GPON技術在寬帶接入網中的應用

郭敏

關鍵詞：GPON 技術；寬帶接入網；應用

為了滿足寬帶網絡和企業(yè)的需求，寬帶接入網絡的速度正在加快。目前有線接入技術的主流是基于電話線的數字用戶線（DSL） 技術和基于光纖的寬帶光接入技術，后者正在從窄帶無線接入轉向寬帶接入。在有線網絡接入的發(fā)展過程中，以寬帶接入市場為主的ADSL 相對被替代，新一代光學連接將取代以銅纜為主的xDSL 技術。GPON是基于光纖通道的無源光網絡（PON）的首選技術，因為它在物理訪問速度、帶寬和光隔離方面具有巨大優(yōu)勢。FTTX 應用模式逐漸成為寬帶接入發(fā)展的方向，這一現象引起了各大電信運營商的極大興趣。本文中筆者以采用GPON 技術改造黑龍江市齊齊哈爾電網為例，深入研究了GPON 接入的原理和方法，以供業(yè)內人士參考。

一、GPON 技術介紹及原理

（一）GPON 技術介紹

GPON 是千兆位無噪聲網絡的一部分，這是一種新的網絡訪問技術。寬帶接入主要面向嵌入式業(yè)務運營人員。同時保持ATM、以太網、TDM 等的兼容性，可以有效地將數據幀轉換為中文網絡。并且運營商根據企業(yè)發(fā)展需要和ITU-TG.984 標準提供GPON 技術。目前，GPON 系統(tǒng)可以為電信運營商提供廣泛的服務，并帶來巨大的利潤，包括班車服務、視頻服務、公共交換電話網絡等。在GPON 系統(tǒng)中，WDM 技術允許在單個光纖上雙向傳輸數據。GPON 系統(tǒng)采用新的多點輻射方法，傳輸過程采用無源光纖結構。GPON 的配置與光纖通道訪問網絡的配置相同。因為GPON 是光接入網的一部分。這一結構由IP 終端設備光端機、無源光纖分布式傳輸網絡、用戶設備光端機或GPON 光端機三部分組成。提供一個接口，使OLT 能夠訪問網絡和中心網絡之間的連接。中央網絡一般位于中央控制室。主要提供V5.2、OC3、PDH、STM-1 等接口。此外，該系統(tǒng)還提供高達1.244 GB/ 秒或2.488 GB/ 秒的光纖接口，用于通過光纖分配網絡連接到ONU 設備。GPON 設備中最重要的設備是OLT。OLT 具有實時監(jiān)控、ODN 傳輸控制、GPON 系統(tǒng)維護信息管理、帶寬控制和分發(fā)等功能。如果GPON系統(tǒng)在傳輸過程中使用波分復用（WDM），則光纖可以傳輸兩次數據并保持1：64 或1：128 的頻譜比例。此外，可以使用三種拓撲結構來實現GPON 系統(tǒng)進行組網，因此GPON 系統(tǒng)使用環(huán)路保護來保證傳輸數據的安全。

（二）GPON 工作原理

在網絡應用中，無源光網絡千兆位系統(tǒng)可以通過向分布式光網絡中添加波分復用（WDM） 模塊提高了下游傳輸速度，最高可達 1360nm 和 1500nm。 根據數據的傳輸方向，可以選擇不同的傳輸方案。例如，為了避免上行傳輸過程中的信息沖突，可以共享傳輸路由以加快速度并整合資源，從而降低設備工作成本。同時，在時間分段多路復用的情況下，可以將所有信息劃分為多個時間間隔，然后根據數據分布的要求，實現數據傳輸中顯示的傳輸時間間隔。在此應用模式下，每個時間間隔都會進行一條信息的傳輸，以避免由于時間沖突而導致信息之間出現重疊的問題。下行數據傳輸可以使用廣播方法共享數據傳輸、傳輸路徑和下游應用程序資源。也就是說，通過光纖網絡驅動器的信息識別，可以對所有數據進行過濾，然后選擇過濾數據的地址，設置下行鏈路圖像長度，有效傳輸下行鏈路數據，從而加快速度，同時可以有效避免故障的出現[1]。

二、GPON 組網方式和應用模式

（一）GPON 的組網方法

在實際的運用中得出的結論是組網方案中的有星型以及樹形方式是GPON 技術中最常見的兩種方式。

1. 樹型方式

樹型拓撲通過多個分支機構或縮寫DP 向多個聯合國用戶發(fā)送信號。此外，視這些分發(fā)點的組合而定，許多上行鏈路信號從幾個聯合國發(fā)送到OLT。通常分配點的光分路器采用l：N 型號的機器。但是，將光分布點分隔符應用于局域網可能會使建立ODN 網絡變得復雜。在例外情況下可以使用多級分光處理，但是也不超過三級。

2. 星型方式

OLT 和每個ONU 之間沒有光譜，而是通過專用光學途徑與ONU 設備直接連接。HOLT 和ONU 設備隨時準備形成恒星結構。此項施行的措施不會丟失亮度，傳輸距離比多點設置大得多。但這種應用模式使用的光纖較少，對于資源的浪費較多，沒有反映出GPON 的技術優(yōu)勢，導致其實際應用較少。

（二）GPON 的應用模式

GPON 技術的應用模型按光纖進入客戶的程度分類。主要應用模式包括光纖（FTT0）、建筑前光纖（FTTB）、路邊光纖（FTTC）、光纖（FTTH） 和FTTN?？梢愿鶕贸绦驁鼍昂途W絡平面配置決定其應該采用的特定分析模型：

1.FTTH 應用模式

選擇要使用的應用程序模板時，要考慮到較為周全的因素。高收入區(qū)域（ 如村莊和高端社區(qū)等） 的客戶可以使用FTTH 同時訪問多個企業(yè)，同時開發(fā)具有多種訪問權限的高級用戶。具體來說，OLT 位于區(qū)域機構大廳，光驅直接放置。當然，用戶可以通過公共場所直接提供的unicamp 接口連接到其家庭網絡。實際上，FTTH 應用模型要求GPON 提供多種服務接口，以便通過多個服務接口促進三個網絡集成的發(fā)展和進展。

2.FTTB 應用模式

關于FTTB 應用程序模型的應用，FTTB 應用程序模型要求將ONU 置于住所區(qū)域內，并允許采用雙門架連接。FTTB 模式通常在分支機構的參與下解決電源問題。如果樓層較高，請考慮建筑內部進行分光處理；反之，則建筑物不需要此項措施，可以直接在居民區(qū)進行。

三、GPON 技術在電信寬帶接入網方案設計

（一）ODN 設計方案

首先，選擇OLT 的放置位置。在選擇過程中，應充分考慮管道資源和維護管理方法等因素。通常OLT 布局的最佳位置是局內機房或社區(qū)訪問室，放置在機房內以方便維修。但是，在鋪設光纜時，施工量相對較大，成本較高，布線時的執(zhí)行量相對較大。具體方案還必須與具體的技術情況相關聯。其次，如果設定了ODN 網絡方法，且存取網絡的特定位置不一致，則ODN 網絡方法不同。這就需要提供一個科學網絡結構，既考慮到每個區(qū)域寬帶用戶的數量，又考慮到寬帶需求。最后，分光器的部署可分為集中部署和分散部署。部署位置各不相同則體現出的優(yōu)點也不盡相同，應根據訪問網絡的用戶的實際情況和需要選擇最合適的方案[2]。

2. 帶寬計算

在計算帶寬需求時，可以遵循相應的參考模型，例如在線游戲中：高清視頻的帶寬為300 kb，上行帶寬為300 kb，下行帶寬為6M。首先，計算每戶帶寬。一般而言，使用每個用戶帶寬的主要活動類型是數據業(yè)務、視頻和語音服務。因此，上行1M，下行4M 即可滿足需求，即使用戶觀看高清視頻，玩網絡游戲，下行10M 帶寬也可滿足用戶需求。如果GPON 的有效帶寬特性大于2g，則可以有效滿足高帶寬要求。然后，根據計算公式和流量計算OLT 設備的上行帶寬。GPON 技術在接入網絡上的應用可有效滿足用戶的帶寬需求。

3.VLAN 和IP 地址規(guī)劃設計

規(guī)劃IP 地址時，必須確保其合理且安全。使用動態(tài)分配可以滿足這兩個要求。這不僅可以有效地節(jié)省IP地址資源，還可以提高地址安全性，因為用戶的IP 地址在一個區(qū)域內是連續(xù)的。當計劃VLAN 地址時，必須設置特定的操作。計劃信貸活動時，軟件包作為用戶訪問VLAN 的端口提供，而OLT 設備允許用戶訪問。為避免第2 層交互，可以使用ONU 設備安全訪問網絡，方法是在用戶端口上啟用隔離功能，同時有效地管理訪問用戶。對于語音服務，VLAN 標記在語音訪問后封裝在聯合國設備中。與此同時，確定高度優(yōu)先，確保語音數據包優(yōu)先傳輸，并確保通話質量。

四、GPON 技術在寬帶接入網中的應用

1. 網絡建設規(guī)劃

①與部署OLT 有關的所有基本任務都須遵守以下原則：第一，在選擇計算機房時，建議選擇當地市話端局，因其自身通信能力以及管道條件都較好。在選擇模塊時，應優(yōu)先考慮遠距離模塊，更重要的是應優(yōu)先考慮高能效光學模塊，以便在實際應用過程中有效地準備遠距離傳輸。與此同時，對于選定的機房，可以對舊機房進行翻新，房間內的電纜連接可以通過分區(qū)域安裝辦公室或模塊化辦公室進行測量，以確保傳輸。第二，應將OLT 部署裝配在技術廳，明確顯示網絡結構層次，明確部署方案，有效避免隱蔽缺陷。為滿足企業(yè)運行需要，該計劃必須按照就近原則有效地提高信息傳遞的質量。最后，為有效發(fā)揮其網元設備的優(yōu)勢，也需要實現在業(yè)務層接入時，應用保護機制來提升性能，從而達到有效防止故障的目的。②為了部署寬帶網絡，必須根據不同用戶群體和社區(qū)的需要設計系統(tǒng)。帶寬受限于不同用戶的應用程序需求，允許用戶在應用程序時根據自己的需求作出選擇。與此同時，在設置過程中，需要根據整體建設需求來劃分社區(qū)，更重要的是，要優(yōu)先考慮高優(yōu)先級企業(yè)的寬帶，以確?？蛻舻膽眯枨蟆４送?，為了充分利用可用的寬帶，需要限制速度，保留每個寬帶端口并正確規(guī)劃用于寬帶請求的用戶數量。③電源和布線通常需要選擇合適的電源，并且在連接電源時必須確保電源的安全。與此同時，有必要通過采用保護措施對管道施行保護工作，有效確保所有設備的使用安全。此外，對于所有類型的外部電纜，應避免接近可能受到閃電電擊的物體，注意高壓損壞導致發(fā)生意外事故。此外，根據行業(yè)建設的要求，有必要按照國家標準規(guī)劃設計，從而有效避免安全事故[3]。

2. 網絡配置規(guī)劃

（1）VLAN 劃分原則

確保重要網絡設備的安全，合理區(qū)分廣播域，隔離不必要的網絡廣播和數據包，分割虛擬網絡。具體的虛擬網絡劃分由構造單元根據資源確定，并應遵循以下原則：（1） 使用VLAN 隔離來區(qū)分活動類型和活動級別，并根據活動類型分配不同的VLAN 實施優(yōu)先級。VLAN 配置必須為PUPSPV 模式（ 每個用戶一個企業(yè)VLAN）。為每個用戶分配一個VLAN，以便通過單獨的VLAN 訪問Internet、VoIP、IPTV 和終端集成管理系統(tǒng)。PUP v+PSPv 組合模式（1 個企業(yè)-1 個VLAN）： 用戶實現用戶端與PUP PV 的交互，PSP v 執(zhí)行脫機和安全活動（IPTV 上的IPTV 由該區(qū)域的所有用戶或用戶共享）。VLAN 規(guī)劃主要基于兩種模式，可根據網絡和業(yè)務實際發(fā)展的具體情況進行分類確定并實施。PUVP+PSPV 和PUP 組合僅在多播復制點未向下移動（ 始終安裝在arm/Sr 上） 時可用。PUPSPV 和PUP v+PSP v 配置必須為FTTH。包括VLAN 1：1 和VLAN 1 轉換模式（ 適用于互聯網服務），由ONU設備互聯網服務、IPTV、VoIP 和OLT 網關或終端管理系統(tǒng)表示。作為VLAN 計劃的一部分，FTTB 應用程序獨立于主機盤柜的家庭網關模式ONU 具有內置的VLAN來識別用戶。根據內部HOLT VLAN，在PON 端口上安裝外部VLAN 以確定PON 端口的位置和銷售信息。下載家庭網關模式： 家庭網關透明地發(fā)送一般互聯網任務、IPTV 任務、VoIP 任務和嵌入式終端管理系統(tǒng)任務，并將它們發(fā)送到MDU。 OLT 配置為VLAN1：1 轉換模式，CLARiiON 配置為常規(guī)internet 模式，VLAN 1 ： 1 配置為常規(guī)IPTV 模式。

（2）QOS 策略

PON 系統(tǒng)以ITU-ty . 1291 QoS 機制為基礎，該機制遵守服務級別協議，確保各種高優(yōu)先級和低優(yōu)先級服務的服務質量?；贗EEE802.1D 的QoS 策略部署在第2 層接入網絡上，包括PON 系統(tǒng)。ONU 設備或家庭網關確定訪問互聯網、IPTV、VoIP 等的不同用戶優(yōu)先事項，并在寬帶網絡的所有層部署相應的優(yōu)先級隊列。城域網基于DiffServ 的三層QoS 策略，允許用戶和企業(yè)通過Ipreception 或EXP 標簽進行訪問。位于公司控制級別（arm/Sr 等）。根據每個企業(yè)的服務質量水平，可以將服務質量分類顯示映射到寬帶接入網和城域網[4]。

（3）IP 地址規(guī)劃

IP 地址的有效分配對于網絡的正常運行和網絡資源的有效利用至關重要。對于城市域，IP 地址分配必須充分利用應用程序地址空間，充分考慮地址空間的合理使用，確保網絡地址的最佳分配和企業(yè)流量的均勻分配。因此，在分配IP 地址時，必須考慮所有IP 網絡、分配IP 地址，最大限度地減少IP 地址以及充分考慮網絡安全性能。OLT 和ONU 設備必須靜態(tài)配置為專用網絡IP地址以進行網絡管理。①公共網絡地址原則上分配給寬帶互聯網接入和IPTV 服務，如果可以通過CMNET 屏幕進行集成NAT 轉換，則可分配專用網絡地址。②本服務是分配給VoIP 和Symmetrix 管理服務的網絡地址。③ IP 地址通常由BRAS/SR 或DHCP 服務器動態(tài)分配。所以對于MDU 制造的IAD 設備，建議使用靜態(tài)配置。

（4）網絡安全

網絡安全性對于使用網絡的用戶至關重要。因此，需要為整個網絡建立安全機制，PON 系統(tǒng)必須提供安全的托管和協作功能。OLT 必須能夠核查和控制聯合國的合法性。對于使用GPON 的FTTH 系統(tǒng)，首選考慮采用具有邏輯識別的ONU 身份驗證方法。通過FTTH 系統(tǒng)連接的未經驗證的VoIP 或視頻業(yè)務終端設備（ 包括集成在聯合國系統(tǒng)或家庭網絡中的IAD 設備） 必須通過bacpour 設備連接，PON 通過用戶驗證，并使用radius 協議和business access control point （SR） 運行。通過PPPoE、DHCP+web 和802.1x 等身份驗證方法提供多種用戶和企業(yè)訪問身份驗證功能。訪問身份驗證完成后，用戶可以獲得以下內容：訪問權限、帶寬、優(yōu)先級等設置。并且對此可以根據業(yè)務需求動態(tài)更改。用戶的主要商業(yè)認證方法如下：①寬帶互聯網服務使用PPPoE 認證方法。②服務IPTV 可由PPO 或IPO 認證。③企業(yè)IP 語音使用IPO（ 聯合國集成IAD 或家庭網關身份驗證方法或靈活的交換系統(tǒng)進行。④綜合終端管理系統(tǒng)通過IPO 認證。

五、GPON 技術在寬帶接入網的發(fā)展趨勢

GPON 結合了高帶寬、遠距離、高評估和端到端服務訪問等優(yōu)點，使用戶能夠充分利用光纖通道訪問網絡。根據當前的光纖通道技術，短期內，10Gbit 和10GDPON z 5Gbit 上行鏈路可能是最快的NG-PON 技術，但隨10GGPON 對稱帶寬和WDM-PON 軟件技術降低了設備成本，GPO 越來越多地被用于訪問網絡和GPO 技術[5]。

六、結束語

寬帶通信技術是各國經濟和社會發(fā)展的重要基礎，這一技術也是工業(yè)化建設工作與信息化建設工作之間的重要聯系，這一技術預示著人們的社會發(fā)展水平有了更進一步的成就，且顯示出人們的生活水平也在日益增高。此外，寬帶通信技術是評估一國國際競爭力的一個主要評價標準?；谝陨细鱾€因素，GPON 技術已成為世界主要運營商具有競爭力的寬帶接入技術，因此在現代社會居民們的日常生活中將得到更廣泛的應用，以滿足用戶日益增長的網絡帶寬需求。