GPON技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)改造中的應(yīng)用與實(shí)現(xiàn)

王海東 齊琳琳

摘要：廣電行業(yè)其獨(dú)有的同軸電纜接入模式已經(jīng)無(wú)法滿足用戶對(duì)百兆以上大帶寬網(wǎng)絡(luò)的需求。近年來(lái)GPON的全光接入模式越來(lái)越多的受到運(yùn)營(yíng)商和用戶的信賴，廣電行業(yè)的接入網(wǎng)也面臨著再次升級(jí)改造。在探索新技術(shù)的先進(jìn)性的同時(shí)，兼顧到資金投入的經(jīng)濟(jì)性，尋找一套可以指導(dǎo)工程建設(shè)的光纖到戶的網(wǎng)絡(luò)改造方案。

關(guān)鍵詞：GPON、接入網(wǎng)、GEM

近年來(lái)，中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在騰飛，各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用進(jìn)入了我們的生活：4K超高清視頻、抖音現(xiàn)場(chǎng)直播、微信視頻聊天等。其改變了人們生活的同時(shí)，也提高了人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速度、質(zhì)量上的要求。在光接入網(wǎng)中，PON無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)）作為業(yè)界的翹楚，打破了傳統(tǒng)的PtoP的接入模式，采用點(diǎn)到多點(diǎn)的接入方式，其中GPON最具有優(yōu)勢(shì)。

一、GPON的發(fā)展

自2002年FSAN聯(lián)盟提出了第一個(gè)GPON解決方案后，ITU-T開(kāi)始對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化工作。在2003年通過(guò)了G.9841.1：規(guī)范了系統(tǒng)總體特性和G.984.2：規(guī)范了系統(tǒng)的物理媒質(zhì)層及上下行帶寬。2004年通過(guò)了G.9841.3：規(guī)范了傳輸匯聚子層、測(cè)距、DBA等功能和G.9841.4提出了OMCI管理接口框架。[1]

二、性能參數(shù)

在商用的模式中，GPON技術(shù)使用的分光比大多采用1：64，也就是在OLT的一個(gè)PON口下面最多可以承載64個(gè)ONU設(shè)備。實(shí)現(xiàn)上線1.244Gb/s，下行2.488Gb/s，同時(shí)還可以為為用戶提供多種傳輸速率選擇。在考慮OLT的發(fā)射光功率成本與ODN半徑長(zhǎng)度的情況下，最大支持20km的物理傳輸距離。與EPON的編碼形式有所不同，GPON采用了更加緊湊的編發(fā)方式，非歸零編碼。這種不適用0電平的二進(jìn)制編碼，使傳輸?shù)男畔⒚芏雀?。?.244Gb/s上行帶寬為例，GPON的上行可用帶寬為1090Mb/s。而在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中的1：128的分光比，只在理想狀態(tài)下才可以實(shí)現(xiàn)。

三、關(guān)鍵技術(shù)

1、GEM幀

GEM是一種全新的幀結(jié)構(gòu)，是GPON技術(shù)上獨(dú)有的傳輸協(xié)議。同時(shí)GPON還可以承載ATM幀業(yè)務(wù)。

由凈荷（Payload）和幀頭部組成GEM幀。其中凈荷是用來(lái)封裝用戶數(shù)據(jù)的，可變長(zhǎng)度4-4095字節(jié)。具有控制作用的幀頭部有5字節(jié)組成：凈荷長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)PLI、端口標(biāo)識(shí)Port ID、凈荷類型標(biāo)識(shí)PTI、枕頭部錯(cuò)誤校驗(yàn)碼HEC組成。

2、動(dòng)態(tài)帶寬分配-DBA

基于狀態(tài)匯報(bào)技術(shù)（SR）的動(dòng)態(tài)帶寬分配（DBA）很好的解決上行線路不發(fā)生擁塞的問(wèn)題，同時(shí)還保證了業(yè)務(wù)的公平性和服務(wù)保證（QoS）。在網(wǎng)絡(luò)傳輸中，不同類型的業(yè)務(wù)被裝進(jìn)特定的容器中（T-CONT）。通過(guò)DBA算法給不同的T-CONT分配對(duì)應(yīng)的帶寬等級(jí)。DBA帶寬優(yōu)先級(jí)如下圖：

3、測(cè)距技術(shù)

GPON的下行是采用廣播的形式，而上行是采用時(shí)分復(fù)用的形式。如何安排不同的ONU到對(duì)應(yīng)的時(shí)隙中，不發(fā)生搶奪時(shí)隙的情況呢？測(cè)距技術(shù)就可以解決這個(gè)問(wèn)題。通過(guò)測(cè)距技術(shù)和時(shí)間補(bǔ)償技術(shù)實(shí)現(xiàn)不同距離的ONU在邏輯層面上是相同距離的。[2]

四、基于GPON技術(shù)的廣電入戶方案與實(shí)現(xiàn)

目前，廣電行業(yè)還是以同軸電纜為主要的接入模式，已經(jīng)無(wú)法滿足需求。廣電行業(yè)的下次網(wǎng)絡(luò)改造必須是以光纖到戶為前提。暫時(shí)來(lái)看，相當(dāng)于新建一張寬帶回傳網(wǎng)?？墒请S著4K超高清電視頻道的普及，現(xiàn)有的QAM調(diào)制的方式?jīng)]有能力傳輸100-200套4K節(jié)目的時(shí)候，再去改造IPTV網(wǎng)，就為時(shí)已晚。GPON為無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)，降低了對(duì)環(huán)境和供電的需求，也提升了網(wǎng)絡(luò)帶寬和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，減少安裝和維護(hù)的工作量，是廣電接入網(wǎng)絡(luò)的不二之選。

4.1實(shí)際應(yīng)用基本要求

1、OLT的覆蓋范圍：在城區(qū)范圍內(nèi)，根據(jù)各自機(jī)房的部署情況，將覆蓋半徑控制在5KM以內(nèi)。OLT應(yīng)部署在匯聚機(jī)房，這樣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)清晰、維護(hù)界面明確，尤其是在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，便于業(yè)務(wù)就近接入。

2、改造區(qū)域的選擇。優(yōu)先選擇明裝樓房和有管道井的高層樓房。具有便利施工的優(yōu)勢(shì)。

3、ODN網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃。結(jié)合原有園區(qū)的HFC光纖分配網(wǎng)與園區(qū)樓宇的分布情況、用戶分配情況。按覆蓋用戶數(shù)量50%做接入設(shè)計(jì)。按1：64的分光比進(jìn)行ODN規(guī)劃。

4、ONU的安裝。如明裝樓房，在外墻打空作業(yè)，選擇便于日后維修的位置。如暗裝樓房，應(yīng)將ONU安裝在用戶多媒體箱內(nèi)。ONU的安裝位是附近應(yīng)具備220V交流電源。

5、帶寬分配原則。應(yīng)該針對(duì)不同的客戶群體差異化區(qū)分帶寬;保證不同用戶的基本可用帶寬;高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)的帶寬應(yīng)享受固定帶寬;對(duì)每個(gè)GPON接口下的帶寬規(guī)劃時(shí)要做出一定的冗余量，避免帶寬溢出造成流量削峰。

4.2GPON改造存在的問(wèn)題

1、GPON改造后，大多用戶會(huì)從50M升級(jí)到200M、300M的接入帶寬。對(duì)出口帶寬，對(duì)各級(jí)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都會(huì)增大承載的壓力。為了向用戶提供高性能的、穩(wěn)定的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，勢(shì)必要重建一張具有更大容量的承載網(wǎng) [3]。

2、目前的無(wú)線接入發(fā)展迅速，各運(yùn)營(yíng)商的5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)如火如荼的建筑，面臨著對(duì)光纖到戶業(yè)務(wù)的取而代之的風(fēng)險(xiǎn)。

五、結(jié)束語(yǔ)

筆者認(rèn)為，目前GPON技術(shù)在高帶寬、支持TDM業(yè)務(wù)、可伸縮性強(qiáng)、強(qiáng)大的OAM能力等優(yōu)勢(shì)。隨著人們生活水平的進(jìn)一步提高，對(duì)更高帶寬的需求也會(huì)很快到來(lái)。因此，在做GPON網(wǎng)絡(luò)改造的時(shí)候，要考慮網(wǎng)絡(luò)對(duì)10GPON的兼容性。雖然目前10GPON的成本還是很高，但隨著技術(shù)的發(fā)展，成本問(wèn)題是會(huì)解決的。廣電要避免再次重復(fù)改網(wǎng)的浪費(fèi)。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃天柏，基于GPON技術(shù)的小區(qū)光接入網(wǎng)FTTH的實(shí)現(xiàn)，蒙古大學(xué)，2018

[2]魏東興，基于GPON技術(shù)的小區(qū)寬帶接入網(wǎng)設(shè)計(jì)，大連理工大學(xué)，2015

[3]丁德輝，GPON技術(shù)的FTTH接入網(wǎng)方案設(shè)計(jì)與應(yīng)用，中國(guó)有線電視，2008（06）