PON在寬帶接入網(wǎng)中的應用設計探討
訊石光通訊網(wǎng)
2012/2/2 9:49:54
行業(yè)重組使競爭在全業(yè)務范圍內(nèi)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(chǎn)業(yè)鏈上事業(yè)單元(行業(yè)融合)、運營商的通信網(wǎng)絡(網(wǎng)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(wǎng)絡融合是全業(yè)務背景下運營商網(wǎng)絡發(fā)展的終極目標，是支撐綜合業(yè)務最根本的網(wǎng)絡基礎。業(yè)務融合、網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)絡的廣覆蓋、移動業(yè)務的成熟以及個人用戶的規(guī)?；?，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(wǎng)運營商的優(yōu)勢在于其集團客戶、家庭客戶資源，以及網(wǎng)絡上“最后一公里”的固定寬帶接入網(wǎng)絡，而在無線網(wǎng)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(wǎng)絡面臨轉(zhuǎn)型，必須打造面向綜合業(yè)務的寬帶接入網(wǎng)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(wǎng)采用的技術標準、設備類型、接入方式和網(wǎng)絡構(gòu)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(wǎng)中的應用設計策略。
2 PON技術的發(fā)展趨勢
無源光網(wǎng)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(wǎng)是必然選擇。
(1)PON技術的特點
無源光網(wǎng)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(cè)的OLT(光線路終端)、用戶側(cè)的ONU(光網(wǎng)絡單元)以及ODN(光分配網(wǎng)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(jié)構(gòu)。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(wǎng)在城域網(wǎng)中的位置
因為在固網(wǎng)網(wǎng)絡基礎上的差異，運營商在選擇PON的建設模式上產(chǎn)生了差異，這一差異除了體現(xiàn)在網(wǎng)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(wǎng)運營商實施PON建設，是改造接入網(wǎng)，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(wǎng)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(wǎng)包括城域傳送網(wǎng)、城域數(shù)據(jù)網(wǎng)和以PON技術為主的寬帶接入網(wǎng)，具體參見圖1。
(3)PON的技術制式選擇
無源光網(wǎng)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(jīng)過十多年的變遷，PON技術經(jīng)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(chǎn)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(wǎng)絡部署。
3 PON網(wǎng)絡的應用策略
PON網(wǎng)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(wǎng)絡的組網(wǎng)模式也應隨之不同。
(1)PON網(wǎng)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(wǎng)絡結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡工程建設的目標。
結(jié)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(jié)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(nèi)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?yún)R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(cè)且條件較好的機房設置OLT節(jié)點覆蓋小范圍內(nèi)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?yún)R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(wǎng)、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(wǎng)絡一般采用樹型結(jié)構(gòu)，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(jīng)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(nèi)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(nèi)，因此如果要開展PON網(wǎng)絡接入，就需要在傳輸光纜網(wǎng)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(nèi)、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(cè)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(wǎng)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(wǎng)絡的建設模型
作為PON網(wǎng)絡的一部分，ODN網(wǎng)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(wǎng)絡也是PON系統(tǒng)中最復雜、最難部署的部分，尤其是用戶側(cè)網(wǎng)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(wǎng)絡。
4 結(jié)束語
無源光網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)的深入建設，電信運營商的生產(chǎn)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(wǎng)上業(yè)務和服務業(yè)務的快速發(fā)展，給產(chǎn)業(yè)價值鏈各環(huán)節(jié)帶來無限的商機，產(chǎn)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(wǎng)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(wǎng)絡的廣覆蓋、移動業(yè)務的成熟以及個人用戶的規(guī)?；?，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(wǎng)運營商的優(yōu)勢在于其集團客戶、家庭客戶資源，以及網(wǎng)絡上“最后一公里”的固定寬帶接入網(wǎng)絡，而在無線網(wǎng)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(wǎng)絡面臨轉(zhuǎn)型，必須打造面向綜合業(yè)務的寬帶接入網(wǎng)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(wǎng)采用的技術標準、設備類型、接入方式和網(wǎng)絡構(gòu)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(wǎng)中的應用設計策略。
2 PON技術的發(fā)展趨勢
無源光網(wǎng)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(wǎng)是必然選擇。
(1)PON技術的特點
無源光網(wǎng)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(cè)的OLT(光線路終端)、用戶側(cè)的ONU(光網(wǎng)絡單元)以及ODN(光分配網(wǎng)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(jié)構(gòu)。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(wǎng)在城域網(wǎng)中的位置
因為在固網(wǎng)網(wǎng)絡基礎上的差異，運營商在選擇PON的建設模式上產(chǎn)生了差異，這一差異除了體現(xiàn)在網(wǎng)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(wǎng)運營商實施PON建設，是改造接入網(wǎng)，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(wǎng)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(wǎng)包括城域傳送網(wǎng)、城域數(shù)據(jù)網(wǎng)和以PON技術為主的寬帶接入網(wǎng)，具體參見圖1。
(3)PON的技術制式選擇
無源光網(wǎng)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(jīng)過十多年的變遷，PON技術經(jīng)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(chǎn)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(wǎng)絡部署。
3 PON網(wǎng)絡的應用策略
PON網(wǎng)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(wǎng)絡的組網(wǎng)模式也應隨之不同。
(1)PON網(wǎng)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(wǎng)絡結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡工程建設的目標。
結(jié)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(jié)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(nèi)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?yún)R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(cè)且條件較好的機房設置OLT節(jié)點覆蓋小范圍內(nèi)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?yún)R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(wǎng)、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(wǎng)絡一般采用樹型結(jié)構(gòu)，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(jīng)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(nèi)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(nèi)，因此如果要開展PON網(wǎng)絡接入，就需要在傳輸光纜網(wǎng)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(nèi)、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(cè)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(wǎng)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(wǎng)絡的建設模型
作為PON網(wǎng)絡的一部分，ODN網(wǎng)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(wǎng)絡也是PON系統(tǒng)中最復雜、最難部署的部分，尤其是用戶側(cè)網(wǎng)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(wǎng)絡。
4 結(jié)束語
無源光網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)的深入建設，電信運營商的生產(chǎn)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(wǎng)上業(yè)務和服務業(yè)務的快速發(fā)展，給產(chǎn)業(yè)價值鏈各環(huán)節(jié)帶來無限的商機，產(chǎn)生很好的社會效益。
新聞來源：訊石光通訊網(wǎng)
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