关于GPON光纤接入网的发展趋势

　　摘要：光纤接入网代表了宽带接入网的长远发展方向,各种宽带光纤接入网都有其最佳使用场合和时机,宽带点到点有源以太网光纤系统适合在低密度用户分散地区应用, 宽带点到多点光纤系统最适合新建或改建的密集用户区应用。我国的发展趋势将可能跨越APON、BPON和EPON阶段, 从宽带点到点以太网光纤系统和GEPON开始,乃至较快地过渡到即GPON阶段。

　　关键词：GPON;系统结构;发展趋势;光纤接入网

　　中图分类号：[TN913.7] 文献标识码：A 文章编号

　　Abstract: Optical fiber access network on behalf of the broadband access network development direction, all kinds of broadband optical fiber access network has its best use occasion and opportunity, broadband point-to-point active Ethernet optical system suitable for low density users in scattered areas of application, broadband point to multi point optical fiber system for newly built or rebuilt intensive application user zone. Development trends in China will likely across APON, BPON and EPON phases, from broadband point-to-point Ethernet optical system and GEPON began, and even faster transition to GPON stage.

　　Key words: GPON; system structure; development trend; optical fiber access network

　　前言：

　　针对APON标准过于复杂、成本过高、在传送以太网和IP数据业务时效率低,而EPON标准对保证QoS的多业务承载、通信级的网络运行维护和业务管理没有规范,ITU-T于2003年初推出了具有吉比特高速率、高效率、支持多业务透明传输,同时提供明确的服务质量保证和服务级别、通信级的网络监测和业务管理的Gigabit-CapablePON,简称GPON。随着GPON标准、技术的进一步完善、产业链的日趋成熟,必将超越EPON成为运营商实现接入网业务宽带化,综合化改造的首选技术。

　　1.GPON系统的结构。

　　同所有PON系统一样，GPON由ONU、OLT和无源光分配网组成。其网络结构如图所示。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的接人，受OLT集中控制。系统支持的分支比为1:16、32或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保护结构以来提高网络的生存性。

　　2.GPON的特点。

　　2.1前所未有的高带宽。GPON速率高达2.5Gb/s，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。

　　2.2QoS保证的全业务接人。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。

　　2.3很好地支持TDM业务。将TDM业务映射到GEM帧中，由于使用标准的8kHz(125ps)帧能够直接支持TDM业务。将TDM业务映射到ATM信元中也能提供有QoS保证的实时传输。GPON在这一点上有优势。

　　2.4简单、高效的适配封装。GPON的GEM提供了一种灵活的帧结构封装，支持定长和不定长帧的封装，对多种业务实现通用映射，不需要进行协议转换，实现过程简单，开销小，协议封装效率最高可达97%，实现了带宽资源的充分利用。

　　2.5强大的OAM能力。针对以太网系统在网路管理和性能监测的不足，GPON从消费者需求和运营商运行维护管理的角度，提供了三种OAM通道：嵌入的OAM通道、PLOAM和OMCI。它们承担不同的OAM任务，形成C/MPlane(控制，管理平面)，平面中的不同信息对各自的OAM功能进行管理。GPON还继承了G.983中规定的OAM相关要求，具有丰富的业务管理和电信级的网络监测能力。

　　3.EPON的发展趋势

　　3.1“大容量、少局所”成为 光接入时代的建设潮流

　　接入网对固网运营商来说是最重要的资产，一般占运营商设备投资的60～70%，运营成本上，接入网也占了绝大多数的费用。目前的固网运营商主要以铜线接入为主，由于DSL技术接入距离的限制，每个接入点的接入用户数是很有限的，这就导致一个城市里固定接入网站点数非常多，导致维护和支撑费用的大幅上升。

　　而全新的基于GPON技术的光接入网络，其大容量、长距离、全业务支持能力使我们现在可以从全网角度考虑，优化和改进原先的建设模式，使原来烟囱式的网络变为扁平的一体化网络，一个网络可以满足住宅、企业和移动基站的全业务接入，使3个网络变成1个网络，同时接入层和汇聚层网络融合使网络扁平化，网络从3层变成了2层，减少了设备种类和数量，提高网络可靠性，并极大地减少了机房建设，从而革命性地降低网络的TCO

　　大容量、少局所对超高带宽、超大分光比提出要求。

　　光接入网络是一个大容量、少局所、融合的全业务接入网络，这就要求OLT设备具有基本特质就是要容量非常大，覆盖更多的用户。以人口比较密集的城市为例，每平方公里大概是1000用户。即使1个OLT只覆盖到5km，那么也需要支持2.5万用户，因此在人口密度比较高的城市，OLT必须每单板支持8路PON口甚至16路PON口(通常为16个槽位)，这样每路GPON下行有2.3G的有效带宽。

　　3.2区分服务实现全业务接入

　　当前宽带接入主要靠接入费，宽带应用的收入还非常少。随着宽带用户逐渐饱和及竞争的驱动，带宽对客户的吸引力越来越小。将接入网络做成业务感知，对住宅用户支持区分业务等级的分级收费服务，用带宽吸引客户，用高QoS留住客户，对于企业用户和移动基站接入，网络设备支持H-QoS以及严格网络级和设备级的安全特性，为企业用户提供带宽保证和网络安全保证。这些都是FTTx网络发展的必然趋势。

　　宽带接入的发展趋势包括新的接入技术，还需要新的网关设备配合，这个很重要。因为只有家庭网关才能把多种不同的互不相干的技术，融合和控制在一个设备上，实现网络和设备的融合。接入网络还需要考虑从现实的GPON到未来的10GGPON的演进。当前关于GPON的后续发展由FSAN研究，分为NG-PON1和NG-PON2两个阶段。

　　3.3网络建设需综合考虑 未来技术演进

　　NG-PON1在兼容现有ODN的基础上，通过扩展GPON标准过渡到NG-PON，并有下行10Gbit/s、上行2.5Gbit/s不对称的XG-PON1和上下行对称10Gbit/s的XG-PON2两个主要备选架构;NG-PON2则不受现有的GPON标准和光分配网络限制，是全新光网络的长期的演进方案，WDM-PON就属于NG-PON2范畴。

　　就当前业界进展来看，2.5Gbit/s上行成为一个经济可行的方案，目前业界领先厂商已有原型机发布;上行对称10Gbit/s架构由于技术和成本的限制(如10Gbit/s突发模式接收机)，规模商用还需要较长时间的发展;WDM-PON方案必须实现终端无色化(即终端在任一个MUX/DEMUX端口上都能正常工作，无需配置，自动适应波长的变化)，这样才能满足低仓储、低运维、即插即用的低成本运营要求，而这一点短期内还看不到改善的可能性。

　　综合来看，GPON技术具备了高带宽、远距离、高分支比和全业务接入的综合优势，能够充分发挥光纤接入网络的优势，是当前光纤接入网络的优选技术。短期来看，下行10Gbit/s上行2.5Gbit/s的10GGPON有可能是最先实现的NG-PON技术，而10Gbit/s对称带宽的NG-PON技术和WDM-PON还有更多的问题需要克服。采用多G平台将是一个基本需求，而更高处理能力、更高分支比的平台则更能体现综合成本优势，也将是光接入技术发展的趋势。

　　4.结束语

　　使用GPON技术在接入网层面上提供一个统一的接入平台,节约了运营商维护和处理故障的成本,可以在现阶段解决绝大部分FTTn的业务需求。同时,在运营商FTTn的应用中可以充分体现其广覆盖、高带宽、双纤保护等特点,并且位于室外的光分配网中只有物理介质特性非常稳定的光纤和无源分光器,没有任何有源设备,使得网络具有高可靠性。相信随着设备成本的降低,GPON在接入网中的应用会越来越广泛。

　　参考文献：

　　[1] 陈雪.无源光网络技术[M].北京:北京邮电大学出版社,2006.

　　[2] 陈福都,李维民,张丽娟.GPON 技术新进展及发展趋势探讨[J].军事通,2007.

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