账号:
密码:
CTIMES / 文章 /   
整合DSL与IAD之家庭网路闸道器技术
 

【作者: 誠君】2003年03月05日 星期三

浏览人次:【5298】
  

DSL采用数位编码技术,能实现在普通电话线(铜双绞线)上传输高速的数位信号,在这条专线上可以同时提供语音和数据服务。另外,DSL提供了最终用户与电信局端(CO)的点对点连接。 DSL数据机(采用内部PCI、外部乙太网路或外部USB方式连接)可以实现用户PC与局端点到点的连接。在局端(CO),一个DSL撷取多工器(DSLAM)将来自多个用户的数据汇集,并透过非同步方式向高速广域网路(WAN)发送。藉由局端的非同步传输模式(ATM)撷取交换机完成这个网路的存取控制。许多内容提供商,如网际网路服务供应商(ISP)就是透过宽频传输机制与此宽频网路连接。


现在人们已开发出多种DSL技术来满足用户需求。最常见的DSL技术是非对称式数位用户回路(ADSL),它的下行频宽比上行频宽大很多。相比之下,对称式数位用户回路(SDSL)的上行频宽要大很多,它主要适用于SOHO一族、远程办公或小型商业环境用户,可以提供上载文件或视频会议功能所需要的高上行频宽。随着语音应用的出现,植基于DSL的语音(VoDSL)应用最近开始流行。


为了在电话双绞线上尽可能传输更多资讯,DSL采用了先进的数位信号处理方法和演算法。为了在电话线上实现多通道,DSL数据机采用频分再使用(FDM)或回波消除技术来分割电话线的可用频宽。 FDM技术将一部份频宽分配给上行数据,另外一部份频宽分配给下行数据,下行路径又藉由时分再使用技术划分为一个或多个高速通道和一个或多个低速通道,上行路径同样也被分成多个低速通道。而采用回波消除技术时,上行数据频宽与下行数据频宽重叠,分离它们的方法就是在V.32和V.34数据机中所采用的本地回波消除技术。不管采用何种技术,DSL都会在低频段留出4kHz用于普通语音电话。


DSL技术

DSL实际上是一种编码技术,在其上面可以应用多种高层封包格式,如ATM协定和IP。采用分层结构(OSI参考模型)可以很方便地建立目前市场上应用的DSL模型。


在DSL结构中,实体层负责处理基本的DSL编码,包括应用标准、数据速率以及与其它铜线环路技术的相容性处理。目前DSL的编码技术主要有离散多音调变(Discrete Multi-Tone;DMT)和无载波幅相位调变(CAP)。二者均是一种频域(frequency domain)技术,但CAP技术比较依赖时域(time domain),它能在短时间内透过较宽的频谱发送大量宽频符号(高达1088K baud),而DMT则工作于很多个窄频通道,在较长的时间内以较窄的频率发送符号。


OSI模型中的数据链路层(data link layer)可以被看作是ATM封装层,该层将更高层的协定数据封装到数据包内,并在编码实体层发送。由于目前大多数DSLAM和DSL数据机设备采用的都是ATM技术,甚至网际网路骨干网中的撷取网路也是如此,因此大都选择ATM作为封装技术。紧邻ATM层的是ATM适配层(AAL),数据、语音和视频资讯在这一层中被适配成ATM传输格式。


利用ATM传输数据、语音和视频信号的方法有很多种,如RFC1483乙太网路MAC​​封装(MPoA)、RFC2364(PPPoA)PPP(端对端协定)以及RFC1577(Classical IP)、RFC2516(PPPoE)等。 RFC1483主要应用于DSL网桥(bridge)的设计,RFC2364则用于IP路由(DSL路由器),它在PPP头与乙太网路MAC​​层间增加一个小的封包头。另外,RFC1577模型目前用得比较少。


对终端用户来说,对话层(ISO第5层)与表示层(ISO第6层)基本上是不可见的,因为这两层的功能一般都包含在应用层中。应用层通常提供用户交互介面,在DSL CPE软体堆叠中通常会有FTP、DNS、TFTP、SNMP、SMTP、DHCP等应用层服务。


家庭网路闸道器的定义

现在家庭中的电脑越来越多,而多台电脑以及其它电子设备促成了家庭网路的迅速发展。 Jupiter通讯预测,到2002年底,全球将建成1530万个家庭网路。一个家庭同时有多台电脑将产生以下问题:


  • ●家庭中的全部电脑能否同时撷取DSL连接?


  • ●家中需要数个ADSL线路吗?


  • ●能否利用家庭网路让每台设备都能透过同一台DSL存取资讯?



如果有了家庭网路闸道器,上述​​问题就能迎刃而解。这种网路闸道设备能够和谐地将家庭网路与外部宽频网路联接起来,并使家庭中所有上网设备能同时享用这一高速连接通道。


从家庭网路闸道器到IAD(Integrated Access Device),家庭和小型商业应用的CPE设备有很多种。家庭网路闸道器支援高速网际网路存取,至少支援一对语音线路。另外,家庭网路闸道器还需要支援多种网路形式,例如:乙太网路、HPNA和无线区域网路(wireless LAN)。由于成本的原因,目前,家庭网路闸道器一般采用ADSL技术撷取网际网路。不过,在北美地区也有采用CableHome技术撷取网际网路的家庭网路闸道器。


IAD设备可以在小型办公室中使用,它最多可支援4对或8对语音线路,并提供高速网际网路连接。当采用宽频DSL撷取时,可选的语音压缩功能并不能带来很高的通讯品质。不过,IAD可以整合VoIP,以VoIP专属通道提高通讯品质。 DSL可以采用非对称方式(如ADSL)设计,也可以采用对称方式(如HDSL2或G.shdsl)设计。


本文将家庭网路闸道器分成两大类:仅提供数据功能的DSL宽频家庭网路闸道器;与能同时提供数据和语音功能的多功能智慧家庭网路闸道器。


DSL宽频家庭网路闸道器仅提供宽频数据传输。它采用某种特定的家庭网路技术设计(支援HPNA、乙太网路、USB或无线区域网路),能透过DSL撷取宽频广域网路。家庭中的多台电脑能同时共享同一个宽频网路连接。仅需要最低的安全和管理功能,如SNMP、OAM和IPSec,这种类型的典型产品有DSL路由器和网桥。


多功能家庭网路闸道器支援多种家庭网路技术,除了具有高速网际网路撷取外,这种网路闸道器还能提供普通电话(语音)和视频会议功能,并支援视频流、音频流和交互娱乐服务。多功能智慧网路闸道器的安全性很高,支援防火墙、MPLS、IPSec等。


DSL网路处理器

以往的网路通讯设备常采用通用型中央处理单元的通讯处理器,由于具有高整合度的RISC处理器和协定增强通讯介面,这种方法曾一度被业界广泛采用。然而,由于近来发展迅速的宽频功能要求更短的设备设计周期,这种周期较长的方法已经不能满足设计需要。随着WAN频宽的不断增加以及高层协定处理的要求,原来的方法已有很大的局限性,不能满足不断增强的产品性能要求。


许多网路设备设计也常采用专用积体电路(ASIC),这种方法的缺点是产品要达到相当大的量才能满足成本要求,而且ASIC需要很长的设计周期(一般为18个月),不能被CPE产品所采用。因此,这为网路处理器带来了很好的发展机会。这种低成本的网路处理器高度整合了网路处理功能,具有连接MAC/PHY层的工业标准介面,而且具有很高的灵活性,因此成为设计者用以替代通用RISC处理器或ASIC的首选方案。


特定功能概念

特定功能概念加快了网路处理器在CPE设计中的应用。网路处理器透过特殊WAN功能最佳化后,就能成为数据机、网桥、网路闸道和IAD等的整合晶片和软体基础。与硬体整合在一起的还有作业系统、完整的特定功能网路协定堆叠和开放的应用编程介面(API)。这些需求促成了专门提供特殊WAN功能的专用网路处理器,这些特殊WAN功能包括ADSL和SDSL上的宽频网际网路撷取、DSL上的语音功能(VoDSL)。


DSL网路处理器平台主要零组件,包括DSL网路处理器:为高度整合的通讯处理器,具有内建于晶片上的RISC引擎、乙太网路MAC​​、语音功能和DSL功能专用的网路处理器引擎。 DSL网路处理器作业系统:工业标准的RTOS内核,具有优先权机制及多任务功能,并提供通用的TCP/IP堆叠和硬体驱动程式。 DSL网路处理器堆叠:工业标准的ATM封装和信号堆叠。另外还有一个PPP堆叠,该PPP堆叠包括了IP控制协定(IPCP)和主动鉴别协定(CHAP)。


设计人员可以利用应用编程介面最佳化设计代码,并在这一基础上增加高层IP的功能,如DHCP、NAT、SNMP、DNS等。


如(图一)整合DSL和VoIP的网路处理器为例,在乙太网路LAN侧,它具有连接乙太网路实体层晶片的标准介面(MII);在DSL侧,可以利用另外一种DSL晶片组透过UTOPIA介面或高速串列介面提供DSL宽频撷取;而在语音侧,它提供了网路闸道电路介面(GCI)用于SLIC/CODEC连接。


《图一 整合DSL和VoIP的网络处理器》
《图一 整合DSL和VoIP的网络处理器》

桥接

桥接是将多个网际网路设备中的两个设备连接在一起的方法之一,它根据链路层位址进行通讯。数据在转换到ATM域后,RFC1483协定提供了在主机与LAN交换机之间的ATM本地环路(即ADSL)上桥接多协定功能的方法。


ATM是一种植基于讯包(cell)的传输模式,它将可变长度的用户资讯分段成固定长度的讯包,或将固定长度的讯包重组成用户资讯。运行于ATM网路上的RFC1483协定堆叠对不直接连接的网路互连数据流、透过路由和桥接的协定数据单元(PDU)进行封装。这些PDU是在第5类ATM适配层(AAL5)的共同部份汇聚子层(CPCS)的PDU净负载字段中承载。对于桥接模式,PDU的封包头和封包尾(Trailer)资讯能用来在发送到网桥处能更佳地连接子网。


来自于电脑的数据首先需要封装成乙太网路讯框格式的IP包,再透过乙太网路发送给DSL网桥。数据在网桥设备中透过拆分和重组(SAR)处理后,再经由DSL环路传输。


AAL5 CPCS-PDU

PDU数据字段内包含有用户资讯。为了适合ATM讯包传输格式,其中的PAD字段将CPCS-PDU封装到ATM讯包中,这样SAR子层建立的讯包最后48位元组净负载使CPCS-PDU封包尾适配到讯包中。封包尾由CPCS-UU、CPI、长度字段和CRC字段组成。 CPCS-UU(用户到用户指示)字段用来透明地传输CPCS用户资讯,当采用多协定封装时该字段没有任何含义,可以设为任意值;CPI(共同部份指示器)字段将CPCS-PDU包尾调整为64位元。而长度字段表示以位元组为单位的数据(净负载)长度,其最大值为65535个位元组;CRC字段用来保护除其本身以外的整个CPCS-PDU数据。


当同一虚拟电路(VC)上运行多种协定时,需要进行逻辑链路控制(LLC)封装。为了使接收器正确处理收到的AAL5 CPCS-PDU数据包,净负载字段必须包含能够用来正确识别桥接PDU协定的资讯,该资讯在LLC封装时,被编码进相应PDU前面的LLC包头中。


IP路由

在用户设备与服务供应商网路之间的ATM层连接建立好后,利用PPP协定可以在链路层和网路层进行会话(session)的建立和拆除。此时采用植基于LLC复接的AAL5,在ATM上传送PPP包,即每个VC只传输一路PPP会话资讯(PPP与其它协定之间无再使用关系)。当采用AAL5时,用LLC封装进行AAL5上的PPP映射,一般产生于PPP内类似于HDLC讯框结构的描述子(delineation)与校验和(checksum)组件不再需要。采用植基于LLC的AAL5建立ATM讯包的细节请参阅前述AAL5 CPCS-PDU部份。


多功能智慧家庭网路闸道器

近来语音与数据结合的发展趋势开始显现。多功能智慧家庭网路闸道器除了具有路由和桥接等数据功能外,还具有两种语音功能,一是利用DSL线路实现植基于ATM的语音,此时数位化语音资讯可以利用AAL1或AAL2封装到讯包中。另外,利用VoIP,这时的数位化语音数据被封装成IP数据包,并经由植基于IP路由器的网路传输。


多功能智慧家庭网路闸道器支援类比与数位语音介面,并应该提供连接PCM高速通路的介面,如H.100汇流排。另外,还需要像HPI之类的介面,利用这些介面并藉由外部DSP晶片,如H.323、MGCP和SIP可以实现对高层语音专用堆叠的支援。


类比语音功能需要用到用户线路IC(SLIC)和编解码电路,实现将类比语音转换为64kbps PCM数据流,采用8kHz采样频率和8位元取样值,编程过程符合ITU G.711数位编码标准。这样的一路数位语音需要占用零次群(DS0)中的一个时隙。


为了将语音信号压缩到低于64kbps,新的数位编码方案有赖于DSP技术。例如,ITU G.729A标准的压缩语音通道数据率仅为8kbps。由于VoIP技术中IP封包使用8位元组的IP封包头以及其后的20位元组UDP封包头,这种压缩后的语音数据封装成IP数据封包后,产生的位元数据流其最大速率可达30kbps。在IP数据封包后面,还跟有12位元组的即时协定(RTP)封包头。


结语

网路泡沫化后,网际网路的应用似乎停滞不前;但是事实证明,宽频市场的需求确实是与日俱增的。由于PC、IA、手机、多媒体、短距无线通讯设备的普及,方便、廉价的家庭网路闸道器或整合型撷取器(IAD)将会成为这些设备的枢纽,且成为下一波高度成长的产品之一。它的成功将取决于网路处理器晶片的价格、整合度、相容性,此外,还需要辅以IPSec、防火墙和VPN等安全措施以确保网路的安全性。


相关文章
以嵌入式组件解决关键之DSL建置问题
新一代 DSL初探
引爆网路新革命
透视AOL的e世纪数位蓝图
ADSL 许宽频网路一个未来
comments powered by Disqus
相关讨论
  相关新品
OMAP 4处理器
原厂/品牌:TI
供应商:TI
產品類別:CPU/MPU
EM500EV 测试/开发板
原厂/品牌:集博
供应商:集博
產品類別:IDE
  相关新闻
» 串列设备、Modbus设备也能轻松上云 - Moxa推出
» AMD总裁暨执行长揭示即将到来的高效能运算转捩点
» CES 2019技嘉推出创新解决方案 决胜智慧世代关键技术
» 微软全力支持OPC UA 并加乘工业物联网投资
» 研华实施「共创、共治」策略迎战物联网新时代
  相关产品
» 意法半导体推出采用Linux发行版的STM32MP1微处理器
» NVIDIA宣布推出Jetson Nano系可运行所有AI模组的CUDA-X AI电脑
» 德承推出DC-1200:采用Intel Pentium N4200的紧凑型无风扇电脑
» 大联大品隹集团推出240W电竞笔记型电脑变压器解决方案
» DA-1100无风扇嵌入式电脑采用Intel处理器

AD


刊登廣告 新聞信箱 读者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2020 远播信息股份有限公司版权所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29号11楼 / 电话 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw