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[摘要] 本文简要介绍了宽带光接入网新技术GPON,并通过与其他通信技术的对比其优劣势,对GPON技术的发展前景及应用作出分析。
[关键词] GPON技术 应用 前景
一、GPON综述
1.GPON的定义
GPON技术起源于1995年开始逐渐形成的ATMPON技术标准,PON是英文“无源光网络”的缩写。而GPON(Gigabit-Capable PON) 最早由FSAN组织于2002年9月提出,ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定,2004年2月和6月完成了G.984.3的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。 基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似,也是由局端的 OLT(光线路终端),用户端的ONT/ONU(光网络终端或称作光网络单元 ),连接前两种设备由单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的ODN(光分配网络)以及网管系统组成。
2.GPON技术的基本网络结构
GPON标准的设置是基于不同服务需求,提供最有效率和最佳的传输速率,同时兼顾OAM&P功能及可扩充的能力。基于这样的设计原则下,GPON的技术得已成为光纤接入网络一种全新的解决方案。不仅提供高速带宽,而且支持各种接入服务,特别是在Data及TDM的传输并且支持原有数据的格式无须再次转换。
由业务网络接口到用户网络接口间为GPON,而GPON通过SNI和业务节点相连,通过UNI和用户设备相连。GPON主要分成三部分,即OLT(Optical Line Termination)、ODN(Optical Distribution Network)和ONU/ONT(Optical Network Unit/Optical Network Termination)组成。其中OLT位于局端,ONU/ONT位于用户端(其差别为ONT直接位于用户端,而ONU和用户间更有其他的网络如以太网)。OLT到ONU/ONT的方向为下行方向,反之为上行方向。
二、GPON的特点
1.GPOM的优势
(1)高带宽。
GPON速率高达2.5Gb/s,能提供足够大的带宽以满足未来网络日益增长的对高带宽的需求,同时非对称特性更能适应宽带数据业务市场。
(2)QoS保证的全业务接人。
GPON能够同时承载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。目前,ATM承载话音、PDH、Ethernet等多业务的技术已经非常成熟;使用GEM承载各种用户业务的技术也得到大家的一致认可,已经开始广泛应用和发展。
(3)很好地支持TDM业务。
将TDM业务映射到GEM帧中,由于使用标准的8kHz(125ps)帧能够直接支持TDM业务。将TDM业务映射到ATM信元中也能提供有QoS保证的实时传输。GPON在这一点上有优势。
(4)简单、高效的适配封装。
GPON的GEM提供了一种灵活的帧结构封装,支持定长和不定长帧的封装,对多种业务实现通用映射,不需要进行协议转换,实现过程简单,开销小,协议封装效率最高可达97%,实现了带宽资源的充分利用。
(5)强大的OAM能力。
针对以太网系统在网路管理和性能监测的不足,GPON从消费者需求和运营商运行维护管理的角度,提供了三种OAM通道:嵌入的OAM通道、PLOAM和OMCI。它们承担不同的OAM任务,形成C/MPlane(控制,管理平面),平面中的不同信息对各自的OAM功能进行管理。GPON还继承了G.983中规定的OAM相关要求,具有丰富的业务管理和电信级的网络监测能力。
2.GPOM的劣势
(1)从标准角度讲,GPON比EPON严谨的多,也更符合电信运营商的需求。从市场实际应用角度讲,GPON的那些优势没有施展拳脚的地方。举个例子,GPON中的DBA算法,比EPON的先進很多。如果你做过GPON OLT芯片的话,也会感觉到DBA模块要求非常高。但是目前的市场现状是,所有TCONT都使用固定带宽,英雄无用武之地。GPON的OMCI模块也是,定义的超级复杂,FSAN搞了9次互通了,实际上只用到了其中二层协议部分。如果一开始不搞得那么复杂,循序渐进的话,GPON的应用规模会大得多。
(2)众所周知,GPON的国内标准一开始就砍掉了ATM部分,从现实情况来看,Native TDM用处也相当局限且不能互通,因此GPON只剩下了GEM,在当今的Ethernet/IP时代,需要将Ethernet Mapping到GEM,然后再从GEM Mapping到Ethernet,走了弯路,不如EPON简洁有效。
(3)产业链的问题。GPON的芯片很多都是设备厂家自研的芯片,包括中兴、华为等GPON厂家,目前能提供芯片的独立厂家只有Broadlight,这些设备厂家自己既做设备,又做芯片,其他芯片商根本不敢投入,尤其是OLT芯片,设备厂家自研芯片,势必带来互通性、开放性差等劣势。
(4) GPON的政策风险。EPON和GPON下行都是广播发送,因此下行加密是必不可少的,EPON有三重搅动加密,符合中国的安全规定,而GPON目前支持的是AES加密,是美国标准,实际使用的话,需要得到美国相关机构的授权,并且在国内,也不符合国密局的规定。
三、GPON的前景与应用
GPON的前景
(1)市场需求。据05-06年中国高清电视产业链市场研究报告称,数字高清化电视是未来数字电视的长期发展的必然方向之一。 2005年全球高清电视用户数量达到1450万,高清电视产业市场规模达到421亿美元,中国市场作为新兴的产业群体,高清用户数量及其收入在数字电视用户量及收入中所占的份额呈现逐年增长的势头。HDTV相关设备与部件、芯片等的市场将会有跨越式的增长。
(2)市场现状。目前在中国广泛采用的DSL技术,即数字用户线路,是以铜电话线为传输介质的点对点传输技术。在传统的电话网络(POTS)的用户环路上支持对称和非对称传输模式,解决了经常发生在网络服务供应商和最终用户间的传输瓶颈问题。但是在DSL当中,只有VDSL,即甚高速数字用户线,可以在短环路情况下实现100兆的带宽。与光纤相比,铜线DSL技术不能满足企业对带宽和覆盖范围的即时需求,而且受电磁干扰的影响较大,这无疑使数据通信质量受到较大的影响。
(3)市场对GPON的需求。与铜缆不同,光纤接入在距离和带宽方面是没有限制的,是最能适应未来发展的解决方案。PON技术已被毋庸置疑地认为是未来FTTH时代的终极解决方案。
2.GPON的应用
(1)商客、商务楼和工业园区的综合接入。在商业客户和商业客户比较集中的写字楼、工业园区和网吧集中区,用户分布较为分散,带宽需求相对较高(典型需求为10M、100M甚至1000M),除了基本的语音业务、高速Internet专线接入等业务外,还存在TDM(E1)专线、视讯会议、视频监控、VPN、无线覆盖等多样化的业务需求,对系统的可用性、业务质量和维护质量要求较高。采用GPON系统实现FTTB、FTTH,能够很好地满足这类客户的需求,为用户提供长距离、高带宽、丰富业务类型、高服务质量的业务保证。
(2)部分新建高档住宅小区(别墅或高档公寓)的宽带接入。相对于普通住宅用户,高档住宅小区的客户群优良,其电信业务消费能力强、消费层次高,对建设投资和业务资费不敏感,业务的需求主要包括Internet专线接入、电话、IPTV甚至视频会议等。因此可以铺设光纤入户,采用FTTH、FTTB+LAN/VDSL等灵活的宽带接入方式,特别是针对缺乏铜缆资源的地区,在大城市和发达地区进行一定的FTTH/B覆盖,以提高市场竞争力。
(3)新建小区的FTTB+DSL/LAN接人和旧网络改造。随着IPTV等新兴业务的出现,现有的DSL/LAN小区的升级改造刻不容缓。基于GPON的FTTB+DSL/LAN接入方式(采用多以太网接口的ONU或ONU内置小型DSLAM)利用原有的入户线,无需对现有楼内布线和装修进行改造,综合实施成本低、难度低,以较低的成本实现较高的用户接入速率,是一种高性价比的接入方案,很适合进行旧小区网络改造。
四、结语
尽管目前中国大面积布署的仍然是以DSL为主,但是随着更多新业务,如IPTV的推出,带宽的要求必然会促进PON技术的采用。得益于PON在日本和北美的广泛采用,成本已经大大降低。运营商尤其可以从没有有线电视的地方起步,提供试点服务赢得竞争力。有理由相信08年奥运会是GPON普及的一个重大机遇。PON在中国的广泛应用和中国用户享用更高的带宽,指日可待。
[关键词] GPON技术 应用 前景
一、GPON综述
1.GPON的定义
GPON技术起源于1995年开始逐渐形成的ATMPON技术标准,PON是英文“无源光网络”的缩写。而GPON(Gigabit-Capable PON) 最早由FSAN组织于2002年9月提出,ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定,2004年2月和6月完成了G.984.3的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。 基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似,也是由局端的 OLT(光线路终端),用户端的ONT/ONU(光网络终端或称作光网络单元 ),连接前两种设备由单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的ODN(光分配网络)以及网管系统组成。
2.GPON技术的基本网络结构
GPON标准的设置是基于不同服务需求,提供最有效率和最佳的传输速率,同时兼顾OAM&P功能及可扩充的能力。基于这样的设计原则下,GPON的技术得已成为光纤接入网络一种全新的解决方案。不仅提供高速带宽,而且支持各种接入服务,特别是在Data及TDM的传输并且支持原有数据的格式无须再次转换。
由业务网络接口到用户网络接口间为GPON,而GPON通过SNI和业务节点相连,通过UNI和用户设备相连。GPON主要分成三部分,即OLT(Optical Line Termination)、ODN(Optical Distribution Network)和ONU/ONT(Optical Network Unit/Optical Network Termination)组成。其中OLT位于局端,ONU/ONT位于用户端(其差别为ONT直接位于用户端,而ONU和用户间更有其他的网络如以太网)。OLT到ONU/ONT的方向为下行方向,反之为上行方向。
二、GPON的特点
1.GPOM的优势
(1)高带宽。
GPON速率高达2.5Gb/s,能提供足够大的带宽以满足未来网络日益增长的对高带宽的需求,同时非对称特性更能适应宽带数据业务市场。
(2)QoS保证的全业务接人。
GPON能够同时承载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。目前,ATM承载话音、PDH、Ethernet等多业务的技术已经非常成熟;使用GEM承载各种用户业务的技术也得到大家的一致认可,已经开始广泛应用和发展。
(3)很好地支持TDM业务。
将TDM业务映射到GEM帧中,由于使用标准的8kHz(125ps)帧能够直接支持TDM业务。将TDM业务映射到ATM信元中也能提供有QoS保证的实时传输。GPON在这一点上有优势。
(4)简单、高效的适配封装。
GPON的GEM提供了一种灵活的帧结构封装,支持定长和不定长帧的封装,对多种业务实现通用映射,不需要进行协议转换,实现过程简单,开销小,协议封装效率最高可达97%,实现了带宽资源的充分利用。
(5)强大的OAM能力。
针对以太网系统在网路管理和性能监测的不足,GPON从消费者需求和运营商运行维护管理的角度,提供了三种OAM通道:嵌入的OAM通道、PLOAM和OMCI。它们承担不同的OAM任务,形成C/MPlane(控制,管理平面),平面中的不同信息对各自的OAM功能进行管理。GPON还继承了G.983中规定的OAM相关要求,具有丰富的业务管理和电信级的网络监测能力。
2.GPOM的劣势
(1)从标准角度讲,GPON比EPON严谨的多,也更符合电信运营商的需求。从市场实际应用角度讲,GPON的那些优势没有施展拳脚的地方。举个例子,GPON中的DBA算法,比EPON的先進很多。如果你做过GPON OLT芯片的话,也会感觉到DBA模块要求非常高。但是目前的市场现状是,所有TCONT都使用固定带宽,英雄无用武之地。GPON的OMCI模块也是,定义的超级复杂,FSAN搞了9次互通了,实际上只用到了其中二层协议部分。如果一开始不搞得那么复杂,循序渐进的话,GPON的应用规模会大得多。
(2)众所周知,GPON的国内标准一开始就砍掉了ATM部分,从现实情况来看,Native TDM用处也相当局限且不能互通,因此GPON只剩下了GEM,在当今的Ethernet/IP时代,需要将Ethernet Mapping到GEM,然后再从GEM Mapping到Ethernet,走了弯路,不如EPON简洁有效。
(3)产业链的问题。GPON的芯片很多都是设备厂家自研的芯片,包括中兴、华为等GPON厂家,目前能提供芯片的独立厂家只有Broadlight,这些设备厂家自己既做设备,又做芯片,其他芯片商根本不敢投入,尤其是OLT芯片,设备厂家自研芯片,势必带来互通性、开放性差等劣势。
(4) GPON的政策风险。EPON和GPON下行都是广播发送,因此下行加密是必不可少的,EPON有三重搅动加密,符合中国的安全规定,而GPON目前支持的是AES加密,是美国标准,实际使用的话,需要得到美国相关机构的授权,并且在国内,也不符合国密局的规定。
三、GPON的前景与应用
GPON的前景
(1)市场需求。据05-06年中国高清电视产业链市场研究报告称,数字高清化电视是未来数字电视的长期发展的必然方向之一。 2005年全球高清电视用户数量达到1450万,高清电视产业市场规模达到421亿美元,中国市场作为新兴的产业群体,高清用户数量及其收入在数字电视用户量及收入中所占的份额呈现逐年增长的势头。HDTV相关设备与部件、芯片等的市场将会有跨越式的增长。
(2)市场现状。目前在中国广泛采用的DSL技术,即数字用户线路,是以铜电话线为传输介质的点对点传输技术。在传统的电话网络(POTS)的用户环路上支持对称和非对称传输模式,解决了经常发生在网络服务供应商和最终用户间的传输瓶颈问题。但是在DSL当中,只有VDSL,即甚高速数字用户线,可以在短环路情况下实现100兆的带宽。与光纤相比,铜线DSL技术不能满足企业对带宽和覆盖范围的即时需求,而且受电磁干扰的影响较大,这无疑使数据通信质量受到较大的影响。
(3)市场对GPON的需求。与铜缆不同,光纤接入在距离和带宽方面是没有限制的,是最能适应未来发展的解决方案。PON技术已被毋庸置疑地认为是未来FTTH时代的终极解决方案。
2.GPON的应用
(1)商客、商务楼和工业园区的综合接入。在商业客户和商业客户比较集中的写字楼、工业园区和网吧集中区,用户分布较为分散,带宽需求相对较高(典型需求为10M、100M甚至1000M),除了基本的语音业务、高速Internet专线接入等业务外,还存在TDM(E1)专线、视讯会议、视频监控、VPN、无线覆盖等多样化的业务需求,对系统的可用性、业务质量和维护质量要求较高。采用GPON系统实现FTTB、FTTH,能够很好地满足这类客户的需求,为用户提供长距离、高带宽、丰富业务类型、高服务质量的业务保证。
(2)部分新建高档住宅小区(别墅或高档公寓)的宽带接入。相对于普通住宅用户,高档住宅小区的客户群优良,其电信业务消费能力强、消费层次高,对建设投资和业务资费不敏感,业务的需求主要包括Internet专线接入、电话、IPTV甚至视频会议等。因此可以铺设光纤入户,采用FTTH、FTTB+LAN/VDSL等灵活的宽带接入方式,特别是针对缺乏铜缆资源的地区,在大城市和发达地区进行一定的FTTH/B覆盖,以提高市场竞争力。
(3)新建小区的FTTB+DSL/LAN接人和旧网络改造。随着IPTV等新兴业务的出现,现有的DSL/LAN小区的升级改造刻不容缓。基于GPON的FTTB+DSL/LAN接入方式(采用多以太网接口的ONU或ONU内置小型DSLAM)利用原有的入户线,无需对现有楼内布线和装修进行改造,综合实施成本低、难度低,以较低的成本实现较高的用户接入速率,是一种高性价比的接入方案,很适合进行旧小区网络改造。
四、结语
尽管目前中国大面积布署的仍然是以DSL为主,但是随着更多新业务,如IPTV的推出,带宽的要求必然会促进PON技术的采用。得益于PON在日本和北美的广泛采用,成本已经大大降低。运营商尤其可以从没有有线电视的地方起步,提供试点服务赢得竞争力。有理由相信08年奥运会是GPON普及的一个重大机遇。PON在中国的广泛应用和中国用户享用更高的带宽,指日可待。