无源光网

无源光网（精选8篇）

无源光网 篇1

我国目前的主流有线宽带接入技术主要包括ADSL、FTTB+LAN、FTTx等, 其中光纤接入 (FTTx) 技术是今后一定时期内的发展方向, 它主要通过无源光网络 (PON) 技术实现。

1 光纤传输的优势

光纤传输具有带宽高、线路直径小且重量轻、传输质量高和成本低等优势。如今光纤的带宽理论上已经超过10GHz, 每公里衰减小于0.3db, 随着技术的发展, 未来10~100Gb/s的传输也将成为可能;光纤即便包裹着保护套, 也比同等的铜线尺寸小重量轻;更为突出的是, 光纤传输抗干扰能力强, 几乎可以忽略附近各种电子噪声源的干扰;此外, 传输途中的低损耗可以增加中继器间的距离, 因此减少了外部设备的成本, 降低了维护运行费用。

2 无源光网络 (PON) 的组成与分类

无源光网络 (PON) 系统由局端设备 (OLT) 、用户端设备 (ONU/ONT) 和光分配网 (ODN) 组成。所谓“无源”, 是指ODN全部由无源光分路器和光纤等无源器件组成, 不包括任何有源器件。PON技术采用点到多点的拓扑结构, 下行和上行分别采用时分复用 (TDM) 的广播方式和时分多址 (TDMA) 方式传输数据。

PON技术可以细分为很多种, 目前常见的有APON (ATM PON) 、EPON (Ethernet PON) 和GPON (Gigabit PON) , 它们的主要区别体现在数据链路层和物理层的不同。其中, APON以AT M作为数据链路层;EPON使用以太网作为数据链路层, 并扩充以太网使之具有点到多点的通信能力;GPON则结合了APO N和EPO N的优点, 使用ATM/GEM作为数据链路层, 能够对多种业务提供良好支持, 同时引入了更多的来自电信业的网络管理和运行维护思想。目前, APON技术由于成本高, 宽带低, 已经基本被市场淘汰, 主流代表技术为EPON和GPON。简而言之, EPON用简单的技术为大多数的主流业务提供足够的功能和性能支持, GPON用复杂的方式为全部的业务提供完美的功能和性能支持。GPO N较EPO N具有明显的优势, 它们两者的简单对比如表1所示。

3 PON网络的组网方式

PON技术是一种点到多点的网络接入技术, 它是实现光纤接入 (FTTx) 的主要技术, 如图1所示, 它由以下部分组成。

(1) 光线路终端 (OLT) :OLT作为局端设备, 上行接入Internet和公共交换电话网 (PSTN) , 下行提供网络侧接口并经过一个或多个ODN和用户侧的ONU通信, OLT和ONU的关系为主从通信关系。

(2) 光分配网络 (ODN) :ODN为OLT和ONU之间提供光传输手段, 主要功能是完成光信号功率的分配, ODN是由无源光器件 (光纤, 光连接器和无源分光器等) 组成的光分配网。

(3) 光网络单元 (ONU) :ONU为光接入网提供远端用户侧接口, 用户侧的终端设备 (计算机, 机顶盒, 电话机等) 通过ONU接入光网络。

在PON网络中, 下行数据和语音信号使用1490nm波长传输, 上行数据和语音信号使用1310nm波长传输。在某些国家, 还使用1550nm波长传输视频广播信号 (CATV) 。

4 光功率预算

光信号在PON网络的传输过程中, 不可避免的存在信号衰减。因此, 在规划设计PON网络时, 必须进行光功率预算, 以保证光信号传输到ONU端时有足够强的功率, 满足数据通信的需要。光信号的传输损耗主要来自以下几个方面:每公里光纤上的损耗、分路器上的损耗、连接器上的损耗、接头处的损耗等。

PON的损耗预算基于ITU建议G983.4, B类PO N总损耗预算为22dB, C类PO N为27dB, 区分B类和C类PON在于使用激光的功率和光器件的质量, 损耗预算非常紧, 特别是在设计上使用高端口数分路器时。PON中的分路器会产生内在损耗, 因为输入功率被分发到几路输出, 分路器损耗要看分路比, 1∶2分路器损耗大约为3dB, 1∶32分路器损耗至少15dB。上行和下行信号都有该损耗, 结合考虑接头处, 连接器和光纤本身的损耗, 很容易理解为什么安装时必须准确双向测量端到端的光损耗。

例如, 系统的光功率预算为28dB, 1∶16分路器损耗为13.8dB, 连接器和接头处损耗为3dB, 老化损耗为1dB, 光纤衰减分别为下行0.3dB, 上行0.42dB。

由此可以得出结论, 对于该系统, OLT和ONU之间的最大传输距离约为24km。图2是在ITU-TG984标准下, 不同分光比情况下的最优和最差传输距离。

5 结语

随着Internet的高速发展, 特别是三网融合、云计算、物联网等新技术的应用, 用户对于网络带宽的需求不断提高。在这样的大背景下, 成本低、性能可靠的PON技术必将逐步取代传统的DSL等接入方式, 走进千家万户, 这也就是人们通常所说的“光进铜退”。在不久的将来, 通过PON接入技术, 我们的家中只要拉进一根细细的光纤, 就能够同时实现互联网冲浪、拨打电话和收看电视节目, 从而真正实现三网融合。因此, PON技术在我国信息产业的发展过程中, 有着非常光明的应用前景。

参考文献

[1]王婧, 李斌.无源光网络 (PON) 技术研究[J].通信与信息技术, 2008, 2 (1) :58-61.

[2]王琴.基于PON的FTTx的实现[J].电力系统通信, 2008, 6 (1) :30-34.

[3]黄雪梅.EPON技术简介[J].信息系统工程, 2011, 4 (1) :149-150.

[4]张梅梅.无源光网络技术[J].网络与信息, 2008, 12 (1) :21.

[5]许彦敬.GPON与EPON比较在技术优势方面浅析[J].工程科技II, 2011, 5 (1) :36, 48.

以太无源光网络的技术应用 篇2

一、以太无源光网络（EPON）工作原理

EPON是英特网与光网络结构的结合。EPON 采用端到端的结构，无源光纤网络，在以太网基础上提供多个网络服务。现在，因特网基本占据整个局域网市场，EPON 是与因特网结合使用的，其包括了因特网基本框架结构，网络传输协议，从而成为接入网终端的最直接、最有效的通信方法。EPON 中，无需复杂的协议转换，光信号就能准确地传送到终端接入用户，来自用户的数据通过光信号传送到网络。

一个典型的Ethernet over PON系统包括OLT、ONU、POS三部分。OLT（光线路终端）、ONU（光网络单元）以及POS（无源光分配器）等单元端到端网络，其网络架构采用星型或树型分支结构，下行方向采用广播方式，ONU将接收的下行信息，根据各自地址提取相关信息；上行方向使用分布式共享系统，通过控制机制将多个ONU 有序接入。在EPON中，OLT不光是路由器，也是多业务提供平台（MSPP），可作为无源光纤网络的光纤接口。参照以太网的发展趋势，OLT将提供10Gbit/s的网络接口，同时为保证其他网络协议的正常工作，OLT还支持ATM、FR等速率的通信。

OLT主要实现网络集中和接入的功能，还可以按照不同用户的要求带宽分配带宽、网络安全和管理策略。POS是一个无源，可以置于任何环境中，OLT通过POS 连接多个ONU。一个POS的分线率为8、16或32，可实现多级连接。OLT到ONU间的连接距离可达20km，如果使用光纤放大器（有源中继器），可扩展连接距离。

EPON中采用应用广泛的以太网协议。通过ONU单元实现以太网第二层第三层交换功能，采用以太协议可以更方便的实现网络通信，所以传输过程中无需协议转换，ONU还支持其他的TDM协议。对于光纤到户（FTTH）的接入方式，ONU和NIU可以集成在一起，从而给终端用户分配足够的带宽，同时保证极低的成本。远程业务分配控制管理可以针对用户不同的带宽需求做出响应操作，从而大大提高带宽的使用效率。中心管理系统可以对OLT、ONU等网络设备进行设置及用户可管理的CPE业务。PON系统可以方便、灵活地为用户进行动态分配带宽，根据用户的要求，为其灵活分配。

二、EPON中的核心技术

（一）信道复用技术

信道复用技术是EPON的一个重要技术，通过一条光纤中同时传输多个波长的光信号，而每个光信号可以承载多路电信号（包括数字和模拟两种）。WDM原理是在发送端将不同波长的光信号整理到一起，并放在光缆线路中的一条光纤中进行传输，在接收端将这些信号按照各自波长的不同进行分解和处理，最终发送到不同的用户终端。在整个过程中，发送端与接收端是WDM的重要组成部分，其工作性能直接决定了网络传输质量的好坏。一般情况下，为保证传输质量，我们在选择发送与接收设备时，设备损耗应控制在1.0～2.5db以内，同时，不同信道间的相互干扰也是影响传输质量的重要因素，值得我们注意。

从发展现状看，多数EPON采用DWDM及TDMA技术。EPON 在IEEE802.3以太网的数据帧格式上进行必要的修改，通过波分复用技术，可同时处理双向信号传输，在同一根光纤中，上、下行两个信号分别使用不同的波长。上行采用时分多址接入（TDMA）技术，下行采用纯广播的方式。在下行传输过程中，OLT为ONU分配相应的PON-ID，每个ONU监测收到数据的PON-ID，如果接收数据的PON-ID和自身PON-ID一致，则接收数据，否则丢弃。

另一方面，PON系统采用“同纤异波”的传输方式，系统中的OLT和ONU之间采用上下行双向传输的单模光纤，上行使用1255nm～1355nm波长（标称1310nm），下行使用1480nm～1500nm波长（标称1490nm），而1540nm～1560nm波长（标称1550nm）则预留给CATV服务。

（二）光链路损耗测量

OLT及ONU都支持光功率测量功能，OLT对其接收到的ONU上行光功率进行测量，误差控制在±1dB，ONU对来自OLT的下行光功率进行测量，误差控制在±2dB。

前面说过，PON系统主要由OLT、POS以及ONU三部分组成，其中POS（无源光分配器）的损耗直接影响PON的使用性能。因此，分析研究PON中的POS损耗是一个很重要的环节。影响POS的因素主要有：光纤损耗、无源分配器损耗、接头损耗。

（三）系统同步

系统同步是指为防止各个ONU 上行数据发生碰撞，按照EPON上行为多点到一点的组织结构，每个ONU发送的时间间隙必须与OLT的系统分配的时间间隙一致。为实现ONU与OLT的时钟信号同步，EPON采用时间标签方式。在OLT端设有一个全局计数器，下行方向OLT发送数据时插入时钟标签，ONU根据收到数据的时钟标签调整本地计数器，完成两端时间同步；上行方向ONU发送数据时插入时钟标签，OLT根据收到数据的时钟标签进行调整，实现同步。

三、EPON应用特点

（1）EPON所使用的光无源器件，无冗余电源、无需过多的维护人员，有效降低运营成本；

（2）EPON采用广泛应用的以太网技术，二者能够更好的融合，消除了复杂的传输协议转换所带来的建设成本因素；

（3）采用波分復用技术，传输距离可达20公里，通过添加放大器，可增加传输距离，传输范围远远超过其他网络。光分路器可最大配置32个用户，大大降低成本；

（4）上下行均具备高速率，下行方向采用广播方式共享系统，上行方向使用分布式共享系统，可方便灵活的为用户分配带宽；

（5）端对端的结构，通过增加ONU数量，有效地对系统进行升级，方便实现；

（6）EPON具有多种能力，可传输TDM、IP数据和视频广播，通过扩展第三个波长，可实现视频业务广播传输。

结语

随着技术的不断成熟，EPON 技术定会在未来高速信息化建设中发挥巨大的作用；有理由相信，在未来几年的发展中，EPON的地位将显得尤为重要；相信在我国"三网"融合的发展过程中EPON 的重要作用将会变得更加明显；相信EPON 技术的未来会更加光明。

参考文献

[1]黄彩明，PON技术分析及应用[J].新闻天地（下半月刊），2010.12.

[2]陈雪.无源光网络技术[J].北京：北京邮电出版社，2006.

[3]阎德升等.EPON-新一代宽带光接入技术与应用[J].北京：机械工业出版社，2007.

无源光网络的特点及应用 篇3

一、各类型无源光网络特点分析

目前无源光网络主要包括三种类型即APON、GPON以及EPON, 具体技术参数如下表所示:

从上表中不难发现不同类型的无光源网络在各项指标上表现了较大的差异性, 各具优势。EPON应用成本低并且维护较易, 并具有良好的扩展性, 因此升级较为便捷。若长期应用EPON将能够极大程度上控制成本, 另外EPON占用资源较少且模块化程度高, 因此可为运营者带来较高的投资回报率。综合来看EPON灵活性较好。GPON则具备更高的带宽并且带宽呈现了非对称性, 这种非对称性与高端网络需求相匹配[2]。GPON同时支持全业务接入, 并且能够强化业务管理能力, 换句话说, 借助GPON可进行适配封装从而保证了系统运行的稳定性。当然GPON受成本制约, 在构建过程中技术体系较为复杂, 因此目前还无法大范围使用。APON最显著的特征即采取了时分复用, 在该技术作用下可对带宽进行自由分配。同时它具备了较为理想的OAM功能且ATM体系较为成熟, 可进行有效业务扩展。但是该网络整体速率偏低并且成本耗费较高。

二、无源光网络应用分析

在无源光网络应用、规划过程中需要对一些技术性问题进行完善。首先应当确认分光比, 这就需要结合实际需求及环境来确定分光比来保证网络的适用性。在上述过程中需要对带宽、终端数量等进行综合性考量, 另外还要衡量传输过程中的损耗。例如上行和下行时, 固定速率为1.25Gbit, 当一定数量用户连入网络当中时速率将会分割, 在此情况下, 此时分光比差异性所带来的作用便会显现出来。若从带宽角度考虑则需要注意, 假设网速要求较高, 一般选取分光比为1:16, 若网速要求处于中等水平则选取分光比为1:32, 另外监控网络分光比多数选取1:32或1:64[3]。分光器在整个系统当中具有较高的能耗, 因此为了降低系统负荷需要采取一定手段降低能耗, 例如在传输远端可采用分光比相对较低的分支器来进行能耗控制使得促使整体损耗降低。除了对分光比进行衡量, 还需要对通道衰减进行计算并对光纤型号进行选择。以EPON为例, 在进行网络规划时会筛选与局端OLT距离最远的ONU链路进行分析, 通过相关公式进行计算, 结合K>=ONU通道衰减+光纤富余度从而获取总衰减值K。在EPON主干光缆基本上采取层绞式或束管式光缆进行构建, 并且光缆芯内主要应用油膏填充, 以色谱标志作为参考。光缆敷设方式主要包括管道或架空, 主流形式为管道铺设, 多见于城市区域。农村区域则一般采取架空方式进行线路铺设。在进行具体规划时先要进行有效的分组, 合理分组对于宽带成本控制具有十分重要的作用, 以小区为例, 可在小区内装配单一性的落地式光交接箱, 然后逐个配线, 并可在交接箱内安装光分支器, 结合小区用户特点在进行光分支器的筛选, 同时选取分光比较高的设备来保证网络正常运行。

三、结语

无源光网络将是未来网络的重要发展趋势, 并且随着其技术不断完善, 还会具备更大的发展空间。在实际应用过程中需要与环境要求匹配, 特别是需要注意对分光比进行合理设定, 从而保证整个网络维持正常运行态, 并有效控制网络构建成本。

摘要：网络时代下计算机网络与各行各业已经产生了密切的联系, 这使得各类宽带业务逐渐扩充并使得宽带业务的覆盖面急剧上升。在网络载体逐渐变得多元化的情况下各种媒体业务量也在急剧上升, 而当前整体网络环境受到了距离限制及带宽限制, 这使得网络环境与当前用户需求无法达成匹配。在这种背景下就需要找到一种新的网络载体对网络环境进行改善, 而无源光网络不失为一种良好的载体, 本文对无源光网络的应用进行了综合性分析并对其发展进行了探讨, 供以参考。

关键词：无源光网络,特点,应用

参考文献

[1]王爱民, 刘建戈.EPON在新农村典型供电模式中的应用[J].电力系统通信.2010 (02)

[2]赵炜妹, 郭庆琳, 孙晓霞, 毛鑫.EPON综合网管系统的研究与实现[J].电力系统通信.2010 (02)

论无源光网络的发展思路 篇4

PON:即点对多点无源光网络技术。目前我国市场上已经成熟并已投入商用的PON技术主要有EPON,各大运营商也在积极地部署GPON的试点工作。

EPON是千兆以太网技术与无源光网络的结合,上下行传输速率为1.25Gbps,典型光分路比为1:32。它采用点到多点结构、无源光纤传输。在物理层采用了PON技术,在链路层使用以太网协议,利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入,提供多种业务。因此,它综合了PON技术和以太网技术的优点:低成本、高带宽、扩展性强、灵活快速的服务、与现有以太网的兼容性、方便的管理等等。

GPON是是ITU-T的标准,它最大下行传输速率可高达2.488Gbit/s,上行最大传输速率达1.244Gbit/s,典型光分路比为1:64;GPON遵循ITU-T G.984标准,采用GFP封装技术,既可以支持TDM业务也可以支持以太网业务。GPON可以灵活地提供多种对称和非对称上下行速率,PON接口的告警和性能监视能力更强,传输速率、传输距离和分光比等方面都比EPON有优势,能够提供高定时精度的TDM业务。目前国内设备厂商已能提供GPON设备,但价格较EPON要高。

PON系统由局侧的光线路终端(OLT)、用户侧的光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)组成:

OLT(Optical line terminal)为光线路终端,完成用户数据和业务的汇聚,以GE/10GE等接口进入上层网络。

ONU(Optical network unit)为光网络单元,为用户提供GE、FE、POTS、E1、CATV等业务的接口。

ODN(Optical distribution network)是光分配网,由馈线光缆、光分路器、支线光缆等组成的点对多点的光分配网络。

PON系统为单纤双向系统。ODN由光纤和一个或多个无源光分路器等无源光器件组成,在OLT和ONU间提供光通道。光信号通过分光器把光纤线路终端(OLT)一根光纤下行的信号分成多路给每一个光网络单元(ONU),每个ONU上行的信号通过光耦合器合成在一根光纤里给OLT。

2. PON网络部署策略探讨

2.1 OLT部署研究

2.1.1 OLT在网络角色中的定位分析

就OLT的功能而言,相当于一台交换机或路由器。OLT的上联关系可以有以下两种方案:

方案1:类似IP城域网汇聚交换机,接入BRAS/SR,此时OLT定位为汇聚层设备。

方案2:类似园区交换机,接入IP城域网的汇聚交换机,此时OLT定位为接入层设备。

OLT的定位与其覆盖的用户数量及其容量有关。在OLT覆盖范围大或覆盖用户数多的场景下,建议OLT可以上联至BRAS/SR,作为汇聚交换机使用;在OLT覆盖用户数量少的场景下,建议OLT上联至汇聚交换机,作为园区交换机使用。大容量机架式的OLT,作为汇聚交换机使用;小容量盒式的OLT作为园区交换机使用。

2.1.2 OLT覆盖范围的分析

以EPON系统为例,EPON系统中1000BASE-PX20的PON口允许衰耗范围如下:

(1)上行(ONU-OLT,1310nm):0~25dB。

(2)下行(OLT-ONU,1490nm):0~25dB。

OLT至ONU链路损耗来自于分光器、连接器、光缆,典型值如下:

光纤损耗:0.4d B/km(单模)

连接器损耗:0.5dB(每个连接器)

接头损耗:<0.1dB

分光器损耗:

OLT的覆盖范围,对于具体的链路,应该保障链路的总衰减在0~25d B之间,如果采用较小的分光比,则可以延长OLT的接入距离。

2.1.3 OLT部署方式分析

OLT部署方式可以分为集中设置和分散设置,其部署策略的选择需要分析OLT最佳经济位置的设置。

假设端局距离用户区域的距离为x(单位:Km),用户区域用户数量为m(单位:户),用户均匀分布。OLT位置设置根据端局与用户区域的距离可分为端局设置(即OLT的集中设置,如图2)和用户区域机房设置(即OLT的分散设置,如图3)两种。具体情况如下图

OLT最佳经济位置的设置主要跟端局与用户区域之间的光缆投资和新建机房投资有关:

(1)图2中,线路的总投资C1即为端局与用户区域之间的光缆投资。

假设a为主干光缆的芯公里造价,分光比统一设为1:32,有:

主干光缆芯数:d=([m/32]+1)

主干光缆芯公里为:D=d*x=([m/32]+1)*x

由上得出线路部分总投资为:C1=D*a=([m/32]+1)*x*a

(2)图3中,线路的总投资C2即为端局与用户区域之间的光缆投资和用户区域新建机房的投资之和。

假设b为中继光缆的芯公里造价,e为新建机房的造价,f为OLT的最大用户容量,有:

中继光缆芯数为:d’=([m/f]+1)

中继光缆芯公里为:D’=d’*x=([m/f]+1)*x

中继光缆总投资为:E=d’*x=([m/f]+1)*x*2*b

线路部分总投资=中继光缆总投资+新建机房投资

分析:对于一定的城市区域,上式中,a、b、e、f均可视为是定值,因此,在网络规划和建设中,m值的合理设定对于OLT的集中设置或是分散设置起到了比较大的影响。

OLT的分散设置,从经济角度分析来说,需在C2≤C1的时候,OLT的分散设置才是有意义。

当C2≤C1时,有:

取X’=e/{([m/32]+1)*a-([m/f]+1)*2*b}为临界点

即当x满足(1)时,OLT分散设置比集中设置具有经济上的优势,且端局和用户区域越远,OLT分散设置的优势越大,否则宜采用集中设置的方式。

式中可以看出当m为不同值时,OLT适合分散设置的临界点随之变化。

OLT是否分散设置除了从经济上来分析外,还需从后期管理难度、运维成本等角度来综合权衡,因此OLT选择何种方式设置需要因地制宜,结合实际建设环境综合考虑。

2.2 ODN部署分析

ODN部署主要重点在分光器。分光器的位置设置主要有三种方案:

方案一:一级分光集中设置;

方案二:一级分光分散设置;

方案三:二级分光设置;

对比上述三种方案,分光器的设置方式主要从分光级数(原则上不考虑三级以上分光)与集中/分散设置两方面来考虑。

由以上三种方案比较可得:

三种方案在除配线以外的每线光缆造价基本相同。

一级分光集中设置每线光缆造价相对于其它两种方案造价略高;但PON口覆盖范围最大,利用率最高,且分光器利用率也高;从维护角度来说,分光点集中,便于后期维护和故障点排查。

一级分光分散设置在三种方案中的每线光缆造价最低;但PON口覆盖范围最小,利用率最低,且分光器利用率也最低;从维护角度来说,分光点分散,不便于后期维护和故障点排查。

二级分光设置每线光缆造价居中,且分光比越小则每线光缆造价越低;一级分光器覆盖范围较大,但二级分光器覆盖范围较小;分光器的级联增加了衰耗;从维护角度来说,分光点分散,不便于后期维护和故障点排查。

因此分光器位置设置方案的选择如纯粹从建设成本来考虑是没有意义的,还需结合PON口利用率、分光器利用率、级联衰耗、后期运维等多种因素综合考虑。为此,分光器的部署需结合实际的建设环境,根据不同场景来合理的选取,不能一概而论。

2.3 ONU部署分析

ONU在PON网络中的位置如下图所示:

按照应用场景和安装位置的不同,ONU可分为楼道型ONU,家庭型ONU等数种。

目前因异厂家的OLT和ONU的管理层互通尚有问题,故在建设中应选择与OLT同厂家的ONU。

在采用FTTH建设模式时,ONU可以在用户放装时配备。

在采用FTTB建设模式时,ONU可以相对集中部署,以提高设备利用率、减少有源节点数量;ONU至家庭内信息点的五类线长度应在90米以内,且五类线宜通过楼内桥架或暗管敷设,不宜出楼,以降低五类线和管道投资。当采用插卡式ONU时,建设满足期应不超过3年。ONU设备的安放应充分利用楼内的设备间,如条件不具备或成本较高,也可以安装在楼道或弱电井内。

为便于维护管理、同时提供宽带和语音业务,应选用集成了IAD的ONU,对只有宽带需求的,可选用只有以太网口的ONU。在ONU覆盖用户超过16户时,建议采用插卡式ONU。

3. 结束语

无源光网络的发展趋势探讨 篇5

关键词：无源光网络,PON,WDMPON

1 无源光网络技术概述

无源光网络 (PON) 是一种纯介质网络, PON是在所谓的“最后一公里”中缺少带宽时的解决方案。它主要用于解决宽带最终用户接入终端局的问题, 由于这种接入技术使得接入网的局端 (OLT) 与用户 (ONU) 之间只需光纤、光分路器等光无源器件, 不需租用机房和配备电源, 因此被称为无源光网络。

PON按信号分配方式可以分为PSPON (功率分割型无源光网络) 和WDMPON (波分复用型无源光网络) 。目前的APON、BPON、EPON和GPON均属于PSPON, PSPON采用星型耦合器分路, 上/下行传送采用TDMA/TDM方式实现信道带宽共享, 分路器通过功率分配将OLT发出的信号分配到各个ONU上。WDMPON技术则是将波分复用技术运用在PON中, 光分路器通过识别OLT发出的各种波长, 将信号分配到各路ONU。

2 无源光网络的特点

1) 在接入网中去掉了有源设备, 从而避免了电磁干扰和雷电影响, 减少了线路和外部设备的故障率, 简化了供电配置和网管复杂性, 降低了运维成本。

2) PON的业务透明性较好, 带宽较宽, 可适用于任何制式和速率的信号, 包括模拟广播电视业务。

3) 无源光网体积小, 设备简单, 安装维护费用低, 投资相对也较小。由于其局端设备和光纤由用户共享, 因而光纤线路长度和收发设备数量较少, 成本较其他点到点通信方式要低, 土建成本也可明显降低。特别是随着光纤向用户日益推进, 其综合优势越来越明显。

4) 无源光网络的标准化程度好, 基本分为FSAN/ITU和IEEE两大类, 均可提供独立可行的单一兼容解决方案。

5) 无源光设备组网灵活, 拓扑结构可支持树型、星型、总线型、混合型、冗余型等网络拓扑结构。

6) 从技术发展角度看, 无源光网络扩容比较简单, 不涉及设备改造, 只需设备软件升级, 硬件设备一次购买, 长期使用, 为光纤入户奠定了基础, 使用户投资得到保证。

3 无源光网络的发展历程与现状

3.1 APON/BPON

早期ATM化的无源光网络 (APON/BPON) 可以利用ATM的集中和统计复用, 再结合无源分路器对光纤和光线路终端的共享作用。实际上APON/BPON的业务适配提供很复杂, 业务提供能力有限, 数据传送速率和效率不高, 成本较高, 没有得到广泛应用, 我国仅有少量的APON/BPON试验网。

3.2 EPON

随着IP的崛起和发展, EPON应运而生, EPON主要基于IEEE802.3ah标准, 与传统点到点以太网主要不同处在于工作在点到多点通信方式。其下行方向工作于TDM方式, 数据流以变长以太帧方式广播到ONU, 每个ONU根据以太帧的MAC地址, 决定取舍。上行方向工作于TDMA方式, 来自不同时隙的ONU数据流汇聚到公共光纤设施和OLT。此外, 传统以太网工作于连续光传输模式, 在收发两个方向都是连续的比特流, 因此收端的定时和判决容易实现。而EPON的上行比特流是轮流发送的突发数据包, OLT的接收定时恢复、判决门限设置、测距和延时补偿比较复杂。

从EPON的结构上看, 其关键优点是极大地简化了传统的多层重叠网结构, 主要特点有:消除了ATM和SDH层, 从而降低了初始成本和运行成本;硬件简单, 协议熟悉, 安装部署工作得以简化;可以采用成熟的以太网技术甚至芯片, 实现简单, 成本低, 符合全网分组化大趋势;改进了电路的灵活指配和业务的提供和重配置能力;初步提供了一些安全机制, 诸如VLAN、闭合用户群、VPN和各种加密算法等。

IEEE802.3ah规范的EPON技术的上下行波长是1310nm和1490nm, 上下行速率均为1.25Gbit/s, 传输距离是10km/20km, 分路比是32/16, 主要业务是数据和语音, 增加一个1550nm电视广播波长后, 成为语音、数据和电视的所谓三重业务捆绑服务, 或者直接以IPTV方式提供集成的三重业务捆绑服务。对于传送单一以太网业务而言, EPON确实是一种很好的解决方案, 但是对于需要提供TDM专线业务和基于TDM的语音业务的情况, 则还需要借助其他技术帮忙。EPON的最新发展趋势是提供2.5Gbit/s的速率。

EPON的主要缺点是由于IEEE802.3ah只规定了MAC层和物理层, MAC层以上的标准靠制造商自行开发, 因而带来灵活性的同时也造成了设备互操作性差的缺点。其次, EPON的总效率较低, 主要是由于采用8B/10B的线路编码, 引入20%的带宽损失, 再加上其他的额外开销, 可用负荷仅50%左右, 而APON和GPON都采用NRZ扰码为线路码, 没有带宽损失。GPON的GFP每帧封装4～65535byte, 远大于以太网的帧负荷46～1500byte, 平均开销少, 再加上承载层效率、传输汇聚层效率、业务适配效率等原因, 使EPON总的传输效率较低, 大约仅为GPON的一半。第三, 由于EPON开始主要是以太网设备制造商驱动的标准, 因而没有充分考虑网络运营商的运营需要, 管理功能不够丰富。最后, 由于在开始阶段EPON自身的设计没有考虑直接支持以太网以外的业务, 因而需要采取一些额外的补救措施, 因而对于主张多业务支持能力的传统运营商来说是一个重要缺憾。

3.3 GPON

2001年, 在IEEE制定EPON标准的同时, FSAN (全业务接入) 组织开始发起制定速率超过1 Gbit/s的PON网络标准—GPON, 随后, ITU-T也介入了这一新标准的制定工作并于2003年1月通过两个有关GPON的新标准——G.984.1和G.984.2。

按照这一最新标准的规定, GPON可以灵活地提供多种对称和非对称上下行速率, 实际上主导速率配置依然是1.244Gbit/s和2.488Gbit/s的上下行速率。传输距离至少达20km, 系统分路比可以为1∶16、1∶32、1∶64乃至1∶128。GPON在速率、速率灵活性、传输距离和分路比方面有优势, 所需要的OLT数量也比EPON减少。其次, GPON采用了两种适配方式, 除了传统的ATM外, 还在传输汇聚层采用了通用成帧规程 (GFP) , 这是一种可以透明、高效地将各种数据信号封装进现有SDH网络的通用标准信号适配映射技术, 可以适应任何用户信号格式和任何传输网络制式, 无需附加ATM或IP封装层, 封装效率高、业务灵活, 全面体现了业务提供商对业务提供的灵活要求, 而APON/BPON和EPON对每种特定业务都需要提供特定的适配方法。第三, 由于GPON采用GFP映射, 其传输汇聚层本质上是同步的, 还使用标准SDH的125μs固定帧, 使GPON可以很可靠地支持端到端的定时和其他准同步业务, ONU可以很容易提取到同步信号, 可以直接高质量地支持实时的TDM语音业务, 延时和抖动性能很好。第四, GPON具有电信级网络所要求的丰富网管功能和保护机制, 包括带宽授权分配、动态带宽分配、链路监测、保护倒换、密钥交换和各种告警功能等, 比EPON考虑周到, 互操作性更容易实现。第五, 在QoS方面, GPON可以通过精确调整各个业务流的时隙指针和长度、ONU的授权带宽和授权周期来保证业务的带宽和延时要求, 而EPON主要利用优先级队列结合DBA (动态带宽分配) 算法来保证带宽和延时要求。然而, 由于以太网数据包长度变化很大, 抖动难以避免, 只有靠网络轻载或ONU数目不多时才能基本满足不同业务的QoS要求。否则, EPON的QoS难以保证。第六, 由于PON技术在下行方向是广播方式的, 因此存在安全隐患。为此, GPON采用了先进加密标准 (AES) , 是目前世界上最先进的加密算法。EPON标准并没有安全性方面的规范, 随意性较大, 都是厂家自己采用的方案, 安全性不能确保, 互操作更难以实施。

从提供的业务看, GPON不仅可以提供10Mbit/s、100Mbit/s、1Gbit/s的业务, 而且可以提供VLAN业务和语音业务, 事实上可以适应任何现有业务和未来新业务的适配要求。总的看, GPON不是制造商驱动的技术标准, 而是一种运营商驱动的标准, 因此具有更周到的运营利益考虑, 速率更高, 速率灵活性更大;具有通用的映射格式, 可适应任何新老业务;具有丰富的OAM&P功能;对各种业务均有很高的传输效率, 即便对于TDM业务也能灵活高效地传送。可以帮助运营商完成从传统TDM语音电路向全IP网络的平滑过渡。

就设备成本分析而言, PON的主要成本是各种电接口和协议处理转换等, 而这方面GPON和BPON要比EPON复杂。其次, 就光模块而言, 由于GPON要满足很高的突发同步时长指标, 对于模块的驱动电路和前后放大器芯片要求很高, 还要满足较高的功率预算, 对于长距离传输, 只能采用分布反馈激光器 (DFB) 发送机加雪崩光电二极管 (APD) 接收机或光电二极管 (PIN) +前向纠错 (FEC) , 其成本要高于EPON模块的法布里—珀罗腔 (FP) 发送机和光电二极管 (PIN) 接收机, 成品率也较低, 因此整个光模块成本较高。

从组网成本看, 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。

就传输效率而言, GPON没有EPON的8B/10B编码效率损失, 上行训练序列较短, 也没有EPON的帧定界开销和调度开销, 上行净通透量可望比EPON高300 Mbit/s。总之, 在各种宽带PON技术中, GPON在扰码效率、传输汇聚层效率、承载协议效率和业务适配效率等方面都是最高的, 总效率最高。例如假设TDM业务占10%, 数据业务占90%, 则GPON的总效率为94%, 而APON和EPON分别为72%和49%。

就TDM业务和语音业务的支持而言, GPON对于TDM业务E1接口的支持是天然的, 对于语音业务的支持则有3种方式, 即传统TDM方式、电路仿真业务和VoIP。GPON有固定的帧格式和125μs的帧周期, 支持传统TDM方式很容易。电路仿真业务需要在TDM架构上再构建一个隧道, 实现TDM电路。

4 无源光网络的发展趋势

虽然PSPON较为成熟, 特别是EPON、GPON, 在北美、日本已经有较大规模的部署, 但是PSPON仍然存在一些问题需要解决, 例如快速比特同步、动态带宽分配、基线漂移、ONU的测距与延时补偿、突发模式光收发模块的设计等。部分问题虽然得到了解决, 但是成本较大。例如, 在上行的TDMA复用测距方面, 光缆中信号每米传输时间大约为5ns, 而STM-1、STM-16、GE系统的比特周期分别只有6.4ns、0.4ns和0.8ns。可见, 随着速率的提高, 测距和上行成帧的难度将会大幅度增加。基于波分复用技术的WDMPON采用波长作为用户端ONU标识, 利用波分复用技术实现上行接入, 能够提供较高的工作带宽, 可以实现真正意义上的对称宽带接入。同时, 它还可以避免TDMA技术中ONU的测距、快速比特同步等诸多技术难点, 并且在网络管理以及系统升级性能方面都有着明显的优势。随着技术的进步, 波分复用光器件的成本, 尤其是无源光器件成本大幅度下降, 质优价廉的WDM器件不断出现, WDMPON技术将是接入网一个可以预见的发展趋势。

WDMPON基本原理就是在原有PON的树形结构基础上, 应用WDM技术, 从而为每个ONU分配独有的一对上/下行波长, 使得WDMPON技术在传输带宽、用户管理、信息安全、容量扩展性等方面具有很大的优势。

WDMPON系统的典型分路比为20～40, 在网络拓扑上属于虚拟的点到多点, 实际的点到点方式;工作在连续模式;具有很好的业务透明性, 二层可以承载任意协议;物理层采用WDM传输方式, 基于WDM的分路器只引入几分贝的光信号衰减, 避免了普通PON所带来的十几分贝光信号衰减和复杂TDMA方式, 且具有容易升级换代的优点;WDMPON可以提供上下行对称的2～40Gbit/s总带宽, 每个用户终端 (可以是一个用户, 也可以是一群用户) 可以有100Mbit/s～1Gbit/s;WDMPON系统的每个波长通道间完全隔离, 消除了普通PON技术的安全性隐患。WDMPON系统的波长分配主要采用动态自适应分配方式, 灵活性高, 应用方便。

5 结束语

PON自出现以来, 经过多年发展, 形成了APON、EPON、GPON、WDMPON等一系列技术, 而WDMPON结合了WDM技术和PON拓扑结构的优点, 日益成为一种高性能的接入方式。但技术难度较大, 器件成本过高, 多数研究仍处于实验室的理论研究阶段, WDMPON系统的关键是光器件, 特别是具有自适应能力的光发送器件和低成本波分复用器件等。随着相关技术的成熟和用户带宽需求的增长, 必将推动业界和市场对WDMPON技术的持续关注。

参考文献

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[2]陈雪.无源光网络技术[M].北京:人民邮电出版社, 2006.

[3]李伟.时分波分混合复用无源光网络的系统研究[D].华中科技大学, 2009.

[4]周静.再调制WDM-PON系统研究[D].北京邮电大学, 2011.

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[6]何炜.混合波分时分复用无源光网络研究与技术实现[D].华中科技大学, 2010.

[7]方圆圆, 寿国础, 胡怡红.WDM-PON无色ONU实现方法研究[J].光通信技术, 2007 (1) .

无源光网络的发展趁势与展望 篇6

1.1无源光网络

无源光网络的英文简称为PON, 在类别上属于纯介质网络的一种, 目的是为了避免外部设备与外部环境对于网络信号传输的电磁干扰以及在雷暴天气等恶劣天气所产生的雷电影响。无源光网络技术能够有效降低网络线路与相关外部设备出现故障的可能性, 提高相关设备的使用寿命, 从而保证整体系统的可靠性和稳定性, 同时无源光网络技术能够有效实现维护成本的降低, PON系统典型组网图如下图所示:

1.2无源光网络的优势

首先。无源光网络相较其他同类型产品, 它的相对体积会更小, 同时无源光网络系统中所运用的各种设备也比较简单, 因此对于无源光网络来说, 它的安装与维护费用都会更低, 总体的前期投入与后期维护都可以控制在一个较低的水平。其次, 无源光网络的设备比较灵活, 在组网的时候能够支持包括树型、星型、总线型、混合型、冗余型在内的各种网络拓扑结构, 这样就能够灵活的应对在实际情况中所面临的各种需要。最后, 从技术角度上看, 无源光网络在扩容方面相比其他产品都更加简单, 在用户需要对网络升级进行扩容工作时, 并不需要进行整体的设备改造, 只需要进行软件的升级, 从而实现了设备的一次购买长期使用, 最终达到为用户的投资起到保障的作用。

二、无源光网络的发展趋势

2.1不断提高无源光网络技术的运用范围

目前我国在无源光网络的运用上还处在一个比较初级的层面, 在我国各个领域的运用也还比较少。因此, 无源光网络技术在我国的下一阶段的发展趋势首先就是需要提高这项技术在我国各方面的使用频率和使用深度。无源光技术作为一项新技术, 它的发展离不开人们在实践中的不断运用, 只有这样才能在实践中不断发现这项技术还存在着哪些不足, 才能够实现对无源光网络技术的不断更新和发展。目前, 无源光网络技术在我国还处于一个刚刚起步的阶段, 但是已经在各方面证明了这项技术相较于同类型产品在网络通信领域的巨大优势。

2.2无源光网络建设走向民用化

我国在网络通信领域还存在着一个较大的问题, 由于网络线路的布线往往面积与长度都较长, 这就在一定程度上制约了中小企业乃至普通个人参与到网络通信领域的建设中。但是无源光网络技术相较其他同类型产品, 它的相对体积会更小, 同时无源光网络系统中所运用的各种设备也比较简单, 这就意味着对于中小企业或普通大众来说都能够有这个资金条件来进行无源光网络系统的建设工作。这些因素都能够带来这项技术的民用化程度的提高, 民用化的提高也意味着这项技术在我国社会各领域能够得到更多更广泛的运用, 从而为我国在经济建设的工作提高更好的网络通信支持。由此可以看出, 走向民用化是无源光网络未来的主要发展趋势。

2.3无源光网络的网速不断提高

对于我国的网络通信领域来说, 目前不得不面对的问题就是由于前期基础设施建设的投入不足, 导致社会发展所需要更好更快的网速时, 一些基础设施已经跟不上时代的要求了。这不仅仅是制约我国网络通信行业健康持续发展的重大问题, 也是制约我国经济建设中相关需要网络通信支持行业发展的重大问题。因此, 如何在保证投入成本最低的情况下实现我国网速的整体提高是未来一段时期内我国网络通信领域需要考虑的重要问题。但是, 就如同前文提到, 无源光网络技术具有相较于同类型的其他产品具有前期投入资金与后期维护费用都较低的特点。因此, 无源光网络技术对于我国网络通信领域网速的建设工作具有重要意义。

总结:综上所述, 无源光网络作为网络通信领域接入层面的重要技术, 随着我国社会主义经济建设水平的不断提高, 用户带宽和业务需求也在一个快速增长的过程。因此, 我们需要不断发展无源光网络技术, 提高这项技术在我国各方面各领域的深刻运用, 从而为我国的经济建设提供网络支持。

摘要：随着我国社会主义经济建设的不断深入, 电子信息工程的相关技术也在社会的日常生产经营活动中得到了十分深刻的运用。但是, 社会是在一个不断发展、不断前进的过程之中, 为了能够适应时代发展的需要, 就必须不断做好相关技术的研究工作。无源光网络是目前在我国网络通信领域运用较为广泛的一项技术, 对于社会经济建设和人民群众日常生活起到了十分重要的作用。对于无源光网络的研究也是我国网络通信领域在未来发展中的重点。因此, 本文将从无源光网络的发展趁势与展望的相关内容进行具体的阐述。

关键词：无源光网络,发展趋势,展望

参考文献

[1]齐雯.无源光网络中ONT技术的发展.通讯世界[J], 2016 (15)

一种新型无源光网络智能测试方案 篇7

近几年,随着接入技术的发展,国内外电信运营商开始大规模地开展PON(无源光网络)建设。面对复杂的网络环境,PON的运行安全和智能化管理成为电信运营商的工作重点[1]。由于PON维护存在工作周期长、人工操作多、海量光纤管理出错率高和故障定位不准确等问题,严重影响了网络的安全及质量。针对以上问题,电信运营商依托物联网、 IT系统和运维手段等技术来提升PON的测试效率、质量以及智能化水平。本文重点研究PON的网络运维智能技术。

1基于eTOM模型的PON运维模型

PON运维系统模型是基于eTOM(增强的电信管理运营图)模型开发的。OSS(运营支撑系统)由运营支持 准备、服务实现、业务保障 和计费组 成, PON具有点对多点的网络拓扑、多样化网络接入模式和复杂的多业务承载等特点,故IT支撑系统构架主要由网络资源管理、服务开通和服务保障三部分组成,利用自动激活、业务测试和集中告警三个模块显示对网络及系统的指配、测试与监控[1]。可见, PON的运维智能化就是基于IT支撑系统构架的三个环节的自动化和智能化,例如:智能光纤基础设施管理技术、智能光电子器件、终端“零配置”开通以及故障定位智能化等,同时引入智能维护手段,实现运维效能的提升[2,3]。

2智能光网络设施管理系统

网络的现代化、智能化及自动化依托智能光纤基础网络,而智能光纤基础网络构架由数据应用(业务应用)、数据流转(网络管理平台)和数据采集(光纤基础网)组成,如图1所示。

智能传感器、智能光纤网络设备、智能管理终端和智能光纤网络管理系统自下而上构成智能光纤网络[1]。智能管理终端和智能光纤网络管理系统利用有线或无线通过不同的接口控制智能光交接箱及光分线盒等设备,利用eID(电子标签)或RFID(无线射频识别)传感器进一步智能化管理光纤(光纤资源自动存储、自动识别、录入及核查)。

3智能光电子器件

带宽需求每5年增加约10倍,同速率接入网部署滞后城域以太网约6~8年,接入网技术由GPON (吉比特无源光网络)向WDM-PON(波分复用无源光网络)发展,NG-PON1(NG比特无源光网络)重用ODN(光分配网)来提升PON的速率和 带宽。 NG-PON2引入WDM技术实现PON堆叠,ONU( 光网络单元)发射无色可调,窄带接收;WDM-PON全新智能ODN中,ONU发射无色可调,宽带接收。

EPON(以太网无 源光网络)和GPON今后5年的需求量仍将很大,目前研究者关注网络价值链的整合,结合eID或RFID、OLT(光线路终 端 )、 ONU和发射器研发新的产品。OLT高功率EML (电吸收调制激光器)能满足网络要求,器件的波长范围为1 596~ 1 603 nm,芯片输出 光功率 >20mW,速率 >10Gbit/s;ONU可调激光器,器件满足的 波长范围 为1 524~1 540 nm,调谐1 100GHz连续可调,芯片输出光功率>10mW,成本低;小型化可调滤波器,产品调谐速率、平坦度、带宽和产业化得到了很好的提升,能满足网络传输要求[4]。

4 ONU

xDSL(各种数字用户线)接入网终端所占比重较小,终端可以及时更换,同时装机量在逐步减少; PON终端较复杂,所占比重较大,尤其是IPTV(网络电视)等多业务的应用平台,终端的放装流程更加复杂。通过技术创新和引进自动化业务激活流程, 使PON终端的配置减少,甚至没有,因而进一步减少了人工操作,缩短了安装时间,提高了装维效率。 具体认证方法如表1所示。

表中,MAC地址:固化在网 卡上串行EEPROM中的物理地址;SN:设备的序列号;LOID:认证用户名的注册码。

传统的ONU认证具有装机流程复杂和现场操作多等问题,装维人员 需要在用 户现场手 动完成ONU的配置,还需要后台机房人员的协助配合,因此,ONU认证无法实现“零配置”或“预配置”。

随着技术的不断进步,ONU认证方法 有了很多改进 和创新,实现了ONU终端 “零配置”。 在ONU未下发的情况下,基于逻辑标识实现了设备的物理标识和用户帐号的联合,完成了逻辑标识与用户的配置信息的关联,从而实现了“预配置”或“零配置”[1,4]。

新的ONU认证,利用智能终端(手机)通过有线或无线访问基于应用管理平台网页,实现了智能网关上的应用加载、删除和配置等管理功能。

5光链路测量技术

光通信网发现网络故障、定位故障及处理故障的能力及速度取决于PON的维护能力、效率和运营成本。

OTDR(光时域反射仪)是利用光脉冲在光纤中传输时的瑞利散射和菲涅尔反射所产生的背向散射来测量光 纤特性的 一种精密 的光电一 体化仪表, OTDR分析背向曲线上的反射事件(接头、末尾、裂痕)和衰减事件(熔点、弯曲),结合光回波延迟进行故障定位[1]。

PON引入光分光器和智能ODN,网络变为树状分支结构,OTDR对分光器的测试效果差及穿透难成为了检测难题。故障定位需要OTDR接入测试(非在线测试),实时性和准确性都不高。

5.1 OPM

基于OLM/OPM(光链路监测/光参数测量)的监测技术是通 过测量光 模块的参 数,将ONU和OLT的测量数据上报给网管进行分析,从而判断故障点和故障类型[2,4,5]。OLT和ONU链路传输为双向传输,仪表测量局端设备及用户设备的光模块的发射功率/接收功率、供电电压、偏置电流和温度等参数,PON EMS(网元管理系统)通过数字诊断接口采集检测结果并分析数据;OLT通过管理通道收集由用户ONU上报的测量结果,OLT再上报网管分析;网管通过 分析OLT和ONU的OLM/ OPM数据及结果实现诊断功能,帮助确定故障原因和具体地点。此检测技术具有成本低、无附加损耗、可操作性强和高达90%的故障判断准确率的特点, 产品已产业化,光模块和设备基本都支持这些功能。 其缺点是无法克服光缆突然弯曲导致的参数的剧烈变化。

5.2外置OTDR

外置OTDR测试方案如图2所示。OTDR光模块可调谐输出1 600~1 650nm的测试信号,完成大分光或二次分光的穿透(分光器的损耗);在分光器的输出口加载光纤路由识别芯片、智能光交接箱(一次分光)和智能分线盒(二次分光)作为加载芯片点,以确保加载信号的有效传递和识别,实现对分出光纤的路由标识。通过智能光开关和波分复用器配合对全网的智能化测试。同时可定期进行光纤质量的测试,对光纤质量劣化进行监控和预警,做到主动运维,及时发现故障并予以处理。本方案需要改造OTDR和引入光开关矩阵,故方案成本较高。

5.3内置OTDR

在OLT(ONU)光模块上 增加一个1 310nm (1 490nm)的激光器,重用上行 (下行)1 310nm (1 490nm)波长的探测器,对现有上行/下行业务有一定影响,虽然检测和改造成本低,但OTDR端到端的探测灵敏度有待进一步提高[2],因为OTDR无法完成ODN(含分光器)上的损耗事件(大损耗)和反射事件端到端的链路质量监测,可能影响对故障的判断,所以此方案不建议采用。

如图2所示,将智能ODF的外置OTDR和光开关矩 阵去掉,在OLT光模块上 增加一个1 650nm(1 625nm)的激光器和探测器。这种方法虽然不影响现有的业务(1 310、1 490和1 550nm), 同时也能实现测试的实时性和信号处理的便利性, 但是此方案不够全面,定位精度也不够。

在FTTH(光纤到户)的传输链路上引入波长反射器。不影响现有的业务,在OLT光模块上增加一个1 650nm(1 625nm)的激光器和探测器;为进一步提高OTDR对光链路端到端性能的探测灵敏度,在ODN链路的配 线光路上 安装一个1 650nm(1 625nm)波长反射器,内置OTDR发射1 650nm波长的光信号至接入网络,链路中反射器反射回来的光脉冲由内置OTDR检测,OTDR分析处理OLT到ONU的光链路的损耗,并通过反射事件在OTDR曲线上区分每个ONU。此方案对OTDR改动较少,改造成本较低,安装波长反射器后, 进一步提高了OTDR测量的准确度和便利性。

5.4内置OTDR+ONU内置反射器

适合作为光 链路测量 的波长发 射器有基 于FBG(光纤布拉格光栅)的反射器和基于介质膜的滤波反射器两种类型。经过大量的实验测试,确定了波长反射器安装在皮线、户内光纤和ONU三种方案[3,5]。各种方案的性能对比如表2所示,由表可知,ONU光模块内置介质膜反射器是三个方案的 最佳方案。

通过对ONU光模块内置介质膜反射器方案的大量实验测试,得到了如图3所示的波长反射器的实验数 据,设计内置 介质膜反 射器中心 波长为1 650nm。反射器的插入损耗如图3(a)所示,实验结果表 明:EPON/GPON工作波长1 310和1 490nm处插入损 耗均小于0.2dB,1 577nm的插入损耗约 为0.24dB,1 270nm插入损耗 约为0.18dB。发射器回 波损耗如 图3(b)所示,1 270、 1 310、1 490和1 577nm的回波损耗均大于18dB, 对1 650nm反射率高达99%。

在PON中对内置OTDR+ONU内置反射器方案进行模 拟现网测 试,进一步验 证了ONU光模块内置介质膜反射器的应用效果极好,此方案具有以下特点:能准确测试出所有ONU端到端的光链路衰减值,能诊断出ODN上的衰减故障事件,精度高;对OTDR动态范围性能指标要求减弱,进一步降低了系统成本;对PON工作波长 的运行没 有影响。

6结束语

在进行大规模宽带网络的PON技术建设和改造时,PON的测试智能化成为三大电信运营商的发展趋势。ONU光模块内置介质膜反射器和OLT内置OTDR方案成为PON光链路测量的首选方案。

摘要：基于eTOM(增强的电信管理运营图)运维模型,研究了PON(无源光网络)的网络运维模型,构建了智能光纤基础网络架构,研究了智能光电器件和光网络单元。结合电信运营商的业务和政策需求,重点研究了PON智能测试的关键技术,通过智能OTDR(光时域反射仪)+反射器实验测试数据,验证了内置OTDR+光介质膜反射器为PON智能测试的首选方案。

无源光网 篇8

关键词：无源光网络,通信技术,山西电力

引言

电力通信网是统一坚强智能电网中不可缺少的重要组成部分,是实现发、输、变、调,以及配用电网各环节信息化、自动化、互动化的技术基础,在日常安全生产、经营管理及信息化应用中发挥着巨大作用。它不仅应在发、输、变、调各环节和自身建设方面具备成熟可靠的基础网络平台和业务服务功能,更应在配用电环节具备为配网站点和设备的各种应用系统提供安全可靠的接入通道,促进配用电网自动化的发展。在配用电网自动化、智能化、互动化的发展趋势下,本文比较了几种适应配电网络建设的无源光网络技术,并对无源光网络技术在山西电力系统中的实际应用方案进行了研究。

1 几种无源光网络传输技术的比较

结合现有电力系统运用的通信技术和现在主流通信技术,在电力系统的应用环境下我们进行了对比分析,其中包括EPON技术、GPON技术。

EPON(以太无源光网络)是一种新型的光纤接入网技术,它采用点到多点结构、无源光纤传输,在以太网之上提供多种业务。它在物理层采用了PON技术,在链路层使用以太网协议,利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。因此,它综合了PON技术和以太网技术的优点,具有高带宽,扩展性强,灵活快速的服务重组,并与现有以太网兼容,方便管理等特点。

GPON技术起源于1995年开始逐渐形成的ATMPON技术标准,基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似,也是由局端的OLT(光线路终端),用户端的ONT/ONU(光网络终端或光网络单元),连接前两种设备由单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的ODN(光分配网络)以及网管系统组成。

1.1 技术选择的考虑因素

接入网络的性能直接决定了电网监测管理的安全性、实时性和可靠性,在选择接入网通信技术系统时,应着重考虑以下几点:

1)技术成熟度:相应标准的制定以及商业应用规模、产品成熟度等情况是技术选择时的重要考虑因素。

2)通信网络的适应性和可扩展性:配电网一般都是随着当地经济发展、地域变迁而不断完善和整合,规模不断扩大和调整的,其信息采集点数量具有不可一次预测性和相对的变动性,所以要求通信网络能够适应配电网末端线路变化,在不影响通信网络主架构的前提下可以继续向下辐射和延伸。

3)投资成本的经济性:配电网中自动化终端数量众多,信息采集点量大面广,地理位置相对分散,要求通信建设能够在保障业务正常运行的基础上,最大程度地节省通信线路资源的投资成本。

4)网络安全性:通信网络必须能够保证系统的数据和控制信息在网络传输中的安全性,既不能因受到恶意的攻击而导致数据传输不能顺利进行,也不能发生丢包现象,更不能出现数据被恶意篡改或人为恶意操作,造成停电破坏等重大事故的发生。

5)运行费用:信息采集所提供的通信方式运行费用是系统组网的一个关键因素。

6)技术的前瞻性:通信技术的发展很快,选择的通信技术本身及其通信网络必须保证在未来5～10年不会被淘汰,或者在技术层面上能平滑升级。

7)国家相关政策支持:国家会大力支持自有知识产权的相关技术标准。

1.2 技术对比

在OAM、QoS、多业务承载、安全性等方面,目前的EPON产品与GPON标准规范相当,而每单位带宽成本却要比GPON产品低很多,并且EPON的技术相对更成熟,更早被市场所接受,更早进入大规模商用阶段。

1.3 技术建议

就山西电力通信网的无源光网络通信技术运用建议如下:

利用EPON无源光网络通信技术建设山西电力配电网通信系统,覆盖全省各城市主要10KV线路,具备提供各类用电信息采集、配网自动化、光纤入户等的通信通道条件。鉴于电力专网可能存在的特殊应用需求,应考虑进行针对性的合作研发(尤其是终端、与业务系统接口等方面),但应尽量遵循通用原则(模式、模块和接口等方面),为其它技术、设备、功能的引入预留条件。

2 无源光网络技术在山西电力通信网中应用的可行性分析

目前,山西电力通信网的光纤网、传输网、数据通信网、软交换系统已经覆盖了全省所有省网和市网站点(单位)、绝大部分的农网站点、部分城市配网站点,随着今后电网建设的发展,将会覆盖全部电力系统站点(单位)。这些已经形成规模的通信基础设施为无源光网络接入技术的应用提供了良好的基础平台和前提条件。

无源光通信网络的光纤架设具备向110KV或35KV以下的配电线路延伸的网络基础,并且就组网结构而言,无源光网络的组网方式天然地符合配电网光纤资源的结构。它具有电力专网应用,带宽大,网络结构简单明晰,组网方式灵活,网络可靠性高,网络可扩容性强,且维护简单等特点。随着近几年无源光网络通信技术发展趋于成熟,已经能够实现长传输距离、大覆盖半径、系统功能结构模块化,支持带宽动态分配,具有良好的服务机制和安全机制,并且各类设备器件的成本不断降低,能够适应电力系统特殊应用需求及环境要求。业界无源光网络技术水平已经能够满足山西电力通信网在灵活性、便捷性、通用性、适用性、经济性、可靠性等方面的应用需求。

3 各类应用的实现方式

3.1 用电信息采集通信系统应用

采用SDH光传输与无源光网络通信结合的应用模式建设山西电力用电信息采集通信系统,建成后应能够实现计量装置在线监测和用户负荷、电量、电压等重要信息的实时采集,及时、完整、准确地为营销管理信息系统提供基础数据,能够根据用户缴费情况进行远程控制,为企业经营管理各环节的分析、决策和管理提供支撑,提升企业集约化、精益化和标准化管理水平,实现用户的全覆盖、信息全采集,全面实现费控。

在山西省县级以上城市利用10kV线路建设ADSS光缆,ONU单元放置在用户侧,采取分光器节约纤芯资源接入相邻变电站OLT设备,变电站内无源光网络设备采用双OLT双PON端口,主备或分担模式建设EPON网。采用100M/VPN网络方式接入变电站综合数据网路由器,在综合数据网中采用专用VPN方式,高可靠性隔离防护方式运行,以保证各类信息的交互性、时效性、安全性,结合山西省电力综合数据网现有运行模式实现省-地、地-县、县-开闭站(营业所)的一体化管理方式。

交互性方面,选用的SDH/MSTP、EPON、IP数据通信、PLC等通信设备系统均能实现双向通信,具备提供信息交互的通信通道条件。

时效性方面,现有数据通信网骨干层链路带宽已经在结合密集波分复用系统的建设进行升级,接入层数据通信网设备上行的通道链路带宽也具备按需增扩的能力,为信息的实时互传奠定了带宽基础;同时为各类业务系统划分专用VPN并预留带宽,在服务策略上保证通道带宽。

安全性方面,本工程在现有数据通信网中通过采用MPLS-VPN技术为各类业务系统划分专用的VPN,在传送环节提供了安全的平台环境,保证了数据传送的安全性。总体架构如图1。

3.2 电力小区光纤入户应用

针对光纤入户的特定环境及需求,选用光纤复合电缆到户(PFTTH)技术(即将光纤与电力电缆组合在一起敷设),能充分发挥光纤传输抗电磁干扰的优势,实现电力与信息的综合传输,同时又能满足用户高速、安全、稳定的要求,并且比传统线路方案能节省40%以上的综合成本。以光纤入户(FTTH)为技术手段建设用户端通信网络,在智能电网用户服务智能交互平台的基础上,以机顶盒和电视机为展现手段,可以实现三表抄收和查询、物业、配送、网络增值、医疗等一系列特色服务。能够支持水、电、气三表的数据集抄;在居室内安装的红外传感器、烟雾传感器、燃气泄露探测器、紧急求助按钮实现了家庭安防系统、家电控制、紧急求助等功能;社区增值服务系统中,影视点播、物业管理、社区公告、IP电话等增值服务内容均能正常显示,系统整体具有良好的交互性和智能化特色。

以山西电力光纤通信系统为基础,配置OLT设备于出线变电站(亦可下移至小区配电间),沿10kV线路建设ADSS光缆进入小区配电间,同时在此设置分光器件,将一路光通道分成多路通过光纤复合电缆(OPLC)敷设至楼宇(或单元)配电间(或配电柜),同时在此设置第二级分光器件,利用2芯(可选)皮线光缆实现单元用户的光纤入户。这里仅作系统建设方式介绍,具体组网结构因小区规模或需求调整。建设方式如图2所示:

3.3 配网自动化通信系统应用

配电自动化系统是实现配电网的运行监视和控制的自动化系统,具备配电SCADA、馈线自动化、电网分析应用及与相关应用系统互连等功能。配用电的工作环境复杂,如高低温、潮湿和强电磁干扰等;配用电的接线方式多样,有树状、辐射状、手拉手环状和网状等形式;并且其信息采集节点分散分布,作为无源光通信的主流技术之一,EPON技术较为贴合配用电的应用环境和特点。