某地区FTTH工程设计与实施方案Word文件下载.docx
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1.1项目建设背景
最近几年，高速发展的IP局域网和基于互联网协议的骨干网成为了宽带网络的传输主体。
接入网技术作为信息高速公路的“最后一公里”，以其身份成为了全世界接入网用户的关注点。
无源光网络（PON，Passive
Optical
Network）技术早已突破光接入网中老式的点到点的解决办法，选择使用没有有源节点的光纤介质作为传输渠道，它的优点在于其本身的运行维护费用比较低、业务也相对透明并且容易升级，于是无源光网络已经成为了三网融合（互联网、电信网络、广播电视网络）的理想媒介。
为了应接新的业务和挑战，贯彻中国联合网络通信集团有限公司公司对2015年大规模开展全业务接入的整体要求。
大连联通已经在整个城市范围内开展了FTTH项目的建设。
FTTH（光纤到户）作为本次GPON工程项目的主要建设方式，为新建小区的业主提供话音、宽带和IPTV业务。
1.2FTTH发展的必需性
由于ADSL速率的提升空间较小，而用户对宽带业务的应用需求量不断增加，因此，FTTH的发展是提高用户宽带业务使用质量必不可少的项目。
规模性发展的FTTH有着更多的优势，包括促进经济发展、社会进步，还可以减少有色金属资源的消耗。
主要从以下四个方面做详细的分析。
1、增加商业应用，促进社会进步和经济发展。
在ADSL时代，以网页浏览、下载操作等为主的绝大多数应用都是单向的。
而FTTH为网络办公、视频会议、网上学习、网络游戏、在线诊疗、IPTV点播等双向业务的应用提供广阔平台。
这些资源的应用给社会发展进步以及经济的快速发展带来了不可估量的优势和前景。
2、.投资成本降低。
首先，正如国际电信联盟在《衡量信息社会2011》的报告里明确指出：
"
宽带服务速率越高其单价相对越低”。
在国内，FTTH每线成本已经由3000多元的平均成本降至2010年的1300元左右，已经到达其业务大规模建设的关口。
其次，FTTH拥有同时承载语音、数据以及IPTV业务的三个光纤类型的强大功能，使得技术上能够实现三网融合。
引入线数减少，提高线路利用率，有效降低社会产出成本，提高社会效益。
另外，铜缆频繁被盗也并不是近几年的新兴产物。
光进铜退之后，可以减少额外的电缆维护成本。
最后，雨季会使铜线用户发生频繁掉线，感知下降的情况，而光纤线路不受雨水影响，即便雨季到来也丝毫不会影响用户的体验效果。
随着维修次数的减少，运营成本也随之降低了。
相反，飞速发展的FTTH项目建设促进了FTTH设施和ODN设备的成本下降。
3、覆盖范围扩大，客户群增加。
原有铜线接入方式仅支持局端出线2公里，而FTTH接入方式将此传输距离大幅提升至20公里的覆盖范围。
使偏远地区和农村的用户也能体验上网业务。
4、传输速率提高，提升用户感知。
传统ADSL的传输速率只能达到4M、8M带宽。
FTTH接入方式将传输速度等提升到了20M、50M，甚至更高，同时很大程度上降低了因缆线质量不高、长度过长，或串线、干扰等问题导致的网速慢、频繁掉线等影响用户正常使用问题的出现。
1.3FTTH国内外发展现状
2015年度的欧洲FTTH大会在2月于波兰华沙举行，根据这次FTTH大会所委托的HeavyReading发布的相关数据，截止到2014年的年底，包括俄罗斯等在内的欧洲地区的44个国家的FTTH用户数已经达到了3070万的水平。
HeavyReading的分析师认为，欧洲的宽带市场存在很大的竞争，但其宽带管制环境正在向好的方向改变，在过去的一年中，很多现象都在表明FTTH的地方战略部署正在加速，尤其是在一些东欧国家。
与俄罗斯，西班牙，葡萄牙这些FTTH发展的领先国家相比，英国，德国等国家的主要宽带运营商仍在着力建设铜线网络。
FTTH的杀手级应用也还没有产生。
在很多地区，用以支持FTTH建设的公共资金也比较匮乏。
整个欧洲目前的3070万FTTH用户中，有1350万个用户来自俄罗斯，约210万来自罗马尼亚，约170万来自法国，150万则来自瑞典，而大部分国家的FTTH使用数依旧很低。
日前，据中国信息通信研究院发布数据表示，2016年全光网城市的建设将由点及面全面的推开，基本能够实现设区城市光纤网络的全覆盖，城市家庭基本可以达到100M光纤是的全面覆盖，有足够规模的企业可以基本实现100%光纤的接入。
预计2016年的年底，我国FTTH的端口将会超过3.5亿，所占比例将会突破60%;
光纤用户的市场比例将快速扩大，极有可能达到75%的指标，超越日韩等国家跃居全球第一的位置。
除此之外，20兆以上的高速宽带用户占的比例将首次超过半数，固定宽带将会全面的迈入20M的时代。
骨干网之间的互联架构会更进一步优化，互联网各环节会实现共同发展，互联网的访问质量将会持续提高。
1.4本次设计的主要工作与论文结构
本文以GPON关键技术为理论基础，通过剖析并结合FTTH的实际状况和需求提出规划建议，针对大连联通现阶段网络的各项需求给出莲花湾小区FTTH整体设计方案。
包括工程建设的一般原则，对设备的选择，同时规划了一个业务承载方案，包括数据、语音、认证方式和上游带宽的计算、电缆敷设的一般技术要求和各种方案的提出，最终的设计结果通过实际工程实施展示对新建小区基于GPON的FTTH入户设计方案，并一步一步完成前期的整体规划设计。
设备安装调测、后期维护总结等一整套工作。
最终工程顺利完成，为将来实现100%光纤入户覆盖积累了经验，起到了示范作用，为大连联通计划将50M及以上宽带接入网在2016年建设成为一个可运营、可维护、可管理、可测量，并适应未来技术演进发展的宽带接入网积累了经验。
增强了未来新应用接入要求能力，提高用户上网速度，进而提升宽带用户对上网质量的满意度。
奠定了以后系统大规模改造的基础。
本文正文部分共四章，第一章为绪论，叙述了国内外FTTH的发展现状。
第二章以FTTH相关的理论与基础知识为主，对FTTH技术进行全面研究。
第三章围绕大连花湾小区的现状分析了FTTH的实现方式，深入研究并设计了GPON的FTTH解决方案。
第四章结合莲花湾地区的FTTH工程设计进行具体实施。
2光接入网的基本原理
2.1FTTH简介
FTTH是光纤直接到户的英文字母缩写，中文缩写为光纤到户。
FTTH是除FTTD（光纤到桌）之外距离用户最近的光接入网网络类型，它将光网络单元（ONU）安装到家庭用户或企业用户所在处，此类的接入体系不仅能够提供更大得带宽，还可以优化网络数据格式、速率波长以及协议的透明度，之外对天气情况和供电情况的需求也并不苛刻，并且简化了安装以及维护的全过程。
谈到FTTH，首先要简单说明一下光纤的接入，光纤接入是指使得光纤成为局端和用户端之间的媒介。
无源光接入和有源光接入是光纤接入的两种模式。
光波传输技术是光纤用户网的主要技术。
就目前的情况而言，光纤传输的复用技术发展得十分迅速，并且大部分都存在于实际的应用当中。
图2.1FTTH宽带接入网络结构
FTTH（光纤到户）的有线网络系统分馈线段、配线段和入户线段三个部分。
馈线段、引入段和配线段部分的接入网实现了把光纤接入、光节点安置在用户家里。
这种情况下，ONU作为ONT直接连接到用户的家庭网络的UNI接口。
如图2.1所示，在FTTH网络模型里，OLT放置在城域网的终端机房或小区的机房内，ONT放到用户的家中。
话音业务的一个方案是采用传统的电话方式，由ONT提供POTS端口，V5协议集成到OLT上，PSTN交换机由此接入。
另一个方案使用的是VoIP技术，用户使用数据通道由PON提供的IP电话，通过城域网的VoIP网关实现和PSTN的通信。
OLT也可以在软交换或NGN设备所在地点为软交换和NGN提供接口，通过软交换或NGN提供话音业务。
FTTH拥有5大优点：
第一，FTTH是无源光网络，从局端到用户端，这个过程中基本能够无源，减少了运营商投资成本。
第二，FTTH拥有符合运营商大规模运用方式的长距离、较宽的带宽。
第三，从局端到用户家只要一根光纤，使得中间的节点数量大大降低，不仅可以增大带宽，还能够减少故障的发生。
第四，比较宽的带宽可以支撑更多的业务，例如话音、视频监控、IPTV等等，只要一根光纤就足够了，省去了日后增加新业务时需要重新布线的麻烦。
第五，随着技术的发展，光纤和其他设备的成本大大降低，并很快将与ADSL技术相媲美，包括点对点、1.25G和FTTH的方法都已经具备了基本完善的功能。
由于带宽有限，终端体积、显示屏幕受限等因素，虽然移动通信的发展十分迅速，但人们依然追求性能相对占优的固定终端，即FTTH。
2.2当前主要的几种宽带接入技术比较
1、铜线接入技术
铜线宽带接入技术分为高比特率的用户数字环路（HDSL）、甚高比特率的用户数字环路（VDSL）以及非对称用户数字环路（ADSL）三种。
最原始的铜线接入技术是使用调制解调器拨号来实现用户接入。
这个接入方式已经无法满足宽带用户的服务需求。
由于电话网络的流行,即使铜线传输带宽是有限的,用户线的电话线在全球足迹是超过90%。
我们需要更先进的调制和编码技术来使这些宝贵的通信资源更加充分地被利用起来。
2、光接入技术
如今，互联网发展的速度越来越快，规模越来越大，涌现出各种各样的数据业务。
人们对带宽的要求越来越高，光接入技术逐渐被人们所关注。
光纤接入也是接入网中重点发展的对象。
点到点有源光纤宽带数字环路适用于原有宽带的改造，或者过渡区域的用户使用。
因为它集成IP语音、媒体、网关功能，使宽带互联网的接入网宽带化程度逐渐增加，并且还能支持DSL等宽带接入业务。
光传输技术目前使用的是以太网光纤直连和MSTP。
内置MSTP技术不仅拥有统一管理的能力，还提供综合承载与组网能力给接入网设备，是一个物美价廉的选择。
点到点有源以太网技术的特点是：
局端器件安装便捷，数据传输距离较长，通过专线接入用户网络，使每一户达到100Mbit/s的带宽，且成本随用户数量增加而增长，适合于用户分散的低密度区域。
但是，这种接入方式存在着明显的不足，那就是光纤设备只能每户专用，空间要求和成本随用户需求量、用户的密集程度增加而快速增长，因此不适合高密度用户区。
全新的MSTP技术提供了非常好的网络性能，拥有更高的业务可靠性。
因为它融合了VC级联、通用成帧协议（GFP）和链路容量调整（LCAS）等新功能，这些功能使得MSTP技术适用于企事业用户的光接入。
点对点直接光纤连接的优点是比较容易管理，没有复杂的上行同步技术且终端可以自动识别。
而缺点就是网络结构专线化，这种结构会增加成本。
此外，它的上行带宽能够被别的终端使用，令带宽继续扩展变为可能，但这需要考虑局端设备的容量、出口密度、接线室占用等不利因素。
点到多点系统中，多名用户共同使用一个光发射机和光纤，这样就可以多名用户共同分担布线的成本和核心器件的成本，降低了每一个用户所需的费用，而且还避免了电磁干扰和有源器件的雷电效应，使线路和外部设备发生故障的概率减少，提升了系统的可靠性，节约了维护的成本。
另外，PON网络的树形—分支拓扑结构使其适用于居民用户的接入，这种情况下安设保护功能会让用户接入成本提高，所以一般不保护或者只进行干线光纤保护。
3、无线接入技术
如果接入网的某一部分或全部应用无线传输介质向用户提供接入服务，则称为无线接入技术。
无线接入技术拥有扩容便利、覆盖面广泛、可加密等特点。
移动接入技术有蜂窝移动通信系统、卫星通信系统、无线传呼、集群调度等类型，为用户提供通信服务。
主要用于移动
用户和固定用户。
固定无线接入（FWA）技术主要是为固定位置的用户或只进行小范围移动的用户提供通信服务。
固定无线接入网络的主干是PSTN，FWA可以说是PSTN的无线延伸，以为用户提供透明的PSTN业务为目的。
2.3FTTH接入技术的组网方式及适用环境
光纤到户网络拓扑结构可以分为2个主要结构：
光纤分布式结构和星型结构。
根据节点是否是有源设备，星形结构可以分为有源星型和无源星型。
从技术实现难易度和成本两方面考虑，无源星型结构（PON结构）更加收到运营商的青睐。
PON结构虽然定义为星型结构，却允许执行不同网络接入方案。
图2.2FTTH组网方式
如图2.2所示，普通无源光网络（PON）的拓扑结构包括一下四个关键点和三部分光缆：
中心转换点：
一般是中心局、远程终端或数据转发器,多半位于城域网环或通过其他方式链接到“中心”链路上。
它可以为成千上万的用户提供接入服务。
干线光缆：
始于中心转换点，与本地集中点相连，一般使用带状光缆。
本地集中点：
通常是一个包含无源设备的机柜在住宅区或商业区入口处用以服务很多用户。
一般的本地集中点最少可以服务192个用户，而在高密度住宅区，可以服务最多576名客户。
决定服务数量的主要因素有：
使用空间、用户密度和网络结构的合理性。
分配光缆：
始于本地集中点，连接到多个网络接入点。
网络接入点：
是整个PON网络中最接近用户的部分，通常是一个终端，或者连接分配光缆和接入光缆的底座式机柜。
尽管一个网络接入点最多可以服务24名用户，并且可以通过减少终端数量来节约成本，但并不实用，因为接入用户之前需要管道敷设，会耗费更多的资金，并使网络结构复杂化，不利于后期维护支撑。
因此网络接入点实际只为4~8个用户提供服务。
接入光缆：
从网络接入点引出分别独立的光缆连接到每个用户的光网络接口。
接入光缆一般1~12芯不等，但是应用最广泛的是住宅用户使用的1~2芯和商业用户使用的6~12芯。
用户端：
一般是一个与室内布线相连的光网络接口器件，也可以是电子设备，或者仅作为直接连接到室内缆的无源网络划分点。
2.4FTTH中应用到的主要设备
1、局端OLT（optical
line
terminal，光缆终端设备）
OLT分为三个部分：
核心部分、业务部分和公共部分。
核心部分有汇聚分发、业务处理和ODN适配功能，这些功能用于处理复用/解复用、控制业务质量、宽带管理、用户隔离和业务隔离、广播和多播等不同业务类型的信息，上行联接业务功能接口，下行联接ODN适配功能。
ODN适配功能用以分配ODN接口，一个OLT至少可以提供一个ODN接口，并具有物理光接口的一系列适配功能，包括光信号与电信号之间的互相转换，物理媒质访问控制以及定时同步功能。
OLT业务部分具有业务接口功能，包括接口适配、接口保护以及需要时可以处理特定业务的信令和媒介传输制式转换的功能。
OLT公共部分包括供电功能和OAM功能。
供电功能主要进行外部接入电能的转换，可以把外部供电转化为所需电源，还可以在必要时提供电源保护功能。
OAM功能提供与网络运营相关的信息，还拥有处理所有功能块操作、管理和维护功能。
2、光分路器
分光器的作用是通过一个物理信道，通过一个物理信道将一根纤芯中的光束传递到多根纤芯，以提高主光纤的利用效率，减少主光纤的数量。
3、ONT与ONU
一般来说ONU与ONT并没有区别，但是严格点来讲，ONT作为光网络终端，是直接放置在用户端的，而ONU是光网单元，可能与用户之间还有以太网等其他网络。
ONU有MDU、MTU、SBU、SFU等许多不同的类型，适用于不同情况的FTTx。
但这些名称也只是“俗称”，是没有严格定义的习惯性叫法，不同国家，不同运营商也有不同的称呼。
一般在FTTB模式下的ONU，具体设备形态也有多种，有不同的容量，有不同的接入方式（比如ADSL2+还是VDSL2，或者是LAN），有固定式的，有插卡式的。
比如某种插卡式ONU，可以选择是插入ADSL线卡、VDSL线卡、语音板、LAN板，并且每种线卡还有不同的容量的选择，而另外一种固定式ONU，只能提供12路VDSL2。
而一般FTTH/FTTO场景下使用的ONT设备，是类似于MODEM的小设备，一般也是做死的，一款大型号下细分一些小型号，用于支持不同的接口（比如是否带WIFI，USB，RF,POTS等接口）。
ONT可以依靠备用电池完成正常工作，十分节能。
ONT具备以下功能：
（1）可配置的以太网接口。
（2）动态带宽分配（配合OLT完成）。
（3）安全性功能，支持端口的MAC地址限制，支持数据加密。
（4）FEC前向数据纠错功能。
（5）线路测试功能。
（6）本地管理功能，支持本地管理接口，进行对ONT的管理维护功能。
（7）业务隔离确保用户安全，不同用户在ONT中不具备二层连接功能，ONT能够限制每个端口的MAC和IP地址数量并能绑定IP地址到某一端口。
4、光缆交接箱
光缆交接箱，又叫街边柜，一般置于主干光缆，用于光缆分线，它是一种无源器件，类似于原来的铜缆交接箱的功能，但通过光缆交接箱后，可以把大对数的光缆分成不同方向的几个小对数光缆，不过这个功能也可以由光缆接头盒实现。
不同的是，光缆交接箱既可以实现光缆跳接，又可以用于测试和维护。
光缆交接箱一般作为馈线光缆和配线光缆的划分点。
5、入户多媒体箱
多媒体箱又叫配线箱，可以将家庭弱电信号统一管理分配布线，例如电话、电视、网络、监控等，主要用于防止弱电信号被强电信号干扰而造成相关功能失灵，提高家庭生活质量。
现如今，随着信息科技的发展，承载语音、图像、数据等信息的线路越来越多，给用户的使用、管理与维护造成很大的困扰。
因此，将所有弱电线路统一规划，放置于多媒体箱内，不仅使室内变得美观整洁，还可以减少由于线路过多互相干扰造成的图像不清、电话杂音大、宽带速度慢等影响，节约了物资资源，更节省了人力资源。
2.5PON技术基础
PON系统由局端OLT、含有无源光器件的光分配网（OND）、用户端的光网络终端（ONT）构成。
PON系统以一根单芯光纤利用波分复用技术完成多波长传输。
OLT位于中心机房，提供网络侧接口，同时连接上层核心网络，其功能类似于交换机或路由器。
除了提供网络接入、交换功能外，OLT可以实现不同的宽带分配、网络安全及管理配置来满足用户的不同需求。
通过无缘光分路器，ODN可以把干线光缆中的信号分配到每一个ONT，且可以选用不同分路比的分光器为不同位置的用户做多级连接，最远可以传输20km。
ONT提供用户端的业务接口。
在PON系统规划，通常采用树型拓扑结构。
在下行方向。
位于中心局的OLT以广播的方式把IP数据、话音、视频等业务通过ODN中的无缘光分配器传输给PON上所有ONU单元。
在上行方向，来自不同ONU的各种业务信息由无源光合路器互不干扰地耦合进同一根光纤，并传递到局端OLT，相当于点到点结构。
PON网络最大的有点在于剔除了户外有源器件，把信号处理功能在用户住宅和交换机内直接完成。
2.6GPON原理与技术
2.6.1GPON工作原理
GPON的结构是由光线路终端、光分配网、光网络单元组成。
传输原理上采用波分复用技术来实现单根光纤双向传输，上行使
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