FTTH 與GPON技術(shù)問題探討

王玲

【摘 要】GPON 技術(shù)具備的高分光比特點(diǎn)能夠降低各運(yùn)營商 ODN網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)的建設(shè)成本，高帶寬的優(yōu)勢，為滿足未來 5 ～ 10 年的接入帶寬需求提供了保證，是當(dāng)前全面選用 GPON 進(jìn)行建設(shè)的重要原因。由于 GPON 具備了持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，相信具備高帶寬、低成本等諸多優(yōu)勢的 GPON 技術(shù)將逐步成為中國聯(lián)通光纖接入網(wǎng)建設(shè)的主力軍，支撐中國聯(lián)通寬帶業(yè)務(wù)持續(xù)穩(wěn)步發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】FTTH；GPON；光纖接入網(wǎng)

GPON標(biāo)準(zhǔn)的制訂考慮了對(duì)傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)的支持，繼續(xù)采用 125s固定幀結(jié)構(gòu)，以保持8K定時(shí)延續(xù)。為了支持ATM等多協(xié)議，GPON定義了一種全新的封裝結(jié)構(gòu)GEM（GPON encapsulation method），可以把ATM和其它協(xié)議的數(shù)據(jù)混合封裝成幀。對(duì)各種業(yè)務(wù)類型都能提供相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保證。從設(shè)備側(cè)來看，全球排名前10的PON設(shè)備廠家中，有9家做GPON，而做EPON的只有4家，并且沒有一家是只做EPON。從運(yùn)營商方面來看，全球排名前10的有線運(yùn)營商中，9家支持GPON，還有兩家同時(shí)支持GPON和EPON，即中國電信和中國聯(lián)通。

隨著各通信運(yùn)營商對(duì)運(yùn)營支撐系統(tǒng)的不斷完善，針對(duì)光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)相關(guān)業(yè)務(wù)的受理施工、網(wǎng)管集中監(jiān)控系統(tǒng)等業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)，不斷進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)。目前很多省份均已完成上層OSS系統(tǒng)與設(shè)備網(wǎng)管的對(duì)接工作，根據(jù)省公司的統(tǒng)一部署，信陽聯(lián)通在近年來通過一系列的前后臺(tái)業(yè)務(wù)維護(hù)支撐系統(tǒng)的升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了從早期的PSTN網(wǎng)到 DSLAM和GPON/EPON統(tǒng)一的自動(dòng)業(yè)務(wù)開通、告警監(jiān)控等功能，在生產(chǎn)維護(hù)上很大程度地降低了各級(jí)運(yùn)維人員管理維護(hù)多種設(shè)備的難度，為將來FTTH的大范圍推廣提供了維護(hù)平臺(tái)。

1.GPON基本原理與結(jié)構(gòu)

1.1 GPON基本原理

GPON采用點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸。一套典型的EPON方式實(shí)，下行采用廣播方式、上行采用TDMA系統(tǒng)由OLT、ONU/ONT、POS/ODN組成。

OLT放在中心機(jī)房（CO，Centra1Office），它可以是一個(gè)LZ交換機(jī)或者L3路由器。在下行方向，它提供面向無源光纖網(wǎng)絡(luò)的光纖接口；在上行方向，OLT提供了GE接口、10/100Base-T、10GBase-X、EI、STMI等接口標(biāo)準(zhǔn)，OLT通過支持El接口來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的TDM話音的接入。

GPON數(shù)據(jù)下行時(shí)，OLT將數(shù)據(jù)包廣播傳輸給PON上所有的ONU，每個(gè)包攜帶一個(gè)具有傳輸?shù)侥康牡豋NU標(biāo)識(shí)符的信頭；此外，有些包可能要傳輸給所有的ONU，或者指定的一組ONU，當(dāng)數(shù)據(jù)到達(dá)ONU時(shí)，它接收屬于自己的數(shù)據(jù)包，丟棄其他的數(shù)據(jù)包。GPON數(shù)據(jù)上行時(shí)，利用TDMA技術(shù)，多個(gè)ONU的信號(hào)在經(jīng)過不同長度的光纖傳輸后，進(jìn)入光分配器的共用光纖，占據(jù)分配給它的指定時(shí)隙，以避免發(fā)生相互碰撞干擾。

ONU/ONT（區(qū)別為ONT直接用戶網(wǎng)絡(luò)，ONU與用戶之間還有其它的網(wǎng)絡(luò)連接）放在用戶駐地側(cè)CPE，GPON中的ONU主要采用以太網(wǎng)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)ONU對(duì)用戶數(shù)據(jù)的透明傳送。OLT到ONU之間可實(shí)現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。ONU/ONT的主要功能：（l）選擇接受OLT發(fā)送的廣播數(shù)據(jù)。（2）響應(yīng)OLT發(fā)出的測距及功率控制命令，并做出相應(yīng)的調(diào)整。（3）提供多業(yè)務(wù)接口，對(duì)用戶的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并在OLT配備的發(fā)送窗口中向上行方向發(fā)送。（4）在部分ONU中實(shí)現(xiàn)了成本低廉的以太網(wǎng)二層交換甚至是三層路由的功能這種類型的ONU可以通過堆疊來為多個(gè)最終用戶提供很高的共享寬帶。

1.2 GPON幀結(jié)構(gòu)

由于采用GFP映射，GPON的傳輸匯聚層本質(zhì)上是同步的，并使用標(biāo)準(zhǔn)SDH的125ps幀，因而使得GPON可以直接支持TDM業(yè)務(wù)。一個(gè)物理層幀中可以包含多個(gè)ONT的GEM的幀，不論是上行幀還是下行幀；幀中分兩部分：幀頭和凈荷。幀中信息有兩種，一是數(shù)據(jù)信息，二是控制信息；其中控制信息又分為OMCI、EOAM，PLOAM，數(shù)據(jù)信息都是在凈荷中，而控制信息有的在凈荷中，有的在幀頭中。下行幀的凈荷部分只有兩種：ATM信元、GEM信元。上行幀的凈荷部分有三種：ATM信元、GEM信元、DBA幀。

1.3業(yè)務(wù)承載能力

在GPON系統(tǒng)中，其業(yè)務(wù)承載主要分為三層：GTC、GEM、Ethernet/TDM。

GTC層主要負(fù)責(zé)GEM幀的傳輸，完成GEM幀的成幀和適配處理，以及上行業(yè)務(wù)的QoS和下行數(shù)據(jù)安全性保證。其主要傳送數(shù)據(jù)的控制單元是T-CONT。

GEM層通過GEMPort來標(biāo)識(shí)ONU/ONT不同的業(yè)務(wù)流，每個(gè)GemPort即可以承載單業(yè)務(wù)，也可以支持承載多業(yè)務(wù)方式。所有的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)和QoS處理均基于GEMPort承載的每個(gè)業(yè)務(wù)流來處理，GEMPort可以僅做為標(biāo)識(shí)用戶業(yè)務(wù)流的邏輯承載管道。在GEMPort支持多業(yè)務(wù)的方式下，可以解決ONU/ONT不能對(duì)用戶業(yè)務(wù)進(jìn)行精細(xì)流分類問題，即使ONU/ONT使用一個(gè)GEMPort把所有的用戶業(yè)務(wù)流發(fā)送給OLT，OLT也能對(duì)用戶業(yè)務(wù)流重新進(jìn)行分類識(shí)別，并進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)和QOS處理。同時(shí)，這種多業(yè)務(wù)方式可以將OLT和ONU/ONT的業(yè)務(wù)配置完全分離開，兩者之間在配置操作上沒有約束關(guān)系，極大降低系統(tǒng)處理的復(fù)雜度。

2.GPON的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 OBA技術(shù)

在GPON系統(tǒng)中，OLT通過向ONT發(fā)送授權(quán)信號(hào)來控制上行數(shù)據(jù)流。PON結(jié)構(gòu)需要一個(gè)有效的TDMA機(jī)制控制上行流量，這樣來自多個(gè)ONT的數(shù)據(jù)包在上行過程中不會(huì)發(fā)生碰撞。然而，使用基于碰撞的機(jī)制需要在PON的無源ODN里管理QOS，這在物理上是不可能實(shí)現(xiàn)的，或者需要承受效率的嚴(yán)重?fù)p失。鑒于這些問題，管理上行GPON流量的機(jī)制一直是GPON流量管理標(biāo)準(zhǔn)化過程中的首要關(guān)注焦點(diǎn)。這便促使ITU-TG.983.4推薦標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展，該標(biāo)準(zhǔn)定義了用于管理上行PON流量的動(dòng)態(tài)帶寬分配（DBA）協(xié)議。

2.2層次化技術(shù)

GPON作為新一代的光接入設(shè)備，具有高速率、多業(yè)務(wù)的特點(diǎn)。GPON在組網(wǎng)方式上主要以樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為主（包括星型和鏈型），網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)開通后，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑基本固定。在上行方向，由于是低速線路的流量匯聚到高速線路上，在沒有流量收斂的場合，將不會(huì)出現(xiàn)擁塞，因此可以不考慮QOS處理的問題；對(duì)于有流量收斂的場合，可以通過在每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行簡單的優(yōu)先級(jí)或WRR調(diào)度，來保證業(yè)務(wù)的QOS，如在ONU節(jié)點(diǎn)，可以通優(yōu)先級(jí)調(diào)度，保證IAD的流量優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，在OLT節(jié)點(diǎn)，可以通過WRR調(diào)度，來實(shí)現(xiàn)ONU之間“公平地”占用帶寬資源。在下行方向，由于是高速線路的流量轉(zhuǎn)發(fā)到低速線路上，如果不進(jìn)行QOS處理，將可能出現(xiàn)擁塞，從而導(dǎo)致承載業(yè)務(wù)的QOS不能夠得到保證。如果BRAS/路由器能夠根據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)路徑和從BRAS/路由器到終端的所有鏈路的承載能力，對(duì)報(bào)文在接入網(wǎng)中的轉(zhuǎn)發(fā)過程中是否會(huì)出現(xiàn)擁塞進(jìn)行“預(yù)知”，并采取相應(yīng)的QOS處理。

2.3 TDMOGEM技術(shù)

針對(duì)GPON的定長幀傳輸特點(diǎn)，TDM在GPON線路上承載具有天然優(yōu)勢。TDMOGEM的實(shí)現(xiàn)是將TDM幀直接封裝到GEM幀中進(jìn)行傳輸。在GPON線路上給封裝有TDM幀的GEM給與最高的優(yōu)先級(jí)，保證TDM的傳輸質(zhì)量。在同步方面，系統(tǒng)采用統(tǒng)一的SK時(shí)鐘進(jìn)行全網(wǎng)同步。

【參考文獻(xiàn)】

[1]付曉松.EPON/GPON技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用[J]電信技術(shù)，2004，（09）.