【摘要】GPON作為新一代光接入技術(shù),在抗干擾性、帶寬特性、接入距離、維護(hù)管理等方面均具有巨大優(yōu)勢(shì)。文章介紹了GPON的組成、特點(diǎn),詳細(xì)描述了GPON在FTTx中的應(yīng)用模式及組網(wǎng)方案,并結(jié)合運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)指出了GPON在接入應(yīng)用中需要考慮的五大問(wèn)題。

【關(guān)鍵詞】GPON 接入網(wǎng) ONU 組網(wǎng)方案 FTTx

1 接入網(wǎng)概述

接入網(wǎng)經(jīng)歷了窄帶和寬帶的快速發(fā)展,ADSL技術(shù)的出現(xiàn)解決了基于銅線(xiàn)的窄帶和寬帶的綜合接入問(wèn)題。但ADSL存在傳輸距離短、干擾大、帶寬低、建設(shè)投資成本高等問(wèn)題,其進(jìn)一步發(fā)展受到很大影響。較之傳統(tǒng)的銅線(xiàn)接入,光接入有著覆蓋范圍廣、傳輸距離遠(yuǎn)、帶寬高、安全保密性高、建設(shè)維護(hù)成本低等特點(diǎn),使之成為接入網(wǎng)建設(shè)的新亮點(diǎn)。

目前已提出的替代傳統(tǒng)銅線(xiàn)接入的有FTTH、FTTB等光接入應(yīng)用。無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)PON技術(shù)一直被認(rèn)為是光接入網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展方向,而GPON則是PON技術(shù)的重要分支。

2 GPON系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

GPON(Gigabit-Capable PON)一直被認(rèn)為是光接入網(wǎng)中頗具前景的技術(shù),突破了傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)解決方法的局限,是一種經(jīng)濟(jì)的、面向未來(lái)多業(yè)務(wù)的用戶(hù)接入技術(shù)。它是基于ITU-T G.984.x標(biāo)準(zhǔn)的最新一代寬帶無(wú)源光綜合接入標(biāo)準(zhǔn),具有高帶寬、高效率、大覆蓋范圍、用戶(hù)接口豐富等眾多優(yōu)點(diǎn),可以為用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)、可靠、安全的語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻三網(wǎng)合一業(yè)務(wù)接入。

2.1 GPON系統(tǒng)組成

GPON系統(tǒng)主要由OLT(光線(xiàn)路終端)、ODN(光分配網(wǎng)絡(luò))、ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)組成。其中,ODN由光分路器和光纖線(xiàn)路等組成;OLT放置于業(yè)務(wù)接入中心節(jié)點(diǎn),為接入網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)與城域網(wǎng)之間的接口,通過(guò)多個(gè)GE/FE接口上聯(lián)不同的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò);ONU放置于小區(qū)或樓內(nèi)機(jī)房,為接入網(wǎng)提供用戶(hù)側(cè)的接口,提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻等多業(yè)務(wù)流的接入,通過(guò)GE光口經(jīng)ODN上聯(lián)至OLT。

2.2 GPON技術(shù)特點(diǎn)

(1)高帶寬和高傳輸效率。下行速率高達(dá)2.488Gb/s,上行為1.244Gb/s,可以滿(mǎn)足運(yùn)營(yíng)商對(duì)未來(lái)業(yè)務(wù)的接入帶寬需求;使用GEM的封裝方式時(shí),綜合傳輸效率在93%以上。

(2)單纖接入。使用單根光纖就可以滿(mǎn)足用戶(hù)的接入需求,可以大量節(jié)省運(yùn)營(yíng)商在接入層饋線(xiàn)段的光纖資源。

(3)可以支持的接入距離更遠(yuǎn)(大于20km)。針對(duì)FTTB開(kāi)發(fā)的GPON系統(tǒng),其OLT到ONU的最遠(yuǎn)接入距離甚至可以達(dá)到60km以上。

(4)作為電信級(jí)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),對(duì)設(shè)備的互操作性能有詳細(xì)的要求,對(duì)各種業(yè)務(wù)類(lèi)型都能提供相應(yīng)的QoS保證。GPON還規(guī)定了在接入網(wǎng)層面上的保護(hù)機(jī)制和完整的OAM功能,光纖自動(dòng)倒換時(shí)間小于50ms。

(5)位于室外的光分配網(wǎng)中只有物理介質(zhì)特性非常穩(wěn)定的光纖和無(wú)源分光器,沒(méi)有任何有源設(shè)備,使得網(wǎng)絡(luò)具有高可靠性。

(6)在接入網(wǎng)層面上提供一個(gè)統(tǒng)一的接入平臺(tái),節(jié)約了運(yùn)營(yíng)商維護(hù)和處理故障的成本。

3 GPON在FTTx中的應(yīng)用模式

3.1 FTTB應(yīng)用模式

光纖到樓宇(FTTB,Fiber To The Building)是寬帶光接入網(wǎng)的典型應(yīng)用之一,其特征是:以光纖替換用戶(hù)引入點(diǎn)之前的銅線(xiàn)電纜,ONU布設(shè)在傳統(tǒng)的分線(xiàn)盒(用戶(hù)引入點(diǎn),即DP(Distribution Point,分配點(diǎn))),ONU下采用其他介質(zhì)(如現(xiàn)有的金屬線(xiàn)或無(wú)線(xiàn))接入用戶(hù),每個(gè)ONU支持用戶(hù)數(shù)為十多戶(hù)到一百戶(hù)左右。OLT通常放置在局端,用于用戶(hù)業(yè)務(wù)的收斂及分發(fā),上聯(lián)網(wǎng)絡(luò)側(cè)采用光纖接口,通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)連接ONU設(shè)備,在ONU處終結(jié)光信號(hào);用戶(hù)側(cè)提供銅線(xiàn)或五類(lèi)線(xiàn)接口,接口類(lèi)型包括POTS、ISDN、ADSL/ADSL2+、VDSL/VDSL2、以太網(wǎng)等。

FTTB網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在ONU點(diǎn)需要解決供電問(wèn)題,可采用本地供電或由位于局端的遠(yuǎn)程供電系統(tǒng)供電,也可以區(qū)域集中供電,目前以本地供電為主。另外,由于MDU(Multiple Dwelling Unit,多住宅單元)提供較多VoIP語(yǔ)音業(yè)務(wù)的接入,需要考慮備用電源解決方案。業(yè)界主流的備用電源解決方案包括:交流UPS,一次電源+蓄電池,樓道應(yīng)急電等。

FTTB網(wǎng)絡(luò)中由于ONU布設(shè)到DP,使得ONU的數(shù)量較多,而每個(gè)ONU接入的用戶(hù)數(shù)量并不多。因此,選擇光纖傳輸技術(shù)時(shí),應(yīng)著重選擇支持較多ONU數(shù)量的、能夠節(jié)省光纖資源的傳輸技術(shù)?，F(xiàn)在及以后一段時(shí)間內(nèi),GPON是比較好的選擇。具體采用GPON承載的FTTB應(yīng)用模式有以下2種(圖1):

(1)FTTB+xDSL

具體實(shí)現(xiàn)是將光纖端接點(diǎn)分布在樓層(高層樓宇)或樓道(多層建筑),小型DSLAM設(shè)備網(wǎng)絡(luò)側(cè)采用GPON上聯(lián)口,用戶(hù)側(cè)提供xDSL接口通過(guò)雙絞線(xiàn)入戶(hù)。這種方式利用現(xiàn)有的雙絞線(xiàn)資源,采用成熟的ADSL2+、VDSL等技術(shù),可充分利用現(xiàn)有的線(xiàn)路投資,提供中小容量的DSL MDU,并且有適合室外惡劣環(huán)境的一體化機(jī)柜。

(2)FTTB+LAN

具體實(shí)現(xiàn)是將光纖端接點(diǎn)分布在樓層(高層樓宇)或樓道(多層建筑),由ONU終結(jié)光信號(hào),ONU提供多個(gè)以太網(wǎng)接口。受以太網(wǎng)五類(lèi)線(xiàn)的距離限制,這種實(shí)現(xiàn)需要保證ONU到最終用戶(hù)的走線(xiàn)距離不超過(guò)100m。

3.2 FTTH應(yīng)用模式

光纖到家庭用戶(hù)(FTTH,Fiber To The Home)是利用光纖傳輸媒質(zhì)連接通信局端和家庭住宅的接入方式,引入光纖由單個(gè)家庭住宅獨(dú)享。在物理網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成上,FTTH在OLT與ONU之間采用全程光纖的接入方式,將ONU光節(jié)點(diǎn)布設(shè)到居民用戶(hù)家中;此時(shí)ONU稱(chēng)為ONT(Optical NetworkTerminal),直接提供UNI接口連接居民家庭網(wǎng)絡(luò)。采用GPON技術(shù)進(jìn)行光纖入戶(hù)的組網(wǎng)圖如圖2所示:

在FTTH網(wǎng)絡(luò)中,無(wú)論是別墅區(qū)還是多層小區(qū),ONU都是置于用戶(hù)家中。在OLT和ONU之間采用無(wú)源的光分配網(wǎng)絡(luò),其主要由光分路器和光纖構(gòu)成。OLT可以置于遠(yuǎn)端機(jī)房,也可以置于小區(qū)機(jī)房,具體依實(shí)際條件而定。FTTB網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在ONU點(diǎn)需要解決供電問(wèn)題,可以采用家庭220V直接供電或通過(guò)UPS供電。

語(yǔ)音業(yè)務(wù)采用VoIP是適合于網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的選擇,實(shí)現(xiàn)方式有2種:ONU本身內(nèi)置IAD功能或通過(guò)外置IAD來(lái)實(shí)現(xiàn)。

OLT和ONU側(cè)都提供了高速接入的數(shù)據(jù)接口,對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具有天然的接入,由ONU的以太網(wǎng)接口提供用戶(hù)的寬帶上網(wǎng)接入。根據(jù)現(xiàn)階段的寬帶應(yīng)用實(shí)際,用戶(hù)認(rèn)證和管理仍然可由BRAS來(lái)完成,以保持與現(xiàn)有用戶(hù)管理方式的一致性。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的接入,主要應(yīng)采用合適的QoS策略,根據(jù)不同的業(yè)務(wù)提供不同的QoS保證,從而提供不同的帶寬保證和業(yè)務(wù)質(zhì)量。

FTTH模式比較適合社區(qū)信息化場(chǎng)合。社區(qū)信息化覆蓋目前已經(jīng)比較普遍,大多數(shù)社區(qū)采用ADSL接入技術(shù)實(shí)現(xiàn),隨著IPTV和高清電視等高帶寬業(yè)務(wù)引入家庭,傳統(tǒng)社區(qū)接入網(wǎng)絡(luò)面臨改造。GPON光接入平臺(tái)立足高帶寬接入,根據(jù)高檔小區(qū)、別墅小區(qū)和普通小區(qū)的消費(fèi)承受能力,分層次提供一步到位的FTTH。接入業(yè)務(wù)包括語(yǔ)音、數(shù)字家庭、寬帶上網(wǎng)(可選有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)方式)、IPTV視頻、CATV視頻等,FTTH模式提供系列化ONU/ONT終端,滿(mǎn)足家庭用戶(hù)有線(xiàn)方式、無(wú)線(xiàn)方式、廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)等各種業(yè)務(wù)接入需求。

4 GPON組網(wǎng)方案

4.1 星形方式

當(dāng)OLT與ONU之間按點(diǎn)到點(diǎn)配置,且每一ONU直接經(jīng)一專(zhuān)用光鏈路與OLT相連,中間沒(méi)有光分路器時(shí)就構(gòu)成星形結(jié)構(gòu)。由于這種配置不存在光分路引入的損耗,因此傳輸距離遠(yuǎn)大于點(diǎn)到多點(diǎn)配置。但此種方式下光纖浪費(fèi)嚴(yán)重,不能體現(xiàn)GPON的技術(shù)優(yōu)勢(shì),實(shí)際應(yīng)用較少。

4.2 樹(shù)形方式

樹(shù)形拓?fù)涫屈c(diǎn)到多點(diǎn)配置的基本結(jié)構(gòu)。它利用了一系列級(jí)聯(lián)的分配點(diǎn)將信號(hào)傳給多路用戶(hù),同時(shí)也靠這些分配點(diǎn)將上行信號(hào)結(jié)合在一起送給OLT,見(jiàn)圖3。分配點(diǎn)的分路器常為1:N型,在重要客戶(hù)接入中,可能采用2:N分光以實(shí)現(xiàn)主干光纖保護(hù)。在本地網(wǎng)應(yīng)用中,考慮到復(fù)雜的光纖網(wǎng)絡(luò)布局,一般使用一級(jí)分光,如需多級(jí),建議控制在三級(jí)以?xún)?nèi)。

4.3 總線(xiàn)方式

總線(xiàn)結(jié)構(gòu)也是點(diǎn)到多點(diǎn)配置的基本結(jié)構(gòu)。這種拓?fù)鋵?shí)際上是OLT和分配點(diǎn)的拓?fù)?分配點(diǎn)到ONU仍然是星形結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)利用了一系列串聯(lián)的分配點(diǎn)以便從總線(xiàn)上向ONU分配OLT發(fā)送的信號(hào),同時(shí)又能將每一ONU發(fā)送的信號(hào)插入總線(xiàn)送回到OLT,見(jiàn)圖4。該方式一般應(yīng)用于監(jiān)控系統(tǒng),分光器有5:95、10:90、20:80多種,為1:2不等分分光。建議使用10:90分光器,實(shí)際使用以光功率計(jì)算原則為準(zhǔn),一般不超過(guò)7級(jí)。

5 GPON在接入應(yīng)用中需要考慮的問(wèn)題

5.1 建設(shè)和運(yùn)營(yíng)維護(hù)

GPON的實(shí)施除了考慮系統(tǒng)設(shè)備之外,還應(yīng)該加強(qiáng)接入光纜、OLT、ODN的整體規(guī)劃;同時(shí)要加強(qiáng)前后端聯(lián)動(dòng)、供電保障、IT支撐、工程建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)等各項(xiàng)工作,盡快將接入能力轉(zhuǎn)化為業(yè)務(wù)與服務(wù)能力。從實(shí)際情況來(lái)看,目前主要存在幾方面問(wèn)題:

(1)設(shè)備開(kāi)通、配置、升級(jí)繁雜;設(shè)備種類(lèi)和網(wǎng)元數(shù)量增多,管理維護(hù)繁雜;多業(yè)務(wù)配置和業(yè)務(wù)發(fā)放涉及多個(gè)設(shè)備、多套后臺(tái)支撐系統(tǒng),操作復(fù)雜。

(2)隨著光纖逐步下移,需要維護(hù)管理的遠(yuǎn)端節(jié)點(diǎn)成倍增加;遠(yuǎn)端設(shè)備走出機(jī)房,設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境較差,故障率增加;設(shè)備分布廣,故障現(xiàn)場(chǎng)處理工作量大。

這些問(wèn)題,對(duì)GPON的設(shè)備開(kāi)通與管理、業(yè)務(wù)發(fā)放、故障監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)安全控制能力提出了很高的要求。

5.2 GPON OLT的容量設(shè)置

“大容量、少局所,網(wǎng)絡(luò)扁平化”的趨勢(shì)意味著OLT覆蓋的用戶(hù)數(shù)量增加,相應(yīng)地,OLT設(shè)備的單板PON口數(shù)量、單板總線(xiàn)帶寬、上行端口容量以及系統(tǒng)的交換能力也需要提高。此外,未來(lái)OLT容量會(huì)越來(lái)越大,覆蓋的用戶(hù)數(shù)越來(lái)越多,對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的要求也越來(lái)越高。這時(shí),對(duì)于GPON設(shè)備本身,就需要考慮對(duì)OLT設(shè)備的重要部件進(jìn)行保護(hù)(如電源板、主控板、上聯(lián)板的冗余保護(hù))。在組網(wǎng)保護(hù)方面,對(duì)于重要客戶(hù)或關(guān)鍵業(yè)務(wù),OLT需提供雙上聯(lián)保護(hù),以避免單點(diǎn)故障,實(shí)現(xiàn)可靠接入。

5.3 GPON ONU的要求

GPON遠(yuǎn)端設(shè)備ONU在功能及性能方面,都應(yīng)保證網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的需要。GPON ONU設(shè)備應(yīng)支持VLAN 1:1和N:1轉(zhuǎn)換功能、跨VLAN組播復(fù)制等功能;滿(mǎn)足QoS部署要求,支持802.1p和基于優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列調(diào)度;根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需要提供內(nèi)置語(yǔ)音功能。作為末端接入設(shè)備,ONU也可以根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的需要支持基站承載中小商業(yè)用戶(hù)專(zhuān)線(xiàn)接入的應(yīng)用場(chǎng)景。在ONU應(yīng)用廣泛的光進(jìn)銅退場(chǎng)景,ONU平臺(tái)架構(gòu)應(yīng)該支持從現(xiàn)有的ADSL2+到VDSL2或LAN的平滑升級(jí),以支撐業(yè)務(wù)帶寬的平滑升級(jí)。

5.4 GPON設(shè)備的管理

引入GPON系統(tǒng)后,網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)面臨新的問(wèn)題:接入點(diǎn)數(shù)量增加,業(yè)務(wù)從單一業(yè)務(wù)向多業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)變,業(yè)務(wù)管理更加精細(xì)化,光纜網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)量增加,等等。采用PON的光接入網(wǎng)絡(luò)規(guī)模部署后,ONU的數(shù)量非常多,對(duì)ONU的操作管理維護(hù)也非常重要。

FTTB模式下GPON ONU的管理維護(hù),采取OMCI+SNMP聯(lián)合管理。OMCI負(fù)責(zé)GPON協(xié)議相關(guān)功能的管理;SNMP接口負(fù)責(zé)端口、協(xié)議和業(yè)務(wù)的相關(guān)功能。FTTH模式下GPON ONU的管理維護(hù),采取OAM/OMCI+TR-069聯(lián)合管理。對(duì)于采用FTTB模式的PON OLT及ONU設(shè)備的管理和配置,可在廠(chǎng)家PON設(shè)備網(wǎng)管基礎(chǔ)上,通過(guò)提供北向接口方式,或由PON設(shè)備直接開(kāi)放SNMP MIB庫(kù)方式,支持IP城域網(wǎng)網(wǎng)管和軟交換網(wǎng)管,對(duì)其進(jìn)行VLAN、QoS及話(huà)音接入等業(yè)務(wù)信息的遠(yuǎn)程配置管理。

FTTH模式的內(nèi)置語(yǔ)音接入設(shè)備,可采用基于TR-069的ACS管理系統(tǒng),或暫由PON網(wǎng)管系統(tǒng)進(jìn)行管理,原則上不再為FTTH語(yǔ)音接入設(shè)備新建獨(dú)立的網(wǎng)管系統(tǒng)。對(duì)于FTTB的內(nèi)置語(yǔ)音接入設(shè)備,可由不同的廠(chǎng)家網(wǎng)管系統(tǒng)管理各自的網(wǎng)元設(shè)備。對(duì)于少量新建的外置IAD設(shè)備,可考慮納入同一廠(chǎng)家的PON網(wǎng)管系統(tǒng)。AG設(shè)備應(yīng)由軟交換網(wǎng)管統(tǒng)一管理。

5.5 綜合業(yè)務(wù)承載能力

GPON網(wǎng)絡(luò)建設(shè)應(yīng)充分考慮滿(mǎn)足未來(lái)多業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載的需求,具備按客戶(hù)與業(yè)務(wù)區(qū)分和差異化的承載能力,滿(mǎn)足語(yǔ)音、視頻等業(yè)務(wù)的高質(zhì)量接入。接入網(wǎng)絡(luò)應(yīng)部署基于802.1p的QoS策略,并在OLT和ONU設(shè)備部署相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)隊(duì)列,具備相應(yīng)的業(yè)務(wù)流分類(lèi)、優(yōu)先級(jí)標(biāo)記、優(yōu)先級(jí)隊(duì)列調(diào)度,以實(shí)現(xiàn)基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)的包轉(zhuǎn)發(fā),保障不同業(yè)務(wù)的質(zhì)量。

6 結(jié)束語(yǔ)

GPON技術(shù)在接入網(wǎng)層面提供一個(gè)統(tǒng)一的接入平臺(tái),節(jié)約了運(yùn)營(yíng)商維護(hù)和處理故障的成本,可以在現(xiàn)階段滿(mǎn)足絕大部分FTTx的業(yè)務(wù)需求;在運(yùn)營(yíng)商FTTx的應(yīng)用中可以充分體現(xiàn)其廣覆蓋、高帶寬、雙纖保護(hù)等特點(diǎn)。同時(shí),位于室外的光分配網(wǎng)中只有物理介質(zhì)特性非常穩(wěn)定的光纖和無(wú)源分光器,沒(méi)有任何有源設(shè)備,使得網(wǎng)絡(luò)具有高可靠性。相信隨著設(shè)備成本的降低,GPON在接入網(wǎng)中的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

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【作者簡(jiǎn)介】

嚴(yán)曉華:碩士畢業(yè)于暨南大學(xué)工商管理學(xué)院,本科畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院,現(xiàn)就職于中國(guó)鐵通廣東分公司技術(shù)建設(shè)部,一直從事傳輸專(zhuān)業(yè)技術(shù)工作。