桃花坞二小区GPON光纤接入网规划设计毕业论文设计.docx
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桃花坞二小区GPON光纤接入网规划设计毕业论文设计
毕业设计
设计题目：
韶关向阳小区GPON光纤接入网规划设计
摘要
随着现代信息技术的不断更新升级，人们对电信业务的带宽、业务、简洁、多样的要求也越来也高。
GPON是新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽、高速、高效传输、大范围覆盖、用户接口丰富等众多特点。
目前，中国运营商逐渐将投资重心转向光纤接入网，为实现接入网业务的宽带化、综合化改造的理想技术。
本文简要介绍了关于GPON的一系列基础知识和以GPON为接入方式的小区接入网规划。
本着实用的原则，综合考虑设备选型，ONU位置，IP地址分配，实现其可运营性。
并选定一个小区，进行完整的光纤接入网设计，达到学有所用的目的。
关键词GPONONUFTTH
Abstract
Withthedevelopmentofmoderninformationtechnologyunceasingrenewalupgrade,peopletotelecommunicationbusinessofbandwidth,business,concise,diverserequirementalsomoreandmorehighalso.GPONisanewgenerationofbroadbandpassiveopticalintegratedaccessstandard,hasthehighbandwidth,highspeed,highefficiencytransmission,largerange,theuserinterfaceisrich,andmanyotherfeatures,hasbeenmostoperatorsasrealizeaccessnetworkbusinessbroadbandchange,comprehensivereformoftheidealtechnology.
ThispaperbrieflyintroducesthebasicknowledgeaboutaseriesofGPONandGPONforaccessareaaccessnetworkplanning.Inlinewiththeprincipleofpractical,comprehensiveconsiderationoftheequipmentselection,ONUposition,IPaddressassignment,achieveitsoperationalsex.Andselectedaareaofcompletefiberaccessnetworkdesign,toachievethepurposeofmakeyourknowledgecourt.
KeywordsGPONONUFTTH
前言
光纤接入网以光纤作为传输媒质，传输距离长，传输容量大，抗干扰性强，衰减小，重量轻，是未来宽带固定接入的必然发展方向。
GPON（Gigabit-CapablePON）技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。
GPON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-TG.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。
前所未有的高带宽。
GPON速率高达2.5Gbps,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。
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。
在我国南方，接入网主要是采用ADSL/ADSL2+、LAN技术为主，由于需要大量的实线、铜缆作为接入网的媒质，提高了建网成本，加大了满足业务需求的难度。
本文以韶关向阳小区为背景，GPON技术为结构精髓，通过对网络书籍资料的自学和查阅，对本小区进行实地考察,进行一系列的规划设计。
一绪论
1.1光纤接入技术
1.1.1光纤接入技术概述
接入网也称为光纤用户环路（FITL），它的光线路终端（OLT）可以设在交换局中也可设置在远端。
它的光网络单元（ONU）设在用户侧，光线路终端和光网络单元之间是由光纤连接。
ONU可以以多种方式连接用户，一个ONU可以连接多个用户。
根据与用户的距离，光纤接入网FITL又有多种方式，例如：
光纤到户（FTTH）、光纤到大楼（FTTB）、以及光纤到路边（FTTC）等几种形式。
从光纤接入网是否有电
源分类，又可以分成无源光网络（PON）和有源光网络（AON）两类。
由于我们只讨论无源光网络，有源光网络就不做介绍了。
无源光网络（PON）技术是点到多点的光纤接入技术，由局侧的光线路终端（OLT）、用户侧的光网络单元（ONU）以及光分配网络（ODN）组成。
它的一般采用TDM广播方式、上行采用时分多址接入（TDMA）方式，并且可以灵活地组成星型、树形、总线型等拓扑结构。
而“无源”，是指ODN中不需要电子电源及有源电子器件，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，因此其维护的成本相比较低，对雷电、磁场等环境因素的干扰影响不明显。
光接入网因为采用光纤作为传输媒介，具有传输距离长，传输容量大，抗干扰性强，衰减小，重量轻，等特点，是有线宽带接入技术的理想方案，代表了宽带接入网的发展方向。
1.1.2光纤接入技术的研究意义
随着Internet的快速发展,我国已经进入了一个信息交流爆炸的网络型社会,我们的学习、工作及生活已经无法再离开网络,光纤在传输带宽方面具有极大的优势。
经过多年的发展,传输网已经基本上实现了数字化和光纤化,交换网也已经基本实现了数字化和程控化,而接入网却发展缓慢。
为了提高网络业务的容量、质量、速度以及对网络资源的开发利用,我们必须要突破这一瓶颈，最大程度的提高这“最后一公里”的传输效率。
目前，国内DSL接入提供的速率大概为1Mbit/s或者2Mbit/s，对于宽带上网，这个速率似乎足够了，但是对于传输电视节目则明显不够了。
常规数字电视H.264编码的一路SDTV节目需要2Mbit/s,加上数据接入业务，接入带宽至少需要4Mbit/s。
这就使得改善接入网的速率问题更加紧迫。
现如今我国经济的高速发展,各地城市的迅猛建设,使得光纤通信再一次被人们关注。
为了全面提升国家信息基础架构的安全、层次、质量,研究接入网是关键,而最终的解决方案是FTTH。
对于电信运营商而言,FTTH是关系到网络和业务转型的重要领域,采用GPON方式进行FTTH接入有其强大的优势。
1.2GPON技术介绍
1.2.1GPON技术概述
GPON技术起源于1995年开始逐渐形成的ATMPON技术标准，PON是GPON英文“无源光网络”的缩写。
而GPON（Gigabit-CapablePassiveOpticalNetwork）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-TG.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（SMfiber）和无源分光器（Splitter）组成的ODN（光分配网络）以及网管系统组成。
前所未有的高带宽。
GPON速率高达2.5Gbps,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。
QoS保证的全业务接入。
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。
1.2.2GPON系统概述
同所有PON系统一样,GPON由ONU、OLT和无源光分配网组成。
OLT为接入网提供网络侧与核心网之间的接口,通过ODN与各ONU连接。
作为PON系统的核心功能设备,OLT具有集中带宽分配、控制各ONU、实时监控、运行维护管理PON系统的功能。
ONU为接入网提供用户侧的接口,提供话音、数据、视频等多业务流与ODN的接入,受OLT集中控制。
系统支持的分支比为1∶16/32/64,随着光收发模块的发展演进,支持的分支比将达到1∶128。
在同一根光纤上,GPON可使用波分复用（WDM）技术实现信号的双向传输。
根据实际需要,还可以在传统的树型拓扑的基础上采用相应的PON保护结构来提高网络的生存性。
1.2.3GPON信号传送原理
GPON系统上下行采用WDM技术，实现单纤双向传输（强制）。
为了分离不同的用户数据，采用以下两种复用技术：
下行数据流采用广播方式；
上行数据流采用TDMA方式。
下行数据为广播方式：
OLT向所有的ONU广播相同的数据，通过ONUID来区分不同的ONU数据，ONU通过过滤来接收属于自己的数据，GPON的下行帧长为固定的125us。
由ONU到OLT的上行是通过TDMA（时分复用）的方式传输数据，每个ONU在分配到的上行时隙上传输属于自己的信息，通过不同的时隙来区分不同的ONU用户数据，每帧共有9120个时隙。
1.3FTTH技术
1.3.1FTTH技术概述
尽管如今移动通信发展速度很快，但其由于带宽难以提高，终端体积追求小巧，显示屏幕受限等因素，人们依然需要性能更强得多的固定终端。
信息化进程的前进和网络业务需求的提高，快速推动着网络的发展。
FTTH（光纤入户）的意思是光纤和终端设备一同进入家庭，也就是说将光网络单元（ONU）安装到用户家庭，从而实现数据，图像，语音业务的整合。
它是光接入系列中最接近用户的类型之一。
FTTH的优点是增强了网络对波长、速率、数据格式和协议的透明性，可以提供更大的带宽，支持的协议也较为灵活。
值得一提的是其对环境影响和供电都要求都不高，便于了安装和维护。
光纤到户的最大优势在于，它具有非常大的带宽，是解决“最后一公里”瓶颈的最佳方案。
根据光纤深入用户的程度，可以分为FTTC（光纤到路边）、FTTZ（光纤到小区）、FTTO（光纤到办公室）、FTTF（光纤到楼层）、FTTH（光纤到用户）等。
这里我们只研究FTTH，其它方式暂不多谈。
FTTH从拓扑结构分类可以分为点到点（P2P）和点到多点（P2MP）两种。
FTTH从封装协议的不同可分为BPON，EPON，GPON等，这些PON技术的网络拓扑结构都为树型结构。
二光纤接入网的基本概念
2.1光纤接入网的优势
光线接入网一种以光纤作主要传输媒介的接入网.
它的主要优点有：
1、光纤带宽容量大，可以满足未来更多业务的需要。
2、光纤抗干扰性好，不会被电磁或雷电等的影响。
3、光纤寿命长久，可达50年。
4、衰减小。
5、体积小，重量轻。
于是，它以频带宽、损耗低、重量轻、抗干扰能力强、工作性能可靠、原材料丰富等优点赢得了市场的肯定。
虽然有成本较铜线高的缺点，但随着技术的成熟，其成本在逐渐降低，大大增加了其推广的可行性。
2.2光纤接入网结构
可以说OLT和ONU组成光纤接入网（OAN），其包含与UNI（用户网络接口）有关的用户端口功能、与SNI（业务节点接口）有关的业务端口功能以及核心功能（如集线、电路仿真和通路选择），这些功能分布在OLT（光线路终端）和ONU（光网络单元）中。
其通过光线路终端（OLT）与业务节点相连，通过光网络单元（ONU）与用户连接，而通常为了降低成本，一个光线路单元OLT可以带多个ONU。
图2-1光纤接入网模型
光线路终端OLT的功能是为接入网络提供与本地交换机之间信息传输的接口，并且通过光传输的方式与用户端的光网络单元通信。
其具体的工作有：
1、向ONU以广播方式发送以太网数据。
2、发起并控制测距过程，并记录测距信息。
3、为ONU分配带宽。
它能够将交换机的交换功能与用户接入完全隔开，并提供对自身和用户端的监控和维护。
对于位置的设置，可以和本地交换机一起设置在交换局端，也可以放置于远端。
光网络分配单元ONU的功能是为其接入网络提供用户侧的接口。
具体工作的有：
1、选择性的接收OLT发送的广播数据。
2、响应OLT发出的测距以及功率控制命令，并遵照控制命令作出相应的调整。
3、对用户的以太网数据进行缓存，并且在OLT分配的发送窗口内发送向上行方向的信息。
ONU可以接入多种用户终端，并且具有光电转换的功能以及相应的维护和监控的功能。
ONU的主要功能是结束来自OLT的光纤，处理光信号并为多个用户提供业务接口。
ONU的网络端是光接口，而它的用户端是电接口。
因此，ONU具有光信号和电信号相互转换的功能。
同时，它仍具有对话音的数字信号和模拟信号相互转换功能。
ONU通常可以放置离用户较近的位置。
2.3光纤接入网的分类
按技术上分，光纤接入网可分为有源光网络和无源光网络，有源光网络可以分为基于PDH和SDH两种。
对于无源光网络（PON）是指在OLT和ONU之间是光分配网络（ODN），不需要任何有源电子设备。
PON即无源光网络（无源的光接入网）分为APON、EPON和GPON等几种,其中EPON是将以太网技术与PON技术完美结合。
按照拓扑结构，光纤接入网可以分成：
环形、总线形、星形或它们的混合形，也有点对点的应用。
总线型：
总线形结构是将光纤作为公共总线，各用户终端通过耦合器与总线直接连接。
其优点有:
共享主干光纤，节省线路投资，比较点容易增删节，各用户彼此干扰较小。
但其缺点是：
存在损耗累积，用户接收机的动态范围要求较高，对主光纤的依赖性强。
它结构属串联型结构。
环形结构：
它是所有节点共享一条光纤链路，将光纤链路首尾相连，自成封闭回路的网络结构。
这种结构的优点是无需外界干预，网络即可在比较短的时间内，从失效故障中恢复所传业务，即：
实现网络自愈。
星形结构：
它是将各用户终端通过一个位于中央节点（设在端局内）具有控制和交换功能的星形耦合器进行信息交换的。
它不具有损耗累积，易于升级和扩容，各用户之间干扰性小，业务适应性强。
但它缺点是：
所需光纤较多，对中央节点的可靠性要求非常高。
星形结构又可分为单星形结构、有源双星形结构和无源双星形结构。
它属于并联形结构。
按照光纤到达的位置，光纤接入网可以分为光纤到户（FTTH），光纤到路边（FTTC），光纤到大楼（FTTB），光纤到办公室（FTTO）。
其中最常用的三种是FTTH（光纤到用户）、FTTB（光纤到大楼）、FTTC（光纤到路边）。
FTTH是直接将ONU放置在用户住宅内，为家庭用户提供综合宽带业务。
FTTH是光纤接入网的最终目标，但是由于每一用户都需要一对光纤和独自的ONU，因此成本非常昂贵，目前实现起来并不现实。
FTTB是将ONU设置在大楼内的配线箱。
主要应用于远程医疗、远程教育、综合大楼及大型娱乐场所，为大中型企事业单位和商业用户服务，并为其提供高速数据、电子商务等宽带业务。
而FTTC将光网络单元（ONU）设置在路边，也就是用户住宅的附近，从ONU出来的电信号再传送到各个用户。
主要是为住宅用户提供宽带服务。
视频业务一般用同轴电缆传送，电话业务用双绞线传送。
2.4接入网的拓扑结构
ODN的基本结构：
根据光分路器（OBD）的连接方式，网络可组成很多种结构，而星型和树型是最普遍的。
关于星型结构：
是ONU与OLT之间按照点对点配置。
也就是一个ONU直接与一个OLT连接，而中间不需要OBD（光分路器）。
而OLT与ONU之间的光链路则只是一根光纤或两根。
图2－2星型结构
关于树型结构，树型结构可分为两种：
1、OLT与ONU按照一点对多点配置，也就是一个OLT连接多个ONU，并且中间有一个POS。
此结构的优点为跳接相对少。
因此，减少了光缆线路的衰减和故障率。
同时，便于数据库管理。
而缺点是光分路器后的光缆数量、对管道需求量很大。
图2－3典型树型结构
2、而当采用两个、两个以上的光分路器时，按照级联的方式连接时，就构成了第二种树型结构。
其优点是由于安装光分路器比较分散，于是减少了对管道的需求，更适用于用户更加分散的小区。
而缺点是增加了跳接点，加大了线路衰减，故障率增加，同时数据库管理难度也增加了。
图2－4多级联树型
三韶关向阳小区本地网网络结构和运行数据
3.1韶关向阳小区本地平面图及局所位置
韶关向阳小区位于XXXX市团塘路上。
小区共有居民楼15幢，分别由9幢居民楼组成一大正方形状正对6幢居民楼组成的一小正方形状的不完全封闭式四合院型。
其中一、二、三幢为16户，四、五、六、七、八、九幢为24户，十十一、十二、十三幢为20户，十四、十五幢为30户。
因此，韶关向阳小区共3*16+3*20+6*24+2*30=312户。
以下为韶关向阳小区平面图及局所位置
3.2本设计所涉及范围的用户群状况
由于韶关向阳小区的楼宇分布较为简单，用户数量较少,且基本为普通居民用户。
需要网络覆盖范围较小，居民楼等用户也不是很多，所以光纤强劲的网络核心能为该小区用户网络保证充沛动力。
并且由于接入单元的数量较小，其管理工作非常简单，但是，设备的安全性也同样至关重要。
因此对于韶关向阳小区网络建设要考虑因素也相对较小。
3.3现行用户接入方式及接入业务状况
现行小区的用户接入方式为ADSL接入方式,其属于铜线宽带接入。
铜线宽带接入技术也叫做xDSL技术，xDSL是各种类型DSL（DigitalSubscribeLine）数字用户线路）的总称，其中包括ADSL非对称用户数字环路、HDSL高比特率的用户数字环路和VDSL甚高比特率的用户数字环路。
由于本小区现行接入为ADSL本章只介绍ADSL接入，其他暂不介绍。
ADSL是目前DSL中技术比较成熟的一种，也是普通家庭用户中最普遍的一种。
其优点是带宽相对较大、连接简单、成本较小。
ADSL系统主要是适合住宅用户，它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道。
它在一对电话线上同时传送一路高速下行数据、一路较低速率下行数据和一路模拟电话数据。
各种信号以频分复用方式占用不同频段，低频段传输语音信号，中间窄频段传输上行信道数据和控制信息，剩下高频段传送下行信道数据和图像。
从而成功避免了相互之间的干扰。
即便边打电话与上网同时进行，也不会影响上网的速率和通话的质量。
通常ADSL在不影响正常电话通信的情况下可以提供最高3.5Mbps的上行速度和最高24Mbps的下行速度。
ADSL技术允许多种格式的数据、视频信号、语音以铜线为媒介从局端传给用户终端，可以支持高速Internet/Intranet访问、视频点播、在线业务、电视信号传送等。
但它们的缺点是覆盖面有限，并且一般高速传输数据是非对称的，上行传输数据传输速度较低。
ADSL是一种异步传输模式（ATM）。
在电信服务提供商端，需要将每条开通ADSL业务的电话线路连接在DSLAM（数字用户线路访问多路复用器）上。
而在用户端，用户需要使用一个ADSL终端（由于类似传统的调制解调器（Modem），所以也称为“猫”）来连接电话线路。
由于ADSL使用的是高频信号，所以在两端还都要使用ADSL信号分离器（Demultipexer），将ADSL数据信号和普通音频电话信号分离开，以免用户打电话的时候出现噪音干扰的现象。
在实际应用中，由于有传输高频信号的限制，ADSL需要电信提供商端接入设备和用户端口之间的传输距离不得超过5千米，也就是用户的电话线连到电话局的距离不能超过5千米。
总之，ADSL是众多DSL技术中更为成熟的一种，其带宽较大、投资较小、连接简单的优点使其发展的很快。
但从技术角度上看，ADSL技术对宽带业务来说仍是一种过渡性方法。
3.4业务发展预测
韶关向阳小区属住宅楼性质，共15栋楼，其中一、二、三幢为16户，四、五、六、七、八、九幢为24户，十一、十二、十三幢为20户，十四、十五幢为30户。
因此，韶关向阳小区共3*16+3*20+6*24+2*30=312户。
按每户1部宽带及电话设计，可满足312户宽带及语音业务需求。
四建设接入网的可行性和必要性
4.1建设接入网的可行性
光纤接入网，特别是FTTH光纤接入网，具有频带宽、容量大、信号质量好、可靠性高、可以提供多种业务乃至未来宽带交互型业务、是实现B-ISDN的最佳方案等优点，因而被认为是接入网的发展方向。
在我国城市地区除了个别发达的城市外，光纤接入网的发展应以光纤到大楼为主，尽量实现光缆通达全部大楼。
在此基础上，根据现有铜缆的使用情况，逐步、稳妥地将光纤由光分支点向普通住宅用户延伸。
整个光纤接入网的规划、建设和发展均应适度超前于用户的实际需求。
只有紧紧抓住对于数据和多媒体新业务要求高、经济实力有保证的电信大用户，促使其充分利用已建成的光纤接入网络，才能提高现有光纤接入网的利用率，并进一步积累资金，逐步发展、完善，最终能够面向普通用户，满足所有用户对于通信带宽的较高要求。
这将是一个循序渐进的发展过程。
4.2建设接入网的必要性
近年来,核心网上的可用带宽由于SDH的发展而迅速增长,用户侧的业务量也由于Internet业务的爆炸式增长而急剧增加,作为用户与核心网之间桥梁的接入网则由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发展。
骨干网上的巨大带宽如果得不到充分利用，也是一种投资的浪费。
因而，接入网的宽带化成为亟待解决的问题。
尽管在接入网的建设中存在不少的争议问题，但毋庸置疑的一点是：
发展光纤接入是解决接入网宽带化的最根本和行之有效的办法,光纤应尽量向用户延伸，尽量靠近用户。
光接入网由于频带宽、容量大、扩容升级方便、运维费用低、质量高，从而适合高速数据和宽带业务的发展。
当前其发展的主要目标是用光纤作传输媒介，经济地提供基于STM的窄带综合数字业务和CATV宽带业务，同时还要考虑到将来能顺利过渡到基于ATM的宽带综合数字业务。
经过近十年的快速发展,我国公用通信骨干网和城市局间中继线路网基本实现了光缆化和数字化.而用户接入网仍是窄带模拟方式,因而成为通信网发展中的"瓶颈",加快采用宽带数字传输技术,发展光纤接入网络已成为必然趋势。
五韶关向阳小区GPON光纤接入网规划设计方案
5.1接入方式的选择
接入网通常是按其所用传输介质的不同来进行分类的。
一般地，接入网可分为有线接入和无线接入网两大类。
有线接入网又分为铜线接入网和光纤接入网两种。
无线接入网分为固定无线接入网和移动无线接入网两种，包括蜂窝通信、地面微波通信和卫星通信等不同形式。
在实际接入网中，有时会用到多种传输介质，如既用到铜线，又用到光纤，甚至
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