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1、PON技术浅析1 概述 随着我国经济的迅速发展,高带宽的消耗业务逐步涌现,带宽提速成为迫切需求。为了满足用户的需求,各种新技术不断涌现,接入网技术己成为设备制造商、运营商和电信研究部门关注的焦点和投资的热点。 要实现信息传输的高速化,满足大众的需求,不仅要有宽带的主干传输网络,用户接入部分更是关键技术,光纤接入网是高速信息流进千家万户的关键技术。我国目前主要的有线接入技术包括ADSL、LAN、HFC、PLC和FTTx,其中部分LAN采用了PON+LAN的方式。FTTx即光纤接入的统称,根据光纤到达的位置不同有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH几种形式。FTTH即光纤到户,是光纤接入的最
2、终方式,提供全光的接入。 在FTTH应用中,主要采用两种技术,即点到点的P2P技术和点到多点的PON技术,亦可称为光纤有源接入技术和光纤无源接入技术。P2P技术主要采用通常所说的MC(媒介转换器)实现用户和局端的直接连接,它可以为用户提供高带宽的接入。目前,国内的技术可以为用户提供FE或GE的带宽,对大中型企业用户来说,是比较理想的接入方式。但对于普通用户来说,相对成本较高,却不是目前最理想的接入方式。而点到多点的PON技术网络接入方式灵活,面向的用户更多,成本更低,同时能在同一个平台上灵活的提供IPTV、有线电视视频、传统语音、数据业务的接入,更适合面向大众推广。 2 PON网络核心构成 P
3、ON系统包含了从用户侧的用户网络接口(UNI)到网络侧的业务节点接口(SNI)之间的所有光纤传输系统和设备。其主要有光纤光网络单元(ONU)、光分配网络(ODN)、光线路终端(OLT)组成。因为OLT和ONU之间的ODN设备不需要电源,即OLT和ONU之间不存在任何有源设备,对各种业务呈透明传送状态所以称之为无源光网络(PON:Passive Optical network)。如图1是基于PON接入方式的网络核心构成。 OLT(光线路终端)提供对ODN的光接口。OLT可以设在交换端局内,也可设置在远端模块局内。OLT提供传送ONU所需各种业务的手段。 ODN(光分配网络)能在一个OLT和一个或
4、多个ONU之间提供一个或多个光通道。每个光通道在收发参考点之间有一个固定的光波长。ODN具有光波长透明性,同时具有互换性,即输入和输出互换,对通过器件的光的衰减不会产生显著的变化;ODN具有光纤兼容性,即该光器件与所有的单模光纤兼容。 ODN中的两个传输方向是这样规定的:从OLT到ONU的信号传送方向成为下行方向,该信号称为下行信号。从ONU到OLT的信号传送方向称为上行方向,该信号称为上行信号。上、下行信号的传送能用同根光纤和无源光器件(双工方式),或用分开的光纤和无源光器件(单工方式)传送。 ONU(光网络单元)位于用户侧,提供与ODN之间的光接口,同时为光接入网(OAN)提供用户侧接口。
5、 3 PON光网络的接入方式 根据ONU所在的位置不同,可以决定光接入网的工作方式是FTTC、FTTB或FTTH等。如图2给出了PON的三种接入方式。 3.1 FTTC光纤到路边 在FTTC结构中,ONU设置在路边的分线盒处,有时也可能设置在交接箱处。但通常指前者。此时从ONU到各个用户双绞线铜缆连接。若要传送宽带图像业务,当距离很短时,仍可采用双绞线,否则需要采用同轴电缆。这样FTTC将比传统的数字环路载波(DLC)系统的光纤化程度更靠近用户,增加了光缆的共享部分。其工作方式主要适用于点到点或点到多点的树型分支拓扑结构。 3.2 FTTB光纤到大楼 FTTB也可以看作是FTTC方式的一种变型
6、,在FTTB结构中将ONU直接放在楼内(通常为居民住宅公寓或小企事业单位办公楼),再经用户市话电缆的双绞线连接到各个用户的终端设备上。FTTB是一种点到多点结构。通常FTTB不用在点到点的结构。FTTB的光纤化程度比FTTC更进一步,光纤已铺设到楼,更接近于光纤到户(FTTH)的发展目标。预计会获得越来越广泛的应用,特别是那些新建工业区或居民楼以及与宽带传输系统共处一地的场合。 3.3 FTTH光纤到户 如果将在FTTC结构中的ONU换成无源光分支器,然后将ONU移到用户的房间内,即构成FTTH的工作方式。如果将ONU放在大企事业用户大楼(公司、大学、研究厅、政府机关等)的终端设备处,并能提供
7、一定范围的灵活业务,则构成所谓的光纤到办公室(FTTO)结构。由于大企事业单位所需业务量大,因而FTTO结构在经济上比较容易成功,发展较快。考虑到FTTO也是一种纯光纤连接网络,因而可以把其看成FTTH一类的结构。然而,由于两者的应用场合不同,结构特点也不同。FTTO主要用于大企事业单位用户,业务量需求大,因而结构上适于点到点或环形结构。而FTTH用于居民住宅用户,业务量需求很小,因而经济的结构必须是点到多点方式。总的来看,FTTH方式是一种全光纤网,即从本地交换机(业务节点)一直到用户全部为光纤连接,中间没有任何铜缆,也没有有源电子设备,是真正的全透明网络。 4 各种PON技术比较 PON按
8、照其采用的技术不同,主要分为APON/BPON(ATMPON/宽带PON)、EPON(以太网PON)和GPON(吉比特PON)。目前比较成功商用的有EPON和GPON这两种技术。 GPON与EPON最主要的区别表现在TC帧结构上。GPON通过ATM和GFP两种协议承载不同类型的用户数据。它的上、下行帧长均为125s。下行采用TDM方式,上行采用时分多址(TDMA)接入技术。上行帧由复用的突发传输时隙(slot)组成,每帧包括一个或多个ONU的传输时隙,通过下行帧的USBWmap(上行带宽映射)域指示相应ONU的上行数据发送。而EPON帧格式基本与IEEE802.3的以太数据帧格式兼容,只在以太
9、帧中加入时标及识别等信息,EPON数据通过不定长的数据包传输。 从标准和理论上说,GPON与EPON相比有两个优势,效率高、支持以太网之外的业务。EPON效率较低是因为使用8B/10B编码作为线路码,其本身就引入20%的带宽损失,1.25Gbit/s的线路速率在处理协议本身之前实际就只有1Gbit/s了。GPON系统都使用扰码作为线路码,其机理与SONET或SDH一样,由于只改变码,不增加码,所以没有带宽损失。在支持多业务方面,GPON能够同时承载ATM信元和(或)GFP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;而EPON目前的标准和一些厂商提供的设备均支持TDM业务。 但是
10、,GPON在功能上的优势很大程度是以技术和设备的复杂性为代价换来的,因此相关设备成本较高。而大量网络末稍的需求与骨干网络显然不同,对于直接对应具体客户业务需求的“第一公里”光纤接入来说,以最佳的成本支持主要业务需求比完美但昂贵的方案更易于成功。 总之,EPON和GPON各有千秋,从性能指标上GPON要优于EPON,但是EPON拥有了时间和成本上的优势,GPON正在迎头赶上,展望未来的宽带接入市场也许并非谁替代谁,应该是共存互补。对于带宽、多业务,QoS和安全性要求较高以及ATM技术作为骨干网的客户,GPON会更加适合。而对于成本敏感,QoS,安全性要求不高的客户群,EPON则会成为主导。 5 结束语 随着光纤接入技术的不断发展,PON技术在实现话音、数字、图像“三线合一及一线入户”上的优势逐渐显现出来,各主流设备制造商和运营商对PON的投资力度也在不断加大,它的商用价值也开始崭露头角,相信随着PON技术越来越成熟,它在下一代接入网发展中的优势也会越来越明显。