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【摘 要】FTTH(光纤到户)是将光网络单元(ONU)安装在住家用户或企业用户处,是最靠近用户的光接入网应用类型。随着视频、数字电视、IPTV等高带宽多媒体应用的普及,商业大客户对网络带宽、稳定性需求的提高,国内对于FTTH的讨论逐渐升温,市场需求、日渐降低的成本以及前所未有的历史机遇,正推动着FTTH在我国的应用,使其成为未来2-3年我国电信产业发展的一个新亮点。近年来,FTTH相关技术快速发展,已成为电信领域的热点技术,从155Mb/s及622Mb/s的BPON(APON)、非标准的百兆EPON发展到支持 1.25Gb/s线路速率的IEEE标准的EPON和2.5Gb/s的ITU-T标准的GPON。
本论文首先概述了FTTH的系统结构,对EPON、GPON技术作了较为详细的论述和比较.其次,分析和阐述了EPON的原理和关键技术。本文重点阐述了 EPON FTTH的在通信运营商网络规划建设中的组网模式、带宽预算、ODN规划等关键技術; 最后介绍了针对别墅区、写字楼、小区楼道以及网吧/大客户用EPON实现FTTH的解决方案。
【关键词】EPON;GPON;FTTH
Discuss Fiber to home (FTTH) solution in China
Zhang Xue-chen
(Shanxi Tianyuan Communication Design Consulting Co., Ltd. Xi'an Shanxi 710075)
【Abstract】 FTTH(fiber to the home) is a kind of optiacal access application model what can be used at home or in enterprise via ONU(optiacal network unit), which is the closest model canbe use by end user. In order to meet with user's requirement of broadband ,fast,feasibility an stabiity application on video,digital TV and IPTV multiple nedia. The local marketing is getting more serious demands to low-coast application which apply to current flash business challenge. Thus lead to brand new topic in next 2~3 years with highlyFTTHconceptionin China. In recent years, the FTTH relevance technology develops rapidly, the hot spot technology, BPON ( APON ) ,nonstandard all kinds of from 155Mb/s and 622Mb/s already becoming the telecommunication field foretell standard ITU-T GPON that EPON develops to standard EPON of IEEE and 2.5Gb/s supporting 1.25Gb/s circuits rate.
Fisrt of all, this paper has summarized FTTH system stracture, the technology has assumed comparatively detailed discussion and comparison to EPON,GPON. Secondly, analyse and resolve having set forth the EPON principle and the key technology. The budget building the hit the target set o net pattern,bandwidth in the business network plan communicating by letter being in motion and doing business, ODN concentrating on having set forth EPON FTTH plan the main body of a book waiting for the key technology. At last, it introduced that area, office building, housing estate corridor and important customer use EPON to realize FTTH's specifiacally for villa a scheme.
【Key words】EPON;GPON;FTTH
1. 绪论
FTTH的提出
在宽带接入领域,目前国内大多数家庭都是使用ADSL(非对称数字用户线路)技术来实现,用户的各种业务通过接入网进入核心网。随着互联网的持续快速发展,网上新业务层出不穷,特别是近年来开始风靡的互动游戏、视频电话和IPTV等,使得人们对网络接入带宽的需求持续增加。由于普通的ADSL技术无法提供长距离及高速宽带等系列服务,渐渐已无法适应固网运营商在原有带宽基础上推出更多新的服务项目,满足用户需求。所以,可提供全业务、高速率的光纤到户(FTTH)光接入网就成为了宽带接入网的最有效的解决方案。
2. FTTH技术的发展
2.1 FTTH系统结构。
在FTTH的技术模式中主要分为2类:点到点(P2P)和点到多点(P2MP),网络结构如图1所示:
图1 点到点(P2P)方式的网络结构
R/S:参考点 注:OLT可以是分离的多端设备,与ONU一一对应
R/S:参考点 IFPON:PON专用接口
注:ODN中的无源光分路器可以是一个或多个光分路器的级联
通常P2P的连接方式都采用媒体转换器(MC,Media Converter)方式,即每一个户端的Transceiver都和局端的Tranceiver进行点对点的通信,点到点以太网采有源业务集中点替代无源系统的无源器件,可以使传输距离扩展到120公里,这种方式优点是专用接入,带宽有保证,每用户独享100Mb/s,局端设备简单,传输距离长,成本随用户数的实际增长而线性增加,投资风险低,在低密度用户分散区成本较低,网络结构灵活,运营维护成本低;集中在小区机房配线,易于放号、维护和管理;通信简单,易于实现,缺点是光纤专用,当需求快速增长且用户密集时,空间需求和成本会随之迅速增加,供电复杂(多处电源),网管复杂(元件多)难以提供传统模拟视频业务,计费、服务质量、管理、安全等需妥善解决,局端负担很大,光纤的敷设也很麻烦。P2MP的连接方式通常采用PON的形式来实现,即利用Splitter(l:8,1:32,1:64甚至更多),在下行方向将局端光信号分配给每一个ONU,在上行方向将各个ONU的信号进行复接(采用TDM,WDM等方式)。这种方式能极大节省局端光模块和光纤,且敷设容易,便于维护,适合于用户数量较多,光纤资源紧张的场合,但协议比较复杂,技术上难度要大些。
图2 点到多点(P2MP)的网络结构
3. EPON原理及关键技术
3.1 EPON原理。
3.1.1 PON网络结构。
一个典型的EPON系统由OLT、ONU、ODN组成。OLT (OptiCall Line Termina)放在中心机房, ONU(Opticall Network Unit) 为用户端设备,ODN (Optica1l Distributed Network)是光配线网,主要由一个或数个光分裂器(Splitter)来连接OLT和ONU,它的功能是分发下行数据并集中上行数据。OLT既是一个交换机或路由器,又是一个多业务提供平台,提供面向无源光纤网络的光纤接口。OLT除了
提供网络集中和接入的功能外,还可以针对用户的QoS/SLA的不同要求进行带宽分配,网络安全和管理配置。光分裂器是一个简单设备,它不需要电源,可以置于全天候的环境中,一般一个光分裂器的分线率为2、4或8,并可以多级连接。在EPON中,OLT到ONU间的距离最大可达2Okm,如果使用光纤放大器(有源中继器),距离还可以延长。
EPON中的ONU采用了技术成熟而又经济的以太网络协议,在中带宽和高带宽的ONU中实现了成本低廉的以太网第二层或第三层交换功能。这种类型的ONU可以通过层叠来为多个最终用户提供相当高的共享带宽。因为都使用以太网协议,在通信的过程中,就无需协议转换,而实现ONU对用户数据的透明传送。当然,对于光纤到家(FTTH)的接入方式,ONU可以不需要交换功能,从而能在极低的成本下为终端用户分配所需的带宽。
远程业务分配控制(remote provisioning)管理可以让运营商通过对用户不同时段的不同业务需求做出响应,这样可以提高用户满意度。运营商可以通过中心管理系统对OLT、ONU等所有网络单元设备进行管理,同时可以很灵活地根据用户的需要来动态分配带宽。
3.1.2 EPON工作原理。
(1)信号复用。
EPON系统采用WDM技术实现单纤双向传输(强制)。
图3 EPON工作原理
图4 EPON中的下行数据流
为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号,采用以下两种复用技术:
3.2 下行数据流采用时分复用(TDM)技术;
从局端接口单元发送的信号按时分复用依次送到各个用户单元。
3.3 上行数据流采用TDMA技术。
图5 EPON中的上行数据流
在图3-4中下行数据采用广播方式从OLT发给多个ONU,根据IEEE802.3协议,这些数据包是不定长的,最长可以达到1518字节。每个包携带的信头唯一标识了数据需要到达的是ONU1、ONU2还是ONU3,此外有一些包是发给所有的ONU,为广播包,还有一些包是发给一组ONU的,称为多播包。数据流通过分束器后分为3路独立的信号,每路信号都含有发给所有特定ONU的数据包。当ONU接收到数据流时,只提取发给自己的数据包,将发给其他ONU的数据包丢弃。例如,在图3-4中ONUI接收到了数据包1、2、3,但只将数据包1发送给终端用户。图3-5显示上行数据流采用时分复用技术,每个ONU都分配一个传输时隙。
这些时隙是同步的,因此当数据包祸合到一根光纤中时,不同ONU的数据包不会产生干扰。例如,ONU1在第1个时隙传输数据包1,ONU2在第2个没有占用的时隙传输数据包2,ONU3在第3个没有占用的时隙传输数据包3。
ONU发给OLT的上行业务流使用时分复用技术,每个ONU在特定的时隙传输,避免传输冲突。
3.4 EPON的关键技术
(1)系统同步。
系统同步是指由于EPON上行为多点到一点的拓扑结构,每个ONU发送时隙必须与OLT的系统分配的时隙保持一致,以防止各个ONU上行数据发生碰撞。
(2)ONU的自动识别。
ONU自动加入目的是通过系统的自动运行,不需人工干预的完成对新ONU的发现和注册,使新ONU能够自动加入到EPON系统而不影响其他ONU运行。
(3)EPON中TDM业务的传输。
尽管数据业务的带宽需求正快速增长,但现有的电路业务还有很大的市场,在短期内仍将发挥其巨大的作用,在今后几年内仍是业务运营商的主要收入来源。
(4)动态带宽分配(DBA)。
带宽分配分为静态和动态两种,静态带宽由打开的窗口尺寸决定,动态带宽则根据ONU的需要,由OLT分配。DBA技术是MAC层技术关键,它直接关系到上行信道的利用率和数据时延。
4. 总结
从应用场景看,EPON比较适合部署中小规模FTTX,如个人用户,GPON适合于部署大规模FTTX,如对技术要求高的企业用户。总之,抛开各种现实情况单纯讨论和比较EPON和GPON技術的理想实现情况并没有多大的现实意义。充分认清EPON和GPON的技术定位,让它们在以后的共同运用中各尽其能、互为补充、协调发展,发挥更大更好的市场效应才是关键。对于运营商而言,要合理区分市场,积极试验,稳步投资,积累经验,为全光接入网的大规模部署做好准备。
参考文献
[1] 胡保民,刘德明,黄德修:EPON:下一代宽带光接入网.光通信研究;
[2] 尹树华,张引发:光纤通信工程与工程管理.北京:人民邮电出版社,2005
[3] (美)GLENCARTY宽带网络.北京:人民邮电出版社,2003
[4] 唐纯贞.电信网与电信业务.北京:人民邮电出版社,2003
[5] 朱祥华.现代通信基础与技术.北京:人民邮电出版社,2004
[6] 陶智勇,周芳,胡先志.综合宽带接入技术.北京:北京邮电大学出版社,2002
[7] 樊海东.烽火网络:量体裁衣-运营FTTH最佳模式.通信产业报,2004.12
[8] 张中荃.接入网技术.北京:人民邮电出版社,2004
[9] 韦毅梅,卢麟,王荣.EPON的体系结构和关键技术.光通信研究,2003.
[10] 敖立.EPON与GPON技术及产品比较.通信世界,2004
[文章编号]1006-7619(2010)09-28-901
本论文首先概述了FTTH的系统结构,对EPON、GPON技术作了较为详细的论述和比较.其次,分析和阐述了EPON的原理和关键技术。本文重点阐述了 EPON FTTH的在通信运营商网络规划建设中的组网模式、带宽预算、ODN规划等关键技術; 最后介绍了针对别墅区、写字楼、小区楼道以及网吧/大客户用EPON实现FTTH的解决方案。
【关键词】EPON;GPON;FTTH
Discuss Fiber to home (FTTH) solution in China
Zhang Xue-chen
(Shanxi Tianyuan Communication Design Consulting Co., Ltd. Xi'an Shanxi 710075)
【Abstract】 FTTH(fiber to the home) is a kind of optiacal access application model what can be used at home or in enterprise via ONU(optiacal network unit), which is the closest model canbe use by end user. In order to meet with user's requirement of broadband ,fast,feasibility an stabiity application on video,digital TV and IPTV multiple nedia. The local marketing is getting more serious demands to low-coast application which apply to current flash business challenge. Thus lead to brand new topic in next 2~3 years with highlyFTTHconceptionin China. In recent years, the FTTH relevance technology develops rapidly, the hot spot technology, BPON ( APON ) ,nonstandard all kinds of from 155Mb/s and 622Mb/s already becoming the telecommunication field foretell standard ITU-T GPON that EPON develops to standard EPON of IEEE and 2.5Gb/s supporting 1.25Gb/s circuits rate.
Fisrt of all, this paper has summarized FTTH system stracture, the technology has assumed comparatively detailed discussion and comparison to EPON,GPON. Secondly, analyse and resolve having set forth the EPON principle and the key technology. The budget building the hit the target set o net pattern,bandwidth in the business network plan communicating by letter being in motion and doing business, ODN concentrating on having set forth EPON FTTH plan the main body of a book waiting for the key technology. At last, it introduced that area, office building, housing estate corridor and important customer use EPON to realize FTTH's specifiacally for villa a scheme.
【Key words】EPON;GPON;FTTH
1. 绪论
FTTH的提出
在宽带接入领域,目前国内大多数家庭都是使用ADSL(非对称数字用户线路)技术来实现,用户的各种业务通过接入网进入核心网。随着互联网的持续快速发展,网上新业务层出不穷,特别是近年来开始风靡的互动游戏、视频电话和IPTV等,使得人们对网络接入带宽的需求持续增加。由于普通的ADSL技术无法提供长距离及高速宽带等系列服务,渐渐已无法适应固网运营商在原有带宽基础上推出更多新的服务项目,满足用户需求。所以,可提供全业务、高速率的光纤到户(FTTH)光接入网就成为了宽带接入网的最有效的解决方案。
2. FTTH技术的发展
2.1 FTTH系统结构。
在FTTH的技术模式中主要分为2类:点到点(P2P)和点到多点(P2MP),网络结构如图1所示:
图1 点到点(P2P)方式的网络结构
R/S:参考点 注:OLT可以是分离的多端设备,与ONU一一对应
R/S:参考点 IFPON:PON专用接口
注:ODN中的无源光分路器可以是一个或多个光分路器的级联
通常P2P的连接方式都采用媒体转换器(MC,Media Converter)方式,即每一个户端的Transceiver都和局端的Tranceiver进行点对点的通信,点到点以太网采有源业务集中点替代无源系统的无源器件,可以使传输距离扩展到120公里,这种方式优点是专用接入,带宽有保证,每用户独享100Mb/s,局端设备简单,传输距离长,成本随用户数的实际增长而线性增加,投资风险低,在低密度用户分散区成本较低,网络结构灵活,运营维护成本低;集中在小区机房配线,易于放号、维护和管理;通信简单,易于实现,缺点是光纤专用,当需求快速增长且用户密集时,空间需求和成本会随之迅速增加,供电复杂(多处电源),网管复杂(元件多)难以提供传统模拟视频业务,计费、服务质量、管理、安全等需妥善解决,局端负担很大,光纤的敷设也很麻烦。P2MP的连接方式通常采用PON的形式来实现,即利用Splitter(l:8,1:32,1:64甚至更多),在下行方向将局端光信号分配给每一个ONU,在上行方向将各个ONU的信号进行复接(采用TDM,WDM等方式)。这种方式能极大节省局端光模块和光纤,且敷设容易,便于维护,适合于用户数量较多,光纤资源紧张的场合,但协议比较复杂,技术上难度要大些。
图2 点到多点(P2MP)的网络结构
3. EPON原理及关键技术
3.1 EPON原理。
3.1.1 PON网络结构。
一个典型的EPON系统由OLT、ONU、ODN组成。OLT (OptiCall Line Termina)放在中心机房, ONU(Opticall Network Unit) 为用户端设备,ODN (Optica1l Distributed Network)是光配线网,主要由一个或数个光分裂器(Splitter)来连接OLT和ONU,它的功能是分发下行数据并集中上行数据。OLT既是一个交换机或路由器,又是一个多业务提供平台,提供面向无源光纤网络的光纤接口。OLT除了
提供网络集中和接入的功能外,还可以针对用户的QoS/SLA的不同要求进行带宽分配,网络安全和管理配置。光分裂器是一个简单设备,它不需要电源,可以置于全天候的环境中,一般一个光分裂器的分线率为2、4或8,并可以多级连接。在EPON中,OLT到ONU间的距离最大可达2Okm,如果使用光纤放大器(有源中继器),距离还可以延长。
EPON中的ONU采用了技术成熟而又经济的以太网络协议,在中带宽和高带宽的ONU中实现了成本低廉的以太网第二层或第三层交换功能。这种类型的ONU可以通过层叠来为多个最终用户提供相当高的共享带宽。因为都使用以太网协议,在通信的过程中,就无需协议转换,而实现ONU对用户数据的透明传送。当然,对于光纤到家(FTTH)的接入方式,ONU可以不需要交换功能,从而能在极低的成本下为终端用户分配所需的带宽。
远程业务分配控制(remote provisioning)管理可以让运营商通过对用户不同时段的不同业务需求做出响应,这样可以提高用户满意度。运营商可以通过中心管理系统对OLT、ONU等所有网络单元设备进行管理,同时可以很灵活地根据用户的需要来动态分配带宽。
3.1.2 EPON工作原理。
(1)信号复用。
EPON系统采用WDM技术实现单纤双向传输(强制)。
图3 EPON工作原理
图4 EPON中的下行数据流
为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号,采用以下两种复用技术:
3.2 下行数据流采用时分复用(TDM)技术;
从局端接口单元发送的信号按时分复用依次送到各个用户单元。
3.3 上行数据流采用TDMA技术。
图5 EPON中的上行数据流
在图3-4中下行数据采用广播方式从OLT发给多个ONU,根据IEEE802.3协议,这些数据包是不定长的,最长可以达到1518字节。每个包携带的信头唯一标识了数据需要到达的是ONU1、ONU2还是ONU3,此外有一些包是发给所有的ONU,为广播包,还有一些包是发给一组ONU的,称为多播包。数据流通过分束器后分为3路独立的信号,每路信号都含有发给所有特定ONU的数据包。当ONU接收到数据流时,只提取发给自己的数据包,将发给其他ONU的数据包丢弃。例如,在图3-4中ONUI接收到了数据包1、2、3,但只将数据包1发送给终端用户。图3-5显示上行数据流采用时分复用技术,每个ONU都分配一个传输时隙。
这些时隙是同步的,因此当数据包祸合到一根光纤中时,不同ONU的数据包不会产生干扰。例如,ONU1在第1个时隙传输数据包1,ONU2在第2个没有占用的时隙传输数据包2,ONU3在第3个没有占用的时隙传输数据包3。
ONU发给OLT的上行业务流使用时分复用技术,每个ONU在特定的时隙传输,避免传输冲突。
3.4 EPON的关键技术
(1)系统同步。
系统同步是指由于EPON上行为多点到一点的拓扑结构,每个ONU发送时隙必须与OLT的系统分配的时隙保持一致,以防止各个ONU上行数据发生碰撞。
(2)ONU的自动识别。
ONU自动加入目的是通过系统的自动运行,不需人工干预的完成对新ONU的发现和注册,使新ONU能够自动加入到EPON系统而不影响其他ONU运行。
(3)EPON中TDM业务的传输。
尽管数据业务的带宽需求正快速增长,但现有的电路业务还有很大的市场,在短期内仍将发挥其巨大的作用,在今后几年内仍是业务运营商的主要收入来源。
(4)动态带宽分配(DBA)。
带宽分配分为静态和动态两种,静态带宽由打开的窗口尺寸决定,动态带宽则根据ONU的需要,由OLT分配。DBA技术是MAC层技术关键,它直接关系到上行信道的利用率和数据时延。
4. 总结
从应用场景看,EPON比较适合部署中小规模FTTX,如个人用户,GPON适合于部署大规模FTTX,如对技术要求高的企业用户。总之,抛开各种现实情况单纯讨论和比较EPON和GPON技術的理想实现情况并没有多大的现实意义。充分认清EPON和GPON的技术定位,让它们在以后的共同运用中各尽其能、互为补充、协调发展,发挥更大更好的市场效应才是关键。对于运营商而言,要合理区分市场,积极试验,稳步投资,积累经验,为全光接入网的大规模部署做好准备。
参考文献
[1] 胡保民,刘德明,黄德修:EPON:下一代宽带光接入网.光通信研究;
[2] 尹树华,张引发:光纤通信工程与工程管理.北京:人民邮电出版社,2005
[3] (美)GLENCARTY宽带网络.北京:人民邮电出版社,2003
[4] 唐纯贞.电信网与电信业务.北京:人民邮电出版社,2003
[5] 朱祥华.现代通信基础与技术.北京:人民邮电出版社,2004
[6] 陶智勇,周芳,胡先志.综合宽带接入技术.北京:北京邮电大学出版社,2002
[7] 樊海东.烽火网络:量体裁衣-运营FTTH最佳模式.通信产业报,2004.12
[8] 张中荃.接入网技术.北京:人民邮电出版社,2004
[9] 韦毅梅,卢麟,王荣.EPON的体系结构和关键技术.光通信研究,2003.
[10] 敖立.EPON与GPON技术及产品比较.通信世界,2004
[文章编号]1006-7619(2010)09-28-901