寬帶接入網(wǎng)10G PON技術發(fā)展及部署研究

原大偉

（中國通信建設集團設計院有限公司第四分公司 河南 鄭州 450052）

1 引言

近年來，數(shù)字經(jīng)濟的崛起與爆發(fā)使得寬帶網(wǎng)絡作為關鍵基礎設施的重要性日益凸顯，同時“寬帶中國”戰(zhàn)略的實施和“提速降費”工作的不斷深入推進，我國固定網(wǎng)絡發(fā)展取得了巨大成就，已建成領先全球的FTTH網(wǎng)絡。

2019年中國寬帶發(fā)展聯(lián)盟正式發(fā)布白皮書，系統(tǒng)梳理了10 G PON千兆網(wǎng)絡的10大商業(yè)應用場景，包括Cloud VR、智慧家庭、企業(yè)上云、在線教育和智能制造等，并提出了相關商業(yè)應用場景的市場空間、商業(yè)模式、網(wǎng)絡要求。隨著商業(yè)模式、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、網(wǎng)絡基礎3大支柱就緒，千兆網(wǎng)絡將會催生出更多的應用場景，通過探索這些商業(yè)應用場景將推動構筑更大的千兆生態(tài)系統(tǒng)平臺，將更好地促進千兆產(chǎn)業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展[1]。

PON網(wǎng)絡在網(wǎng)絡發(fā)展史上有著重要位置，由3部分組成，包括OLT、ODN和ONU。在拓撲形式的網(wǎng)絡結構中，OLT既是匯聚網(wǎng)絡業(yè)務的關鍵結構，也是分發(fā)網(wǎng)絡業(yè)務不可缺少的一環(huán)。OLT設備位于核心位置，因此可以同時對用戶端實施控制和管理ONU設備的操作，也能同時實施其他多項網(wǎng)絡管理功能。在PON網(wǎng)絡上由于接入移動回傳、中小企業(yè)專線、4 K IPTV視頻、智能家居等越來越多業(yè)務，關于業(yè)務的帶寬管理越來越精細，帶寬的需求也不斷提高。

2 PON網(wǎng)絡現(xiàn)狀分析

2.1 PON技術部署

PON即是無源光網(wǎng)絡，由3個部分組成：第1個部分是光線路終端，也就是OLT；第2個部分是光合/分路器，也就是Spliter；第3個部分是光網(wǎng)絡單元，也就是ONU，這些部分由樹形拓撲結構組成。一般來說要將OLT放置在中心局端的位置，它可以分配信道，也可以控制信道連接。還有3個功能，第1個功能是實時監(jiān)控功能，第2個功能是管理功能，第3個功能是維護功能[2]。而用戶側的是ONU，這兩者往往通過無源光合/分路器連接。所謂無源，是指在OLT（光線路終端）和ONU（光網(wǎng)絡單元）之間的ODN（光分配網(wǎng)絡）沒有任何有源電子設備。

PON使用波分復用（WDM）技術，同時處理雙向信號傳輸，上、下行信號分別用不同的波長，但在同一根光纖中傳送。OLT到ONU/ONT的方向為下行方向，反之為上行方向，上/下行方向分別采用1 310/1 490 nm。

2.2 OLT設備部署

2009年我國國內(nèi)開始進行FTTH設備的規(guī)模部署，截至目前來看，九成多的現(xiàn)網(wǎng)OLT設備市場都由華為、烽火、中興占領，其中華為主推設備是MA5680T/MA5800、烽火主推設備是AN5516-01/AN6000、中興主推設備是ZXA10 C300/C600。OLT設備PON板卡有4種不同的配置供用戶使用，第1種是EPON，第2種是GPON，第3種是10 G EPON，第4種是10 G GPON。

現(xiàn)今部署應用10 G PON各個運營商都抱十分積極的態(tài)度。這是由于10 G光模塊價格在2015年開始建設10 G PON時開始一直昂貴[3]，經(jīng)過科技的不斷發(fā)展，10 G PON ONT的價格終于回落，10 G PON ONT變得十分普遍，現(xiàn)在運營商均已開始大規(guī)模部署10 G PON設備，嚴禁新增EPON設備，GPON設備少量按需增加。10 G PON應用已成為常態(tài)，現(xiàn)有的小區(qū)網(wǎng)絡改造中普遍是應用10 G PON設備，而且現(xiàn)在小區(qū)基本都是FTTH模式覆蓋了。小區(qū)曾經(jīng)風靡一時的LAN和PON+LAN兩種網(wǎng)絡現(xiàn)今已經(jīng)不復存在，10G PON取而代之。

2.3 10 G PON技術發(fā)展

10 G PON工作原理和PON原理相同，即下行OLT采用廣播的方式將數(shù)據(jù)下發(fā)至每個ONU，上行采用時分復用（TDMA）方式向OLT傳輸數(shù)據(jù)，分為10 G EPON和10 G GPON。

10 G EPON按照速率分為兩類，分別為非對稱模式（下行速率為10 Gbit/s，上行速率為1 Gbit/s）和對稱模式（上/下行速率為10 Gbit/s）。10 G EPON最大的特點是可完美兼容現(xiàn)網(wǎng)ODN網(wǎng)絡，同時擴大了EPON的上、下行的帶寬，提高最大分路比為1:256。在傳輸距離方面也有了很大提升，在1:256的分路比下，傳輸距離可以達到20 km，而在1:128的分路比下，傳輸可以達到30 km。

10 G GPON（上下行非對稱：上行2.5 Gbps，下行10 Gbps）主要特征有：兼容性，10 G GPON的ODN系統(tǒng)可以有效利用原有GPON網(wǎng)絡中已經(jīng)布好的光纖、分光器和活接頭等設備；超強的寬帶能力[4]，10 G GPON提供的寬帶能力是GPON的4倍和EPON的10倍，能夠滿足用戶未來對大帶寬的需求；更大的分光比和更遠的距離，10 G GPON最大能夠完成1:512的分光比下20 km的傳輸距離，10 G GPON既適用于人口密集的城市，也適用于偏遠地區(qū)，可提高接入網(wǎng)的覆蓋范圍。

4 OLT設備的發(fā)展趨勢

OLT設備目前的發(fā)展朝著兩個方向進行：第1種選擇是向SDN/NFV化演進；第2種選擇是支持10 G PON板卡。SDN/NFV化之后的OLT設備實現(xiàn)了共享化、獨立化、個性化，此番演進使得OLT設備的應用場景變得多樣化，例如校園網(wǎng)、涉外賓館酒店等。SDN/NFV化之后OLT設備的業(yè)務變得更加容易管理，同時還可以多種業(yè)務共同在OLT設備上運行，還可以通過獨立的OLT設備資源共享接入的資源。作為“白盒化”的接入設備SDN/NFV化是在目前技術手段下難以實現(xiàn)的，正是因為這個原因在SDN/NFV化初期虛擬化OLT是一個必要條件，目前基本可以實現(xiàn)。而SDN/NFV化后期要實現(xiàn)通過SDN控制器進行操作控制，如今還不能成功實現(xiàn)控制和轉發(fā)分離。10 G PON板卡的支持并不難實現(xiàn)，目前只需要設備本身的支持還有廠家升級網(wǎng)管，之后再升級的主控板卡和電源就可以做到支持功能。

現(xiàn)網(wǎng)EPON和GPON升級其實并不難，現(xiàn)在EPON設備可以通過升級主控盤后變成E/GPON混插的設備，這種設備就是可以連接EPON和GPON兩種設備，只用在空槽位添加GPON線卡盤就可以實現(xiàn)這個目的了。一般來說，機框和主控盤都不用換，這些改造都是不難的，常常是只需更換ONU并升級OLT就可以實現(xiàn)了。

5 10 G PON技術現(xiàn)網(wǎng)部署及OLT演進建議

FTTH是現(xiàn)在寬帶的主要應用建設，然而早期光纖網(wǎng)絡經(jīng)過歲月的洗禮之后，現(xiàn)今不能再滿足客戶需要，可是若全部改造為10 G PON建設又由于價格高存在不可行性，而且10G PON ONT終端類型還是不夠豐富，不能滿足客戶眾多需求類型。所以可暫時采用平滑過渡策略，那就是OLT側部署10 G PON，而在終端側不采用10 G PON，轉而采用EPON/GPON終端，面對特殊需求用戶提供千兆入戶業(yè)務。

PON網(wǎng)絡當前承載了眾多業(yè)務，未來將不僅僅是VR/AR、直播、游戲、IPTV點播、寬帶等，還會出現(xiàn)更多業(yè)務。但業(yè)務過多的話可能導致單PON口會出現(xiàn)流量不穩(wěn)定的現(xiàn)象，從前的計算流量方式就不適用于業(yè)務過多的PON網(wǎng)絡，如果要提升用戶體驗，PON網(wǎng)絡部署可以考慮以下幾點來增大帶寬：（1）網(wǎng)絡流量監(jiān)測分析系統(tǒng)應用到用戶端，動態(tài)監(jiān)控業(yè)務與網(wǎng)絡所需求流量變化。（2）短時間內(nèi)，局部寬帶網(wǎng)絡擁塞時，首先確保高優(yōu)先級業(yè)務的順利進行。以上調(diào)整如果不夠還可以調(diào)整用戶PON端口分布，依舊不能滿足需求時考慮擴容升級10 G PON。

OLT設備的上聯(lián)按照OLT用戶的日常流量需求，首先采用 N×GE的方式，如果不能滿足用戶需求可以調(diào)整為N×10 GE。小容量OLT可以用在流量需求不高的地方，這樣可以為流量需求高的地方騰出道路。提高用戶帶寬的流量通量，現(xiàn)實部署中需要盡量避免OLT上聯(lián)交換機，因為數(shù)量增多會導致網(wǎng)絡時延，降低用戶的業(yè)務體驗感。

6 結語

目前看來，前一代的各類接入技術都已經(jīng)退網(wǎng)，接入技術幾乎全部已經(jīng)統(tǒng)一為PON技術，這時處于PON技術核心位置的OLT設備的戰(zhàn)略部署和演進策略如何計劃實施，對于未來寬帶接入網(wǎng)的發(fā)展方向有著很大的影響作用。運營商寬帶網(wǎng)絡光纖化全部改造后，1 000 M接入業(yè)務成為家家戶戶都可以實現(xiàn)的業(yè)務，而且在未來還會有更多新技術與業(yè)務產(chǎn)生和發(fā)展，新的發(fā)展也是新的挑戰(zhàn)，PON網(wǎng)絡在戰(zhàn)勝挑戰(zhàn)之后會迎來更高帶寬承載的要求。

高速寬帶網(wǎng)絡是信息基礎建設的重要組成部分，有序推進我國新一代信息基礎設施建設，強化信息基礎設施和下游互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的互動發(fā)展，是我國網(wǎng)絡強國戰(zhàn)略成功的關鍵。作為與第五代移動通信網(wǎng)絡（5 G）平行的通信網(wǎng)絡，以10 G PON技術為代表的第五代固定寬帶網(wǎng)絡（F5 G）具有全光連接、超高帶寬、超低時延等關鍵特性，是我國新型基礎設施的重要組成部分，也是支撐萬物互聯(lián)時代我國網(wǎng)絡強國建設的重要一翼[5]。