IPsec在IMS固定接入网中的应用部署探讨

第一篇：IPsec在IMS固定接入网中的应用部署探讨

IPsec在IMS固定接入网中的应用部署探讨

蔡晟

中国电信股份有限公司上海研究院

【摘要】随着IMS的商用部署，传统运营商需要考虑固定接入用户的信息加密保护需求。本文简要介绍IPsec的工作原理，分析ESP和AH协议的封装机制；研究在BAC设备上实现IPsec的功能要求；最后提出IPsec在IMS固定接入网的应用部署建议。

【关键词】IMS；固定接入；安全；IPsec；BAC 引言

固定与移动通信的融合（FMC）已成为通信行业的未来发展趋势之一，IMS（IP Multimedia Subsystem）为在网络和业务层面提供了融合技术的可能性，越来越多的电信运营商正在或者准备IMS网络的部署。3GPP R7 版本又加强了对固定、移动融合的标准化制定，要求 IMS 支持 xDSL、cable、FTTx等固定接入方式。

固网运营商部署IMS时，需要考虑IMS固定接入的安全问题。一方面，IMS终端和互联网直接互联，而互联网是不安全的网络，使得接入设备和 IMS 终端很容易地受到黑客的攻击；另一方面，IMS 是以IP 为承载的网络，只要基于 IP 技术，SIP 信令就可以很容易的传送到核心控制层，这样IMS 核心控制层就会很容易的受到来自互联网安全威胁。IMS的安全架构

IMS网络基于数据网上, 但是它的安全机制却和数据网不相关的，为此IMS提供了完整的安全机制，包括鉴权认证、信令一致性保护以及加密。具体结构可以参见下图：

图1.IMS安全结构

可以看出IMS的安全结构一共包括5个层面: 1.提供用户和IMS网络之间的双向认证.认证是基于存在于IMS用户和HSS的秘密数据和函数.HSS[3]向S-CSCF[2]分发认证向量.S-CSCF代表网络对用户进行认证.2.提供UE和P-CSCF[2]之间的空中接口之间的安全链接.其中包括加密和完整化保护.3.提供网络域内CSCF和HSS之间的安全.4.提供不同网络之间的CSCF网络实体之间的网络域安全.5.提供相同网络内的CSCF之间的安全.这当中, 1、2被称为IMS接入网的安全, 而3、4、5则是网络域内范围的安全。

虽然IMS安全架构定义了UE与P-CSCF之间通过IPsec实现信令/媒体的完整性和安全性保护机制，但是当引如BAC后，原有的端到端的机制无法直接在UE与P-CSCF之间实现，转而需要在UE与BAC之间实现IPsec。为此，需要研究BAC的工作机制和IPsec的特性，探讨IPsec在BAC上应用部署问题。BAC的工作机制

在软交换时代，为解决业务部署中遇到的NAT/FW穿越、安全、互通、QoS等问题，运营商大多在固定接入终端和软交换之间部署BAC（边界控制器）。在IMS架构中，也同样定义了BAC：BAC位于P-CSCF和UE之间，BAC与P-CSCF接口为Gm，与UE之间的接口为Gm’。BAC也可以与P-CSCF合设，此时，Gm成为内部接口。

图2.BAC 在IMS架构中的位置

当SIP终端向IMS注册时，BAC会给终端分配一个信令代理端口，所有消息都会经过这个端口转发给IMS，同时BAC会用自身地址和这个端口来替换消息体中终端的地址信息。因此，BAC对SIP终端来说可看作是IMS系统，BAC相对IMS又可看作是用户，IMS系统首先将呼叫被叫的请求发给BAC，经过信令处理后再转发给真正的被叫用户。IPsec协议分析

IPsec是IP网络的主要安全机制，可以直接在IP层引入安全。通常IPsec根据网络节点标识来提供安全服务，而且这可以由SIP体系独立完成。正因如此，IPsec主要用于SIP实体之间，这些SIP实体可以拥有预先配置而且相当静态的安全联系，如同一个IP电话提供商的服务器。TLS通过TCP来提供传输层的安全，它适于在有动态联系的主机间需要逐段转接安全的体系。

AH和ESP是IPsec的两个主要协议。Authentication Header(AH)协议为IP通信提供数据源认证、数据完整性和反重播保证，它能保护通信免收篡改，但不能防止窃听，适合用于传输非机密数据。Encapsulating Security Payliad(ESP)为IP数据包提供完整性检查、认证和加密。AH认证强于ESP，AH可以对报头和有效载荷进行认证，ESP只对有效载荷进行认证。AH和ESP在完整性校验的主要区别在于覆盖的长度上，ESP不对IP头进行认证，除非IP头被封装在ESP内部（例如，隧道模式）。

传输模式和隧道模式是将AH和ESP应用到IP数据包中的两种不同的方法。在隧道模式下，原始IP分组被封装成一个新的IP数据包，并在内部报文和外部报文之间插入一个IPsec

报头（AH或ESP），原IP地址被当作有效载荷的一部分受到IPsec的安全保护，另外，通过对数据加密，还可以将数据包目的地址隐藏起来，有助于保护端隧道通信中的数据安全。

在传输模式下，在IP报头和高层协议报头之间插入一个IPsec报文（AH或ESP）。在该模式下，IP报头与原始IP分组中的IP报头相同，只是IP协议字段被改为AH（51）或ESP（50），并重新计算IP报头校验和。

传输模式保护数据包的有效载荷、高层协议，IPsec源端点不会修改IP报头中的目标IP地址，原来的IP地址保持明文。传输模式只是为高层协议提供安全。该模式常应用在需要保护的两台主机之间的端到端的连接，而不是有多台主机的两个网关之间的数据流。

4.1隧道模式中的AH 在隧道模式中，AH插入到原始IP头部之前，然后在AH之前再增加一个新的IP头部。AH验证的范围也是整个IP包，因此也存在AH和NAT、BAC的冲突。

新IP头部（含可选字段）AH头部IP头部（含可选字段）TCP头部（含可选字段）数据应用AH之前IP头部（含可选字段）TCP头部（含可选字段）数据应用AH之后图3.隧道模式中的AH

验证区域（可变字段除外）

4.2隧道模式的ESP ESP隧道模式对整个IP包进行加密保护，ESP插入到原始IP头部之前，然后在ESP之前再增加一个新的IP头部。

新IP头部（含可选字段）ESP头部IP头部（含可选字段）IP头部（含可选字段）TCP头部（含可选字段）数据加密区域TCP头部（含可选字段）验证区域数据ESP尾部ESP验证数据应用ESP之前应用ESP之后图4.隧道模式中的ESP

4.3传输模式中的AH AH插入到IP头部（包括IP选项字段）之后，传输层协议（如TCP、UDP）或者其他IPsec协议之前。

IP头部（含可选字段）ESP头部IP头部（含可选字段）TCP头部（含可选字段）数据加密区域TCP头部（含可选字段）验证区域数据ESP尾部ESP验证数据应用ESP之前应用ESP之后图5.传输模式中的AH

4.3传输模式中的ESP ESP插入到IP头部（包括IP可选字段）之后，任何被IP协议所封装的协议（如传输层协议TCP、UDP等）之前，保护IP包的载荷。传输模式的ESP不对SPI、序号字段和验证数据进行加密。不对IP头部进行验证，所以不存在NAT和BAC冲突的问题。ESP传输模式的验证服务比AH传输模式弱一些。

IP头部（含可选字段）IP头部（含可选字段）TCP头部（含可选字段）数据应用AH之前AH头部TCP头部（含可选字段）数据应用AH之后图6.传输模式中的ESP

验证区域（可变字段除外）IPsec在BAC上的应用

在隧道模式下，无论是AH还是ESP，如果该包经过BAC，其源/目的地址将被改变，将造成到达目的地址后的完整性验证失败。在传输模式下的AH，被验证的区域是整个IP包（可变字段除外），包括IP包头部，因此源IP地址、目的IP地址是不能修改的，否则会被检测出来。

由于BAC重新指定内网/外网用户信令/媒体流的接收地址和端口，因此IMS只能采用IPSec ESP为UE和BAC间所有SIP信令提供完整性保护，保护IP层的所有SIP信令，以传输模式提供完整性保护机制。

对于IMS固定接入网用户，由于UE与P-CSCF之间存在BAC，特别是在BAC的信令处理模块与P-CSCF未合设的情况下，无法实现从UE到P-CSCF的IPsec加密通道，因此为保证IMS的安全传输，可以部署从终端到BAC的IPsec安全隧道，为终端接入提供安全链接.包括加密和完整性保护。

下图以固定接入的UE初始注册为例，介绍UE与BAC之间建立SA的流程。

UE1Unprotectedport2REG4018UnprotectedportBACP-CSCFS-CSCF345910protectedClient port15protectedServer port11REG672001320014protectedServer portprotectedClient port

TCP/UDP12图7.UE与BAC之间建立SA

1、UE发送注册请求；

2、向BAC的服务端口（未受保护）发送该SIP注册消息；

3、该SIP注册消息传送至归属S-CSCF，进行用户身份验证；

4、S-CSCF从HSS取得用户安全信息；

5、S-CSCF返回401应答消息，该消息中包含了BAC侧用于IPsec的加密密钥和UE的验证信息；

6、BAC更改401消息，去除加密密钥，增加包含IPsec信息的Security-Server报头；

7、BAC为接收认证过的SIP注册消息准备IPsec通道；

8、由BAC修改的401消息发送至UE的服务端口（未受保护）；

9、UE对S-CSCF进行验证，计算用于IPsec通道的加密密钥。UE建立IPsec通道，配置SA；

10、UE构建验证后的注册请求消息；

11、UE向BAC的端口（受保护）发送注册消息；

12、BAC转发SIP注册消息，S-CSCF对UE进行验证；HSS更新记录；S-CSCF返回200 OK；

13、若使用TCP协议，BAC向UE的端口（受保护）发送200 OK；

14、若使用UDP协议，BAC向UE的端口（受保护）发送200 OK；

15、会话建立。

根据上述流程可以看出，当BAC与P-CSCF功能实体分开设置的情况下，IPsec的建立需要由BAC代替P-CSCF完成。为了进一步提高BAC与P-CSCF之间SIP信令的完整性和机密性，可以在两者之间另外建立安全隧道，但是这样将加重BAC的处理负荷，并且BAC与P-CSCF之间已属于运营商内部核心网而不属于接入网，在安全防护上已有一定的保证。当BAC与P-CSCF功能实体合并设置的情况下，对BAC没有支持IPsec需求，接入网部分的信令加密仍可以由UE与P-CSCF之间建立安全隧道来完成。

6结束语

总之，为解决IMS终端与核心网络之间的安全问题，可以通过IPsec对信令、媒体流进行完整性保护和加密。而固定接入终端与移动终端的IPsec应用存在区别，主要是对于固定接入终端，需要在BAC上部署IPsec。因此，虽然目前IPsec的实际应用较少，但是运营商在建设IMS网络时，仍需要关注BAC对IPsec的功能支持，以便将来满足固定接入用户的安全需求。

参考文献

[1] IETF RFC2401 Security Architecture for the Internet Protocol.[2] IETF RFC2406 IP Encapsulating Security Payload(ESP).[3] 潘平，会话边界控制设备SBC应用的相关研究，广东通信技术，2010, 30(5).[4] 杨涛，面向用户的IMS媒体层统一安全框架，计算机工程，2009.[5] 宋建标，马跃，刘昶，IMS固定接入网安全问题分析，计算机科学技术，2010，10.作者简介

蔡晟 北京邮电大学，学士，中国电信股份有限公司上海研究院，助理工程师，交换研发工程师，主要研究方向为软交换、IMS核心网。

第二篇：光纤通信技术在宽带接入网中的应用

光纤通信技术在宽带接入网中的应用

摘要：随着科学技术的日益发展，人与人之间的通信也越来越频繁，对速度，容量的要求也越来越高，传统的电缆通信已经慢慢满足不了人们的需求。在这种需求下，光纤通信技术在原有的传统通信技术中脱颖而出,已成为现代通信的主要支柱之一,在现代电信网中起着举足轻重的作用。本文首先解释了光纤通信的定义，以及它的特点和发展情况。重点论述了宽带接入的基本定义、常见的宽带接入方式及特点、宽带接入的发展及应用情况，最后以配合实例的方式介绍了光纤接入技术在宽待接入网中的应用。

关键词：光纤通信；宽带接入技术；宽带接入网。光纤通信技术的基本概念

所谓光纤通信技术，即以光纤为主要传播媒介，通过光学纤维传输信息的通信技术。自1970年美国康宁公司首次研制成功损耗为20dB/km的光纤，光纤通信时代到来。与传统的电缆通信不同，它有许多电缆通信所不具备的优点。1.1光纤通信的优点

1.1.1频带极宽，通信容量大。

光纤比铜线或电缆有大得多的传输带宽，光纤通信系统的于光源的调制特性、调制方式和光纤的色散特性。对于单波长光纤通信系统，由于终端设备的电子瓶颈效应而不能发挥光纤带宽大的优势。通常采用各种复杂技术来增加传输的容量，特别是现在的密集波分复用技术极大地增加了光纤的传输容量。目前，单波长光纤通信系统的传输速率一般在2.5Gbps到1OGbps。

1.1.2损耗低，中继距离长。

目前，商品石英光纤损耗可低于0～20dB/km，这样的传输损耗比其它任何传输介质的损耗都低；若将来采用非石英系统极低损耗光纤，其理论分析损耗可下降的更低。这意味着通过光纤通信系统可以跨越更大的无中继距离；对于一个长途传输线路，由于中继站数目的减少，系统成本和复杂性可大大降低。1.1.3抗电磁干扰能力强。

光纤原材料是由石英制成的绝缘体材料，不易被腐蚀，而且绝缘性好。与之相联系的一个重要特性是光波导对电磁干扰的免疫力，它不受自然界的雷电干扰、电离层的变化和太阳黑子活动的干扰，也不受人为释放的电磁干扰，还可用它与高压输电线平行架设或与电力导体复合构成复合光缆。这一点对于强电领域(如电力传输线路和电气化铁道)的通信系统特别有利。由于能免除电磁脉冲效应，光纤传输系还特别适合于军事应用。

1.1.4无串音干扰，保密性好。

在电波传输的过程中，电磁波的泄漏会造成各传输通道的串扰，而容易被窃听，保密性差。光波在光纤中传输，因为光信号被完善地限制在光波导结构中，而任何泄漏的射线都被环绕光纤的不透明包皮所吸收，即使在转弯处，漏出的光波也十分微弱，即使光缆内光纤总数很多，相邻信道也不会出现串音干扰，同时在光缆外面，也无法窃听到光纤中传输的信息。

除以上特点之外，还有光纤径细、重量轻、柔软、易于铺设；光纤的原材料资源丰富，成本低；温度稳定性好、寿命长。由于以上优点，光纤刚一发明，就备受业内人士青睐，发展非常迅速，光纤通信系统的传输容量从1980年到2000年增加了近一万倍，传输速

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度在过去的10年中，大概提高了100倍。如今，光纤通信技术除了应用于国家军事事业，科研的发展，电力设备的监控与传输等，更加走进了千家万户，如FTTB（光纤到楼）技术，为我们的生活、生产带来了高效，便捷的服务。宽带接入技术的基本概念

要了解什么是宽带接入技术，就必须先知道何为宽带。对于宽带，其实并没有很严格的定义，一般是以目前拨号上网速率的上限 56Kbps为分界，将 56Kbps及其以下的接入称为“窄带”，之上的接入方式则归类于“宽带”。而宽带接入技术就是通过各种技术手段，在节省材料，尽可能大的降低损耗，做到现有资源的最大利用率为前提的一种技术。就目前来说，宽带接入主要有以下几种技术: 2.1 ADSL

ADSL是英文Asymmetrical Digital Subscriber Loop(非对称数字用户环路)的英文缩写，ADSL技术是运行在原有普通电话线上的一种新的高速宽带技术，它利用现有的一对电话铜线，为用户提供上下行非对称的传输速率（带宽）。非对称主要体现在上行速率(最高640Kbps)和下行速率(最高8Mdps)的非对称性上。上行(从用户到网络)为低速的传输，可达640Kbps；下行(从网络到用户)为高速传输，可达8Mbps。它最初主要是针对视频点播业务开发的，随着技术的发展，逐步成为了一种较方便的宽带接入技术，为电信部门所重视。通过网络电视的机顶盒，可以实现许多以前在低速率下无法实现的网络应用。2.2 DSL

DSL(Digital Subscriber Line数字用户环路)技术是基于普通电话线的宽带接入技术，它在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备，减轻了电话交换机的负载；并且不需要拨号，一直在线，属于专线上网方式。DSL包括ADSL、RADSL、HDSL和VDSL等等。2.3 VDSL

VDSL(Very-high-bit-rate Digital Subscriber loop)是高速数字用户环路，简单地说，VDSL就是ADSL的快速版本。使用VDSL，短距离内的最大下传速率可达55Mbps，上传速率可达19.2Mbps，甚至更高。2.4光纤接入网

光纤接入网(OAN)是采用光纤传输技术的接入网,即本地交换局和用户之间全部或部分采用光纤传输的通信系统。光纤具有宽带、远距离传输能力强、保密性好、抗干扰能力强等优点,是未来接入网的主要实现技术。FTTH方式指光纤直通用户家中，一般仅需要一至二条用户线，短期内经济性欠佳，但却是长远的发展方向和最终的接入网解决方案。

2.5 FTTX+LAN接入方式

这是一种利用光纤加五类网络线方式实现宽带接入方案，实现千兆光纤到小区(大楼)中心交换机，中心交换机和楼道交换机以百兆光纤或五类网络线相连，楼道内采用综合布线，用户上网速率可达10Mbps，网络可扩展性强，投资规模小。另有光纤到办公室、光纤到户、光纤到桌面等多种接入方式满足不同用户的需求。FTTX+LAN方式采用星型网络拓扑，用户共享带宽。2.6 ISDN

ISDN综合业务数字网是数字传输和数字交换综合而成的数字电话网，英文缩写为ISDN。它能实现用户端的数字信号进网，并且能提供端到端的数字连接，从而可以用

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同一个网络承载各种话音和非话音业务。ISDN基本速率接口包括两个能独立工作的64Kb的B信道和一个16Kb的D信道，选择ISDN 2B+D端口一个B信道上网，速度可达64Kb/s，比一般电话拨号方式快2.2倍(若Modem的传输速率为28.8Kb/s)。若两个B信道通过软件结合在一起使用时，通信速率则可达到128Kb/s。

在未来，以电缆为传播媒介的接入方式必定会被社会淘汰，渐渐淡出我们的视线，而光纤接入技术，以其宽带、远距离传输能力强、保密性好、抗干扰能力强等优点，终将取而代之，特别是其中的FTTX+LAN接入方式，具有带宽大，资源利用率高等特点，无疑是其中的一个主力军。光纤通信技术在宽带接入网中的应用

虽然光纤通信具有很多优点，但是要想充分发挥光纤接入技术的优势，网络的设计，资源的分配和施工工程过程中的注意事项也是很重要的。

下面就以某楼层为例，来说明光纤接入技术的优点以及设计，施工的具体细节。3.1网络拓扑结构

小区内有5个单元，每个单元有17户住户，主要网络架构以下图为例：根据用户需求，该楼层采用FTTB+LAN的接入技术。

因为该楼层有5 个单元，每个单元有17户住户，所以设计一共安装10个ONU，每个单元2个，所以接入网机房里采用1：16光分路器。再用五类线从ONU中接出来，分到每个用户家中。

局端到楼层接入网机房为一根12芯光缆，从接入网机房到各个单元之间为一个6芯光缆。就楼层目前的需求来说，1：16的光分一共只要跳5芯就够了，也就是说，每个单元的6芯光缆只用了一芯。3.2设计方案优点

该方案用尽可能少的资源解决了整个楼层每个用户的需求，为了节省光缆资源，为以后楼层的扩容需要，所以采用了光分路器。这种为楼层，小区设计的方案叫EPON系统，EPON系统具备良好的可扩展性，只要针对小区当前网络规划的情况，增加分光器

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/板卡等设备，可方便快捷的实现对网络的扩展，且不会对现有业务造成任何影响。例如，针对本方案，可以对该楼层部分高端客户提供FTTH(光纤到户)接入以及迅速接入周边客户(只需要部署光分路器到该用户之间的光纤即可)。3.3施工中的注意事项

虽然光纤有很高的传输速率，但是如果因为在施工中不注意施工事项，也会造成光纤的损耗过大，从而大大削弱光纤本来的传输功能。所以，为了降低这种失误，应遵守以下原则：

3.3.1一条线路上尽量采用同一批次的优质名牌裸纤

对于同一批次的光纤，其模场直径基本相同,光纤在某点断开后,两端间的模场直径可视为一致，因而在此断开点熔接可使模场直径对光纤熔接损耗的影响降到最低程度。所以要求光缆生产厂家用同一批次的裸纤，按要求的光缆长度连续生产，在每盘上顺序编号并分清A,B端不得跳号。敷设光缆时须按编号沿确定的路由顺序布放，并保证前盘光缆的B端要和后一盘光缆的A端相连，从而保证接续时能在断开点熔接,并使熔接损耗值达到最小。

3.3.2光缆架设按要求进行

在光缆敷设施工中，严禁光缆打小圈及折，扭曲3km的光缆必须80人以上施工，4km必须100人以上施工，并配备6～8部对讲机；另外“前走后跟,光缆上肩”的放缆方法,能够有效地防止打背扣的发生。牵引力不超过光缆允许的80%，瞬间最大牵引力不超过100%，牵引力应加在光缆的加强件上。敷放光缆应严，格按光缆施工要求，从而最低限度地降低光缆施工中光纤受损伤的几率，避免光纤芯受损伤导致的熔接损耗增大。

3.3.3挑选经验丰富训练有素的光纤接续人员进行接续

现在熔接大多是熔接机自动熔接，但接续人员的水平直接影响接续损耗的大小。接续人员应严格按照光纤熔接工艺流程图进行接续，并且熔接过程中应一边熔接一边用OTDR测试熔接点的接续损耗。不符合要求的应重新熔接，对熔接损耗值较大的点，反复熔接次数以3～4次为次为宜，多根光纤熔接损耗都较大时，可剪除一段光缆重新开缆熔接.。

3.3.4接续光缆应在整洁的环境中进行

严禁在多尘及潮湿的环境中露天操作，光缆接续部位及工具、材料应保持清洁，不得让光纤接头受潮，准备切割的光纤必须清洁，不得有污物。切割后光纤不得在空气中暴露时间过长尤其是在多尘潮湿的环境中。

3.3.5选用精度高的光纤端面切割器来制备光纤端面

光纤端面的好坏直接影响到熔接损耗大小，切割的光纤应为平整的镜面，无毛刺，无缺损。光纤端面的轴线倾角应小于1度，高精度的光纤端面切割器不但提高光纤切割的成功率，也可以提高光纤端面的质量。这对OTDR测试不着的熔接点(即OTDR测试盲点)和光纤维护及抢修尤为重要。3.3.6熔接机的正确使用

熔接机的功能就是把两根光纤熔接到一起，所以正确使用熔接机也是降低光纤接续损耗的重要措施。根据光纤类型正确合理地设置熔接参数，预放电电流，时间及主放电电流，主放电时间等，并且在使用中和使用后及时去除熔接机中的灰尘，特别是夹具,各镜面和v型槽内的粉尘和光纤碎末的去除。每次使用前应使熔接机在熔接环境中放置至少十五分钟，特别是在放置与使用环境差别较大的地方(如冬天的室内与室外)，根据当时的气压,温度,湿度等环境情况，重新设置熔接机的放电电压及放电位置，以及使v型槽驱动器复位等调整。

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4结束语

由于光纤通信的一系列优点，电缆通信的运用正慢慢得从我们的视线中消失。国家也制定了“光进铜退”的发展目标。在不久的将来，光纤通信必定取代电缆通信，为我们的生活，科技的发展，国家的军事事业带来便利又稳定的通信基础，光通信技术也必定会越来越先进。

参考文献：

[1] 杜庆波.曾庆珠等.光纤通信技术与设备.西安电子科技大学出版社.2008.2 [2] 柳春锋.光纤通信技术.北京理工大学出版社.2007.6 [3] 杨威.宽带接入技术与实践.人民邮电出版社.2008.5 [4] 李宏荣.王迎红.太原市某小区光纤接入网设计方案.山西煤炭管理干部学院学报.2008.2 [5] 金鑫.陈兴刚.宽带接入网技术的发展及应用.黑龙江科技信经息2008（23）[6] 阎德升.EPON-新一代宽带光接入技术与应用.西安出版社.2008.3

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第三篇：光通信技术在用户接入网中的应用及发展

光通信技术在用户接入网中的应用及发展

（200910330118 09电子一班 杜伯昱）

随着社会经济的发展，人们对通信业务的需求量也越来越大，业务种类早已由电话语音业务扩展到数据、传真、计算机、图像等业务，如何经济、高效地提供用户满意的接入网，已经成为通信业关注的焦点。接入网是指用户网络接口与业务节点之间实现传送承载功能的网络实体。随着接入网传送全业务的需要和光纤通信技术的日趋完善和发展，用光纤构成接入网来实现传送承载功能已成为接入网的发展方向，光纤宽带接入网将以其独特的优点，在全业务宽带通信接入网中发挥主要作用。

一、光纤接入网的拓朴结构

电信网络最基本的拓朴结构有线形、星形和环形，由这3种基本结构组合而成的有双星形。环形／星形、双环形、树形、网状网等等。其中线形、星形（包括多星形）、树形、网状网结构是适用于光纤接入网的拓朴结构。

1．线形网络结构上、下业务灵活，可以节省光纤，简化设备，因此有广泛的应用前景。

2.星形网络结构无论是其容量还是其业务服务内容都可以根据需要进行扩容、升级；并且，多星形结构馈线部分的复用系数很大，所以，采用星形类结构，可以大大节省光纤数量和建设成本，是光纤投入网发展中最主要的网络拓朴结构。

3．树形网络结构适用于广播式信息传递，其应用有一定的局限性。但是在有线电视或采用TDMA或CDMA技术的电信光源光网络（PON）中有很大的应用前景。

4.网状网结构经济、灵活、维护运行费用低，网络升级方便，在接入网中具有很大的优越性。

二、光纤用户接入系统的组成

目前，接入网的用户终端设备都属于电气设备（如计算机。电话机、传真机、电话机等），所以在局端和用户端之间，以光波作为载波，光纤作为传输媒介时，在两端都要进行光信号与电信号之间的转换。光通信系统的组成主要有光源、光纤、光检测器。

发端的光源在电信号的作用下，发出与之时应的光信号，完成电／光转换的任务。常用的光源有半导体激光二极管和半导体发光二极管。

接收端收到从发端经过光纤送来的光载波时，首先由光检测器把收到的光信号转换成对应的电信号，再经过放大均衡，还原成所需要的电信号。可见，光检测器是光信号接收的关键器件。在光纤通信中，常用的光检测器有PIN光电二极管和雪崩光电二极管。

光纤在信号的传输过程中起着媒介的作用。光纤按其传输模式可分为单模光纤和多模光纤。在光纤中只能传送一个模式时称为单模光纤，同时传送多个模式时称为多模光纤。目前，在光纤通信系统中使用的载波波长有3个：0.85pm、1.31pm、1.55pm。第1代光纤通信系统使用的是0.85pm波长，多模光纤；第2、3代光纤通信系统使用的是1.31pm波长，多模光纤和单模光纤；最新的第4代光纤通信系统是用1.55pm波长，单模光纤。光纤的工作频带宽，传送的信号频率高，能满足全业务传输的需要。

三、光信号的复用技术

利用光纤作为传输媒介，其最重要的特点是光纤可以传输很高速率的数字信号，并且容量大。光纤的传输容量取决于光信号的复用技术。

1．波分复用（WDM）和密集波分复用（DWDM）技术

利用波分复用器件，将多个波长不同的光载波合路后在一根光纤卜传送的方法，称为波分复用。利用不同波长的光载波没不同方向传输，还可以实现单根光纤的双向传输。波分复用的容量与相邻两个光载波波长之间的间隔有关。通常将波长间隔比较大（50－100nm）的系统，称为WDM系统；波长间隔比较小（1一10nm）的系统，称为密集的波分复用（DWDM）系统；波长间隔小于是1nm时，称为光频分复用（FDM）系统。

实现波分复用技术的关键在于波分复用器件，即分波和合波器。它们的作用是在发端将同一系统中各光源产生的不同波长的光合路到一根光纤上传输，在接收端将接收到的光信号分成不同波长的光信号送到光检测器进行光／电转换。

光波分复用技术具有很多优点，利用光波分复用技术可以根据业务发展的需要，在原有光缆容量的基础上进行扩容；波分复用器件具有方向可逆性，即同一个器件可用作合波和分波，所以在同一根光纤上可以实现双向传输；在光波分复用技术中，各个波长工作系统所用的调制方式、传输速率、传送的信号类型彼此没有关系，但相互兼容。采用WDM技术可以增加用户接入网组网的灵活性。WDM技术在高速宽带通信网发展中将占有重要地位，它将促使全光通信网成为现实。

2．频分复用（FDM）技术

频分复用与波分复用本质上没有什么区别，因为信号的频率与波长互为倒数关系。通常把光载波波长间隔小于1nm的系统称为光频分复用系统。

与光波分复用系统类似，光频分复用的关键在于频分复用器件。由于FDM的波长间隔很密，必须用分辨率很高的技术来选取不同波长的光信号。目前主要采用两种方法：可调谐的光滤波器和相干光通信技术。FDM技术成熟，复用系数高，在混合光纤／同轴接入网（HFC）中得到广泛应用。

3．空分复用（SDM）技术

空分复用就是利用不同的空间（不同的线路）构成不同的信道传送各路光信号的方式。例如在多芯光缆中利用不同的芯纤传送不同的信号或者传送不同方向的信号。可见，SDM系统的容量与光缆的芯数成正比，因此，在光接入网建设初期，业务容量小时采用SDM技术是即简单又方便的方式。当业务容量增大，需要扩容时，只要在原有的光缆线路上采用适当的光复用方式，就可以达到目的。4．光时分复用（OTDM）技术

光时分复用就是让经电／光转换后的各路光信号在不同的时间占用同一根光纤传输。实现OTDM技术的关键在于超短脉冲光源、光调制器、光时分复用器、全光解复用器。

采用OTDM技术可以实现超大容量的传输，传输速率可达几百Gbit／S，如日本NTT的160Gbit／s，200kmOTDM光孤子通信系统。OTDM技术与WDM技木相结合，还可以达到更高的容量。但是目前，当光传输速率较高时，很难实现发送端与接收端的时钟频率和相位的精确向步，所以在光接入网上OTDM通信系统还未进入实用化阶段。由于OTDM采用高速光信号处理技术，易于与未来全光网兼容，所以在未来的高速通信网发展中，也将占有很重要的地位。

5.副载波复用（SCM）技术

副载波复用技术是让各路基带电信号光经过一次电载波（射频波）的调制，既电的频分复用，再将已频分复用的电信号对光载波即光源进行调制，然后经光纤进行传输。在接收端，凭经过光／电转换，恢复出电频分复用信号群，再经过电解调，恢复原来的各路基带电信号。第一次调制用的电载波被称为副载波。

利用副载波复用技术，所传送的信号可以相互独立，互不相干，因而可以实现模拟电话、数字电话、图像信号以及各种数据业务的兼容。目前，SCM技术多用于CATV多频道传输系统的用户接入网方案。

光纤通信技术以其大容量、高速率的特点在信息传输中已获得广泛应用。但是，在信号的整个传输过程中，要经过多次光信号与电信号的转换。由于电子器件存在带宽限制、功率损耗大、易受电磁波干扰等缺点，使信号在传输过程中产生“电子瓶颈”现象，限制了系统的容量和速率的进一步提高。为此人们正在研究开发用于代替现有电器件的光器件，如光开关、光放大器、光滤波器、波长路由器、波长转换器、光交叉连接设备、光ATM设备等，全光通信网的实现已指日可待。

第四篇：固定化酶在现代工业中的应用

固定化酶在现代工业中的应用

姓名：胡艳芬 学号：2008132106 指导教师：张孟

摘要

酶是一类有催化功能的蛋白质,具有反应条件温和, 底物专一性强, 可在水溶液和中性pH 下操作等优点。与游离酶相比，固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时，又克服了游离酶的不足之处。本文简要介绍了固定化酶的概念、制备方法及其在生物、医药、环境保护等方面的广泛应用。重点介绍一些固定化酶在现代工业中的应用，并对其应用前景进行了展望。

关键词

固定化酶 制备 工业 应用 前景

酶是一类由活细胞产生的具有生物催化功能的分子量适中的蛋白质,具有极高的催化效率、高度的特异性及控制的灵敏性。大多数酶是水溶性的。由于酶催化反应具有底物专一性、催化高效性、反应条件温和等优点,符合绿色化学的要求,从而被大家高度重视,已在许多领域得到广泛的应用。酶的最大缺点是其不稳定性,在酸、碱、热及有机溶剂中易发生变性,活性降低或丧失;而且酶反应后,会在溶液中残留,造成酶反应难以连续化、自动化,同时也不利于终产品的分离提纯,这些都大大阻碍了酶工业的发展,所以有必要采取酶工程技术改善这些缺点。酶工程技术措施较多,其中酶的固定化技术是重要举措之一。酶的固定化是用人工方法把从生物体内提取出来的酶固定在特定的载体上或使酶与酶相交联,酶被限定在一定区域内,但仍保持原有高效、专

一、条件温和的催化功能。

已固定化的酶像化学反应所用的固体催化剂那样, 既能发挥它们的催化特性, 又能回收, 并能多次反复使用, 使整个生产工艺可以连续化、自动化。近年来, 国内外科技工作者在固定化酶在工业生产中的应用做了大量研究，并得到了广泛的发展，本文将对这些成就做具体介绍。固定化酶的概念

1916 年Nelson 和Griffin 最先发现了酶的固定化现象后, 科学家就开始了固定化酶的研究工作。1969 年日本一家制药公司第1 次将固定化的酰化氨基酸水解酶用来从混合氨基酸中生产L-氨基酸, 开辟了固定化酶工业化应用的新纪元。酶的固定化是用人工方法把从生物体内提取出来的酶固定在特定的载体上或使酶与酶相交联,酶被限定在一定区域内,但仍保持原有高效、专

一、条件温和的催化功能。通常酶是游离的,而经过固定化以后,酶被束缚在一定区域内,因而这样的酶被称为固定化酶

[ 3, 4 ]

[2][1]

。与游离酶相比, 固定化酶在保持其高效专一及温和的酶催化反应特性的同时, 又克服了游离酶的不足, 呈现贮存稳定性高、分离回收容易、可多次重复使用、操作连续可控、工艺简便等一系列优点。固定化酶的制备

酶的固定化(enzyme immob ilization)是指采用有机或无机固体材料作为载体(carrier or support),将酶包埋起来或束缚、限制于载体的表面和微孔中, 使其仍具有催化活性, 并可回收及重复使用的酶化学方法与技术。固定化酶的制备方法有物理法和化学法两大类。物理方法包括物理吸附法、包埋法等。物理法固定酶的优点在于酶不参加化学反应,整体结构保持不变,酶的催化活性得到很好保留。化学法是将酶通过化学键连接到天然的或合成的高分子载体上,使用偶联剂通过酶表面的基团将酶交联起来,而形成相对分子量更大、不溶性的固定化酶的方法。

2.1 传统的酶固定化方法

传统的酶固定化方法大致可分为4 类: 吸附法、交联法、包埋法、共价结合法。吸附法是最早出现的酶固定化方法, 包括物理吸附和离子交换吸附。该法条件温和, 酶的构象变化较小或基本不变, 因此对酶的催化活性影响小, 但酶和载体之间结合力弱, 在不适pH、高盐浓度、高温等条件下, 酶易从载体脱落并污染催化反应产物等。交联法是利用双功能或多功能交联试剂, 在酶分子和交联试剂之间形成共价键, 采用不同的交联条件和在交联体系中添加不同的材料, 可以产生物理性质各异的固定化酶。交联法一般作为其它固定化方法的辅助手段。包埋法的基本原理是载体与酶溶液混合后, 借助引发剂进行聚合反应, 通过物理作用将酶限定在载体的网格中, 从而实现酶固定化的方法。该法不涉及酶的构象及酶分子的化学变化, 反应条件温和, 因而酶活力回收率较高。包埋法固定化酶易漏失, 常存在扩散限制等问题, 催化反应受传质阻力的影响, 不宜催化大分子底物的反应。载体偶联法是指酶分子的非必须基团与载体表面的活性功能基团通过形成化学共价健实现不可逆结合的酶固定方法, 又称共价结合法。载体偶联法所得的固定化酶与载体连接牢固, 有良好的稳定性及重复使用性,成为目前研究最为活跃的一类酶固定化方法。但该法较其它固定方法反应剧烈, 固定化酶活性损失更加严重。2.2 传统固定化技术的改进

保持各种传统固定化方法的优点并改进其不足一直是固定化酶方面研究的重要内容。改善酶固定化效果的途径有: 改善表面积以及孔径等物理结构,如采用分子筛或纳米纤维微孔膜;改善化学交联的反应及方式, 如辐照, 引发剂引发等;改善结合的方向选择性, 如采用定向固定化的方法;其他手段, 如利用长臂使酶远离载体表面, 使载体-酶体系的溶解度随温度、pH 值等条件的改变而改变, 以便于产物的分离及酶的回收。针对不同的酶有不[5]同的策略, 对于某些酶可能取向很重要, 而对于其他酶可能载体造成的环境重要一些, 因此, 每种酶固定的最佳条件目前还是特异的, 没有统一的理论, 其原因可能是相互间的影响因素太多, 而酶又多由具有复杂组成和空间构型的蛋白质构成, 不存在明显的因果联系。今后可望建立起适用的模型, 使用计算机得到最优的固定策略。2.3 新型酶固定化方法

开发新型酶固定化方法的原则是: 实现在较为温和的条件下进行酶的固定化, 尽量减少或避免酶活力的损失。通过辐射、光、等离子体、电子等新方法均可制备高活性固定化酶。Mohy 等[ 6] 以137 Cs 为辐射源,通过C2射线引发将甲基丙烯酸甲酯接枝共聚于尼龙膜表面, 经进一步活化, 用于青霉素酰化酶的固定。光偶联法是以光敏性单体聚合物包埋固定化酶或带光敏性基团的载体共价固定化酶, 由于条件温和, 可获得酶活力较高的固定化酶。Li等 利用含芳香叠氮基的光活性酯, 在远紫外光辐照下, 叠氮基光解生成氮烯与PES 膜表面的C-H 键间发生插入反应形成仲胺, 将脲酶共价键合到PES 膜的表面。等离子体是高度激发的原子、分子、离子以及自由基的聚集体, 大量的等离子体常在室温下存在。载体材料表面可以由等离子体进行有用修饰

[ 8, 9]

[ 7]

, 从而引入活性基团。Puleo 等将钛合金T i26Al24V 表面用丙烯酸胺等离子体处理引入氨基, 然后将含碳硝化甘油接枝于钛合金表面, 或者将等离子体处理的钛合金先由琥珀酸酐处理, 再用含碳硝化甘油接枝, 进而将溶菌酶和骨形态蛋白进行固定, 实现了生物分子在生物惰性金属上的固定化。固定化酶在现代工业中的应用

3.1 酶蛋白工程在工业酶中的应用

目前酶蛋白质工程主要集中在工业用酶的改造, 因为工业用酶有较好的酶学和晶体学研究基础, 酶的发酵技术(包括诱变技术和筛选方法)也比较成熟, 而且其微生物的遗传工程发展较好, 其次工业酶无须进行医学鉴定, 能很快地投入使用.如用作洗衣粉添加酶的枯草杆菌蛋白酶, 是一种天然的丝氨酸蛋白酶, 它能够分解蛋白质, 使衣服上的血迹和汗渍等很容易洗掉.但这种酶一般比较脆弱, 在漂白剂的作用下容易被破坏而失去活性, 原因是222位的甲硫氨酸容易被氧化成砜或亚砜.现在利用蛋白质工程技术, 用丝氨酸或丙氨酸替代后, 酶的抗氧化能力大大提高, 可在0.5mol/L 的过氧化氢溶液中停留1小时而活性丝毫未损, 这样便可与漂白剂混合使用.可以预见生物工程技术的发展和酶固定化技术可以相互补充, 共同发展对酶在工业领域的应用必将起到更大的推动作用。3.2 固定化酶在食品工业中的应用

酶固定化在食品工业中的应用是早期发展起来的一个传统领域.其中最有名的, 也是规模最大的过程, 就是采用固定化葡萄糖异构酶, 从葡萄糖生产高果糖浆.其它还包括采用固定化乳糖酶去除牛乳中的乳糖、采用固定化脂肪酶通过转酶反应生产可可油替代品、采用固定化耐热蛋白酶制造甜味剂2天冬甜精, 以及应用固定化L2天冬酶从富马酸铵生产天冬氨酸等[ 7]。1973 年,日本用聚丙烯酸酰胺为载体,用包埋法制成固定化天冬氨酸酶,用于工业化生产。固定化乳糖酶和固定化天门冬氨酸-β-脱羧酶分别于1977 年和1982 年用于工业化生产。

3.2.1 固定化酶在乳制品生产中的应用

牛奶中含有一定量的乳糖,有些人体内缺乏乳糖酶,在饮用牛奶后常出现腹泻、腹胀等症状;另外,由于乳糖难溶于水,常在炼乳、冰淇淋中呈沙样结晶析出,影响风味。乳糖酶可将乳糖分解为半乳糖和葡萄糖,如将牛奶用乳糖酶处理则可解决上述问题。Fernandes等[ 6 ]研究用琼脂糖作载体,固定来源于南极的冷适应菌Pseudoalterom onas sp的β-半乳糖苷酶,并应用于牛奶中乳糖的降解,生产低乳糖牛奶;Caterina等[ 7 ]运用固定化技术,研究牛奶中碱性磷酸酶的耐热性;Mona等[ 8 ]研究用离子吸附法固定来源于B acillus licheniform is 5A1的牛奶凝结酶,并用于干酪生产。

3.2.2 固定化酶在啤酒生产中应用

在啤酒生产中,需添加外源性的淀粉酶来补充天然酶的不足。此外,长期放置的啤酒会由于多肽和多酚物质发生聚合反应而变得混浊,为防止出现混浊,目前主要采用添加蛋白酶来水解啤酒中的蛋白质和多肽。温燕梅等以化学共沉淀法制得的磁性聚乙二醇胶体粒子为载体,固定胰蛋白酶,该磁性酶对啤酒澄清、防止冷浑浊有明显效果;Stepanova等研究用DEAE-纤维素固定β-葡萄糖苷酶和多聚半乳糖醛酸酶,用于樱桃、李子的果酒生产。3.2.3 固定化酶在茶饮料生产中的应用

将固定化酶法应用于茶饮料生产中,可去除异味,提高适口性,提高营养价值。李平等

[ 9 ]

研究从黑曲霉(Aspergillus niger)发酵液中提取β-葡萄糖苷酶酶液,用丝素蛋白将其固定,此固定化酶可应用于茶汁的风味改良;苏二正

[10 ]

等以海藻酸钠为载体,采用交联-包埋-交联的方法共固定化了单宁酶和β-葡萄糖苷酶,可应用于茶饮料的除浑和增香处理。3.3 固定化酶在化工领域中的应用。

水解蛋白酶固定化后可用于肽及有机化合物的酶促合成,如硅藻土固定化木瓜蛋白酶可在乙酸乙酯介质中催化合成LeuPhe-LeuLL231 [ 3 ] 彭志英1 食品酶学导论[M ] 1 北京: 中国轻工业出版社, 20021 [ 4 ] 罗贵民,曹淑桂,张今1酶工程[M ] 1北京:化学工业出版社, 2002 [ 5 ] 杨昌英, 潘家荣, 钟珩等.醋酸纤维素固定化脂肪酶催化猪油合成单甘酯[ J ].湖北化工, 2002,(6): 20 21.[ 6 ] Mohy M Y, Ben civenga U, Rossi S, et al.Charact erizat ion theact ivity of pen icillin G acyl as e immobilized on to nylon membranesgraft ed with different acrylic monomers by means of C2radiation[ J].J ou rnal of Molecular Cat alysis B: E nzymat ic, 2000: 2332 244.[ 7 ]吴国琪,凌达仁,王忱,等.固定化谷氨酸脱羧酶性能的研究[J ].离子交换与吸 附,1999 ,15(1):71.[ 8 ] Mona A E, Yannick C B1 Immobilization of Bacilluslicheniformis 5A1 milk-clotting enzyme and characterization of itsenzyme p roperties [ J ] 1 World Journal of Microbiology andBiotechnology, 2006, 22(3): 197～2001 [ 9 ] Kalia V , Goyal L , Pundir C S.烷基胺玻璃固定化葡萄糖氧化酶测定血糖[J ].生物工程学报, 1998 , 14(3): 336.[ 10 ] 徐晖,王燕,魏密苏.环境工程中固定化酶与固定化微生物的应用[J ].沧州师范专科学校学报,2002 ,18(3):42.[ 11 ] Dinelli D.Process Biochem [ J ].Process Bio chem, 1972, 7(8): 9 14.[ 12 ] 岳振峰, 彭志英, 徐建祥等.壳聚糖固定化葡萄糖苷酶的研究[ J ].食品与发酵工业, 2001, 27(4): 20 24.[ 13 ] 陈雄.固定化糖化酶的研究[ J ].中国酿造, 2001,(2):19 20.[ 14 ] 唐芳琼, 孟宪伟, 陈东, 冉均国, 苟立, 郑昌琼.纳米颗粒增强的葡萄糖生物传感器[ J ] , 中国科学B 辑, 2000,30(2): 119 124.[ 15 ] 马秀玲,陈盛,黄丽梅,等.磁性固定化酶处理含酚废水的研究[J ].广州化学，2003,28(1):17

Immobilized in the modern industrial application

Name: Hu Yanfen

Instructor: ZhangMeng

Abstract Enzymes are a class of proteins with catalytic function, with mild reaction conditions, substrate specificity, and can be in aqueous solution and neutral pH operation, etc..Compared with free enzyme, immobilized enzyme while maintaining its high specificity and moderate catalytic properties of enzymes, they also overcome the inadequacies of the free enzyme.This paper introduces the concept of the immobilized enzyme, preparation methods and in biology, medicine, environmental protection and other aspects of the wide range of applications.Highlights some of the immobilized enzyme applications in modern industry, and its application prospect.Key words

Immobilized Preparation Industry Application foreground

第五篇：接入网技术在铁路通信中的应用解析

世纪之交的通信技术是先进的数字技术、计算机技术、微电子技术与光电子技术的有机结合体，它将向着数字化、宽带化、智能化、高速化及个人化的方向发展。未来的通信要彻底克服时间与空间的限制，能够使用户在任何时间、任何地点与任何人进行包括语音、数据和视频等信息的交流。在这种情况下，出行的旅客也需要在列车上享受如同在办公室环境下的信息交流，比如同其它人进行语音、数据、传真、图像等信息交流，还要接入国际互联网。另外，随着铁路列车向高速化与准高速化方向的迈迸，为保证行车安全，实现有效的人机控制和提高运输效率，要求建立一个功能更加完善的，技术构成更加先进的铁路通信网。随着我国电信业垄断格局的打破，拥有仅次于中国电信的庞大铁路通信网络的铁道部，可以利用现有的专用网络设施积极参与竞争，向全社会提供高质量的电信业务。要想使上述构想成为现实，就必须打破常规的铁路通信网的接入方式，采用先进的、现代化的有线和无线通信的传输和接入方式，实现铁路通信网的升级，适应信息社会的发展，发挥铁路通信网在国民经济中的社会效益和经济效益。

一、铁路接入网技术的现状由于铁路列车具有高速运动的特点，因而无线（移动通信）接入网在铁路通信网中占有相当大的比重。当然，固定位置的车站（场）、单位以及各种固定设施之间的通信方式，首选方案仍是采用SDH光同步数字传输设备进行组建，同时应考虑采用ATM交换以及网络IP通信等先进技术来构成通信主干网及光纤用户接入网。比如采用“双纤单向环”接入方式，其不仅具有高速、安全、传输质量高、价格合理等光纤通信特有的优点，而且还具有路由迂回、设备备用等特点，从而具备自愈合功能，并使系统的可靠性大大提高。另外，采用远端用户单元（RSU）和数字环路载波（DLC）设备，组网更灵活、方便。组网的过程中要把投资与效益综合统筹来考虑，使系统不仅满足现在乃至几年内铁路通信的需求，而且还能够为出行的旅客及地面用户提供先进的电信业务，并且还需具备便于扩容的功能。按照通信网被分为主干网，局域网和接入网等三部分的构思来看，铁路通信网也可以通过上述划分方法进行。就铁路的通信网来看，接入网占有相当大的比重，包括有线接入网和无线接入网两大部分。铁路有线接入网的情况与电信的接入通信网相似，铁道部将在未来的1～2年内建成可覆盖全国大中城市的铁路互联网，它是由铁路部门依托于基础铁路电信网，组织建设的可以支持众多信息服务的、具有多媒体通信能力的全国范围的计算机网络，铁道部将有可能成为我国第六个面向大众的计算机信息互联网络单位，为铁路通信走向市场做准备。关于有线接入这里不再叙述，下面主要讨论铁路的无线接入网，为此首先回顾一下移动通信的发展过程。1．移动通信的发展过程移动通信技术经历了由模拟到数字，由频分多址到频分+时分多址，再到码分多址（CDMA）的发展过程，并即将向宽带化、智能化和个人化的方向发展。移动通信系统大体可分为二代，第一代是以模拟技术为主，频分多址，工作在400～800MHz频段。由于模拟系统存在频谱利用率低、容量小、设备复杂、抗干扰性能差、保密性不强、价位高、业务面窄等固有缺点，不能满足通信市场急速发展的需要，因此诞生了第二代移动通信系统。第二代移动通信系统采用数字化、时分多址方式等全数字化技术，克服了第一代移动通信的缺点，得到了迅速发展，目前的移动通信数模兼容，以数字系统为主。随着用户对信息接入量的需求呈指数的增长，电信工作者们着手建立最新一代的移动通信 第三代移动通信系统。第三代移动通信系统具有全球化、智能化、个人化和综合化的特点，工作在2000MHz波段，采用宽带的CDMA技术，涵盖地面系统和卫星系统，包括海陆空三维服务面，集成话音、数据、视像、ISDN和多媒体多种业务。这一系统以多种空中接口和接入方式，可向高速和慢速移动用户提供服务。2．铁路无线接入网现状铁路通信网是为旅客和铁路公务、应急抢险、行车维修等人员提供及时可靠的通信，以提高服务等级和运输效率。保证列车的安全，达到高效运营而建立的，它是一种集列车公务通信和区间移动作业通信为一体的列车移动通信系统。但是铁路结构自身的特点，决定了该系统与公用移动通信网和区域性的专业移动通信网的差别，它是一种属于线面结合、以线为主的链状网。铁路通信的无线接入部分目前仅有的是400MHz的无线列调系统，它完成车站值班员与进入其管辖区段的列车车长以及列车司机之间的通话联系。当列车即将进站或即将出站时，这些通话才进行，否则如果没有特殊的情况，则在列车运行于区间时，通话一般不进行，这主要是从节约频率资源，减少同频干扰的角度出发的。但是，随着铁路现代化改造进程的迅速推进，从前单一的无线列调系统已经远远不能满足铁路无线通信的需要，这样就迫切需要建设一套适合于铁路现代化运营指挥需要的先进的无线通信系统。这一系统应该采用小区制，并完成大三角功能。也就是说，系统必须可以实现调度中心与车站值班员之间、车站值班员与列车司机之间、列车司机与调度中心之间的通话功能，必须可以实现线路管理区间的公务移动通信功能，同时还必须能够实现调度中心与列车司机室之间实时的双向数据通信功能。基于这一想法，构成铁路无线通信接入网的方式可以采用现有的无线通信方式的集群通信方式、GSM（全球移动通信系统）移动通信方式、CDMA移动通信方式。集群通信系统是一种功能强大的专用移动通信系统，是通信与微处理机技术、程控交换技术、计算机网络技术紧密结合的产物。它集交换、控制、通信于一体，通过无线拨号的方式把一组信道自动最优地动态分配给系统内部用户，最大限度地利用系统资源和频率资源，降低系统内呼损，提高服务质量。由于它具有群呼、组呼、强插、强拆等功能，特别适合于调度指挥以及应急、抢险等场合，并较好地解决了通信频率合理分配的问题，因而倍受专业运营管理部门的青睐，被确定为现行铁路移动通信方式的首选类型。但是这一系统还具有一定的缺点，主要包括采用动态的频率分配，没有考虑与周围公用网的有效融合问题，没有先进的路由合理选择功能，并且在建立通路和自动过网时存在信息丢失现象，保密性不强，容易受干扰等，这些缺点对于话音通信的影响不大，但是会对列车与调度指挥中心之间的实时双向数据通信造成较大的误码，因而对于要求较高数据通信误码率的场合并不适合。即将动工的秦沈客运专线的移动通信系统主要包括400MHz的无线列调系统和800MHz的集群移动通信系统，考虑到集群移动通信系统在越区切换过程中会存在信息的损伤，因此将数据通信部分交由无线列调系统来完成，集群移动通信系统仅进行区间通信（如大三角功能的话音通信，公务通信以及应急抢险通信等），并留有调度电话进入的余地和接入公用通信网的功能。这一系统也是我国铁路以集群通信的方式为无线接入系统的第一例，是我国铁路通信史上的一个重大变革。

二、铁路无线接入网未来的发展趋势随着改革的进一步深入和社会信息化的进展，不仅要求铁路通信网具有更强的保障铁路安全运营的通信功能，以适应高速列车通信的需求，而且要以铁道部的全程全网的优势全力发展电信增值服务及经营与中国电信业务范围一样的电信业务，参与同中国电信的竞争，使旅客和网络覆盖区的广大用户方便地享受信息的服务。比如随时随地的提供铁路客货运输资讯信息、订购火车票等服务，在列车就能享受语音、传真、数据、视频、移动通信及Internet等服务。不过，铁路现有的通信网络设施庞大而落后，这是目前该