FTTH無源光網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)研究

馮力+林曉燕+韓晶

摘 要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，F(xiàn)TTH技術(shù)體系不斷得到健全，在這個(gè)過程中，PON技術(shù)不斷得到應(yīng)用。該文就FTTH技術(shù)概念、PON技術(shù)概念等展開分析，實(shí)現(xiàn)了對GPON技術(shù)及EPON技術(shù)的綜合性比較，提出其各自的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：PON技術(shù)；FTTH；組網(wǎng)方案

中圖分類號：TV213.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）24-0041-02

前言

FTTH技術(shù)是最佳的寬帶接入方式。隨著光接入技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)TTH技術(shù)得到了大規(guī)模的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)成本的降低，下文就FTTH無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案展開分析，以推動(dòng)FTTH無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深入性發(fā)展及應(yīng)用，適應(yīng)現(xiàn)階段FTTH技術(shù)的發(fā)展要求。

1 PON 技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

（1）光纖是光接入網(wǎng)工作的主要傳輸媒介，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息的傳送。OAN技術(shù)主要氛圍有源光網(wǎng)絡(luò)及無源光網(wǎng)絡(luò)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，F(xiàn)TTH不斷得到深入。在上世紀(jì)70年代末，日本、加拿大、法國等已經(jīng)開始實(shí)施光纖到戶的實(shí)施工作。在1995年美國也加入這種研究，但是綜合來看，其應(yīng)用成本較高，市場需求較小，難以進(jìn)行大規(guī)模的普及。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，世界各國對信息社會(huì)的發(fā)展需求日益廣泛，受到各種電信政策的影響，F(xiàn)TTH技術(shù)開始得到了大規(guī)模的應(yīng)用，在這個(gè)過程中，F(xiàn)TTH技術(shù)體系不斷得到健全。綜合來看，日本的FTTH技術(shù)體系已經(jīng)達(dá)到世界領(lǐng)先水平，到2010年，日本FTTH用戶規(guī)模已經(jīng)超出1500萬戶。（2）隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，F(xiàn)TTH技術(shù)體系不斷得到健全，實(shí)現(xiàn)了由有源接入方式到無源接入方式的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)了由點(diǎn)到點(diǎn)模式的媒體轉(zhuǎn)換器到點(diǎn)到多點(diǎn)模式的發(fā)展，比如以太網(wǎng)加無源光網(wǎng)絡(luò)、APON技術(shù)、GPON技術(shù)。隨著FTTH技術(shù)的不斷推廣，無源光網(wǎng)絡(luò)概念不斷成熟，其具備節(jié)省光纖資源、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議透明性的特點(diǎn)，對于光接入網(wǎng)的發(fā)展扮演著重要的角色作用。以太網(wǎng)技術(shù)經(jīng)過了長時(shí)間的發(fā)展，其理論體系及技術(shù)應(yīng)用體系不斷完善，其整體運(yùn)營成本比較低廉，具備簡便性、實(shí)用性的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了向區(qū)域網(wǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的普及，是IP數(shù)據(jù)包的最佳載體。（3）隨著以太網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，ATM技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)了淘汰。在這個(gè)過程中，EPON概念不斷受到社會(huì)各界的重視，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)技術(shù)與PON傳輸結(jié)構(gòu)的結(jié)合。自2000年起，逐漸受到技術(shù)界及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的廣泛重視。在IEEEso2.3EFM會(huì)議上，EPON技術(shù)概念不斷得到發(fā)展，在APON技術(shù)應(yīng)用過程中，以太網(wǎng)逐漸取代了ATM的地位，作為PON傳輸結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，其是一種更低成本的結(jié)合體，具備更好的業(yè)務(wù)能力及更大帶寬。在EPON技術(shù)發(fā)展過程中，其不需要復(fù)雜性的協(xié)議，就能將光信號準(zhǔn)備的傳送到最終用戶，最終用戶的數(shù)據(jù)能被集中傳送到中心網(wǎng)絡(luò)。在物理層面，EPON進(jìn)行1000BASE以太網(wǎng)的使用，在PON傳輸機(jī)制上，進(jìn)行了MAC的增加，實(shí)現(xiàn)了對不同光網(wǎng)絡(luò)單位的控制及優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)TDM的實(shí)時(shí)性通信。在協(xié)議第二層，EPON進(jìn)行了全雙工以太技術(shù)的使用，不需要應(yīng)用CDMA/CD等，ONU能在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)了對帶寬的充分性利用。（4）GPON技術(shù)是新一代寬帶無源頭綜合接入標(biāo)準(zhǔn)，其效率較高、具備高寬帶的特點(diǎn)，整體覆蓋范圍較廣，其用戶接口豐富，在大多數(shù)運(yùn)營商眼中，GPON技術(shù)是一種實(shí)現(xiàn)接入網(wǎng)業(yè)務(wù)寬帶化、綜合化改造的理想性技術(shù)。相比于PON，GPON技術(shù)的設(shè)備基本結(jié)構(gòu)與其類似，其具體組成部分包括網(wǎng)管系統(tǒng)、ODN、無源分光器、單模光纖、光網(wǎng)絡(luò)單元、光線路終端等。GPON技術(shù)存在一種通用成幀協(xié)議，其是一種全新的傳輸匯聚層協(xié)議，實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)碼流的通用成幀規(guī)程封裝。在GFD技術(shù)工作過程中，通過對成幀規(guī)程的利用，能為高層用戶信號業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)提供良好的適配機(jī)制，在這個(gè)過程中，保持了PON協(xié)議的諸多功能特性，比如DBA功能、OAM管理功能，GPON技術(shù)實(shí)現(xiàn)了接入網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題的解決，在單一波長條件下其能提供2.5G的帶寬，能夠進(jìn)行不同波長的傳送。在接入網(wǎng)絡(luò)方面，GPO實(shí)現(xiàn)了100Mbps服務(wù)、1Gbps服務(wù)的提供，其進(jìn)行了對稱性線路速率、非對稱性線路速率等的選擇，主要包括對稱1.25Gb/s、1.25Gb/s上行等。從用戶的角度上來看，在接入層環(huán)節(jié)，GPON具備良好的高比特率，其具備高帶寬，其非對稱性的特點(diǎn)適合未來FTTH技術(shù)的發(fā)展要求。

2 PON技術(shù)在FTTH中的應(yīng)用狀況

（1）隨著社會(huì)科技水平的不斷發(fā)展，IP技術(shù)體系不斷得到健全，在這個(gè)過程中，PON技術(shù)扮演著關(guān)鍵性的發(fā)展地位，適應(yīng)了日益嚴(yán)峻的FTTH技術(shù)發(fā)展要求，對于骨干網(wǎng)絡(luò)及區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展影響深遠(yuǎn)。WDMA技術(shù)是PON技術(shù)發(fā)展的主流趨勢，其進(jìn)行了時(shí)分復(fù)用的TDMA技術(shù)體系的應(yīng)用，其傳輸距離更遠(yuǎn)，每根光纖最多可同時(shí)支持64個(gè)用戶?；贓PON的FTTH結(jié)構(gòu)，從OLT到ONU其每戶終端進(jìn)行了光纖敷設(shè)方案的應(yīng)用，該技術(shù)具備如下優(yōu)勢，其光纖運(yùn)作成本較低，實(shí)現(xiàn)了對一系列光纖資源的優(yōu)化應(yīng)用。局端設(shè)備功能具備多樣化，其面向群體廣泛。隨著局端設(shè)備的大量應(yīng)用，中心機(jī)房設(shè)備逐漸減少，簡化了中心機(jī)房設(shè)備工作程序，通過對穩(wěn)定性、安全性網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的建立，實(shí)現(xiàn)管理環(huán)節(jié)、服務(wù)提供環(huán)節(jié)的協(xié)調(diào)?；贓PON的FTTH結(jié)構(gòu)模式，具備靈活性的組網(wǎng)性，隨著發(fā)展規(guī)模的不斷擴(kuò)大，其網(wǎng)絡(luò)設(shè)施不斷得以拓展，這大大擴(kuò)大了其光纖帶寬容量規(guī)模，適應(yīng)了現(xiàn)階段數(shù)據(jù)通信工程的發(fā)展要求。（2）在GPON的FTTH方案技術(shù)應(yīng)用過程中，其實(shí)現(xiàn)了全方位服務(wù)接入網(wǎng)模式的應(yīng)用，這種模式進(jìn)行了高速帶寬的提供，其上行速率為1.244Gb/s、下行速率為2.488Gb/s，能以原有格式的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行ATM、租用線、語音、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)信號的傳送，其傳送模式具備極高的效率。該技術(shù)進(jìn)行了全新的傳輸會(huì)聚層協(xié)議的應(yīng)用，屬于通用成幀協(xié)議，進(jìn)行了不同業(yè)務(wù)碼流的通用成幀協(xié)議的封裝，有利于為高層用戶業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)提供良好的適配機(jī)制。全方位服務(wù)接入網(wǎng)模式的應(yīng)用，保持了G.983的諸多功能特性，這些功能與PON協(xié)議并不存在直接性的關(guān)系，比如DBA、OAM等。傳輸網(wǎng)絡(luò)可以分為多種類型，比如ITU-TG.709OTN、SONET/SDH等。用戶信號是基于分組的，比如Ethernet MAC、比特速率及其他類型的信號。GFP針對不同業(yè)務(wù)進(jìn)行了高效化、通用化、簡單化方法的提供，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的同步性傳輸，其能夠進(jìn)行TDM業(yè)務(wù)的直接支持。在組網(wǎng)結(jié)構(gòu)方面，EPON下的FTTH技術(shù)與GPON下的FTTH技術(shù)并無太大區(qū)別，這兩者的技術(shù)各有側(cè)重性。endprint

3 EPON及GPON的比較

（1）EPON技術(shù)、GPON技術(shù)是光網(wǎng)絡(luò)接入的重要組成部分，兩者互為競爭、相互借鑒。速率EPON進(jìn)行了固定上下行1.25Gbps的提供，其采用了8b/10b線路編碼，實(shí)際速率為1Gbps。GPON支持了不同速率等級，比如622Mb/s、1.25Gb/s，也進(jìn)行了上下行1.25Gb/s和2.5Gb/s非對稱速率的支持。GPON技術(shù)允許根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行上下行速率的提供，進(jìn)行相對應(yīng)光模塊的選擇，實(shí)現(xiàn)光器件速率價(jià)格比的提高，其組網(wǎng)靈活性及可規(guī)劃性較強(qiáng)。分路比定義如下：一個(gè)OLT端口帶多少個(gè)用戶端。EPON的標(biāo)準(zhǔn)定義分路比為1：32。GPON標(biāo)準(zhǔn)定義分路比主要包括1：64、1：128等。技術(shù)上EPON系統(tǒng)具備較高的分路比，比如1：64、1：128可以進(jìn)行更多的ONU的支持，光模塊的運(yùn)作性能狀況是影響分路比工作性能的重要影響因素，在這個(gè)環(huán)節(jié)中，大的分路比容易導(dǎo)致PON插入模塊的經(jīng)濟(jì)損失，不利于其傳輸距離的延伸，不利于實(shí)現(xiàn)帶寬的有效性分享。（2）通過對GPON系統(tǒng)的應(yīng)用，可以滿足長距離信息傳送的需求，在這個(gè)過程中，當(dāng)光分路比為1：16時(shí)，其支持20KM的最大物理距離，當(dāng)光分路比為1：32時(shí)，其支持10km的最大物理距離。EPON在MAC層上增加了64字節(jié)的MPCP多點(diǎn)控制協(xié)議，MPCP通過信息、定時(shí)器、狀態(tài)機(jī)等進(jìn)行P2MP點(diǎn)到多點(diǎn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的訪問，進(jìn)行了DBA動(dòng)態(tài)帶寬分配的應(yīng)用。MPCP主要涉及的內(nèi)容包括ONU的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、帶寬的動(dòng)態(tài)性分配、ONU發(fā)送時(shí)隙分配。通過對MPCP的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對P2MP拓?fù)浼軜?gòu)的支持。但在協(xié)議中并沒有對業(yè)務(wù)優(yōu)先級進(jìn)行有效性的分類處理，所有的業(yè)務(wù)隨機(jī)的進(jìn)行帶寬的競爭。在運(yùn)營及維護(hù)環(huán)節(jié)中，EPON并沒有對OAM進(jìn)行嚴(yán)格的定義，其只是在物理層面上定義了PLOAM，在高層上定義了OMCI，在多個(gè)層面上進(jìn)行了OAM管理。通過對PLOAM的利用，可以進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況的檢測，滿足數(shù)據(jù)信息的加密要求。OMCI信道協(xié)議是重要的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展協(xié)議，其工作程序主要涉及到性能統(tǒng)計(jì)、請求配置信息、ONU功能參數(shù)集等。以太網(wǎng)數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用，滿足了點(diǎn)到多點(diǎn)控制協(xié)議的工作要求，提升了EPON系統(tǒng)帶寬分配效益，解決了現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中諸多數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)程序的需求。

4 結(jié)束語

綜合來看，EPON技術(shù)與GPON技術(shù)各有各的技術(shù)優(yōu)勢，從性能上來看，后者明顯由于前者，但前者具備時(shí)間及成本上的優(yōu)勢。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)模式的不斷變化，GPON技術(shù)不斷得到發(fā)展，EPON技術(shù)與GPON技術(shù)是共存互補(bǔ)的關(guān)系。GPON技術(shù)更加適合骨干網(wǎng)客戶的工作要求，比如對多業(yè)務(wù)QoS、帶寬、安全性要求較高的客戶。EPON則比較適合于對成本敏感QoS安全性要求不高的客戶群體。

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