基于EPON的FTTx接入技術(shù)研究

陳勇強(qiáng)

【摘要】 隨著IPTV/VOD、NGN（Next Generation Network）、網(wǎng)絡(luò)視頻、高清電視、多媒體互動(dòng)等新型業(yè)務(wù)的迅猛推廣，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)接入寬帶的需求持續(xù)快速增長(zhǎng)，傳統(tǒng)的非對(duì)稱數(shù)字用戶線路（ADSL，Asymmetric Digital Subscriber Line），的寬帶接入方式已經(jīng)很難滿足用戶對(duì)寬帶日益增長(zhǎng)的需求?；贓PON的FTTx技術(shù)的引入，改變了傳統(tǒng)的寬帶接入方式，能夠在很大程度上給用戶提供更高寬帶的全光網(wǎng)絡(luò)。所以，對(duì)EPON接入網(wǎng)如何進(jìn)行建設(shè)與部署是一個(gè)至關(guān)重要的問題。本文簡(jiǎn)單首先淺析了FTTx的相關(guān)概念以及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，并對(duì)通信業(yè)務(wù)的發(fā)展及其對(duì)帶寬的要求進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，最后對(duì)基于以太網(wǎng)技術(shù)的無源光網(wǎng)絡(luò)EPON的FTTx接入技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、關(guān)鍵技術(shù)等問題進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】 以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò) 通訊業(yè)務(wù) 光纖到用戶端 光纖到戶 寬帶接入

一、引言

隨著寬帶應(yīng)用越來越多，尤其是IPTV、在線娛樂、高清圖像傳輸和VOD等網(wǎng)絡(luò)新型業(yè)務(wù)應(yīng)用的興起，人們對(duì)帶寬的需求越來越強(qiáng)烈。在北美，每個(gè)用戶的帶寬需求在3-5年內(nèi)將達(dá)到20～50Mb/s，而在10年內(nèi)將達(dá)到70Mb/s。在如此高的帶寬需求下，傳統(tǒng)的技術(shù)將無法勝任，因此需要更高寬帶和穩(wěn)定性的寬帶光接入技術(shù)。由此，基于EPON的FTTx接入技術(shù)運(yùn)用應(yīng)運(yùn)而生。本文將對(duì)FTTx的相關(guān)概念以及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單探討，分析有關(guān)通信業(yè)務(wù)的發(fā)展及其對(duì)帶寬的要求，并且對(duì)基于以太網(wǎng)技術(shù)的無源光網(wǎng)絡(luò)EPON的FTTx接入技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、工作原理、關(guān)鍵技術(shù)等問題進(jìn)行研究，為相關(guān)研究拋磚引玉。

二、FTTx的概念

Fiber-to-the-x （FTTx）是將用戶接入網(wǎng)絡(luò)光纖化的統(tǒng)稱，是新一代的光纖用戶接入網(wǎng)，用于連接典型運(yùn)營(yíng)商和終端用戶。作為利用光纖為傳輸介質(zhì)的光纖接入網(wǎng)在實(shí)際應(yīng)用中，帶寬傳輸大，傳輸距離也相對(duì)較長(zhǎng)，并且可靠性和穩(wěn)定性有較好的表現(xiàn)。其能夠在很大程度上滿足用戶日益增長(zhǎng)的更高帶寬業(yè)務(wù)的需求，基于EPON的FTTx接入技術(shù)及其由此產(chǎn)生巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)必將成為未來寬帶固定接入的發(fā)展方向。FTTx作為光纖用戶接入平臺(tái)的一種，支持?jǐn)?shù)據(jù)、語音、視頻、上網(wǎng)等多種應(yīng)用及業(yè)務(wù)，其覆蓋范圍從電信機(jī)房的局端設(shè)備到普通用戶的終端設(shè)備。

按照ONU在接入網(wǎng)中所處的位置不同，可將光接入網(wǎng)劃分為：光纖到小區(qū)/路邊（FTTC），光纖到駐地（FTTP），光纖到樓 （FTTB），光纖到用戶（FTTH），F(xiàn)TTO （ 光纖到辦公室），F(xiàn)TTSA（ 光纖到服務(wù)區(qū)）等幾種應(yīng)用類型。這些光接入網(wǎng)中，光纖到戶（FTTH）是一種和未來網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)置和相關(guān)電信運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型息息相關(guān)的戰(zhàn)略應(yīng)用型技術(shù)，也是FTTx最終的發(fā)展目標(biāo)。

三、FTTx的實(shí)現(xiàn)技術(shù)

3.1 P2P & PON

用光纖實(shí)現(xiàn)用戶接入網(wǎng)絡(luò)主要有兩種方式，一種方式是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)形式拓?fù)洌≒oint to Point； P2P），用光纖直接連接到用戶，從局端或是遠(yuǎn)端機(jī)房到每個(gè)用戶都用一根或一根獨(dú)立的光纖，這種點(diǎn)到點(diǎn)的傳輸方式可以使得每個(gè)用戶的實(shí)際上行帶寬和下行帶寬達(dá)到100Mbit/s，甚至可以達(dá)到1000Mbit/s。雖有利于寬帶的擴(kuò)展，但光纖和光學(xué)器件等耗材的成本相對(duì)較高。另外一種方式是使用點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)形式拓?fù)浞绞剑≒2MP）的無源光網(wǎng)絡(luò)（PON），即用無源器件Splitter（光分路器）將光信號(hào)進(jìn)行分支，使用一根光纖為多個(gè)用戶提供通信服務(wù)。在這一點(diǎn)上，采用點(diǎn)到多點(diǎn)的方案，將光信號(hào)分路廣播給各用戶終端設(shè)備ONU/T大大地降低了光收發(fā)器的數(shù)量和光纖用量，降低了中心局所需的機(jī)架空間，與此同時(shí)節(jié)省了光纜資源以及其他建置成本，在成本投入上有著明顯的優(yōu)勢(shì)。因此，PON成為了當(dāng)前FTTH技術(shù)應(yīng)用的熱門技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，PON主要包括BPON（APON）、EPON、GPON。

3.2 PON的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

目前PON是解決接入網(wǎng)“最后一公里”、實(shí)現(xiàn)FTTx的最具優(yōu)勢(shì)的技術(shù)。當(dāng)前業(yè)界的“無源”主要指的是不含任何有源電子器件和電源模塊的光分配網(wǎng)（ODN），全部由Splitter（光分路器）等無源器件組成，因此其管理維護(hù)的成本較低，很大程度上節(jié)省局端光模塊和光纖，節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、設(shè)備維護(hù)及大量光纜資源等建設(shè)成本。這是PON在接入網(wǎng)發(fā)展中最具吸引力的一面。

四、EPON的應(yīng)用現(xiàn)狀

基于EPON技術(shù)研究實(shí)現(xiàn)用戶到運(yùn)營(yíng)商寬帶接入的最后一英里光纖接入解決方案，即FTTx（光纖到用戶端）。無論是從設(shè)備的穩(wěn)定成熟程度還是從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈的角度和設(shè)備的價(jià)格來看，F(xiàn)TTx的合理經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)方式還是EPON?；贓PON的FTTx接入技術(shù)，作為一種新型的光纖接入網(wǎng)技術(shù)，具有帶寬資源共享、覆蓋范圍廣、設(shè)備安全性高、傳輸速率高、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、相對(duì)成本低、維護(hù)簡(jiǎn)單、容易擴(kuò)展和易于升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)，可以通過單一的光網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的語音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及帶寬要求更高的視頻業(yè)務(wù)，在實(shí)際工作中是針對(duì)當(dāng)前固帶寬化和實(shí)施網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的有效措施，并且能夠提高接入寬帶的速率，對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)支撐力的有效提升有非常有效的作用。這些優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用特點(diǎn)也使得其成為運(yùn)營(yíng)商增強(qiáng)自我競(jìng)爭(zhēng)能力的一種重要手段。

EPON通過將Ethernet和PON結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了一種采用點(diǎn)到多點(diǎn)的樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，該方案擁有無源光網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，并且可以提供多種業(yè)務(wù)寬帶的接入技術(shù)。在實(shí)現(xiàn)上，該技術(shù)在物理層上采用相應(yīng)的PON技術(shù)，在鏈路層上則基于以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，并且采用了PON的以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入。因此，EPON是一種綜合了以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)和PON技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，具有靈活快速、帶寬極高、成本較低和擴(kuò)展性優(yōu)良的服務(wù)重組，成為了當(dāng)前光接入網(wǎng)領(lǐng)域中的熱門技術(shù)。

目前，EPON技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：經(jīng)過個(gè)權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)化的組織、設(shè)備和運(yùn)營(yíng)商等的共同努力，當(dāng)前的EPON技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟穩(wěn)定。在中國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商的的主導(dǎo)和推進(jìn)下，EPON系統(tǒng)級(jí)和相應(yīng)的芯片級(jí)已經(jīng)完成了相應(yīng)的互通測(cè)試。

并且，在產(chǎn)業(yè)規(guī)劃和發(fā)展上，當(dāng)前的EPON產(chǎn)業(yè)鏈也在不斷地發(fā)展和成熟，相關(guān)的軟件、硬件的建設(shè)成本也在進(jìn)一步下降，形成了較好的、合理的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局，達(dá)到了規(guī)?；逃盟健?/p>

五、基于EPON的FTTx接入技術(shù)

5.1 應(yīng)用場(chǎng)景及提供業(yè)務(wù)

此處探討項(xiàng)目基于實(shí)現(xiàn)的電信網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前新建的小區(qū)通?？梢圆捎肊PON配合LAN實(shí)現(xiàn)FTTB，通過多用戶共用一個(gè)ONU實(shí)現(xiàn)免市話電纜光纖的通信。而基于EPON的FTTx接入技術(shù)可以在實(shí)際中通過與開發(fā)商協(xié)商實(shí)現(xiàn)小區(qū)的通信優(yōu)化，通過EPON技術(shù)直接實(shí)現(xiàn)FTTH。

5.2 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建設(shè)計(jì)

如上所述PON 系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)的OLT和ODN以及用戶側(cè)的ONU組成。PON系統(tǒng)可能包括相應(yīng)的FTTB相關(guān)應(yīng)用。根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，ODN的通道衰減全程可以達(dá)到26dB（具體需要看實(shí)施的環(huán)境）。分光比的減小會(huì)增大相應(yīng)的覆蓋范圍，最大可以到達(dá)20KM。因此這要求我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中可以計(jì)算投入實(shí)施的無源光分配網(wǎng)絡(luò)中最遠(yuǎn)的終端信道衰減，并且通過相應(yīng)的最壞值法核算其信道衰減。

在組網(wǎng)方式上，可以有一級(jí)分光和二級(jí)分光。前者應(yīng)用與商務(wù)樓、小區(qū)比較集中的地區(qū)，后者則廣泛應(yīng)用與住宅小區(qū)比較匱乏的地區(qū)。普通的PON系統(tǒng)保護(hù)可以采用全保護(hù)、饋線光纖保護(hù)等。

OLT的設(shè)計(jì)原則主要考慮匯聚和傳送作用。一般可以提供不少于32個(gè)PON口，并且采用GE上連電路。最新的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)10GE接口。具體的配置需要結(jié)合端局當(dāng)前小區(qū)的數(shù)量以及規(guī)模。OLT的設(shè)備節(jié)點(diǎn)設(shè)置可以在城域網(wǎng)一級(jí)匯聚節(jié)點(diǎn)中選擇，并且根據(jù)實(shí)際場(chǎng)景確定相應(yīng)的覆蓋范圍。光分路器的設(shè)置原則可以根據(jù)相應(yīng)的光分路比進(jìn)行，主要考慮光路的信道衰減以及用戶的帶寬需求。光分路器原則上級(jí)聯(lián)不應(yīng)該超過兩級(jí)，并且基于EPON的接入最好在一級(jí)和二級(jí)的分路比乘積小于32。

ONU設(shè)計(jì)原則主要采用本地供電，優(yōu)先采用物業(yè)提供的防護(hù)系統(tǒng)。對(duì)于語音業(yè)務(wù)可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的IP電話或者在ONU內(nèi)集成相應(yīng)的IAD，當(dāng)然，后者費(fèi)用相對(duì)昂貴。保障斷電語音業(yè)務(wù)可以根據(jù)需要配置相應(yīng)的斷電保護(hù)模塊。ONU可以實(shí)現(xiàn)跨樓道實(shí)施，這種需求常見于設(shè)備數(shù)量有限去樓道有線路可以利用。主要的選型方面則考慮實(shí)際安裝率，參照樓道住戶數(shù)的60%對(duì)ONU的型號(hào)進(jìn)行選擇。線路設(shè)計(jì)上主要考慮住戶數(shù)量以及實(shí)際光纜芯數(shù)，安裝100%或者30%的冗余進(jìn)行實(shí)施。

5.3 EPON的組播技術(shù)

實(shí)際工作中，具有點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)湓O(shè)計(jì)的EPON網(wǎng)絡(luò)在具體實(shí)施上可以采用OLT通過廣播LLID信道，復(fù)制相應(yīng)的內(nèi)容并與此同時(shí)分發(fā)到相應(yīng)的ONU。這種組播傳輸數(shù)據(jù)的方式可以在帶寬資源的利用上達(dá)到系統(tǒng)的最佳性能，提高帶寬利用率。以實(shí)例為例，項(xiàng)目設(shè)計(jì)中通過一臺(tái)OLT設(shè)備提供PON口4個(gè)，上接口8個(gè)并且同時(shí)為64臺(tái)ONU提供上述的接入網(wǎng)服務(wù)。實(shí)際實(shí)施中通過OLT連接組播服務(wù)器，提供視頻組播業(yè)務(wù)。

在EPON系統(tǒng)設(shè)置中，EPON還可以提供對(duì)ONU用戶對(duì)于組播的接收權(quán)限的設(shè)置功能，例如用戶1對(duì)于組播244.1.1.1，組播VLAN為4000的組播流權(quán)限為預(yù)先對(duì)于VLAN為4005的則權(quán)限可以設(shè)置為允許、預(yù)覽、禁止，動(dòng)態(tài)可控組播基于多端口ONU。

六、結(jié)束語

本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)技術(shù)理論對(duì)FTTx接入技術(shù)的相關(guān)概念、實(shí)踐技術(shù)以及EPON的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行淺析，進(jìn)一步結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目對(duì)基于EPON的FTTx接入技術(shù)進(jìn)行探討和分析，為相關(guān)研究提供一種參考和借鑒。

參 考 文 獻(xiàn)

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