一、接入技术概述
接入技术是用户利用传输介质(如电话线、网线、无线介质等),通过ISP(Internet服务商)等服务机构将个人或单位的计算机系统与Internet连接,进而使用其中资源,或是使用传输介质连接两个或多个局域网,实现远程访问或通信的技术。以下从分类、常见技术类型等方面展开介绍:
分类
按接入业务角度:可分为适用于窄带业务的接入网技术和适用于宽带业务的接入网技术。窄带接入技术速率一般只有几十kb/s到上百kb/s;宽带接入技术则能提供更高的数据传输速率,满足用户对高速数据和图像通信的需求。按用户入网方式角度:可分为有线接入和无线接入两大类。有线接入技术利用物理线路进行数据传输,稳定性高;无线接入技术则无需物理线路,具有灵活便捷的特点。
常见技术类型
有线接入技术
PSTN(公用电话交换网)接入:即“拨号接入技术”,通过普通电话线上网,最高速率为56kbps,方便、普及、便宜,但速率远远不能满足宽带多媒体信息的传输需求。ISDN(综合业务数字网)接入:俗称“一线通”,在上网的同时用户可以任意接收电话,速度比普通Modem快,实际速度可以达到100 - 128Kbps,但费用较电话接入技术要高。ADSL(非对称数字用户环路)接入:通过普通电话线提供宽带数据业务,支持上行速率640kbps - 1Mbps,下行速率1Mbps - 8Mbps,有效传输距离在3 - 5公里范围以内,无需拨号,始终在线。DDN(数字数据网)接入:通信速率可根据用户需要在N×64kbps(N = 1 - 32)之间进行选择,速度越快租用费用也越高,主要面向集团公司等需要综合运用的单位。VDSL(甚高速数字用户环路)接入:比ADSL更快,短距离内的最大下传速率可达55Mbps,上传速率可达2.3Mbps,使用的介质是一对铜线,有效传输距离可超过1000米,但技术仍处于发展初期。Cable - Modem(线缆调制解调器)接入:利用现成的有线电视网进行数据传输,连接方式可分为对称速率型和非对称速率型,前者数据上传速率和数据下载速率相同,都在500kbps - 2Mbps之间;后者的数据上传速率在500kbps - 10Mbps之间,数据下载速率为2Mbps - 40Mbps。光纤接入:光纤是目前传输带宽最宽的传输介质,被广泛地应用在局域网的主干网上。光纤接入网从技术上可分为有源光网络(AON)和无源光网络(PON)两大类。HFC(光纤和同轴电缆混合网)接入:有线电视公司开发的一种基于CATV的光纤与同轴电缆的混合网络,是一种集电视、电话和数据服务于一体的宽带综合业务接入网。
无线接入技术
GSM接入技术:起源于欧洲的移动通信技术标准,是第二代移动通信技术,采用窄带TDMA,允许在一个射频即“蜂窝”同时进行8组通话,具有较强的保密性和抗干扰性,音质清晰,通话稳定,容量大,频率资源利用率高,接口开放,功能强大。CDMA接入技术:即“码分多址分组数据传输技术”,被称为第2.5代移动通信技术,具有话音清晰、不易掉话、发射功率低和保密性强等特点,基于宽带技术的CDMA使得移动通信中视频应用成为可能。GPRS接入技术:相对原来GSM的拨号方式的电路交换数据传送方式,GPRS是分组交换技术,用户上网可以免受断线的痛苦,下载资料和通话可以同时进行,数据传输速度较快,有“永远在线”的特点。CDPD接入技术:传输速度快,最高的通信速度可以达到19.2kbps,数据安全性较高,采用了RC4加密技术,支持用户越区切换和全网漫游,可与公用有线数据网络互联互通。固定宽带无线接入(MMDS/LMDS)技术:宽带无线接入系统可以按使用频段的不同划分为MMDS(Multi - channel Multi - point Distribution Service)和LMDS(Local Multi - point Distribution Service)两大系列,可在较近的距离实现双向传输话音、数据图像、视频、会议电视等宽带业务,并支持ATM、TCP/IP和MPEG2等标准。DBS星接入技术:也叫数字直播卫星接入技术,利用位于地球同步轨道的通信卫星将高速广播数据送到用户的接收天线,通信距离远,费用与距离无关,覆盖面积大且不受地理条件限制,频带宽,容量大,适用于多业务传输。蓝牙技术:实现多种设备之间无线连接的协议,通过这种协议能使包括蜂窝电话、掌上电脑、笔记本电脑、相关外设和家庭Hub等包括家庭RF的众多设备之间进行信息交换,具有一对多点的数据交换能力。Home RF技术:主要为家庭网络设计,旨在降低语音数据成本,采用了IEEE802.11标准中的CSMA/CA模式,以竞争的方式来获取对信道的控制权,工作在2.4GHz频段,采用数字跳频扩频技术。5G接入技术:适用于需要高带宽、低延迟的场景,如工业物联网、自动驾驶等。5G的应用场景通常分为增强移动宽带(eMBB)、大规模机器类通信(mMTC)和超可靠低延迟通信(URLLC)三类。
二、宽带接入技术
1、有线宽带接入技术
铜线接入技术:即xDSL技术,是数字用户线路(DSL)的总称,利用电话线进行数据传输,把0 - 4kHz低端频谱留给传统电话使用,高端频谱留给用户上网使用。
ADSL(非对称数字用户线路):上行(从用户到ISP)和下行(从ISP到用户)带宽不对称,下行带宽远大于上行带宽。采用DMT(离散多音调)调制技术,下行通信速率可达1.5Mbps - 8Mbps或更高,上行通信速率为16K - 640Kbps或更高。HDSL(高速数字用户环路):在无中继的用户环路网上,用无负载电话线对称地高速传输信息,典型速率2Mbps,距离达3 - 5km,使用两对或三对双绞铜线。SDSL(对称数字用户环路):HDSL的简化版本,使用单根双绞线,可提供双向高速可变比特率连接,速率范围从160Kbps到2.084Mbps,在0.4mm双绞线上,最大传输距离是3公里。VDSL(甚高速数字用户环路):在开发ADSL中发现,适当减少距离会大大提高传输速率。VDSL上下行速率不对称,下行速率有13Mbps、26Mbps和52Mbps三档,相应传输距离为1500m、1000m和300m;上行速率一般有1.6Mbps、2.3Mbps和19.2Mbps三档。
HFC(光纤同轴混合网):在目前覆盖面很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网,把原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤,光纤从头端连接到光纤结点,在光纤结点光信号被转换为电信号,然后通过同轴电缆传送到每个用户家庭。光纤接入技术:接入网中采用光纤作为主要传输媒介来实现信息传送的网络形式。根据传输设施中是否采用有源器件分为有源光网络(AON)和无源光网络(PON),无源光网络又包括APON(在PON中采用ATM技术,后更名为宽带PON - BPON)、EPON(采用PON的拓扑结构实现以太网的接入)和GPON(BPON的一种扩展)。以太网接入:也称为FTTX + LAN接入,指以光纤加交换式以太网的方式实现用户高速接入互联网。以太网内部的传输介质大都采用双绞线(个别地方采用光纤),而以太网出口的传输介质使用光纤。
2、无线宽带接入技术
MMDS系统:用于2.5GHz/5.7GHz,采用先进的VOFDM技术实现无线通信,在大楼林立的城市里利用“多径”,实现单载波6MHz带宽下传输速率高达22Mbit/s的数据接入,频谱效率较高,在2.5GHz频段可达到90%的通信概率,在5.7GHz频段可达到80%以上的通信概率。微波SDHIP环系统:工作在高频段,过去在点对点的微波接力传输电路中使用较多。现在一些公司推出了微波SDH双向环网,具有自愈功能,与光纤环的自愈特性一致,集成了ADM,采用系列化的Modem,实现QPSK - 256QAM可编程,有多种接口(G.703、STM - 1、E3/T3、E1、以太网10Base - T/100Base - T)。LMDS(本地多点分配业务):工作在20GHz - 40GHz频段上,传输容量可与光纤比拟,同时又兼有无线通信的经济和易于实施等优点。一个完整的LMDS系统由本地光纤骨干网、网络运营中心(NOC)、基站系统、用户端设备(CPE)四部分组成。WLAN(无线局域网):可实现固定无线接入,为用户提供无线局域网服务。WiMAX:即微波存取全球互通,可以实现固定无线接入,也可以实现移动无线接入。蜂窝移动通信系统:从第一代模拟技术发展到如今的4G、5G技术,数据速率不断提高。例如4G静止数据速率2Mbit/s,慢速移动速率384kbit/s,高速移动144kbit/s;5G目标数据速率100Mbit/s,是第三代移动通信系统的50倍。
二、窄带接入技术
窄带接入技术主要包括以下几种:
普通调制解调器(Modem):
这是目前实现窄带Internet接入的主要方式之一,技术成熟。最高传输速率通常为56Kbps,但由于网络线路质量等因素,实际下载速度可能更低。因其速率较低,正在逐步被其他技术所取代。
窄带综合业务数字网(N-ISDN):
又称为“一线通”,是一种成熟的窄带接入技术,依赖光接入网络。主要利用2B+D来实现电话和Internet接入,典型下载速度可达64Kbps。能够满足窄带浏览的基本需要,是提高上网速度的一种经济有效的选择。
模拟调频技术:
系统工作在470MHz频率以下,采用FDMA方式,载频带宽小于25kHz。可提供话音通信业务和低速率数据通信业务。
固定蜂窝技术:
利用模拟蜂窝移动通信技术(如TACS、AMPS)和数字蜂窝移动通信技术(如GSM、DAMPS、IS-95CDMA)组建的无线接入系统。一般工作在800/900MHz或1.9GHz频段上,单个中心站覆盖范围在10-15km左右。可支持数据业务和窄带的ISDN业务等,适用于高业务量的城市地区。
固定无绳技术:
一种低功率的微蜂窝无线技术,主要分为欧洲的DECT、北美的PACS和日本的PHS等制式。
速度低于256Kbit/s的DSL技术:
包括部分xDSL技术,在速率较低时也可归类为窄带接入。
三、物联网接入技术
物联网接入技术种类繁多,涵盖有线和无线两大类,以下是一些主要的物联网接入技术:
1、有线接入技术
以太网(Ethernet):
提供高速、稳定的数据传输,适用于需要高带宽和低延迟的应用场景。使用双绞线或光纤作为传输媒介,数据传输速率可达10Mbps、100Mbps、1Gbps甚至更高。
串口通信技术(如RS-485、RS-232):
串口通信是一种非常通用的用于设备之间通信的接口,也广泛用于设备以及仪器仪表之间的通信。RS-485支持总线型结构,总线长度可达上千米,节点数可以多达256个,适用于工业控制和自动化系统中传输数据。RS-232适合点对点进行通讯,通常用于PC机连接外部设备。
Modbus:
Modbus是一种使用串行方式进行通信的应用层协议标准,广泛应用于工业领域。它采用主/从方式通信,支持多种电气接口和传输介质。
CAN总线:
主要用于汽车和工业控制系统中的数据通信,具有高可靠性和实时性。
光纤传输:
通过光纤进行数据传输,提供极高的带宽和稳定性,常用于高速互联网接入和长距离通信。
2、无线接入技术
Wi-Fi:
基于IEEE 802.11标准,提供高速互联网接入服务,广泛应用于家庭、办公室和公共场所。传输速率高,但功耗相对较高,覆盖范围有限。
蓝牙(Bluetooth):
用于短距离设备间的通信,功耗低,适合智能穿戴设备和智能家居。传输距离一般在10米左右,数据传输速率相对较低。
ZigBee:
一种低功耗、低速率的无线网络协议,适用于智能家居和自动化系统。支持mesh网络,网络容量大,可支持多达65000个节点。
LoRaWAN:
长距离、低功耗的无线通信技术,适用于广域物联网应用,如智能水表和资产追踪。传输距离远,功耗低,可自行搭建网络,无需依赖运营商网络。
NB-IoT(窄带物联网):
基于蜂窝网络的低功耗广域网技术,支持大量设备连接,适用于智慧城市和工业物联网。覆盖范围广,信号可穿透复杂环境,功耗极低,设备电池续航时间可达数年。
蜂窝网络(如2G、3G、4G、5G):
支持广泛的地理覆盖和高数据传输速率,适用于移动物联网设备。5G技术提供高带宽、低延迟和大规模设备连接能力,是未来物联网发展的关键技术之一。
NFC(近场通信):
用于短距离设备间的数据交换,常用于支付、身份验证等场景。传输距离非常短,但通信保密性好,功耗低。
UWB(超宽带):
一种高精度定位和数据传输技术,适用于需要高精度定位的应用。具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽等优势。
Sigfox:
一种专为低功耗设计的窄带物联网技术,适用于低数据量的设备连接。使用非授权频谱,建设和运营成本较低。