无源光网络(PON)（共8篇）
无源光网络(PON) 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
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无源光网络的数字化应用 篇2
关键词：无源光网络(PON)技术的应用
0引言
随着我国经济的迅速发展，高带宽的消耗业务逐步涌现，带宽提速成为迫切需求。为了满足用户的需求，各种新技术不断涌现，在各种宽带接入技术中，无源光网络以其容量大、传输距离长、较低成本、全业务支持等优势成为热门技术。
1无源光网络(PON)系统的构成及优点
典型的PON系统由局侧OLT(光线路终端)、用户侧ONU(光网络单元)以及ODN(光分配网络)组成，“无源”是指ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光纤和光分路器(Splitter)等无源光器件组成，如图所示。
PON技术包括APON/BPON、EPON、GPON技术，支持更高速率的10GEPON、NG-PON、WDM-PON目前正处于研究和标准化过程中。OLT位于根节点，通过单根光纤与ODN连接，然后ODN从主光纤分离出若干支路到各个大楼或业务终端设备上，一般来说一个OLT可以带32或者64个ONU终端。该方式可使多个用户共享从交换局到用户驻地这段相对昂贵的光纤链路，这段距离可以扩展到20km左右，因而也极大降低了光纤到楼(FTTB)和光纤到户(FT-TH)的使用成本。终端ONU直接提供给用户各种数据、语音、视频的接口。OLT和ONU之间可以灵活组建成树形、环形、总线形以及混合型网络结构。
无源光网络(PON)与其他接入方式相比优点体现在以下方面。
1.1技术先进：光纤接入网是最能适应未来发展的解决方案，特别是PON和其他现有技术，如ATM、Ethernet、WDM、GFP型结合而形成的各种X-PON技术已被证明是当前综合宽带接入中非常经济有效的方式。
1.2光纤接入：接入的媒介采用了光纤，接入带宽高。光纤的带宽高于铜线好几个数量级，此外，光纤接入网还有损耗低、频带宽、传输质量好、传输距离长、抗干扰能力强、网络可靠性高等优点。与铜缆网相比，PON可减少维护运行费用，并彻底避免了电磁干扰和雷电干扰。
1.3无源网络，由于采用PON技术，整个光分配网是无源的，无源光网络的体积小且设备简单，不仅免除了供电的一系列问题，而且可靠性比有源设备要高得多。
1.4干线光纤共享：接入网络中使用的是无源器件，共享干线光纤传输介质，整个光网络的费用较低。同时网络采用了单纤的方式，光纤部署数量大大减少，节约管道资源。
2无源光网络(PON)技术的应用
PON网络适用于多种应用场景，包括普通住宅区、高档住宅和别墅区、写字楼和科技园区、大学校园、网吧、视频监控点、农村等。在每种应用场景下，用户对业务和网络的需求不一样，因此应根据具体接入场景和已有网络资源情况选择经济可行的网络解决方案。
2.1普通住宅区：场景特点：①目前用户带宽需求一般，但IPTV、视频通信等高带宽业务的陆续出现使得带宽升级压力剧增；②对成本和资费敏感；③由于用户数量众多，因此维护压力大。业务特点：以互联网业务和POTS业务为主，且语音业务需求较大。
2.2高档住宅、别墅：场景特点：①目前用户带宽需求不高，但IPTV、视频通信等高带宽业务的陆续出现使得带宽升级压力剧增。②用户支付能力强。业务特点：以互联网业务和POTS业务为主。推荐解决方案：采用FTTH(PON)模式直接实现光纤到住宅。
2.3写字楼、科技园区：场景特点：①带宽需求一般相对较高(一般均超过2M，典型需求为10M甚至100M)；②对系统的可用性和维护质量要求较高；③一些工业园区的企业用户布局较为分散，需要较大的覆盖范围。业务特点以互联网业务为主，辅以E1专线业务或POTS业务。推荐解决方案：①对于写字楼和科技园区，建议首选FTTB(PON)+LAN方式提供。光纤到楼层，再利用楼内综合布线系统提供宽带业务。语音接入可以根据实际情况采用PON内置l-AD/AG方式或者外接AG方式提供。②在具备楼内光纤网络时，对于写字楼中的企业客户，建议直接采用FITO(PON)方式。语音业务通过内置IAD/AG方式提供。
2.4大学校园：场景特点：①覆盖区域广，用户数多；②对窄带需求较明显。业务特点；以语音业务和互联网业务为主。推荐解决方案：采用FRB(PON)+LAN方式，LAN部分应结合校园局域网建设。语音接入建议采用外接AG方式提供。
2.5网吧：场景特点：带宽需求大。业务特点：以互联网业务为主。推荐解决方案：采用FTTO(PON)方式，每个网吧均实现光缆覆盖。
2.6视频监控点：场景特点：①上行带宽需求较大，一般超过3Mbit/s；②对QOS和安全性要求较高；⑧主要应用于公共安防和行业应用，客户要求较高，对成本不很敏感；④终端设备数量大并且呈分散分布，对接入网络的扩展性要求高。业务特点：视频监控业务的回传数据。推荐解决方案：采用PON方式，监控摄像头通过FE接口直接连接至ONU。
2.7农村：场景特点：①长距离接入；②用户较分散；③设备运行环境差。业务特点：以POTS业务为主，有少量互联网业务。推荐解决方案：采用FFFV+DSL，光缆替代主干铜缆，缩短铜缆距离。可以采用光纤直驱DSLAM方式实现宽带，也可以根据情况采用PON方式提供宽带。对于中期宽带用户数量少于300户的行政村或自然村，优先选择PON方式。
3PON发展趋势
当今，光通信技术正在往单波长的大容量以及密集波分复用方向发展，作为下一代接入网中首选的PON技术也有朝着这两个方向发展的趋势。从长远的角度来看，1Gbits/p的传输速率远不能满足下一代光接入网，用户终端对业务和服务的需求随着互联网的持续快速发展，如视频会议、实时游戏、IPTV等高带宽应用不断涌现，尤其是HDTV、网真等视频业务，对网络接入带宽提出了更高的要求，也推动着新的PON技术层出不穷。
4结束语
随着高清视频、统一视讯、固定与移动融合(FMC)等热点业务和技术的发展，网络带宽需求激增，而最靠近终端用户的网络接八层将首先进入发展的新阶段。在现有应用的基础上发展的PON接入技术，在提供业务组合的同时，实现了高可靠性和高性能，已经成为了下一代光接入网的发展方向。
参考文献：
[1]陈雪.《无源光网络技术》北京邮电大学出版社2006.1
无源光网络(PON) 篇3
1 基站PON接入介绍
综合的全业务运营商希望通过统一的ME网络承载2G和3G的语音和数据移动业务, 运营商希望利用丰富的PON资源实现移动业务的统一承载。针对该类需求, 目前多采用MA5680T+MA5612的组合方案和MA5680T+MA5628的组合方案, 基站控制器RNC/BSC侧根据采用CX600作为移动接入网关连接RNC;基站Node B/BTS侧采用盒式MA5612或MA5628实现基站接入, 通过光纤接入到的MA5680T设备。
2 基站PON接入的几种方式
2.1 基于TDM业务的基站专线接入SDH网络
第一种方式是通过GPON线路专线接入到SDH网络, 即采用CBU Native TDM+OLT E1/STM-1。MA5612/MA5628通过E1接口接入2G/3G基站的TDM业务数据, 并通过Native TDM方式上行至OLT的GPON业务板;OLT还原出TDM信号, 并通过TOPA单板上的提供的E1端口 (通过NH1A扣板提供) /STM-1端口 (通过O2CE扣板提供) 将信号送到SDH网络。
第二种方式是通过EPON线路专线接入到SDH网络, 即采用CBUTDMo PSN (SATo P-Connect) +OLT E1/STM-1方案。MA5612/MA5628通过E1接口接入2G/3G基站的TDM业务数据, 并将TDM数据封装成IP包 (即TDMo PSN包) 通过EPON上行至OLT的EPON业务板。OLT解封装TDMo PSN包, 并通过TOPA单板上的E1端口 (通过EH1A扣板提供) /STM-1端口 (通过CSSA扣板提供) 将TDM信号送到SDH网络, ONU和OLT之间通过TDMo PSN方式实现了2G/3G的基站接入业务。
2.2 基于TDM业务的基站专线接入PSN网络
针对基于TDM业务的2G/3G基站, 通过GPON线路专线接入到PSN网络即采用CBU Native TDM+OLT PWE3。CBU MA5612/MA5628通过E1接口接入2G/3G基站的TDM业务数据, 并通过Native TDM方式将TDM业务报文封装到GEM帧中发送至OLT, OLT通过CSPA单板终结Native TDM, 然后通过SPUB单板启动TDM PWE3, 并通过GE端口将信号送到IP网络或MPLS网络及对端的CX设备, 由CX设备终结仿真数据并还原成TDM信号。
2.3 基于ETH业务的基站专线接入
针对基于ETH业务的3G基站, 采用GPON或EPON线路接入, 可能过两种方法接入PSN网络。第一种方法是通过ETH PWE3专线接入到PSN网络, 即采用CBU PON+OLT PWE3。CBU MA5612/MA5628通过FE/GE接口接入3G基站的ETH业务数据, 并通过GPON或EPON上行口将ETH业务报文封装到GEM帧中发送至OLT, OLT通过SPUB单板启动ETH PWE3承载业务穿越城域网, 由对端的CX设备终结EHT PWE3还原成ETH信号。第二种方法是通过Qin Q专线接入到PSN网络即采用CBU PON+OLT Qin Q方案。CBU MA5612/MA5628通过FE/GE接口接入3G基站的ETH业务数据, 并通过GPON或EPON上行口将ETH业务报文封装到GEM帧中发送至OLT, OLT还原出ETH信号并通过Qin Q VLAN专线承载业务穿越城域网, 由对端的CX设备终结EHT PWE3还原成ETH信号。
3 时钟同步和保护
3.1 时钟同步
基站接入支持多种时钟同步方案, 时钟输入方式包括GE接口通过1588v2从城域网获取时钟、GE接口通过同步以太从城域网获取时钟、提取E1线路时钟、外接BITS时钟等四种方式。
基站时钟输出也可通过多种方式实现, SBU通过GPON线路或1588V2方式恢复出时钟信息, 然后通过E1线路、时间/时钟接口或FE线路 (同步以太或1588V2) 等方式传递给基站。时钟精度要达到基站要求的50ppb级别的时钟频率要求。
3.2 时间同步
基站接入支持多种时间同步方式, 输入时间时, OLT通过1588V2从城域网提取时间信息;或者外接BITS从GPS提取时间信息。输出时间时, SBU通过1588V2恢复出时间信息, 然后通过FE线路将1588V2。报文传递给基站;或通过时间/时钟接口传递给基站。在时间精度上基站要求微妙甚至纳秒级相位要求。1588V2时间同步机制的选择应遵循GPON网络采用ITU-T G.984定义的机制, 而EPON网络采用IEEE 802.1AS定义的机制。
4 QOS
基站利用PON接入时, MA5612作为网关, 主要完成业务识别和Diffserv优先级映射和优先级调度功能。网络的Qo S主要由第三方网络保证。CSG和ASG之间的MPLS主要用于PW仿真承载和通道的自动配置, 在Qo S方面采用MPLS TE的作用不大。HQo S则能够采用多级调度的方式, 实现对多个基站的多个业务的有区分的调度和服务, 并且保证基站间的公平性。在流量下行方向上, CX600支持HQOS特性, 对基站承载的下行流量进行调度。在流量上行方向上, 由于流量较小, 进行HQo S的实际意义并不大。
5 运维解决方案
5.1 光线路测试
根据PON线路拓扑建立故障推理模型, 通过收集到的线路实时数据和告警, 综合判断PON线路上存在的故障。专家系统在推理故障模型时候, 首先推理主干侧问题 (如主干光纤断) , 若主干侧没有问题, 再推理分支侧问题 (如分支光纤断) 。专家系统诊断可区分主干和分支的故障。N2510通过采集数据, 由专家系统进行诊断, 给出专家分析的结论。
OTDR设备与N2510系统配合可对线路的故障进行准确的定位, 提供线路故障识别和指示, 可区分光纤故障。OTDR测试结合专家系统可定位分支光纤故障的位置, 结逻辑拓扑视图可在视图上显示故障点的位置。当用户报障时, 运维人员使用其它手段定位出是光纤故障, 然后使用OTDR测试, 查看OTDR测试结果, 与基准曲线比较, 查看测试结论, 定位到逻辑拓扑视图上, 现场人员按视图信息指出的地理位置排障。
5.2 ETH OAM
OAM是操作管理维护的简写, 各个领域均有涉及。以太网上的操作管理维护称为Ethernet OAM。以太OAM完成的主要功能包括故障检测、故障定位、故障隔离等功能, 通过性能管理, 可对网络传输中的丢包、延时、抖动等参数进行统计。
5.3 长发光ONT检测
由于GPON属于时分复用PON, 在上行方向, ONU根据OLT分配的时间戳向上行方向发送数据报。当某个ONU在没有分配时间戳的时候发光的话, 就会与其它ONU的发光信号发生冲突, 这样会影响到其它某个ONU或者所有ONU的正常通讯。对于不按照分配的时间戳向上发送光信号的ONU叫Rogue ONU。Rogue-ONU分为两种, 一种是随机发光, 另外一种是长发光, 对于随机发光ONU, 目前一般采用ONU自检的方法进行检测, 长发光终端检测特性主要针对的是长发光Rogue-ONU, 目前可以采用ONU自检或者OLT检测两种方法实现。
5.4 MDU能耗管理
MDU通过节省电源消耗、减少整机系统功耗和风扇控制, 实现节能降噪。停电时关断宽带用户, 只保证窄带用户的通话需求, 节省后备电源的消耗。POTS支持短环路 (自适应) , 在环路长度低于1km时采用低压馈电 (-24V) , 降低系统功耗 (整机功耗:POTS每线0.6W) 。MDU能进行风扇控制。风扇可以智能调速, 能够根据设备工作温度, 自动调整风扇转速, 对可靠性节能降噪起到积极作用。
5.5 电池管理
系统正常情况下, 整流模块、配电单元的各种参数均由监控模块进行控制, 按其预定的参数或用户命令进行工作。如果出现市电故障, 此时系统将改由电池供电, 随着电池的放电, 电池端电压开始下降, 当电池电压降到45V (比默认负载下电电压值高1V) 时, 监控模块上报直流欠压告警信号;当电池电压降到电池保护电压点 (43V) 时, 监控模块控制接触器动作, 切断电源系统与电池的连接, 保护电池不被过放电, 此时电源系统将停止工作。当外部市电恢复, 系统将同时恢复正常工作状态。
摘要：接入网是用户进入城域网/骨干网的桥梁, 是信息传送通道的“最后一公里”, 特别是无源光网络PON是有线接入领域的杰出代表。本文介绍了基站PON的几种接入方法、时钟同步和保护、QOS及运维解决方法。最后展望了PON发展趋势。
无源光网络(PON) 篇4
在我国经济稳步增长的大背景下, 全国市场类建筑业蓬勃发展, 并逐步向内地和二、三线城市扩张, 其中义乌的市场无疑是走在前列的。义乌自1982年创办商业市场以来, 历经30多年的发展和培育, 被联合国与世界银行、摩根士丹利等世界权威机构称为“世界最大的小商品市场”。
作为义乌市场群的领军者——国际商贸城, 它集商品展示、外贸洽谈、电子商务、外贸服务、现代物流、商检报关、国际金融等现代贸易功能于一体。国际商贸城共分三期实施, 其中的一、二期市场总建筑面积为170万平方米, 而三期市场的总建筑面积比一、二期市场的总和还要大。即便如此, 小商品城集团公司并没有就此满足, 而是继续“西扩东进”。作为国际商贸城三期市场建筑智能化设计的主要设计人, 笔者有幸在2011年继续接手“西扩”的生产资料市场 (一期) 的智能化设计任务。
市场的成功与建筑智能化系统尤其是网络的建设是密不可分的, 特别是如今网购的运营模式日趋成熟, 网络建设更是重中之重。基于国际商贸城三期市场的设计经验, 以及网络技术的不断进步, 笔者认为继续采用传统的光纤为主干、铜缆到桌面的网络架构方式已不再适应当今市场对网络应用的需求。因为市场已不同于普通的商场或办公楼, 场地规模大、商铺密集、大量信息点的需求直接导致弱电井内接入交换机的数量增多。以商贸城三期为例, 平均每个弱电井内的交换机就达15台。如此数量之多的交换机除了供电的问题, 更大的是散热问题, 因为弱电井不同于网络机房, 不仅没有空调, 而且平均每个弱电井引入600多根6类线缆, 直接影响机柜内交换机的通风和散热。因此, 在夏季交换机因过热而宕机的事件时有发生。所以在新建的三期商贸城如何来解决这个问题就成为笔者的首要任务。若要减少甚至取消弱电井内的交换机, 唯无源光网络 (PON) 系统莫属。而此时, PON系统在住宅宽带接入中已广为应用, 且PON系统因为其成本低、对业务透明、易于升级和易于维护管理而越来越在接入网中扮演重要角色。那么是否有可能在市场内采用PON系统, 首先需要剖析一下PON系统的原理和架构。
2 什么是PON
无源光网络 (Passive Optical Network简写为PON) 技术始于20世纪80年代, 是一种点到多点 (P2MP) 的光纤接入技术。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, 实现局端设备和多个用户端设备的连接。OLT放在中心机房, 既是一个交换机或路由器, 又是一个多业务提供平台, 提供面向无源光纤网络的光纤接口。OLT除了提供网络集中接入的功能外, 还可以针对用户的QoS/SLA的不同要求进行带宽分配、网络安全和管理配置。ONU为用户端设备, 一般放置在楼头或用户家中。ODN是光配线网, 主要由光纤和一个或数个分光器来连接OLT和ONU, 它的功能是分发下行数据并集中上行数据。一般其下行采用TDM广播方式, 上行采用TDMA方式, 同时可以灵活组成树型、星型、总线型等拓扑结构。所谓“无源”是指ODN中不包含任何有源电子器件, 因此, 采用PON技术具有高速率, 可实现多业务接入、节省光纤、容易升级扩容、便于维护管理等优点。PON的网络架构如图1所示。
PON技术可以分为两大类:一类是由ITU定义的APON (G.983) 、GPON (G.984) 标准;另外一类是由IEEE定义的EPON (IEEE802.3ah) 标准。基于ATM技术的APON由于标准复杂、设备成本高、传送IP业务效率较低, 从而导致其推广应用受阻, 取而代之的是EPON和GPON技术。而且, 下一代的EPON技术——10G-EPON和下一代的GPON技术——NG-PON技术标准化工作也都于2009年完成, 因此, 10G的PON技术广泛应用指日可待。
3 EPON系统的结构及其优势
由于无源光网络 (PON) 具有节省光纤资源、对网络协议透明的特点, 在光接入网中扮演着越来越重要的角色。同时, 以太网技术经过几十年的发展, 以其简便实用、价格低廉的特性, 几乎统治了整个局域网, 并在事实上被证明是承载IP数据包的最佳载体。随着IP业务在城域和干线传输中所占的比例不断攀升, 以太网也在通过对传输速率、可管理性等方面的改进, 逐渐向接入、城域甚至骨干网上渗透。以太网与PON的结合, 产生了以太网无源光网络 (EPON) , 它同时具备了以太网和PON的优点, 已成为光接入网领域中的热门技术。EPON拓扑结构可以归纳为n类, 如图2所示。
EPON相对于传统铜缆宽带接入技术 (如ADSL、LAN等) 其优势主要体现在以下几个方面:
(1) 局端OLT与用户ONU之间仅有光纤、光分路器等无源光器件, 无需租用机房, 无需配备电源, 无需有源设备维护人员, 这样不仅可以节约运营维护成本, 且在铜价高涨的今天, 更有效地节省了建设成本。
(2) EPON采用以太网的传输格式同时也是局域网的主流技术, 两者具有天然的融合性, 消除了复杂的传输协议转换带来的成本因素。
(3) 解决终端用户的宽带“瓶颈”——为用户提供几十兆甚至吉位的上下行对称宽带。
(4) 采用单纤波分复用技术 (下行1490nm, 上行1310nm) , 仅需一根主干光纤和一个OLT, 传输距离可达20km。1芯光纤可通过光分路器分送给最多32个用户使用, 因此可大大降低OLT和主干光纤的成本。
(5) 上下行均为千兆速率 (1.25Gbps) , 下行采用针对不同用户加密广播传输的方式共享带宽, 上行利用时分复用 (TDMA) 共享带宽, 充分满足接入网客户的带宽需求, 且可以方便灵活地调整带宽的分配。
(6) 一点对多点的结构, 只需增加ONU数量和少量用户侧光纤即可方便地对系统进行扩容升级。
(7) EPON具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力, 其中TDM和IP数据采用IEEE 802.3以太网的格式进行传输, 辅以电信级的网管系统, 足以保证传输质量, 通过扩展第三个波长 (通常为1550nm) 即可实现视频业务的广播传输。
(8) 网络中无有源设备, 高可靠性的接入, 可使光纤损耗低、频带宽、传输距离远、不受电磁干扰, 保证信号传输质量。
(9) 组网模型不受太多限制, 可以灵活组建总线型 (链型) 、树型、星型等网络。
4 EPON系统在市场类建筑中的应用分析
对于住宅PON的FTTH接入, 各运营商普遍采取集中汇聚的模式, 即每户的入户光缆在各单元的光纤分线箱 (或光纤配线架) 汇总后直接通过主干大对数光缆引入运营商机房内, OLT、POS均安置在机房内, 这种做法的好处是易于管理和维护, 因为光纤的可靠性和稳定性较高, 一旦敷设完成, 几乎无需维护, 运营商只需要在机房内通过跳线即可完成住户宽带的接入工作。但这种方式的缺点也是显而易见的, 每户都需引1芯光缆至机房 (不考虑备芯) , 主干光纤的投入很大, 当户数很多时, 主干的敷设量将非常高。比如, 生产资料市场约有4000个商户, 按每户1芯光缆, 主干光缆采用48芯来计算, 将至少引84根48芯的光缆到机房内, 这还没考虑每户备用的1芯光缆。所以这种方式对于住宅小区是可行的, 但对于市场这种高密度的应用显然不适合。
结合EPON的架构和市场运作的特点, 笔者认为采用两级汇聚的方式比较妥当, 即在机房内设置一级汇聚, 弱电井内设置二级汇聚。这样可以充分利用EPON一点对多点的特性来减少对主干光缆的数量和芯数的需求量。系统拓扑图3所示。
目前, 我国电信、移动、联通三家运营商均提供光宽带, 如果为方便商户灵活选择运营商而为每家运营商提供单独的链路, 会浪费大量光缆的投资。基于EPON、GPON, 以及将来的10G-EPON、NP-PON都是以单模光缆技术为传送基础, 在网络机房至商户之间只构建一套PON网络的光缆部分 (即主干光纤及入户皮光纤部分) , 为三家运营商所共享。三家运营商均可通过在楼层弱电井内设置二级POS, 并通过运营商机房与网络中心机房的光缆衔接来实现将宽带引入商户。如此, 机房引至各弱电井的主干光缆仅采用12芯便可满足所有商户的需求, 同时还为将来的扩容留有足够的余地。
相比于传统的光纤主干、铜缆到桌面的布线方式, EPON更具有独特的优点:具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力, 即利用EPON的1芯光纤便可实现网络宽带、电话、电视等诸多功能。若采用传统的综合布线方式, 至少需要为每个商户引两根网线, 一根用作网络, 一根用作电话。在铜价高涨的今天, 从经济角度上来考虑并不划算, 性能上也不如光纤。
5 结束语
由于EPON是采用以太网帧来承载业务的PON系统, 所以以太网的VPN、VLAN甚至QoS/SLA等协议均可应用。同时也可以将用于市场管理的内网 (主要用于数字公共广播系统、信息发布系统、楼宇自动控制系统、门禁一卡通系统等) 甚至数字监控系统都可以纳入到EPON的系统中, 并通过VPN与商户的宽带网安全隔离;通过QoS来保障各系统运行必要的网络带宽。当然, 这需要市场方与某一运营商谈妥必要的商业运作协议后方可实施。如此, 便可实现弱电井内零交换机的目的。这无疑给市场将来的运作和管理带来较为有利的条件首先。取消接入交换机不仅节省了交换机的投资, 更能大量节约用电量;其次, 由于EPON系统在楼层的设备 (光纤、光纤配线架、POS等) 均为无源设备, 稳定性和可靠性较高, 可以节约大量的维修成本和时间。
PON系统的应用极为广泛, 本文其在市场类建筑中的运用做了一个简要的探讨, 希望能起到抛砖引玉的作用, 发掘其在更多领域中的应用价值。
摘要：本文通过对PON系统的简单介绍和对市场类建筑中网络布线架构的分析, 探讨如何把EPON系统的优势充分地应用到市场类建筑中去。
无源光网络(PON) 篇5
随着Internet业务和多媒体应用的快速发展,网络的业务量正在以指数级的速度迅速膨胀,互联网流量也正在以不可思议的速度迅猛增长,而这种增长对通信运营商网络尤其是接入网提出了挑战。为了应对这一挑战,各运营商都在大力开展光纤宽带接入建设。目前在实现宽带接入的各种技术手段中,PON技术因最能适应未来网络发展的需要以其以下技术优势得以迅猛发展:
(1) 具有动态带宽分配功能,能在微秒或毫秒级的时间间隔内完成对上行带宽的动态分配的机制,可以提高PON端口的上行线路带宽利用率,可以在PON口上增加更多的用户,可以使用户享受到更高带宽的服务,特别是那些对带宽突变比较大的业务;
(2)分光特性:局端单根光纤经分光后引出多路到户光纤,节省光纤资源。并且光分路器采用无源器件,因此会节省更多的网络建设费和网络运营维护费;
(3) 更远的传输距离:采用光纤传输,接入层的覆盖半径10KM;
(4) 更高的带宽:对每用户下行2.5G/上行1.25G(物理层);
(5) PON可以实现多用户分担成本。PON协议所固有的安全性和带宽共享机制,可以确保用户共用线路的安全和透明;
(6)PON同时支持传统语音业务和宽带业务,具备良好的业务扩展性,能平地滑向NGN网络演进,还能轻松加载各种增值业务;
(7) PON支持所有住宅用户和许多商业用户共享一个接入网(包括物理层和协议层),因而减少了分散的接入网的数量;
(8)可提供全业务竞争方案可以有效解决双绞线接入的带宽瓶颈,满足用户对高带宽业务的需求,如高清电视、实况转播等,PON是三网合一的上佳方案。
2 PON无源光网络技术和主要组成设备的性能
2.1 PON无源光网络技术简介
PON是一种点到多点(P2MP)结构的无源光网络,PON由光线路终端OLT(Optical Line Terminal)和光网络单元 ONU( Optical Network Unit)及光分配网络ODN(Optical Distribution Network)组成, PON“无源”是指光配线网络ODN(Optical DistributiON Network)全部由光分路器(Splitter)等无源器件组成,不含有任何电子器件及电源。ODN作为PON系统的重要组成部分,是OLT和ONU之间的光传输物理通道,主要由光纤光缆、光衰减器、光纤接头、光连接器、分光器等无源光器件组成。PON系统采用WDM波分复用技术,实现单纤双向传输。为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号,采用以下两种复用技术:a、下行数据流采用广播技术:GPON的下行帧长为固定的125us,所有的ONU都能收到相同的数据,通过GEMPORT ID来区分不同的业务的数据,ONU 通过过滤来接收属于自己的数据。b、上行数据流采用TDMA技术(时分复用)的方式传输数据,上行链路被分成不同的时隙,根据下行帧的upstream bandwidth map字段来给每个ONU分配上行时隙,这样所有的ONU就可以按照一定的秩序发送自己的数据了,不会产生为了争夺时隙而冲突。每帧共有9120个时隙。
PON有三种启动激活进程的触发机制:
(1) 当知道有新的ONU连接时,网络操作者启动激活进程。
(2) 当一个或多个先前工作的ONUs失去联系时,OLT自动启动激活进程,看这些ONUs是否能够返回到业务中。该轮询周期由OpS系统设置。
(3) OLT周期性的启动激活进程,测试是否有新的ONUs被连接进来。该轮询周期由OpS系统设置。
2.2 PON技术主要组成设备简介
2.2.1 OLT光线路终端设备
在PON技术应用中是重要的局端设备,它实现的功能主要由与前端(汇聚层)交换机用网线相连,转化成光信号,用单根光纤与用户端的分光器互联。实现对用户端设备ONU的控制、管理、测距等功能。OLT设备和ONU设备一样,也是光电一体的设备。在接入网中属于业务节点侧设备,通过SNI接口与相应的业务节点设备相连,完成接入网的业务接入。除了提供业务汇聚的功能外,还是集中网络管理平台。在OLT上可以实现基于设备的网元管理和基于业务的安全管理和配置管理。不仅可以监测、管理设备及端口,还可以进行业务开通和用户状态监测,而且还能够针对不同用户的要求进行带宽分配。
2.2.2 ONU光网络单元设备
ONU光网络单元的作用是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。是GPON(千兆无源光网络)系统的用户侧设备。选择接收OLT发送的广播数据与OLT配合,ONU可向相连的用户提供各种宽带服务,响应OLT发出的测距及功率控制命令,并作相应的调整。对用户的以太网数据进行缓存,并在OLT分配的发送窗口中向上行方向发送数据。ONU光网络单元同时具有光电转换功能以及相应的维护和监控功能。用于终结从OLT(光线路终端)传送来的业务。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。OLT通常使用单光纤连接到POS无源光分路器,再通过POS无源光分路器连接到ONU。处理光信号并为用户提供如Internet surfing,VoIP,HDTV,VideoConference、IPTV(即交互式网络电视),语音(使用IAD,即Integrated Access Device综合接入设备)等业务。
·最高速率PON:下行数据速率(2.5Gbps)和更快的上行数据速率(1.25Gbps)
·基于自动发现与配置的ONU“即插即用”
·VoIP语音和IP视频服务功能。以及基于服务水平协议(SLA)计费的高级服务质量(QoS)功能
·丰富强大的OAM功能支持的远端管理能力
·高灵敏度光接收和低输入光功耗
·接收灵敏度高达高达-25.5dBm ;发送功率高达-1至+4dBm
2.2.3 POS无源光分路器
无源分光器是连接OLT和ONU的无源设备,它的功能是分发下行数据,并集中上行数据。分光器带有一个上行光接口,若干下行光接口。从上行光接口过来的光信号被分配到所有的下行光接口传输出去,从下行光接口过来的光信号被分配到唯一的上行光接口传输出去。只是光信号从上行光接口转到下行光接口的时候,光信号强度/光功率将下降,从下行光接口转到上行光接口的时候,同样如此。各个下行光接口出来的光信号强度可以相同,也可以不同。
ODN产生的光功率损耗主要包括:光纤损耗、连接点损耗、分光器损耗等。不同器件的损耗参数如表1所示。
从表1中可以看出上行1310nm波长的损耗大于下行1490nm波长的损耗。实际估算光纤衰减时,统一取上行1310nm波长的每公里平均损耗(0.35dB)做为光纤损耗参考值,这其中已经包括光纤接续的熔接损耗。1550nm波长应用于CATV传输,光纤损耗最低。从 OLT 到 ONT 的双向端到端损耗测试是通过 1310/1490/1550 nm 光源和功率计完成的,并在这些波长下进行校准和参考。PON 的最大端到端损耗应小于 28dB。
3 光纤接入网各基本组成及在工程建设组网中考虑的因素
3.1 OLT的设置
原则上将OLT设置端局机房和既有机房。实际中还应考虑整个服务区网络的分布和区域的划分,使其能覆盖其所辖服务区的所有FTTx网络用户。建设初期,网络规模较小,为便于维护管理,应将OLT分区域集中设置,如设置在端局;当端局空间不足而不具备足够的装机条件时,或者管线资源紧张时,应考虑将OLT下移至条件较好的接入点(设置在远端),但不宜新建OLT机房(可以利用无线基站机房)。
3.2 ONU的设置及供电方式
ONU的设置ONU应根据FTTx网络的应用模式、业务需求进行设置:对于FTTB(光纤敷设到办公大楼)/C(光纤敷设到路边)/ FTTZ(光纤敷设到用户小区)应用,可选择将ONU设置在大楼楼道或竖井内机柜、室外光交接箱等不同位置。ONU供电原则上采用本地供电方式,尽量不采用远端供电方式。对于确实难以在ONU安装点解决供电问题的地方,可考虑用光电混合缆解决供电问题。
3.3 POS无源光分路器设置及光功率衰减
组网时尽量采用一级分光方式;也可以采用二级分光方式;原则上不采用三级及三级以上的分光方式。对于一级分光方式,光分路器可设置在OLT节点或光分支点的任一位置。应在保证一定的端口使用率前提下,尽量将光分路器靠近ONU设置。 对于二级分光方式,光分路器可设置在OLT节点或光分支点的任意两个位置。为便于维护,应尽量将一级光分路器设置在OLT节点。
3.4 光缆建设
光缆应符合现行技术标准。 新建光缆宜采用G.652单模光缆。室外光缆型式应与当前已用光缆结构保持一致。光缆连接与光缆成端可以采用两种方式:固定连接和活动连接。固定连接可以减少光纤接入网的跳接点,减少光通道损耗;活动连接则更有利于光缆灵活配线。 固定连接有两种技术方式:熔接和机械接续(冷接)。冷接技术便于操作,适合在室内光缆维护、抢修,或施工环境较差(如电源引接困难、操作空间太小等)时采用,但可靠性尚未经过长时间检验,不宜大量使用;目前,光缆成端与固定连接应以熔接为主。
3.5 组网及系统保护倒换
利用PON设备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。PON系统保护倒换:一般不提供保护倒换功能。有时为保证断电时语音业务的正常开展,可以根据需要提供ONU加断电保护设备。但对于重点大客户和重点商业客户可根据业务性质采取相应的保护倒换功能。其中有:
3.5.1 光纤备份方式
主干光纤故障和用户的线路故障,由人工切换至备用光纤。业务肯定中断,中断时间取决于线路恢复时间。
3.5.2 端口备份方式
OLT设备上有两个GPON接口。此种保护方式仅限于主干光纤出现故障时,系统会自动切换到备用系统,实现了对骨干光纤的保护。保护对象仅限于OLT与ODN之间的光纤故障和OLT单板硬件故障,对其他类型的故障没有涉及,可能存在严重安全隐患,无法满足客户需求也无法定位故障。
3.5.3 全备份方式
OLT和ONT上均有两个GPON接口。OLT的GPON接口要工作在1:1模式下。此种保护方式一种全保护光纤倒换方式,OLT与ONU之间有完全不同的两条通路,可以保证各种故障都得到恢复 。当ONU的主用PON口或用户线路故障时,ONU会自动将业务倒换到备用PON口上,业务通过备用线路和OLT的备份端口上行。业务基本不会中断。实现难度较大,成本较高。其中一个端口试种处于空闲状态,造成系统带宽利用率低。
3.5.4 混和备份方式
OLT上有两个GPON接口。OLT的GPON接口要工作在1+1模式下。此种保护方式一种全保护光纤倒换方式,OLT与ONU之间有完全不同的两条通路,可以保证各种故障都得到恢复,包括无源分光器故障,链路都可以自动恢复。此种网络中支持ONU混合方式,可以是带一个PON口的,也可以是带两个PON口的,根据用户的实际需要选择。实现难度较大,成本较高。
4 结束语
目前,影响PON无源光网络接入网发展的主要原因不是技术,而是成本。但是采用PON无源光网络接入技术是光纤通信发展的必然趋势,尽管目前各方发展接入网的步骤各不相同,但光纤到户是公认的接入网的发展目标。PON无源光网络接入从现在的发展现状与趋势来看,完全有理由认为现已进入了一个蓬勃发展的新高潮。而这一次发展高潮涉及的范围广,技术新,影响力和影响面也将更宽,势必对经济社会发展产生巨大影响。
参考文献
[1]原荣.宽带光接入技术.北京:电子工业出版社,2010.9
[2]胡先志,胡佳妮.光纤通信技术.北京邮电大学出版社,2011.4
基于WDM技术的无源光网络 篇6
对于这种无源光网络 (如图1所示) 典型的系统组织结构模式就是光线路的终端 (OLT, Optical Line Ternfina1) 和光网络的单元 (ONU, Optical Network Unit) 两大部分组成, 然而, 在光网络的单元中大都数设备都是光分支类型的, 却不含有有源地电子器件。
此外, PON的发展原先是在ATM技术的APON的基础上的, 在它之后的就是EFMA所提出来的EPON, 然后ITU提出来的GPON吉比特无源光网络。就算是刚刚基ATM的APON技术, 还是基于Ethernet的EPON技术或着是ITU所提出的GOPN, 这3个技术全都是运用接入技术, 所以能笼统的成为TDM—PON。
二、普通PON技术与WDM—PON技术比较 (图2)
2.1功率的预算
在功率的预算方面, WDM—PON总共有两个优点, 第一个就是:在运行当中, WDM—PON接收机的工作功率低, 因次在灵敏度方面具有很大的优势;第二个优点就是:和相对较大的分束比相比较, WDM—PON在插入时的瞬间损耗相对较小。
而在这以上两中优点方面上, WDM—PON在第二个优点方面的表现更加突出。因次在上行信号中就会用到OLT接收机中的额外的解复用器, 但同时也会造成双倍的插入时的瞬间损耗。
2.2灵活性
在WDM—PON中讲究PSPON的灵活性, 但是这种要求现在这个技术难以实现, 例如:在商家对宽带的铺设问题, 如果是宽带业务需要高的地区, 运营商就铺建1×16PSPON, 但是在偏远地区和需求量低的地区, 就只随便放置1~32分束器。
一方面对于发射机和接收机的检修和重新设计, 只要是PON不达到峰值就不需要此操作, 线路速率也不需要更改。另一方面对于WDM—PON的看待, 提高Router和WDM接收机的信道数我们就需要提高分束, 但是对于当前技术来讲非常困难。
“一分价钱, 一分货”如果想要选择更好更多的设备, 相应的花费就会提高很多。
2.3安全性
由于广播式的下行PSPPON信号中的全部的ONU所接收的都是PON净负荷, 所以我们要保证安全就要采取加密处理的方法。WDM—PON不同方向ONU的信号的选路是根据不同波长来确定的, 但是其中有一定的缺点, 就是Router中的串话在大多数ONUR全部可以接收到, 只是信号很弱。所以就会有一些技术人员通过这种技术来盗取或截取其他ONU的信号。但是Router的防密措施很好, 所以就不用进行加密处理。所以, 系统设计者的选择就会有两个选择:第一, 加密处理;第二, 提高防串或性能。WDM—PON具有一个很大的优点, 就是能升级PON网络。在当代, 随着科学技术的发展、用户的飞速增长的情况下, 最好的办法就是是用光纤技术。
三、WDM—PON中的关键的技术
3.1光源
1、DFB的激光器的阵列。
DFB激光器的阵列是在同一片的基底上生产很多性质一样的In Ga As P/In P多量子阱脊的波导激光器, 它和分立DFB的激光器对比有着价格便宜的优点, 同时属于集成的多波长的光源的一种, 并且通过调节控制某一个信号, 可以控制全部的波长。必须精确的对输出波长进行控制从而使所有波长都能够满足信道的间隔, 要完成这种精确地控制非常的不容易。
2、多频的激光器。
多频的激光器 (Ivl FL) 是一种在集成半导体的放大器和WGR的技术的新型WDM的激光器。在INP上的制作的WGR含有低插的损耗和和良好的频谱的特性。
WGR的激光器含有能够同时进行很多频率工作的能力。信道波长的间隔是由阵列的波导光栅 (AWG) 的临近阵列的波导的长度差△L所进行决定的, 目前的工艺水平可以对△L进行精确的控制, 所以信道的波长间隔能够稳定的控制, 对整个器件来进行温度的从而来进行调节波长。
另外, 贝尔的实验室现在已经作为实验的器件, 在阵列的波导光栅 (AWG) 的12个频率的WDM的激光器, 信道的波长间隔为3.2nm (400GHz) 、自由频谱的距离 (FSR) 38.4nm, 中心的波长156Onm, 器件的大小为14minx3.6ram。图3为它的输出的频谱, 图的上方为12个放大器的输出的频谱, 下方为一个单独的放大器的输出的频谱。
3.2单纤的双向WDM—PON的设计
当前伴随着大功率的LED和多通道AWG的器件的在商业方面的应用, 在LED的频谱的分割的WDM—PON的网络会引起大量的注意, 由于WDM—PON能够实OLT和ONU点对点进行简单的传辖, 所以系统面对协议要透明, 从而降低系统实现的这一难度。随着WDM的器件价格一直的下降, WDM—PON可能会变成接入网最后的解决办法。
当前的PON的系统 (如图4) 上下行大多采用了空分的方式进行传输, 所以为了减少相干的Rayleigh的散射和光器件的端面的反射产生较大的光功率的代价, 当前Jung采用将频谱进行分割的高功率的LED作为上行的光源, 实现了l5路500Mbi Ls、上行155Mbi Ls的WDM—PON的设计。面对接入网的网径很短并且成本这一因素, 实现了单纤的双向的传辖有其的必要的性质和可能的性质。在下文中按照当前的部分器件的水平, 我们设计并完成了单纤双向的w DM—PON的系统, 并且在理论上计算出了Raylei的出散射以及光器件的反射产生的光功率的代价。
OLT侧的下行光源利用了多频的激光器, 复用和解复的用器利用了16x16的阵列AWG, 它的通道的间隔是08rim, 当中一路的光源在不加载的调制信号, 并且在远端的节点直接的反射到了OLT的一侧, 按照它接受光功率的值来调节MFL和OLT一侧AWG的温度的控制, 并且使MFL和AWG在温度的漂移和远端的节点AWG的通道的变化一样。ONU一侧的接受机和LED通过了3d B耦合器的连接, 但是LED不含有谐振腔, 入射地LED的光不会对LED的工作产生影响。为了避免信道间的相互串扰。需要利用可调谐的并且携带通滤波器, 他的变换要根据MFL的调节来改变, ONU一侧的带通滤波器的调节能够通过信令的传递。分离上、下行的光信号可以通过环形器来进行。系统光功率的预算如表1所显示。在以上的方案当中, 远端的节点AWG能够同时完成复用和解复用器的作用。
在上面的系统中还有可能出现上下行双向的传输统一的频率光信号这种情况, 可是上下行一致采用相同的传输波长, 系统中的反射光和主信号的光相互的进行叠加, 并且形成了干涉, 同时引起了较大的系统功率的代价。与此同时Rayleigh的散射可能会引起比较大的功率为代价。但是在过去的的WDM—PON的文献当中没有对刚才的两方面功率的代价来进行详细的计算, 可是在本文章中给出了量化的计算的结果, 结果暗示表明:系统中的光器件的反射的功率所花的代价占据主要的地位, 但是因为接入网的网径比较短, 采用直接的调制的光源, Rayleigh的散射表比较弱。
四、结束语
综上所述, 我国对于WDM—PON宽带连入方式的研究仍是不完全。由于这种技术在初次投入运行资金较大, 因此在大多数国家来讲都是只是停留在理论研究方面。而在今后的发展过程中, WDM和DWDM技术在骨干网、城域网中将会得到更好的运用, 也将造成WDM器件在制造方面趋向于过热化, 导致其价格下跌;另外, 在用户市场需求向的不断加大, 宽带业务必将会是发展的打方向, WDM技术也终将会成为在宽带接入方面的一个重要解决方案。
参考文献
[1]常娟.PON网络中关键技术之研究与对比[J].电脑开发与应用.2013 (09)
论无源光网络的发展思路 篇7
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
优良的无源光网络设计的关键要素 篇8
1 分光器的位置选址
在无源光网络中，分光器的位置对于项目的实施起着至关重要的作用。分光器是无源器件，不需要电源就可以正常工作，所以在选址和安装上没有太多的顾虑，只需要关注管线和用户分布即可。分光器安装的位置一般不会放在机房内，通常选在比较靠近用户且周围用户比较密集的光分配箱内。如果把分光器安装在机房进行集中分光，那PON的优势完全没有体现出来。
分光器的安装位置选址正确可以带来以下优势：
(1)节约机房到光纤分配箱的光缆投资：合理的分光器选址的确可以大大节约光缆的投资。以1根24芯的光缆为例，如果分光器安装在机房内，24芯光缆仅用于机房和用户分配箱连接的话，只能开通24个用户。但是如果用于中心机房和室外的分光器连接的话，按照1:64的分光比可以覆盖1536户。换句话说，如果安装合理，可以用1根24芯的光缆代替一根1536芯的光缆。
(2)节约机房的空间，提升管理能力：光分路器安装在室外可以节约机房内机架的空间。
2 机房的选址
在一个FTTH的项目中，最多可能需要一个机房。因为机房的建设涉及到取电、管理、运营、后备电源、空调等，会大大增加建设成本和运用成本。通常情况下运营商不会在任何小区设置FTTH机房，除非附近的机房距离用户太远。目前运营商常用的方法是在小区安装光分配箱或光缆接头盒。
3 集中分光
运营商通常在室外靠近用户的地方进行集中分光，这样对于投资是一种保护，根据用户开通的情况可以进行分光器的扩容。换句话说，前期用户比较少的时候可以少买一点光分路器，随着用户开通的数量增多，逐渐增加分光器的数量。但建议在前期进行设计的时候预留足够的扩容空间。
4 缩减光缆的种类
为了便于实施和管理，在一张设计优秀的无源光网络中不会使用超过两种以上的光缆(不包括入户皮线光缆)，这段光缆主要指中心机房到用户分配箱，在罗森伯格所完成的项目中，从中心机房到楼层分配箱最多只使用两种光缆。缩减光缆的种类可以确定需要使用的光缆长度，有利于厂商提供快速响应能力与价格竞争力。
5 便于扩容
目前EPON或GPON的分光比的确可以做到1:64，换句话说，局端设备的一个PON可以支持64个用户。按照10G EPON和10G GPON的标准，分光比将达到1:128。但在目前运营商的实施中基本不会在项目中直接将分光比做到1:64，通常使用的分光器是1:32。使用1:64的分光比，意味EPON的每个用户平均带宽只能达到16M，如果用户普遍需要提高带宽时，就会显得捉襟见肘。根据高清数字电视的标准，要在网络上实现1080p级别的节目传输，需要保守的带宽是22M。如果按照当前满配的设置，用户要求将带宽提升到20M或者30M时，现有的网络根本无法满足需要，需要将有源的网络设备升级到10G网络，升级势必会造成现有资产的浪费和巨额的再投资。所以通常情况下，还是建议用户采用1:32的光分路器，可以有效延长当前网络的可使用寿命，为客户带来直观的投资回报。