技术。

二CableModem技术原理

有线电视公司一般从42MHZ～750MHZ之间电视频道中分离出一条6MHZ的信道用于下行传送数据。通常下行数据采用64QAM（正交调幅）调制方式，最高速率可达27Mbps如果采用256QAM，最高速率可达36Mbps。上行数据一般通过5～42MHZ之间的一段频谱进行传送，为了有效抑制上行噪音积累，一般选用QPSK调制，QPSK比64QAM更适合噪音环境，但速率较低。上行速率最高可达10Mbps。CableModem本身不单纯是调制解调器，它集MODEM、调谐器、加/解密设备、桥接器、网络接口卡、SNMP代理和以太

网集线器的功能于一身。它无须拨号上网，不占用电话线，可永久连接。服务商的设备同用户的Modem之间建立了一个VLAN（虚拟专网）连接，大多数的Modem提供一个标准的10BaseT以太网接口同用户的PC设备或局域网集线器相联。CableModem的通信和普通Modem一样，是数据信号在模拟信道上交互传输的过程，但也存在差异，普通Modem的传输介质在用户与访问服务器之间是独立的，即用户独享传输介质，而CableModem的传输介质是HFC网，将数据信号调制到某个传输带宽与有线电视信号共享介质；另外，CableModem的结构较普通Modem复杂，它由调制解调器、调谐器、加/解密模块、桥接器、网络接口卡、

以太网集线器等组成，它无须拨号上网，不占用电话线，可提供随时在线连接的全天候服务。与ADSL不同，HFC的据通信系统CableModem不依托ATM技术，而直接依靠IP技术，所以很容易开展基于IP的业务。通过CableModem系统，用户可以在有线电视网络内实现国际互联网访问、IP电话、视频会议、视频点播、远程教育、网络游戏等功能。此外，电缆调制解调器也没有ADSL技术的严格距离限制。采用CableModem在有线电视网上建立数据平台，已成为有线电视事业发展的必然趋势。

三以太网接入技术

在局域网中的计算机，通过本地IP网关（路由器）可直接与Internet连接，成为Internet上的一台主机，通过局域网网关接入Internet。计算机接入Internet前，需要由局域网的网络管理员分配一个固定的IP地址，也就是在网上唯一的IP地址。根据局域网VLAN的划分情况，还要知道网关的地址以及DNS服务器的IP地址。为防止网络黑客的恶意攻击，局域网的边缘设有防火墙，可根据不同的策略阻挡不正常的数据包。通过网关接入Internet后，因为本机的IP地址是暴露整个网络中的，容易引起各种各样的网络攻击。所以，许多局域网的管理员使用NAT（网络地址转换）技术，进行本地网的地址转换，即在Internet上本机真实的IP地址被隐蔽起来。经过隐蔽的IP地址就不能收到来自Internet的直接攻击。这种方式适用于带有服务器的局域网，例如某个网吧，企业，校园等。往往不适合于家庭上网。

四GPON接入

接入网络还需要考虑从现实的GPON到未来的10Gbit/sGPON的演进。当前关于GPON的后续发展由FSAN在研究，分为NG-PON1和NG-PON2两个阶段，如图2所示。NG-PON1在兼容现有ODN的基础上，通过扩展GPON标准过渡到NG-PON，并有下行10Gbit/s/上行2.5Gbit/s不对称的XG-PON1和上下行对称10Gbit/s的XG-PON2两个主要备选架构；NG-PON2则不受现有的GPON标准和光分配网络限制，是全新光网络的长期演讲方案，WDM-PON就属于NG-PON2范畴。就当前业界进展来看，2.5Gbit/s上行成为一个经济可行的方案，目前业界领先厂商已有原型机发布；上行对称10Gbit/s架构由于技术和成本的限制（如10Gbit/s突发模式接收机），规模商用还需要较长时间的发展；WDM-PON方案必须实现终端无色化（即终端在任一个MUX/DEMUX端口上都能正常工作，无需配置，自动适应波长的变化），这样才能满足低仓储、低运维、即插即用的低成本运营要求，而这一点短期内还看不到改善的可能性

结束语

综合来看，GPON技术具备了高带宽、远距离、高分支比和全业务接入的综合优势，能够充分发挥光纤接入网络的优势，是当前光纤接入网络的优选技术。短期来看，下行10Gbit/s、上行2.5Gbit/s的10Gbit/sGPON有可能是最先实现的NGPON技术，而10Gbit/s对称带宽的NG-PON技术和WDMPON还有更多的问题需要克服。在光接入网络大容量、少局所的发展趋势下，网络层次将进一步简化，网络成本进一步优化，接入网有可能发展成为新一代的业务控制点。采用10Gbit/s平台，拥有Tbit/s容量将是一个基本需求，而更高处理能力、更高分支比的平台则更能体现综合成本优势，也将是光接入技术发展的趋势。

参考文献

[1]潘爱民.-《计算机网络》，基层建设，2015（05）

[2]陈东升---《现代通信接入网技术及标准规范手册》.电子2016（12）

[3]谷红勋---《互联网接入基础与技术》---电子通信.2015(08)