宽带光纤接入技术的研究与探讨

宽带光纤接入系统的研究与探讨 1 XXXXXXXX 学院学院 毕毕 业业 设设 计计 论论 文 文 题题 目 目 宽带宽带光光纤纤接入技接入技术术的研究与探的研究与探讨讨 姓姓 名 名 学学 号 号 专专 业业 指指导导教教师师 20XX 年年 X 月月 XX 日日 宽带光纤接入系统的研究与探讨 2 目录 目录 2 第一章 绪论 5 第二章 宽带接入技术简介 6 2 1 铜线宽带接入技术 6 2 2 光纤接入技术 6 2 3 光进铜退的提出 7 2 3 1 背景 7 2 3 2 何谓 光进铜退 7 2 3 3 发展趋势 8 第三章 EPON 技术 9 3 1 EPON 技术基础 9 3 2 技术的发展 9 3 3 EPON 技术原理 9 3 3 1 EPON 下行数据传输方式 10 3 3 2 EPON 上行数据传输方式 10 3 4 EPON 技术特点 11 3 5 EPON 的优势 11 第四章 GPON 技术 13 4 1 GPON 技术基础 13 4 2 GPON 工作原理 13 4 2 1 GPON 下行数据传输方式 13 4 2 2 GPON 上行数据传输方式 14 4 2 3 GPON 的基本特性 15 4 3 GPON 的优势 15 4 4 GPON 和 EPON 技术比较 16 4 4 1 其共同的特点如下 16 4 4 2 其不同的特点如下 16 4 5 GPON 市场前景 17 第五章 宽带光纤接入 FTTH 技术和发展趋势 18 5 1 FTTH 18 5 1 1 有源光接入的 P2P 的 FTTH 19 5 1 2 基于 EPON 的 FTTH 19 5 1 3 基于 GPON 的 FTTH 20 5 2 FTTH 发展 20 第六章 FTTH 应用案例 21 6 1 PON 应用模式探讨 21 6 2 马鞍山电信明光新村 FTTH 改造工程 21 6 2 1 工程概况 21 6 2 2 FTTH 设计方案 22 6 2 3 光缆敷设安装要求 23 致谢 24 参考文献 25 宽带光纤接入系统的研究与探讨 3 摘要 近年来 骨干网的能力进一步增强 与此同时接入网方面却没有大的改进 接入网的能力的增长远远落后于 Internet 流量的快速增长 因而接入网成为高 效的 LAN 和骨干网发展的瓶颈 又被称为 最后一公里 EPON GPON 由于集 中了以太网设备价格低廉和光纤能够提供高带宽的优点 成为下一代接入网的 最佳选择 本论文首先从接入网的基本概念出发 对目前流行的几种宽带接入技术进 行介绍 引出光进铜退的概念 并对其产生背景 发展趋势等做简要介绍 而 后引出 EPON 及 GPON 接入技术 并对 EPON 和 GPON 技术的技术基础 技术发展 和概念简要介绍 关键词 宽带 接入网 EPON GPON 宽带光纤接入系统的研究与探讨 4 ABSTRACT In recent years backbone of the ability to further enhance at the same time the access network is no big improvement The rapid growth of the growth ability of access network is far behind the flow of Internet so the access network has become the efficient LAN and backbone network development bottleneck also known as the last kilometer EPON due to GPON is the Ethernet equipment low price and fiber can provide advantages of high bandwidth becomes the best choice of next generation access network This paper starts from the basic concept of the access network the introduction of several current popular broadband access technology the concept of light back into the copper extraction and the background development trends are introduced briefly Then leads to EPON and GPON access technology and technical basis of EPON and GPON technology technology development and concepts introduced Keywords broadband access network EPON GPON 宽带光纤接入系统的研究与探讨 5 第一章第一章 绪论绪论 在宽带接入领域 目前大多数家庭都是使用 ADSL 非对称数字用户线路 技术来实现 用户的各种业务通过接入网进入核心网 随着互联网的持续快速 发展 网上新业务层出不穷 特别是近年来开始风靡的网络游戏 MSN 和 QQ 等 实时网络通信工具 是的人们对网络接入带宽的需求增加 主流接入技术从拨 号逐渐过渡到速度更快的 ADSL 和以太网 核心网上的可用带宽由于 SDH 的发展 而持续增长 用户处业务量也由于 Internet 业务的迅猛增长而急剧增加 作为 用户与核心网之间桥梁的接入网则由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和 用户业务需求的发展 成为用户与核心网之间的接入 瓶颈 光纤接入网采用光纤作为传输媒质 具有传输容量大 质量高 可靠性高 传输距离长 抗电磁干扰等优点 是未来宽带固定接入的发展方向 以光纤接 入代替铜线接入已成为各个电信运营商的一个共识 EPON 技术近几年得到了快速发展 设备研发和生产能力不断增强 在 EPON 研发方面出现了一些比较领先的公司 如 Nokia Broadband 格林威尔 华中 理工 武汉烽火等 EPON 已经能在在以太网之上提供多种业务 在光进铜退的 建设中 EPON 为商业客户提供了基于语音 数据 宽带 视频等应用的解决方 案 国内各个运营商积极推进光纤接入网络 FTTx 的实验和建设 对 FTTH 相关的技 术标准 规划建设 业务应用 运行维护等方面进行研究和探索 在南方 中 国电信现有的接入网主要以 ADSL ADSL2 LAN 技术为主 采用大量的实线 铜 缆作为接入网主要的传输媒质 建网时需要综合考虑建设成本 业务需求 技 术成熟度 竞争形势等多方面的因素 适时采用 光进铜退 最总实线 FTTH FTTH 的发展对于光通信市场的带动有着不可低估的巨大作用 FTTH 的出 现导致的宽带生活升值深刻影响到我们基本生活方式 宽带光纤接入系统的研究与探讨 6 第二章第二章 宽带接入技术简介宽带接入技术简介 随着信息科技的飞速发展以及人们对上网速度的要求 宽带接入网络技术 成为现今通信发展的热点 目前 宽带接入网络技术分为有线宽带接入网技术 和无线宽带接入网技术和无线宽带接入网技术 有线宽带接入网技术主要有铜 线接入 光纤接入和基于有线电视网的混合光纤同轴接入 宽带无线接入技术 主要有 LMDS Local Multipoint Distribute System 本地多点分配系统 MMDS Multipoint Multichannel Distribute System 多点多信道分配系统 无线局域网等 这里主要介绍有线宽带接入技术 2 2 1 1 铜线宽带接入技术铜线宽带接入技术 铜线宽带接入技术也就是 xDSL 技术 主要包括高比特率的用户数字环路 HDSL 非对称用户数字环路 ADSL 和甚高比特率的用户数字环路 VDSL HDSL 是利用两对或三对铜双绞线 为用户提供 PDH 一次群速率 T1 或 E1 的双工数字连接 ADSL 是目前众多 DSL 技术中较为成熟的一种 其优点是带宽较大 连接简 单 投资较小 ADSL 系统主要是针对住宅用户设计的 其下行速率高达 6 9Mbit s 传输距离可达 3 5km 典型的下行速率有 T1 E1 DS2 6 312Mbit s E2 8 448Mbit s 上行速率低 具体数值随公司 产品而不同 通常为 16 640kbit s ADSL 在一对电话线上同时传送一路高速下 行数据 一路较低速率下行数据 一路模拟电话 各种信号采用频分复用方式 占用不同频段 低频段传送语音 中间窄频段传上行信道数据及控制信息 其 余高频段传下行信道数据 图像或高速数据 VDSL 是速率更高的 ADSL 一般用于光纤接入网中的最后一段入户连接 这 是一种传输距离很短的宽带接入技术 当 ONU 离终端用户很近时 可与 FTTC FTTB 等结合用 总的说来 xDSL 技术允许多种格式的数据 语音和视频信号通过铜线从局 端传给远端用户 可以支持高速 Internet Intranet 访问 在线业务 视频点 播 电视信号传送 交互式娱乐等 但它们的覆盖面有限 并且一般高速传输 数据是非对称的 仅仅能单向高速传输数据 通常是网络的下行方向 2 22 2 光纤接入技术光纤接入技术 光纤接入网又称光纤用户环路 FITL 它是在交换局中设有光线路终端 OLT 在用户侧有光网络单元 ONU OLT 和 ONU 之间用光纤连接 ONU 可以 用多种方式连接用户 一个 ONU 可以连接多个用户 根据与用户的距离 光纤 接入网 FITL 又有多种方式 有光纤到路边 FTTC 光纤到大楼 FTTB 以及 光纤到户 FTTH 等几种形式 从光纤接入网是否有电源 可分成有源光网络 AON 和无源光网络 PON 两大类 宽带光纤接入系统的研究与探讨 7 顾名思义 有源光网络的局端设备 CE 和远端设备 RE 通过有源光传 输设备相连 传输技术是骨干网中已大量采用的 SDH 和 PDH 技术 远端设备主 要完成业务的收集 接口适配 复用和传输功能 局端设备主要完成借口适配 复用和传输功能 此外 局端设备还向网元管理系统提供网管接口 在实际接 入网建设中 有源光网络的拓扑结构通常是星型或环形 无源光网络 PON 技术是一种点到多点的光纤接入技术 它由局侧的 OLT 光线路终端 用户侧的 ONU 光网络单元 以及 ODN 光分配网络 组成 一般其下行采用 TDM 广播方式 上行采用 TDMA 时分多址接入 方式 而且可 以灵活地组成树形 星型 总线型等拓扑结构 典型结构为树形结构 所谓 无源 是指 ODN 中不还有任何有源电子器件及电子电源 全部由光分路器 Splitter 等无源器件组成 因此其管理维护的成本较低 EPON Ethernet Passive Optical Network 是 PON 技术中最新的一种 由 IEEE802 3 EFM Ethernet for the First Mile 提出 光接入网由于采用光纤作为传输 介质 具有传输距离远 带宽大 维护费用低等特点 是有线宽带接入技术的 理想方案 代表了宽带接入网的发展方向 2 32 3 光进铜退的提出光进铜退的提出 2 3 1 背景 在宽带接入领域 目前大多数家庭都是使用 ADSL 非对称数字用户线路 技术来实现 用户的各种业务通过接入网进入核心网 随着互联网的持续快速 发展 网上新业务层出不穷 使得人们对网络接入带宽的需求持续增加 主流 接入技术从拨号逐渐过渡到速度更快的 ADSL 和以太网 核心网上的可用带宽由 于 SDH 的发展而迅速增长 用户侧的业务量也由于 Internet 业务的爆炸式增长 而急剧增加 作为用户与核心网之间桥梁的接入网则由于入户媒质的带宽限制 而跟不上骨干网和用户业务需求的发展 成为用户与核心网之间的接入 瓶颈 由于普通的 ADSL 技术无法提供长距离及高速宽带等系列服务 渐渐已无法适应 固网运营商在原有带宽基础上推出更多新的服务项目 满足用户需求 所以 可提供全业务 高速率的光纤到户 FTTH 光接入网就成为了宽带接入网的最 有效的解决方案 从而出现了 光进铜退 这一概念 2 3 2 何谓 光进铜退 光进铜退是固网运营商对接入层网络部署的先进理念 主要是指实现以 窄带 铜缆 为主网络向以 宽带 光纤 的网络转变的具体实践 简单地说 光进铜退是指在宽带接入模式上以光纤取代铜缆 好处是加快 传输速度和数据流量 同时又降低网络建设成本 实现方式多种多样 可以 FTTx 光纤到某地 网络整体概括 经过近几年的网络建设实践 EPON 技术以 其组网 管理和业务能力等优势 在光进铜退建设中得到了业内的广发认可和 应用 当前全球 EPON 的应用模式超过 1500 万线 且正处于快速发展和规模应 用阶段 宽带光纤接入系统的研究与探讨 8 2 3 3 发展趋势 自 2008 年开始 中国电信 中国联通和中国移动陆续启动了光接入网的建 设 目前在光进铜退方面已经取得了令人瞩目的进展 进入 2009 年 我国 3G 网络的规模建设进一步刺激了传统固网宽带的建设和发展 中国电信 中国联 通纷纷将接入网光纤化纳为今年的工作重点 中国电信北京研究院王晓牧表示 接入网光纤化是中国电信的战略选择 同时 中国联通宽带业务应用国家工程 实验室周光涛也表示 中国联通未来会将投资重心转向光接入网 严格控制铜 缆投资和使用 然而 在实现光进铜退的过程中 运营商也面临着一些问题需 要解决 比如接入网原有区域的改造和 PON 的运营维护等 电信智能化网络的建设已经开始 要进行大规模的接入层建设 接入层建 设成为电信网络转型的重点 宽带业务的增长对带宽的要求越来越高 传统的 铜线接入方式已无法满足用户的需求 电信急需新的高带宽接入方式推动其业 务的发展 接入光纤化带来的直接好处就是丰富的带宽资源 对于一些经济欠 发达地区 接入层的光纤化能够有效解决一直困扰铜缆被盗问题 此外 铜价 的不断上涨 使运营成本不断提升 而用户强烈的宽带需求使得 IP 网络空前发 展 在以上众多因素的复合推动下 以 EPON 为主要建设模式的 光进铜退 方 案浮出水面 宽带光纤接入系统的研究与探讨 9 第三章第三章 EPONEPON 技术技术 EPON 以太无源光网络 是一种新型的光纤接入网技术 它采用点到多点 结构 无源光纤传输 在以太网之上提供多种业务 它在物理层采用了 PON 技 术 在链路层使用以太网协议 采用 PON 的拓扑结果实现了以太网的接入 因 此 它综合了 PON 技术和以太网技术的优点 成本低 高带宽 扩展性强 灵 活快速的服务重组 与现有以太网的兼容性 方便的管理等等 3 13 1 EPONEPON 技术基础技术基础 无源光网络 PON 的概念由来已久 它具有节省光纤资源 对网络协议透 明的特点 在光接入网中扮演着越来越重要的角色 同时 以太网 Ethernet 技术经过二十年的发展 以其简便实用 价格低廉的特性 几乎 已经完全统治了局域网 并在事实上被证明是承载 IP 数据包的最佳载体 随着 IP 业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升 以太网也在通过传输速率 可管理性等方面的改进 逐渐向接入 城域甚至骨干网上渗透 而以太网与 PON 的结合 便产生了以太网无源光网络 EPON 它同时具备了以太网和 PON 的优点 正成为光接入网领域中的热门技术 3 23 2 技术的发展技术的发展 2000 年 11 月 IEEE 成立了 802 3EFM Ethernet in the First Mile 研 究组 业界有 21 个网络设备制造商发起成立了 EFMA 实现 Gb s 以太网点到多 点的光传送方案 所以又称 GEPONhernet PON EFM 标准 IEEE908 3ah EPON 就是一种新兴的宽带接入技术 它通过一个单一的光纤接入系统 实 现数据 语音及视频的综合业务接入 并具有良好的经济性 业内人士普遍认 为 FTTH 是宽带接入的最终方式 而 EPON 也将成为一种主流宽带接入技术 由于 EPON 网络结构的特点 宽带用户的特殊优越性 以及与计算机网络天然的 有机结合 是的全世界的专家都一致认为 无源光网络是实现 三网合一 和 解决信息高速公路 最后一公里 的最佳传输媒介 EPON 采用单纤波分复用技 术 下行 1490nm 上行 1310nm 仅需一根主干光纤和一个 OLT 传输距离可 达 20 公里 在 ONU 侧通过光分路器分送给最多 32 个用户 因此可大大降低 OLT 和主干光纤的成本压力 3 33 3 EPONEPON 技术原理技术原理 EPON 基于 IEEE802 3 2005 标准 是以太网技术与无源光网络 PON 的结 合 是运行于点对多点环境下的千兆以太网 EPON 定义了专门的 PMD 子层 光 接口 多点 MAC 控制协议 MPCP 协议 有专门的 OAM EPON 的 MAC 层与以太 宽带光纤接入系统的研究与探讨 10 网相同 并对对 RS PCS PMA 子层做了少量扩展 EPON IEEE802 3 定义了以太网的两种基本操作模式 第一种模式采用载波 侦听多址接入 冲突检测 CSMA CD 协议而应用在共享媒体上 第二种模式为 各个站点采用全双工的点到点的链路通过交换机连接到一起 相应的 以太网 MAC 可以工作于这两种模式之一 CSMA CD 模式或全双工模式 EPON 媒质的性质是共享媒质和点到点网络的结合 在下行方向 拥有共享 媒质的连接性 而在上行方向其行为特性就如同点到点网络 3 3 1 EPON 下行数据传输方式 EPON 下行采用 TDM 广播方式传输 802 3MAC 帧 由于采用广播方式 需要 通过加密解决数据安全问题 EPON 采用三重搅动 Triple Churning 方式提 高数据安全性 EPON 下行方向 OLT 发出的以太网数据经过一个 1 N 的无源光分路器或 几级分路器传送到每一个 ONU N 的典型取值在 4 64 之间 由可用的光功率预 算所限制 这种行为特征与共享媒质网络相同 在下行方向 因为以太网具有 广播特性 与 EPON 结构匹配 OLT 广播数据包 目的 ONU 有选择的提取 EPON 下行数据传输方式 3 3 2 EPON 上行数据传输方式 EPON 上行采用 TDMA 方式传输 802 3MAC 帧 EPON 上行方向 由于无源光合路器的方向特性 任何一个 ONU 发出的数据 包只能到达 OLT 而不能到达其他的 ONU EPON 在上行方向上的行为特点与点 到点网络相同 但是 不同于一个真正的点到点网络 在 EPON 中 所有的 ONU 都属于同一个冲突域 来自不同的 ONU 的数据包如果同时传输依然可以能会 冲突 因此在上行方向 EPON 需要采用 TDMA 方式传输来避免数据冲突 宽带光纤接入系统的研究与探讨 11 EPON 上行数据传输方式 3 43 4 EPONEPON 技术特点技术特点 EPON 的传送能力 1000BASE PX10 以太网速率 1Gb s 对称 线路速率 1 25Gb s 8B 10B 编码 10km 至少 1 16 功率预算上行 5 23dB 下行 5 21dB 1000BASE PX20 以太网速率 1Gb s 对称 线路速率 1 25Gb s 8B 10B 编码 20km 至少 1 16 功率预算 10 26 dB 目前主流设备可实现在 ONU 侧通过光分路器分送给最多 32 个用户 EPON 的工作波长 单纤双向 上行 1260 1360nm 常用 1310nm 下行 1480 1500nm 常用 1490nm 下行 CATV 1550 1560nm 3 53 5 EPONEPON 的优势的优势 EPON 主要基于 IEEE802 3ah 标准 与传统点到点以太网主要不同之处在于 采用点到多点通信方式 其下行方向工作于 TDM 方式 数据流以变长以太帧方 式广播到 ONU 每个 ONU 根据以太帧的 MAC 地址 决定取舍 上行方向工作于 TDMA 方式 来自不同时隙的 ONU 数据流汇聚到公共光纤设施和 OLT 此外 传 统以太网工作于连续光传输模式 在收发两个方向都是连续的比特流 因此收 端的定时和判决容易实现 而 EPON 的上行比特流是轮流发送的突发数据包 OLT 的接收定时恢复 判决门限设置 测距和延时补偿比较复杂 从 EPON 的结构上看 其关键优点是极大地简化了传统的多层重叠网结构 主要特点有 消除了ATM和SDH层 从而降低了初始成本和运行成本 下行业务速率可达 1Gbit s 允许支持更多用户和更高带宽 硬件简单 无须室外电子设备 使安装部署工作得以简化 可以大量采用以太网技术成熟的芯片 实现较简单 成本低 宽带光纤接入系统的研究与探讨 12 改进了电路的灵活指配和业务的提供和重配置能力 提供了多层安全机制 诸如 VLAN 闭合用户群和支持 VPN等 IEEE802 3ah规范的EPON技术的上下行波长是 1310nm和1490nm 上下行 速率均为1 25Gbit s 传输距离是 10 20km 分路比是32 16 主要业务是 数据和语音 增加一个 1550nm电视广播波长后 成为语音 数据和电视三合 一的所谓三重业务捆绑服务 对于传送单一以太网业务而言 EPON是一种 很好的解决方案 目前 EPON技术已经成熟 产业链也在进一步成熟 形成了良性的市场 竞争格局 设备成本进一步下降 已达到规模商用水平 宽带光纤接入系统的研究与探讨 13 第四章第四章 GPONGPON 技术技术 GPON最早由FSAN组织于2002年9月提出 ITU T在此基础上于 2003年3月 完成了ITU T G 984 1 和G 984 2的制定 2004年2 月和6月完成了G 984 3 的标准化 从而最终形成了 GPON的标准族 4 14 1 GPONGPON 技术基础技术基础 GPON技术起源于1995年开始逐渐形成的 ATMPON技术标准 PON是英文 无源光网络 的缩写 而GPON Gigabit Capable Passive Optical Network 最早由FSAN组织于2002年9月提出 ITU T在此基础上于 2003年3 月完成了ITU T G 984 1 和G 984 2的制定 2004年2月和6月完成了G 984 3 的标准化 从而最终形成了 GPON的标准族 基于GPON技术的设备基本结构与已有的 PON类似 也是由 局端的 OLT 光线路终端 用户端的ONT ONU 光网络终端或称作 光网络单元 连 接前两种设备由单模 光纤 SM fiber 和无源分光器 Splitter 组成的 ODN 光分配网络 以及网管系统组成 4 24 2 GPONGPON 工作原理工作原理 基于GPON技术的设备基本结构与已有的 PON类似 也是由局端的 OLT 光 线路终端 用户端的ONT ONU 光网络终端或称作光网络单元 连接前两种 设备由单模光纤 SM fiber 和无源分光器 Splitter 组成的 ODN 光分配网 络 以及网管系统组成 4 2 1 GPON 下行数据传输方式 GPON的下行帧长为固定的 125us 下行为广播方式 所有的 ONU都能收 到相同的数据 但是通过 ONU ID来区分不同的 ONU的数据 ONU 通过过滤来 接收属于自己的数据 宽带光纤接入系统的研究与探讨 14 GPON 下行数据传输方式 4 2 2 GPON 上行数据传输方式 GPON的上行是通过 TDMA 时分复用 的方式传输数据 上行链路被分成 不同的时隙 根据下行帧的 upstream bandwidth map字段来给每个 ONU分配 上行时隙 GPON 上行数据传输方式 宽带光纤接入系统的研究与探讨 15 4 2 3 GPON 的基本特性 GPON采用125 s定长的帧结构 每秒 8千帧 GEM GPON Encapsulation Method 是GPON技术优势的集中体现 它 直接采用了GFP的技术 ITU T G 7041 GPON支持不对称线路速率 下行2 488Gbit s 上行1 244 Gbit s 4 34 3 GPONGPON 的优势的优势 1 前所未有的高带宽 GPON速率高达2 5Gbps 能提供足够大的带宽以 满足未来网络日益增长的对高带宽的需求 同时非对称特性更能适应宽带数 据业务市场 2 QoS 保证的全业务接入 GPON 能够同时承载 ATM信元和 或GEM帧 有很好的提供服务等级 支持 QoS保证和全业务接入的能力 目前 ATM承载 话音 PDH Ethernet等多业务的技术已经非常成熟 使用GEM承载各种用户 业务的技术也得到大家的一致认可 已经开始广泛应用和发展 3 很好地支持TDM 业务 TDM 业务映射到 GEM 帧中 由于GPON TC 帧 帧长为125 s 能够直接支持 TDM业务 TDM 业务也可映射到 ATM 信元中 也能提供有QoS保证的实时传输 4 简单 高效的适配 封装 采用GEM 对多业务流实现简单 高效的适 配封装 在APON中 所有的多业务流 话音 数据业务流 都必需进行协议转 化 映射到ATM 信元 中传输 众所周知 5 字节的ATM 头相对于48 字节 的数据来说 会带来超过10 的带宽损失 特别对于长分组的 数据包来说 其 打包过程复杂 效率非常低 而在 EPON 中 虽然直接承载 以太网帧 实现过 程简单 但仅考虑8B 10B的线路编码就已经有 20 的带宽浪费 加上对以太网 帧的封装和开销 EPON 带宽利用率比GPON 低30 左右 同时 在传输TDM 业务时 需要将其通过协议转化映射到 以太网帧中 目前对此技术还没有规 定统一的标准 GPON的GEM提供了一种灵活的帧结构 封装 支持定长和不定 长帧的封装 对多种业务实现通用映射 不需要进行协议转换 实现过程简单 开 销小 协议封装效率最高可达 94 实现了带宽资源的充分利用 5 强大OAM能力 针对以太网系统在网路管理和性能监测的不足 GPON从消费者需求和 运营商运行维护管理的角度 提供了3种OAM通道 嵌入 的OAM通道 PLOAM和OMCI 它们承担不同 OAM任务 形成C M Plane 控制 管理平面 平面中的不同信息对各自的 OAM功能进行管理 GPON 还继承了 G 983中规定的OAM相关要求 具有丰富的业务管理和 电信级的网络监测能力 6 技术相对复杂 设备成本较高 GPON承载有QoS保障的多业务和强大 的OAM能力等优势很大程度上是以技术和设备的复杂性为代价换来的 从而 使得相关设备成本较高 但随着 GPON技术的发展和大规模应用 GPON 设备 的成本可能会有相应地下降 宽带光纤接入系统的研究与探讨 16 4 44 4 GPONGPON 和和 EPONEPON 技术比较技术比较 4 4 1 其共同的特点如下 高接入带宽 GPON下行速率高达 2 5Gbit s 上行速率高达 1 25Gbit s EPON采用上下行各 1 25Gbit s的速率 可以满足现在和未来各 种宽带业务的需要 节省光纤资源 点到多点 P2MP 的树状广播形网络拓扑结构 从局端的 一芯光纤 最后可以分支到 32 64个终端ONU设备 极大节省了馈线段的光纤 资源 特别是对于地域广阔的地区 或者原有光纤资源有限的运营商 采用 PON技术组网可以大大提高光纤资源的使用效率 设备运维 管理成本低 PON光纤接入技术 只有局端 OLT 和用户侧设 备 ONU 为有源设备 其中间的光分布网络采用稳定性高 体积小巧 成本低 的无源分光器 无需提供电源 空调等机房设备 也不占用机房空间 只需安 装在光交接箱或光缆配线架的适当位置即可 易于维护 4 4 2 其不同的特点如下 相对EPON技术 GPON更注重对多业务的支持能力 TDM IP CATV 上联 业务接口及下联用户接口更为丰富 10GE GE FE STM 1 E1 POTS 可 提供FTTH FTTB FTTO FTTC LAN DSLAM 的多种接入方式 同时GPON具有 源模式TDM 支持能力 能够支持传统 TDME1业务 可提供移动基站互联 PBX接入以及大客户 E1专线接入 同时能够提供时钟同步以及电信级 QoS保证 使 得电信运营商在采用新的宽带接入技术的同时不放弃原有的利润来源 而 EPON的TDM支持采用电路仿真实现 其QoS以及时钟同步方面不如 GPON 对传 统业务支持起来有困难 可靠性也不是很好 相对于EPON GPON的标准更加完善 管理层的互通定义 使得OLT厂商的 网络管理系统具有对其他厂商的 ONU进行正常的认证 配置管理 故障管理 性能管理 安全管理等完善的 OAM功能 另外 除传统的语音 数据业务外 GPON标准中还定义了第 3波长 在 OLT上接入数字电视 IPTV的电视信号 在不影响电信业务的情况下 可以传 送到末端的ONU设备 并支持RF电接口接入到用户有线电视分配网 从而提供 三网合一的业务 当前 EPON技术比较成熟 芯片设计难度比较低 产业链比GPON较成熟 EPON可以用以太网协议支持所有的 IP网络 和现在的设备有很好的兼容性 在数据业务里 EPON有独特的优点 GPON相对EPON出现得比较晚 它的芯片成 本相对来讲还是比较高的 但随着 GPON设备量产后 成本会下降到与 EPON 相当的水平 甚至当用户需求带宽超出 30M后 GPON成本优势突出 从应用场 景看 EPON比较适合部署中小规模 FTTx 如个人用户 GPON适合于部署大规模 FTTx 如对技术要求高的企业用户 从长远来看 我国的发展趋势可能从宽 带点到点以太网光纤系统和 EPON开始 最终过渡到 GPON阶段 宽带光纤接入系统的研究与探讨 17 4 54 5 GPONGPON 市场前景市场前景 从世界各国推广 FTTH的经验来看 政府的政策导向对 FTTH具有重大影响 这 已在FTTH发展最快的日本 韩国和美国得到证实 日本的 e Japan和u Japan计划 韩国的e Valley工程 美国FCC的 松绑 等 对它们国家 FTTH的 推动力都是巨大的 日本继2004年12月推出 u Japan政策 2006年1月制定 IT新改革战 略 后 于2006年6月又特别针对宽带网络的建设 提出 新一代宽带战略 2010 规划 另外 日本的开放竞争政策也促使更多的运营商加入到光纤接 入市场中来 同样 在美国 光纤接入网的发展普及也是与政府的积极扶持分 不开的 美国政府出台的免除 非绑定 义务的政策促进了光纤接入网的发 展 2004年 美国政府表示将大力推进宽带的进展 呼吁制定更好的国家宽 带策略 并将宽带普遍接入列为 2007年的目标 韩国政府制定了 2005年在所 有中心城市建立光纤通信网的计划 该国信息通信部计划到2007年为1000 万个家庭提供家庭网络设施和服务 欧盟有 15个成员国为了实行国家宽带 发展计划 以市场导向为目标 提高使用率并刺激市场需求 2005年出台的 电子欧洲 行动计划意在推动宽带普及 从区域发展的角度来看 受经济迅猛发展的影响以及日本 FTTH的带动 亚太地区将是全球发展最快的地区 同时也将成为全球最大的 FTTH市场 据 有关部门预计 2013年亚太地区与光纤接入技术有关的资本支出为 120亿美 元 占全球总投资的 52 8 预计到2011年底 亚洲的FTTH用户数将增长到 5900万户 占全球用户数的近 70 目前 我国在FTTH的发展方面还处于启动 阶段 不论是主流电信运营商 还是新兴接入提供商 对FTTH还没有进入真 正的实施阶段 但事物是有两面性的 正因为现在的相对落后 反而预留出 今后更为广阔的发展空间 未来 4 5年 以GPON技术为代表的中国 FTTH的发 展将迎来崭新的市场机遇 全球各地的电信运营商正在将无源光网络 PON 作为一种提升高速宽带 技术应用和一种长期基础设施的选择 相比现有的 DSL系统 PON可以让这些 电信商能以更低的运营成本来提供更高的带宽 同时地理覆盖范围也更大 有关专家认为 由于PON接入系统具有无源性 它的最大优点是在本地交换局 和用户之间无需任何有源器件 因此 它具有不受带宽限制 速度快 安装简 便和成本较低的优势 将会成为未来很有竞争力的接入系统 GPON技术作为一种点到多点宽带接入技术 吸取了之前很多类似技术成 功的经验和失败的教训 并且是一种由电信运营商主导制定的 ITU技术标准 在 技术出现之初 就拥有了很多其他接入技术所没有的优势 如果在今后的一 两年内 世界主要运营商和厂商能够持续地积极介入和参与 GPON技术的市 场前景是非常光明的 对于未来 GPON能否在FTTx的接入市场上大显身手 我们拭目以待 宽带光纤接入系统的研究与探讨 18 第五章第五章 宽带光纤接入宽带光纤接入 FTTHFTTH 技术和发展趋势技术和发展趋势 光纤通信是近代科学发展的一个重要标志 光缆具有体积小 重量轻 容量大 不受电磁波干扰等优点 近些年来 光缆在长途通信中 中继线路 中逐步取代了电缆 光纤入户 到桌面已不是梦想 通信史已进入光进铜退 阶段 目前 宽带接入网络技术分为有线宽带接入和无线宽带接入网技术 有线宽带接入网技术主要有铜线接入 光纤接入和基于有线电视网的混合光 纤同轴电缆接入 其中光纤接入网又称为光纤环路 它是在交换局中设置 光路终端 OLT 在用户侧安装光网络单元 ONU 光线路终端和光网络 单元之间用光纤连接 光网络单元可以用多种方式连接用户 一个光网络单 元可以连接多个用户 光纤接入网 0AN 从技术上可分为有源光网络 AON 和无源光网络 PON 两类 AON又可分为基于 SDH 的AON和基于PDH的AON PON可分为基于 ATM的 P0N APON 及基于以太网的 PON EP0N 根据光纤深入用户的程度 可分为 FTTH Fiber To The Home 光纤入户 FTTB Fiber To The Building 光 纤到大楼 FTTC Fiber To The Curb 光纤到路边 FTTSA Fiber To The Service Area 光纤到服务区等 5 15 1 FTTHFTTH FTTH Fiber To The Home 顾名思义就是一根光纤直接到家庭 具体 说 FTTH是指将光网络单元 ONU 安装在住家用户或企业用户处 是光接入 系列中除FTTD 光纤到桌面 外最靠近用户的光接入网应用类型 FTTH的显 著技术特点是不但提供更大的带宽 而且增强了网络对数据格式 速率 波 长和协议的透明性 放宽了对环境条件和供电等要求 简化了维护和安装 FTTH的传输层分为三类 分別是 Duplex 双纤双向 回路 Simplex 单纤双向 回路和 Triplex 单纤三向 回路 其中双纤回路是 在OLT端和ONU端之间使用两路光纤 一路为下行 信号由 OLT端到ONU端 另一路为上行 信号由 ONU端到OLT端 Simplex单纤回路又称为 Bidirectional 简称BIDI 这种方案只使用一条光纤连接 OLT端和ONU端 并利用WDM方式 用不同波长的光信号分別传送上行和下行信号 这种利用 WDM方式传输的单纤回路和 Duplex双纤回路相比可减少一半的光纤使用量 降低ONU用户端的成本 但是使用单纤方式时在光收发模块上要引入分光合 光器 结构比使用双纤方式的光收发模块复杂一点 BIDI上行信号选用 1260至1360nm波段的激光传输 下行则使用 1480至1580nm波段 而在双纤 回路中则是上下行都使用 1310nm波段传送信号 FTTH有媒体转换器 MC 及无源光网络 PON 两项技术 MC主要用来 取代传统以太网络所使用的铜线 采用点对点 P2P 的网络拓扑方式 将 100Mbps的服务通过光纤传送到用户家中 PON的架构主要是将从光线路终 端 OLT 下行的光信号 通过一根光纤经由光分路器 将光信号分路传给 各光网络终端 ONU T 从而大幅减少网络机房及设备维护的成本 节省了 大量光缆等建置成本 因而成为 FTTH最新热门的技术 FTTH可以用多种技 宽带光纤接入系统的研究与探讨 19 术实现 如有源光接入的 P2P以及无源光接入的各种无源光网络 PON 技 术 其中无源光网络 PON 技术是一种点到多点的光纤接入技术 它由局 侧的OLT 光线路终端 用户侧的 ONU 光网络单元 以及 ODN 光分配网 络 组成 目前主要是 GPON和EPON 两者的标准都已基本形成 但从产品成 熟度来说 EPON已经走在前面 所以目前在全球被广泛采用 国内在EPON 系统技术上可以说走在了世界前列 特别是在同时支持宽 窄带业务方面 既可支持FE的以太网接入 提供 CATV业务 也可以支持普通电话 POTS 和IP电话 5 1 1 有源光接入的 P2P 的 FTTH P2P是一种点对点光纤连接的以太网传送技术 它也采用WDM技术实现 双向通信 与 EPON比较 它具有技术实现简单 价格便宜及少用户量接入容 易的特点 P2P FTTH网络在局端交换机和用户端设备之间 通过 WDM方式将上下行 波长在一根光纤上传输 每个用户只需一根光纤 上行采用1310nm波长 下行采用1550nm波长 通过使用光纤传输 将以太网从局端直接延伸到用户 桌面 在提供高带宽 经济的接入方式的同时 免除了传统以太网接入方式 中楼道交换机供电 维护的困难 避免了因为开通率低造成的投资回收困难 并且开通灵活 安全性高 在 P2P解决方案中 用户可以真正独享 100M带宽 轻松支持可视电话 视频点播 远程医疗 远程教育等高宽带业务 在支持 高速数据应用的同时 可以提供 E1接口和POTS接口 使原本需要独立布线 的多种业务通过一根光纤全部解决 5 1 2 基于 EPON 的 FTTH EPON采用点到多点结构和无源光纤传输方式 下行速率目前可达到 10Gb s 上行以突发的以太网包方式发送数据流 另外 EPON也提供一定 的运行维护和管理 OAM 功能 EPON技术和现有的设备具有很好的兼容性 新发展的服务质量 QoS 技术使以太网对语音 数据和图像业务的支持成 为可能 这些技术包括全双工支持 优先级和虚拟局域网 VLAN EPON在局端设备和 ODN光耦合器之间采用 1根光纤进行连接 经过光耦 合器分路后最多连接 32个用户 上行采用 1310nm波长 下行采用 1490nm波 长 OLT的PON口所出的光纤通过合波器将 1550nm模拟或数字 CATV光信号合 波到光纤上 经光耦合器分路后 连接 ONU ONU将1550nm CATV信号分离出 来 经光电转换 还原成为普通电视机可以接收的射频信号 ONU还将OLT 发来的数据信号经过处理 发到用户接口 用户接口可以提供FE和TDM接口 以适应用户宽带接入的业务需求 并兼容现有运营商TDM业务的需求 EPON采用在一根光纤上以 WDM技术实现点对多点双向通信 具有格式透明 价格便宜等特点 顺应了下一代网络 IP化的发展趋势 考虑到未来的 三 网合一 将会以IP为核心协议 因此多数专家认为 EPON是未来实现 FTTH的 最佳解决方案 宽带光纤接入系统的研究与探讨 20 5 1 3 基于 GPON 的 FTTH GPON是ITU T在A BPON之后推出的最新的光接入技术 2001年 FSAN启 动了另外一项标准工作 旨在规范工作速率高于 1Gb s的PON网络 GPON GPON除了支持更高的速率 还要以很高的效率支持多种业务 提供丰富的 OAM P功能和良好的扩展性 GPON的特点主要有 1 支持全业务 2 覆盖距离至少 20km 3 支持同一种协议下的多种速率 4 提供OAM P功能 5 针对PON下行流量的广播特点 提供协议层的安全保护机制 GPON标准针对不同的服务 提供最有效率的传输速率 同时兼顾OAM P 功能以及升级能力 GPON不但提供高带宽 而且支持各种接入业务 特别是 在数据及TDM传输时 支持原有格式 无须转换 GPON采用全新的传输汇聚 层协议 通用成帧协议 GFP 实现多种业务码流的封装 同时保持了 G 983中与PON协议没有直接关系的许多功能 如 OAM DBA等 GPON传输网络可以是任何类型 如 SONET SDH和ITU T G 709 ONT 用户信号可以是分组的 如 IP PPP或Ethernet MAC 持续的 或者其它类 型 而GFP则对不同业务提供通用 高效 简单封装 经由同步网络传输 对于最靠近用户的接入层来说 GPON具有前所未有的高比特率 高带宽 而其非对称特性更能适应未来的 FTTH宽带市场 因为使用标准的 8kHz帧 所以GPON能够直接支持 TDM业务 GPON传输网络支持对称和非对称的线路速 率 5 25 2 FTTHFTTH 发展发展 将光纤直接接至用户家 其带宽 波长和传输技术种类都没有限制 适 于引入各种新业务 是最理想的业务透明网络 是接入网发展的最终方式 虽然现在移动通信发展速度惊人 但因其带宽有限 终端体积不可能太大 显示屏幕受限等因素 人们依然追求性能相对占优的固定终端 也就是希望 实现光纤到户 光纤到户的魅力在于它具有极大的带宽 它是解决从互联 网主干网到用户桌面的 最后一公里 瓶颈现象的最佳方案 随着技术的更新换代 光纤到户的成本大大降低 不久可降到与DSL 和HFC 网相当 这使 FTTH 的实用化成为可能 在我国 光纤到户也是势在 必行 光纤到户的实验网也已经在武汉 成都等城市开展 预计在2012年 前后 在我国从沿海到内地 从东到西将兴起光纤到户建设的高潮 可以说 光纤到户是光纤通信的一个亮点 伴随着相应技术的成熟与实用化 成本进 一步降低到家庭能承受的水平 FTTH 的大趋势是不可阻挡的 宽带光纤接入系统的研究与探讨 21 第六章第六章 FTTHFTTH 应用案例应用案例 6 16 1 PONPON 应用模式探讨应用模式探讨 1 PON DSL 的方案 PON DSL 的方案 将 DSLAM 尽量靠近用户 克服 xDSL 接入距离和带 宽的限制 并采用 PON 设备将下移的 DSLAM 汇聚 该方案保护已有铜线投资 实 现从铜线到 FTTH 的过渡 是当前 PON 应用和发展的主要定位 2 移动网络基站互联 移动基站互联 需要 PON 设备支持 TDME1 业务 支持源模式 TDM 传输 的 GPON 技术 其传输质量可以与 SDH MSTP 相媲美 可以直接利用 GPONONU 设备的 E1 端口连接基站 此外还可以通过 GPONONU 的 GE FE 端口为邻近驻 地客户提供以太网数据接入业务 通过同轴有线电视口提供模拟有线电视节 目 3 采用 GPON 设备互联移动基站 与传统的 SDH MST