接入網(wǎng)系統(tǒng)中PON 技術的運用分析

毛宗元

（北京市合力電信有限公司，北京 102600）

0 引 言

接入網(wǎng)的功能是連接互聯(lián)網(wǎng)、城域網(wǎng)以及用戶。無源光網(wǎng)絡（Passive Optical Network，PON）是常見的接入網(wǎng)系統(tǒng)應用技術，屬于純介質(zhì)網(wǎng)絡，具有光纖敷設簡單、電磁干擾小、接入操作流程便捷以及維護工作量低等優(yōu)勢，能夠?qū)崿F(xiàn)與傳輸制式、傳輸速度之間的高度匹配，更利于構(gòu)建安全寬帶共享機制。因此，開展接入網(wǎng)系統(tǒng)中PON 技術的運用研究具有重要意義。文章主要分析接入網(wǎng)系統(tǒng)概念與可行性需求，闡述PON 技術概念與應用原理，討論與研究PON 技術在接入網(wǎng)系統(tǒng)中的運用。

1 接入網(wǎng)系統(tǒng)概念與可行性需求分析

1.1 接入網(wǎng)系統(tǒng)概念

所謂接入網(wǎng)系統(tǒng)，主要包括互聯(lián)網(wǎng)中骨干網(wǎng)到用戶終端之間的各類設備，其主要功能便是有效連接用戶與互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)。通常情況下，接入網(wǎng)系統(tǒng)的整體長度會根據(jù)實際情況的不同表現(xiàn)為幾百米至幾千米[1]?；诮尤刖W(wǎng)系統(tǒng)，骨干網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡運營商得以為用戶終端提供良好的數(shù)字電話服務、數(shù)字語音服務等多樣化的網(wǎng)絡功能服務。

1.2 接入網(wǎng)系統(tǒng)可行性需求分析

接入網(wǎng)系統(tǒng)設計流程需涵蓋明確的設計目標、系統(tǒng)網(wǎng)絡規(guī)劃設計、系統(tǒng)網(wǎng)絡實現(xiàn)方式設計、系統(tǒng)功能設計、關鍵承載業(yè)務規(guī)劃設計以及技術先進性評估等工作內(nèi)容。在完成接入網(wǎng)系統(tǒng)設計后，相關工作人員還需要從前瞻性、可靠性以及安全性3 個方面對接入網(wǎng)系統(tǒng)進行可行性需求分析，確保系統(tǒng)設計的合理性與科學性。

1.2.1 接入網(wǎng)系統(tǒng)前瞻性分析

網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）分層架構(gòu)是接入網(wǎng)系統(tǒng)設計的常用體系，該架構(gòu)體系能夠充分滿足接入量持續(xù)增加的需求。通常來說，評判接入網(wǎng)系統(tǒng)設計是否具備良好的前瞻性，需要從以下5 個方面進行深入分析。一是接入方式設計是否足夠靈活，能否滿足多方網(wǎng)絡系統(tǒng)之間相互接通的互聯(lián)需求；二是傳輸實體設計是否多元化，能否切實滿足用戶多方傳輸?shù)男枨?；三是接入網(wǎng)系統(tǒng)中業(yè)務和控制分層設計是否便捷，能否實現(xiàn)快速的新業(yè)務部署；四是接入網(wǎng)系統(tǒng)的整體網(wǎng)路性能是否高效，能否滿足用戶對低時延、高速率網(wǎng)絡傳輸?shù)男枨?；五是接入網(wǎng)系統(tǒng)設計是否合理應用了多點分發(fā)，能否為用戶提供實時接收或拒絕信息的功能服務[2]。

1.2.2 接入網(wǎng)系統(tǒng)可靠性分析

接入網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性分析主要針對系統(tǒng)中的服務標準層與業(yè)務需求，能夠綜合評價接入網(wǎng)系統(tǒng)是否具備滿足差異化業(yè)務的連接需求。不僅如此，可靠性分析還需綜合評價接入方式的斷網(wǎng)保護機制設計是否合理，在一種接入方式連接斷開后，能否及時啟動其他接入方式用以保證接入網(wǎng)系統(tǒng)的正常運行，并將接入方式錯誤信息進行實時反饋處理。

1.2.3 接入網(wǎng)系統(tǒng)安全性分析

接入網(wǎng)系統(tǒng)是否具備安全性是可行性需求分析中重點評價與分析的內(nèi)容，也是初步評估接入網(wǎng)系統(tǒng)設計質(zhì)量的主要參考指標。通常來說，接入網(wǎng)系統(tǒng)會承載大量的業(yè)務，如語音、文字、數(shù)據(jù)、視頻等，一旦受到計算機病毒或網(wǎng)絡非法入侵等，會造成用戶隱私泄露、數(shù)據(jù)丟失等安全問題。因此，接入網(wǎng)系統(tǒng)設計需應用相應的加密技術，如高級加密標準（Advanced Encryption Standard，AES）等，從而提高接入網(wǎng)系統(tǒng)的安全防護等級。

2 PON 技術概念及應用優(yōu)勢

2.1 PON 技術概念

基于網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的角度進行分析，PON 是一種以點到多點的網(wǎng)絡寬帶技術，可以根據(jù)實際情況靈活組成星型、總線型等網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)?；赑ON技術的組網(wǎng)一般包括局端的光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）、用戶側(cè)的光網(wǎng)絡單元（Optical Network Unit，ONU）等，在對網(wǎng)絡信號進行采集與整合的過程中，僅需用戶端的光網(wǎng)絡單元與局端光線路終端參與即可，無須利用其他有源設備。

2.2 PON 技術應用優(yōu)勢

PON 技術在實際應用期間的主要優(yōu)勢有以下4個方面：（1）結(jié)合實際情況，科學合理地利用PON技術可以在一定程度上達到節(jié)約光纖資源的目的；（2）由于PON 技術采用點到多點的樹狀拓撲結(jié)構(gòu)，因此在實際應用期間的服務區(qū)域會更大、更廣；（3）PON 技術能夠有效實現(xiàn)網(wǎng)絡設備、光纖設備等相關網(wǎng)絡設備資源的共享，能夠進一步提高用戶端接入骨干網(wǎng)過程中的寬帶；（4）PON 技術在組網(wǎng)時無須利用有源部件，能夠在一定程度上增強無源光網(wǎng)絡在實際運行期間的穩(wěn)定性與可靠性，有效避免了無源光網(wǎng)絡在雷雨天等惡劣天氣中受到雷電流或電磁場干擾的影響。同時基于此特性，也有效降低了無源光網(wǎng)絡在日常維護方面的維護與運營成本[3]。

3 PON 技術在接入網(wǎng)系統(tǒng)中的應用分析

3.1 MPCP 技術

多點控制協(xié)議（Multi-Point Control Protocol，MPCP）在接入網(wǎng)系統(tǒng)中的應用原理如下：首先，對用戶側(cè)的ONU 進行發(fā)現(xiàn)、認證以及注冊，然后對其距離、傳輸節(jié)點等相關因素；其次，記錄和報告用戶側(cè)的光網(wǎng)絡單元相關信息，報告內(nèi)容主要是實際傳輸期間所存在的擁堵具體情況等；最后，結(jié)合實際情況對網(wǎng)絡中的寬帶情況進行有效檢測，以周期性處理模式保障用戶側(cè)光網(wǎng)絡單元的連接穩(wěn)定性[4]。利用MPCP 技術可以對網(wǎng)絡中相關資源進行科學合理的優(yōu)化處理，實現(xiàn)基于傳輸距離對實際傳輸質(zhì)量與傳輸效果進行調(diào)控的目的，以此進一步提高網(wǎng)絡寬帶的實際利用率[5]。另外，MPCP 技術能夠強化網(wǎng)絡管理效果，對接入網(wǎng)系統(tǒng)實現(xiàn)全方位、多角度的實時監(jiān)管效果，進而達到結(jié)合實際情況靈活調(diào)整寬帶資源的目的?；诰唧w控制策略為用戶端制定具有針對性的寬帶分配策略，以此達到對用戶寬帶需求的動態(tài)化處理效果。

MPCP 技術在接入網(wǎng)系統(tǒng)中的應用功能有以下幾方面。

（1）對網(wǎng)絡資源進行優(yōu)化處理。通過距離測量特性能夠切實提高網(wǎng)絡寬帶的實際利用率，從而利用接入網(wǎng)系統(tǒng)中應用頻率較高的用戶側(cè)光網(wǎng)絡單元實現(xiàn)動態(tài)化寬帶分配模式，并為用戶提供高質(zhì)量的網(wǎng)絡服務效果。

（2）解決多址尋址問題。對于接入網(wǎng)系統(tǒng)而言，其對于用戶側(cè)的骨干網(wǎng)絡接入授權(quán)時間較短，因此可能導致用戶若以長距離傳輸模式進行網(wǎng)絡服務時會存在網(wǎng)絡斷開、網(wǎng)絡延時等相關問題，而MPCP 技術便可以基于分割接入網(wǎng)系統(tǒng)中用戶實際傳輸距離的效果降低節(jié)點之間的有效傳輸距離，以此切實避免用戶出現(xiàn)網(wǎng)絡斷開與網(wǎng)絡延遲的問題，而且支持語音服務等相關實時性較強的網(wǎng)絡連接服務，實現(xiàn)以動態(tài)化管控效果對用戶接入授權(quán)進行優(yōu)化并將其網(wǎng)絡延時降低至1 ms 以內(nèi)。

（3）具有較強可擴展性。其能夠?qū)鬏攦?nèi)容進行有效加密處理，以此切實提高相關數(shù)據(jù)信息在實際傳輸過程中的完整性、安全性以及私密性，避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)信息丟失、被竊取以及失真等相關問題，以此有效支持鏈路匯聚。MPCP 協(xié)議的基礎結(jié)構(gòu)與分層模型如圖1 所示。

圖1 MPCP 協(xié)議的基礎結(jié)構(gòu)與分層模型

3.2 ONU 自動識別技術

在接入網(wǎng)系統(tǒng)中應用PON 技術中的用戶側(cè)光網(wǎng)絡單元自動識別技術能夠?qū)崿F(xiàn)以自動化模式對系統(tǒng)運行狀態(tài)進行實時調(diào)控，即無須人為方式便能夠使用戶側(cè)光網(wǎng)絡單元完成自動注冊與處理，同時生成全新的用戶側(cè)光網(wǎng)絡單元報告并發(fā)送至以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡（Ethemet Passive Optical Network，EPON）[6]。ONU自動識別技術的應用原理如圖2 所示。

圖2 ONU 自動識別技術的應用原理

ONU 自動識別技術在接入網(wǎng)系統(tǒng)中的應用要點有以下2 個方面。（1）ONU 在接入網(wǎng)系統(tǒng)中進行注冊期間可能存在沖突現(xiàn)象，導致ONU 注冊失敗，即授權(quán)錯誤，進而致使網(wǎng)絡連接斷開或造成網(wǎng)絡高延遲現(xiàn)象。為有效避免ONU 注冊失敗問題，則需要確保在ONU注冊既定窗口時間內(nèi)完成所有應答環(huán)節(jié)。同時，接入網(wǎng)系統(tǒng)在實際運行期間的延遲時間具有較強隨機性，因此接入網(wǎng)系統(tǒng)能夠在一定程度上延長既定窗口的開放時間，從而提高ONU 注冊成功率。（2）當接入網(wǎng)系統(tǒng)注冊過程中出現(xiàn)沖突現(xiàn)象后，ONU 自動識別技術可以在一定范圍內(nèi)對沖突類型進行判定，若處于判定范圍內(nèi)則可以對沖突進行跳過并繼續(xù)進行注冊、授權(quán)等相關步驟，從而大幅提高接入網(wǎng)系統(tǒng)在實際運行期間的響應效率與相應質(zhì)量。一般情況下，ONU 既定窗口時間通常為1 s 左右，在此段時間內(nèi)ONU 自動識別技術便可以對存在沖突的注冊過程中的既定窗口時間進行跳過，以此避免增加重復的注冊內(nèi)容，避免對接入網(wǎng)系統(tǒng)的寬帶服務質(zhì)量造成影響[7]。

3.3 復用技術

對于復用技術而言，其在接入網(wǎng)系統(tǒng)中的應用原理分為上行方面與下行方面。首先，在接入網(wǎng)系統(tǒng)的上行過程中應用復用技術，能夠?qū)⑸闲袑拵зY源有效共享至各個網(wǎng)絡單元，同時各個網(wǎng)絡單元時隙能夠按需調(diào)用相關網(wǎng)絡機制，以此達到明確各個網(wǎng)絡單元中所需傳輸?shù)男畔瑥亩_到無論網(wǎng)絡傳輸過程中是否發(fā)生沖突，則網(wǎng)絡單元都會基于網(wǎng)絡機制與傳輸原則對信息包進行傳輸與共享。其次，在接入網(wǎng)系統(tǒng)的下行過程中應用廣播數(shù)據(jù)傳輸，能夠確保所傳輸?shù)男畔行П煌粋€廣播域內(nèi)的所用終端用戶進行接收。最后，基于各個終端用戶調(diào)用需求對信息包進行有效甄別，如基于廣播IP 地址判斷是否接收信息包或丟棄信息包。當廣播域中每發(fā)送一個信息包后，其中的用戶終端便會對信息包進行識別與判斷，此過程會持續(xù)性地重復進行，直至無信息包廣播。

復用技術的順利應用主要由GPON 封裝方式（GPON Encapsulation Mode，GEM）端口、傳輸容器以及ONU 共同支持。其中，PON 處理邏輯主要與傳輸容器相連接，以此有效保障信息包在實際傳輸過程中能夠基于信息包包頭內(nèi)容被順利識別與分配。

4 結(jié) 論

為切實提高接入網(wǎng)系統(tǒng)在實際運行期間的寬帶質(zhì)量與數(shù)據(jù)信息傳輸效率，應當結(jié)合實際情況將PON 技術有效應用于接入網(wǎng)系統(tǒng)中。利用MPCP 技術、ONU 自動識別技術以及復用技術等相關技術優(yōu)化接入網(wǎng)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)信息接收與發(fā)送期間的流程和質(zhì)量，以此進一步提高接入網(wǎng)系統(tǒng)的整體寬帶效率，為用戶提供優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡服務效果。