基于GPON的光纤到户的设计方案.doc

基于GPON的光纤到户的设计方案第1章 绪论宽带接入是指用户需要通过一定的通信基础网络支持实现用户和Internet的高速连接。由于种种原因，从通信基础网络到用户端“最后一公里”成为宽带接入的“瓶颈”。目前，实现主要有以下几种方式：xDSL、Cable Modem、吉比特以太网、无线接入技术、光纤接入技术。1.1 PON的国内外发展历史及现状最早的PON系统主要是用于解决多个窄带接入网（数字用户环路）远端设备的互联，传送n64kbit/s的语音时隙。但由于价格和业务保护方面均无法与环形拓扑的数字用户环路设备抗衡，因此成为失败的技术。20世纪90年代，随着ATM/B-ISDN的兴起，宽带第一次成为电信技术发展的重要方向，而带宽潜力巨大的光纤技术也成为信息传输技术的宠儿。因此，在1995年全球7个重要的运营商成立了全业务接入网组织（FSAN），致力于光纤接入网的标准和应用的推进工作。在FSAN和ITU-T的共同努力下，第一个关于PON系统的国际标准基于无源光网络（PON）的宽带光接入系统（ITU-T G.983.1）于1998年发布，该标准一般也被称为BPON标准1。BPON在当时的技术环境下采用了以ATM为内核的设计思路，且限于当时器件水平和价格的因素，PON设备的成本还比较高、光纤接入网的外部配套条件也不成熟，因此BPON仅在北美地区的电信运营商中有一定规模的部署，并未在全球获得广泛的应用。随着ATM技术的衰落和互联网IP技术的迅速兴起，继BPON之后，业界希望开发一种新型的PON系统，取代过时的BPON技术。在这个背景下，IEEE和ITU-T相继在2000年和2001年启动了EPON和GPON的标准化工作，并分别于2004年发布了完成的标准，为今天EPON和GPON在现网中的大量应用奠定了基础2。1.2 本论文的研究内容本论文总共有五个章节，围绕“基于GPON的光纤到户方案设计”而进行调研，查阅资料，将理论知识与实践相结合写了这篇论文。第1章描述了PON技术的历史和发展现状，简要介绍了APON、BPON、EPON和GPON的由来和发展趋势。第2章介绍了APON、BPON、EPON和GPON，并对几种PON技术进行比较。重点描述了GPON技术的概念，特点及其关键技术等。第3章介绍了GPON技术的ONT，OLT，ODN设备的功能结构，以及一些通信公司的GPON设备，和GPON的组网模式。第4章以某一小区为例介绍了基于GPON的光纤到户的方案设计。第5章总结了GPON是能够实现小区三网融合方案和FTTH建设，能够为小区用户提供足够的带宽用于宽带业务，并且展望从GPON到10G GPON的平滑过渡， 网络演进必须考虑的问题是二者的共存。第2章 GPON技术概述2.1 几种PON技术的比较从第1章讨论的PON技术的发展历史来看，主要的PON技术有以下几种：APON是ATM PON的简称。ATM是一种基于信元的传输协议，近年来，被越来越广泛地应用于接入网以提供视频广播、远程教学、以及数据通信等多种业务。ATM技术能为接入网提供动态的带宽分配，从而更适合宽带数据业务的需要。可以运行在多种物理层技术上，xDSL技术和PON技术均可为ATM的运行提供物理平台。APON在2001年改名为BPON。BPON最初被称为ATM宽带无源光网络（APON），是由FSAN委员会确定，被用于ATM第二层信号传输协议的最初的PON规范。采用APON这个术语导致用户相信只有ATM服务可以被提供给终端用户，因此，FSAN决定将上述术语扩展为宽带PON（BPON）。BPON系统提供包括以太网连接和图像传输在内的多种宽带服务。BPON基于ATM协议，上下行速度分别为155和622Mbps。随着需求与发展，相继出现了EPON和GPON。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，利用PON的拓扑结构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：低成本；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。GPON（Gigabit-Capable PON）技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化。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3。APON的最高速率155Mbps，二层采用的是ATM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题，未能取得市场上的成功。EPON由于其将以太网技术与PON技术完美结合，成了非常合适IP业务的带宽接入技术，已得到一定程度的商用。但是EPON系统无支持TDM业务的机制，如需要支持必定要增加外部适配设备，所以预计EPON系统在绝对系统成本和每比特成本这两方面都将相对较高。GPON应是当今市场上最先进的PON协议，能够支持高速率、多业务，并且有最丰富的OAM&P特点。GPON将是PON的重要发展方向，但业务的需求仍然是决定GPON技术应用的首要因素。从目前情况看，在接入网中提供G比特业务还找不到明确的市场定位，目前的大量接入需求仍然是IP业务。另外一方面，目前提供GPON设备的厂家和部署GPON网络的运营商都较少，且GPON的成本要高于EPON，产品的成熟性也逊于EPON。但总的来说，无论在技术体制还是市场应用方面，GPON仍然有继续发展完善的必要性和可行性。对于中国的运营商而言，在部署GPON的进程中，采用从低速到高速，从IP业务接入到综合业务接入的策略将是切实可行的选择4。2.2 GPON的概念及特点2.2.1 GPON的定义 GPON技术起源于1995年开始逐渐形成的ATM PON技术标准，PON是英文“Passive optical network”的缩写。而GPON（Gigabit-Capable PON）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的标准化。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5。2.2.2 GPON的主要特点 1. 前所未有的高带宽GPON速率高达2.5 Gbps，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C/M Plane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125s，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. 强大的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。它们承担不同的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。2.3 GPON的关键技术2.3.1 GPON的技术标准及系统结构 1. 技术标准对于其他的PON标准而言，GPON标准提供了前所未有的高带宽，下行速率高达2.5Gbit/s，其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。提供QoS的全业务保障，同时承载ATM信元或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。承载GEM帧时，可以将TDM业务映射到GEM帧中，使用标准的8kHz（125s）帧能够直接支持TDM业务。作为电信级的技术标准，GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。 在GPON标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务（Ethernet业务，包括IP业务和MPEG视频流）、PSTN业务（POTS，ISDN业务）、专用线（T1，E1，DS3，E3和ATM业务）和视频业务（数字视频）。GPON中的多业务映射到ATM信元或GEM帧中进行传送，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证6。2. GPON的系统结构同所有PON系统一样，GPON由ONT、OLT和无源光分配网组成。OLT为接入网提供网络侧与核心网之间的接口，通过ODN与各ONT连接。 作为PON系统的核心功能设备，OLT具有集中带宽分配、控制各ONT、实时监控、运行维护管理PON系统的功能。ONT为接入网提供用户侧的接口，提供话音、数据、视频等多业务流与ODN的接入，受OLT集中控制。系统支持的分支比为1:16/32/64，随着光收发模块的发展演进，支持的分支比将达到1:128。在同一根光纤上，GPON可使用波分复用（WDM）技术实现信号的双向传输。根据实际需要，还可以在传统的树型拓扑的基础上采用相应的PON保护结构来提高网络的生存性。3. 数据传输过程在下行方向，GPON是一个点到多点的网络。OLT以广播方式将由数据包组成的帧经由无源光分路器发送到各个ONT。每个ONT收到全部的数据流，然后根据ONT的媒质接入控制（MAC）地址取出特定的数据包，如图2.1所示7。1n21用户1ONT#12nn2121用户2ONT#2OLT1Nnn21用户nONT#n1N1N1N图2.1 GPON下行数据流在上行方向，多个ONT共享干线信道容量和信道资源。由于无源光合路器的方向属性，从ONT来的数据帧只能到达OLT，而不能到达其他ONT。从这一点上来说，上行方向的GPON网络就如同一个点到点的网络。然而，不同于其他的点到点网络，来自不同ONT的数据帧可能会发生数据冲突。因此，在上行方向ONT需要一些仲裁机制来避免数据冲突和公平的分配信道资源。一般GPON系统的上行接入采用TDMA方式，将不同ONT的数据帧插入到不同的时隙发送至OLT，如图2.2所示7。11用户1ONT#122用户2n21OLTONT#21Nnn用户nONT#n图2.2 GPON上行数据流2.3.2 GEM封装技术1. GEM功能从帧结构封装的角度讲，GEM和其他数据封装方式类似。然而，GEM是嵌入在PON内部的，与OLT端的SNIs及UNIs类型无关。也就是说，GEM封装功能在GPON内部终结，GPON以外的系统无法看到。如图2.3所示8。OLT相互独立相互独立GEMUNIONTSNIPON section图2.3 嵌入式GEMGEM帧结构如图2.4所示，由GEM帧头和净负荷域两部分组成。GEM帧由PLI（净负荷长度指示）、PortID（端口ID）、PTI（净负荷类型指示）和HEC（头差错校验）组成。PLI指示是头部后面的净负荷域的长度为L字节，长度为12bit，最多指示到4095字节，所以大于这个值的用户数据帧必须采用分片机制传送。12bit的PortID可以提供4096个不同的端口，用于支持多端口复用，相当于APON中的VPI。如图2.4所示。GEM HeaderPLI12bit/sPortid12bit/sPTI3bit/sHEC13bit/sGEM Payload L BytesTDM DataTDM FrameEtbernet FreamPream SFD DA SA Len/ MAC Client Data FCSblc7 1 6 6 Type2 4图2.4 GEM帧结构PLI用于指示净负荷段的内容类型和相应的处理方式，类似于在ATM应用。3bit中的最高位指示是数据帧还是GEM OAM帧，数据帧的最低位比特指示在分片机制中是否是帧的末端，次低位指示是否发生拥塞。PTI预留了一些编码。HEC为13bit，提供头部的检错和纠错功能。它是BCH（39，12，2）码和一个奇偶校验比特的组合。GEM帧头确定后，发送机将该头部和固定的0x0Xb6AB31E055进行异或运算，将头部发送出去，接收机使用同样的异或计算回复头部9。2.3.3 GPON上下行帧结构GPON系统采用固定125us周期的下行帧，以保证整个系统的定时关系。下行帧结构如图2.5所示。PCBd 净荷n PCBd 净荷n+1 PCBd n n+1 n+2GEM承载的TDM&数据片段Tp-prame=125usPCBd 净荷Psync Ident PLOAMd BIP Plend Plend US BWmap4字节 4字节 13字节 1字节 4字节 4字节 Nx8字节 下一BIP覆盖区域BIP覆盖区域图2.5 GPON下行帧结构图下行帧是由PCBd和负荷组成。PCBd是下行物理控制块，提供帧同步、定时及动态带宽分配等OAM功能。PCBd由以下字段组成：物理同步字段（Physical synchronization field）是固定的32bit样式，ONT逻辑电路用该字段来发现下行帧的起始位置，用作与OLT的同步。Ident字段的低30位包含一个超帧计数器，每个帧的Ident将会比前一个大1，当这个计数器达到它的最大值时，下一个帧计数器将重设置为0。它主要用于用户数据加密系统，也可用于提供较低速率的同步参考信号。PLOAMd字段用于传送物理层信息。BIP是比特间插奇偶校验8比特码，用作误码率监测。Plend（payload length downstream）字段规定了带宽映射和ATM部分的长度，该字段被发送两次以保证误差的健壮性。BWmap是一个8字节分配结构的标量数组，该数组的每一项代表一个特殊T-CONT的带宽映射，映射数组中的项数N在Plend字段中已经给出，它主要用于上行带宽分配。如图2.6所示，GPON系统的上行帧是由许多猝发脉冲组成，每个上行猝发最少应包含PLOu。除了负荷，它还可能包含PLOAMu、PLSu和DBRu字段。OLT通过BWmap中的Flags字段指示是否在每个分配中允许ONT发送PLOAMu、PLSu和DBRu信息。上行帧的负荷是由ATM负荷、GEM负荷和DBA负荷组成。如图2.6所示10。上行帧PLOu DBRu Payload Z ZPLOu PLOAMu PLSu DBRu Payload X DBRu Payload Y X YONT BONT A图2.6 GPON的上行帧结构上行物理层开销（PLOu）包含了用于系统同步的前导码和定界符，它允许对上行突发链路进行适当的操作。PLOAMu字段用于承载上行物理层管理信息。PLSu为功率测量序列，长度120字节，用于调整光功率。DBRu用于向OLT报告ONT的上行带宽需求，OLT根据报告进行适当的上行带宽分配。2.3.4 动态带宽分配（DBA） 动态带宽分配（DBA）技术是指通过GPON系统中各个ONT的上行使用带宽实时动态的改变来适应用户速率的各种变化，以提高系统的宽带利用率的技术。PON系统的上行接入一般采用中央控制按需分配和固定分配相结合的方式，也就是ITU-T G.983.4规定的静态带宽分配和动态带宽分配两种方式，按照业务等级进行优先级分配。对于GPON中的数据通信这种变速率业务，用静态带宽分配是不合适的，需要通过动态带宽分配使系统带宽利用率大幅度提高，即DBA技术根据ONT的突发业务的要求，通过在ONT之间动态调节带宽来提高上行带宽利用率。根据GPON的特点和G.983建议，可以知道动态带宽分配的具体要求是：业务要透明、带宽利用率尽量高、具备低抖动与时延特性、公平分配带宽、信号健壮、实时性保证不同业务的QoS等。1. 宽带类型GPON标准沿用了BPON中对QoS支持的规定。ITU-T在BPON标准G.983.4和GPON标准G.983.4中明确提出了四种有先级别的带宽。它们分别是Fixed、Assured、Non-assured和Best-effort四种类型的带宽，就是固定类型、确保类型、非确保类型和尽力而为类型的带宽。同时，GPON上行系统中带宽分配基本单元的传输容器（T-CONT）则按照其使用的带宽类型组合一共分为五种类型。基于业务等级的优先级分配方案能够在实现高效的DBA的同时为业务提供良好的QoS保障，所以，清晰地认识到各种带宽资源的特性以及理解T-CONT的使用范围对DBA有着重要意义。2. 传输容器T-CONT前面指出了GPON有四种类型的带宽，每种类型的带宽都可以支持一定的QoS要求的业务；而T-CONT通过为业务提供特定类型的带宽间接保证该业务的QoS要求。一种T-CONT能否支持某种QoS要求的业务，完全取决于该T-CONT能否提供满足该业务QoS要求的带宽。如果该T-CONT提供满足某业务QoS要求的带宽，就可以承载该业务，在五种类型的T-CONT中，type 1类型T-CONT仅提供Fixed类型的带宽；type 2类型仅提供Assured类型的带宽；type 3类型提供Assured类型和Non-assured类型的带宽；type 4类型仅提供Best-effort类型的带宽；而type 5类型是前四种类型的融合，可以提供所有类型的带宽，支持所有类型的业务。这五种T-CONT在本文中有时也被分别称为类型1、类型2、类型3、类型4和类型5的T-CONT。3. GPON实现DBA的过程根据协议，GPON的DBA过程包括以下5个步骤：用塞状态检测，将拥塞状态汇报给OLT、OLT根据提供的参数中心进行带宽分配，OLT根据更新的带宽分配信息和T-CONT类型发送授权，在DBA中实现管理信息的协商。DBA过程如图2.7所示11。拥塞状态检测拥塞状态汇报给OLTOLT提供参数进行DBAOLT发送授权DBA管理信息的协商图2.7 GPON DBA过程图根据协议规定，GPON的DBA分为两种模式：一种是ONT向OLT报告自己的状态和所需的带宽，OLT根据上报的数据对ONT进行DBA，即所谓的基于状态报告的动态带宽分配（SR-DBA，Status Reporting DBA）；另一种是ONT不需向OLT报告，OLT由自己的流量监测功能，实现自动动态的带宽分配，既非基于状态报告的动态带宽分配（NSR-DBA，Non Ststus Reporting DBA）。第3章 GPON的设备及组网模式3.1 GPON设备的功能结构3.1.1 ONT的功能结构ONT提供通往ODN的光接口，用于实现OAN的用户接入。根据ONT放置位置的不同，OAN可分为FTTH、FTTO、FTTB及FTTC。每个ONT由核心功能块、服务功能块及通用功能块组成，如图3.1所示。图3.1 ONT的功能结构ONT的核心功能块包括用户和服务复用功能、传输复用功能以及ODN接口功能。用户和服务复用功能包括装配来自各用户的信息、分配要传输给各用户的信息以及连接单个的服务接口功能；传输复用功能包括分析从ODN过来的信号并取出属于该ONT的部分以及合理地安排要发送给ODN的信息；ODN接口功能则提供一系列光物理接口功能，包括光/电和电/光转换。如果每个ONT使用不止一根光纤与ODN相连，那么就存在不止一个物理接口。ONT服务功能块提供用户端功能，它包括提供用户服务接口并将用户信息适配为64kbit/s或n64kbit/s的形式。该功能块可为一个或若干个用户服务，并能根据其物理接口提供信令转换功能。ONT通用功能模块提供供电功能及系统的运行、管理和维护（OAM）功能。供电功能包括交流变直流或直流变交流，供电方式为本地供电或远端供电，若干个ONT可共享一个电源，ONT应在用备用电源供电时也能正常工作。3.1.2 OLT的功能结构OLT提供一个与ODN相连的光接口，在OAN的网络端提供至少一个网络业务接口。它位于本地交换局或远端，为ONT所需业务提供必要的传输方式。OLT的核心功能块包括数字交叉连接、传输复用和ODN接口功能。数字交叉连接功能提供网络端与ODN端允许的连接；传输复用功能通过ODN的发送和接收通道提供必要的服务，它包括复用需要送至各ONT的信息及识别各ONT送来的信息；ODN接口功能提供光物理功能接口与ODN相关的一系列光纤相连，当与ODN相连的光纤出现故障时，OAN启动自动保护倒换功能，通过ODN保护光纤与别的ODN接口相连来恢复服务。OLT服务功能块提供服务端功能，它可支持一种或若干种不同的服务。OLT通用功能块提供供电功能和OAM功能。OLT的功能结构如图3.2所示。图3.2 OLT的功能结构3.1.3 ODN的功能结构ODN是OAN中极其重要的组成部分，它位于ONT和OLT之间。PON的ODN全部由无源器件构成，它具有无源分配功能，其基本要求：为今后提供可靠的光缆设施；易于维护；具有纵向兼容性；具有可靠的网络结构；具有很大的传输容量；有效性高。通常，ODN应为ONT到OLT的物理连接提供光传输媒质。图3.3为ODN的一般配置。图3.3 ODN的功能结构3.2 GPON的设备介绍3.2.1 华为公司的系列设备1. ONT设备（1）ONT基本功能：ONT光网络单元；依托xPON上行，提供中小规格的多业务接入网方式。如：ADSL2+、VDSL2、POTS、LAN等；方便灵活的组网应用；简便快捷的安装；高可靠性和可维护性；（2）ONT产品在网络中位置：处于网络接入层的尾端；主要用于FTTH/FTTB/DTTC应用，即OLT+SFU（Single Family Unit）、OLT+MDU/SBU（Multi Dwelling Unit/Single Business Unit）、OLT+Mini DLSAM 。如图3.4所示。图3.4 ONT设备网络图（3）华为xPON ONT系列化产品，如图3.5所示。 图3.5华为xPON ONT系列化产品2. OLT设备SmartAXMA5680T多业务接入设备是华为技术有限公司推出的EPON/GPON/P2P一体化接入产品。MA5680T提供大容量、高速率和高带宽的数据、语音和视频业务接入，可以作为EPON/GPON系统中OLT设备，和终端ONT/ONT设备配合使用；满足FTTH、FTTB、FTTC/V/N、基站回传、IP专线互联、批发等组网需求；支持P2P光接入和以太网级联等宽带接入业务，通过与光接入终端配合，为用户提供点对点的FTTx接入。产品外观，如图3.6所示。图3.6 SmartAXMA5680T多业务接入设备根据容量的不同，共有三款OLT设备，分别为MA5680T、MA5683T、MA5606T。MA5680T共有16个业务槽位，MA5683T有6个业务槽位，MA5606T有2个业务槽位，三款OLT产品均支持相同业务单板（MA5606T8PON口板及E1上行板）。3.2.2 中兴通讯的系列产品ZXA10 GPON ONT为用户端接入网关，主要用于FTTH（光纤到户）、FTTO（光纤到办公室）场景建设。ZXA10 GPON ONT包括ZXA10 F600、ZXA10 F601、ZXA10 F620、ZXA10 F612、ZXA10 F625、ZXA10 F660、ZXHN F612、ZXHN F620、ZXHN F660、ZXHN F627等系列产品，为用户提供丰富、多样化、个性化、方便、舒适、安全和高效的服务。1. 产品特性：（1）接口丰富，承载全面：提供FE、GE、POTS、E1、RF、WiFi、USB等多种接口，支持IP、VOIP、TDM、WiFi、IPTV、CATV等业务承载，满足多种应用场景，促进全业务运营。 （2）小巧美观，部署灵活：小巧的产品，漂亮的外观，多项人性化功能设计，适合于室内灵活安置，助力运营商实现经济、灵活、简便、快速部署FTTx网络，迅速开展宽带增值业务。（3）绿色节能，安全可靠：低功耗，绿色环保产品，用户接受度高，业界独家支持可内置铁锂蓄电池的电源适配器，宽电压设计和高等级防雷击保护，适应酷暑严寒等恶劣环境部署。 （4）综合管理，运维轻松：基于NetNumen U31综合网管系统实现设备即插即用，现场零配置，业务自动开通和恢复，故障自动检测和告警，业务性能监控统计，有效降低运维成本。2. 设备ZXA10 F600是一款应用于FTTH场景的GPON SFU终端。它外形美观，绿色节能，提供4个10/100Mbps接口，为用户提供高速的数据服务和优质的视频服务，通过OMCI实现远程业务发放、故障诊断和性能统计，有效降低运维成本。上联接口：GPON接口：1个，SC/PC；下联接口：以太网接口：4个，RJ45。如图3.7所示。图3.7 ZXA10 F6003.2.3 烽火通信的系列产品1. ONU设备如图3.8和图3.9所示。图3.8 AN5506-04 SFU图3.9 Gigabit Single Family/Business Unit2. OLT设备AN5516-01是一款EPON/GPON一体化接入设备，可实现EPON和GPON业务的混合接入。设备支持多种物理接口种类：10GE光接口、GE光接口、GE电接口、STM-1光接口、E1电接口、EPON/GPON光接口、干节点接口、外部时钟接口、管理接口、告警接口。设备支持机盘的热拔拓，提供完善的电源、风扇、机盘、接口的冗余保护和光线路保护倒换机制。如图3.10所示。图3.10 AN5516-013.3 GPON的组网模式3.3.1 FTTHFTTH：Fiber To The Home，在原来的FTTC结构中，将设置在路边的光网络单元换成无源光分路器，然后将光网络单元移到用户家8。ONT直接放在用户家里；中心局到用户之间全部为光连接和光传输；接入网无任何有源设备，是一个真正的透明网络；是一种真正意义上的宽带接入技术；是用户接入网的长远目标。3.3.2 FTTBFTTB：Fiber To The Budding，可以看做是FTTC的一种类型，不同之处在于将光网络单元直接放到楼内（通常为居民住宅公寓或小企业事业单位办公楼），再经多对双绞线将业务分送给各个用户。是一种点到多点结构，通常不用于点到点结构。ONT设在办公楼或居民住宅楼内的某个公共地方；用户到ONT之间（引入线）用UTP5类线（或更高等级线）连接；点到多点结构，一个ONT为多个用户提供接入；通常采用FTTB+Ethernet技术。3.3.3 FTTOFTTO（Fiber To The Office），光纤到办公室，是光纤延伸到办公室的宽带接入技术。若将FTTC结构中的ONT放置在办公室，就构成了FTTO结构。FTTO实现了全程光纤接入，主要用于大型企事业单位，业务量需求大，一般采用环型或点到点的结构。但是一般FTTO除了提供以太网接口用于宽带上网以外，还需要提供少量的E1接口。FTTO（Fiber To The Office），光纤到办公室，将光网络单元放在大企事业用户（公司、大学、研究所、政府机关等）终端设备处并能提供一定范围的灵活业务。在经济上比较容易成功，发展很快。3.3.4 FTTCFTTC：Fiber To The Curb/Cab，在FTTC结构中，光网络单元设置在路边的小孔或电线杆上的分线盒处。此时从光网络单元到各个用户之间的部分仍为双绞线铜缆。若要传送宽带图像业务，则这一部分可能会需要同轴电缆或者ADSL。主要适用于点到点或点到多点的树型分支拓扑。ONT设在交接箱处；用户到ONT之间（引入线）仍用双绞铜线连接或同轴缆；通常为点到点和点到多点结构；一个ONT可为一个或多个用户提供接入；是一种介质混合结构；通常采用FTTC+xDSL技术或FTTC+Cable Modem技术。FTTH和FTTC更适合分散的个人用户的接入，FTTB更适合单位和密集小区用户的接入。第4章 基于GPON的光纤到户的设计方案在实际的应用中针对GPON的网络设计应按照不同的需求进行，即选择具体的结构模式并实现网络构建，下面就以某个小区网络为例进行分析。本方案采用了FTTH网络，实现光纤进入每个客户端的目标，从而满足小区用户“光时速”上网的需求。4.1 小区项目概况随着网络技术和业务的发展，视频、数据等高带宽业务和应用日益丰富。随着三网融合业务的进一步发展，今后主要的宽带业务将包括高清/标清电视、视频通信、网络游戏、高速上网及IP话音业务。各类业务的上下行带宽需求如表4.1所示9。 表4.1 各类业务带宽需求业务类型上行带宽下行带宽高速率用户需求中低速率用户需求高清电视610Mb/s50kb/s1路下行带宽20 Mb/s上行带宽512kb/s4Mb/s1路高清电视或1-2路标清电视下行带宽812Mb/s上行带宽512kb/s4Mb/s标清电视23Mb/s50kb/s2路网络电视256kb/s1Mb/s256kb/s1Mb/s视频通信256kb/s2Mb/s256kb/s2Mb/sIP话音100kb/s100kb/s2路2路高速上网26Mb/s512kb/s1Mb/s从表4.1中可以看出，家庭用户宽带需求主要为高速上网、IP话音、视频通信、网络游戏、VOD等，通常情况下下行带宽需求高于上行带宽，下行带宽将在1016Mb/s左右，所以，传统的宽带接入技术很难保证用户的高带宽需求。现有某新建小区由10栋30层住宅楼组成，每层8户，共计2400户，需为该小区内用户提供语音、宽带、有线电视等业务。4.2 解决方案4.2.1 FTTH组网方案针对项目特点，并考虑到今后扩容、升级等因素，对该小区采用GPON光纤到户（FTTH）的整体解决方案，如图4.1所示10。SoftswitchInternetIPTVNGNIP Network网管BRASLAN switchOLT合波器CATV光分路器PhoneCATVONUPCSTBIPTV图4.1 FTTH组网方案4.2.2 基于GPON的FTTH设计方案1. 总体设计方案设计思路如图4.2所示。30楼29楼28楼27楼26楼25楼24楼23楼22楼21楼20楼19楼18楼17楼16楼15楼14楼13楼12楼11楼10楼9楼8楼7楼6楼5楼4楼3楼2楼1楼用户家1栋1#27层72芯分配箱1:64光分路器按50%的配置率来算，每层楼配置4个ONT 主干光缆 配线光缆 皮线光缆盘纤熔1#21层72芯分配箱1:64光分路器盘纤熔光交接箱小区机房软件机房IP域域网华为OLTMA5680T光交接箱1#15层72芯分配箱1:64光分路器ODF盘纤熔BRAS1#9层72芯分配箱其中9栋都按照1栋的配置方式进行配置（N的范围为110）1:64光分路器盘纤熔N栋1#3层72芯分配箱1:64光分路器盘纤熔图4.2 小区总体设计方案根据OLT规划原则可知，由于小区用户数2400户大于600户，所需PON口数量大于12，因此将OLT设备放置在小区机房内，OLT上联软件机房宽带接入服务器；OLTONT之间采用一级分光方式，由于小区机房位于小区中心位置，故光缆距离最长为5km，满足PON系统光缆长度控制在20km以内的要求；本小区为光纤到户建设思路，楼内光缆和皮线光缆敷设路由需用暗管保护，皮线光缆按1户1条皮线光缆进行覆盖，总共覆盖2400户；用户端活动连接器和冷接子按总户数的50%进行配置；皮线光缆进小区用户家里，用户端设备根据开通实际情况进行配置ONT（1FE、4FE、4FE+2POTS）等型号12。2. ODN设计方案本设计方案根据成本情况考虑了分光器采用1:32和1:64组网的两种设计方案，按100%的ONT配置可知，本小区如果采用1:64分光器，则共需40个，可提供2560个PON口；采用1:32分光器共需80个，可提供2560个PON口，由此可见，采用1:64分光器组网比采用1:32分光器组网能减少了建设成本。采用1:32的分光比，单用户可用下行带宽为72Mbps；采用1:64的分光比，单用户可用带宽为36Mbps，可见采用1:64的分光比组网既可满足高速率用户20M网络带宽的需求，又可降低工程造价。因此本小区采用1:64分光器组网。（1）ODN的设计方案如下：光交主干侧光缆的接入：从通信机房ODF布放1条48芯光缆至小区交接箱，光交容量为720芯；光分配箱的主干侧光缆接入：光分配箱为72芯，分别设置于每栋楼的3、9、15、21、27层，1:64分光器安装于光分配箱内，从小区的光交布放12芯光缆分别至每个光分配箱，每个光分配箱覆盖共6层楼的所有用户；入户光缆的敷设：从光分配箱采用2芯皮线光缆，通过开发商预埋的暗管入户，接入用户多媒体信息盒内的光纤信息面板13。（2）主设备选择根据OLT分区规划，该区域配置的OLT设备为华为的OLT设备MA5680T，ONT采用华为的HG850。现分别作简要介绍：华为MA5680T是一款大容量、高密度的GPON局端设备，提供大容量、高速率、高带宽的语音、数据、视频业务综合接入，如图3.3所示。其主要性能特点如下：T比特光接入平台，交换容量400G，每槽位带宽均达10GE，上行410GE，支持32KMAC地址；GPON、EPON、P2P共平台设计，业务板卡可混插组网、统一网管；新OLT架构：流量汇聚，分布处理，业务板统一处理业务，消除性能瓶颈；主控板、电源板、上联板卡等关键板件双备份；灵活QinQ，2KQinQ/PON口，VLANTranslation（1:1，N:1）；4-8PON口/板，16个业务槽位，单框最大支持128个PON口14。华为HG865设备能够提供4个10/100/1000BASE-T接口、2个VOIP接口，可支持OAM/OMCI管理。（3）传输损耗计算ODN光通道损耗所允许的衰减定义为SR和RS参考点之间的光损耗，OLT的传输距离应通过ODN光通道损耗核算以及OLT、ONT设备的功率预算，采用最坏值法核算15。ODN光通道损耗=光分路器插入损耗+光活动连接器插入损耗数量+光纤衰耗系数传输距离+光缆线路富余度，其相关参数取定为：1:64分光器插入损耗最大值为19.5dB；光活动连接器插入损耗为0.7dB/个（G.652单模光纤1310nm波长）；光纤衰减系数为0.22dB/km（G.652单模光纤1310nm波长）；采用1:64分光比时，光缆线路富余度取值为1.5dB。 从OLT到ODN采用G.625单模光纤，损耗0.25dB/km，在FTTH方案中，采用皮线光缆入户，由于该距离比较短，可以不予考虑皮线光纤的插入损耗。目前一盘光缆长度大约为23km，故该方案最多需要3个接头。所以该链路最大损耗为：ODN光通道损耗=19.5+0.73+0.225+1.5=24.228dB由此可知，该方案符合行业规定要求。（4）业务提供由图4.1可知，OLT向上提供城域网的接口，向下提供连接PON的接口，具有网络分配、带宽接入和网络安全等功能。GPON系统可以同时传输ATM帧与GEM帧，ATM信元承载数字有线电视的MPEG数据包，将数字电视业务的MPEG数据包映射到ATM信元中，因此数字电视业务可以在GPON系统中传输。此外GEM帧结构以数据原有的格式，可以同时承载以太网、PSTN等TDM业务，从而实现了语言、视频及数据的“三重播放”，为三网合一提供扩展空间。ONT设备放在用户家中，实现光纤到户及业务的高速接入。ONT的下行接口包括以太网接口、有线电视射频接口及POTS语音接口，可为不同的用户提供不同的业务。在本设计方案中，ONT直接受OLT管理，是整个网络具有易控、易管的特点。（5）业务宽带需求如表4.2所示，为覆盖50%小区用户业务实际需求测算网络带宽。表4.2 小区用户实际需求带宽预测用户数（户）业务需求业务带宽（M）市场占有率同时在线率需求带宽小计（M）1200视频点播350%40%7201200普通上网250%30%3601200话音0.250%85%102合计带宽1182 小区视频点播、上网、话音三种业务在假设市场占有率为50%，同时在线率分别为40%、30%、85%的条件下进行预测，合计需要带宽1182Mbit/s，而GPON能提供上行1244Mbit/s、下行2488Mbit/s的线路速率，由此可见GPON接入能满足小区用户对带宽的需求16。35第5章 总结与展望随着现代信息技术发展，广播电视网、电信业务网、计算机网的融合已成为必然趋势。通过三网融合，不仅可实现资源互联与共享，还可直接减少不必要的重复建设和资源浪费，产生较大的经济效益。但是传统的接入网技术已不能满足这样的需求，作为PON技术两大标准之一的GPON技术，是基于ITU-TG.984.x标准的新一代宽带无源光网络接入技术，具有高带宽、高效率、长距离传输、易维护、稳定性高等特点，是一种能真正支持语音、数据和视频的全业务接入技术。随着GPON产业链的日益成熟，核心元器件价格的不断下降，GPON必然成为接入网建设的主流技术。GPON技术与其它末端接入技术的结合，也为接入网的融合提供了解决方案，而FTTH无疑是未来接入网三网融合的最佳方案16。本论文着重研究一种较新的接入技术GPON技术，首先从理论上阐述了其发展趋势、标准、技术设备等方面；其次通过分析GPON组网模式、FTTH建设可行性、EPON和GPON技术对比，以一个小区为案例，根据小区业务需求，提出了基于GPON技术的FTTH小区组网方案，并对FTTH组网设计、小区GPONFTTH的总体设计、ODN建设方案、光分路器的选择等方面进行研究和设计；最后通过对GPON设备类型研究和典型宽带业