WDM PON設(shè)備淺析

宋國(guó)棟

烽火通信科技股份有限公司

隨著“寬帶中國(guó)”概念的提出以及“三網(wǎng)融合”的進(jìn)一步發(fā)展，我國(guó)寬帶市場(chǎng)即將迎來新一輪的建設(shè)高峰。目前接入網(wǎng)中應(yīng)用的主要是EPON和GPON設(shè)備，隨著 “物聯(lián)網(wǎng)”、“云計(jì)算”的出現(xiàn)，用戶后續(xù)對(duì)帶寬的需求將進(jìn)一步提高，繼續(xù)使用EPON和GPON設(shè)備將無法滿足普通用戶需求，因此，如何提高接入網(wǎng)帶寬是運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備廠商需要解決的難題。

1 TDMA PON設(shè)備面臨的問題

TDMA PON設(shè)備在下行方向采用廣播方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用波長(zhǎng)為1 490 nm；上行方向采用時(shí)分復(fù)用（TDMA）方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，使用波長(zhǎng)為1 310 nm。因此，TDMA PON設(shè)備不可避免地面臨如下問題。

（1）數(shù)據(jù)安全問題

TDMA PON設(shè)備在下行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)采用廣播方式，一個(gè)ONU將會(huì)收到同一個(gè)OLT下其他ONU的數(shù)據(jù)，這對(duì)于數(shù)據(jù)安全將是一個(gè)考驗(yàn)。越來越多的用戶數(shù)據(jù)中包含用戶的銀行賬號(hào)和密碼信息，所以普通用戶也會(huì)更加注重網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)安全問題。雖然可以通過相關(guān)的三重?cái)噭?dòng)和AES對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，但這又會(huì)帶來新的開銷，浪費(fèi)一定的帶寬。

（2）運(yùn)行維護(hù)成本問題

TDMA PON設(shè)備中的ONU都是被動(dòng)式發(fā)光的，只有在OLT分配的發(fā)光時(shí)隙內(nèi)才能發(fā)光，ONU的激光器工作在突發(fā)模式。激光器從關(guān)斷到正常發(fā)光需要一個(gè)建立過程，所以O(shè)NU設(shè)備需要縮短這個(gè)時(shí)間，這會(huì)增加一定的設(shè)備成本。與此同時(shí)，每個(gè)ONU到OLT的距離不同，且不同ONU隨溫度、環(huán)境變化而產(chǎn)生的時(shí)延也不同，因此OLT在分配時(shí)隙時(shí)需要對(duì)這些時(shí)延進(jìn)行補(bǔ)償。由此可見，在TDMA PON中，必須嚴(yán)格控制上行方向時(shí)隙，否則會(huì)造成數(shù)據(jù)沖突。

（3）帶寬限制問題

TDMA PON設(shè)備在上行方向采用時(shí)分復(fù)用的數(shù)據(jù)傳輸方式，所有ONU在上行方向共享帶寬。TDMA PON中采用了DBA和SBA機(jī)制來控制帶寬的分配，但帶寬利用率不高。雖然GPON設(shè)備中引入了T-CONT的概念，能夠在一定程度上提高上行帶寬利用率，但當(dāng)PON口下所帶的ONU增多時(shí)，會(huì)不可避免地減小已運(yùn)行ONU的帶寬，所以上行帶寬受到了很大的限制。下行方向是廣播方式，帶寬也受限于10 Gbit/s內(nèi)，想要進(jìn)一步提高傳輸速率比較困難。

TDMA PON（EPON,GPON,10 Gbit/s EPON,XG-PON）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 TDMA PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2 WDM PON設(shè)備概念的提出

對(duì)于如何進(jìn)一步提高PON的網(wǎng)絡(luò)速率，目前有如下兩種方法。

（1）提高單波傳輸速率

這種方法就是在傳統(tǒng)EPON和GPON設(shè)備上進(jìn)一步提高下行速率，下行使用1 490 nm波長(zhǎng)，上行采用1 310 nm波長(zhǎng)，也是目前各大設(shè)備廠商正在研究的10 Gbit/s EPON、10 Gbit/s GPON和XG-PON。由于此種方法依然使用TDMA，因此也存在上文中提到的相關(guān)問題。

（2）擴(kuò)展多波道傳輸，提高速率

這種方法是利用光纖傳輸?shù)母邘捥匦?，在一根光纖上傳輸多個(gè)波長(zhǎng)，從而提高整體傳輸速率。WDM PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 WDM PON的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

WDM PON系統(tǒng)由光線路終端（OLT）、遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)（RN）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）（也稱作光網(wǎng)絡(luò)終端（ONT））組成。下行方向，OLT將不同ONU的數(shù)據(jù)加載在不同波長(zhǎng)上，通過WDM器件將不同波長(zhǎng)的信號(hào)耦合到一根光纖中傳送到RN，通過RN的解復(fù)用功能，把同一根光纖中傳輸?shù)男盘?hào)分解成不同波長(zhǎng)的信號(hào)分配給不同的ONU。上行方向，不同ONU使用不同波長(zhǎng)，在RN處耦合成一個(gè)波長(zhǎng)在光纖上傳輸，在OLT端通過WDM器件，由接收單元進(jìn)行接收。

和TDMA PON相比，WDM PON具有很大優(yōu)勢(shì)：

·采用點(diǎn)到點(diǎn)傳輸，不需要對(duì)帶寬進(jìn)行分配，每一個(gè)ONU獨(dú)享帶寬，不會(huì)隨著ONU的增加而減??；

·由于中間采用無熱光柵，與無源光分路器相比，其插入損耗更??；此外，光接收機(jī)工作在較低比特率，靈敏度極高，因此在激光器輸出功率相等的情況下，其傳輸距離更遠(yuǎn)；

·ONU上行方向使用不同波長(zhǎng)，和OLT之間是點(diǎn)到點(diǎn)傳輸，安全性能更高；由于ONU在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)不需要等待，傳輸效率更高。

WDM PON在ONU波長(zhǎng)的選擇上也將面臨一定的問題，目前主要有如下3種解決方案。

（1）ONU 采用固定波長(zhǎng)

此種方式就是ONU工作在某一設(shè)定的固定波長(zhǎng)，不同的ONU使用不同的波長(zhǎng)。各個(gè)ONU的工作是分離的，不需要定時(shí)和同步網(wǎng)絡(luò)。

（2）ONU采用可調(diào)諧波長(zhǎng)

此種方式就是ONU波長(zhǎng)不固定，是可以調(diào)諧的。在上行方向上，OLT動(dòng)態(tài)為每個(gè)ONU分配波長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)具有重構(gòu)性。但在此種方案中，ONU需要配置一個(gè)用于控制信道的專用發(fā)射機(jī)和一個(gè)用于發(fā)送數(shù)據(jù)的可調(diào)諧發(fā)射機(jī)，這會(huì)造成成本增加。但上行波長(zhǎng)是動(dòng)態(tài)分配的，可以支持更多的ONU，同時(shí)上行波長(zhǎng)利用率也有所提高。

（3）ONU 采用無色

此種方式中，ONU的特定波長(zhǎng)選擇是由光柵完成的，不需要對(duì)ONU做出特殊需求，是目前使用最多的方法之一。

WDM PON可以結(jié)合TDMA PON，成為WDM-TDM PON，可以進(jìn)一步提高PON的接入能力，如圖3所示。

圖3 WDM-TDM PON的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

3 WDM PON設(shè)備面臨的問題

·器件成熟度不高：由于WDM PON概念提出時(shí)間較短，目前只有極少數(shù)廠商能夠研制出WDM PON，能夠生產(chǎn)其設(shè)備芯片的廠商更是寥寥無幾，目前相關(guān)器件的成熟度不是很高，相關(guān)芯片的穩(wěn)定性也有待檢驗(yàn)。

·設(shè)備成本較高：由于目前生產(chǎn)WDM PON設(shè)備及相關(guān)器件的廠商較少，在缺少競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)制下，價(jià)格都偏高；且WDM PON中的相關(guān)設(shè)備都需要有波分復(fù)用和解復(fù)用器件，從而也會(huì)相應(yīng)提高生產(chǎn)成本。

·缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：WDM PON目前既沒有國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，也沒有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，都是各廠商按照自己的思路進(jìn)行設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，缺乏互通性。

4 烽火通信的WDM-TDM PON設(shè)備

烽火通信研制出的WDM-TDM PON系統(tǒng)是業(yè)界第一款單纖32波，每波支持 1∶64分路，傳輸距離達(dá)20 km的xPON系統(tǒng)，目前已完成內(nèi)場(chǎng)測(cè)試，將于近期開通現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)工程。該系統(tǒng)采用業(yè)界首個(gè)局遠(yuǎn)端雙“無色”光模塊設(shè)計(jì)，具有業(yè)界最高的單纖接入速率（對(duì)稱40 Gbit/s）以及業(yè)界最高的業(yè)務(wù)單板端口密度；采用WDM和TDM混合模式的PON結(jié)構(gòu)，可以兼容現(xiàn)有的1 Gbit/s/2.5 Gbit/s/10 Gbit/s EPON、GPON和P2P等多種光纖接入技術(shù)；通過WDM方式可以承載現(xiàn)有CATV業(yè)務(wù)，方便地實(shí)現(xiàn)“三網(wǎng)融合”業(yè)務(wù)接入，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)下一代光纖接入技術(shù)研究的新跨越。

雖然受目前器件成熟度、設(shè)備成本和標(biāo)準(zhǔn)化程度等方面的限制，只有少量商用產(chǎn)品在實(shí)驗(yàn)局部署，但也應(yīng)該看到WDM PON技術(shù)正在不斷地完善。后續(xù)WDM PON設(shè)備的成熟指日可待。 □

表1 廣東電信某業(yè)務(wù)平臺(tái)安全域防護(hù)策略

5 結(jié)束語

安全域的劃分與邊界整合是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，需要在深入了解業(yè)務(wù)平臺(tái)組網(wǎng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)接口、安全要求的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性、原則性地實(shí)施安全域劃分，并根據(jù)不同業(yè)務(wù)平臺(tái)的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)分層次、分重點(diǎn)的保護(hù)，同時(shí)結(jié)合邊界整合，簡(jiǎn)化系統(tǒng)邊界，避免重復(fù)投資，達(dá)到統(tǒng)一接入、統(tǒng)一管控、控制成本、集中防護(hù)的效果。

實(shí)施業(yè)務(wù)平臺(tái)的安全域劃分與邊界整合，推動(dòng)安全防護(hù)技術(shù)體系的建設(shè)，提升安全防護(hù)效果，構(gòu)建集約化的運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)平臺(tái)安全域防護(hù)體系，是解決當(dāng)前業(yè)務(wù)平臺(tái)安全問題的最有效手段。

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