浅析接入网中GEPON的典型应用模式.docx
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浅析接入网中GEPON的典型应用模式
浅析接入网中
GEPON的典型应用模式
目录
摘要2
关键词2
绪论3
一、PON介绍3
1、PON网络结构3
2、xPON概述4
3、GEPON主要特点6
二、GEPON的典型应用模式7
1、GEPON应用类型7
1）高速接入和传输7
2）集成数据、音频、视频业务7
3）整合T1/E1传输线路，降低T1/E1维护和运营费用7
4）DSL、LAN扩展7
5）广播视频和视频会议8
2、GEPON与FTTx技术的结合8
3、GEPON典型应用模式9
1）DSLAM节点下移解决方案9
2）FTTH方案9
3）大客户接入方案10
4）网吧一条街接入方案11
5）同IPTV业务的配合应用11
6）GEPON语音业务组网应用12
三、总结13
参考文献13
摘要
接入网光纤化是必然趋势，PON提供了一种低成本、易维护的FTTH方案。
本文从PON的网络结构和发展出发，对主流的PON技术进行了简要的综合分析和比较，介绍了目前最具竞争优势的GEPON的网络结构、主要特点，重点结合GEPON的应用类型、与FTTH技术的结合方式，对目前接入网中GEPON的典型应用模式进行了分析。
关键词
PON APONBPONEPON GPONGEPONFTTH
绪论
多年来，业界一直认为无源光网络（PON，PassiveOpticalNetwork）是接入网未来发展的方向，一方面是由于它提供的带宽可以满足现在和未来各种宽带业务的需要，因此在解决宽带接入问题上被普遍看好；另一方面，无论在设备成本还是运维管理开销方面，其费用也相对较低。
目前，有两个颇为引人注目的PON标准已正式发布，其中一个是由ITU/FSAN制定的GigabitPON（GPON）标准，另一个是由IEEE802.3ah工作组制定的EthernetPON（EPON）标准。
从目前已经商用的EPON和GPON产品来看，二者功能和性能相当，但EPON成本更低，更具竞争优势。
EPON采用点对多点结构、无源光纤传输方式，上、下行速率目前可达到1Gbit/s，因此也称GEPON。
GEPON提供了一种低成本、易维护的FTTH方案。
GEPON结构如何？
GEPON的主要特点是什么？
GEPON适合怎样的应用类型？
GEPON如何去适应目前的商用环境？
本文结合以上问题，提出了在应用当中GEPON的6个典型应用模式。
一、PON介绍
PON是一种点到多点的光纤接入网技术，定位在常说的“最后一公里”，就是在服务提供商、电信局端和商业用户或家庭用户之间的解决方案。
1、PON网络结构
PON技术是一种点到多点的光纤接入技术，如图1所示，它由局侧的OLT（光线路终端）、用户侧的ONU（光网络单元）以及ODN（光分配网络）组成。
图1PON网络结构
PONNetwork
Splitter
Splitter
Splitter
PON的网络结构非常简单，其技术上的复杂性主要在于信号处理技术。
在下行方向，局端设备/OLT发出的信号是广播式发给所有的远端用户/ONU（单点发送、多点接收），各用户需要从中取出发给自己的数据。
在上行方向，由于各用户/ONU共享一根干路光纤（多点发送、单点接收），就必须采用某种多址接入协议，如：
TDMA（timedivisionmultipleaccess，时分多址访问）协议，来避免发生信号冲突，实现多用户对共享传输通道的访问。
2、xPON概述
1987年英国电信公司的研究人员最早提出了PON的概念。
1995年，FSAN联盟成立，目的是要共同定义一个通用的PON标准。
1998年，ITU-T以155Mbit/sATM技术为基础，发布了G.983系列APON（ATMPON）标准。
同时各电信设备制造商也研发出了APON产品，目前在北美、日本和欧洲都有APON产品的实际应用。
但在我国由于价格较高，又受到ATM推广受阻的影响，所以APON在我国几乎没有什么应用。
2000年底，一些设备制造商成立了第一英里以太网联盟（EFMA），提出基于以太网的PON概念——EPON，并促成IEEE在2001年成立第一英里以太网（EFM,EthernetinFirstMile）小组，开始正式研究包括1.25Gbit/s的EPON在内的EFM相关标准。
EPON标准IEEE802.3ah已于2004年6月正式颁布。
我国在“十五”“863”计划中也设立了吉比特EPON的相应课题。
2004年4月IEEE802.3ah标准的通过极大地促进了EPON技术的发展，这使得早期开发非标准化的100MEPON的厂家开始转向标准化的EPON，上、下行速率目前可达到1Gbit/s，并将其命名为GEPON。
2001年底，FSAN更新网页把APON更名为BPON，即“宽带PON”。
实际上，在2001年1月左右EFMA提出EPON概念的同时，FSAN也开始进行1Gbit/s以上的PON-GPON标准的研究，2003年3月ITU-T颁布了描述GPON总体特性的G.984.1和ODN物理媒质相关（PMD）子层的G.984.2GPON标准，2004年3月和6月发布了规范传输汇聚（TC）层的G.984.3和运行管理通信接口的G.984.4标准。
表1描述了市场上主流的PON技术以及标准化情况。
表2依据相关标准规范描述了BPON、EPON和GPON的主要特征。
表1PON技术以及标准
PON类型
国际标准
国内标准
窄带PON
ITU-TG.982（1996.11）
YD/T1077-2000《接入网技术要求——窄带无源光网络（PON）》
APON
ITU-TG.983.1（1998.10）
YD/T1090-2000《接入网技术要求——基于ATM的无源光网络（A-PON）》
YD/T1250-2003《接入网测试方法——窄带无源光网络（A-PON）》
B-PON
ITU-TG.983.1（1998.10）
ITU-TG.983.2（2002.06）
ITU-TG.983.3（2002.03）
-
G-PON
ITU-TG.984.1（2003.03）
ITU-TG.984.2（2003.03）
ITU-TG.984.3
ITU-TG.984.4
通信行业标准《接入网技术要求——吉比特无源光网络（GPON）》
E-PON
IEEEStd.802.3ah-2004
通信行业标准《接入网技术要求——基于以太网方式的无源光网络（EPON）》
通信行业标准《接入网测试方法——基于以太网方式的无源光网络（EPON）》
表2 BPON、GPON和EPON的技术参数
PON类型
BPON（APON）
EPON
GPON
下行线路速率（Mbit/s）
155/622/1,244
1,250
1,244/2,488
上行线路速率（Mbit/s）
155/622
1,250
155/622/1,244/2,488
线路编码
NRZ
8B/10B
NRZ
分路比
32
32-64
64-128
最大传输距离（km）
20
20
60
TDM支持能力
TDMoverATM
TDMoverEthernet
TDMoverATM或TDMoverPacket
上行可用带宽（Mbit/s）（传输IP业务）
500（在上行622Mbit/s速率情况下）
760-860
1100（在上行1.244Gbit/s速率情况下）
OAM
有
有
有
下行数据加密
搅动或AES加密
没有定义
AES加密
从应用情况来看，成熟的商用模式保证利益最大化成为运营商引入新技术必须考虑的一个重要因素（决定三种PON主要成本的因素是光接口，但是硬件成本的差距不是很大）。
GPON由于技术实现复杂，成熟的商业产品还很少，目前还没有规模的商用系统应用；BPON在欧美等ATM原有设备较多的国家和地区使用较多；EPON在亚洲地区，尤其是日本使用较多。
3、GEPON主要特点
典型的GEPON设备由光线路终端（OLT）、光合/分路器（Splitter）和光网络单元（ONU）组成。
OLT提供到IP城域网的上行接口，同时提供N个OLT下行端口，每端口在单根光纤上最多支持32个分路比，因此单台OLT设备即可支持N*32个最终用户，传输距离最远可达20km。
OLT一般放置在中心局端，分配和控制信道的连接，并有实时监控、管理及维护功能。
ONU放置在用户侧，OLT与ONU之间通过无源光合/分路器连接。
从EPON/GEPON的结构看，其关键优点是极大地简化了传统的多层重叠网络结构，主要特点有：
1）下行业务速率高达1.25Gbit/s，允许支持更多用户，每用户带宽可以更高，并能提供视频业务能力和较好的QoS；
2）硬件简单，无须室外电子设备，使安装部署工作得以简化；
3）改进了电路的灵活指配以及业务的提供和重配置能力。
从IEEE802.3ah规范的EPON/GEPON技术的规范性来看，GEPON使用粗波分复用（CWDM）技术，在同一根光纤中同时处理双向信号传输，上、下行波长分别是1310nm和1490nm，同时上行信号使用1310nm波长，以时分多址（TDMA）方式传输；而下行信号使用1490nm波长，以广播的方式传输。
GEPON上、下行速率为1.25Gbit/s，传输距离是10/20km，提供多种分路比，主要业务是数据和语音，为了实现以太网信号的点对多点传输，IEEE关于EPON的标准802.3ah还提出了MPCP协议，EPON通过MPCP协议对以太网的MAC层信号进行改造，从而实现点对多点的传输以及用户带宽的动态管理。
EPON/GEPON增加一个1550nm电视广播波长后，可提供语音、数据和电视三合一的所谓“triple-play”宽带业务捆绑服务。
二、GEPON的典型应用模式
1、GEPON应用类型
从GEPON的网络结构、特点可知，GEPON系统非常适合于以下应用：
1）高速接入和传输
PON系统可以提供DSL、LAN、CableModem等接入方式无法提供的高质量的宽带。
这非常适合于FTTB模式，接入到中小型甚至大型商业用户。
PON系统所能提供的可调节的、有优先级和带宽保证的服务，将非常有吸引力。
2）集成数据、音频、视频业务
GEPON系统都可以同时提供IP业务和传统的TDM业务。
如Salira的EPON系统还提供纯通道的TDM服务，这样，原有的ATM、FR、DDN等业务都可以通过这套系统继续提供，因为采用独立的带宽，服务质量可以完全保证。
这不但使运营商在同一套传输平台上就可以根据用户的要求随时开通所需要的业务，而且非常容易向全IP业务网络过渡。
3）整合T1/E1传输线路，降低T1/E1维护和运营费用
T1/E1因为其高质量的服务和带宽保证一直受到重视，然而T1/E1线路的开通和维护都比较昂贵，尤其是在由于距离限制而需要使用中继器的地方更是如此。
很多PON系统在每个ONU上都可以提供多条T1/E1链路，使用单路光线代替大量的铜线，在提供同样服务的同时，节省了大量的设备、运营和管理成本。
4）DSL、LAN扩展
DSL和LAN是目前中国宽带的两种主要接入方式。
但DSL的距离限制挡住了大量的客户，传统的LAN技术也难以灵活地提供和保证用户的带宽。
采用PON技术，不仅可以通过无源传输网络直接连接到服务区域，再进行DSL或LAN扩展，从而为大范围用户提供服务，而且可以集中进行管理和带宽分配。
5）广播视频和视频会议
PON的点到多点结构非常适合广播和多点广播应用，这种网络结构恰好与我国目前网络建设的小区化相适应。
这与传统的点到点结构的网络相比，优势是显而易见的。
越来越多的广播视频、视频会议、VOD等应用将会给PON系统带来更多的机会。
2、GEPON与FTTx技术的结合
在当前的情况下，PON技术大多会以一种与其他技术相结合的姿态进入市场，FTTB/FTTC+DSL，FTTB/FTTC+LAN都是不错的选择（FTTB，FiberToTheBuilding；FTTC，FiberToTheCabinet/Curb；FTTH，FiberToTheHome）。
而ADSL和LAN正好也是目前中国最主要的两种宽带接入技术。
对于中国这个急速发展的电信市场，由于LAN中几乎全部采用以太技术，且DSL技术已经与以太技术相结合，从而使得GEPON在竞争中占有优势。
目前，我国在武汉、杭州、北京、绵阳等许多城市已经开始使用GEPON系统。
表3FTTx经济性比较
序号
FTTx方式
资源共享范围
简评
1
FTTC
小区内共享
价格便宜，经济型
2
FTTB
楼内共享
价格较便宜，具有良好的性价比型
3
FTTH
家庭、办公室独享
价格昂贵，高端型
表4FTTx应用范围与方式比较
FTTx方式
业务对象
适用范围
与GEPON结合方式
备注
FTTB/FTTC
大客户集成数据、音频、视频业务
纯住宅小区宽带接入、商住两用型小区的多业务接入、高密集商业楼宇群的多业务接入、远郊新兴工业园区的多业务接入、信息化大厦和小区接入
GEPON+LAN+PBX
GEPON光延伸，OLT上行，ONU下行IP+E1
GEPON+PBX
OLT进行E1汇聚，ONU下行E1专线
GEPON+LAN
OLT进行数据汇聚，提供IP数据专线
FTTH/O
入户到桌面，集成数据、音频、视频业务
高档别墅和小区光纤到户、高档写字楼光纤到桌面
GEPON+POTS/VOIP
GEPON+LAN
GEPON+IPTV/CATV
3、GEPON典型应用模式
GEPON的应用应该根据网络的实际情况，具体问题具体分析，形成有竞争力的应用模式。
目前的应用大体可以有以下几种：
1）DSLAM节点下移解决方案
目前，部分运营商的城域网覆盖不完善，对于一些有宽带业务需求的地区提供IP接口有困难，如果直接使用DSLAM覆盖，又因为ADSL传送距离的限制而难以实现。
对于这种情况，可以使用GEPON来实现IP接口的低成本延伸，通过GEPON的ONU提供IP接口，供DSLAM上行使用。
这种模式，既解决了城域网的覆盖问题，又由于DSLAM更加靠近用户而使ADSL远距离放号难的问题得到解决。
图2DSLAM节点下移方案
2）FTTH方案
FTTH是未来接入手段的终极模式，GEPON提供了一种低成本、易维护的FTTH方案。
图3FTTH方案
3）大客户接入方案
差异化服务越来越成为运营商争取大客户的竞争手段，大客户的最大特点就是其多样化的业务需求。
GEPON基于以太网架构，可以很好地适应未来业务IP化发展的方向，向大客户提供语音、数据、视频以及专线等丰富的业务。
图4大客户接入方案
4）网吧一条街接入方案
GEPON接入方式简单，可以利用高带宽为网吧提速提供很好的保障。
图5网吧一条街接入方案
5）同IPTV业务的配合应用
OLT分别连接MediaStation配置的交换机和城域网的汇聚交换机/路由器，通过VLAN划分将IPTV访问和其它业务分离。
GEPON可提供1Mbit/s～1000Mbit/s的上下行对称高带宽，对每个IPTV用户的带宽可进行动态分配；同时在整个接入链路上支持全程的QOS保证，保障了IPTV业务的质量；GEPON网络接入覆盖范围长达20km，消除了各类铜缆接入的距离限制。
UT斯达康公司提出的基于GEPON的IPTV解决方案组网如图6所示，ONU的上联接口需要VLAN来区分不同的业务:
即一个VLAN标识宽带上网业务，另一个标识IPTV业务。
GEPON网络通过VLAN来区分宽带上网业务与IPTV业务。
在GEPON的上联端口上要求至少提供两个GE端口,一个支持IPTV业务，另一个支持宽带上网业务。
GEPON设备GE上联端口通过L2数据网或MSTP传输网，连接到AR（IPTV接入控制点）,作为IPTV业务接入控制点；传统的宽带上网业务仍然由BRAS设备来终结。
图6UT斯达康IPTV解决方案
6）GEPON语音业务组网应用
OLT可将语音和数据业务划分到不同的VLAN，并指定OLT两个上行千兆接口分属于不同的VLAN。
这样GEPON系统业务流中的数据业务从OLT的一个千兆接口分流到IP数据网；语音业务流通过OLT的另外一个千兆接口接入到PSTN网络中。
ONU设备内置了IAD的功能，通过普通电话接口可以直接提供VOIP语音业务。
在与NGN的结合方面，语音业务接入到NGN网络的TG、SG，通过E1/SS7连接到PSTN网络，如图7所示。
该方案在解决基本语音业务接入的同时，考虑到了未来对多业务的支持能力，可以提供丰富的增值业务。
该方案更能适应中长期的语音和多媒体发展需要，网络的容量和业务能力可以根据NGN业务发展战略和业务量的递升做平滑升级。
图7语音业务组网方案
三、总结
随着用户对网络需求的进一步提高，GEPON技术所提供的高带宽高可靠性低成本的接入手段，不仅是运营商一直期待的理想接入方式，对于最终用户来说，也是真正体验宽带业务的途径。
要实现FTTH，除了关注宽带光接入网的系统技术、应用模式之外，在接入网应用方面还应重点研究以下技术：
开发适应FTTH特点的新型器件和核心控制芯片，降低光电器件和无源器件的成本；开发低成本易安装的室内光纤、光缆和连接器及相配合的施工仪器、工具；开发高密度易操作的光纤配线架；开发集中的远程监视和管理技术及系统等。
随着实际应用经验的积累和研究的深入，GEPON技术也会不断走向成熟，应用模式也将与网络的实际情况结合更紧密。
参考文献
●张继东，陶志勇．EPON的发展状况与关键技术［J］．光通信研究，2002
（1）：
26－30
●IEEEStd.802.3ah-2004,ITU-TG.983.1,ITU-TG.983.2,ITU-TG.983.3,ITU-TG.984.1,ITU-TG.984.2,ITU-TG.984.3,ITU-TG.984.4
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