ＧＰＯＮ技術在本地接入網中的應用淺析

【摘要】GPON作為新一代光接入技術,在抗干擾性、帶寬特性、接入距離、維護管理等方面均具有巨大優勢。文章介紹了GPON的組成、特點,詳細描述了GPON在FTTx中的應用模式及組網方案,并結合運營經驗指出了GPON在接入應用中需要考慮的五大問題。

【關鍵詞】GPON 接入網 ONU 組網方案 FTTx

1 接入網概述

接入網經歷了窄帶和寬帶的快速發展,ADSL技術的出現解決了基于銅線的窄帶和寬帶的綜合接入問題。但ADSL存在傳輸距離短、干擾大、帶寬低、建設投資成本高等問題,其進一步發展受到很大影響。較之傳統的銅線接入,光接入有著覆蓋范圍廣、傳輸距離遠、帶寬高、安全保密性高、建設維護成本低等特點,使之成為接入網建設的新亮點。

目前已提出的替代傳統銅線接入的有FTTH、FTTB等光接入應用。無源光網絡PON技術一直被認為是光接入網技術的發展方向,而GPON則是PON技術的重要分支。

2 GPON系統組成及特點

GPON(Gigabit-Capable PON)一直被認為是光接入網中頗具前景的技術,突破了傳統的點到點解決方法的局限,是一種經濟的、面向未來多業務的用戶接入技術。它是基于ITU-T G.984.x標準的最新一代寬帶無源光綜合接入標準,具有高帶寬、高效率、大覆蓋范圍、用戶接口豐富等眾多優點,可以為用戶提供優質、可靠、安全的語音、數據、視頻三網合一業務接入。

2.1 GPON系統組成

GPON系統主要由OLT(光線路終端)、ODN(光分配網絡)、ONU(光網絡單元)組成。其中,ODN由光分路器和光纖線路等組成;OLT放置于業務接入中心節點,為接入網提供網絡側與城域網之間的接口,通過多個GE/FE接口上聯不同的業務網絡;ONU放置于小區或樓內機房,為接入網提供用戶側的接口,提供語音、數據、視頻等多業務流的接入,通過GE光口經ODN上聯至OLT。

2.2 GPON技術特點

(1)高帶寬和高傳輸效率。下行速率高達2.488Gb/s,上行為1.244Gb/s,可以滿足運營商對未來業務的接入帶寬需求;使用GEM的封裝方式時,綜合傳輸效率在93%以上。

(2)單纖接入。使用單根光纖就可以滿足用戶的接入需求,可以大量節省運營商在接入層饋線段的光纖資源。

(3)可以支持的接入距離更遠(大于20km)。針對FTTB開發的GPON系統,其OLT到ONU的最遠接入距離甚至可以達到60km以上。

(4)作為電信級的技術標準,對設備的互操作性能有詳細的要求,對各種業務類型都能提供相應的QoS保證。GPON還規定了在接入網層面上的保護機制和完整的OAM功能,光纖自動倒換時間小于50ms。

(5)位于室外的光分配網中只有物理介質特性非常穩定的光纖和無源分光器,沒有任何有源設備,使得網絡具有高可靠性。

(6)在接入網層面上提供一個統一的接入平臺,節約了運營商維護和處理故障的成本。

3 GPON在FTTx中的應用模式

3.1 FTTB應用模式

光纖到樓宇(FTTB,Fiber To The Building)是寬帶光接入網的典型應用之一,其特征是:以光纖替換用戶引入點之前的銅線電纜,ONU布設在傳統的分線盒(用戶引入點,即DP(Distribution Point,分配點)),ONU下采用其他介質(如現有的金屬線或無線)接入用戶,每個ONU支持用戶數為十多戶到一百戶左右。OLT通常放置在局端,用于用戶業務的收斂及分發,上聯網絡側采用光纖接口,通過光纖網絡連接ONU設備,在ONU處終結光信號;用戶側提供銅線或五類線接口,接口類型包括POTS、ISDN、ADSL/ADSL2+、VDSL/VDSL2、以太網等。

FTTB網絡結構在ONU點需要解決供電問題,可采用本地供電或由位于局端的遠程供電系統供電,也可以區域集中供電,目前以本地供電為主。另外,由于MDU(Multiple Dwelling Unit,多住宅單元)提供較多VoIP語音業務的接入,需要考慮備用電源解決方案。業界主流的備用電源解決方案包括:交流UPS,一次電源+蓄電池,樓道應急電等。

FTTB網絡中由于ONU布設到DP,使得ONU的數量較多,而每個ONU接入的用戶數量并不多。因此,選擇光纖傳輸技術時,應著重選擇支持較多ONU數量的、能夠節省光纖資源的傳輸技術。現在及以后一段時間內,GPON是比較好的選擇。具體采用GPON承載的FTTB應用模式有以下2種(圖1):

(1)FTTB+xDSL

具體實現是將光纖端接點分布在樓層(高層樓宇)或樓道(多層建筑),小型DSLAM設備網絡側采用GPON上聯口,用戶側提供xDSL接口通過雙絞線入戶。這種方式利用現有的雙絞線資源,采用成熟的ADSL2+、VDSL等技術,可充分利用現有的線路投資,提供中小容量的DSL MDU,并且有適合室外惡劣環境的一體化機柜。

(2)FTTB+LAN

具體實現是將光纖端接點分布在樓層(高層樓宇)或樓道(多層建筑),由ONU終結光信號,ONU提供多個以太網接口。受以太網五類線的距離限制,這種實現需要保證ONU到最終用戶的走線距離不超過100m。

3.2 FTTH應用模式

光纖到家庭用戶(FTTH,Fiber To The Home)是利用光纖傳輸媒質連接通信局端和家庭住宅的接入方式,引入光纖由單個家庭住宅獨享。在物理網絡構成上,FTTH在OLT與ONU之間采用全程光纖的接入方式,將ONU光節點布設到居民用戶家中;此時ONU稱為ONT(Optical NetworkTerminal),直接提供UNI接口連接居民家庭網絡。采用GPON技術進行光纖入戶的組網圖如圖2所示:

在FTTH網絡中,無論是別墅區還是多層小區,ONU都是置于用戶家中。在OLT和ONU之間采用無源的光分配網絡,其主要由光分路器和光纖構成。OLT可以置于遠端機房,也可以置于小區機房,具體依實際條件而定。FTTB網絡結構在ONU點需要解決供電問題,可以采用家庭220V直接供電或通過UPS供電。

語音業務采用VoIP是適合于網絡發展的選擇,實現方式有2種:ONU本身內置IAD功能或通過外置IAD來實現。

OLT和ONU側都提供了高速接入的數據接口,對于數據業務具有天然的接入,由ONU的以太網接口提供用戶的寬帶上網接入。根據現階段的寬帶應用實際,用戶認證和管理仍然可由BRAS來完成,以保持與現有用戶管理方式的一致性。數據業務的接入,主要應采用合適的QoS策略,根據不同的業務提供不同的QoS保證,從而提供不同的帶寬保證和業務質量。

FTTH模式比較適合社區信息化場合。社區信息化覆蓋目前已經比較普遍,大多數社區采用ADSL接入技術實現,隨著IPTV和高清電視等高帶寬業務引入家庭,傳統社區接入網絡面臨改造。GPON光接入平臺立足高帶寬接入,根據高檔小區、別墅小區和普通小區的消費承受能力,分層次提供一步到位的FTTH。接入業務包括語音、數字家庭、寬帶上網(可選有線和無線方式)、IPTV視頻、CATV視頻等,FTTH模式提供系列化ONU/ONT終端,滿足家庭用戶有線方式、無線方式、廣域網和局域網等各種業務接入需求。

4 GPON組網方案

4.1 星形方式

當OLT與ONU之間按點到點配置,且每一ONU直接經一專用光鏈路與OLT相連,中間沒有光分路器時就構成星形結構。由于這種配置不存在光分路引入的損耗,因此傳輸距離遠大于點到多點配置。但此種方式下光纖浪費嚴重,不能體現GPON的技術優勢,實際應用較少。

4.2 樹形方式

樹形拓撲是點到多點配置的基本結構。它利用了一系列級聯的分配點將信號傳給多路用戶,同時也靠這些分配點將上行信號結合在一起送給OLT,見圖3。分配點的分路器常為1:N型,在重要客戶接入中,可能采用2:N分光以實現主干光纖保護。在本地網應用中,考慮到復雜的光纖網絡布局,一般使用一級分光,如需多級,建議控制在三級以內。

4.3 總線方式

總線結構也是點到多點配置的基本結構。這種拓撲實際上是OLT和分配點的拓撲,分配點到ONU仍然是星形結構。該結構利用了一系列串聯的分配點以便從總線上向ONU分配OLT發送的信號,同時又能將每一ONU發送的信號插入總線送回到OLT,見圖4。該方式一般應用于監控系統,分光器有5:95、10:90、20:80多種,為1:2不等分分光。建議使用10:90分光器,實際使用以光功率計算原則為準,一般不超過7級。

5 GPON在接入應用中需要考慮的問題

5.1 建設和運營維護

GPON的實施除了考慮系統設備之外,還應該加強接入光纜、OLT、ODN的整體規劃;同時要加強前后端聯動、供電保障、IT支撐、工程建設、運行維護等各項工作,盡快將接入能力轉化為業務與服務能力。從實際情況來看,目前主要存在幾方面問題:

(1)設備開通、配置、升級繁雜;設備種類和網元數量增多,管理維護繁雜;多業務配置和業務發放涉及多個設備、多套后臺支撐系統,操作復雜。

(2)隨著光纖逐步下移,需要維護管理的遠端節點成倍增加;遠端設備走出機房,設備的運行環境較差,故障率增加;設備分布廣,故障現場處理工作量大。

這些問題,對GPON的設備開通與管理、業務發放、故障監控、網絡安全控制能力提出了很高的要求。

5.2 GPON OLT的容量設置

“大容量、少局所,網絡扁平化”的趨勢意味著OLT覆蓋的用戶數量增加,相應地,OLT設備的單板PON口數量、單板總線帶寬、上行端口容量以及系統的交換能力也需要提高。此外,未來OLT容量會越來越大,覆蓋的用戶數越來越多,對網絡可靠性的要求也越來越高。這時,對于GPON設備本身,就需要考慮對OLT設備的重要部件進行保護(如電源板、主控板、上聯板的冗余保護)。在組網保護方面,對于重要客戶或關鍵業務,OLT需提供雙上聯保護,以避免單點故障,實現可靠接入。

5.3 GPON ONU的要求

GPON遠端設備ONU在功能及性能方面,都應保證網絡和業務的需要。GPON ONU設備應支持VLAN 1:1和N:1轉換功能、跨VLAN組播復制等功能;滿足QoS部署要求,支持802.1p和基于優先級的隊列調度;根據業務發展需要提供內置語音功能。作為末端接入設備,ONU也可以根據運營商的需要支持基站承載中小商業用戶專線接入的應用場景。在ONU應用廣泛的光進銅退場景,ONU平臺架構應該支持從現有的ADSL2+到VDSL2或LAN的平滑升級,以支撐業務帶寬的平滑升級。

5.4 GPON設備的管理

引入GPON系統后,網絡管理維護面臨新的問題:接入點數量增加,業務從單一業務向多業務轉變,業務管理更加精細化,光纜網絡的維護量增加,等等。采用PON的光接入網絡規模部署后,ONU的數量非常多,對ONU的操作管理維護也非常重要。

FTTB模式下GPON ONU的管理維護,采取OMCI+SNMP聯合管理。OMCI負責GPON協議相關功能的管理;SNMP接口負責端口、協議和業務的相關功能。FTTH模式下GPON ONU的管理維護,采取OAM/OMCI+TR-069聯合管理。對于采用FTTB模式的PON OLT及ONU設備的管理和配置,可在廠家PON設備網管基礎上,通過提供北向接口方式,或由PON設備直接開放SNMP MIB庫方式,支持IP城域網網管和軟交換網管,對其進行VLAN、QoS及話音接入等業務信息的遠程配置管理。

FTTH模式的內置語音接入設備,可采用基于TR-069的ACS管理系統,或暫由PON網管系統進行管理,原則上不再為FTTH語音接入設備新建獨立的網管系統。對于FTTB的內置語音接入設備,可由不同的廠家網管系統管理各自的網元設備。對于少量新建的外置IAD設備,可考慮納入同一廠家的PON網管系統。AG設備應由軟交換網管統一管理。

5.5 綜合業務承載能力

GPON網絡建設應充分考慮滿足未來多業務統一承載的需求,具備按客戶與業務區分和差異化的承載能力,滿足語音、視頻等業務的高質量接入。接入網絡應部署基于802.1p的QoS策略,并在OLT和ONU設備部署相應的優先級隊列,具備相應的業務流分類、優先級標記、優先級隊列調度,以實現基于業務優先級的包轉發,保障不同業務的質量。

6 結束語

GPON技術在接入網層面提供一個統一的接入平臺,節約了運營商維護和處理故障的成本,可以在現階段滿足絕大部分FTTx的業務需求;在運營商FTTx的應用中可以充分體現其廣覆蓋、高帶寬、雙纖保護等特點。同時,位于室外的光分配網中只有物理介質特性非常穩定的光纖和無源分光器,沒有任何有源設備,使得網絡具有高可靠性。相信隨著設備成本的降低,GPON在接入網中的應用會越來越廣泛。

參考文獻

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[3]姚傳富. FTTX:EPON與GPON爭鋒[N]. 人民郵電報,2008-12-29.★

【作者簡介】

嚴曉華:碩士畢業于暨南大學工商管理學院,本科畢業于廣東工業大學信息工程學院,現就職于中國鐵通廣東分公司技術建設部,一直從事傳輸專業技術工作。