GPON技術(shù)在接入網(wǎng)中的應(yīng)用探討

摘 要 GPON技術(shù)具有高帶寬、高效率、廣范圍、豐富的用戶接口等諸多優(yōu)點，被絕大部分運營商當(dāng)作最具前途的理想技術(shù)。本文論述了GPON系統(tǒng)的組成、特點、工作原理、GPON 在FTTn 中的應(yīng)用模式及GPON 組網(wǎng)方案，為進(jìn)一步研究GPON技術(shù)在接入網(wǎng)中的應(yīng)用提供了相關(guān)依據(jù)。

關(guān)鍵詞 GPON 接入網(wǎng) 無源光網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號:TN929文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

一、 GPON系統(tǒng)組成

同所有PON系統(tǒng)一樣，GPON系統(tǒng)主要由ODN(光分配網(wǎng)絡(luò))、OLT(光線路終端)、ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)構(gòu)成，其中ODN由光纖線路與光分路器等組成。OLT通過ONU與ODN連接，提供核心網(wǎng)域網(wǎng)絡(luò)側(cè)之間的接口。作為PON系統(tǒng)的核心功能設(shè)備，OLT控制各ONU集中帶寬分配、并對系統(tǒng)進(jìn)行實時監(jiān)控，且對PON系統(tǒng)進(jìn)行運行維護(hù)管理 。受OLT的集中控制的ONU，可以方便地提供用戶側(cè)的接口，提供ODN接入與語音、視頻等多業(yè)務(wù)流。通過GE光口經(jīng)ODN上聯(lián)至OLT。在同一根光纖上實現(xiàn)信號雙向傳輸是GPON使用波分復(fù)用技術(shù)的一大特點。在樹型拓?fù)涞幕A(chǔ)上采用PON保護(hù)結(jié)構(gòu)來提供網(wǎng)絡(luò)的生存性，可以在更大程度上滿足對接入技術(shù)的實際需求。

二、GPON系統(tǒng)特點

(一)較高的帶寬。

最高速率已高達(dá)2.5Gb/s的GPON，可以更好地提供滿足用戶需求的足夠大的帶寬，以滿足網(wǎng)絡(luò)日益增長的對高帶寬的需要，并且GPON的非對稱性也能較好地適應(yīng)寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場。

(二)很好地支持TDM業(yè)務(wù)。

將TDM業(yè)務(wù)映射到GEM幀中，使用標(biāo)準(zhǔn)的8kHz幀可以支持TDM業(yè)務(wù)。由TDM業(yè)務(wù)映射到ATM信元提供的有QoS保證的實時傳輸，使得GPON在這一方面具有更大的優(yōu)勢。

(三)高可靠性。

由于沒有任何有源設(shè)備的光分配網(wǎng)中，只有物理介質(zhì)特性很穩(wěn)定的無緣分光器與光纖，避免了干擾，使得網(wǎng)絡(luò)具有高的可靠性。

(四)強大的OAM能力。

針對以太網(wǎng)系統(tǒng)在性能檢測與網(wǎng)絡(luò)管理中的不足，GPON為用戶與運營商提供了三種OAM通道，分別是嵌入的OAM通道、OMCI與PLOAM。不同的OAM任務(wù)由這三者分別承擔(dān)，從而形成了C/M Plane(控制/管理平面)，對各自的OAM功能的管理由平面中的不同信息進(jìn)行。GPON還具有豐富的電信級的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測與業(yè)務(wù)管理能力。

(五)支持遠(yuǎn)距離接入。

針對FTTB開發(fā)的GPON系統(tǒng)，其OLT到ONU的最遠(yuǎn)距離可達(dá)到60km以上。

(六)高效的適配封裝技術(shù)。

GPON系統(tǒng)中的GEM可以提供一種的幀結(jié)構(gòu)封裝，靈活地支持不定長與定長測封裝，不需要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而能對多種業(yè)務(wù)實現(xiàn)通用映射，方便地實現(xiàn)開銷小、過程簡單等功能，協(xié)議封裝效率高達(dá)97%，并實現(xiàn)了帶寬資源的有效利用。

(七)QoS保證的全業(yè)務(wù)接入。

能夠同時承載GEM幀與ATM信元GPON系統(tǒng)，有著良好的提供服務(wù)等級與支持QoS保證的能力。當(dāng)今，由ATM承載的PDH、Ethernet與話音等業(yè)務(wù)技術(shù)已經(jīng)很成熟;而使用GEM承載各種用戶業(yè)務(wù)的技術(shù)也得到了業(yè)界的廣泛認(rèn)可，并得以應(yīng)用與發(fā)展。

(八)單纖接入技術(shù)。

要想滿足用戶的接入需求，只需使用單根光纖即可，因此能大量節(jié)省運營商在接入層饋線段的光纖資源。

三、GPON的工作原理

GPON采用一點到多點，無源光纖傳輸方式的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由無源光分路器將OLT的光信號分到ONU。由連接到一個或多個ODN的OLT，向上可以提供廣域網(wǎng)接口，向下可以對ODN提供2.488Bb/s的光接口，具有運行維護(hù)管理無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實時監(jiān)控，控制光分配網(wǎng)絡(luò)，集中帶寬分配的功能。

ODN為ONU與OLT提供光傳輸手段，它的功能是集中上行數(shù)據(jù)與分發(fā)下行數(shù)據(jù)。ONU可以為接入網(wǎng)提供用戶側(cè)的接口，提供數(shù)據(jù)、話音、視頻等多業(yè)務(wù)流與ODN的接入，其對O D N 的光接口速率有1.244Gb/s，2.48sGb/s，155 Mb / S 和622MbzS4種選擇，受OLT 的集中控制。通過波分復(fù)用覆蓋技術(shù)，在同一根光纖上，GPON可以便捷地實現(xiàn)數(shù)據(jù)流的全雙工傳輸功能。如果加上保護(hù)環(huán)，可以在提供通道與業(yè)務(wù)保護(hù)的情況下，對ONU提供保護(hù)。這種結(jié)構(gòu)主要有環(huán)型、樹型或總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

從層結(jié)構(gòu)的意義層面上講，GPON系統(tǒng)被分為傳輸匯聚層和物理位置相關(guān)層。而相對PMD層，GPON的傳輸網(wǎng)絡(luò)可以是ITU一T和SDH/SONET的G609;它的用戶信號也可分為多種類型，可以是持續(xù)的比特數(shù)據(jù)，也可以是基于分組的如Ethernet或IP/PPP的MAC 幀。可以在上面?zhèn)魉蚑DM業(yè)務(wù)是由于GPON系統(tǒng)的線路速率是8kHz的倍數(shù)，故GPON可以很好地支持語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。非對稱和對稱的線路速率在GPON傳輸網(wǎng)絡(luò)中也可以得到很好的支持。

采用廣播式發(fā)送的GPON系統(tǒng)下行與采取TDMA方式的上行配合使用。OLT可以統(tǒng)一控制上行數(shù)據(jù)的傳輸工作。各ONU按OLT分配的時隙傳輸用戶數(shù)據(jù)，各ONU產(chǎn)生的上行數(shù)據(jù)處理中，不會發(fā)生沖突 ，這是因為不同的ONU所用的時隙不同而產(chǎn)生的結(jié)果，OLT發(fā)出的時隙分配幀決定著允許ONU發(fā)送數(shù)據(jù)的時隙，根據(jù)在自己的時隙中插入上行數(shù)據(jù)，ONU實現(xiàn)了多個ONU之間共享上行信道帶寬。在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，G984.1規(guī)定GPON的最大物理距離與最大邏輯距離是分別是20km和60km。由GPON系統(tǒng)提供的物理覆蓋至少是20km，而ADSL為6km。另外GPON支持的ODN等級有ClassA/B/C，即可支持高達(dá)1:128 的分光比，可提供更多的用戶接入。為擺脫APON的設(shè)計規(guī)范，GPON引入一個全新的傳輸匯聚層的架構(gòu)。在有關(guān)建議中，Tc層可以分成為Tc適配子層和Tc成幀子層。GEM適配和ATM適配是TC成幀子層的兩種適配方式。G983系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范由GEM適配沿用，ATM幀承載著業(yè)務(wù);而源于ITU-T的G6041標(biāo)準(zhǔn)中定義的GEM適配，可以承載如基于分組的IP 用Ethernet和PP，或是基于恒定比特的業(yè)務(wù)等高層協(xié)議。在有關(guān)建議中，G983.4的思路QoS和動態(tài)帶寬得到了分配沿用，參照參數(shù)檢測擁塞狀態(tài)，對劃分的五種不同的業(yè)務(wù)設(shè)置不同的參數(shù)，進(jìn)行帶寬的分配，并對ONU授權(quán)。在傳統(tǒng)的加密控制、DBA技術(shù)基礎(chǔ)上，JTU一T在Tc層又重新定義了一些功率控制、前向糾錯功能等。

四、 GPON在FTTn中的應(yīng)用模式

(一)FTTB 應(yīng)用模式。

使用光纖替換用戶之前使用的銅線電纜，是寬帶光接入網(wǎng)的典型應(yīng)用類型的基本特征，ONU部署在傳統(tǒng)的分線盒，ONU下采用其他介質(zhì)接入用戶。在FTTB系統(tǒng)中，為用戶業(yè)務(wù)提供收斂與分發(fā)作用的OLT被放置在端局，采用光纖接口的上聯(lián)網(wǎng)絡(luò)側(cè)，在終結(jié)光信號的ONU設(shè)備連接著光纖網(wǎng)絡(luò)，銅線或五類線接口則是由用戶側(cè)提供。可以通過區(qū)域集中供電或是本地供電為FTTB網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在ONU點處解決供電問題。

由于FTTB網(wǎng)絡(luò)中，ONU數(shù)量較多是由于ONU布設(shè)到DP，因此單個ONU接入的用戶數(shù)量并不是很多，因此在選擇光纖傳輸技術(shù)時，應(yīng)著重選擇能夠節(jié)省光纖資源、支持較多ONU數(shù)量的傳輸技術(shù)。GPON是比較好的技術(shù)選擇。具體的應(yīng)用模式又有如下幾種:

1、FTTB+xDSL

具體實現(xiàn)是將光纖端接點分布在樓層或樓道，小型DSLAM設(shè)備網(wǎng)絡(luò)側(cè)采用GPON上聯(lián)口，用戶側(cè)提供xDS L接口通過雙絞線入戶。這種方式的特點是，利用了現(xiàn)有的雙絞線資源，并采用相關(guān)成熟的VDSL技術(shù)，這種方式可以充分利用現(xiàn)有的線路投資，減少了技術(shù)投資。并且可以提供中小容量的DSL MDU，提供一體化機(jī)柜以適應(yīng)室外惡劣工作環(huán)境。

2、FTTB+LAN

將光纖端接點分布在樓層或樓道的應(yīng)用模式，ONU提供多個以太網(wǎng)接口，并完成光信號的終結(jié)。這種模式的技術(shù)實現(xiàn)需要保證ONU到用戶的線路距離不能過長，這是由于以太網(wǎng)五類線具有的距離限制原因。

(二)FTTH 應(yīng)用模式。

利用光纖傳輸媒質(zhì)連接家庭住宅和通信局端的接入方式，光纖到家庭用戶這種應(yīng)用模式引入了光纖由單個用戶獨享。在構(gòu)成的物流網(wǎng)絡(luò)上，在ONU與OLT之間采用全程光纖的接入方式，F(xiàn)TTH應(yīng)用模式將ONU光節(jié)點部署到用戶家中，在這樣的應(yīng)用環(huán)境下，ONU被稱為ONT，技術(shù)模式會直接提供UNI接口連接居民家庭網(wǎng)絡(luò)。

在FTTH應(yīng)用模式網(wǎng)絡(luò)中，無論是何種居住環(huán)境，ONU都可以直接置于用戶家中，在主要由光纖和光分路器構(gòu)成的GPON系統(tǒng)中，ONU和OLT之間主要采用無源的光分配網(wǎng)絡(luò)，OLT可放置于遠(yuǎn)端的機(jī)房，也可放置于小區(qū)機(jī)房，具體可依據(jù)實際應(yīng)用條件而定。供電問題在FTTB網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在ONU點同樣需要解決。

提供了高速接入的數(shù)據(jù)接口的OLT和ONU側(cè)，對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)具備天然的接入。而用戶寬帶上網(wǎng)接入是由ONU以太網(wǎng)接口提供，根據(jù)現(xiàn)階段使用的寬帶實際，可以由BRAS來完成用戶認(rèn)證與管理，通過這樣的方式，保持與用戶管理方式的一致性 。采用合適的QoS策略，可以對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行準(zhǔn)確的接入，不同的QoS保證是由不同的業(yè)務(wù)提供的，這樣可以為不同的業(yè)務(wù)提供不同的業(yè)務(wù)和帶寬。

對于FTTH應(yīng)用模式，在社區(qū)信息化場合使用比較適合。隨著技術(shù)的飛速發(fā)展，及目前比較普及的社會信息化的普及，多數(shù)社區(qū)均已采用ADSL接入技術(shù)，隨著高帶寬業(yè)務(wù)引入家庭的逐步實施，傳統(tǒng)社區(qū)的網(wǎng)絡(luò)接入正面臨著改造。GPON 光接入平臺立足高帶寬接入，根據(jù)居住環(huán)境的消費承受能力，分層次提供FTTH技術(shù)模式。接入業(yè)務(wù)提供系列化ONU/ONT 終端，使家庭用戶各種業(yè)務(wù)接入需求得以滿足。

五、GPON 組網(wǎng)方案

(一)星型方式。

當(dāng)ONU與OLT之間按點到點的方式進(jìn)行技術(shù)配置，且ONU是直接經(jīng)專用光鏈路與OLT相連的，中間并沒有光分路器，此時這種結(jié)構(gòu)就構(gòu)成星形方式。這種配置方式傳輸距離遠(yuǎn)大于點到多點配置，不會存在光分路引入的損耗問題。

(二)樹形方式。

作為點到多點配置結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)利用了一系列級聯(lián)的分配點對信號進(jìn)行分路使用，可以傳給多個用戶，同時也需要靠這些分配點將上行信號結(jié)合在一起，再送給OLT進(jìn)行處理。

(三)總線方式。

總線方式也是點到多點配置的結(jié)構(gòu)應(yīng)用。這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中分配點到ONU仍然是星型結(jié)構(gòu)，且實際上是分配點和OLT的拓?fù)洹＿@種結(jié)構(gòu)利用了一系列串聯(lián)的分配點以便從總線向ONU分配由OLT發(fā)送的信號，同時又可以將ONU發(fā)送的信號插入總線送回到OLT 。

六、結(jié)束語

GPON技術(shù)節(jié)約了運營商維護(hù)的成本，為現(xiàn)階段解決絕大部分FTTn的業(yè)務(wù)需求提供了極大的便利。在應(yīng)用中可以充分體現(xiàn)許多特點，這種網(wǎng)絡(luò)由于沒有任何外來有源設(shè)備的干擾，使該項技術(shù)具備了較高的可靠性。隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，設(shè)備成本會得到更大幅度的降低，GPON系統(tǒng)在接入網(wǎng)中的應(yīng)用會越來越廣泛。

(作者單位:深圳市天和通信有限公司惠州分公司)

注釋:

陳雪.無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù).北京郵電大學(xué)出版社，2006.

敖立.寬帶接入技術(shù)的最新進(jìn)展. 電信科學(xué)，2005(3).

劉東. EPON和GPON的綜合比較.電信科學(xué)，2005(6).