融合接入(精选7篇)
融合接入 篇1
0 引言
互联网经过近30年的持续发展,深刻改变了电信产业的技术演进和商业模式,运营商在电信价值链中的地位显著降低[1]。为了应对以微信为代表的OTT(over-the-top)业务冲击,逐渐走出“量收剪刀差”困境,运营商要求进行固移融合,以从架构上降低网络成本[2]。在网络层面的固移融合中,以接入域固移融合最为迫切,其目标是在一个平台接入固宽、移动回传/前传等全业务[3]。作为固宽接入的最主要技术,业界期望PON(无源光网络)成为全业务接入的技术方案。但由于不同业务对质量要求差异极大(比如家庭接入对成本敏感,移动回传重视生存性和时延,商业专线要求大带宽),在全业务场景下取得性能与成本的最佳权衡极为困难。尽管业界广泛研究了基于PON的固移融合[4],但迄今没有形成可行的解决方案[5]。
NFV(网络功能虚拟化)是近年来网络研究的热点,其在通用硬件平台上倚重软件实现各种网络功能[6]。本文提出一种固移融合接入网架构,基于NFV实现固移处理资源融合,利用WDM(波分复用)的带宽、距离和生存性优势实现高质量传输;基于PON实现低成本、灵活的全业务接入部署。该架构的提出有利于全业务运营商开展深层次的网络固移融合,不再只是局限于浅层次的“套餐”类固移业务绑定。
1 全业务运营商的接入网困境
随着监管政策的改变,中国电信、中国移动和中国联通均已成为全业务运营商。智能终端的兴起和发展使得用户终端已经固、移融合,用户可以根据需要自主、实时、动态地选择固定或移动通信方式连接到运营商网络。相应地,运营商推出的各种“套餐”业务,无不是将固、移业务绑定在一起。但是由于网络依然处于固、移相互独立的状态,如图1所示,运营商无法以最有效的方式实现固移融合,固、移独立建网使得运营商的网络成本居高不下,且直接影响到用户的业务体验。
固宽接入和移动回传对传输质量的要求是不同的,由于基站切换、协同等诸多要求,移动回传网对于频率和相位(时间)同步有着严苛要求。以LTE-TDD(长期演进-时分双工)制式为例,频率和时间同步要求分别是50×10-9和3μs。GPON(吉比特无源光网络)采用G.984.3Amd.2,EPON(以太网无源光网络)采用IEEE 802.1as,业界基本认同PON能够满足移动回传的同步要求[7]。但固宽接入重视成本,实际部署中极少考虑生存性,移动回传则非常强调网络鲁棒性,固、移要求仍很难真正调和统一。
在向4G、5G的演进中,移动通信将更加依赖C-RAN(集中化无线接入网)的部署方式。移动前传是C-RAN关键技术之一,要求带宽大、时延低,但由于目前尚缺乏有效的解决方案,因此普遍采用不太合理的暗光纤方式。随着移动通信速率的进一步提升,前传的带宽需求将迅速超过10 Gbit/s,PON更难满足其要求。
为了谋求PON在提供固宽家庭接入的同时,具备移动前传、移动回传和企业专线等服务能力,PON必须在传输距离、生存性和速率等方面提升性能,因此RSOA(半导体光放大器)、EDC(电色散补偿)、OFDM(正交频分复用)、PAM4(4阶脉冲幅度调制)等复杂技术纷纷被引入PON研究中,甚至还包括极其复杂的相干光接收[8]。可见,PON的性能提升,无不是以牺牲PON的简单、低成本优势为代价,是否定PON的立身之本。
由于固定、移动宽带客观上存在各自的特点,在成本、传输距离、带宽需求、生存性和OAM(操作、管理、维护)能力等方面有较大差异,如果无视这些差异企图利用PON实现强行融合,必将导致PON技术日益复杂(如色散补偿、复杂调制格式和相干接收等),成本不断上升。
虽然运营商迫切要求进行固移接入融合,但必须在充分考虑固、移差异的基础上综合平衡才能实现有效的固移融合接入网。ITU-T(国际电信联盟-电信组织)目前正在开展由中国联通提出的G.metro标准化工作,研究作为移动、专线和固宽统一接入的全业务平台[9]。本文在充分发挥PON技术和成本优势的同时,在CO(中心局)基于NFV实现固移处理资源的融合共享,并引入WDM环路平衡固、移的传输质量要求,提出一种可行的固移融合接入网架构,帮助全业务运营商摆脱现有的接入网困境。
2 固移融合接入网架构
NFV由ETSI(欧洲电信标准协会)提出并规范,旨在尽可能采用通用硬件作为网络硬件平台,功能尽量由软件实现,从而消除功能对硬件的依赖,使得网络可虚拟化,最终促使网络建维成本大幅降低,并使网络功能可动态适应不断出现的新业务要求。
NFV为固移网络融合创造了有利条件,能够在一个通用硬件平台上形成同时满足固、移需求的功能系统。因此,对于接入网而言,可以借助NFV技术实现固移接入的融合,AT&T与ON.Lab等共同推进的项目CORD(中心局的数据中心化重构)就是基于上述思路。
图2所示为本文提出的适合于全业务运营商的固移融合接入网架构,主要包括3个部分:CO、WDM环路和PON接入。该架构改变了现有固宽接入和移动宽带接入分离的局面,采用NFV技术实现固、移处理资源的融合共享,采用WDM环路和PON的结合来平衡固、移的接入性能差异。
固宽家庭用户、企业用户、基站、RRU(远端射频单元)注:v OLT表示虚拟OLT(光线路终端),以此类推;ONU为光网络单元。
当前,大容量、少局所是CO的部署趋势。根据美国运营商Verizon的调研结论[10],30~40km是各种因素权衡下CO的最佳覆盖范围。本架构中,由于采用WDM环路与PON结合,可以在依然使用简单、低成本PON的基础上满足上述CO覆盖范围的要求,将复杂处理功能集中到少量CO节点。同时,基于NFV技术在通用硬件平台(交换机、服务器和存储器等)上以虚拟化方式实现OLT、CPE(客户终端设备)、PE(运营商路由器)、BBU(室内基带单元)和BAS(宽带接入服务器)等功能,不仅能通过CO内固、移处理资源的共享来降低硬件平台成本,还能促进新业务的快速开发和部署,并利于通过固移协同来提升用户体验。
WDM环路可根据传输容量和距离选择密集波分复用或粗波分复用技术。环形拓扑利于根据需要进行光路保护,提高相应的生存性能。由于采用WDM技术,可根据接入域环路传输距离有限或速率较低等应用要求进行必要的功能简化(相对于长途、城域的WDM技术),WDM环路可以低成本地实现高可靠、高质量和大容量的传输。
环路远端单元的支路板卡有两种。一种具备基本的PON功能,比如PHY(物理层)功能(如突发接收等),其他复杂功能可被集中到CO以vOLT方式实现。CPE的复杂功能亦被集中到CO以vCPE方式实现,利于运营商流量经营和新业务的部署。
C-RAN架构中的RRU可以通过ONU接入,从而实现移动前传;非C-RAN架构的基站也可以通过ONU接入,从而实现移动回传。C-RAN架构的BBU在CO中以vBBU的方式实现。需要指出的是,由于速率大幅提升,5G的C-RAN前传带宽要求增长近百倍,可通过改变现有CPRI(通用公共无线接口)位置(Split-PHY方案)来减轻对PON的带宽压力[11]。
环路远端单元的另一种支路板卡无需PON功能,其可根据带宽、位置等实际应用需要直接接入固宽的大客户、移动的RRU或基站。
该架构充分发挥PON低成本、多址接入的优势,且并不因传输距离和容量的高要求而在色散补偿、器件性能、波长可调、调制格式和DSP(数字信号处理)等方面引起PON技术复杂化,从而保持了PON的简单和廉价。
3 结束语
为了满足固定和移动用户带宽需求的持续提升,WDM逐渐被应用到网络边缘。当前,运营商不仅陷入互联网导致的量收剪刀差困境,而且面临着全业务竞争挑战,网络建设受到NFV等新理念的冲击。本文针对全业务运营商的发展需求,提出一种固移融合接入网架构,基于NFV实现固移处理资源的共享,基于WDM环路和PON的结合平衡固、移接入差异,较好地满足了接入域的简单、低成本要求。
摘要:运营商迫切需要通过网络固移融合化解全业务竞争压力,而为应对成本、带宽和生存性等接入域固移融合的挑战,中国联通在ITU-T(国际电信联盟-电信组织)推动了G.metro建议。针对G.metro需求,文章提出了一种固移融合接入网架构,基于NFV(网络功能虚拟化)实现固移处理资源共享,基于波分复用环路和PON(无源光网络)的结合平衡固、移接入差异,以满足接入域简单和低成本的要求。
关键词:波分复用,接入,固移融合,网络功能虚拟化
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三网融合综合接入方案设计 篇2
【本文献信息】黄钰.三网融合综合接入方案设计[J].电视技术, 2012, 36 (2) .
三网融合是指电信网、计算机网和有线电视网三大网络通过技术改造, 能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务[1,2,3,4]。三网融合是一种广义的、社会化的说法, 在现阶段它是指在信息传递中, 把广播传输中的点对面, 通信传输中的点对点, 计算机中的存储时移融合在一起, 更好地为人类服务, 并不意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一, 而主要是指高层业务应用的融合。三网融合后, 用户可用电视遥控器打电话, 在手机上看电视剧, 随需选择网络和终端, 只要拉一条线、或无线接入即完成通信、电视、上网等。
1 三网融合将统一于IP
三网融合的中心应该是IP网, 而不是广播电视网和电信网。下一代网络 (NGN) 将基于统一的IP分组网, 提供各种融合的业务。通信网络规划与建设已经进入下一代网络时代的同时, 接入技术本身也有综合化的发展态势, 并正向更高带宽、更加分组化、更加多媒体化的多样化业务提供的方向发展。NGN综合接入网正是全面满足和适应这种发展进程的产物。
三网融合的难点主要是接入技术。接入网是指骨干网到用户终端之间的所有设备。由于骨干网一般采用光纤结构, 传输速度快, 因此接入网便成为了整个网络系统的瓶颈。现阶段, 接入网的接入方式主要包括无线接入、基于双绞线的XDSL (数字用户环路) 、光纤同轴电缆 (有线电视电缆) 混合接入等方式。作者设计了三网融合综合接入的网络架构框架, 如图1所示。该架构以互联网为核心网, 可以支持多种接入方式:有线电视网络接入, GPRS接入, 以及固定ADSL接入方式。该架构保证了各种用户和终端的接入。下面的章节, 作者将进一步阐释各种接入方案。
2 有线电视接入方式
现基于有线电视的HFC网络, 如图1所示, 采用Cable Modem技术提出三网融合的实现方案。有线电视网最大优点就在于光纤和电缆传输, 带宽可达1 GHz。通过Cable Modem可为用户提供打电话、视频点播 (VOD) 、模拟和数字电视、计算机宽带网接入等多功能业务服务。
如图2所示, 这是一个利用有线电视网作为接入网的具体架构图。为了更清楚地阐释其系统结构, 把它分成前端机房区、网络链路区和终端用户区3部分。图中用实线表示上行信号通道, 虚线表示下行信号通道。
2.1 前端机房区
前端机房区主要包括了合成器和分离器这两个功能模块, 该区的作用是混合两种网络信号之后向下行方向传输, 同时将实时回传来的信号上行发送回到网络去寻求响应。首先在上行方向, 分离器的右侧是由光接收机传送来的一路信号 (即一股线) , 左侧分离成两路信号 (两股线) 。一路信号发给CATV前端设备;另一路信号经过线缆调制解调器终端系统 (CMTS) 、本地交换机和路由器发送到Internet网络。CMTS用来将用户和前端的服务器或者是访问Internet的路由器联接起来, CMTS系统包括调制器、解调器、上变频器、网络接口、TDMA和系统控制器等。这里的交换机连接了来自两种不同网络的信息, 同时连接了如网管服务器、CMTS管理机、TOD服务器、DHCP服务器等网络支撑设备。同理, 前端机房区的信号下行方向是上行的逆过程。合成器的左侧有两路信号, 右侧合成为一路信号传向光发射机。一路信号是由卫星通信终端设备和本地视频服务器所发出的, 其中包括了若干个频道电视节目以及VOD信号;另外一路信号是由Internet经过网络路由器、本地交换机和CMTS到合成器前。
2.2 网络链路区
HFC网络在干线部分采用了光纤技术进行数据传送, 在信号下行方向应用64QAM调制以及频率搬移将多路信号调制到一路光信号上。该路光信号由光发射机将其发出, 通过光纤传送到光节点设备 (Fiber Node) 。光节点包括1个光接收机和1个光发射机。它实际上是光电、电光转换的转换点, 具有双向传输功能。光节点设备接收下行光信号, 进行光电转换并将这种电信号放大, 然后电信号经同轴电缆传给各个用户;在上行方面, 光节点接收到同轴电缆支路送来的上行信号, 进行电光转换后, 将电信号发往上行光接收机。
2.3 终端用户区
在终端用户区, 可以看到在下行方面, 电缆入户之后, 经过分支分配器将信号分成了两路分路, 一路直接连接电视机, 另一路连接到Cable Modem, 接着由Cable Modem再将信号分成两路, 一路连接电话机, 另一路连接交换机或电脑。同理, 用户的上行信号从计算机经电缆调制解调器、光节点机、光传输网络、光接收机送到服务器;另一路回传电视信号可以实现可视电话、视频会议和家庭防盗报警等功能。从而实现了3类设备的通信链路的融合。这样带有交换功能的HFC就能向用户提供双向交换服务。
2.4 有线电视网作为接入网的优势
有线电视网作为接入网具有其优势。
第一, 电信入户的双绞线带宽只有5 000 Hz, 而有线电视入户采用的是同轴电缆, 其带宽很容易做到1 000MHz, 目前传输网大多数己是750 MHz了, 就现在的带宽需求来说, 有线电视的“最后一公里”是畅通的。
第二, 就目前应用情况来看, 国内部分城市已经使用有线电视Cable Modem接入方式, 有线电视接入技术在不断发展和完善, 况且Cable方式有着良好的光缆基础, 应该看到它的美好前景和技术发展空间, 其将来对于最终的光纤入户也可能作出贡献。
3 移动GPRS接入方式
图1所示综合接入方案架构图中, 在GPRS接入中, 关键节点有两个:一个为网关GSN (Gateway GSN, GGSN) , GGSN称为GPRS路由器, 它是GPRS网络与外网的分界线, 对内负责Gn网络的传输, 对外是一台因特网路由器;另一个是策略决策功能模块 (Policy Decision Function, PDF) , PDF实现在承载层中的本地策略控制。这里的P-CSCF可作为一个用户代理, 和PDF交互, 授权承载资源并进行Qo S管理。
IP承载网络与GPRS接入网络相互独立, 但这两层的完全独立是不可能的, 这是因为如果没有控制层面和用户层面的交互, 运营商就不能控制服务质量 (Qo S) 以及媒体什么时候开始和结束[5]。因此, 需要在会话层和传输承载层间建立一套交互机制来授权和控制承载通道的使用。下面将具体介绍在GPRS接入过程中这种会话层和承载层的策略控制机制。
在GPRS接入中, 具体的接入方式采用基于业务的本地策略控制 (Service Based Local Policy, SBLP) , SBLP通过授权令牌的绑定机制实现将承载授权请求与业务信息之间的绑定。授权令牌是在一个接入点中所有PDP上下文中唯一的标识符, 它包括两方面的信息:用于标识会话的ID和PDF的地址。SBLP提供在“尽力服务”以外更好的Qo S支持, 之后计费关联也作为一种额外的能力被加入进来。IP核心网的特点是控制层和用户层的分离, 会话管理实体 (P-CSCF) 并不了解IP连接实体 (GGSN等) 的业务流量, 而IP连接实体也不了解用户端的会话状态, 这就需要PDF和GGSN来实现计费信息的交互。使用计费标志符 (ICID) 和GPRS的计费标志符 (GCID) 的交换可以实现IP网络和GPRS之间的计费关联。这些计费标识符在承载通道授权的过程中被交换。ICID标识符在授权决定消息中被传送给GGSN, 而GCID则作为授权报告消息的一部分被传送给PDF。图3所示为GPRS接入方式中的策略控制机制。
如图3所示, 通过GPRS接入核心网操作过程, 分成两个不同的阶段:Qo S资源授权和Qo S资源预留。
步骤1, Qo S资源的授权:1) 主叫用户向P-CSCF发送信令, 建立呼叫请求。2) P-CSCF向PDF转发相关的SDP信息 (包括流标识符、数据速率、会话的发起者) 进行授权认证。P-CSCF从PDF处获得一个授权令牌 (Token) 以标示会话。PDF对IP多媒体数据流进行授权并记录, 并通过Go接口传送到策略执行点GGSN, 此时Qo S资源授权已经完成。
步骤2, Qo S资源的预留:1) 用户进行激活或更改承载资源时, 发送PDP上下文激活或更改请求到GGSN。2) GGSN收到该请求后, 向PDF申请授权信息。GGSN构建一个门来控制进入和出去的通信流, 由PDF根据绑定信息和存储的授权信息来决定什么时候打开这个门。当这个门打开的时候, GGSN允许通信流通过这个GGSN。门的打开可以作为来自GGSN的初始授权请求的一个应答来发送, 或者作为一个独立的决定来发送。通过独立的决定, 运营商能够确保用户层的资源不会在会话被最终接收前被使用。
GPRS接入方式中, 允许建立的多媒体会话包含一些不同类型的媒体成分, 例如音频和视频。任何参与方可能在一个进行的会话中加入或者结束一个媒体成分。所有的媒体成分针对计费目的应该是可单独被标识的, 并且必须能够对会话中的每个媒体成分单独计费。然而GGSN只能够为一个PDP上下文建立一个GGSN呼叫详细记录 (CDR) 。因此, 不可能在同一个PDP上下文中分离不同媒体成分 (视频和音频) 的通信量。由于当前计费数据生成和关联的模型不允许在同一个PDP上下文中有多个媒体成分, 因此必须迫使用户去为每个不同的媒体成分打开一个PDP上下文。
4 固定ADSL接入方式
基于传统电信网的固定接入主要采用的是非对称数字用户环路 (Asymmetrical Digital Subscriber Loop, AD-SL) 技术。ADSL以普通电话线作为传输媒质, 由于采用了全新的数字调制解调技术, 可以传送比Modem和ISDN带宽高得多的宽带技术。
如图1所示, 在固定接入方式中, 基于传统电信网的有网络附着子系统 (NASS) 和资源接纳控制子系统 (RACS) 这两个子系统有效地实现业务控制与传送功能相分离, 向下感知传送网络的资源使用情况, 并为上层应用提供接口。通过接纳和资源控制, 确保正确合理地使用传送网络资源, 从而保证业务的服务质量, 并防止带宽和业务被盗用的现象发生。在用户UE的正常接入流程中, 首先由NASS完成对用户的鉴权和IP地址分配, 并在CLF处登记UE所分配的IP地址、存储用户标识、用户的服务质量清单、用户的位置信息隐私权设置。在SPDF鉴权之后, RACS结合运营商定义的策略和资源可用性进行用户授权。BGF是边界网关, 分配必要的承载资源以执行用户请求的业务。具体的接入流程如图4所示。
固定运营商向用户 (如ADSL用户) 提供各种业务。互联星空是中国电信推出的一项互联网应用服务。用户通过互联星空可以享受到影视、游戏、教育等丰富多彩的互联网内容服务。下面以互联星空业务为例, 阐释固定接入过程中的具体消息流程和涉及的相关实体对该业务的接纳控制。
4.1 互联星空业务管理系统的逻辑结构
图5为互联星空业务管理系统逻辑结构。从图中可以看出, 该业务管理系统逻辑上可以划分为3个层次:界面层、业务调度管理层和业务控制与分发层。
界面层是平台的对外接口, 主要通过SOAP/XML和平台的核心部分——业务调度管理层互通信令或做信令转换。
业务调度管理层最重要的是NASS子系统, 其中包括Radius Client, RCP和CLF这3个子模块。Radius Client负责将业务计费信息通过Radius发送到AAA后台。RCP为资源计算处理单元, 根据当前的网络资源状况、用户的业务开展情况, 负责网络资源计算和控制。CLF为连接会话定位与存储功能, 主要登记UE所分配的IP地址, 一个业务调度管理层可能管理若干个CLF, 这些位置信息和其他相关信息如用户的信息可以存放在一个集中式的数据库中。
业务控制与分发层中, RACS是关键模块, 包括PDC和SPDF两个子模块。PDC为策略传递控制器, 将业务请求转换成各个设备控制器相应策略。SPDF为基于业务的策略决策功能模块, 负责接收来自上层业务系统请求, 并通过COPS协议将策略下发, 同时也负责搜集BGF的相关信息。
BGF为边界网关, 是策略执行点, 将SPDF下发的策略执行, 并将策略执行结果回送给SPDF。策略执行点一般在网络设备内部, BGF的功能可以包括分组调度、接入控制、分类器和预留、流量分类、流量调控、分类与标记、拥塞管理、流量监控与整形等。
4.2 会话管理
4.2.1 链路建立
如图6所示, TCP链路成功建立过程描述为:1) 首先建立TCP链路。2) 当BGF初始化正常启动COPS协议时, 将主动并且定时 (T1) 向SPDF设备发送OPN消息请求验证TCP通路的合法性。3) SPDF在收到OPN消息后, 将对其中的一些验证信息进行检查, 如果接受, 那么将向BGF发送CAT消息, 并同时将KA定时器 (T2) 的值回送给BGF。反之, 将向BGF发送CC消息通知BGF此时不接受链路建立请求。4) 如果返回的CAT消息有错误, SPDF必须回送一个CC并指出错误原因。
4.2.2 业务流程举例
本节以策略安装 (或更新) 为例介绍业务流程, 如图7所示。其中, BGF端操作执行SPDF下发的策略信息, 上报执行结果;SPDF端操作向BGF下发策略信息。
5 小结
从三网融合概念提出至今, 国内三网融合已走过十余年, 而实质性的试点工作也已满一周年。在过去的一年中, 三网融合一度遭遇“夭折论”, 但加大力度推进三网融合进程的呼声从未停止过。三网融合无论从社会发展需求、用户利益还是从产业本身的利益出发, 都能带来积极的正面效应。
本文研究的综合接入方案是三网融合中非常重要的课题。作者设计了综合接入方案的网络架构, 阐释了各种接入方式的工作流程, 提出了有线电视网作为接入网的优势。但是由于目前在三网融合的接入技术方面的国际标准尚不成熟, 该综合接入方案还有很多值得完善的地方, 本文仅限于有线电视、GPRS和ADSL接入方式, 但其他方面接入如WLAN接入方式等还需要进一步研究。若要真正实现综合接入, 各种终端 (如ADSL终端, GPRS终端等) 都需要一个用户标识卡, 即一个物理上与移动设备相互独立的集成电路卡UICC (Universal Inte-grated Circuit Card) , 其上可保存各种用户相关信息, 如用户标识、鉴权和安全算法参数, 并实现多种应用, 同时要考虑对已商用终端的兼容性。这些问题目前尚未形成统一意见, 需要进一步讨论。
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三网融合背景下有线接入技术分析 篇3
关键词:三网融合,接入网,FTTH,EOC
1 引言
三网融合的网络指电信网、计算机通信网和有线电视网相互统一, 相互渗透而形成的统一的通信信息网络。
2010年6月30日, 国务院公布了第一阶段12个三网融合试点城市名单。截至2011年底, 国内IPTV用户已超过1000万, 发展迅猛。广电网络也通过双向化改造向用户提供了高清互电视业务及宽带业务。2011年12月30日, 国务院公布了第二阶段42个三网融合试点城市名单。近一步表明了国家推动三网融合的决心。
三网融合涉及制度、应用、业务、平台建设、接入网等多个方面。本文主要分析电信运营商和广电运营商有线接入方式。
2 三网融合对接入网的要求
三网融合要求运营商同时提供电信业务、宽带业务和电视业务, 并能实现三种技术相融合的业务, 典型业务为互动电视业务、宽带数据业务等。新业务的推出除了需要核心网络平台的支持、终端的支持以外, 更需要接入网的支持。
按照三网融合的定义, 接入网要能够提供电信业务、宽带业务和电视业务, 相应的接入网需具备如下特性:双向性, 区别于传统有线电视的单向传输, 双向传输是三网融合的基本要求;大带宽, 接入网络同时提供多种业务, 必然要求接入带宽足够大;可靠性, 对于如实时视频业务在内的一些业务, 需要有QOS的保障, 仅仅Best Effort的网络无法保障所有业务的稳定运行。
3 目前使用的接入技术介绍
对于电信运营商, 目前主要的接入技术包括XDSL、小区宽带、PON+DSLAM、FTTB、FTTH等。而广电系统除未双向化改造的HFC以外, 有CMTS+CM、PON+EOC (Ethernet over COAX) 、LAN+HFC、FTTH等。
XDSL主要有ADSL、VDSL两种技术, ADSL标准按发展阶段又分为ADSL、ADSL2、ADSL2+。XDSL是通过双绞线接入用户的一种接入方式, 在局端设置DSLAM设备, 在用户端设置MODEM设备。ADSL最大下行速率8Mbps, ADSL2最大下行速率12Mbps, ADSL2+最大下行速率8Mbps, VDSL最大下行速率52Mbps。XDSL的传输速率对线缆质量, 传输距离等要求很高, 实际传输速率常常远低于理论最高速率。
PON+DSLAM是光纤到小区节点, 在小区节点通过其他方式接入用户家。是一种将DSLAM由局端机房下移动小区, 减少双绞线线路损耗的方法。
小区宽带一般是指光纤到小区, 然后在楼道设置交换机, 通过五类线的方式接入用户, 小区用户共享带宽。严格来讲小区宽带和PON+DSLAM均属于FTTC的一种。
FTTB一般是利用PON技术, 光纤到楼, 在楼道设置ONU, 能过五类线接入用户, 为用户提供宽带业务和语音业务等。
FTTH是将光纤布放到用户家中, 利用PON技术为用户提供大带宽的接入网络。
CMTS+CM的接入方式是在局端设置CMTS设备, 在用户端设置CM设备, 利用同轴电缆进行数据传输的方式。CMTS+CM使用同轴电缆的低频段传输数据, 与有线电视信号同时传输。CMTS+CM承载有线电视网回传信号及互联网数据。CMTS+CM属于EOC技术中的一种。
PON+EOC是在小区设置若干个EOC头端设备, 在用户端设置EOC终端设备, 数据先通过PON网络在局端和EOC头端间传输, 再通过同轴电缆在EOC头端和EOC终端之间传输, 数据传输点用同轴低频信号或高频信号, 与有线电视信号共同传输, 达到传输有线电视网回传信号及互联网数据的目的。
LAN+HFC是在原有HFC的基础上建设LAN的网络, 是利用LAN进行有线电视网双向改造的一种方式。
4 接入技术比较分析
无论是电信运营商还是广电运营商, 三网融合后需要支持的两大业务是高清互动电视业务和作为电信增值业务的宽带业务。电信运营商一般选择由宽带网络承载的IPTV作为高清互动电视的首先方案。而广电运营商因为拥有HFC网络, 从节省投资的角度出发选择IPQAM方式的互动电视, 由HFC网络承载视频流, 利用EOC、LAN、CMTS等上传播控指令。我们从互动电视和宽带业务的角度分析各种接入方式的利弊。
XDSL及PON+DSLAM的接入方式建成本较低, 但传输速率与线缆质量和传输距离密切相关, 无所保证每一个用户宽带都达到比较理想的数值, 且扩容空间不大。无法保证每个用户都能流畅的使用需要较大带宽的高清互动电视业务。
小区宽带和FTTB的方式一般以五类线入户, 五类线在100米内可以承载100Mbps的速率。可以满足绝大多数业务的需求。但需要楼道交换机或ONU有足够的处理能力。因为这两种方式均是在几年前建设的, 一般规划的每户带宽不超过10M, 为提供更大带宽, 需对楼道交换机或ONU进行升级改造。
FTTH是光纤到户的接入技术, 光纤是目前有线传输方面宽带最大的一种介绍, 基本可以满足家庭用户的所有业务需求。但建设成本比其他方式高。
CMTS+CM方式和PON+EOC本质上均是EOC技术, DOCSIS标准的CMTS+CM应用比较广泛, 网管功能比较完备, 每个CMTS局端设备可管理的终端数量较多, 但此方案对HFC网络传输性能要求高, 技术复杂, 设备成本也相对较高。PON+EOC使用的是一种将局端设备下移至小区的一种EOC技术, 该技术相对于CMTS+CM来说具有传输距离短, 支持用户少, 技术简单, 成本低的特点, 一般为32-64个用户共享50-100Mbps的带宽。LAN+HFC是在FHC网络的基础上, 重新布一线LAN网络用于数据的传输。
对于拥有HFC网络的广电运营商, 如采用IPQAM方式实现互动电视, 因为下行由HFC网络传输, 所以CMTS+CM、P0N+EOC、LAN+HFC的方式均可实现。对于电信运营商, 一般采用IPTV方式实现互动电视业务, 理论上要求带宽达到2Mbps即可, 但为实现高清互动业务, 以及避免电视业务与宽带业务的相互影响, 建议接入带宽在20Mbps以上。而FTTH是实现高带宽数据业务以及三网融合业务的最理想选择。
5 结语
NGB接入网演进及家庭网络融合 篇4
面对中国的广电网络发展, 深圳兰丁电子认为, 要打造具备持续市场竞争力的广电网络, 不仅要进行当前阶段的有线网络数字化双向化改造, 还需要提前规划下一阶段面向NGB的接入网的建设和演进。
现阶段, 以广电总局推荐的HFC网络双向化改造所采用的主流技术路线Home Plug AV技术为例, 按照10%开通率、50%在线率、每户规划4M带宽进行网络设计, 我们在小区光节点处布放的一个Eo C头端可以满足500户规模小区。当业务开通率提高到20%时, 一个Eo C头端只能满足250户规模小区。在HFC的光纤网络层面, 依照目前EPON设备的性能指标, 一个EPON局端设备的PON口只能支持2500户的数字用户规模。这个网络建设的依据是主要支撑VOD点播 (IPQAM方式) 信令回传及宽带上网, 而同期中国电信为推广实施IPTV业务, 已经将户均8M带宽作为其接入网网络改造的设计和实施依据。同时, 考虑支撑广电后续的IPTV或未来的高清IPTV (HD IPTV) 等高带宽业务时, 目前的4M带宽规划将严重不足。为保持广电网络的竞争实力, 户均带宽大于10M将成为广电接入网后续建设和演进的目标。
因此, 广电一方面是目前阶段紧锣密鼓正在实施的HFC网络双向化改造, 另一方面双向改造后的广电接入网如何向NGB演进就需要未雨绸缪, 这应从两条技术路线出发。
一条路线是, 不改变HFC网络结构, 仍然以EPON+Eo C架构作为接入网基础架构, 对Eo C进行技术升级以提升网络性能。Home Plug AV技术的新一代芯片, 以美国Atheros公司的AR7400 (或称Intellon7400) 为例, 理论带宽为350M, 目前实验室测试已经达到大于200M可用带宽, 相当于户均带宽翻番。在解决基于新一代芯片的Eo C头端设备与基于原有芯片的终端之间的兼容性问题后, 这是一个现实的网络性能演进之路。第二条路线是, 打破EPON+Eo C的接入网基础架构, 网络演进为EPON直接入户, 即光进铜退。这个模式的前提是EPON设备性能的提升, 比如分光比高于目前的1:32, 同时PON口的可用带宽实现数量级的提升。实现这个目标的802.3av标准已经于2009年9月正式发布, 性能10倍于目前的802.ah EPON设备, 最大分光比1:128。2010年10G EPON已经逐步开始应用, 按照EPON商用化的周期, 大概经过4年左右的时间即可实现大规模应用。并且, 10G EPON设备可以完全兼容目前的1G EPON的ONU终端设备, 也不影响广电1550nm的数字电视传输频段。
完成NGB接入网的建设或演进后, 如果没有业务形态上的创新, 广电运营商未来提供给用户的业务仍是VOD、宽带互联网、视频会议等业务, 而这些业务与电信、移动、联通的业务相比, 广电的相对优势无法体现。如果能够实现创新的业务和应用, 那么广电运营商将与电信、移动、联通站在一条起跑线上, 甚至于能够取得相对优势。将广电接入网与家庭网络进行融合, 提供基于家庭信息化的新兴应用和业务就是一个发展方向。可以预见, 家庭信息化或网络化将成为国民经济发展的新的增长点, 为信息产业和新兴产业发展带来全新的机遇, 也为广电布局全新的业务和服务提供了契机。
目前, 比较适合家庭网络建设的技术主要是无线方式的Wi Fi和有线方式的PLC (俗称电力猫) 。深圳兰丁电子的EPON+Eo C解决方案可以提供支持Wi Fi功能的Eo C终端, 以及支持PLC功能或Wi Fi功能的ONU终端, 从而实现广电NGB接入网 (EPON+Eo C架构或FTTH光纤入户架构) 和家庭网络的有机结合。由此, 家庭的电脑、电器、水表、电表等就组成了一个可以互相通信, 并且可以与外部网络 (比如互联网、手机移动通信网等) 连通的家庭网络, 或者一个更为时髦的名字“家庭物联网”。我们可以通过一个智能交互终端, 或通过双向机顶盒, 或者在远程通过智能手机, 实现智能家居 (远程开关电器等) 、智能用电 (远程控制在用电低谷期启用电器等) 、适合老人的自助缴费、社区生活、订购消费、医疗服务等全新的服务形态给用户选择。
融合接入 篇5
关键词:光纤毫米波融合,能量效率,毫米波,接入系统
0 引 言
近年来,随着高速无线通信需求的持续增长,原有的通过有线基础设施,尤其是基于光纤的高速通信,由于缺乏移动性已远远不能满足当前通信移动性的需要;另一方面,由于无线电频谱在VHF(甚高频)和UHF(特高频)频段资源紧张,限制了移动通信数据速率的大幅度提高。因此如何利用光纤的高数据速率优点和无线网络支持移动性的特点进行技术融合,正逐渐得到越来越多的关注。
另一方面,由于温室气体排放导致全球气候不断恶化,“绿色通信”成为近年来的研究热点。作为引领信息技术发展的高技术产业——信息通信产业,在2008年能耗占工业总能耗的4%,随着高速无线通信需求的快速增长,这一比例会进一步增大。因此,制定并规范相应的能量效率指标,定量地评估网络与通信系统的能量利用效率,进而在无线通信系统设计时充分考虑能量效率指标,具有极其重要的意义。本文提出一种mm-ROF(基于毫米波的光载无线融合)接入系统,并对该系统与WLAN (无线局域网)接入系统的能量效率进行了对比分析。
1 相关研究
1.1 毫米波生成技术
mm-ROF技术被视为未来高速无线通信的解决方案之一,其技术关键是光生毫米波。目前,光生毫米波技术主要有:直接强度调制技术[1]、外调制技术、光外差技术[2,3]和基于谐波生成技术的方法[4]。
基于谐波生成技术的方法可以用低频微波结合光电子技术产生毫米波,系统可相对简化,因此得到较多关注。M. G. Larrode等在此基础上,提出了光学倍频法[5]。其基本原理是利用光学器件的非线性效应产生多阶频率分量,用光学滤波器选择其中的两个谐波分量,最后通过光学拍频的方法产生毫米波。这种方法生成的毫米波具有相干性好、线宽窄、相位噪声低和频率稳定等优点。
1.2 能量效率定义
能量效率分析旨在根据目标系统的性能参数定义能量效率指标,即单位能耗所能达到的性能,以此对系统能量利用效率做定量评估或对相似系统做定量对比。由于无线通信系统的多样性,性能参数各不相同,目前没有统一的能量效率指标。一些典型的无线通信系统的能量效率指标定义如下:
(1) GSM(全球移动通信系统)的能量效率指标
ETSI(欧洲电信标准化协会)对GSM定义了两个不同的能量效率指标[6]:农村地区能量效率指标PIrural和城市地区能量效率指标PIurban。PIrural=Acoverage/Psite,式中,Acoverage为射频基站的覆盖面积,单位为km2;Psite为基站的平均功耗, 单位为J。PIurban=NBH/Psite,式中,NBH为平均忙时业务需求下的用户数。
(2) WLAN系统的能量效率指标
WLAN系统的能量效率研究集中在MAC(媒体访问控制)协议的性能上。E. Jung 等研究了IEEE 802.11休眠模式的节能效果,定义能量效率指标为EE=吞吐量/能耗,相应的单位为bit/J[7]。
(3) Ad hoc(移动自组织)网络的能量效率指标
Ad hoc网络的能量效率定义为总有效数据量、节点电池剩余电量与功耗的比值[8,9]。
综上所述可以看出,尽管能量效率的定义各不相同,但都是基于系统的性能与功耗的比值。
2 系统架构
2.1 毫米波生成及传输系统结构
尽管光学倍频法生成的毫米波具有线宽窄、相位噪声低、频率稳定且系统结构简单等优点,但这种方法产生的毫米波幅度容易受到光频率的影响,而且光滤波器的固有时延使激光相位噪声不能被抵消。针对这些不足,我们采用了改进方案“使用双电极M-Z(马赫-曾德)调制器生成毫米波的方案[10]”。系统结构如图1所示。
光经过双电极调制器分两路用两反相的微波信号调相,叠加出来后有FM-IM(调频-强度调制)效应,到光探测器产生低频微波的高次谐波,激光相位噪声被抵消,并且只要调整调相指数即可使所需毫米波幅度最大,无需像光学倍频法那样调整光频率,同时,省掉了光学倍频法系统中的光滤波器,降低了成本。
2.2 mm-ROF接入系统架构
众所周知,一方面,由于毫米波传输距离短,达到广覆盖需要大量的BS(基站),同时,也需要一定数量的CS(中心站)对BS进行管理。因此,需要合理地部署CS和BS,在满足用户需求的同时尽量降低建设成本。另一方面,由于毫米波具有衰减快的特点,室内接入系统接入点必须放置在较高的位置,一般是天花板上,才能实现较好的覆盖;同时,毫米波对墙壁穿透力很弱,每个房间都需要放置BS。室内接入系统结构如图2所示。
由图2可以看出,在该系统实现中尽管需要数量庞大的BS,但价格昂贵的毫米波生成器件、路由和切换等功能器件都配置在CS,BS只具备毫米波的收发功能,最终实现不同楼层/楼宇内的BS共享同一个CS,从而降低了网络建设成本。
3 能量效率分析
3.1 mm-ROF接入系统毫米波传输无线参数
mm-ROF接入系统的参数如表1所示。
3.2 WLAN系统无线参数
以当前普遍使用的TP-Link支持802.11g标准的单天线无线路由器TL-340G+和最新支持802.11n标准的2×2 MIMO(多输入多输出)无线路由器TL-WR840N为例,其无线参数如表2所示。
3.3 能量效率分析与比较
通过表2我们可以看出,随着IEEE 802.11系列标准的发展,数据传输速率有了很大的提高,可以在一定程度上满足用户对高速无线通信的需求。因此,数据传输速率成为WLAN系统最重要的性能参数之一。
我们所提出的mm-ROF接入系统,是为了解决热点地区的超高速无线通信需求,数据传输速率也是其首要性能参数。根据第1节中能量效率指标的一般性定义,即系统性能与功耗的比值,可以定义能量效率指标为单位能耗的吞吐量,来比较和分析WLAN接入系统和mm-ROF接入系统的能量效率。能量效率指标定义为EE=R/Pin,式中,R为数据传输速率;Pin为输入功率;两者均采用实测值。由此,得出各接入系统的能量效率值如表3所示。
上述数据表明:随着WLAN系统的发展,其能量效率有了明显的提高; mm-ROF接入系统不仅具有高速数据传输能力,而且其能量效率明显高于现有的WLAN接入系统,其原因在于,一方面,系统的高数据速率性能主要是由毫米波的特性决定的,毫米波段可用的频段带宽高达数百兆乃至上千兆;另一方面,由于目前使用毫米波的设备很少,该频段内信号干扰也很小。另外,毫米波的大衰落特性也降低了相邻小区间的干扰。
不可否认,能量效率和频谱效率之间存在一个折中关系。由于毫米波衰落快、传播距离短、小区半径小、频谱宽,而且相对于WLAN在拥挤的低频段尽力竞争频谱资源的情况,mm-ROF接入系统工作在超高频段,虽然频谱利用率较低,但能量效率得到了明显的提升。同时,由于小区半径小,BS的功放不需要较大功率,大量BS共享一个CS的系统结构也降低了基带信号处理的功耗。
4 结束语
本文提出一种使用谐波生成技术产生毫米波配合FTTx(光纤接入)基础光纤设施的mm-ROF接入系统,该系统通过ROF技术进行远距离传输,使用毫米波微微蜂窝接入网技术为室内用户提供高速移动接入服务。在此基础上,对所提出的mm-ROF系统进行了能量效率分析,并与当前普遍使用的WLAN接入系统的能量效率进行了对比。通过对比可以看出,本文提出的系统具有更高的数据传输速率和能量效率;同时,系统结构简单,部署方便。下一步工作是对mm-ROF系统的多用户接入控制进行深入的研究。
参考文献
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[4]方祖捷,叶青,刘峰,等.毫米波副载波光纤通信技术的研究进展[J].中国激光,2006,33(4):481-488.
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[6]ETSI TS102706-2011,Energy Efficiency of WirelessAccess Network Equipment[S].
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融合接入 篇6
在网络建设初期, 以赢得长期发展优势为目标进行网络规划非常重要。因此, 电信和广电都面临着同样的问题, 即如何规划好三网融合的基础发展方向与目标。
FTTH不可或缺
对于电信和广电如何规划网络的问题, 上海贝尔股份有限公司有线产品投标方案部总监李爱玲表示, 广电和电信均面临网络发展的重大课题, 虽然电信和广电的基础网络和技术选择不同, 双向进入的进程不同, 但发展方向和发展目标基本相同, 都必须以更高的技术起点、更长远的业务和产业规划来建设一个强大的基础网络。
李爱玲表示, 我国在三网融合上必须缩小与发达国家的差距, 实现宽带用户的大规模增长, 要完成这一目标就必须将FTTH作为国家策略来推广, 她表示, FTTH可以保证通往家庭的管线越来越宽, 满足三网融合长期发展的要求, 同时实现100M带宽, 为用户带来更多的高清视频和高速宽带业务。
此外, 新竞争对手的进入和业务的逐步放开使得带宽资源的争夺成为运营商网络战略资源的焦点和热点, 运营商的光通信及宽带投资将明显提速, 光通信设备、宽带接入设备、FTTx等成为需求亮点。
更加重要的是, 随着差异化竞争的加剧, 三网融合的网络价值被大大提升, 无论电信还是广电都不希望自己仅仅是一个“管道”提供商, 他们希望能够在未来的网络上实现更多增值业务的收益。
高效能接入实现真正融合
具体而言, 虽说双方的基础网络和技术选择不同, 但三网融合发展方向是相同的, 针对这一点, 上海贝尔推出了可融合、可扩展、全IP的高效能网络 (HLN) 以支持三网融合高起点发展。
“目前, 广电和电信都提出, 网络的最终目标都是光纤到户, 广电是PON+EoC、电信是FTTx。”李爱玲表示, 上海贝尔已推出了PON+EoC的宽带接入解决方案。先通过xPON光纤网络实现1Gbit/s、10Gbit/s带宽到楼, 再通过EoC同轴电缆网络实现100Mbit/s带宽入户。采用上海贝尔的PON+EoC的NGB接入解决方案, 能够无缝兼容现有的DVB-C数字电视系统, 同时还能满足与已有的CMTS系统做到共缆、分频、无干扰公网运行, 实现快速覆盖。
融合接入 篇7
3 G商用后, 数据新业务和语音消费催生网络流量呈爆炸式增长, 这一形势使融合性无线接入产品大受运营商和用户追捧。作为可同时补盲3G流量、提供系统容量、提供安全性和QoS保障、融合FMC服务的新技术, Femtocell (简称Femto) 已在全球多个地区走俏。而在我国, 从联通“3G驿站”开始, 三大运营商正掀起一股Femto试验与部署浪潮。
中国电信:“两不变”原则部署Femto
据中国电信上海公司副总工程师刘源介绍, 当前, 中国电信已经制定了Femto、FGW、Femto-AAA等设备规范, 功能性能测试基本满足规范要求, 将尽快使Femto设备获得工信部核准。
刘源表示, 中国电信对Femto网络架构采取“两个不变”的原则, 即C网核心侧不做改动, 用户终端不做改动, 试验网采取BSC架构, 一套接入网关FAG, 多个Femto AP, 通过标准的A1/A2接口接入C网MSC及A10/A11接口接入CDMA EV-DO的PDSN。在保证网络安全性和灵活性的基础上, 该架构对大网和终端不做任何改动, 符合中国电信C网的现状。另外, CDMA Femto回传方式采用多种IP回传方式, 如ADSL、FTTB+、LAN、PON、卫星等链路;测试场景也采取多种类型的用户, 如家庭、中小企业、宾馆酒店、地下车库等。
中国电信Femto组网试验证明, Femto作为一种局端产品, 应实现可管可控, 功能要求要与微站类似。Femto可作为弱覆盖的一种有效手段, 现网中一些地下室等区域无覆盖或弱覆盖, 可使用Femto (GPS Free) 这种即插即用、无需GPS同步的产品来解决, 这是一种非常节省的方案。另外, 解决高层导频污染和宏网负荷分担是Femto大规模应用的机遇, 而探索新的应用和商业模式 (如FMC融合业务) 也将成为中国电信未来Femto工作的着力点。
刘源还提出, 目前CDMA Femto产业链薄弱, 设备商提供的产品急需技术完善和性能提升, 服务体系也有待健全。未来中国电信将采用先技术验证试点、后应用示范推广的模式, 有效地探索Femto应用。从2009年开始, 中国电信已经制定了CDMA Femto部署3年发展规划, 未来将进一步扩大CDMA Femto产业链, 提升CDMA网络的竞争力, 推动FMC全业务融合发展。
中国联通:明年将推Femto融合增值业务
中国联通从去年开始研究Femto, 已在北方10省推出Femto试商用服务“3G驿站”。
中国联通集团市场部融合业务处处长杨晓春表示, 中国联通分两个阶段推进Femto:第一阶段在2010年以前, 以改善Femto网络覆盖为主, 增强3 G和固网宽带业务的吸引力;第二阶段在2011年以后, 随着Femto相关技术和标准的成熟, 联通将利用Femto实现FMC融合性业务, 获取增值收益。随着网络覆盖的增强和设备成本的降低, 中国联通将考虑利用Femto产品向“数字家庭”演进, 与数字家庭中的蓝牙等其他系统融合发展, 利用不同终端和业务实现网络家庭全覆盖。
杨晓春表示, 目前联通的Femto目标市场主要分为家庭市场、校园市场及企业市场, 而“3G驿站”业务被纳入3G 6大统一套餐中, 为用户提供统一增值业务。例如, 当iPhone用户在室外宏基站环境下使用数据业务上网时, 会通过套餐流量收费;而当进入家庭Femto环境时, iPhone用户上网流量将免费, 这是联通对Femto增值服务模式的尝试。
联通在校园市场也进行了Femto试点部署, 主要针对校园内学生对降低话费、增加上网流量的要求, 在宿舍和图书馆等区域提供Femto覆盖, 并推出校园上网卡产品。杨晓春表示表示:“用户在特定Femto区域上网时计费价格有很大优惠, 但如果离开热点区域则将按宏网区域上网费用计算。”
另外, 联通还针对企业客户提供了Femto环境下的数据上网和语音资费优惠服务, 同时也在尝试一些新的应用, 但目前“并不是非常成熟”。
中国移动:三阶段推进Femto部署
中国移动的TD-SCDMA Femto立项和实验工作最早从上海开始。中国移动上海公司计划发展部研发中心蒋鑫告诉记者, 早在2008年, 上海移动就向集团提出了TD Femto立项;当年3月, 中国移动启动Femt技术追踪, 并参加了国际标准化讨论;同年12月推动产业链厂商完成原型机开发;一年后, 中国移动推动了厂商试商用产品的开发;今年5月份, 上海移动完成了第一阶段实验室认证, 6月份启动了第一阶段友好用户验证。
他将中国移动的Femto推进工作分为三个阶段。
第一阶段, 高性价比地实现Femto室内无线信号场景覆盖, 而今年4月, 上海移动获得了由上海市政府支持的科技自主基金, 项目经费达882万, 用于Femto推进, 而华为、大唐、新邮通都参与了该阶段供货和服务工作。
第二阶段, 实验室验证, 第一阶段的实验室验证于今年1月到5月完成, 当前正进行6月到9月的二阶段验证, 主要验证Femto系统 (包括基站、网关、支撑系统等网元) 的基本功能, 该阶段爱立信、上海贝尔、诺基亚西门子都参与供货。
第三阶段, 友好用户验证, 主要验证系统稳定性、相关业务能力、运营流程等方面, 包括xDSL、专线、PON、Cable等多种接入方式, 以及AP、基本业务、补充业务、Wi-Fi、业务稳定性、业务并发等方面的系统能力评估, 同时探索适合中国市场特点的商业模式。