寬帶接入網(wǎng)10G PON技術(shù)發(fā)展及部署研究

原大偉

（中國(guó)通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第四分公司 河南 鄭州 450052）

1 引言

近年來(lái)，數(shù)字經(jīng)濟(jì)的崛起與爆發(fā)使得寬帶網(wǎng)絡(luò)作為關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的重要性日益凸顯，同時(shí)“寬帶中國(guó)”戰(zhàn)略的實(shí)施和“提速降費(fèi)”工作的不斷深入推進(jìn)，我國(guó)固定網(wǎng)絡(luò)發(fā)展取得了巨大成就，已建成領(lǐng)先全球的FTTH網(wǎng)絡(luò)。

2019年中國(guó)寬帶發(fā)展聯(lián)盟正式發(fā)布白皮書，系統(tǒng)梳理了10 G PON千兆網(wǎng)絡(luò)的10大商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，包括Cloud VR、智慧家庭、企業(yè)上云、在線教育和智能制造等，并提出了相關(guān)商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景的市場(chǎng)空間、商業(yè)模式、網(wǎng)絡(luò)要求。隨著商業(yè)模式、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)3大支柱就緒，千兆網(wǎng)絡(luò)將會(huì)催生出更多的應(yīng)用場(chǎng)景，通過(guò)探索這些商業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景將推動(dòng)構(gòu)筑更大的千兆生態(tài)系統(tǒng)平臺(tái)，將更好地促進(jìn)千兆產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展[1]。

PON網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史上有著重要位置，由3部分組成，包括OLT、ODN和ONU。在拓?fù)湫问降木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，OLT既是匯聚網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，也是分發(fā)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)不可缺少的一環(huán)。OLT設(shè)備位于核心位置，因此可以同時(shí)對(duì)用戶端實(shí)施控制和管理ONU設(shè)備的操作，也能同時(shí)實(shí)施其他多項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)管理功能。在PON網(wǎng)絡(luò)上由于接入移動(dòng)回傳、中小企業(yè)專線、4 K IPTV視頻、智能家居等越來(lái)越多業(yè)務(wù)，關(guān)于業(yè)務(wù)的帶寬管理越來(lái)越精細(xì)，帶寬的需求也不斷提高。

2 PON網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析

2.1 PON技術(shù)部署

PON即是無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，由3個(gè)部分組成：第1個(gè)部分是光線路終端，也就是OLT；第2個(gè)部分是光合/分路器，也就是Spliter；第3個(gè)部分是光網(wǎng)絡(luò)單元，也就是ONU，這些部分由樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)組成。一般來(lái)說(shuō)要將OLT放置在中心局端的位置，它可以分配信道，也可以控制信道連接。還有3個(gè)功能，第1個(gè)功能是實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，第2個(gè)功能是管理功能，第3個(gè)功能是維護(hù)功能[2]。而用戶側(cè)的是ONU，這兩者往往通過(guò)無(wú)源光合/分路器連接。所謂無(wú)源，是指在OLT（光線路終端）和ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）之間的ODN（光分配網(wǎng)絡(luò)）沒(méi)有任何有源電子設(shè)備。

PON使用波分復(fù)用（WDM）技術(shù)，同時(shí)處理雙向信號(hào)傳輸，上、下行信號(hào)分別用不同的波長(zhǎng)，但在同一根光纖中傳送。OLT到ONU/ONT的方向?yàn)橄滦蟹较?，反之為上行方向，?下行方向分別采用1 310/1 490 nm。

2.2 OLT設(shè)備部署

2009年我國(guó)國(guó)內(nèi)開始進(jìn)行FTTH設(shè)備的規(guī)模部署，截至目前來(lái)看，九成多的現(xiàn)網(wǎng)OLT設(shè)備市場(chǎng)都由華為、烽火、中興占領(lǐng)，其中華為主推設(shè)備是MA5680T/MA5800、烽火主推設(shè)備是AN5516-01/AN6000、中興主推設(shè)備是ZXA10 C300/C600。OLT設(shè)備PON板卡有4種不同的配置供用戶使用，第1種是EPON，第2種是GPON，第3種是10 G EPON，第4種是10 G GPON。

現(xiàn)今部署應(yīng)用10 G PON各個(gè)運(yùn)營(yíng)商都抱十分積極的態(tài)度。這是由于10 G光模塊價(jià)格在2015年開始建設(shè)10 G PON時(shí)開始一直昂貴[3]，經(jīng)過(guò)科技的不斷發(fā)展，10 G PON ONT的價(jià)格終于回落，10 G PON ONT變得十分普遍，現(xiàn)在運(yùn)營(yíng)商均已開始大規(guī)模部署10 G PON設(shè)備，嚴(yán)禁新增EPON設(shè)備，GPON設(shè)備少量按需增加。10 G PON應(yīng)用已成為常態(tài)，現(xiàn)有的小區(qū)網(wǎng)絡(luò)改造中普遍是應(yīng)用10 G PON設(shè)備，而且現(xiàn)在小區(qū)基本都是FTTH模式覆蓋了。小區(qū)曾經(jīng)風(fēng)靡一時(shí)的LAN和PON+LAN兩種網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)今已經(jīng)不復(fù)存在，10G PON取而代之。

2.3 10 G PON技術(shù)發(fā)展

10 G PON工作原理和PON原理相同，即下行OLT采用廣播的方式將數(shù)據(jù)下發(fā)至每個(gè)ONU，上行采用時(shí)分復(fù)用（TDMA）方式向OLT傳輸數(shù)據(jù)，分為10 G EPON和10 G GPON。

10 G EPON按照速率分為兩類，分別為非對(duì)稱模式（下行速率為10 Gbit/s，上行速率為1 Gbit/s）和對(duì)稱模式（上/下行速率為10 Gbit/s）。10 G EPON最大的特點(diǎn)是可完美兼容現(xiàn)網(wǎng)ODN網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)擴(kuò)大了EPON的上、下行的帶寬，提高最大分路比為1:256。在傳輸距離方面也有了很大提升，在1:256的分路比下，傳輸距離可以達(dá)到20 km，而在1:128的分路比下，傳輸可以達(dá)到30 km。

10 G GPON（上下行非對(duì)稱：上行2.5 Gbps，下行10 Gbps）主要特征有：兼容性，10 G GPON的ODN系統(tǒng)可以有效利用原有GPON網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)布好的光纖、分光器和活接頭等設(shè)備；超強(qiáng)的寬帶能力[4]，10 G GPON提供的寬帶能力是GPON的4倍和EPON的10倍，能夠滿足用戶未來(lái)對(duì)大帶寬的需求；更大的分光比和更遠(yuǎn)的距離，10 G GPON最大能夠完成1:512的分光比下20 km的傳輸距離，10 G GPON既適用于人口密集的城市，也適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)，可提高接入網(wǎng)的覆蓋范圍。

4 OLT設(shè)備的發(fā)展趨勢(shì)

OLT設(shè)備目前的發(fā)展朝著兩個(gè)方向進(jìn)行：第1種選擇是向SDN/NFV化演進(jìn)；第2種選擇是支持10 G PON板卡。SDN/NFV化之后的OLT設(shè)備實(shí)現(xiàn)了共享化、獨(dú)立化、個(gè)性化，此番演進(jìn)使得OLT設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景變得多樣化，例如校園網(wǎng)、涉外賓館酒店等。SDN/NFV化之后OLT設(shè)備的業(yè)務(wù)變得更加容易管理，同時(shí)還可以多種業(yè)務(wù)共同在OLT設(shè)備上運(yùn)行，還可以通過(guò)獨(dú)立的OLT設(shè)備資源共享接入的資源。作為“白盒化”的接入設(shè)備SDN/NFV化是在目前技術(shù)手段下難以實(shí)現(xiàn)的，正是因?yàn)檫@個(gè)原因在SDN/NFV化初期虛擬化OLT是一個(gè)必要條件，目前基本可以實(shí)現(xiàn)。而SDN/NFV化后期要實(shí)現(xiàn)通過(guò)SDN控制器進(jìn)行操作控制，如今還不能成功實(shí)現(xiàn)控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離。10 G PON板卡的支持并不難實(shí)現(xiàn)，目前只需要設(shè)備本身的支持還有廠家升級(jí)網(wǎng)管，之后再升級(jí)的主控板卡和電源就可以做到支持功能。

現(xiàn)網(wǎng)EPON和GPON升級(jí)其實(shí)并不難，現(xiàn)在EPON設(shè)備可以通過(guò)升級(jí)主控盤后變成E/GPON混插的設(shè)備，這種設(shè)備就是可以連接EPON和GPON兩種設(shè)備，只用在空槽位添加GPON線卡盤就可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的了。一般來(lái)說(shuō)，機(jī)框和主控盤都不用換，這些改造都是不難的，常常是只需更換ONU并升級(jí)OLT就可以實(shí)現(xiàn)了。

5 10 G PON技術(shù)現(xiàn)網(wǎng)部署及OLT演進(jìn)建議

FTTH是現(xiàn)在寬帶的主要應(yīng)用建設(shè)，然而早期光纖網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過(guò)歲月的洗禮之后，現(xiàn)今不能再滿足客戶需要，可是若全部改造為10 G PON建設(shè)又由于價(jià)格高存在不可行性，而且10G PON ONT終端類型還是不夠豐富，不能滿足客戶眾多需求類型。所以可暫時(shí)采用平滑過(guò)渡策略，那就是OLT側(cè)部署10 G PON，而在終端側(cè)不采用10 G PON，轉(zhuǎn)而采用EPON/GPON終端，面對(duì)特殊需求用戶提供千兆入戶業(yè)務(wù)。

PON網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前承載了眾多業(yè)務(wù)，未來(lái)將不僅僅是VR/AR、直播、游戲、IPTV點(diǎn)播、寬帶等，還會(huì)出現(xiàn)更多業(yè)務(wù)。但業(yè)務(wù)過(guò)多的話可能導(dǎo)致單PON口會(huì)出現(xiàn)流量不穩(wěn)定的現(xiàn)象，從前的計(jì)算流量方式就不適用于業(yè)務(wù)過(guò)多的PON網(wǎng)絡(luò)，如果要提升用戶體驗(yàn)，PON網(wǎng)絡(luò)部署可以考慮以下幾點(diǎn)來(lái)增大帶寬：（1）網(wǎng)絡(luò)流量監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)應(yīng)用到用戶端，動(dòng)態(tài)監(jiān)控業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)所需求流量變化。（2）短時(shí)間內(nèi)，局部寬帶網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，首先確保高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的順利進(jìn)行。以上調(diào)整如果不夠還可以調(diào)整用戶PON端口分布，依舊不能滿足需求時(shí)考慮擴(kuò)容升級(jí)10 G PON。

OLT設(shè)備的上聯(lián)按照OLT用戶的日常流量需求，首先采用 N×GE的方式，如果不能滿足用戶需求可以調(diào)整為N×10 GE。小容量OLT可以用在流量需求不高的地方，這樣可以為流量需求高的地方騰出道路。提高用戶帶寬的流量通量，現(xiàn)實(shí)部署中需要盡量避免OLT上聯(lián)交換機(jī)，因?yàn)閿?shù)量增多會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，降低用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)感。

6 結(jié)語(yǔ)

目前看來(lái)，前一代的各類接入技術(shù)都已經(jīng)退網(wǎng)，接入技術(shù)幾乎全部已經(jīng)統(tǒng)一為PON技術(shù)，這時(shí)處于PON技術(shù)核心位置的OLT設(shè)備的戰(zhàn)略部署和演進(jìn)策略如何計(jì)劃實(shí)施，對(duì)于未來(lái)寬帶接入網(wǎng)的發(fā)展方向有著很大的影響作用。運(yùn)營(yíng)商寬帶網(wǎng)絡(luò)光纖化全部改造后，1 000 M接入業(yè)務(wù)成為家家戶戶都可以實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)，而且在未來(lái)還會(huì)有更多新技術(shù)與業(yè)務(wù)產(chǎn)生和發(fā)展，新的發(fā)展也是新的挑戰(zhàn)，PON網(wǎng)絡(luò)在戰(zhàn)勝挑戰(zhàn)之后會(huì)迎來(lái)更高帶寬承載的要求。

高速寬帶網(wǎng)絡(luò)是信息基礎(chǔ)建設(shè)的重要組成部分，有序推進(jìn)我國(guó)新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，強(qiáng)化信息基礎(chǔ)設(shè)施和下游互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的互動(dòng)發(fā)展，是我國(guó)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)戰(zhàn)略成功的關(guān)鍵。作為與第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)（5 G）平行的通信網(wǎng)絡(luò)，以10 G PON技術(shù)為代表的第五代固定寬帶網(wǎng)絡(luò)（F5 G）具有全光連接、超高帶寬、超低時(shí)延等關(guān)鍵特性，是我國(guó)新型基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，也是支撐萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代我國(guó)網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)建設(shè)的重要一翼[5]。