PON在寬帶接入網中的應用設計探討
訊石光通訊網
2012/2/2 9:49:54
行業(yè)重組使競爭在全業(yè)務范圍內展開，全業(yè)務時代的“融合”不僅僅是業(yè)務的融合，更是滲透到業(yè)務提供的各個層面，包括產業(yè)鏈上事業(yè)單元(行業(yè)融合)、運營商的通信網絡(網絡融合)、用戶體驗的通信服務(業(yè)務融合)以及用戶端的業(yè)務載體(終端融合)。業(yè)務融合是滿足市場用戶需求，運營商提供差異化服務的重要手段；網絡融合是全業(yè)務背景下運營商網絡發(fā)展的終極目標，是支撐綜合業(yè)務最根本的網絡基礎。業(yè)務融合、網絡融合是運營商的關注重點。
寬帶業(yè)務是綜合業(yè)務競爭的核心，基于寬帶的數(shù)據(jù)增值業(yè)務是運營商提供差異化服務、創(chuàng)造新的業(yè)務增長點的重要舉措。運營商的客戶資源與網絡資源決定著其業(yè)務能力，移動運營商的優(yōu)勢在于其無線網絡的廣覆蓋、移動業(yè)務的成熟以及個人用戶的規(guī)模化，而在滿足集團客戶需求和開發(fā)家庭用戶市場方面處于相對弱勢。固網運營商的優(yōu)勢在于其集團客戶、家庭客戶資源，以及網絡上“最后一公里”的固定寬帶接入網絡，而在無線網絡的儲備以及個人移動業(yè)務上處于相對弱勢。
因此，各大運營商專注于網絡面臨轉型，必須打造面向綜合業(yè)務的寬帶接入網以適應業(yè)務多樣化，提升企業(yè)在行業(yè)中的競爭力。這意味著接入業(yè)務的類型和帶寬容量都將發(fā)生巨大的變化，接入網采用的技術標準、設備類型、接入方式和網絡構架也將發(fā)生深刻變化。本文重點分析PON技術在寬帶接入網中的應用設計策略。
2 PON技術的發(fā)展趨勢
無源光網絡PON技術是全業(yè)務運營時期寬帶接入的主流技術，建設以PON為主的光纖接入網是必然選擇。
(1)PON技術的特點
無源光網絡PON(Passive Optical Network)是實現(xiàn)FTTx光纖接入的主要技術，提供點到多點的光纖接入。由局側的OLT(光線路終端)、用戶側的ONU(光網絡單元)以及ODN(光分配網絡)組成。一般其下行采用TDM廣播方式、上行采用TDMA(時分多址接入)方式，組成點到多點樹形拓撲結構。PON作為光接入技術，其最大的亮點即是“無源”，ODN中不含有任何有源電子器件及電子電源，全部由光分路器(Splitter)等無源器件組成，管理維護運營成本較低，有較高的應用前景。
(2)PON接入網在城域網中的位置
因為在固網網絡基礎上的差異，運營商在選擇PON的建設模式上產生了差異，這一差異除了體現(xiàn)在網絡模式上，還體現(xiàn)在運營商的寬帶發(fā)展策略上。傳統(tǒng)固網運營商實施PON建設，是改造接入網，為各類客戶提供寬帶業(yè)務服務；中國移動則是在拿到了全業(yè)務營業(yè)牌照之后，利用PON網絡建設爭奪商業(yè)利潤更高的企業(yè)大客戶。
中國移動全業(yè)務城域傳送網包括城域傳送網、城域數(shù)據(jù)網和以PON技術為主的寬帶接入網，具體參見圖1。
(3)PON的技術制式選擇
無源光網絡PON技術可分為用于窄帶TDM業(yè)務接入的窄帶PON技術、用于寬帶接入的基于ATM傳送的BPON(APON)、基于Ethernet分組傳送的EPON技術以及兼顧ATM/Ethernet/TDM綜合化的GPON技術。應該說，經過十多年的變遷，PON技術經歷了從窄帶PON到BPON(ATMPON)再到EPON及GPON的發(fā)展歷程，目前EPON和GPON最有潛力得到廣泛應用，產業(yè)鏈的成熟度也最高。
GPON與EPON技術比較參見表1。
表1 EPON和GPON技術的對比分析表
●GPON具有更高的帶寬、傳輸效率、傳輸距離和光分路比。
●EPON技術更加簡單，光模塊成本更低，目前互通實現(xiàn)更好。
從技術上分析，GPON是PON技術中的最佳選擇，GPON更適合在需要提供運營及維護、互通性和安全性等大型運營網絡部署。
3 PON網絡的應用策略
PON網絡的建設主要應考慮業(yè)務發(fā)展的規(guī)模、成本及維護等因素，不同時期、不同應用場合下的OLT的設置和ODN網絡的組網模式也應隨之不同。
(1)PON網絡的FTTx應用模式
與接入場景模型著重分析客戶和業(yè)務的類型、針對一般的普適場景不同，工程實施往往受更多因素影響，網絡結構的選擇須視應用對象、環(huán)境因素和商業(yè)因素等而定，但減少整個系統(tǒng)的前期投入，增加投資回報，提高服務效率是網絡工程建設的目標。
結論：FTTB是過渡模式，F(xiàn)TTH是最終方案(見表2)。
表2 FTTH/O與FTTB模式對比
由于PON的全光纖保護方式成本高、工程復雜，不具備推廣的條件，而且會降低PON的核心優(yōu)勢，因此建議對以下客戶的接入業(yè)務采用主干光纖保護：
●對于業(yè)務有較高要求的重要客戶，如FTTH/O接入的政府、企業(yè)、公司和家庭。
●對于端口利用率高的FTTB接入片區(qū)，如業(yè)務滲透率高的小區(qū)和商務樓宇。
(2)OLT設備的規(guī)劃設置策略
OLT設備的設置及覆蓋范圍應結合用戶分布及接入光纜資源情況進行合理設置。
對于業(yè)務發(fā)展初期，用戶數(shù)量較少時，宜采用集中設置的原則，在局端機房設置OLT節(jié)點覆蓋一定區(qū)域內的零散FTTH/O用戶，以及FTTB/C用戶，此時一般建議利用已有的傳輸接入匯聚機房進行OLT設備的設置。
對于業(yè)務發(fā)展成熟期，考慮到用戶數(shù)的增多，宜采用分散設置的原則，選擇靠近用戶側且條件較好的機房設置OLT節(jié)點覆蓋小范圍內的大量用戶，此時建議將此類機房升級為數(shù)據(jù)專用或傳輸數(shù)據(jù)共用的接入匯聚節(jié)點。
OLT設備的基本接口配置建議為：GE接口用于高清晰度電視、IPTV等業(yè)務的上聯(lián)口；FE/GE接口用于高速上網、基于軟交換等業(yè)務的上聯(lián)口；STM-1接口用于E1專線業(yè)務的上聯(lián)匯聚口。PON卡和端口數(shù)量則根據(jù)用戶數(shù)量來配置。
(3)分光器的規(guī)劃設置策略
PON網絡一般采用樹型結構，宜采用一級或二級分光，原則上不采用三級及以上的分光方式。一級分光方式需要占用較多的ODN主干、引入光纜，但在減少故障點，故障定位，PON系統(tǒng)帶寬優(yōu)化方面比二級分光方式更有優(yōu)勢，在規(guī)劃時應綜合考慮線路成本，OLT設備PON口成本，維護成本，可擴展性等因素，盡量采用一級分光。
根據(jù)用戶分布情況，尋找減少OLT設備PON口需求數(shù)量和節(jié)約光纜之間的經濟平衡點，并綜合考慮維護管理等因素，合理的規(guī)劃光分路器的設置位置：光分路器靠近ONU，可節(jié)省對ODN主干、引入光纜的占用；光分路器靠近OLT，可減少對OLT設備 PON口的占用，并且便于對光分路器進行集中維護管理。從提高光纜資源利用率和PON口使用效率的角度出發(fā)，二級分光方式適用于用戶較分散的場合。對用戶在一定區(qū)域內集中且用戶需求較明確的場合，也可以采用二級分光以減少對ODN主干、引入光纜的占用，節(jié)約布線管孔。
光分路器目前一般設置在OLT機房或者是光交接箱內，因此如果要開展PON網絡接入，就需要在傳輸光纜網絡建設時充分考慮光交接箱的設置，主要設置在用戶相對集中區(qū)域的中心位置，選用與光分路器一體化設計、光分路器可插拔和可擴展的光交接箱。
(4)ONU設備的規(guī)劃設置策略
ONU設備可根據(jù)具體的應用模式放置在相應的地點，可以是樓道內、路邊，也可以是最終用戶的桌面。
ONU的基本配置在上聯(lián)口PON卡一般為GE/FE接口，用于綜合業(yè)務的匯聚。用戶側接口一般根據(jù)用戶業(yè)務的需求進行靈活配置或選用不同類型的設備，一般接口的選擇建議為：FE接口，用于高速上網和高清晰度電視等視頻業(yè)務；VoIP的POTS接口，用于兩路軟交換電話；基于PSTN的POTS接口，用于傳統(tǒng)電話；E1接口，用于企業(yè)專線業(yè)務；RF接口，用于有線電視業(yè)務。
(5)ODN網絡的建設模型
作為PON網絡的一部分，ODN網絡根據(jù)建設模式的不同，通常會占到整個PON系統(tǒng)30%~70%的投資成本，同時ODN網絡也是PON系統(tǒng)中最復雜、最難部署的部分，尤其是用戶側網絡的部署(見圖2)。運營商要合理規(guī)劃設置綜合業(yè)務匯聚點和綜合業(yè)務接入點，完善主干光纜、配線光纜網絡。
4 結束語
無源光網絡PON系統(tǒng)具備承載綜合業(yè)務、支持多種協(xié)議的能力，促進了光纖向客戶延伸，為綜合業(yè)務競爭做好充分準備，同時FTTX成為移動寬帶IP網絡向末端延伸的重要手段。
我們有理由相信，隨著基于PON的寬帶接入網的深入建設，電信運營商的生產成本、建設成本和營運成本將明顯下降；也將促進相關制造業(yè)務、網上業(yè)務和服務業(yè)務的快速發(fā)展，給產業(yè)價值鏈各環(huán)節(jié)帶來無限的商機，產生很好的社會效益。
寬帶業(yè)務是綜合業(yè)務競爭的核心，基于寬帶的數(shù)據(jù)增值業(yè)務是運營商提供差異化服務、創(chuàng)造新的業(yè)務增長點的重要舉措。運營商的客戶資源與網絡資源決定著其業(yè)務能力，移動運營商的優(yōu)勢在于其無線網絡的廣覆蓋、移動業(yè)務的成熟以及個人用戶的規(guī)模化，而在滿足集團客戶需求和開發(fā)家庭用戶市場方面處于相對弱勢。固網運營商的優(yōu)勢在于其集團客戶、家庭客戶資源，以及網絡上“最后一公里”的固定寬帶接入網絡，而在無線網絡的儲備以及個人移動業(yè)務上處于相對弱勢。
因此，各大運營商專注于網絡面臨轉型，必須打造面向綜合業(yè)務的寬帶接入網以適應業(yè)務多樣化，提升企業(yè)在行業(yè)中的競爭力。這意味著接入業(yè)務的類型和帶寬容量都將發(fā)生巨大的變化，接入網采用的技術標準、設備類型、接入方式和網絡構架也將發(fā)生深刻變化。本文重點分析PON技術在寬帶接入網中的應用設計策略。
2 PON技術的發(fā)展趨勢
無源光網絡PON技術是全業(yè)務運營時期寬帶接入的主流技術，建設以PON為主的光纖接入網是必然選擇。
(1)PON技術的特點
無源光網絡PON(Passive Optical Network)是實現(xiàn)FTTx光纖接入的主要技術，提供點到多點的光纖接入。由局側的OLT(光線路終端)、用戶側的ONU(光網絡單元)以及ODN(光分配網絡)組成。一般其下行采用TDM廣播方式、上行采用TDMA(時分多址接入)方式，組成點到多點樹形拓撲結構。PON作為光接入技術，其最大的亮點即是“無源”，ODN中不含有任何有源電子器件及電子電源，全部由光分路器(Splitter)等無源器件組成，管理維護運營成本較低，有較高的應用前景。
(2)PON接入網在城域網中的位置
因為在固網網絡基礎上的差異，運營商在選擇PON的建設模式上產生了差異，這一差異除了體現(xiàn)在網絡模式上，還體現(xiàn)在運營商的寬帶發(fā)展策略上。傳統(tǒng)固網運營商實施PON建設，是改造接入網，為各類客戶提供寬帶業(yè)務服務；中國移動則是在拿到了全業(yè)務營業(yè)牌照之后，利用PON網絡建設爭奪商業(yè)利潤更高的企業(yè)大客戶。
中國移動全業(yè)務城域傳送網包括城域傳送網、城域數(shù)據(jù)網和以PON技術為主的寬帶接入網，具體參見圖1。
(3)PON的技術制式選擇
無源光網絡PON技術可分為用于窄帶TDM業(yè)務接入的窄帶PON技術、用于寬帶接入的基于ATM傳送的BPON(APON)、基于Ethernet分組傳送的EPON技術以及兼顧ATM/Ethernet/TDM綜合化的GPON技術。應該說，經過十多年的變遷，PON技術經歷了從窄帶PON到BPON(ATMPON)再到EPON及GPON的發(fā)展歷程，目前EPON和GPON最有潛力得到廣泛應用，產業(yè)鏈的成熟度也最高。
GPON與EPON技術比較參見表1。
表1 EPON和GPON技術的對比分析表
●GPON具有更高的帶寬、傳輸效率、傳輸距離和光分路比。
●EPON技術更加簡單，光模塊成本更低，目前互通實現(xiàn)更好。
從技術上分析，GPON是PON技術中的最佳選擇，GPON更適合在需要提供運營及維護、互通性和安全性等大型運營網絡部署。
3 PON網絡的應用策略
PON網絡的建設主要應考慮業(yè)務發(fā)展的規(guī)模、成本及維護等因素，不同時期、不同應用場合下的OLT的設置和ODN網絡的組網模式也應隨之不同。
(1)PON網絡的FTTx應用模式
與接入場景模型著重分析客戶和業(yè)務的類型、針對一般的普適場景不同，工程實施往往受更多因素影響，網絡結構的選擇須視應用對象、環(huán)境因素和商業(yè)因素等而定，但減少整個系統(tǒng)的前期投入，增加投資回報，提高服務效率是網絡工程建設的目標。
結論：FTTB是過渡模式，F(xiàn)TTH是最終方案(見表2)。
表2 FTTH/O與FTTB模式對比
由于PON的全光纖保護方式成本高、工程復雜，不具備推廣的條件，而且會降低PON的核心優(yōu)勢，因此建議對以下客戶的接入業(yè)務采用主干光纖保護：
●對于業(yè)務有較高要求的重要客戶，如FTTH/O接入的政府、企業(yè)、公司和家庭。
●對于端口利用率高的FTTB接入片區(qū)，如業(yè)務滲透率高的小區(qū)和商務樓宇。
(2)OLT設備的規(guī)劃設置策略
OLT設備的設置及覆蓋范圍應結合用戶分布及接入光纜資源情況進行合理設置。
對于業(yè)務發(fā)展初期，用戶數(shù)量較少時，宜采用集中設置的原則，在局端機房設置OLT節(jié)點覆蓋一定區(qū)域內的零散FTTH/O用戶，以及FTTB/C用戶，此時一般建議利用已有的傳輸接入匯聚機房進行OLT設備的設置。
對于業(yè)務發(fā)展成熟期，考慮到用戶數(shù)的增多，宜采用分散設置的原則，選擇靠近用戶側且條件較好的機房設置OLT節(jié)點覆蓋小范圍內的大量用戶，此時建議將此類機房升級為數(shù)據(jù)專用或傳輸數(shù)據(jù)共用的接入匯聚節(jié)點。
OLT設備的基本接口配置建議為：GE接口用于高清晰度電視、IPTV等業(yè)務的上聯(lián)口；FE/GE接口用于高速上網、基于軟交換等業(yè)務的上聯(lián)口；STM-1接口用于E1專線業(yè)務的上聯(lián)匯聚口。PON卡和端口數(shù)量則根據(jù)用戶數(shù)量來配置。
(3)分光器的規(guī)劃設置策略
PON網絡一般采用樹型結構，宜采用一級或二級分光，原則上不采用三級及以上的分光方式。一級分光方式需要占用較多的ODN主干、引入光纜，但在減少故障點，故障定位，PON系統(tǒng)帶寬優(yōu)化方面比二級分光方式更有優(yōu)勢，在規(guī)劃時應綜合考慮線路成本，OLT設備PON口成本，維護成本，可擴展性等因素，盡量采用一級分光。
根據(jù)用戶分布情況，尋找減少OLT設備PON口需求數(shù)量和節(jié)約光纜之間的經濟平衡點，并綜合考慮維護管理等因素，合理的規(guī)劃光分路器的設置位置：光分路器靠近ONU，可節(jié)省對ODN主干、引入光纜的占用；光分路器靠近OLT，可減少對OLT設備 PON口的占用，并且便于對光分路器進行集中維護管理。從提高光纜資源利用率和PON口使用效率的角度出發(fā)，二級分光方式適用于用戶較分散的場合。對用戶在一定區(qū)域內集中且用戶需求較明確的場合，也可以采用二級分光以減少對ODN主干、引入光纜的占用，節(jié)約布線管孔。
光分路器目前一般設置在OLT機房或者是光交接箱內，因此如果要開展PON網絡接入，就需要在傳輸光纜網絡建設時充分考慮光交接箱的設置，主要設置在用戶相對集中區(qū)域的中心位置，選用與光分路器一體化設計、光分路器可插拔和可擴展的光交接箱。
(4)ONU設備的規(guī)劃設置策略
ONU設備可根據(jù)具體的應用模式放置在相應的地點，可以是樓道內、路邊，也可以是最終用戶的桌面。
ONU的基本配置在上聯(lián)口PON卡一般為GE/FE接口，用于綜合業(yè)務的匯聚。用戶側接口一般根據(jù)用戶業(yè)務的需求進行靈活配置或選用不同類型的設備，一般接口的選擇建議為：FE接口，用于高速上網和高清晰度電視等視頻業(yè)務；VoIP的POTS接口，用于兩路軟交換電話；基于PSTN的POTS接口，用于傳統(tǒng)電話；E1接口，用于企業(yè)專線業(yè)務；RF接口，用于有線電視業(yè)務。
(5)ODN網絡的建設模型
作為PON網絡的一部分，ODN網絡根據(jù)建設模式的不同，通常會占到整個PON系統(tǒng)30%~70%的投資成本，同時ODN網絡也是PON系統(tǒng)中最復雜、最難部署的部分，尤其是用戶側網絡的部署(見圖2)。運營商要合理規(guī)劃設置綜合業(yè)務匯聚點和綜合業(yè)務接入點，完善主干光纜、配線光纜網絡。
4 結束語
無源光網絡PON系統(tǒng)具備承載綜合業(yè)務、支持多種協(xié)議的能力，促進了光纖向客戶延伸，為綜合業(yè)務競爭做好充分準備，同時FTTX成為移動寬帶IP網絡向末端延伸的重要手段。
我們有理由相信，隨著基于PON的寬帶接入網的深入建設，電信運營商的生產成本、建設成本和營運成本將明顯下降；也將促進相關制造業(yè)務、網上業(yè)務和服務業(yè)務的快速發(fā)展，給產業(yè)價值鏈各環(huán)節(jié)帶來無限的商機，產生很好的社會效益。
新聞來源：訊石光通訊網
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