GPON技術(shù)及其在寬帶接入中的應(yīng)用

周志剛

摘 要：通過介紹GPON的概念，簡單描述了GPON的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，并分析了GPON技術(shù)在寬帶接入中的應(yīng)用優(yōu)勢，以期為日后的相關(guān)工作提供參考。

關(guān)鍵詞：GPON技術(shù)；寬帶接入；網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成；光纖

中圖分類號：TN915.6；TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.136

1 提出問題

隨著Internet的普及，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為了人們生產(chǎn)和生活中的重要組成部分，人們的生活、學(xué)習(xí)和工作越來越離不開它，企業(yè)的生產(chǎn)和經(jīng)營也越來越依賴互聯(lián)網(wǎng)。據(jù)CNNIC統(tǒng)計(jì)，截至2014-12，我國網(wǎng)民規(guī)模已達(dá)6.49億，互聯(lián)網(wǎng)普及率為47.9%.

目前，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)覆蓋了許多領(lǐng)域，企業(yè)和個(gè)人都在享受互聯(lián)網(wǎng)帶給我們的巨大福利，而人們對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求也在不斷增長。僅從家庭用戶層面來說，隨著數(shù)字家庭的出現(xiàn)，人們已經(jīng)不能滿足1條寬帶僅供1臺電腦的上網(wǎng)需求，而是要同時(shí)支持臺式電腦、平板電腦、手機(jī)等多種不同類型的終端同時(shí)上網(wǎng)。同時(shí)，高保真音樂、高清晰度視像等業(yè)務(wù)都需要較大的帶寬，傳統(tǒng)的DSL接入，比如ADSL和VDSL，都已經(jīng)無法滿足用戶對帶寬的需求。而光纖在傳輸帶寬方面所具有的優(yōu)勢和較低的成本將取代傳統(tǒng)的DSL接入方式。

為了應(yīng)對全球信息化大潮的沖擊，電信運(yùn)營商必須做好充分的準(zhǔn)備面對不斷擴(kuò)大的網(wǎng)絡(luò)帶寬需求。為此，光纖接入技術(shù)成為了寬帶接入網(wǎng)絡(luò)替代升級的首選方案。其中，GPON技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。

2 GPON技術(shù)的概念

無源光網(wǎng)絡(luò)PON（Passive Optical Network）的概念由來已久，因?yàn)樗坎捎脽o源器件，不包含任何有源節(jié)點(diǎn)，同時(shí)，以其容量大、傳輸距離長、成本較低和全業(yè)務(wù)支持等優(yōu)勢成為了電信運(yùn)營商解決接入網(wǎng)“最后一公里”、實(shí)現(xiàn)FTTx的首選技術(shù)。

無源光網(wǎng)絡(luò)采用點(diǎn)對多點(diǎn)的光纖傳輸和接入技術(shù)，下行采用廣播方式、上行采用時(shí)分多址方式或者以太網(wǎng)技術(shù)，可以靈活地組成各種網(wǎng)絡(luò)拓樸結(jié)構(gòu)。光分支點(diǎn)不需要節(jié)點(diǎn)設(shè)備，只需要安裝一個(gè)簡單的光分支器即可，因此，具有節(jié)省光纜資源、帶寬資源共享、節(jié)省機(jī)房投資、設(shè)備安全性高、建網(wǎng)速度快和綜合建網(wǎng)成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用的PON技術(shù)包括APON（ATM-PON）、EPON（Ethernet over PON）和GPON（吉比特PON）3種。

APON技術(shù)發(fā)展得比較早，ITU-T的G.983建議規(guī)范了APON技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、基本組成和物理層接口，我國信息產(chǎn)業(yè)部也已經(jīng)制定了完善的APON技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。但是，鑒于ATM技術(shù)的一些固有弱點(diǎn)以及數(shù)據(jù)以53字節(jié)固定長度的ATM信元方式傳輸（48字節(jié)的凈負(fù)荷和5字節(jié)的開銷）和IP/Ethernet技術(shù)的不斷發(fā)展，進(jìn)一步縮小了ATM的市場。

EPON是由IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）提出的。EPON把簡單、經(jīng)濟(jì)的以太網(wǎng)技術(shù)與PON的傳輸結(jié)構(gòu)結(jié)合起來，采用了點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、無源光纖傳輸方式，在以太網(wǎng)之上提供了多種電信業(yè)務(wù)，可以說，EPON是幾種最佳的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合，是早期寬帶光接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要選擇。目前，仍有大量的已建網(wǎng)絡(luò)在電信運(yùn)營商內(nèi)運(yùn)行。

GPON最早是由FSAN（Full Service Access Networks）組織于2002-09提出的。FSAN組織的成員主要是全球各大網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和設(shè)備制造商，他們聚集在一起希望能提出一種光接入解決方案，同時(shí)，制定了光接入網(wǎng)設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)制定的設(shè)備應(yīng)能夠同時(shí)具備語音、數(shù)據(jù)和圖像等業(yè)務(wù)能力。國際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組織（ITU-T）在此基礎(chǔ)上于2003-03完成了ITU-TG.984.1和G.984.2的制定，2004-02和2004-06完成了G.984.3的標(biāo)準(zhǔn)化，形成了GPON的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議族（ITU-TG.984.x標(biāo)準(zhǔn)）。GPON以帶寬大、傳輸效率率、覆蓋范圍廣、用戶接口豐富等優(yōu)點(diǎn)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)。

對于其他PON標(biāo)準(zhǔn)而言，GPON標(biāo)準(zhǔn)是目前所有PON技術(shù)中上、下行帶寬最大的，其最大下行速率可達(dá)2.5 Gbit/s，而其上、下行的非對稱特性更加適合互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。同時(shí)，GPON提供全業(yè)務(wù)的QoS保障，能夠提供多重服務(wù)等級，并具備全業(yè)務(wù)接入的能力。正是因?yàn)檫@些優(yōu)勢，GPON一推出就受到了全球各大運(yùn)營商的青睞。隨著GPON技術(shù)的發(fā)展和大規(guī)模應(yīng)用，GPON設(shè)備的成本也在大幅下降。如果說早期EPON網(wǎng)絡(luò)是寬帶光接入建設(shè)的首選，那么，如今GPON已經(jīng)成為了運(yùn)營商寬帶接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的必選。

3 GPON與EPON的技術(shù)對比

3.1 技術(shù)指標(biāo)比較

GPON和EPON的技術(shù)指標(biāo)如表1所示。

表1 GPON和EPON的技術(shù)指標(biāo)

指標(biāo) GPON EPON

下行線路速率/（Mbit/s） 1 244/2 488 1 250

上行線路速率/（Mbit/s） 155/622/1 1 250

線路編碼 NRZ 8B/10B

以太網(wǎng)傳送效率 上行93%，下行94% 上行61%，下行73%

分路比 64-128 32-64

最大傳輸距離/km 60 20

TDM支持能力 TDM over ATM或Packet TDM over Ethernet

視頻支持能力 支持有線電視和IPTV 不支持有線電視

安全性 支持高級封裝標(biāo)準(zhǔn)（AES） 未定義

管理（OAM） 提供標(biāo)準(zhǔn)ONT

管理控制標(biāo)準(zhǔn) 以太（可選SNMP）

GPON技術(shù)與EPON技術(shù)的差別并不大，相比之下，GPON網(wǎng)絡(luò)的承載能力和它能夠提供的最大帶寬要優(yōu)于EPON網(wǎng)絡(luò)，而這可能是電信運(yùn)營商看重的地方。

3.2 成本因素比較

EPON設(shè)計(jì)原則繼承了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的最大優(yōu)點(diǎn)——技術(shù)復(fù)雜程度低和實(shí)現(xiàn)難度小，從而可以更好地控制初期成本。如果以單個(gè)光口計(jì)，GPON要比EPON貴，特別是單用戶接入終端的價(jià)格在300元左右，這讓多數(shù)用戶難以接受。但是，如果從整體網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成本計(jì)算，GPON要更便宜一些。GPON的每個(gè)端口能夠接入64個(gè)，甚至是128個(gè)用戶，而每個(gè)EPON端口只能接入32個(gè)用戶。作為電信運(yùn)營商，接入用戶越多，則單用戶成本會越低。由此可見，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模直接決定了網(wǎng)絡(luò)成本，但是，這些對電信運(yùn)營商來說都不是問題。

3.3 多業(yè)務(wù)和安全性比較

上文所述的GPON標(biāo)準(zhǔn)是由FSAN組織制定、ITU-T頒布的。FSAN聯(lián)盟是一個(gè)由電信運(yùn)營商主導(dǎo)的光接入標(biāo)準(zhǔn)論壇。GPON技術(shù)是由運(yùn)營商推動建立的標(biāo)準(zhǔn)，它在帶寬、業(yè)務(wù)承載、安全性、管理和維護(hù)等方面考慮得比較多，對實(shí)現(xiàn)“三網(wǎng)融合”有強(qiáng)烈的意愿。因此，從標(biāo)準(zhǔn)上來講，GPON要比EPON帶寬更高，覆蓋范圍更廣，承載的業(yè)務(wù)種類更多，操作、維護(hù)功能更完善；從向下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）演變的角度出發(fā)，GPON網(wǎng)絡(luò)的生命周期會更長。

3.4 總結(jié)

從技術(shù)指標(biāo)上來看，GPON和EPON均適用于寬帶接入網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，它們能夠滿足寬帶提速的應(yīng)用需求。但是，從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、全業(yè)務(wù)運(yùn)營的需要和“三網(wǎng)融合”的大背景下看，GPON更具優(yōu)勢。

由于技術(shù)特點(diǎn)不一樣，EPON技術(shù)和GPON技術(shù)實(shí)際是2個(gè)不同的市場應(yīng)用——EPON技術(shù)比較適合互聯(lián)網(wǎng)接入的應(yīng)用類型，GPON技術(shù)比較適合全業(yè)務(wù)運(yùn)營和三網(wǎng)融合的應(yīng)用類型。從電信運(yùn)營商寬帶接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的目的出發(fā)，GPON技術(shù)是目前運(yùn)營商級寬帶接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首選。

4 GPON的構(gòu)成

圖1 GPON系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

所有PON 系統(tǒng)的構(gòu)成大同小異， GPON系統(tǒng)都是由ONU、OLT 和無源光分配網(wǎng)組成的，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中，OLT 為接入網(wǎng)提供用戶駐地網(wǎng)與骨干網(wǎng)之間的接口，通過ODN與各ONU連接。OLT是PON系統(tǒng)的核心設(shè)備，具有集中分配帶寬、控制各接入ONU、實(shí)時(shí)監(jiān)控、運(yùn)行維護(hù)等功能；ONU是接入用戶側(cè)的接口，用于提供話音、數(shù)據(jù)、視頻等多業(yè)務(wù)流與ODN的接入，受OLT集中控制。

與EPON一樣，GPON也是用1根光纖傳輸?shù)?，在同一根光纖上，GPON可采用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)實(shí)現(xiàn)信號的雙向傳輸。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際組網(wǎng)的需要，還可以在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞幕A(chǔ)上采用比如光纖冗余保護(hù)等PON保護(hù)結(jié)構(gòu)等提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。

5 GPON技術(shù)在寬帶接入網(wǎng)中的應(yīng)用

由GPON技術(shù)終端和用戶的分布情況可知，其主要以下述3種形式存在，即FTTH-光纖到戶、FTTB-光纖到樓層或到單元、FTTV-光纖到鄉(xiāng)村。由于FTTH的成本比較高，一般用于高檔的住宅小區(qū)或企業(yè)，但是，目前，其有被普遍應(yīng)用于運(yùn)營商中的發(fā)展趨勢。其實(shí)，對于住宅小區(qū)和一些商務(wù)樓宇，還是應(yīng)以FTTB方式為主。FTTB可以分為GPON+LAN 和GPON+DSL 等方式。其中，GPON+LAN適用于新建住宅小區(qū)或辦公樓宇接入，PON+DSL則可以作為原電纜接入小區(qū)改造。

對于農(nóng)村地區(qū)，應(yīng)采用PON+DSL方式建設(shè)網(wǎng)絡(luò)，利用PON+ADSL方式實(shí)現(xiàn)接入；對于已經(jīng)敷設(shè)了主干銅纜的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，要用光纜替換主干電纜，從而解決維護(hù)成本過高的問題。

GPON的接入方式十分靈活，對于電信運(yùn)營商，可以根據(jù)不同區(qū)域用戶的實(shí)際情況和帶寬需求采用不同的接入方式。特別是對于既有ADSL網(wǎng)絡(luò)和EPON網(wǎng)絡(luò)的改造，更要做好網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和發(fā)展評估，在節(jié)約網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的同時(shí)適度超前投資。

6 EPON技術(shù)在吉林鐵通的應(yīng)用展望

作為固話運(yùn)營商的吉林鐵通，其面臨的經(jīng)營形勢十分嚴(yán)峻，一方面，由于受到異質(zhì)電信運(yùn)營企業(yè)的沖擊，基礎(chǔ)業(yè)務(wù)的固話業(yè)務(wù)收入不斷下滑；另一方面，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展又使得傳統(tǒng)的銅纜接入方式，甚至是EPON接入網(wǎng)絡(luò)無法滿足用戶對帶寬的需求，同時(shí)，銅纜網(wǎng)的故障率很高，建設(shè)成本和維護(hù)運(yùn)行成本也很高。針對目前技術(shù)發(fā)展的情況，吉林鐵通有必要嘗試采用GPON技術(shù)作為寬帶接入的首選技術(shù)方案，針對新建小區(qū)、新接入的辦公樓宇、對農(nóng)村局所的更新改造等建設(shè)光纖接入網(wǎng)，讓其逐步替代原有的銅纜網(wǎng)。在此過程中，更加重要的是要在既有EPON網(wǎng)絡(luò)上逐步實(shí)現(xiàn)GPON與EPON的混合組網(wǎng)，最大限度地利用現(xiàn)有EPON設(shè)備，將主干光纖的利用率提高一倍，或者將入戶的帶寬提高一倍。從接入網(wǎng)改造層面實(shí)現(xiàn)企業(yè)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，響應(yīng)國家的號召，在帶寬提速的同時(shí)降低企業(yè)的運(yùn)營成本，提高企業(yè)的競爭力。

7 結(jié)束語

通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是技術(shù)發(fā)展的過程，不論網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用如何演變，電信運(yùn)營商作為基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)提供商的地位是不會改變的。隨著三網(wǎng)合一和NGN網(wǎng)絡(luò)的不斷演進(jìn)，網(wǎng)絡(luò)融合的大潮將再度被掀起。GPON技術(shù)很好地解決了目前接入網(wǎng)存在的問題，使IP接入網(wǎng)絡(luò)更可靠、更穩(wěn)定，使新一代網(wǎng)絡(luò)中的語音、視頻、數(shù)據(jù)等綜合業(yè)務(wù)成為可能。

參考文獻(xiàn)

[1]陳雪.無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社，2006.

[2]格倫.克雷默.基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡(luò)[M].陳雪，譯.北京：北京郵電大學(xué)出版社，2007.

〔編輯：白潔〕

GPON Technology and Its Application in Broadband Access

Zhou Zhigang

Abstract： By introducing the concept of GPON， this paper simply describes the network structure of GPON， and analyzes the application of GPON technology in broadband access， in order to provide a reference for future work.

Key words： GPON technology； broadband access； network structure； optical fiber

文章編號：2095-6835（2015）19-0138-02