GPON技術在網絡改造中的應用與實現

王海東 齊琳琳

摘要：廣電行業其獨有的同軸電纜接入模式已經無法滿足用戶對百兆以上大帶寬網絡的需求。近年來GPON的全光接入模式越來越多的受到運營商和用戶的信賴，廣電行業的接入網也面臨著再次升級改造。在探索新技術的先進性的同時，兼顧到資金投入的經濟性，尋找一套可以指導工程建設的光纖到戶的網絡改造方案。

關鍵詞：GPON、接入網、GEM

近年來，中國互聯網技術在騰飛，各種網絡應用進入了我們的生活：4K超高清視頻、抖音現場直播、微信視頻聊天等。其改變了人們生活的同時，也提高了人們對網絡傳輸速度、質量上的要求。在光接入網中，PON無源光網絡）作為業界的翹楚，打破了傳統的PtoP的接入模式，采用點到多點的接入方式，其中GPON最具有優勢。

一、GPON的發展

自2002年FSAN聯盟提出了第一個GPON解決方案后，ITU-T開始對其進行標準化工作。在2003年通過了G.9841.1：規范了系統總體特性和G.984.2：規范了系統的物理媒質層及上下行帶寬。2004年通過了G.9841.3：規范了傳輸匯聚子層、測距、DBA等功能和G.9841.4提出了OMCI管理接口框架。[1]

二、性能參數

在商用的模式中，GPON技術使用的分光比大多采用1：64，也就是在OLT的一個PON口下面最多可以承載64個ONU設備。實現上線1.244Gb/s，下行2.488Gb/s，同時還可以為為用戶提供多種傳輸速率選擇。在考慮OLT的發射光功率成本與ODN半徑長度的情況下，最大支持20km的物理傳輸距離。與EPON的編碼形式有所不同，GPON采用了更加緊湊的編發方式，非歸零編碼。這種不適用0電平的二進制編碼，使傳輸的信息密度更高。以1.244Gb/s上行帶寬為例，GPON的上行可用帶寬為1090Mb/s。而在技術標準中的1：128的分光比，只在理想狀態下才可以實現。

三、關鍵技術

1、GEM幀

GEM是一種全新的幀結構，是GPON技術上獨有的傳輸協議。同時GPON還可以承載ATM幀業務。

由凈荷（Payload）和幀頭部組成GEM幀。其中凈荷是用來封裝用戶數據的，可變長度4-4095字節。具有控制作用的幀頭部有5字節組成：凈荷長度標識PLI、端口標識Port ID、凈荷類型標識PTI、枕頭部錯誤校驗碼HEC組成。

2、動態帶寬分配-DBA

基于狀態匯報技術（SR）的動態帶寬分配（DBA）很好的解決上行線路不發生擁塞的問題，同時還保證了業務的公平性和服務保證（QoS）。在網絡傳輸中，不同類型的業務被裝進特定的容器中（T-CONT）。通過DBA算法給不同的T-CONT分配對應的帶寬等級。DBA帶寬優先級如下圖：

3、測距技術

GPON的下行是采用廣播的形式，而上行是采用時分復用的形式。如何安排不同的ONU到對應的時隙中，不發生搶奪時隙的情況呢？測距技術就可以解決這個問題。通過測距技術和時間補償技術實現不同距離的ONU在邏輯層面上是相同距離的。[2]

四、基于GPON技術的廣電入戶方案與實現

目前，廣電行業還是以同軸電纜為主要的接入模式，已經無法滿足需求。廣電行業的下次網絡改造必須是以光纖到戶為前提。暫時來看，相當于新建一張寬帶回傳網。可是隨著4K超高清電視頻道的普及，現有的QAM調制的方式沒有能力傳輸100-200套4K節目的時候，再去改造IPTV網，就為時已晚。GPON為無源光網絡，降低了對環境和供電的需求，也提升了網絡帶寬和網絡穩定性，減少安裝和維護的工作量，是廣電接入網絡的不二之選。

4.1實際應用基本要求

1、OLT的覆蓋范圍：在城區范圍內，根據各自機房的部署情況，將覆蓋半徑控制在5KM以內。OLT應部署在匯聚機房，這樣網絡結構清晰、維護界面明確，尤其是在網絡建設初期，便于業務就近接入。

2、改造區域的選擇。優先選擇明裝樓房和有管道井的高層樓房。具有便利施工的優勢。

3、ODN網絡的規劃。結合原有園區的HFC光纖分配網與園區樓宇的分布情況、用戶分配情況。按覆蓋用戶數量50%做接入設計。按1：64的分光比進行ODN規劃。

4、ONU的安裝。如明裝樓房，在外墻打空作業，選擇便于日后維修的位置。如暗裝樓房，應將ONU安裝在用戶多媒體箱內。ONU的安裝位是附近應具備220V交流電源。

5、帶寬分配原則。應該針對不同的客戶群體差異化區分帶寬;保證不同用戶的基本可用帶寬;高優先級業務的帶寬應享受固定帶寬;對每個GPON接口下的帶寬規劃時要做出一定的冗余量，避免帶寬溢出造成流量削峰。

4.2GPON改造存在的問題

1、GPON改造后，大多用戶會從50M升級到200M、300M的接入帶寬。對出口帶寬，對各級網絡設備都會增大承載的壓力。為了向用戶提供高性能的、穩定的互聯網服務，勢必要重建一張具有更大容量的承載網 [3]。

2、目前的無線接入發展迅速，各運營商的5G網絡已經如火如荼的建筑，面臨著對光纖到戶業務的取而代之的風險。

五、結束語

筆者認為，目前GPON技術在高帶寬、支持TDM業務、可伸縮性強、強大的OAM能力等優勢。隨著人們生活水平的進一步提高，對更高帶寬的需求也會很快到來。因此，在做GPON網絡改造的時候，要考慮網絡對10GPON的兼容性。雖然目前10GPON的成本還是很高，但隨著技術的發展，成本問題是會解決的。廣電要避免再次重復改網的浪費。

參考文獻：

[1]黃天柏，基于GPON技術的小區光接入網FTTH的實現，蒙古大學，2018

[2]魏東興，基于GPON技術的小區寬帶接入網設計，大連理工大學，2015

[3]丁德輝，GPON技術的FTTH接入網方案設計與應用，中國有線電視，2008（06）