107保定钟家营小区GPON光纤接入网规划设计最终版.docx
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107保定钟家营小区GPON光纤接入网规划设计最终版
内容摘要
随着信息化步伐的加快和用户对宽带接入需求迅猛增长，很多大中型企业单位也都在追求更快、更稳定，所以光纤在向用户端延伸，以高性能介质回应用户的高性能需求。
本文通过分析了目前接入网的发展现状以及GPON技术相关知识和优势，采用基于GPON的光纤接入方式为所选片区用户提供高宽带业务，同时分析用户宽带需求，为小区、学校等用户采用FTTH接入方式，为会展中心、宾馆采用FTTN+UTP接入方式。
针对用户的业务需要对网络设备进行选型。
传输介质的好坏会影响网络的服务质量，设计还对光缆线路维护作了简要分析。
关键词GPONONUFTTH
保定钟家营小区GPON光纤接入网规划设计
一绪论
（一）光纤接入技术
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。
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。
（二）GPON技术介绍
1GPON技术概述
PON（无源光纤网络）是指光配线网中不含有任何电子器件及电子电源，它具有节约光纤材料、对网络协议透明的优点，是电信维护部门长期期待的技术，在光接入网中扮演着相当重要的角色。
PON是实现宽带光接入的一种常用网络形式，从概念的提出到现在已有20多年的时间。
在这期间，人们根据PON的独特物理结构，提出了一些标准和规范。
按承载的内容来分类，PON主要包括基于异步传输模式（AsynchronousTransferMode，ATM）的无源光网络（APON）∕宽带无源光网络（BroadbandPassiveOpticalNetwork，BPON），基于Ethernet的无源光网络（EPON），基于通用成帧规程（GenericFramingProcedure，GFP）的比特无源光网络（GPON）等。
他们主要差异在于采用了不同的二层交换技术，APON二层交换采用的是ATM技术，最高速率为622Mbit/s；EPON二层交换采用的是Ethernet技术，可以支持1.25Gbit/s速率，将来速率还能升级到10Gbit/s；GPON二层交换则采用GFP对Ethernet、TDM和ATM等多种业务进行封装映射技术。
如表1-1所示对EPON和GPON两种千兆比无源光网络技术的主要参数进行了比较，为更加全面，同时也将BPON列入其中。
表1-1（BPON、EPON、GPON技术主要参数比较）
BPON
EPON
GPON
下行线路速率（Mbit/s）
155/622/1244
1250
1244/2488
上行线路速率（Mbit/s）
155/622
1250
155/622/1244/2488
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
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（在上行1250Mbit/s速率情况下）
1100（在上行1244Mbit/s速率情况下）
OAM
有
有
有
下行数据加密
搅动或AS加密
没有定义
AS加密
由表可知，EPON简单、高速、成本低、用户面广，技术、产品相对GPON成熟，是近期大力发展的无源接入技术;而GPON可透明传输，高速高效，具有电信级服务质量，是无源接入技术发展的趋势。
虽然目前GPON的成本相对EPON较高，商业化程度低，但是，随着产业化的成熟度不断加深，光器件价格的下降、技术的成熟、商用网络规模的扩大，GPON必将能成为新一代宽带接入网络的的主流技术。
2GPON技术概述
由于APON成本高、速率低、系统复杂，并且在传输IP数据时需要进行协议的转换和格式的转换，ITU-T很快推出了用于代替APON的GPON系列标准：
G.984.1、G.984.2、G.984.3。
由于GPON是在APON的基础上专门针对APON的缺点发展起来的，所以GPON保留了APON的许多优点，与APON有很多相同之处。
但GPON更高效、高速，提供622.080Mbit/s到2.4Gbit/s的可升级的框架结构，支持上、下行不对称速率（下行2.488Gbit/s，上行1.244Gbit/s），支持多业务，特别是以本色模式和极高的效率同时支持数据和TDM，提供明确的服务质量保证和服务级别，具有电信级的网络监测和业务管理能力。
因此，GPON成为目前最为理想的宽带光接入网技术。
GPON的基本技术要求如下：
1）基于GFP帧或ATM信元；
2）支持对称/非对称线路速率，包括对称622Mbit/s、1.25Gbit/s和非对称（上/下行）155/1244Mbit/s、622/1244Mbit/s、155/2488Mbit/s、622/2488Mbit/s、1.25/2.5Gbit/s，具有前所未有的高比特率；
3）最大逻辑距离和最大物理距离分别为60㎞和20㎞；
4）系统分支比为1：
16、1：
32或1：
64，最大可支持的分支比为1：
128；
5）平均最大传输时延为1.5ms；
6）上行工作波长1260~1360nm，下行工作波长1480~1500nm（单纤系统）或1260~1360nm（双纤系统）；
7）利用G.983.3定义的增强波长提供其他业务；
8）线路码型为扰码的NRZ码。
3GPON系统概述
如图1-1所示是G.984.1建议的GPON参考模型。
GPON由光线路终端OLT、光网络单元/光网络终端（ONU/ONT）和光纤分配网ODN组成。
其中OLT位于中心机房，向上提供广域网接口，包括GE、ATM、DS-3等；ONU/ONT放在用户侧，为用户提供10/100BaseT、T1/E1、DS-3等应用接口，适配功能AF在具体实现中可能集成于ONU/ONT中；ODN由分支器/耦合器等无源器件构成；上下行数据工作在不同波长，下行数据采用广播方式发送，上行数据采用基于统计复用的时分多址（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）方式接入。
图中波分复用器WDM和网络单元NE为可选项，用于在OLT和ONU之间采用另外的工作波长传输其他业务，如视频信号。
图1-1（GPON系统参考配置）
4GPON系统各部分功能
OLT（光线路终端）：
以广播方式向ONU发送以太网数据；发起并且控制测距过程，并且记录所测信息；控制ONU功率和ONU注册；为ONU分配带宽，也就是控制ONU的发送窗口大小和发送数据时间。
ODN（光分配网）：
分发下行方向数据并且集中由ONU上传的上行数据。
无源分光器可将输入的一路光信号进行不等比例的光功率分割，并输出所分割的多路信号。
ONU（光网络单元）：
响应OLT所发出的功率控制和测距命令，并对命令作出调整；缓存所属用户的以太网数据，并在OLT所分配的发送窗口内发送上行方向数据。
5GPON信号传送原理
GPON系统运用WDM技术来实现单纤双向的信号传输。
为了将用户的上下行方向信号分离，EPON使用了两种复用。
下行数据流采用广播方式，取下行波长1490nm。
各自ONU根据下行数据标识信息接收属于自己数据，并丢弃其它数据。
图1-2下行方向信号传输原理
上行数据流采用TDMA方式，取上行波长1310nm。
各自ONU发送的时间和长度由OLT集中控制。
图1-3上行方向信号传输原理
（三）FTTH技术
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
（一）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。
（二）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。
（三）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。
由于EPON系统是以太网无源光网络，所以有源光网络我们就不多讨论了。
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。
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。
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。
（四）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
三钟家营小区本地网络结构和运行数据
（一）钟家营小区本地平面图及局所位置
钟家营小区位于保定东区。
小区共有居民楼5栋，均为6层，每层均为2户。
因此，钟家营小区共18个单元，共216户。
本期工程钟家营小区采用FTTH,采用一级分光的形式对该小区进行覆盖,具体施工方案如下：
1）小区内走线采用小区的管道。
（特殊标注除外）。
2）本工程从钟家营原有OLT基站新放一条12芯光缆到钟家营小区FL01-360光交箱。
3）从光交箱引出光缆至各个单元的分线箱。
图3-1钟家营小区布线工程路由图
（二）本设计所涉及范围的用户群状况
由于钟家营小区的楼宇分布密集，用户数量多,且基本为普通居民用户。
需要网络覆盖范围较大。
居民楼等用户密集区域，广阔的网络覆盖区域和大量的接入数需要强劲的网络核心为其保证充沛动力。
同时设备的安全性也至关重要。
因此对于钟家营小区网络建设要综合考虑多方因素。
（三）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。
四建设接入网的可行性和必要性
（一）成熟的GPON技术
目前，GPON技术已经很成熟了，它的体现主要为：
经过各组织的标准制定、运营商设备商的努力拓展、GPON的芯片和光模块性能成熟，并且在中国电信的引导下，实现了GPON芯片级和系统级的互通。
与此同时，GPON产业链也进一步成熟，并且形成了良性的竞争格局。
由于设备成本不断下降，其大规模推广的可行性以达到运营标准，并可广泛运用于城市和农村的综合接入。
（二）用户需求分析
钟家营小区共5幢居民楼18个单元，共6*2*18=216户，需要开通的业务有：
宽带业务和普通电话业务，来满足小区用户的新需求。
由于前期业务需求量不会达到百分之百，所以在光交箱里只放置一个1分64的分光器。
FTTH作为一种综合接入手段，可以提供高带宽和QoS（服务质量）保证能力，并可承载以太网/IP业务、语音业务等多种业务：
图4-1GPON提供的用户三种业务类型
1）数据业务：
可以为用户提供4M的带宽，可以在长期满足基于以太网/IP的数据业务的需要，比如用户互联网接入、文件下载、网络游戏等各种业务。
2）语音业务：
可以为用户提供语音业务，包括采用VOIP（将模拟声音讯号数字化，以数据封包的型式在IP数据网络上做实时传递）的软交换电话语音以及各种增值业务和64kbit/s电路仿真方式的传统电话。
对于通讯技术发展趋势，软交换方式最终将会成为由FTTx技术支持的实现方式。
3）视频业务：
当前用户的视频业务为电视台提供的CATV，但正在向DTV方向转移，由于政策关系，通讯网络运营商与上诉业务无太大关系。
他们关心的是IPTV业务。
对于IPTV，接入网要提供信息传输的通道，带宽和通道的QoS保证能力便是IPTV业务能否提供的主要因素。
总之，对于钟家营小区的，GPON主要提供语音、数据等业务。
五钟家营小区GPON光纤接入网规划设计方案
（一）接入网网络结构的设计
钟家营小区的网络结构为从钟家营原有OLT机房新放一条12芯光缆至钟家营小区光交箱。
光交箱选用落地式360芯光交箱。
由光交箱引出2条36芯、三条48芯光缆到各单元分线箱。
其中，36芯经过接头盒分出三条12芯光缆，48芯经过接头盒分出4条12芯光缆。
图5-1接入网网络结构的设计
（二）设备选型
GPON网络结构主要是有OLT（光线路终端）、ODN（分配网络）、POS（光分路器）、ONU（光网络单元）组成。
OLT位于ODN与核心网之间，实现核心网与用户之间不同业务的传递功能，它可以区分交换与非交换业务，管理来自ONU的信令和监控信息，同一个OLT可以连接若干个ODN。
OLT在分配侧提供与ODN相连的光接口，在网络测通过标准SNI接口连接到业务网络，可设置在本地交换局或远程。
ODN位于ONU和OLT之间，为多个ONU到OLT的物理连接提供光传输媒质，完成光信号的传输和功率分配任务。
通常ODN是由光连接器、光分路器、波分复用器、光衰减器、光滤波器和光纤光缆等无源光器件组成的无源光分配网络。
ONU位于用户和ODN之间，实现OAN的用户接入，为用户提供通往ODN的光接口，完成光电转换。
1OLT选型
图5-2华为SmartAXMA5680TOLT
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