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接入网论文

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接入网课程调研论文

论文题目下一代光接入网技术

姓名郭长远

班级3G移动通信10班

学号1040811008

指导教师沈玲玲

下一代光接入网技术

摘要：

本文对下一代光接入网关键技术EPON，GPON从标准，核心技术到产品等做了多方面论述，并对目前市场进行分析和前景预测。

关键词：

光纤接入网，EPON，GPON

1.引言

2006年我国互联网宽带接入用户已经超过4000万，宽带网民数已经达到7700万之众；而随着网络游戏的全球风靡，2006年中国网络游戏用户数已超过3000万；同时，2006年底我国网络电视（IPTV）用户数将突破100万。

这么多的数字资料表明：

宽带化已经成为下一代接入网发展的必然要求。

在骨干网上，由于WDM（WavelengthDivisionMultiplexing），DWDM（DenseWavelengthDivisionMultiplex）等技术的应用，已达到不错的速率。

而在接入网方面，确迟迟不见起色。

现应用的xDSL（DigitalSubscriberLine）宽带接入方式提供的带宽已很难满足未来用户的宽带要求，这时先进的全业务接入技术——光纤接入网应运而生。

第一章接入网的基本概念

接入网是整个电信网的一部分，是在电信网的用户环路的基础上发展演变过来的，它不同于传统的用户环路，是一个较新的网络概念，有着严格的定义和定界，并正在继续发展演变中。

本章将对接入网的基本概念、基本架构和相关技术做概括性的叙述。

1.1国际电信联盟ITU-T对接入网的定义

1、接入网的定义与定界

国际电信联盟标准部ITU-T1995年通过的建议G.902对接入网的定义为：

接入网（AN-AccessNetwork）是由业务节点接口（SNI-ServiceNodeInterface）和相关用户网络接口（UNI-UsernetworkInterface）之间的一系列传送实体（诸如线路设施和传输设施，不包括用户终端）所组成的为传送电信业务提供所需传送承载能力的实施系统，可经由Q3接口进行配置和管理（Q3接口是接入网网络管理系统与电信管理网TMN－TelecommunicationmanagmentNetwork的接口）。

图1接入网的定界

传送实体提供必要的传送承载能力，对用户信令是透明的，不作解释。

换言之，接入网是由网络侧与用户侧之间的所有设备构成。

2、接入网的物理模型如图2所示：

图2接入网的物理参考模型

3、接入网的特点

目前接入网一般以双绞线接入为主，由于其地理分布及技术特点具有以下特点：

（1）业务密度低。

核心网是高密度互连的网络，

1.2接入网的接口及其他相关功能实体

图3接入网的相关接口示意图

业务节点接口（SNI：

ServiceNodeInterface）：

接入网的业务侧的接口。

对不同的用户业务，要提供对应的业务节点接口，分别与TDM交换机（对于窄带话音业务）、ATM/IP交换机等连接。

如：

窄带交换机和接入网是通过V5接口连接的。

用户网络接口（UNI：

UserNetworkInterface）：

接入网的用户侧的接口。

应支持各种业务的接入，包括模拟电话POTS接入、2B+D接入、ADSL接入、LAN接入以及数字专线业务的接入等。

对不同的业务，采用不同的接入方式，对应不同的接口类型。

在ITU－T建议中所定义的UNI在接入网中用于支持当前所提供的接入类型和业务。

鉴于ITU－T对于PSTN没有统一的关于UNI的信令协议方面的建议，于是需要采用有关PSTNUNI的国家标准。

维护管理接口（Q3）：

在接入网的局端设备上应能提供维护管理的端口以便对整个接入网进行有效的管理。

该接口将来应符合协议标准，以便能接入TMN并实现多厂商环境下管理系统的兼容性。

通过Q3接口，TMN可对用户接入网实施操作。

业务节点（SN：

ServiceNode）：

提供具体业务与服务的实体，是一种可接入各种交换型或永久连接型电信业务的网元，包括各种本地交换机，广播电视业务节点等。

电信管理网（TMN：

TelecomManagementNetwork）：

TMN可对接入网设备实施统一的操作维护，其中比较重要的是分配功能，接入网的管理，资源配置和重新分配，检测、定位和报告接入网的故障位置，监视和报告接入网的性能（如：

比特误码率等），进行保密控制和资源管理等。

1.3功能模型

用户接入网的功能模型如图4所示。

用户接入网可分为五个功能组：

用户端口功能（UPF）、核心功能（CF）、传送功能（TF）、业务端口功能（SPF）和接入网系统管理功能（AN-SMF）。

分述如下：

图4用户接入网功能结构模型

1、用户端口功能

用户端口功能（UPF：

UserPortFunction）是使特定的UNI的要求适配到核心功能和管理功能。

接入网可以支持多个不同的接入业务并要求特定功能的用户网络接口。

具体的UNI要根据相应接口规定和接入承载能力的要求，即传送信息和协议的承载体来确定。

2、业务端口功能

业务端口功能（SPF：

ServicePortFunction）能使特定业务节点接口（SNI）规定的要求适配到公共承载体，以便在核心功能中能够处理和选择用于用户接入网系统功能处理的有关信息。

3、核心功能

核心功能（CF：

CoreFunction）处于UPF和SPF之间，使单个用户端口的承载要求或业务端口的承载要求与公共传送承载体相适配。

包括依据所需协议进行适配及按照用户接入网的传送复用要求进行协议承载处理。

在用户接入网中可以对核心功能进行分配。

1.4分层和接入类型、支持业务

1、接入网的分层

（1）电路层：

直接为用户提供各种业务，如电路模式、分组模式、帧中继模式、ATM模式。

（2）通道层：

为电路层提供传输通道。

（3）传输媒体层：

金属线、光纤、无线。

2、接入网的接入类型

（1）PSTN、N-ISDN（公共电话、窄带综合业务）

（2）B-ISDN（宽带ISDN）

（3）永久性租用线接入（企业专线租用如金融）

（4）数据业务接入类型（计算机宽带数据）

（5）广播接入类型（CATV）

（6）交互式电视图像接入类型（双向数字电视）

3、接入网的支持业务

（1）语音类；

（2）数据类；（3）图像通信类；（4）多媒体业务。

第2光纤接入网技术

2.1光接入网定义

定义：

OpticalAccessNetwork，OAN光纤接入网。

是一种以光纤作为主要传输媒介的接入网。

泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。

通常，OAN指采用基带数字传输技术并以传输双向交互式业务为目的的接入传输系统，将来应能以数字或模拟技术升级传输宽带广播式和交互式业务。

概述

从整个电信网的角度讲，可以将全网划分为公用网和用户驻地网（CPN）两大块，其中CPN属用户所有，因而，通常意义的电信网指公用电信网部分。

公用电信网又可以划分为长途网、中继网和接入网3部分。

长途网和中继网合并称为核心网。

相对于核心网，接入网介于本地交换机和用户之间，主要完成使用户接入到核心网的任务，接入网由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间一系列传送设备组成。

近年来，以互联网为代表的新技术革命正在深刻地改变传统的电信概念和体系结构，随着各国接入网市场的逐渐开放，电信管制政策的放松，竞争的日益加剧和扩大，新业务需求的迅速出现，有线技术（包括光纤技术）和无线技术的发展，接入网开始成为人们关注的焦点。

在巨大的市场潜力驱动下，产生了各种各样的接入网技术。

光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点。

在干线通信中，光纤扮演着重要角色，在接入网中，光纤接入也将成为发展的重点。

光纤接入网是发展宽带接入的长远解决方案。

2.2接入网的基本构成

光纤接入网（OAN），是指用光纤作为主要的传输媒质，实现接入网的信息传送功能。

通过光线路终端（OLT）与业务节点（SN）相连，通过光网络单元（ONU）与用户连接。

光纤接入网包括远端设备——光网络单元和局端设备——光线路终端，它们通过传输设备相连。

系统的主要组成部分是OLT和远端ONU。

它们在整个接入网中完成从业务节点接口（SNI）到用户网络接口（UNI）间有关信令协议的转换。

于是，光接入网（OAN）可以定义为共享同样网络侧接口且由光接入传输系统支持的一系列接入链路，由光线路终端（OLT）、光配线网（ODN）、光网络单元（ONU）及适配功能（AF）组成，可能包含若干与同一OLT相连的ODN。

接入设备本身还具有组网能力，可以组成多种形式的网络拓扑结构。

同时接入设备还具有本地维护和远程集中监控功能，通过透明的光传输形成一个维护管理网，并通过相应的网管协议纳入网管中心统一管理。

光接入网参考配置如图1所示：

图1光接入网参考配置

OLT的作用：

为接入网提供与本地交换机之间的接口，并通过光传输与用户端的光网络单元通信。

它将交换机的交换功能与用户接入完全隔开。

光线路终端提供对自身和用户端的维护和监控，它可以直接与本地交换机一起放置在交换局端，也可以设置在远端。

ODN为OLT与ONU之间提供光传输手段，其主要功能是完成光信号功率的分配。

ODN是由无源光元体（诸如光纤光缆、光连接器和光分路器等）组成的纯无源的光配线网，呈树形—分支结构。

AF表示适配功能。

ONU的作用：

为接入网提供用户侧的接口。

它可以接入多种用户终端，同时具有光电转换功能以及相应的维护和监控功能。

ONU的主要功能是终结来自OLT的光纤，处理光信号并为多个小企业，事业用户和居民住宅用户提供业务接口。

ONU的网络端是光接口，而其用户端是电接口。

因此ONU具有光/电和电/光转换功能。

它还具有对话音的数/模和模/数转换功能。

ONU通常放在距离用户较近的地方，其位置具有很大的灵活性。

光纤接入网（OAN）从系统分配上分为有源光网络（AON，ActiveOpticalNetwork）和无源光网络（PON，PassiveOpticalNetwork）两类。

前者采用光分路器分路，后者采用电复用器分路。

第3章下一代光接入网关键技术EPONGPON

在实现下一代光纤宽带接入时，无源光网络（PON，PassiveOpticalNetwork）又因其在局端与用户端无有源器件，运行维护经济简单，并且可靠性高，节约线路资源而成为首选。

目前，PON领域中最重要的三种接入技术分别为基于ATM的APON（ATMPON），基于Ethernet的EPON（EthernetPON）和GPON（GigabitPON）。

其中APON因为ATM的发展不顺，逐渐退出舞台。

下面将在几个关键方面对EPON和GPON做详细分析。

3.1技术和产品比较

EPON和GPON的主要参数：

由上面主要参数以及EPON和GPON的其他特点，进行具体分析。

3.2上下行速度

在上下行速率方面，GPON有EPON不可比拟的优势。

EPON只支持上下行对称的1.25Gb/s速率，而GPON在把上下行速升到2.5Gb/s的同时，还支持多种不对称的上下行速率选择。

同时，在线路编码方面EPON采用8B/10B方式（大约20%的带宽损失），GPON采用几乎没有带宽损耗的不归零编码方式（NRZ，NoReturntoZero），充分利用了带宽，有效提高了宽带利用率，更符合运营商对高速宽带业务的布置。

3.3核心芯片

EFM小组在提出EPON时，就是希望其在PON基础上成功继承以太网技术简单宽松的特点。

所以从技术层面上说，吸引更多厂商参与EPON的研究与开发。

目前，EPON全球芯片市场已经比较成熟，众多EPON芯片领先厂商都已经纷纷推出各有特色的第三代端到端SoC（SystemonaChip）芯片，集成了多端口标准以太网的MAC和PHY、SRAM、CPU以及PON专用的SerDes。

以这种芯片为核心，只需增加少数的外围器件（如模块和接口电路）就可以构成一个完整的系统。

国内，格林威尔也拥有了EPON芯片级自主知识产权。

不久前，也就在2006年12月，EPON厂商PMC-Sierra公司推出业界第一款可支持中国电信集团针对中国电信市场所定义的算法与功能的EPON光网络单元（ONU）和光通路终端（OLT）芯片器件。

这两款系统级芯片（SoC）是第一个针对中国电信集团新的数据加密与解密算法、服务程序质量以及分类协议标准的设计。

GPON因为标准较为复杂，要求较高，所以芯片厂商对其的研发要远远晚于EPON。

不过2006年GPON发展有大的突破。

先是一月份BroadLight向全球客户供应首款GPONONTSoC芯片样片，接着Vitesse半导体公司推出GPONPRO系列PMD（PhysicalMediaDependent，物理介质相关子层）芯片，包括业界第一款GPONOLT突发模式接收芯片。

同时，Alcatel已与Freescale合作，预备推出商用GPON芯片，此外Conexant也宣布了GPON芯片计划，而EPON主要芯片商Passave也宣布加入GPON芯片阵营，其中Frescale、Conexant等都是大型芯片商。

3.4ODN光模版

EPON只支持ODN（OpticalDistributionNetwork）中的ClassA和B两种等级，GPON则可以支持ODN中的三种等级，因此其可以达到1：

128的分路比和20km的传输距离。

但是也是因为GPON对三类ODN的支持，在光模块方面，GPON就必须采用APD光接收器件，和DFB光发射器件，对比起EPON可以采用PIN—TIA，其的价格就得是EPON的3倍之多。

但是，从另一方面：

组网成本看，由于GPON的速率、分路比和传输效率均比EPON高约一倍，因而所需的局端设备OLT（OpticalLineTermination）可以减少至少一半，可以支持的用户数也多一倍，因而在整体组网成本上不见得比EPON高很多，甚至在有些场合下更便宜。

因此，采用哪个技术更适合运营商的大规模铺设还待进一步的实践考证。

3.5GPON关键技术GEN

FSAN制定GPON时，充分采纳了众多运营商的意见和建议，因此要求GPON能支持高层多业务（如ATM，TDM，IP/Ethernet业务），同时可以支持多路复用，动态带宽分配等。

从而打算设计一种新的TC层满足以上要求，最开始引入了3种不同TC定义[5]：

GIANTTC，EMPCP，PMF-TC。

最终，选择了PMF-TC作为基线建议，因为PMF-TC引入GEM对高层IP数据进行封装的同时，还引入OAM（Operate,Administrate,Maintenance）及动态带宽分配（DBA，DynamicBandwidthAllocation），是三种建议中最完备的选择。

同时又考虑到一个OLT将对应的是多个ONU（1：

64/1：

128等），需要支持多路复用，所以在TC层没有直接选用GFP，制定了GPON特有的封装格式GEM（GPONEncapsulationMethod）。

为了更直观了解GPONTC层，可以参考以下GTC层的协议分层模型：

如图，TC适配子层中引入新的封装格式GEM，OMCI消息可以封装在ATM信元或GEM帧中进行传输。

GTC成帧子层再完成对ATM信元和GEM帧的封装，并在其中增加PLOAM信息。

PLOAM是用于物理层的操作，管理和维护。

G.984.3中定义了19种下行PLOAM信息和9种上行PLOAM信息，用于实现ONU/T（OpticalNetworkUnit/OpticalNetworkTermination）的注册，ID分配，测距，端口识别符的分配，虚拟通道标识（VCI，VisualPathIdentifier）/虚拟路径标示（VPI，VisualChannelIdentifier），数据加密，状态检测，误码率监视等功能。

可见，GPON可以透明地高效地将各种数据信号封装进现有SDH网络，可以适应任何用户信号格式和任何传输网络制式，灵活简单而高效的支持了运营商对多业务的要求。

此外，GPON厂商又针对未来ATM业务需求较少，主要是Ethernet数据业务，只需要实现对数据帧的支持，推出采用简化GPON（GPON-Lite）的GPON设备。

3.5总结

由以上分析可知，GPON标准不仅考虑了对TDM等业务上的支持，对OAM方面也有具体规定；而EPON只是考虑承载以太数据帧，OAM功能也没有具体规定，全球各厂商实现的OAM功能可能并不一致（不过，中国颁布的《接入网技术要求——基于以太网方式的无源光网络（EPON）》完善了这方面内容）。

相比之下，GPON标准较EPON标准更完善更全面些，同时带来的就是设备实现方面也较复杂。

2目前市场分析及前景预测

无论GPON还是EPON要成为一种主流网络技术获得大规模部署，需要核心元器件、系统设备、运营商等各环节达到一定的产业成熟度，形成很好的产业链。

最终哪项技术在未来会有前景，最主要标志是其是否吸引有实力的设备厂商的支持和全球各运营商的规模设备采购，从而形成规模市场，再借助市场的运作进一步改善现有技术，如此良性循环下去才能使这项技术走得更远。

下面就分析一下GPON和EPON目前市场状况及前景预测。

2.4GPON

首先大规模部署GPON的地区是北美（也是目前GPON发展最好的地区）。

因为BPON，GPON标准都是ITU制定，那里有很好的BPON基础，运营商可以较容易和自然的从BPON过渡到GPON。

同时，面对美国企业用户有大量基于TDM的专线业务，GPON较EPON更满足用户要求。

美国最大的固网运营商Verizon就计划在将来，为大量提高使用带宽将采用GPON的接入技术提供宽带网络的服务。

为其提供GPON设备的供应商已经选定Alcatel、Motorola、Hitachi、Tella等厂商。

根据权威机构的预测，基于GPONFTTB应用的ONU端口数从2007年起将以每年1000%以上的速度递增，到2008年底全世界将有超过44万个GPONONU端口的应用。

而基于GPONFTTH应用的ONU端口数也将在2007年进入爆发性的增长，达到200万线左右，而到2008年将再增长一倍，达到400万线以上的规模。

另外，欧洲的法国电信、中东的科威特、新加坡电信等也已开始了GPON现场试验和部署。

在国内，中国电信和网通都确定了未来接入网向GPON演进的长远目标，中国电信已经开始了GPON设备的实验室测试。

还要亚太地区的其他地方如日本和韩国，GPOP的前景则很大程度上取决于日本和韩国之前部署的EPON系统是否成功。

2.5EPON

对比GPON，EPON技术方面要简单许多，所以参与开发的厂商较多也较早，因此从核心芯片，商用产品和工程实施都成熟许多。

从长远来看，EPON的成本下降速度也会比GPON更快。

EPON的综合优势使其得到了迅速的推广应用。

目前，EPON的主要市场在亚太的日本和韩国。

相关数据显示EPON在日本的部署线数已经超过了200万，不论是传统的优势运营商NTT还是新兴运营商的代表YahooBB都大量采用EPON技术建设FTTH网络[7]。

在我国，各大运营商也已在全国各大城市开始大量使用EPON技术铺设FTTH。

目前，中国电信在湖北、上海、北京、广东、浙江、江苏、新疆等省市的FTTH用户数分别要达到3万户，并于2006年4月组织了的第二次EPON系统互通测试，包括IEEE802.3ah相关内容和《中国电信EPON设备技术要求V1.0》中规范改进的MPCP（MultiPointControlProtocol））、DBA、OAM、搅动等。

而中国网通在北京、杭州、哈尔滨、沈阳、大连，重庆等几大城市也启动FTTH建设，另外中国网通已经决定建设FTTH网络为2008年北京奥运会提供通信服务。

3结束语

通过对EPON和GPON各方面的对比分析，分析了目前这两个下一代光纤接入网的关键技术的各自优势，缺陷。

并非说一定对比出一个更强，让其中一种技术代替另一种技术，更看好的是这两种技术在未来5年内各自发挥自己的长处，在自己最擅长的场合绽放光彩。

参考文献：

[1]IEEE802.3ah，EthernetintheFirstMileTaskForce[S]，2004.6。

[2]信息产业部，《接入网技术要求——基于以太网方式的无源光网络（EPON）》[S]，2006.6。

[3]ITU-TG.984,Gigabit-capablePassiveOpticalNetworks[S].

[4]信息产业部，《接入网技术要求——吉比特的无源光网络（GPON）》征求意见稿[S]，2006.12。

[5]霍冠英，邱智亮，《GFP的引入与GPON标准的形成》[J]，中国数据通信，2003Vol.5No.11P.92-97

[6]敖立，《GPON技术前景展望》[J]，电信科学，2006年09期

[7]Davey.R，Kani.J，Bourgart.F，McCammon.K，Optionsforfutureopticalaccessnetworks[J]，CommunicationsMagazine,IEEEVolume44,Issue10,October2006Page（s）:

50–56。

[8]韦乐平，《光纤通信技术的发展与展望》[J]，电信技术，2006.11。