1.4 接入网的拓扑结构

网络的拓扑结构是指组成网络的物理的或逻辑的布局形状和结构构成，可以进一步分为物理配置结构和逻辑配置结构。物理配置结构指实际网络节点和传输链路的布局或几何排列，反映了网络的物理形状和物理上的连接性。逻辑配置结构指各种信号通道，如光波长、信元位置、时隙和频率等在光纤中使用的方式，反映了网络的逻辑形状和逻辑上的连接性。在接入网环境中，网络的拓扑结构直接与网络的效能、可靠性、经济性和提供的业务有关，具有至关重要的作用。

接入网环境下的基本网络拓扑结构有5种类型，即星状、双星状、总线状、环状和树状结构。

1.4.1 星状结构

在接入网环境中，各个用户最终都要与本地交换机相连，业务量最终都集中在本地交换机这个特殊点上，因而星状结构似乎是一种自然的选择。传统的电缆接入网就是这样配置的，在光缆接入网中星状结构仍然具有相当大的应用价值。由于本地交换机成了各个用户业务量的集中点（即枢纽点），因而星状结构又称枢纽结构。星状结构接入网如图1.9所示。

星状结构具有服务优质和成本高的特点，适合于传输成本相对交换成本较低的应用场合，例如，几十线以上的大企事业用户就是这种结构的最佳服务对象。灵活接入复用器就是一种适于这种应用场合的系统。

1.4.2 双星状结构

在光纤接入网环境中，将传统电缆接入网的交接箱换成远端节点或远端设备（RN/RT，Remote Node/Remote Terminal），将馈线电缆改用光缆后即成为双星状结构，有人称之为分布式星状结构。RN可以为有源电子设备（即有源双星状结构）；也可以采用无源器件（如星状耦合器）来完成选路、交接和测试功能，利用波分复用或时分复用方式来分离不同通路。不管是采用有源设备还是无源器件，两种方式在形式上类似，从端局到RN是星状配置，从RN到用户又是个星状配置。双星状结构接入网如图1.10所示。

有源双星状结构继承了点到点星状结构的一些特点，如与原有网络和管道的兼容性、保密性、故障定位容易、用户设备较简单等。为了克服星状结构成本高的缺点，可以通过向新设的RN/RT分配一些复用功能（有时还附加一些有限的交换功能）来减少馈线段光纤的数量。由于馈线段长度长，由多个用户共享后使系统成本大大降低，故双星状结构是一种经济的、演进的网络结构，很适用于距离较远、用户密度较高的企事业用户和住宅居民用户区。特别是远端节点采用同步数字序列（SDH，Synchronous Digital Hierarchy）复用器的双星状结构不仅覆盖距离远，而且容易升级至高带宽。利用SDH的特点，可以灵活地向用户单元分配所需的任意带宽。

1.4.3 总线状结构

总线状结构接入网如图1.11所示，其结构特点是通信的所有点串联起来并使首末两个点开放，当中间各个点可以有上下业务时又称为总线状结构，也称为链状或T状结构。总线状结构具有遍及全网的公共设施，但RN多且信息保密性大大受损，较适于分配式业务。在传统准同步数字序列（PDH，Plesiochronous Digital Hierarchy）网中，由于中间点上下业务费用较高，这种结构用得不太多。当接入网引入SDH分插复用器（ADM，Add/DropMultiplexer）后，具有十分经济灵活的上下低速业务的能力，可以节省光纤并简化设备。因而，总线状结构又开始受到重视并得到应用。

1.4.4 环状结构

环状结构接入网如图1.12所示，其结构特点是通信的所有点串联起来，而且首尾相连，没有任何点开放时就形成了环状结构。

与T状结构类似，环状结构只在采用了ADM作为RN时，才开始受到重视。利用ADM可以构成各种可靠性很高的自愈环状网结构，其中，单向通道倒换环是最适用于像接入网这样的业务量集中于端局的一种环状结构。这种环状结构，特别是SDH自愈环状网结构，其出色的质量结合较高的成本适合于带宽需求大、质量要求高的企事业用户和接入网馈线段应用。

1.4.5 树状结构

传统的有线电视（CATV，Cable television/community Antenna TeleVision）网往往采用树状-分支结构，很适于单向广播式业务。在光纤接入网中，这种结构再次显示了很强的生命力。如图1.13所示的这种结构的两种典型形式，即无源光网络（PON，Passive Optical Network）形式（见图1.13（a））和数字环路载波（DLC，Digital Loop Carrier）形式（见图1.13（b）），仅有的差别是光分路器和复用器。无源光网络不允许在外部设施中出现有源电子设备，而采用无源器件（如无源光功率分路器）来代替传统电缆接入网的交接箱和/或分线盒，完成光信号的分路功能。所谓的无源双星状、无源三星状或树状-分支结构均可由这类PON结构支持。

以PON为基础的树状-分支结构十分适合四线以上的电话业务需求，尤其是对双向宽带业务需求不迫切或不明朗的小企事业用户和住宅居民用户，特别是新建用户区。

1.4.6 无线接入网的一般结构

由于无线接入技术比传统的有线接入技术提供了更多的自由度，故无线接入网结构要比传统的有线接入网结构简单得多。

无线接入网的拓扑结构通常可分为两类：无中心拓扑方式和有中心拓扑方式。

1.无中心拓扑方式

在无中心拓扑方式的无线接入网中，任意两个站点之间均可以直接通信，一般采用无线广播信道，各站点都争用公用的无线信道。这种结构的优点是组网简单，费用低廉，并且网络稳定。但是当网络中节点过多时，各节点对信道的争用会降低网络的性能。同时，由于各个节点之间要进行直接通信，网络的布局就会受到一定的限制。因此，这种结构的接入网络适用于用户数较少的情况。

2.有中心拓扑方式

在有中心拓扑方式的无线接入网中，有一个无线站点（节点）是中心站，此站点控制接入网中所有其他站点对网络的访问。由于有一个节点实施控制功能，所以当网络中节点数目增多时，网络的吞吐性能和时延性能可以控制在一定的范围内，而不会像无中心网络一样性能急剧恶化。同时，网络中节点的布局受到的限制也要小一些，组网灵活。但是当中心站点出现故障时，网络很容易陷入瘫痪。

图1.14所示是一个标准的固定无线接入本地环结构。在第1段（段1），从本地交换机（也可以经过基站控制器）到无线基站之间由数字传输系统相连。这些传输系统可以是光纤、微波或电缆，传输体制可以是传统的准同步数字序列（PDH），也可以是同步数字序列（SDH）。在第2段（段2），无线基站负责把网络侧进来的符合网络标准的数字信号转换成数字空中接口信号。在第3段（段3），用户单元接收基站送来的无线电信号，将其转化为模拟信号或网络标准的数字信号。在第4段（段4），用有线手段将用户单元与用户设备（如电话机）相连。

图1.15所示为一个典型的移动通信系统结构（移动式接入），主要由移动台（MS，Mobile Station）、基站（BS，Base Station）、移动交换中心（MSC，Mobile Switching Center）和与公用固定通信网相连的中继线等构成。移动台（MS）是移动网的用户终端设备，它与最近的基站（BS）之间确立一个无线信道，并通过移动交换中心（MSC）与另一个移动用户通话，或者通过MSC及有线信道与市话用户通话。基站（BS）负责射频信号的发送、接收和无线信号至MSC的接入，还具有信道分配、信令转换及无线小区管理等控制功能，一个基站一般控制一个无线小区。移动交换中心（MSC）对本MSC控制区域内的移动用户进行通信控制与管理，通过标准接口与基站（BS）和其他MSC相连，完成越区切换、漫游及计费功能。

移动通信网接入公用固定通信网主要有用户线接入、市话中继线接入和移动电话汇接中心接入三种方式，目前主要采用移动电话汇接中心接入方式实现移动通信网与固定通信网的连接和联网互通。移动电话汇接中心接入方式就是将某个大区域或全国的各移动电话局汇接起来，构成一个区域性的或全国性的移动电话汇接中心，然后与长途干线或国际干线接续，以形成地区性的或全国性的无线移动通信网。在一个区域内，可能有多个移动交换中心（即移动交换局），通过局间中继线和市话端局或汇接局连接。

1.4.7 有线接入和无线接入结构的比较

如果将无线接入作为代替有线接入的手段，那么根据不同情况，可以分别代替相应有线接入的任何一部分乃至全部。

1.代替引入线

最保守的应用是用无线接入代替有线接入中的引入线部分，如图1.16所示。此时，有线接入的馈线电缆和配线电缆不动，用无线基站代替分线盒。无线基站在这类应用中常称为无线端口（RP，Radio Port），装在电灯杆或电力杆上，辐射距离较短，覆盖区大致对应微微区（50~500m）。

在市区，用户引入线很短，典型长度为几十米，初始成本很低，因此采用无线手段的经济优势不明显。然而，如果综合考虑维护成本和生命期成本，则这种方案是有吸引力的，特别是受城市传播条件影响较小，容易实施。在农用网情况下，引入线有可能长达几百米至一千米，此时在初始成本上，用无线手段也比有线手段具有优势。从长期看，用无线接入代替引入线的方案将是某些个人通信网（PCN，Personal Communication Network）配置所需要的。

2.代替配线和引入线

一种有效的应用是用无线接入代替有线接入中的配线和引入线，如图1.17所示。此时无线基站将设置在传统交接箱的位置，也就是数字环路载波（DLC）系统的远端设备所设置的位置，这种应用方案可以称为无线DLC。

图1.17所示无线DLC方案的结构可以代替较长的有线接入部分，因此，经济上具有较明显的优势。这种方案是典型的无线环路应用情况，多数蜂窝网也是以十分类似的方式组织的，此时无线基站通过主干路由（通常是DLC）与移动交换局相连。城市传播条件是这种方案的重要制约因素，因此，这种方案主要适用于大型企事业用户、近郊区和新居民区环境，覆盖区大致对应于微区（500~5000m）。

3.代替全部有线接入

一种更经济的应用是用无线接入代替全部有线接入，即不仅代替配线和引入线，也同样代替馈线电缆段，如图1.18所示。在这种情况下，单个无线系统可以代替交换区内的多个主干/配线系统，从而实现整个无线覆盖区内的接入，它也可以称为无线载波服务区（RCSA，Radio Carrier Service Area）。通常需要在本地交换局处设立高天线和大功率基站，覆盖区很大，相当于宏区（5000~55000m）。

这种方案代替了交换区的全部外场设施（包括电缆设施和设备），经济上具有最明显的优势。同时，由于整个交换区实现了无线传输，彻底消除了其他部分代替方案所不可避免的规划设计限制，因而理论上似乎是一种最有效、最基本的代替方案，而其他代替方案可以视为一些特殊的、有限的应用。然而，城市实际传播条件的限制将严重影响这种方案的应用，再加上覆盖区太大，同一频带内用户数较少，因而主要适合远郊区和农村网环境。

4.代替部分交换区

如果RCSA可以超过单个交换区，似乎没有理由限制RCSA只应用于单个交换区。这样RCSA有可能扩展至覆盖多个有线交换区和几十千米的范围，于是无线接入系统有可能代替多个交换区。此时无线接入系统不仅代替了多个交换区内的全部外场设备，而且也省掉了多个交换局。这种代替方案可以称为无线重叠网（RON，Radio Overlapping Network）。

理论上，RON方案也是一种十分有效的代替方案，不仅经济上具有明显优势，而且在一定程度上扭转了向分布式交换的发展趋势，并提供了重叠式数字业务的可能性。然而，城市传播条件的限制将严重影响其实际应用。