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摘 要 GPON技术具有高带宽、高效率、广范围、丰富的用户接口等诸多优点,被绝大部分运营商当作最具前途的理想技术。本文论述了GPON系统的组成、特点、工作原理、GPON 在FTTn 中的应用模式及GPON 组网方案,为进一步研究GPON技术在接入网中的应用提供了相关依据。
关键词 GPON 接入网 无源光网络
中图分类号:TN929文献标识码:A
一、 GPON系统组成
同所有PON系统一样,GPON系统主要由ODN(光分配网络)、OLT(光线路终端)、ONU(光网络单元)构成,其中ODN由光纤线路与光分路器等组成。OLT通过ONU与ODN连接,提供核心网域网络侧之间的接口。作为PON系统的核心功能设备,OLT控制各ONU集中带宽分配、并对系统进行实时监控,且对PON系统进行运行维护管理 。受OLT的集中控制的ONU,可以方便地提供用户侧的接口,提供ODN接入与语音、视频等多业务流。通过GE光口经ODN上联至OLT。在同一根光纤上实现信号双向传输是GPON使用波分复用技术的一大特点。在树型拓扑的基础上采用PON保护结构来提供网络的生存性,可以在更大程度上满足对接入技术的实际需求。
二、GPON系统特点
(一)较高的带宽。
最高速率已高达2.5Gb/s的GPON,可以更好地提供满足用户需求的足够大的带宽,以满足网络日益增长的对高带宽的需要,并且GPON的非对称性也能较好地适应宽带数据业务市场。
(二)很好地支持TDM业务。
将TDM业务映射到GEM帧中,使用标准的8kHz帧可以支持TDM业务。由TDM业务映射到ATM信元提供的有QoS保证的实时传输,使得GPON在这一方面具有更大的优势。
(三)高可靠性。
由于没有任何有源设备的光分配网中,只有物理介质特性很稳定的无缘分光器与光纤,避免了干扰,使得网络具有高的可靠性。
(四)强大的OAM能力。
针对以太网系统在性能检测与网络管理中的不足,GPON为用户与运营商提供了三种OAM通道,分别是嵌入的OAM通道、OMCI与PLOAM。不同的OAM任务由这三者分别承担,从而形成了C/M Plane(控制/管理平面),对各自的OAM功能的管理由平面中的不同信息进行。GPON还具有丰富的电信级的网络监测与业务管理能力。
(五)支持远距离接入。
针对FTTB开发的GPON系统,其OLT到ONU的最远距离可达到60km以上。
(六)高效的适配封装技术。
GPON系统中的GEM可以提供一种的帧结构封装,灵活地支持不定长与定长测封装,不需要进行协议转换,从而能对多种业务实现通用映射,方便地实现开销小、过程简单等功能,协议封装效率高达97%,并实现了带宽资源的有效利用。
(七)QoS保证的全业务接入。
能够同时承载GEM帧与ATM信元GPON系统,有着良好的提供服务等级与支持QoS保证的能力。当今,由ATM承载的PDH、Ethernet与话音等业务技术已经很成熟;而使用GEM承载各种用户业务的技术也得到了业界的广泛认可,并得以应用与发展。
(八)单纤接入技术。
要想满足用户的接入需求,只需使用单根光纤即可,因此能大量节省运营商在接入层馈线段的光纤资源。
三、GPON的工作原理
GPON采用一点到多点,无源光纤传输方式的网络拓扑结构,由无源光分路器将OLT的光信号分到ONU。由连接到一个或多个ODN的OLT,向上可以提供广域网接口,向下可以对ODN提供2.488Bb/s的光接口,具有运行维护管理无源光网络系统,实时监控,控制光分配网络,集中带宽分配的功能。
ODN为ONU与OLT提供光传输手段,它的功能是集中上行数据与分发下行数据。ONU可以为接入网提供用户侧的接口,提供数据、话音、视频等多业务流与ODN的接入,其对O D N 的光接口速率有1.244Gb/s,2.48sGb/s,155 Mb / S 和622MbzS4种选择,受OLT 的集中控制。通过波分复用覆盖技术,在同一根光纤上,GPON可以便捷地实现数据流的全双工传输功能。如果加上保护环,可以在提供通道与业务保护的情况下,对ONU提供保护。这种结构主要有环型、树型或总线型拓扑结构。
从层结构的意义层面上讲,GPON系统被分为传输汇聚层和物理位置相关层。而相对PMD层,GPON的传输网络可以是ITU一T和SDH/SONET的G609;它的用户信号也可分为多种类型,可以是持续的比特数据,也可以是基于分组的如Ethernet或IP/PPP的MAC 帧。可以在上面传送TDM业务是由于GPON系统的线路速率是8kHz的倍数,故GPON可以很好地支持语音业务和数据业务。非对称和对称的线路速率在GPON传输网络中也可以得到很好的支持。
采用广播式发送的GPON系统下行与采取TDMA方式的上行配合使用。OLT可以统一控制上行数据的传输工作。各ONU按OLT分配的时隙传输用户数据,各ONU产生的上行数据处理中,不会发生冲突 ,这是因为不同的ONU所用的时隙不同而产生的结果,OLT发出的时隙分配帧决定着允许ONU发送数据的时隙,根据在自己的时隙中插入上行数据,ONU实现了多个ONU之间共享上行信道带宽。在相关标准中,G984.1规定GPON的最大物理距离与最大逻辑距离是分别是20km和60km。由GPON系统提供的物理覆盖至少是20km,而ADSL为6km。另外GPON支持的ODN等级有ClassA/B/C,即可支持高达1:128 的分光比,可提供更多的用户接入。为摆脱APON的设计规范,GPON引入一个全新的传输汇聚层的架构。在有关建议中,Tc层可以分成为Tc适配子层和Tc成帧子层。GEM适配和ATM适配是TC成帧子层的两种适配方式。G983系列标准规范由GEM适配沿用,ATM帧承载着业务;而源于ITU-T的G6041标准中定义的GEM适配,可以承载如基于分组的IP 用Ethernet和PP,或是基于恒定比特的业务等高层协议。在有关建议中,G983.4的思路QoS和动态带宽得到了分配沿用,参照参数检测拥塞状态,对划分的五种不同的业务设置不同的参数,进行带宽的分配,并对ONU授权。在传统的加密控制、DBA技术基础上,JTU一T在Tc层又重新定义了一些功率控制、前向纠错功能等。
四、 GPON在FTTn中的应用模式
(一)FTTB 应用模式。
使用光纤替换用户之前使用的铜线电缆,是宽带光接入网的典型应用类型的基本特征,ONU部署在传统的分线盒,ONU下采用其他介质接入用户。在FTTB系统中,为用户业务提供收敛与分发作用的OLT被放置在端局,采用光纤接口的上联网络侧,在终结光信号的ONU设备连接着光纤网络,铜线或五类线接口则是由用户侧提供。可以通过区域集中供电或是本地供电为FTTB网络结构在ONU点处解决供电问题。
由于FTTB网络中,ONU数量较多是由于ONU布设到DP,因此单个ONU接入的用户数量并不是很多,因此在选择光纤传输技术时,应着重选择能够节省光纤资源、支持较多ONU数量的传输技术。GPON是比较好的技术选择。具体的应用模式又有如下几种:
1、FTTB+xDSL
具体实现是将光纤端接点分布在楼层或楼道,小型DSLAM设备网络侧采用GPON上联口,用户侧提供xDS L接口通过双绞线入户。这种方式的特点是,利用了现有的双绞线资源,并采用相关成熟的VDSL技术,这种方式可以充分利用现有的线路投资,减少了技术投资。并且可以提供中小容量的DSL MDU,提供一体化机柜以适应室外恶劣工作环境。
2、FTTB+LAN
将光纤端接点分布在楼层或楼道的应用模式,ONU提供多个以太网接口,并完成光信号的终结。这种模式的技术实现需要保证ONU到用户的线路距离不能过长,这是由于以太网五类线具有的距离限制原因。
(二)FTTH 应用模式。
利用光纤传输媒质连接家庭住宅和通信局端的接入方式,光纤到家庭用户这种应用模式引入了光纤由单个用户独享。在构成的物流网络上,在ONU与OLT之间采用全程光纤的接入方式,FTTH应用模式将ONU光节点部署到用户家中,在这样的应用环境下,ONU被称为ONT,技术模式会直接提供UNI接口连接居民家庭网络。
在FTTH应用模式网络中,无论是何种居住环境,ONU都可以直接置于用户家中,在主要由光纤和光分路器构成的GPON系统中,ONU和OLT之间主要采用无源的光分配网络,OLT可放置于远端的机房,也可放置于小区机房,具体可依据实际应用条件而定。供电问题在FTTB网络结构在ONU点同样需要解决。
提供了高速接入的数据接口的OLT和ONU侧,对数据业务具备天然的接入。而用户宽带上网接入是由ONU以太网接口提供,根据现阶段使用的宽带实际,可以由BRAS来完成用户认证与管理,通过这样的方式,保持与用户管理方式的一致性 。采用合适的QoS策略,可以对数据业务进行准确的接入,不同的QoS保证是由不同的业务提供的,这样可以为不同的业务提供不同的业务和带宽。
对于FTTH应用模式,在社区信息化场合使用比较适合。随着技术的飞速发展,及目前比较普及的社会信息化的普及,多数社区均已采用ADSL接入技术,随着高带宽业务引入家庭的逐步实施,传统社区的网络接入正面临着改造。GPON 光接入平台立足高带宽接入,根据居住环境的消费承受能力,分层次提供FTTH技术模式。接入业务提供系列化ONU/ONT 终端,使家庭用户各种业务接入需求得以满足。
五、GPON 组网方案
(一)星型方式。
当ONU与OLT之间按点到点的方式进行技术配置,且ONU是直接经专用光链路与OLT相连的,中间并没有光分路器,此时这种结构就构成星形方式。这种配置方式传输距离远大于点到多点配置,不会存在光分路引入的损耗问题。
(二)树形方式。
作为点到多点配置结构的应用,树形拓扑结构利用了一系列级联的分配点对信号进行分路使用,可以传给多个用户,同时也需要靠这些分配点将上行信号结合在一起,再送给OLT进行处理。
(三)总线方式。
总线方式也是点到多点配置的结构应用。这种拓扑结构中分配点到ONU仍然是星型结构,且实际上是分配点和OLT的拓扑。这种结构利用了一系列串联的分配点以便从总线向ONU分配由OLT发送的信号,同时又可以将ONU发送的信号插入总线送回到OLT 。
六、结束语
GPON技术节约了运营商维护的成本,为现阶段解决绝大部分FTTn的业务需求提供了极大的便利。在应用中可以充分体现许多特点,这种网络由于没有任何外来有源设备的干扰,使该项技术具备了较高的可靠性。随着技术的进一步发展,设备成本会得到更大幅度的降低,GPON系统在接入网中的应用会越来越广泛。
(作者单位:深圳市天和通信有限公司惠州分公司)
注释:
陈雪.无源光网络技术.北京邮电大学出版社,2006.
敖立.宽带接入技术的最新进展. 电信科学,2005(3).
刘东. EPON和GPON的综合比较.电信科学,2005(6).
关键词 GPON 接入网 无源光网络
中图分类号:TN929文献标识码:A
一、 GPON系统组成
同所有PON系统一样,GPON系统主要由ODN(光分配网络)、OLT(光线路终端)、ONU(光网络单元)构成,其中ODN由光纤线路与光分路器等组成。OLT通过ONU与ODN连接,提供核心网域网络侧之间的接口。作为PON系统的核心功能设备,OLT控制各ONU集中带宽分配、并对系统进行实时监控,且对PON系统进行运行维护管理 。受OLT的集中控制的ONU,可以方便地提供用户侧的接口,提供ODN接入与语音、视频等多业务流。通过GE光口经ODN上联至OLT。在同一根光纤上实现信号双向传输是GPON使用波分复用技术的一大特点。在树型拓扑的基础上采用PON保护结构来提供网络的生存性,可以在更大程度上满足对接入技术的实际需求。
二、GPON系统特点
(一)较高的带宽。
最高速率已高达2.5Gb/s的GPON,可以更好地提供满足用户需求的足够大的带宽,以满足网络日益增长的对高带宽的需要,并且GPON的非对称性也能较好地适应宽带数据业务市场。
(二)很好地支持TDM业务。
将TDM业务映射到GEM帧中,使用标准的8kHz帧可以支持TDM业务。由TDM业务映射到ATM信元提供的有QoS保证的实时传输,使得GPON在这一方面具有更大的优势。
(三)高可靠性。
由于没有任何有源设备的光分配网中,只有物理介质特性很稳定的无缘分光器与光纤,避免了干扰,使得网络具有高的可靠性。
(四)强大的OAM能力。
针对以太网系统在性能检测与网络管理中的不足,GPON为用户与运营商提供了三种OAM通道,分别是嵌入的OAM通道、OMCI与PLOAM。不同的OAM任务由这三者分别承担,从而形成了C/M Plane(控制/管理平面),对各自的OAM功能的管理由平面中的不同信息进行。GPON还具有丰富的电信级的网络监测与业务管理能力。
(五)支持远距离接入。
针对FTTB开发的GPON系统,其OLT到ONU的最远距离可达到60km以上。
(六)高效的适配封装技术。
GPON系统中的GEM可以提供一种的帧结构封装,灵活地支持不定长与定长测封装,不需要进行协议转换,从而能对多种业务实现通用映射,方便地实现开销小、过程简单等功能,协议封装效率高达97%,并实现了带宽资源的有效利用。
(七)QoS保证的全业务接入。
能够同时承载GEM帧与ATM信元GPON系统,有着良好的提供服务等级与支持QoS保证的能力。当今,由ATM承载的PDH、Ethernet与话音等业务技术已经很成熟;而使用GEM承载各种用户业务的技术也得到了业界的广泛认可,并得以应用与发展。
(八)单纤接入技术。
要想满足用户的接入需求,只需使用单根光纤即可,因此能大量节省运营商在接入层馈线段的光纤资源。
三、GPON的工作原理
GPON采用一点到多点,无源光纤传输方式的网络拓扑结构,由无源光分路器将OLT的光信号分到ONU。由连接到一个或多个ODN的OLT,向上可以提供广域网接口,向下可以对ODN提供2.488Bb/s的光接口,具有运行维护管理无源光网络系统,实时监控,控制光分配网络,集中带宽分配的功能。
ODN为ONU与OLT提供光传输手段,它的功能是集中上行数据与分发下行数据。ONU可以为接入网提供用户侧的接口,提供数据、话音、视频等多业务流与ODN的接入,其对O D N 的光接口速率有1.244Gb/s,2.48sGb/s,155 Mb / S 和622MbzS4种选择,受OLT 的集中控制。通过波分复用覆盖技术,在同一根光纤上,GPON可以便捷地实现数据流的全双工传输功能。如果加上保护环,可以在提供通道与业务保护的情况下,对ONU提供保护。这种结构主要有环型、树型或总线型拓扑结构。
从层结构的意义层面上讲,GPON系统被分为传输汇聚层和物理位置相关层。而相对PMD层,GPON的传输网络可以是ITU一T和SDH/SONET的G609;它的用户信号也可分为多种类型,可以是持续的比特数据,也可以是基于分组的如Ethernet或IP/PPP的MAC 帧。可以在上面传送TDM业务是由于GPON系统的线路速率是8kHz的倍数,故GPON可以很好地支持语音业务和数据业务。非对称和对称的线路速率在GPON传输网络中也可以得到很好的支持。
采用广播式发送的GPON系统下行与采取TDMA方式的上行配合使用。OLT可以统一控制上行数据的传输工作。各ONU按OLT分配的时隙传输用户数据,各ONU产生的上行数据处理中,不会发生冲突 ,这是因为不同的ONU所用的时隙不同而产生的结果,OLT发出的时隙分配帧决定着允许ONU发送数据的时隙,根据在自己的时隙中插入上行数据,ONU实现了多个ONU之间共享上行信道带宽。在相关标准中,G984.1规定GPON的最大物理距离与最大逻辑距离是分别是20km和60km。由GPON系统提供的物理覆盖至少是20km,而ADSL为6km。另外GPON支持的ODN等级有ClassA/B/C,即可支持高达1:128 的分光比,可提供更多的用户接入。为摆脱APON的设计规范,GPON引入一个全新的传输汇聚层的架构。在有关建议中,Tc层可以分成为Tc适配子层和Tc成帧子层。GEM适配和ATM适配是TC成帧子层的两种适配方式。G983系列标准规范由GEM适配沿用,ATM帧承载着业务;而源于ITU-T的G6041标准中定义的GEM适配,可以承载如基于分组的IP 用Ethernet和PP,或是基于恒定比特的业务等高层协议。在有关建议中,G983.4的思路QoS和动态带宽得到了分配沿用,参照参数检测拥塞状态,对划分的五种不同的业务设置不同的参数,进行带宽的分配,并对ONU授权。在传统的加密控制、DBA技术基础上,JTU一T在Tc层又重新定义了一些功率控制、前向纠错功能等。
四、 GPON在FTTn中的应用模式
(一)FTTB 应用模式。
使用光纤替换用户之前使用的铜线电缆,是宽带光接入网的典型应用类型的基本特征,ONU部署在传统的分线盒,ONU下采用其他介质接入用户。在FTTB系统中,为用户业务提供收敛与分发作用的OLT被放置在端局,采用光纤接口的上联网络侧,在终结光信号的ONU设备连接着光纤网络,铜线或五类线接口则是由用户侧提供。可以通过区域集中供电或是本地供电为FTTB网络结构在ONU点处解决供电问题。
由于FTTB网络中,ONU数量较多是由于ONU布设到DP,因此单个ONU接入的用户数量并不是很多,因此在选择光纤传输技术时,应着重选择能够节省光纤资源、支持较多ONU数量的传输技术。GPON是比较好的技术选择。具体的应用模式又有如下几种:
1、FTTB+xDSL
具体实现是将光纤端接点分布在楼层或楼道,小型DSLAM设备网络侧采用GPON上联口,用户侧提供xDS L接口通过双绞线入户。这种方式的特点是,利用了现有的双绞线资源,并采用相关成熟的VDSL技术,这种方式可以充分利用现有的线路投资,减少了技术投资。并且可以提供中小容量的DSL MDU,提供一体化机柜以适应室外恶劣工作环境。
2、FTTB+LAN
将光纤端接点分布在楼层或楼道的应用模式,ONU提供多个以太网接口,并完成光信号的终结。这种模式的技术实现需要保证ONU到用户的线路距离不能过长,这是由于以太网五类线具有的距离限制原因。
(二)FTTH 应用模式。
利用光纤传输媒质连接家庭住宅和通信局端的接入方式,光纤到家庭用户这种应用模式引入了光纤由单个用户独享。在构成的物流网络上,在ONU与OLT之间采用全程光纤的接入方式,FTTH应用模式将ONU光节点部署到用户家中,在这样的应用环境下,ONU被称为ONT,技术模式会直接提供UNI接口连接居民家庭网络。
在FTTH应用模式网络中,无论是何种居住环境,ONU都可以直接置于用户家中,在主要由光纤和光分路器构成的GPON系统中,ONU和OLT之间主要采用无源的光分配网络,OLT可放置于远端的机房,也可放置于小区机房,具体可依据实际应用条件而定。供电问题在FTTB网络结构在ONU点同样需要解决。
提供了高速接入的数据接口的OLT和ONU侧,对数据业务具备天然的接入。而用户宽带上网接入是由ONU以太网接口提供,根据现阶段使用的宽带实际,可以由BRAS来完成用户认证与管理,通过这样的方式,保持与用户管理方式的一致性 。采用合适的QoS策略,可以对数据业务进行准确的接入,不同的QoS保证是由不同的业务提供的,这样可以为不同的业务提供不同的业务和带宽。
对于FTTH应用模式,在社区信息化场合使用比较适合。随着技术的飞速发展,及目前比较普及的社会信息化的普及,多数社区均已采用ADSL接入技术,随着高带宽业务引入家庭的逐步实施,传统社区的网络接入正面临着改造。GPON 光接入平台立足高带宽接入,根据居住环境的消费承受能力,分层次提供FTTH技术模式。接入业务提供系列化ONU/ONT 终端,使家庭用户各种业务接入需求得以满足。
五、GPON 组网方案
(一)星型方式。
当ONU与OLT之间按点到点的方式进行技术配置,且ONU是直接经专用光链路与OLT相连的,中间并没有光分路器,此时这种结构就构成星形方式。这种配置方式传输距离远大于点到多点配置,不会存在光分路引入的损耗问题。
(二)树形方式。
作为点到多点配置结构的应用,树形拓扑结构利用了一系列级联的分配点对信号进行分路使用,可以传给多个用户,同时也需要靠这些分配点将上行信号结合在一起,再送给OLT进行处理。
(三)总线方式。
总线方式也是点到多点配置的结构应用。这种拓扑结构中分配点到ONU仍然是星型结构,且实际上是分配点和OLT的拓扑。这种结构利用了一系列串联的分配点以便从总线向ONU分配由OLT发送的信号,同时又可以将ONU发送的信号插入总线送回到OLT 。
六、结束语
GPON技术节约了运营商维护的成本,为现阶段解决绝大部分FTTn的业务需求提供了极大的便利。在应用中可以充分体现许多特点,这种网络由于没有任何外来有源设备的干扰,使该项技术具备了较高的可靠性。随着技术的进一步发展,设备成本会得到更大幅度的降低,GPON系统在接入网中的应用会越来越广泛。
(作者单位:深圳市天和通信有限公司惠州分公司)
注释:
陈雪.无源光网络技术.北京邮电大学出版社,2006.
敖立.宽带接入技术的最新进展. 电信科学,2005(3).
刘东. EPON和GPON的综合比较.电信科学,2005(6).