ＦＴＴＨ無源光纖接入技術(shù)分析

張煥國　呂　莎　李　瑋　屈　珣

摘要：光纖到戶隨著其成本的逐漸下降已成為接入技術(shù)中的重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)。本文主要針對目前提出的實(shí)現(xiàn)光纖到戶兩種最具潛力的EPON和GPON技術(shù)的特征進(jìn)行分析說明。

關(guān)鍵詞：FTTH GEPON GPON APON

0 引言

隨著用戶對寬帶接入提出越來越高的要求，現(xiàn)有的寬帶接入方式，如ADSL和LAN接入，由于存在傳輸距離短、接入帶寬有限、安全性不高、QoS沒有很好的保證等問題，已越來越不能滿足用戶的需求。光接入技術(shù)快速發(fā)展，從有源光接入技術(shù)(PDH、SDH、MSTP、點(diǎn)到點(diǎn)以太網(wǎng)系統(tǒng))到PON無源光接入技術(shù)(APON、BPON、GPON、EPON、GEPON)。最后，由于光纖本身的成本，光收發(fā)模塊、OLT和ONU的設(shè)備成本，以及現(xiàn)有光纖到戶的配套成本不斷下降，使得目前實(shí)現(xiàn)光纖到戶的設(shè)備成本和線路成本比以前有了大幅度的下降。

1 光接入網(wǎng)

根據(jù)ITU-T建議G..982，光接入網(wǎng)OAN可以定義為共享同樣網(wǎng)絡(luò)側(cè)接口且由光接入傳輸系統(tǒng)支持的一系列接入鏈路，由一個(gè)光線路終端OLT，至少需要一個(gè)光配線網(wǎng)ODN、一個(gè)光網(wǎng)絡(luò)單元ONU及適配設(shè)施AF組成，可能包括若干與同一OL1相連的ODN。并根據(jù)接入網(wǎng)室外傳輸設(shè)施是否含有有源設(shè)備，OAN可以劃分為有源光網(wǎng)絡(luò)AON和無源光網(wǎng)絡(luò)PON。前者采用有源的電復(fù)用器分路，可延長傳輸距離，擴(kuò)大ONU數(shù)并可能重新利用部分現(xiàn)有銅纜設(shè)施，種類有SDH環(huán)、ATMVP環(huán)等；后者則采用無源光功率分配器(耦合器)將信息送至各用戶，易于擴(kuò)容和展開業(yè)務(wù)，維護(hù)費(fèi)用較低，但對光器件要求較高，需要較為復(fù)雜的多址接入?yún)f(xié)議。無源光網(wǎng)絡(luò)PON是光纖接入的發(fā)展方向。PON作為一個(gè)共享系統(tǒng)其發(fā)展方向是覆蓋更多的用戶且使每一用戶有足夠的業(yè)務(wù)帶寬，也就是說要求PON上下行比特率更高，分支比更多，傳輸距離更長。以下將對無源光接入網(wǎng)作進(jìn)一步分析。

2 無源光纖接入技術(shù)

無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，其主要特點(diǎn)是在接入網(wǎng)中去掉了有源設(shè)備，從而避免了電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設(shè)備的故障率，簡化了供電配置和網(wǎng)管復(fù)雜性，降低了運(yùn)營維護(hù)成本。其次，PON的業(yè)務(wù)透明性較好，帶寬寬，可適用于任何制式和速率的信號。并且局端設(shè)備和光纖(從饋線段一直到引入線)由用戶共享，因而光纖線路長度和收發(fā)設(shè)備數(shù)量較少，相應(yīng)成本較其它點(diǎn)到點(diǎn)通信方式要低。隨著光纖向用戶日益推進(jìn)，其綜合優(yōu)勢越來越明顯。PON的每個(gè)用戶的成本隨著分享OLT的用戶數(shù)量的增加而迅速下降，因而非常適合于分散的小企業(yè)和居民用戶，尤其是新建區(qū)域。具體的說無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)，是指在OLT(光線路終端)和ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)之間的光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)沒有任何有源電子設(shè)備。其典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為點(diǎn)對多點(diǎn)的星型結(jié)構(gòu)(如圖1所示)。在光分支點(diǎn)不需要節(jié)點(diǎn)設(shè)備，只需要安裝一個(gè)簡單的無源光分路器，因此具有節(jié)省光纜資源、帶寬資源共享、節(jié)省機(jī)房投資、安全性高、綜合建網(wǎng)成本低、維護(hù)成本低、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

2.1 APON和BPON 早期的窄帶無源光網(wǎng)絡(luò)是基于TDM的，性能價(jià)格比不好，已經(jīng)自然消亡。ATM化的無源光網(wǎng)絡(luò)(APON/BPON)可以利用ATM的集中和統(tǒng)計(jì)復(fù)用，再結(jié)合無源分路器對光纖和光線路終端的共享作用，使性能價(jià)格比大大改進(jìn)。然而，APON/BPON的業(yè)務(wù)適配提供很復(fù)雜，業(yè)務(wù)提供能力有限，數(shù)據(jù)傳送速率和效率不高，成本較高，其市場前景由于ATM的衰落而黯淡。最后，從業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢看，APON的可用帶寬仍然不夠。

2.2 EPON 隨著IP的崛起和發(fā)展，基于以太網(wǎng)的PON的概念，即在與APON類似的結(jié)構(gòu)和G.983的基礎(chǔ)上，設(shè)法保留其精華部分——物理層PON，而以以太網(wǎng)代替ATM作為鏈路層協(xié)議，構(gòu)成一個(gè)可以提供更大帶寬、更低成本和更強(qiáng)業(yè)務(wù)能力的新的結(jié)合體——EPON。

EPON主要基于IEEE802.3ah標(biāo)準(zhǔn)，與傳統(tǒng)點(diǎn)到點(diǎn)以太網(wǎng)主要不同之處在于采用點(diǎn)到多點(diǎn)通信方式。其下行方向工作于TDM方式，數(shù)據(jù)流以變長以太幀方式廣播到ONU，每個(gè)ONU根據(jù)以太幀的MAC地址，決定取舍。上行方向工作于TDMA方式，來自不同時(shí)隙的ONU數(shù)據(jù)流匯聚到公共光纖設(shè)施和OLT。此外，傳統(tǒng)以太網(wǎng)工作于連續(xù)光傳輸模式，在收發(fā)兩個(gè)方向都是連續(xù)的比特流，因此收端的定時(shí)和判決容易實(shí)現(xiàn)。而EPON的上行比特流是輪流發(fā)送的突發(fā)數(shù)據(jù)包，OLT的接收定時(shí)恢復(fù)、判決門限設(shè)置、測距和延時(shí)補(bǔ)償比較復(fù)雜。從EPON的結(jié)構(gòu)上看，其關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是極大地簡化了傳統(tǒng)的多層重疊網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

IEEE802.3ah規(guī)范的EPON技術(shù)的上下行波長是1310nm和1490nm，上下行速率均為1.25Gbit/s，傳輸距離是10/20km，分路比是32/16，主要業(yè)務(wù)是數(shù)據(jù)和語音，增加一個(gè)1550nm電視廣播波長后，成為語音、數(shù)據(jù)和電視三合一的所謂三重業(yè)務(wù)捆綁服務(wù)。對于傳送單一以太網(wǎng)業(yè)務(wù)而言，EPON是一種很好的解決方案。（系統(tǒng)參考配置如圖2所示）。

2.3 GPON 2001年，在IEEE積極制定EPON標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，F(xiàn)SAN組織開始發(fā)起制定速率超過1Gbit/s的PON網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)——吉比特以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)(GPON)，隨后，ITU-T也介入了這一新標(biāo)準(zhǔn)的制定工作并于2003年1月通過兩個(gè)有關(guān)GPON的新標(biāo)準(zhǔn)——G.984.1和G.984.2。按照這一最新標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，GPON可以提供1.244Gbit/s和2.488Gbit/s的下行速率和ITU規(guī)定的多種標(biāo)準(zhǔn)上行速率，即可以靈活地提供對稱和非對稱速率。傳輸距離至少達(dá)20km，系統(tǒng)分路比可以為1:16、1:32、1:64乃至1:128，而EPON只提供1.25Gbit/s對稱速率，分路比最多為1:32。即GPON在速率、速率靈活性、傳輸距離和分路比方面有優(yōu)勢。其次，GPON采用了兩種適配方式，除了傳統(tǒng)的ATM外，還在傳輸匯聚層采用了一個(gè)全新的基于SDH的標(biāo)準(zhǔn)通用組幀程序(GFP)，這是一種可以透明、高效地將各種數(shù)據(jù)信號封裝進(jìn)現(xiàn)有SDH網(wǎng)絡(luò)的通用標(biāo)準(zhǔn)信號適配映射技術(shù)，可以適應(yīng)任何用戶信號格式和任何傳輸網(wǎng)絡(luò)制式，無需附加ATM或IP封裝層，封裝效率高、提供業(yè)務(wù)靈活，而APON/BPON和EPON對每種特定業(yè)務(wù)都需要提供特定的適配方法。第三，由于GPON采用GFP映射，其傳輸匯聚層本質(zhì)上是同步的，還使用標(biāo)準(zhǔn)SDH的125μs幀，使GPON可以支持端到端的定時(shí)和其它準(zhǔn)同步業(yè)務(wù)，特別是可以直接高質(zhì)量、靈活地支持實(shí)時(shí)的TDM語音業(yè)務(wù)，延時(shí)和抖動性能很好。而EPON在承載TDM業(yè)務(wù)方面沒有具體規(guī)定，導(dǎo)致廠家可以采用不同方法來承載，包括一層、二層和三層均可以，互操作性較差，性能難以確保。第四，GPON在網(wǎng)管方面具有豐富的功能，包括帶寬授權(quán)分配、動態(tài)帶寬分配、鏈路監(jiān)測、保護(hù)倒換、密鑰交換和各種告警功能等，比EPON考慮周到。不過，EPON在網(wǎng)管功能上比普通以太網(wǎng)有了明顯改進(jìn)，可以提供遠(yuǎn)端故障指示、遠(yuǎn)端環(huán)回控制和鏈路監(jiān)視等基本管理功能，也能滿足基本管理功能。第五，在QoS方面，GPON可以通過使用指針調(diào)整ONU的授權(quán)帶寬和授權(quán)周期來保證業(yè)務(wù)的帶寬和延時(shí)要求。而EPON主要采用優(yōu)先級隊(duì)列結(jié)合DBA算法來保證帶寬和延時(shí)，也能基本滿足不同業(yè)務(wù)的QoS要求。從技術(shù)角度，GPON是BPON的繼承和發(fā)展。GPON繼承了BPON的很多基本特點(diǎn)，例如兩者都使用同樣的OLT核心技術(shù)，包括ONU的激活和測距等，使用同樣的物理光纖設(shè)施和光功率預(yù)算值，同樣的管理軟件棧等。另一方面，GPON采用了一些最新的技術(shù)成果，除了最重要的GFP封裝技術(shù)外，還包括前向糾錯等新技術(shù)。（如圖3所示）

3 結(jié)束語

目前EPON技術(shù)已基本成熟，且系統(tǒng)運(yùn)行相對穩(wěn)定，能夠滿足IPTV、寬帶上網(wǎng)、VoIP等寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。雖然GPON技術(shù)在傳輸能力、速率靈活性和分路比等方面有優(yōu)勢，OAM功能和保護(hù)機(jī)制也相對完善，支持TDM業(yè)務(wù)承載，但其技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。國外有較多運(yùn)營商選擇GPON技術(shù)作為未來實(shí)現(xiàn)FTTH的主要方式；而我國國內(nèi)對未來FTTH大規(guī)模的應(yīng)用，是選擇EPON技術(shù)還是GPON技術(shù)目前還沒有定論，不過，可以肯定地講，EPON和GPON技術(shù)的最終抉擇，將取決于設(shè)備成本、業(yè)務(wù)支持能力和互通性等多方面因素。

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