信息产业部电信研究院 刘册
摘要：数据业务的发展，使带宽的需求量不断增加，网络的接入部分逐渐成为瓶颈，制约着数据业务的发展。综合接入设备的出现从一定程度上缓解了网络带宽的压力。本文对综合接入设备的发展过程进行了阐述和分析，介绍了其中的关键技术和不同阶段的特点。
关键词：综合接入、DSL、MPLS、VPN
综合接入概念的引入
随着数据业务需求量的不断增长，以传统的MODERM接入带宽已经很难满足客户的要求，特别是一些集团大客户的要求。最初，电信运营商采用的解决方案是在程控交换机旁加装DSLAM（DSL局端设备），利用局端和用户端话音分离器将话音频带分离出来，得以实现在向客户提供宽带数据业务的同时，保障原有的话音业务亦不受影响，其组网方式如图1。
图1 传统数据接入组网方式示意
这种方案使用户的数据带宽得到了大幅度的增长，但同时也引入了新的问题：
1、随着大量设备的进入，机房的空间变的日益紧张；
2、原有的程控交换机和新进入的DSLAM，两套相互独立的网管系统增加了维护的工作量；
3、受到原有交换机型的限制，业务在某些地区不能对等实现。
如何解决这些问题，保障数据业务良好发展，最大限度的满足客户需求，成为传统电信运行商必须要面对的难题。最简单可行的办法莫过于将两种机制整合起来形成一个完整的系统同时为用户提供话音和数据业务--这就是综合接入设备的概念。
基于DSL方式的综合接入设备
综合接入设备并不是简单的将交换机和DSLAM叠加在一起；而是通过一种更为灵活的机制，根据客户的不同需要、网络环境的不同特性，将资源重新组合、分配的新型系统。它的优点还在于：是一个完整的系统，使用一套网管系统即可完成的资源和用户的管理，大大减轻了维护工作的压力。
一、技术特点：
1、局向接口（NNI，网络—网络接口）
综合接入设备的局向数据接口在传送承载层采用SDH的STM-N，其优点是——可实现与SDH传送网的无缝连接；在业务承载层采用ATM技术，保证了与原有DSLAM的互通兼容性，并且可以实现与具有ATM功能的路由器/三层交换机进行数据交换。其局向承载话音业务的端口采用E1接口，接口协议采用V5.1/V5.2协议，保证了和传统程控交换机的互通性。
2、用户接口（UNI，用户—网络接口）
综合接入设备的灵活性体现在用户接口。
a. 对不同技术的支持
从技术角度讲，它可以提供不同技术类型的用户接口板，在同一机箱空间内最大限度的满足不同用户的需求，这是传统的DSLAM所不能实现的。例如，对于要求稳定的实时数据带宽用户，可以考虑采用SHDSL接入方式；对于要求既提供话音业务又可以享受宽带数据业务的用户，可以考虑采用ADSL接入方式；对于线路环境比较恶略或距离局端较远的用户，可以考虑采用增强型DSL用户接口板；而对于最基本的只要求提供话音业务的用户，可以考虑采用POS接口板。这样的优越性不仅体现在对现有技术类型的灵活支持，也为新技术的快速引入预留了空间。
b. 不同业务开通互不干扰
新业务的开通往往是困扰电信运营商的一个两难抉择。一方面要考虑到发展新技术更好的满足客户需求，保持竞争优势；一方面又要考虑到如何将风险降低，并保证不会对现有业务造成影响。接入设备作为骨干网（或核心网）和用户（或用户驻地网）之间的桥梁，往往是新业务能否顺利开通的关键。众所周知，目前网络带宽的瓶颈在接入端，即UNI端，所以很多新技术往往是针对UNI的，也就是如何利用现有的铜线资源提供更大的传输带宽。而综合接入设备的特性刚好体现了这方面的优势。只要求承载新技术的用户接口板兼容原有的综合接入设备，这样简单的将具有新技术的用户板插入空余槽位，通过统一的网管平台进行设置（要将新技术的控制程序嵌入网管系统），配合具有新技术的用户端设备就可以保证新技术业务的开通，而且不会影响到现有业务的正常运行。也许会出现新的疑问——承载不同技术的线对如果处在同一线揽中，会不会造成串扰。这确实是一个值得进一步研究的课题。目前，通过实验室测试得到的数据表明，在相邻线对上传输ADSL和SHDSL信号未造成速率下降和丢包、误码的出现，这说明从技术角度讲，只要对信号功率加以适当的限制，应用是可行的。
二、组网方式
根据以上的技术特点，我们不难看出，综合接入设备在应用中具有极为灵活的组网方式。所以，能真正确定的只是它在网络中的位置。图2中给出了它一种较为简单的组网方式以作参考。
图2 基于DSL方式的综合接入设备组网方式示意
基于软交换的综合接入设备（IAD）
网络在不断发展，组网技术也随之更新，软交换概念的出现使IP承载话音业务成为可能，也进一步推动的IP网络的发展。IP技术由最初的局域网（用户驻地网）扩展到城域网，甚至于渗透到骨干网。NGN（下一代网络）倡导的组网方式是承载网和业务网分离。从某种意义上讲，无论其最终确立的分组交换形式是不是以IP包作为分组封装结构；但总之，在业务层面上使实现全IP化网络成为了可能。而作为衔接枢纽的接入设备也面临着技术上的变革，以适应网络发展的需求。
一、技术特点
虽然，作为综合接入设备，二者所处的网络位置相同，但它们的出发点却截然不同。前面介绍了，传统的综合接入设备是为了在满足话音业务的同时，提供更大的数据带宽；而基于软交换的综合接入设备所面临的问题是如何在提供数据业务的同时，保证话音业务的质量。明确了这一点，有助于我们认识基于软交换的综合接入设备的技术特点。
首先，从形式上看，基于软交换的综合接入设备要简化了许多。在NNI接口侧，类型可以是10/100Base-T接口、GE接口，随着技术的发展还会出现2.5G(2×GE)端口或者10GE端口。在UNI接口侧，类型上有10/100Base-T、GE接口、Z接口。它的优势在于数据业务在网络中有很好的通过性，而为了满足话音业务的质量就要求IAD具有一些相对复杂的机制。
为了保证端到端语音业务的实施，IAD必须具有以下的机制：
1、呼叫处理功能
首先，IAD在发送端要能识别出用户终端发出的双音多频信号，将其转化成相应的数字，封装在信令中，传给上级软交换设备；在接收端要能恢复成双音多频信号传给用户终端。其次，IAD要完成上级软交换设备下达的相关呼叫控制命令，如动态语音编解码算法调整，摘/挂机等各类事件的监测，产生并向用户终端发送各种信号音及铃流，释放已建立连接所占用的资源等。最后，IAD还要具有上报功能，向上级软交换设备上报资源状态、故障事件等。
2、媒体控制功能
这是一种对资源合理管理的机制，可以根据上级软交换设备的指令，对资源进行预留。可以根据资源状况（即，网络的忙闲情况），提供不同的编解码方式。当网络带宽资源不足时，可根据软交换的控制将高速编码算法转换成低速编码算法，实施流控，缓解网络压力；当网络带宽资源充足时，可以根据软交换的控制将低速编码算法转换成高速编码算法，提高话音质量。
3、语音处理功能
众所周知，IP网存在两个问题——时延大、有丢包。时延大会带来回声，少量丢包会带来话音质量下降，所以，在接收端IAD要具有回声抑制功能和产生舒缓背景杂音功能。另外，在IP网络中，分组可能会通过不同路径到达目的端，这样不可避免的造成端到端的时延不一致，即时延抖动，影响通话质量；所以在接收端还要设置接收缓冲区，尽可能消除时延抖动对话音质量的影响。而为了能提高带宽利用率，在发送端IAD要具备静音检测技术，并对静音进行压缩传输。
4、语音QoS管理功能
在语音处理功能中，提到了时延抖动对话音质量的影响，为了避免影响，在设计接收端缓冲区大小的时候就必须考虑到时延抖动的最差情况，而缓冲区加大，意味着端到端的时延增加，通信效率降低。所以要求IAD提供一种可以根据网络负载情况动态调整接收端缓冲区大小的机制，保证端到端的时延在网络当前条件下是最小的。另外，在IAD中适时的加入优先级机制，对不同业务标记不同优先级，为高等级业务预留相应带宽也是对业务质量的保证。还有，在IAD中加入业务质量检测机制，对低于设定门限值的，及时上报网管。
此外，为了保障模拟终端的顺利接入，IAD还要具有模拟用户电路功能，例如通过Z接口向用户终端馈电，实施过压保护、振铃控制、二/四线转换等。然而，如此复杂的机制，它的优势在哪里呢？通过软交换的机制使原来需要通过硬件设施实现的补充业务和增值业务，现在可以软件实现。这样大大缩短的新业务的开发和引入周期；同时也节约的成本，同时在对客户和业务的管理也更加灵活、方便，可谓一举数得。
二、组网方式
全IP网络的一个优势就是网络拓扑结构得到了很大的简化，图3给出的只是基于软交换的综合接入设备一种简化的组网方式示意图。
图3 基于软交换的综合接入设备组网方式示意
三、新技术的引入——MPLS技术
每种设备从诞生到应用再到进一步推广，期间都会考虑引入新的技术、良好的机制来保持竞争力，IAD也不例外。
MPLS（Multiprotocol Label Switching）多协议标签交换
MPLS是将二层交换和三层路由有机的结合在一起的数据传送技术，是基于标签交换分组的机制。它把路由选择和数据转发分开，由标签来规定一个分组通过网络的路径，实现了由面向无连接的IP业务到面向连接的标签交换的转变。在IP核心网中，这项技术已经得到广泛的认同。然而，要将这项技术引入IAD需要一个先决条件，就是IAD的上级软交换设备也必须支持MPLS。我们可以分析一下，引入MPLS会带来哪些益处。
工作机理：IAD要实现的功能类似于标签边缘路由器（LER）——完成在它的发送端为IP包加上标签，在接收端去除标签的任务；标签交换由标签交换路由器（LSR）完成。
1、流量工程的引入和QoS的提升
在传统的IP网络中，遵循最短路由选择IP包传输路径，而不判断网络资源的使用状况，这样很容易造成网络部分拥塞，部分闲置。而MPLS的流量工程包括：路径选择、负载均衡、路径备份、故障恢复、路径优先级等一系列机制；简单的说，网络中的每个LSR都拥有一个流量工程数据库，对网络链接特性和拓扑信息进行管理，根据这些数据库信息，LSR可以在源和目的之间建立一条或多条标签交换路径，对网络流量进行调度，以实现网络负载的均衡。
对于QoS的问题，在MPLS技术中，IAD（LER）负责对IP包进行业务分类，并将业务类型映射到LSR的服务质量等级上；由IAD和LSR共同完成的业务量控制和网络带宽的管理，对不同质量等级的业务分配不同数量、不同带宽的LSP，保证了不同业务拥有不同质量服务。
2、MPLS VPN
由于MPLS技术的核心是基于标签交换，通过标签交换路径完成数据包从源到目的的传送过程，它并不依赖于IP包头的目的地址。这样带来两个有利因素：
（一）更加容易的实现二层VPN；
（二）不受IP地址制约，使VPN内的IP地址有重复利用的可能，网络可以支持建立更多的VPN数。
3、实现端到端的标签交换
由此可见，通过引入MPLS技术，并没有增加IAD的技术复杂度，相反，许多工作在LSR端完成，使IAD本身得到简化，同时使网络在分组传送效率上得到提高，在功能上得到加强。更为重要的是，IAD具有MPLS功能后，可以实现端到端的标签交换，提高了网络效率。
所以，笔者认为将MPLS引入IAD将会使IAD有一个本质的飞跃。当然，对于技术细节还有很多值得我们推敲和探讨的。
发展趋势（总结）
从组网方式示意图可以清楚的看出，网络结构变的越来越简单。这是符合发展规律的，信息化的推动使网络本身不断延伸，只有简单的结构才能保证不断庞大的网络在拓扑上的清晰，才能使管理、维护的负担不至于随之不断加大，才能更好的保证端到端的业务质量。
好的技术设备需要和网络的发展步伐相吻合，目前传统电信运营商现有网络资源大部分还是以时分交换为基础的，更为重要的是在网络的接入段还存在大量的市话电缆资源，这样的现状使基于DSL方式的综合接入设备还存在很大的应用空间；但随着NGN的推进，基于软交换的综合接入设备将会逐渐显示出它低投入、新业务开发周期短、便于维护/管理的优势，从而在网络中发挥出更为重要的作用。
参考文献：
1、《基于软交换的综合接入设备技术要求》（送审稿）
2、石晶林等《MPLS宽带网络互联技术》出版社：人民邮电出版社
摘自 网络通信产品商贸网
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