淺析寬帶接入中的GPON技術(shù)

伍麗華

（鐵通廣西分公司，廣西 南寧 530003）

隨著用戶對(duì)帶寬需求的不斷增加，光傳輸在接入網(wǎng)中的作用越來越重要。當(dāng)前，寬帶接入技術(shù)主要有銅纜接入和光纖接入兩種模式，傳統(tǒng)的固網(wǎng)運(yùn)營商前期主要以銅纜接入為主，但隨著銅纜網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本急劇上升和寬帶多業(yè)務(wù)對(duì)接入帶寬需求的快速增長，采用銅纜DSL方式能夠提供的帶寬非常有限，難以滿足后續(xù)業(yè)務(wù)開展的帶寬需求，因此 FTTX（光纖到某處）成為當(dāng)前接入領(lǐng)域最為關(guān)注的熱點(diǎn)，而EPON和GPON則是當(dāng)前FTTX建設(shè)最具代表性的無源光接入技術(shù)，它打破了傳統(tǒng)的點(diǎn)到點(diǎn)解決方法，在解決寬帶接入問題上是一種經(jīng)濟(jì)的寬帶接入技術(shù)。GPON（Gigabit－CapablePON）技術(shù)是基于 ITUTG.984.x標(biāo)準(zhǔn)的最新一代寬帶無源光綜合接入標(biāo)準(zhǔn)，具有高帶寬、高效率、大覆蓋范圍，能夠?yàn)橛脩籼峁┮曨l、數(shù)據(jù)、語音三網(wǎng)合一業(yè)務(wù)接入，服務(wù)質(zhì)量可靠、安全，被大多數(shù)運(yùn)營商視為實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)寬帶化、綜合化改造的理想技術(shù)。隨著GPON標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)的進(jìn)一步完善、產(chǎn)業(yè)鏈的日趨成熟，必將超越EPON成為運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)寬帶化、綜合化改造的首選技術(shù)。

1 GPON系統(tǒng)組成及特點(diǎn)

1.1 GPON系統(tǒng)組成

GPON系統(tǒng)是由ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）、ODN（光分配網(wǎng)絡(luò)）、OLT（光線路終端）三部分構(gòu)成。ONU一般布署在樓內(nèi)或小區(qū)機(jī)房，其功能是提供接入網(wǎng)到用戶側(cè)的接口，從而使數(shù)據(jù)、語音、視頻等多業(yè)務(wù)流實(shí)現(xiàn)接入，并通過GE光口經(jīng)ODN與OLT實(shí)現(xiàn)連接；ODN由光分路器和光纖線路等組成；在業(yè)務(wù)接入中心節(jié)點(diǎn)放置OLT，而OLT的作用是為接入網(wǎng)提供城域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)側(cè)之間的接口，利用多個(gè)FE/GE接口與不同的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)連接。

GPON系統(tǒng)采用WDM技術(shù)，實(shí)現(xiàn)單纖雙向傳輸，使用上行1 310 nm和下行1 490 nm波長傳送數(shù)據(jù)和語音，CATV業(yè)務(wù)則使用1 550 nm波長承載在下行鏈路方向，OLT采用TDM時(shí)分復(fù)用，以廣播方式與各個(gè) ONU進(jìn)行通信；上行鏈路方向，由于只有一條干路光纖連接 OLT，需要在多個(gè)ONU之間采用TDMA時(shí)分多址接入，來控制對(duì)共享介質(zhì)的訪問以避免沖突GPON下行速率可提高到 2.5 Gbit/s，下行可達(dá) 1.25 Gbit/s（GPON的工作原理見圖1）。

圖1 GPON的工作原理

1.2 GPON技術(shù)特點(diǎn)

GPON技術(shù)不僅保留了與 PON相關(guān)的許多功能，如OAM消息DBA等；而且GPON還相對(duì)能提供更高速帶寬接入和更大的分路比，具有多種業(yè)務(wù)類型，包括 ATM 業(yè)務(wù)、TDM 業(yè)務(wù)及IP/Ethernet業(yè)務(wù)及其完善的QoS保證架構(gòu)、高效率的GEM封裝、豐富的ONU管理控制接口（OMCI）功能，但其相應(yīng)技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備成本較高?？偟膩碚f，GPON具有以下主要技術(shù)特點(diǎn)：

1.2.1 高帶寬

GPON的下行最高速率是 2.488 Gb/s，上行最高速率是1.244 Gb/s，這樣的傳輸速率完全滿足未來網(wǎng)絡(luò)日益增長的對(duì)高帶寬的需求，同時(shí)非對(duì)稱特性更能適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場。

1.2.2 QoS保證的全業(yè)務(wù)接入

GPON能夠同時(shí)承載ATM信元和GEM幀，有很好的提供服務(wù)等級(jí)、支持QoS保證和全業(yè)務(wù)接入的能力。目前，ATM承載話音、PDH、Ethernet等多業(yè)務(wù)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟；使用GEM承載各種用戶業(yè)務(wù)的技術(shù)也得到大家的一致認(rèn)可，已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用和發(fā)展。

1.2.3 很好地支持TDM業(yè)務(wù)

TDM 業(yè)務(wù)映射到 GEM 幀中，由于 GPONTC幀幀長為125us，能夠直接支持TDM業(yè)務(wù)。TDM業(yè)務(wù)也可映射到ATM信元中，也能提供有QoS保證的實(shí)時(shí)傳輸。

1.2.4 簡單、高效的適配封裝

采用 GEM 對(duì)多業(yè)務(wù)流實(shí)現(xiàn)簡單、高效的適配封裝。在APON中，所有的多業(yè)務(wù)流（話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流）都必需進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)化，映射到ATM信元中傳輸。眾所周知，5字節(jié)的ATM頭相對(duì)于48字節(jié)的數(shù)據(jù)來說，會(huì)帶來超過10 %的帶寬損失，特別對(duì)于長分組的數(shù)據(jù)包來說，其打包過程復(fù)雜、效率非常低。而在EPON中，雖然直接承載以太網(wǎng)幀，實(shí)現(xiàn)過程簡單，但僅考慮8B/l0B的線路編碼就已經(jīng)有20 %的帶寬浪費(fèi)，加上對(duì)以太網(wǎng)幀的封裝和開銷，EPON帶寬利用率比GPON低30 %左右。同時(shí)，在傳輸 TDM 業(yè)務(wù)時(shí)，需要將其通過協(xié)議轉(zhuǎn)化映射到以太網(wǎng)幀中，目前對(duì)此技術(shù)還沒有規(guī)定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。GPON的GEM提供了一種靈活的幀結(jié)構(gòu)封裝，支持定長和不定長幀的封裝，對(duì)多種業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)通用映射，不需要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)過程簡單、開銷小，協(xié)議封裝效率最高可達(dá)94 %，實(shí)現(xiàn)了帶寬資源的充分利用。

1.2.5 強(qiáng)大的OAM能力

針對(duì)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(fèi)者需求和運(yùn)營商運(yùn)行維護(hù)管理的角度，提供了 3種 OAM通道：嵌入的OAM通道、PLOAM和OMCI。它們承擔(dān)不同的OAM任務(wù)，形成C/MPlance（控制/管理平面），平面中的不同信息對(duì)各自的OAM功能進(jìn)行管理。GPON還繼承了G.983中規(guī)定的 OAM 相關(guān)要求，具有豐富的業(yè)務(wù)管理和電信級(jí)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測能力。

1.2.6 設(shè)備成本較高

GPON承載有QoS保障的多業(yè)務(wù)和強(qiáng)大的OAM能力等優(yōu)勢很大程度上是以技術(shù)和設(shè)備的復(fù)雜性為代價(jià)換來的，從而使得相關(guān)設(shè)備成本較高，但隨著GPON技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用，GPON設(shè)備的成本必定會(huì)有相應(yīng)地下降。

2 GPON的應(yīng)用

GPON在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需關(guān)注以下幾個(gè)問題：

（1）GPON各設(shè)備布放的位置將極大地影響光纜網(wǎng)絡(luò)的布局以及投資成本。例如，OLT布放在局端會(huì)占用部分主干光纜，布放在小區(qū)內(nèi)受到局房資源和配套費(fèi)用的限制。發(fā)展初期建議布放在局端。為了節(jié)約小區(qū)內(nèi)光纜資源，降低初期投入，提高實(shí)裝率，光分路器應(yīng)采用多級(jí)級(jí)聯(lián)方式。在選擇各設(shè)備布放位置的同時(shí)應(yīng)結(jié)合小區(qū)內(nèi)用戶的分布情況以及不同用戶的帶寬需求，對(duì)密集型的用戶群和分散型用戶群區(qū)別對(duì)待。如對(duì)于高檔公寓或者別墅等新建高檔住宅小區(qū)的客戶，相對(duì)于普通住宅用戶的業(yè)務(wù)消費(fèi)能力要強(qiáng)，客戶群優(yōu)良，消費(fèi)層次高，這部分用戶的業(yè)務(wù)需求主要包括IPTV、Internet專線接入、電話甚至視頻會(huì)議。在進(jìn)行GPON網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，可以使光線直接敷設(shè)入戶，采用靈活的寬帶接入方式FTTB＋LAN／VDSI，進(jìn)行組網(wǎng)。

（2）光纜的布放方案、入戶方式以及光纜纖的選擇是GPON組網(wǎng)過程中最關(guān)鍵的問題，將直接影響整體投資、光纜利用率、設(shè)備利用率和管道利用率。

（3）采用PON技術(shù)對(duì)目前的用戶光纜網(wǎng)組網(wǎng)方式提出很高的要求，尤其是在小區(qū)內(nèi)部用戶光纜的布放上。如果對(duì)每個(gè)用戶單獨(dú)布放一條光纜，則小區(qū)內(nèi)需要大量的光纜，將大量消耗小區(qū)內(nèi)的管道資源，導(dǎo)致用戶成本上升。因此，需要在建設(shè)前期做好用戶光纜網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃工作，包括主干光纜路由、芯數(shù)等方面，盡量避免資源浪費(fèi)。

3 結(jié)束語

總之，GPON在運(yùn)營商運(yùn)營的初期可以提供低成本、高品質(zhì)的寬帶接入業(yè)務(wù)，后續(xù)具備適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)Web2.0發(fā)展要求，有著更廣泛的覆蓋范圍、更高的帶寬、更遠(yuǎn)的傳輸距離、更低的建設(shè)成本、更高的安全保密性等眾多優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)能夠滿足批量商用的需求，從技術(shù)上已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從當(dāng)前GPON技術(shù)向未來l0G EPON和10G GPON技術(shù)的平滑演進(jìn)，選擇GPON技術(shù)作為光接入建設(shè)主流技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的具有強(qiáng)大市場競爭力的解決方案。