ＧＰＯＮ技術和應用探討

徐正清

摘要：簡要介紹GPON的系統(tǒng)結構，詳細分析GPON的技術特點，形成GPON建設原則。

關鍵詞：GPON；GEM；EPON

中圖分類號：TP316文獻標識碼：A文章編號：1672-3198(2009)08-0298-02

1GPON系統(tǒng)結構

同所有PON系統(tǒng)一樣，GPON由ONU、OLT和無源光分配網(wǎng)組成。其網(wǎng)絡結構如圖所示。OLT為接入網(wǎng)提供網(wǎng)絡側與核心網(wǎng)之間的接口，通過ODN與各ONU連接。作為PON系統(tǒng)的核心功能設備，OLT具有集中帶寬分配、控制各ONU、實時監(jiān)控、運行維護管理PON系統(tǒng)的功能。ONU為接入網(wǎng)提供用戶側的接口，提供話音、數(shù)據(jù)、視頻等多業(yè)務流與ODN的接人，受OLT集中控制。系統(tǒng)支持的分支比為1:16、32或64，隨著光收發(fā)模塊的發(fā)展演進，支持的分支比將達到1:128。在同一根光纖上，GPON可使用波分復用技術實現(xiàn)信號的雙向傳輸。根據(jù)實際需要，還可以在傳統(tǒng)的樹型拓撲的基礎上采用相應的PON保護結構以來提高網(wǎng)絡的生存性。

2GPON特點

(1)前所未有的高帶寬。GPON速率高達2.5Gb／s，能提供足夠大的帶寬以滿足未來網(wǎng)絡日益增長的對高帶寬的需求，同時非對稱特性更能適應寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務市場。

(2)QoS保證的全業(yè)務接人。GPON能夠同時承載ATM信元和(或)GEM幀，有很好的提供服務等級、支持QoS保證和全業(yè)務接入的能力。目前，ATM承載話音、PDH、Ethernet等多業(yè)務的技術已經(jīng)非常成熟；使用GEM承載各種用戶業(yè)務的技術也得到大家的一致認可，已經(jīng)開始廣泛應用和發(fā)展。

(3)很好地支持TDM業(yè)務。將TDM業(yè)務映射到GEM幀中，由于使用標準的8kHz(125ps)幀能夠直接支持TDM業(yè)務。將TDM業(yè)務映射到ATM信元中也能提供有QoS保證的實時傳輸。GPON在這一點上有優(yōu)勢。

(4)簡單、高效的適配封裝。GPON的GEM提供了一種靈活的幀結構封裝，支持定長和不定長幀的封裝，對多種業(yè)務實現(xiàn)通用映射，不需要進行協(xié)議轉換，實現(xiàn)過程簡單，開銷小，協(xié)議封裝效率最高可達97％，實現(xiàn)了帶寬資源的充分利用。

(5)強大的OAM能力。針對以太網(wǎng)系統(tǒng)在網(wǎng)路管理和性能監(jiān)測的不足，GPON從消費者需求和運營商運行維護管理的角度，提供了三種OAM通道：嵌入的OAM通道、PLOAM和OMCI。它們承擔不同的OAM任務，形成C／MPlane(控制，管理平面)，平面中的不同信息對各自的OAM功能進行管理。GPON還繼承了G.983中規(guī)定的OAM相關要求，具有豐富的業(yè)務管理和電信級的網(wǎng)絡監(jiān)測能力。

(6)技術相對復雜，設備成本較高。

3網(wǎng)絡結構及場景應用

綜合考慮GPON技術特點、成熟度、投資成本、業(yè)務需求、市場競爭等多方面的因素，基于GPON的FTTx系統(tǒng)主要應用于如下方面：

商客、商務樓和工業(yè)園區(qū)的綜合接人。在商業(yè)客戶和商業(yè)客戶比較集中的寫字樓、工業(yè)園區(qū)和網(wǎng)吧集中區(qū)，用戶分布較為分散，帶寬需求相對較高(典型需求為10M、100M甚至1000M)，除了基本的語音業(yè)務、高速Internet專線接入等業(yè)務外，還存在TDM(E1)專線、視訊會議、視頻監(jiān)控、VPN、無線覆蓋等多樣化的業(yè)務需求，對系統(tǒng)的可用性、業(yè)務質量和維護質量要求較高。采用GPON系統(tǒng)實現(xiàn)FTTB、FTTH，能夠很好地滿足這類客戶的需求，為用戶提供長距離、高帶寬、豐富業(yè)務類型、高服務質量的業(yè)務保證。

部分新建高檔住宅小區(qū)(別墅或高檔公寓)的寬帶接入。相對于普通住宅用戶，高檔住宅小區(qū)的客戶群優(yōu)良，其電信業(yè)務消費能力強、消費層次高，對建設投資和業(yè)務資費不敏感，業(yè)務的需求主要包括Internet專線接入、電話、IPTV甚至視頻會議等。因此可以鋪設光纖入戶，采用FTTH、FTTB+LAN／VDSL等靈活的寬帶接入方式，特別是針對缺乏銅纜資源的地區(qū)，在大城市和發(fā)達地區(qū)進行一定的FTTH／B覆蓋，以提高市場競爭力。

新建小區(qū)的FTTB+DSL／LAN接人和舊網(wǎng)絡改造。隨著IPTV等新興業(yè)務的出現(xiàn)，現(xiàn)有的DSL／LAN小區(qū)的升級改造刻不容緩?；贕PON的FTTB+DSL／LAN接入方式(采用多以太網(wǎng)接口的ONU或ONU內置小型DSLAM)利用原有的入戶線，無需對現(xiàn)有樓內布線和裝修進行改造，綜合實施成本低、難度低，以較低的成本實現(xiàn)較高的用戶接入速率，是一種高性價比的接入方案，很適合進行舊小區(qū)網(wǎng)絡改造。

“網(wǎng)吧一條街”的接人。網(wǎng)吧對接入速率的典型需求為10M、20M甚至100M，但業(yè)務類型簡單，基本上以高速In-ternet專線接入為主，可能有部分語音業(yè)務需求；網(wǎng)吧的分布比較分散，需要系統(tǒng)有較強的覆蓋能力，因此光纖接人已經(jīng)是多數(shù)網(wǎng)吧的主要接入技術。GPON的全業(yè)務接入能力和完善的OAM特性，使得“一網(wǎng)雙吧”類型的用戶，可直接在GEPON系統(tǒng)內獲得語音業(yè)務和高速Internet專線業(yè)務，并通過同一個網(wǎng)管平臺進行統(tǒng)一管理。

以上各種場景均為GPON較為典型的應用，總體網(wǎng)絡圖1：

4GPON工程建設原則

(1)OLT設置原則。

OLT的部署位置對網(wǎng)絡結構與層次、設備管理與維護、設備端口利用率、用戶實裝率、投資等影響較大，需要綜合考慮，同時結合OLT設備的覆蓋能力，明確OLT的設置方式及位置。

OLT的服務覆蓋范圍根據(jù)ITU—TG.982定義的C類ODN網(wǎng)絡情況，即15－30db的光通道損耗，在采用1:64的情況下，按7個光活動連接器，OLT覆蓋的光通道距離在10公里以內。

(2)ONU選擇類型。

根據(jù)場景不同的需求，接入方式可以參考下表：

(3)主干光纜及配光纜配套原則。

目前，用戶光纜網(wǎng)基本拓撲結構有三種，即星形、總線形和環(huán)形。各種網(wǎng)絡結構都有其特點，在選擇時應根據(jù)各相關點的地理位置、重要性、需要提供的業(yè)務、網(wǎng)絡可靠性要求、經(jīng)濟性以及維護管理等綜合因素選擇合適的拓撲結構。目前用戶主干光纜基本采用環(huán)形與總線形結構，如用戶對通信業(yè)務需求量大或有特殊要求，并受到地理位置的限制時，也可以用星形結構。用戶配光纜一般采用星形結構，當用戶有特殊要求時。也可采用環(huán)形結構。

(4)光分路器配置原則。

一般情況下ODN采用一次分光集中放置，將光分路器集中安裝在光分路箱(室內型或室外型)內；當MDU分布較為分散或駐地網(wǎng)光纜纖芯數(shù)量不足時，可以采用二級分光方式。

光分路比應綜合考慮GPON系統(tǒng)的傳輸距離、MDU帶的用戶數(shù)、PON系統(tǒng)內帶寬分配來進行選擇，一般情況下：

在采用FTTH(PON)模式時，光分路比宜按1:64設計；

在采用FTTB(PON)+LAN模式時，光分路比宜按1；

32設計，最終用戶數(shù)不超過512；

(5)光通道衰減核算。

ODN光通道損耗所允許的衰減定義為S／R和R／S參考點之間的光損耗，OLT的傳輸距離應通過ODN光通道損耗核算以及OLT、ONU設備的功率預算，采用最壞值法核算。

ODN光通道損耗=光分路器插入損耗+光活動連接器插入損耗值×數(shù)量+光纖衰耗系數(shù)×傳輸距離+光纜線路富余度

相關參數(shù)取定：

光分路器插入損耗：3.5×N(光分路器分光比＝2N)

光活動連接器插入損耗值：0.5dB／個

光纖衰耗系數(shù)(含熔接損耗)：0.4dB／km

光纜線路富余度：采用1:64分光比時，取1.5dB

采用1:32分光比時，取2dB

對于GPON系統(tǒng)，在項目中需根據(jù)設備所支持的最大光通道衰減對無源光分配網(wǎng)絡中最遠用戶終端的光通道衰減進行核算，具體ODN光通道模型如圖2所示：

(6)ODN光纜容量配置。

光分路器與OLT之間的光纜一般為用戶主干光纜或用戶配光纜，光纜芯數(shù)將視需安裝的光分路器數(shù)量，并考慮未來升速的需要及適當考慮向FTTH演進的光纜纖芯需求，可采用1:2或1:4(光分路器數(shù)量；光纜纖芯數(shù))配置。

光分路器與ONU之間的光纜一般為駐地網(wǎng)光纜，光纜芯數(shù)將根據(jù)不同的接入模式分類配置：

在采用FTTH(PON)模式時，駐地網(wǎng)光纜一般以光纜接頭盒作為光纜容量的遞減方式或采用光纜分支接頭箱的方式進行光纜網(wǎng)的設計。據(jù)此，光分路器至光纜接頭盒或光纜分支接頭箱間將使用大芯數(shù)光纜，大芯數(shù)光纜的纖芯數(shù)以每臺ONU配1芯；光纜接頭盒或光纜分支接頭箱至用戶宅內ONU間的光纜在采用普通室外型光纜時按每臺ONU配1芯。

在采用FTTB(PON)模式時，光分路器至MDU間的光纜纖芯數(shù)建議按每臺MDU配2芯(用1芯、備1芯)。

人戶光纜宜采用小彎曲半徑光纖制成的室內型光纜，建議采用ITU—TG.657A建議的光纖，其余光纜采用符合ITU-TG.652D建議的光纖制成的普通室外型光纜。

5結語

GPON技術的優(yōu)勢是明顯的，但目前GPON技術和設備還有待于進一步成熟。主要是市場上還缺少OLT側商用芯片，ONU側商用芯片也很少，設備穩(wěn)定性與可靠性等有待驗證(各廠商的產(chǎn)品均為剛剛推出，國際上也無大規(guī)模商用)，成本很高，產(chǎn)業(yè)鏈不夠成熟，還不具備規(guī)模商用的條件。但我們有理由相信GPON的未來應該有很好的發(fā)展，這是它的技術特點決定的。