GPON —“三网合一”和FTTH/FTTB最佳实现技术

2009-5-5 09:11:17 6806

0 GPON —“三网合一”和FTTH/FTTB最佳实现技术 2005年10月11日在《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十一个五年规划的建议》中，明确指出“宽带通信网、数字电视网和下一代互联网等信息基础设施建设，推进‘三网融合’，健全信息安全保障体系”是第十一个五年规划主要内容之。随后成立了由国务院*亲任组长的“国家信息建设推动”小组。 “三网融合”是指宽带信息网、数字电视网和下一代互联网的融合，广义上是指PSTN 电话电信网、计算机网、广播电视网在技术上趋向一致、在网络层上互联互通、在业务层上互相渗透和交叉、在应用层上趋向统一的通信协议和应用，这样有利于网络资源实现最大程度的共享；同时也揭开了各通信、网络运营商从单向业务竞争转向全业务的竞争，乃至网络间各个层面的全方位竞争。 IP和各种宽带接入（DSL、HFC、FTTx 以及WiMAX等）的技术发展为“三网融合”业务提供了基础，目前也已经进入了发展阶段。“三网融合”业务主要体现在除语音外，还包括电信的IPTV应用和有线电视公司的“三网合一”，国外称“三重播放triple-play”（即语音VOICE、视频VIDEO和调整数据DATA-Internet在内的）的服务上。其中美国电信运营商和有线电视公司都推出了基于“三网合一”的实际应用。而接入网是位于整个网络的末端，即最靠近最终用户的业务接入层。在光纤FTTx 接入的实现网络中，无源光网络PON 承载技术，尤其 2003 年被国际电联 (ITU) 采纳为标准的G.984 GPON 千兆位(Gigabit PON)技术，经FSAN 委员会将其演变为语音与数据的源模式传输，它支持源模式TDM、IP 数据Data 及视频Video（有线电视）等多种混合业务；能提供近2.5G 带宽，除可提供原有通信业务（如T1 和E1 业务）外，能支持互联网所有带宽应用，其语音及数据业务的效率约高达93%；并可与现有的计算机网无缝连接；而且，也因信号通过的是无源光纤传输网络，网络结构简单，没有加任何放大设备、供电设备，并无须以后的维护服务。是故，采用GPON 技术的FTTx 光接入承载网络，可以比喻为是一列“可装载特大容量”的高速“信息”列车，它是当前实现“三网合一”的最典型、最适用、最合理、最廉价的光纤到户FTTH 和光纤到楼FTTB 光接入解决方案。一、可实现“三网合一”的宽带接入网络 “三网合一”已经被电信运营商和广电运营商视为新的业务增长点，同时用户对接入带宽的需求也在一直不断的增长中。而从目前可实现双向宽带接入的技术，无非有这四种，有线HFC双向网络、ADSL电信网络、光纤 FTTx 接入网络（尤其光纤到户FTTH），以及无线城域WiMAX接入网络，而WiMAX刚刚兴起，其设备相对很贵，并且要求划分好频点资源，目前在我国正在建立试验点，还没有进行商用。以下将主要对有线HFC 双向接入网络、光纤FTTx 接入网络（尤其FTTH）做详细的分析，从中选出最合适的可承载“三网合一”的宽带接入网络。（一）、有线HFC双向网络 1．HFC网络技术的优势 2．HFC网络作为双向宽带接入所存在的不足总结以上对广电HFC 宽带接入网络的分析，HFC 网络比较适合有线电视的传输，可以大力发展模拟电视用户以及数字电视用户，但由于HFC 网络自身缺点，并不适合用作承载“三网合一”的高速宽带数据业务网。而现有的以xDSL （包括VDSL2虽然可以上、下行达到100 Mbit/s，但已达铜缆的极限）为代表的现有“最后一公里”的宽带接入方式，也已经很难满足用户对IPTV、HDTV高清电视、VoIP语音业务、网络游戏、视频等热点应用（即，高性能语音VOICE、视频VIDEO 和调整数据DATA 在内的“三网合一”，国外也称做“三重播放 triple-play”）服务所需要的高带宽、稳定性、双向传输能力以及安全性QoS等方面的要求；同时在当今世界人们对各种信息应用，尤其是在对视频点播、网络游戏和IPTV 等高带宽业务的渴望驱动下，网络的频宽成为无尽的追求目标，宽带化已经成为接入网发展的最显著特征。因此也只有光纤接入网FTTx(光纤到户FTTH、小区FTTC、路边、驻地、楼宇FTTB等)技术是唯一能够解决这种宽带接入网路的瓶颈，它能提供比其他数据业务快几百倍的速度，并允许用户使用多条电话线路或者直接RF 接口，进行视频点播，接收高清晰度HDTV电视节目及更多宽带业务；同时借助于宽带网络的飞速发展以及各种高带宽综合业务和应用的不断出现，拥有高频宽、大容量等特性的光纤，将逐渐取代传统铜线传输，成为下一代宽带接入网络不二之选。也由于各个运营商在接入层光纤化的基本策略都是相同的，即从接入网层面的骨干网络（主干层，或叫馈线段）、配线段（层）到最终的引线（层）段，这三层结构逐段逐步实现光纤化；且当前在光接入网的传输网络建设中已经实现了骨干网络（馈线段）和配线段的光纤化，且FTTx(光纤到节点) 的应用时机已经相当成熟，已经吸引了越来越多的运营商部署光纤FTTx (尤其光纤到户FTTH)接入网络，其中无源PON 光纤网络（特别是GPON）作为一种新兴接入网承载技术也已经得到业界同仁的广泛认同和相应。这是由于利用GPON 承载技术的FTTx (尤其光纤到户FTTH)光接入解决方案，能够提供下行高达2.488Gbps、上行1.244Gbps 的带宽，其接入范围能高达37公里，可在同一光纤上同时传送高速率数据、高质量E1/T1专线和语音，以及视频业务。（二）、宽带FTTx光接入网络 FTTx 中的x，如用H 取代，就表示光纤到户FTTH(Fiber-to-Home); 如用B取代，就表示光纤到（住宅或商务）楼FTTB (Fiber-to-the-Building/Business)；如用C/P取代，就表示光纤到小区FTTP或路边接入点FTTC (Fiber-to-the-Curb) 或FTTCab (Fiber-to-the-Cabinet, by aid of DSLAM -Digital Subscriber Line Access Multiplexer)；如用M 取代，就表示光纤到多用户群FTTM（Fiber-to-the-MTU/MDU, Multi-Tenant /Dwelling Unit)；如用O取代，就表示光纤到一个办公室或小型商户企业FTTO；由此可见，FTTx 的应用场合非常广阔，所以可以选择的设备范围也较大。当然，发展的最终目标也只有一个，那就是光纤到户FTTH。尤其光纤到户FTTH 宽带接入近几年在世界各国的发展势头迅猛，无论在北美、亚洲还是欧洲，用户数量都在快速的增长。我国在国家“863”高科技计划的推动下，在“十五”期间就开展了对EPON 技术的研究。2003 年开始光纤到户 FTTH 宣传，2004 年随着“863”EPON 项目的完成，国家分别在武汉、成都等地建立了FTTH 试验网。随后，在中央的大力倡导和各级的推动下，于2005年3月在武汉开通试商用网络；同时在FTTH 设备进行全面测试的基础上，中国电信在武汉（紫菘小区）、北京、上海和广州开展了试点工作，而在扬州、泰州等城市，都已经借助于GPON 技术建设完成自己的宽带光接入FTTx 网络。目前应用于宽带光纤接入网的技术主要有三种，它们分别是基于SDH 的多业务传送(MSTP)技术、多业务点对点光端机(P2P或称MC)，和多业务的无源光网络PON 技术等。 l MSTP有很高的服务质量，但成本较高，适合对业务质量和安全性等要求非常高的大用户，并不适合普通家庭用户。 l 多业务点对点网络光端机(P2P 或称MC)的星状网络拓扑与环形骨干网络需要配合非常有利，成本优势突出，但需要占用大量光纤。 l 无源光网络PON 的树状网络拓扑与环形骨干网络的配合非常有利，是光纤进入用户驻地(FTTx)最有效的网络解决方案，由于节省大量骨干光纤资源，应是光纤化接入的理想选择，适合大多数用户的普遍接入，未来潜在市场很大。 FTTx，尤其光纤到户FTTH 所涉及的技术很多，包括光器件、光传输系统、光缆，以及相关安装、维护、网络管理等方面，其中最关键的是相关传输技术和设备。其中，前两种技术在国内已经得到普遍应用，而PON 技术作为理想的光纤化接入手段，尤其GPON 被认为是优于ATM、SDH、DWDM 的、并能实现FTTH 宽带接入的最佳实现技术由此可见，在各种光接入技术中，由于PON 所提供的带宽能够满足现在和未来各种宽带业务的需要，且因采用无源节点、敷设和运行维护成本低、管理方面、对业务透明和易于升级等优点而备受业界关注，所以其具有非常大的发展潜力。以下将主要介绍二种实现FTTx，尤其FTTH 的技术： 1. 点到点光接入技术实现FTTH FTTH 网络中的点到点(point to point - P2P)光接入技术是将电信号转换成光信号进行长距离的传输，从中心局到每个用户均使用一根光纤，上下行速率都可以达到100Mbit/s 甚至1000Mbit/s。点到点光接入技术具有产品成熟、结构/技术简单、安全性较好的特点。但这种技术最大的缺点是需要铺设大量光纤和光收发器，在大规模应用情况下网络铺设困难，设备成本也很难再下降甚至会上升，因此被认为是实现FTTH 的过渡技术，比较适合网络发展初期用户数较少的阶段。早期的点到点光接入设备主要是MC(媒体转换器, 也称光纤收发器)。MC是一个单纯的光/电或电/光转换器，能将电信号转换成光信号进行长距离的传输，它并不对数据包进行处理，因此成本低廉。近两年新出现的基于以太网的点到点光接入设备，主要采用了IEEE 802.3ah 规范的单纤双向100/1000Mbit/s 光接口，上下行采用WDM 方式分别使用不同的波长进行传输。 2. PON 技术实现FTTx,尤其FTTH 无源光网络PON（Passive Optical Network）技术是一种点到多点的光纤接入系统技术，其在光分支点不需要节点设备，只需安装一个简单的无源光分路器即可，它具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快、综合建网成本低等优点；它由局端机房设备OLT(光线路终端)、用户端设备ONU/ONT(光网络单元/光网络终端)和 ODN(光分配网络)组成，可以实现小区的许多户家庭或企业共享由中央办公室提供的服务，即光纤到楼/小区（FTTB/FTTC）、光纤到驻地 (FTTP)，甚至单个家庭用户独享宽带接入服务的光纤到户（FTTH）。所谓“无源”，是指ODN(光分配网络)全部由无源光分路器（Splitter）和单模光纤(SM fiber)等无源光器件组成，不包括有任何有源电子器件及电子电源，因此其管理维护的成本较低；而且正因为所使用的是无源光器件，它不易受雷电损坏和辐射干扰；其网络结构灵活、易于扩展，并因共享馈线段光纤可大大节约铺设成本，业务透明性好，更重要的是具有多业务支持能力，尤其可以实现高性能语音VOICE、视频VIDEO和调整数据DATA在内的“三网合一”业务。由此可见，经过十几年的不断完善和提高，从最初的窄带PON 到BPON（ATM+PON）技术，到基于Ethernet 的PON 技术，再到现在的GPON，每一次PON 标准的提出都促进了光接入网技术的迅猛发展。其中，国际电联ITU-T在PON 技术的标准化工作中发挥了主导作用，相继出台了G.982（窄带PON）、G.983系列（BPON）以及新一代无源体系结构的G.984 系列（GPON）等一系列标准建议，它是由全业务接入网FSAN 委员会将其演变为语音与数据的源模式传输，其传输速率最大可达近2.5Gbps，并且支持多种 (包含ATM、Ethernet、TDM、视频等) 服务、OAM&P 能力、保护安全和可升级能力；其语音及数据业务的效率约为 ~93%；并采用了通用成帧协议（GFP）来封装，可更有效地支持包括诸如话音、数据业务、视频业务、电子商务、远程教育、远程医疗等增值业务，可说是目前功能最强的PON网路技术。特别是在FTTx 的应用中，GPON 设备更能显示出其独特的优势，包括其组网结构灵活，可以在接入层面实现星型、树形、总线形、环形等各种网络拓扑结构；它有专用的ITU-T G.984系列接入网技术规范，规定了一系列面向家庭用户的终端接口，如普通音频脉冲电话 RJ11 接口、基于VoIP 的电话接口、有线电视同轴电缆RF 接口等，其最终目标就是实现所有用户终端的接入；它也适用于宽带接入承载网路的应用环境；GPON 也能为终端用户提供真正源模式的TDM 服务和高质量的以太网接入服务，以及宽带视频等服务，并集成在同一传输协定中；可达37Km 的接入距离，其覆盖范围广，也能适应中国包括农村地区的接入要求；也因其具有实现全程双向点对点的线路保护能力，能够满足运营商对业务增长和拓扑结构变化的需求；最可称道的是，GPON 是唯一可在单一波长下提供近2.5Gbps的高带宽，93%网络带宽综合利用率，且可以满足未来高带宽，例如IPTV、HDTV、 VOD 等业务的应用需求，同时提供更低成本的传统语音服务；而且，与铜线电缆相比，GPON 可以减少维护费用，并彻底避免杂讯干扰；因采用单纤传输，可节省运营商的主干光纤资源。因此，GPON 技术及其产品已经成为业界公认的实现FTTx，尤其FTTH 的首选方案，利用其综合接入性能，运营商能够为用户提供高质量的数据 DATA、语音VOICE 乃至包括IPTV 和HDTV 以及VOD 等视频VIDEO“三重播放triple-play””全业务的服务，它是实现“三网合一”切实可行的方案，也是“三网融合”落到实处的最好切入点；同时，相对于其它的 FTTx 接入实现技术，GPON也是能够提供宽带FTTx 光接入网络的具有最佳性价比的解决方案。二、GPON技术详述介绍GPON 技术之前，先介绍目前也被应用的另一种PON 技术“EPON”。 1．EPON技术介绍 EPON 又名 GEPON，是由2000年11月成立的EFM(Ethernet in the First Mile，第一英里以太网)工作组提出的，并在IEEE 802.3ah标准中进行规范，其工作重点在EPON的MAC协议上，即最小程度地扩充以太网MAC 协议；它在PON层上以Ethernet为载体，上行采用以突发的Ethernet包方式发送数据流。EPON最核心部分是PON 光发送/接收模块，其实现方案是，在与APON 类似的结构和G.983 的基础上，设法保留APON 的物理层PON，而以Ethernet技术代替ATM 技术作为数据链路层协议，构成一个可以提供更大带宽、更低成本和更强业务能力的新的结合体EPON。 EPON 可提供上、下行对称的1.25Gbps线路传输速率（而10Gbps下行线路速率的系统，也正在研究中）。虽然EPON 采用的Ethernet 封装，非常适用于承载IP 业务，但当时IEEE 制定802.3ah 的初衷是为了接入IP 数据业务，并没有考虑TDM 业务接入对时钟同步、时延和抖动等方面的特殊要求，因此EPON 所采用的标准 Ethernet 封装方式也给其带来了一个致命的缺点，那就是“难以承载话音或电路型数据专线等TDM 业务”，也很难满足电信级的QoS要求。之后，虽然目前国内外均对TDM over Ethernet技术进行了积极的研究，我国也制订了通信行业标准《接入网技术要求-基于Ethernet 的无源光网络(EPON)》，且多家EPON 厂商都对IEEE 标准进行了扩充，在EPON 承载TDM 业务和话音业务方面进行了技术创新，例如在提供数据业务的同时，采用预留带宽的方式来提供语音业务，而且多家EPON 厂商也设计出一些新的MAC 机制并增加新的软硬件，但要完全达到TDM 业务要求的严格的QoS更是面临相当大的困难，这给EPON 的应用带来了一定的限制。 2．GPON技术介绍 GPON(Gigabit passive optical network)全名为Gigabit-capable PON 吉比特/千兆位无源光纤网络，也是一种无源被动式光纤网路。GPON 业务是BPON 的一种扩展，相对于其他的PON 标准而言，GPON 标准提供了前所未有的高带宽（下行速率近2.5Gbps），其非对称特性更能适应宽带数据业务市场；它提供QoS 的全业务保障，同时承载ATM 信元和(或)GEM 帧，有很好的提供服务等级、支持QoS 保证和全业务接入的能力；在承载 GEM 帧时，可以将TDM 业务映射到GEM帧中，使用标准的 8kHz(125μs)帧能够直接支持TDM 业务。作为一种电信级的技术标准，GPON 还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。其下行最大传输速率可高达2.488Gps，上行最大传输速率达1.244Gbps，传输距离可达20到37公里，因而具有高带宽、高速、高效传输、大范围覆盖、用户接口丰富等的众多特点，是故，已被大多数运营商视为实现接入网业务的宽带化、综合化改造的理想技术。作为ITU-T提出的一种灵活的宽带光纤接入技术，在GPON 标准中，明确规定GPON 需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet 业务，包括IP业务和MPEG 视频流)、 PSTN 业务(POTS，ISDN 业务) 、专用线(T1， E1，DS3， E3和ATM 业务)和视频业务( 数字视频)，可以满足多用户VoIP、采用MPEG-2或-4规格的多视频流(如IPTV)和标准分辨率电视(SDTV)或高清晰度电视(HDTV)和多用户高速互联网接入等“三网合一”的需求。且 GPON 中的多业务映射到ATM 信元或GEM帧中进行传送，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。 GPON 一般采用树形（或树形）拓扑结构，在需要提供业务保护和通道保护的情况下，可加上保护环，可对某些光网络终端ONT提供保护功能；下图即是GPON 的体系结构： pWXZjbR1.pdf (697.21 KB, 下载次数: 13 )* 0
2009-5-5 09:11:17　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 基于FTTH的三网合一实现方案 2578 • FTTx/FTTC/FTTB/FTTH是什么意思 10681 • 基于FTTH的三网融合实现方案 0 • 什么三网合一？三网合一如何建设？ 4938 • 快速了解FTTx/FTTC/FTTB/FTTH 7704 • 固网FTTB升级至FTTH的二次加速详述 8 • 三网合一介绍，什么是三网合一 15156 • [分享]什么是FTTH技术 2830 • FTTH是三网融合的必备选择 981 • 什么是GPON技术 6311 2 个讨论