基于GPON技術的應急指揮中心網絡系統(tǒng)建設

盛安

（陽江市氣象局，廣東陽江 529500）

基于GPON技術的應急指揮中心網絡系統(tǒng)建設

盛安

（陽江市氣象局，廣東陽江 529500）

針對應急指揮中心的業(yè)務特點，基于網絡扁平化思想，采用GPON技術實現(xiàn)全光網絡。利用光纖網絡高速穩(wěn)定和保密性高的優(yōu)勢，解決應急指揮中心融合多個部門帶來的網絡系統(tǒng)建設困難的問題。該系統(tǒng)在陽江市應急指揮中心（突發(fā)事件預警信息發(fā)布中心）部署，降低了設備初次投入和后期維護成本，實現(xiàn)了多部門數(shù)據(jù)高速交換和保密傳輸。

計算機技術與應用；吉比特無源光網絡；接入網；信息化；網絡設計

吉比特無源光網絡（gigabit-capable passive optical network，GPON）是基于ITU-TG.984.x標準而形成的最新一代無源光綜合接入標準，擁有高帶寬、高效率、覆蓋范圍大、接口豐富等特點。由于GPON技術優(yōu)點眾多，符合當下網絡發(fā)展的需要，因此被全球運營商作為接入網業(yè)務改造的理想技術。該技術目前在國內主要應用于光纖進小區(qū)、智能化樓宇建設等方面。

近幾年隨著廣東省各級突發(fā)事件預警信息發(fā)布中心建設的推進，各種新技術不斷被應用到建設中，與外部門的信息交互量也在快速增加，如何建設一個高帶寬、安全可靠、支持多部門協(xié)同的網絡系統(tǒng)，成為一個亟待解決的問題［1］。工信部編制的《通信業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》指出“全面構建面向應用、普遍覆蓋、綠色高效的下一代國家信息基礎設施，以光纖寬帶為重點，推進光纖寬帶網示范工作，加快信息網絡的寬帶化升級”，并提出：“加快實施‘光進銅退’的寬帶網絡改造，實現(xiàn)光纖到商業(yè)樓宇、到辦公室的寬帶網絡覆蓋?！蓖瑫r提出了建設目標：“節(jié)能降耗、綠色環(huán)保新技術全面應用。”［2］針對這些情況，陽江市氣象局在比較技術成熟性、先進性、開放性、安全性和綠色節(jié)能的基礎上，綜合考慮成本效益，第一次將GPON技術運用在陽江市應急指揮中心的基礎網絡建設上，通過GPON的部署實現(xiàn)了全光網絡，解決了使用傳統(tǒng)電纜存在的部署復雜、能耗高、保密性差的缺點。本研究重點介紹系統(tǒng)建設中所使用的主要技術和系統(tǒng)功能特點。

1系統(tǒng)的應用技術

1.1 GPON技術應用

GPON最早于2002年9月由FSAN組織提出，在此基礎上ITU-T相繼完成了G.984.1、G. 984.2、G.984.3的標準化，最終成功形成了GPON的標準體系［3］。GPON一般采用FTTx（Fibertothex，x=H for home，D for desk and B for Building）的形式實現(xiàn)用戶接入。在其中，GPON加FTTH是GPON常用組網方式，這種組網方式由光線路終端（optical line terminal，OLT）、光網絡單元（optical network unit，ONU）、和光分配網絡（optical distribution network，ODN）組成［4］，如圖1所示。其中，OLT是用于連接光纖干線的終端設備，也是光纖網絡的核心交換設備，所有信息點通過光纖，經OLT進行數(shù)據(jù)交互；ONU負責將光信號轉換成所需要的數(shù)據(jù)、語音、IPTV等接口；ODN的作用是為OLT和ONU之間提供光傳輸通道，通過光分路器的色散原件將一條光纖分配給多個ONU使用。

GPON作為構建應急指揮中心網絡系統(tǒng)的一個關鍵技術，將接入層和匯聚層合二為一，從而提供了一個扁平化易于部署和管理的網絡。GPON的數(shù)據(jù)傳輸速率高達2.5 Gbps，能提供足夠大的帶寬以滿足應急指揮中心對高帶寬的需求，同時GPON可以隨時平滑升級到10 Gbps GPON，實現(xiàn)10 Gbps的傳輸速率，能適應未來對帶寬需求的爆發(fā)式增長。陽江市應急指揮中心在實際部署中，利用GPON能夠同時承載ATM信元和GEM幀、支持QoS保證和全業(yè)務接入的特點，每個信息點僅使用一根光纖承載了VoIP、 Ethernet、IPTV等多種業(yè)務，極大地降低了網絡系統(tǒng)建設難度和成本。

圖1 GPON拓撲結構圖

1.2 FTTx應用

FTTx是新一代的光纖接入方式，主要用于光線路終端和光網絡單元之間的連接［5］。該系統(tǒng)為了配合GPON設備，選用了FTTH的方式，將ONU部署到每個桌面實現(xiàn)光纖到桌面的目標，并采用點到多點的方案，大大減少了光模塊數(shù)量和光纖用量。FTTH的顯著技術特點是不但提供更大的帶寬，而且增強了網絡對數(shù)據(jù)格式、速率、波長和協(xié)議的透明性，放寬了對環(huán)境條件和供電等要求，簡化了維護和安裝［6］。此外，陽江市應急指揮中心選用FTTH方式主要考慮了以下幾個方面：

1）可支持遠距離的高帶寬傳輸。在光分路比為1∶16時，最大物理距離為20 km，當光分路比為1∶32時仍能支持最大10 km的物理距離。傳統(tǒng)銅纜系統(tǒng)當傳輸距離超過了100 m，必須要增加網絡設備和布線材料，這都會導致系統(tǒng)成本增加，并增加鏈路故障點。

2）光信號傳輸，無電磁泄露，具有先天保密特性。由于應急指揮中心內部涉及大量保密信息，可以解決數(shù)據(jù)安全的問題。

3）抗干擾能力強，光纖通信不易受到外界電磁干擾和無線電頻干擾。

4）高可靠性，光纖連接頭遠比6類網絡通訊電纜連接頭可靠。

5）網絡線路長壽命，光纜線路壽命40年，而且通信質量不會隨時間而變化。

6）線路采用單模光纖布設，帶寬可以根據(jù)需要增加，設備可以不斷平滑升級。

2系統(tǒng)設計和功能特點

2.1 需求分析

陽江市應急指揮中心共有3層，單層面積約1 250m2，樓層布局呈方正矩形，每層均有獨立弱電間。3層樓共有各類信息點數(shù)量：網絡406個、電話135個、有線電視36個。設計目標為光纖到每個人的桌面，房間根據(jù)需要信息點的數(shù)量進行2級分光，保證每個辦公位至少1個接入點。此外，設備的配置還需要滿足：1）主干1 000 Mbps、末端100 Mbps的網絡傳輸要求；2）光纖的配置冗余備份，滿足將來擴展的需要；3）可以與運營商VoIP、IPTV專網的進行連接［7］。

2.2 系統(tǒng)設計

該系統(tǒng)考慮到綜合性能、部署便利等多個方面，設計內容包含以下幾個方面：

1）光纖網絡核心。該系統(tǒng)采用一套華為技術有限公司的MA5680T作為光纖網絡核心設備。MA5680T支持GPON/EPON一體化接入，是一款大容量、高帶寬和高集成度的xPON匯聚接入平臺，可支持VoIP、IPTV、VOD等綜合業(yè)務，具備強大的QoS能力和電信級的可靠性設計。MA5680T背板數(shù)據(jù)總線帶寬為3.2 Tbit/s，交換板容量為雙向400 Gb/s，單框支持最大128個接入端口，完全滿足系統(tǒng)的建設需要。

2）ONU。采用華為技術有限公司的HG8240F，以保持與OLT設備之間的良好兼容性。HG8240F功耗小，可支持VoIP、IPTV和寬帶數(shù)據(jù)等多項業(yè)務。HG8240F具備1個GPON接口、4個自適應以太網接口和2個POTS口，可遠程復位、管理和升級，非常適合本系統(tǒng)多網融合的需要。

3）分光設計。對于GPON系統(tǒng)，F(xiàn)TTH可以支持1∶8、1∶16、1∶32、1∶64、1∶128、1∶256的分光比，此外，根據(jù)建筑復雜程度可以采取1級分光和2級分光。考慮到部署的實際情況，該系統(tǒng)采用了2級分光，在每層樓的弱電間第1次分光（1∶2），在辦公室第2次分光（1∶8），最終實現(xiàn)1∶16分光比，如圖2所示。

圖2 FTTH配置圖

4）光功率控制。一般只要保證ONU端測得光功率值為-8～-24 dB則為正常，影響OLT到ONU之間的光功率衰減的因素包括分光器插入損耗、光纖自身損耗、跳線的插入損耗等［8］，參考值分別為13.5 dB（分光比1∶16）、0.35 dB/km（1 310 nm）、0.3 dB。在該系統(tǒng)中每條光纖接頭為6個，分光器2個，光纖長度以0.2 km計，再加上光富裕度1 dB，衰減總計16.97 dB，符合使用要求。

5）傳統(tǒng)網絡核心。采用一套華為技術有限公司的S9306路由交換機作為傳統(tǒng)網絡核心設備。S9306采用模塊化設計，支持多電源雙主控，背板數(shù)據(jù)總線帶寬為6 Tbit/s，包轉發(fā)率1 152 Mbps，完全滿足目前和未來5～10年的業(yè)務需求。

6）網絡安全。為了滿足應急指揮中心網絡安全需求，在光纖網絡核心和傳統(tǒng)網絡核心均架設防火墻等網絡安全設備。應急成員單位網絡接入時，提出保密要求的，主要通過GPON系統(tǒng)進行網絡安全管理和傳輸；確定為涉密線路的，所有涉密信息點，通過光纖進行點對點傳輸，直接進入指揮中心專設的保密機房。

2.3 系統(tǒng)各業(yè)務功能測試

1）VoIP測試結果。VoIP語音業(yè)務接入由中國移動通信集團廣東有限公司陽江分公司提供，經過移動公司協(xié)助進行多次反復測試，在各種網絡狀態(tài)下，丟包率＜0.005%，延時＜5 ms，MOS值＞4.5，PSQM值＜0.3，無語音斷續(xù)和抖動現(xiàn)象，測試結果完全達到了電信級的標準。

2）IPTV測試結果。由于該系統(tǒng)暫時未接入運營商的IPTV，測試結果僅針對中國移動發(fā)送的高清IPTV測試信號，其中的抖動因素（DF）= 12 ms；MOS_V=4.5；媒體丟失率（MLR）=0.000 2，各項指標均達到高清IPTV的要求。

3）網絡數(shù)據(jù)測試結果。利用華為技術有限公司Tesgine2000專用網絡測試儀進行測試，在100 Mbit帶寬的條件下，效率為96%時，丟包率為1×10-8，吞吐量為97%，256 byte大小的幀長時延為0.12 ms，完全滿足設計目標。

2.4 系統(tǒng)優(yōu)勢

該系統(tǒng)經過1年多時間的正式運行，集中體現(xiàn)了幾點優(yōu)勢：

1）針對以傳統(tǒng)太網系統(tǒng)在網路管理和性能監(jiān)測的不足，利用GPON提供了3種操作管理與維護（operation administration and maintenance，OAM）通道，形成控制和管理平面，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絡監(jiān)測能力。

2）系統(tǒng)扁平化以后，去掉了中間環(huán)節(jié)，故障節(jié)點也相應減少，減輕了維護壓力。

3）銅纜系統(tǒng)目前演變到Cat6A，在結構上增加了十字骨架、屏蔽層，線徑變得越來越大，施工難度和線纜價格快速增加。而且，為了保證銅纜的通信質量，CAT6A的測試參數(shù)有十幾個，使得Cat6A布線系統(tǒng)的測試和后期的故障排查更加繁瑣和費時［9］。但是，光纖故障排查時主要考慮“衰減”和“長度”這2個參數(shù)，優(yōu)勢明顯。

4）環(huán)保節(jié)能優(yōu)勢明顯，銅纜的主要材料為銅，而光纖的主要材料為玻璃，光纖更為環(huán)保。此外，通過FTTH部署的光分配網絡，不需要中間用電設備，更加節(jié)能。

5）ONU可單獨遠程配置，不容易出現(xiàn)以往因為交換機配置錯誤造成的網絡大面積癱瘓。此外，ONU可以根據(jù)需求快速更換，隨意增加端口數(shù)量和改變端口類型。

GPON技術成熟優(yōu)勢眾多，符合未來網絡發(fā)展的需求，能充分滿足應急指揮中心的網絡需求。該系統(tǒng)自2014年11月投入業(yè)務運行后，故障率低、節(jié)省能源、易于管理維護、接入帶寬大，運行效果良好。由于GPON替代傳統(tǒng)電纜在氣象應急業(yè)務網絡系統(tǒng)中部署尚屬首次，新技術的采用對維護人員提出了更高的要求。此外，未來的工作中應充分利用OLT設備中的OAM功能，完善網絡管理系統(tǒng)，以便快速排查和處置故障。

［1］方宇凌，吳嘉豪，湯沛，等.珠江口西岸氣象災害的監(jiān)測預警平臺［J］.廣東氣象，2013，35（5）：59-63.

［2］工業(yè)和信息化部.《通信業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布http：//www.miit.gov.cn/n11293472/n11293832/n112 93907/n11368223/14578927.htm l.

［3］楊敏.基于GPON技術的寬帶接入研究［J］.硅谷，2014（12）：121-122.

［4］楊國鋒.GPON技術在接入網中的應用淺析［J］.電氣化鐵道，2009（1）：36-39.

［5］劉東.EPON和GPON的綜合比較［J］.電信科學，2005（6）：63-65.

［6］王兵.GPON技術原理與應用［J］.中國高新技術企業(yè)，2011（7）：86-87.

［7］朱璇，梁慎青，吳兆雄，等.省氣象局新建業(yè)務寬帶備份系統(tǒng)的配置要點［J］.廣東氣象，2011，33（2）：59-61.

［8］楊虎，范宏宇，黃國棟.GPON在鐵通網絡建設中的規(guī)劃及實現(xiàn)［J］.科技信息，2010（32）：664-665.

［9］孫鵬，王佳，陳曉宇.氣象市縣寬帶網絡建設的交換機［J］.廣東氣象，2006，28（3）：58-60.

TP39

A

10.3969/j.issn.1007-6190.2016.06.019

2016-08-05

盛安（1980年生），男，本科，工程師，主要從事應用氣象和弱電信息化管理。E-mail：xingsa@sina.com

盛安.基于GPON技術的應急指揮中心網絡系統(tǒng)建設［J］.廣東氣象，2016，38（6）：77-80.