无源光网络技术发展及应用.docx

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1、无源光网络技术发展及应用山西置信斟技2O06年囊2期 无源光网络技术发展及应用 贺瑞明 (山西省通信公a-计划建设部) 摘要:无源光网络(PoN)是目前实现接入网宽带化的理想接入技术,文章探讨了PON技术的发 展经过,并对EPON技术在当前的应用进行了分析预测. 主题词:宽带接入PONEPONFTTH 1前言 近年来,以因特网为代表的新技术革命正在深 刻地改变着传统的电信概念和体系.传统电话网将 不可避免要过渡到以数据业务,特别是IP业务为 中心的,融合的下一代电信网,这种电信网的基本 特征将是宽带化和IP化.另一方面,用户侧终端的 速率也在突飞猛进,其CPU的性能每18个月就翻 一 番.这种

2、用户接人的IP化趋势也反映在普通居 民用户群中,因特网业务正成为普通居民用户日益 重要的接人业务.从电子邮件到Web浏览乃至视 频业务,IP1v等业务,带宽要求正以几倍,几十倍 的速度增长.与之相适应,接入网的宽带化和IP化 将成为未来接入网发展的主要技术趋向.因此,当 前摆在电信运营商面前的主要问题是如何建立一 个宽带高速,数字化的接入网 由于光纤具有传输距离远,抗干扰能力强,容 量大等特点,因此成为接入网传输介质的首选目 前光纤的价格比铜缆还低,目前发展光纤接人已经 具备一定条件.同时光纤接人比现有主流的ADSL 等接人方式更适合一些已经或即将出现的宽带业 务和应用,如HDTV,IPTv业

3、务一般要求对称双向 高带宽支持或要求支持广播/组播传送.特别是目 前倍受关注的Triple-Play业务,要求同时向用户提 供数据+语音+视频三类业务,光纤接人无疑是同时 解决业务需求和带宽需求的最佳方式. 目前应用于宽带光纤接入网的技术主要有三 种,它们分别是基于SDH的多业务传送技术 (MSTP),多业务的无源光网络技术(PON)和多业 务点对点光端机(P2P或称MC).三种技术分别具 有以下特点: (1)MSTP有很高的服务质量,但成本较高.适 收稿日期:2006424 作者简介:贺瑞明,男(1972-),1993-#-aZ-t-太原工业大学自动化系,现在山西省通信公司计划建设部工作.工

4、程师. 专文综遵 合对业务质量和安全性等要求非常高的大用户,不 适合普通家庭用户: (2)多业务点对点光端机的星状网络拓扑与 环形骨干网络配合非常有利,成本优势突出,但需 要占用大量光纤,适合大多数用户的普遍接入; (3)PON采用树状网络拓扑与环形骨干网络 配合非常有利,是光纤到户(FTTH)最有效的网络 解决方案.由于节省大量光纤,相对成本低,能平滑 升级,从长远看是光纤接入的理想选择,适合大多 数用户的普遍接入,未来市场很大. 前两种技术在国内已得到应用,而PON技术 作为理想的光纤化接入手段,被认为是实现FTTH 的主要技术,具有非常大的发展潜力. 2PON技术简介 PON技术是一种点

5、到多点的光纤接入技术.它 由局侧的OLT(光线路终端),用户侧的ONU(光 网络单元)/ONT(光网络终端)以及ODN(光分配 网络)组成.各ONU/ONT共享OLT和oDN之 间的光纤,一般下行采用TDM广播方式,上行采用 TDMA(时分多址接入)方式,可以灵活地组成树 型,星型,总线型等拓扑结构(典型结构为树形结 构).所谓”无源”,是指ODN中不含有任何有源电 子器件及电子电源,全部由光分路器(Splitter)等无 源器件组成,因此其管理维护的成本较低.PON技 术示意图见图1 图1PON技术示意图 PON作为目前实现FTTH的理想技术方式具 有如下技术特点: (1)光纤为带宽容量大,

6、对业务透明的纯介质 网络,能适应不断增长的带宽与新业务演进需求; (2)系统采用单模单芯光纤,在一根光纤上实 现双向传输,节省了光纤资源; (3)允许在CO(交换局)与用户之间的远距离 接入.最远可以到达20km: (4)符合接入网拓扑特征,无源ODN体积小, 环境适应性好,无电磁干扰和雷电干扰,降低了故 障率;避免有源节点级联,网管一步到底,简化了机 房,降低了供电,维护费用;系统快速灵活布放组 网,可降低工程造价,缩短建设周期. 3PON技术发展 PON技术的概念是20世纪90年代提出的,可 分为用于窄带TDM业务接入的窄带PON技术, 用于宽带接入的基于ATM传送的BPON (APON)

7、,基于Ethemet分组传送的EPON技术以 及兼顾ATM/GEM综合化的GPON技术.应该说 经过10多年的变迁,PON技术经历了从窄带PON 到BPON(APON)再到EPON及GPON的发展历 程,这其中ITuT在PON技术的标准化工作中发 挥了主导作用,相继出台了G.982(窄带PON),G. 983系列(APON/BPON)以及G.984系列(GPON) 等一系列标准建议,而IEEE近几年在PON标准化 上也非常成功.于2004年推出了IEEE802.3ahE PoN标准. 3.1APON/BPON(基于ATM的无源光网络/宽 带无源光网络l 1987年英国电信公司的研究人员最早提出

8、了 PON的概念.1995年成立FSAN(FullService AccessNetworks)组织.1998年ITUT以155Mbit/ sATM技术为基础发表了G.983系列APON标准. 为了适应宽带化需求,2001年底,FSAN将APON 更名为BPON.目前在北美,欧洲都有APON/ BPON产品的实际应用. 山西置信斟技)2oo6年囊2期 APON/BPON是结合ATM多业务,多比特率 支持能力和无源光网络透明宽带传送能力的解决 方案.它是基于信元的传输系统,传送的是固定长 度的数据,可采用两种速率结构,即上下行均为 155.52Mb/s的对称结构和下行622.08Mb/s,上行

9、155.52Mb/s的不对称结构.由于采用了ATM技 术.因此可承载64kbit/s语音业务,ATM业务和IP 业务等各种业务类型,并可提供强有力的Qos保 证. 3.2EPON/GEPON(以太网无源光网络/吉比特 无源光网络) EPON是结合简单经济的以太网和无源光网 络透明宽带传送能力的解决方案.EPON采用点到 多点结构,无源光纤传输方式,在以太网之上提供 多种业务.目前,IP/Ethernet应用占到整个局域网 通信的95%以上,EPON由于使用上述经济而高效 的结构.成为连接接入网最终用户的一种有效的通 信方法.它在PON层上以Ethernet为载体,上行以 突发的Ethernet

10、包方式发送数据流,EPON可提供 上下行对称1.25Gbit/s传输速率.下行10Gbit/s的 传输速率也在研究中. 在多种基于PON的技术中.EPON由于其技 术和价格方面的优势已逐步成为最受欢迎的FTTH 技术.由于采用Ethernet封装方式,因此非常适于承 载IP业务,符合IP网络迅猛发展的趋势.由于其体 系结构的简化和传输速率的提高.加上PON固有 的一些特性,使得初始成本和运行成本大大降低, 而支持的用户数和用户带宽却可以更高.并能提供 视频业务和较好的Qos. 虽然Ethernet封装方式造成了EPON技术难 以承载语音或电路方式数据等TDM业务,但目前 国内部分厂家产品突破性

11、地实现上述业务.给E PON技术带来广阔的应用前景. 3.3GPON(吉比特无源光网络) GPON以APON标准为基本框架重新设计了 新物理层传输速率和TC层,TC层可采用ATM和 GEM(GPONencapsulationmode,GPON封装模 式)两种封装方式.GPON提供1.244和2.488Gb/s 的下行速率和所有标准的上行速率. GPON具有高速宽带及高效率传输,完善的 OAM机制,全业务接入,高Q保证,支持VolP 有及TDM的特性.同时也是当前唯一可在单一波 长下提供2.5G带宽的解决接入网络瓶颈的技术. GPON系列标准相当完善,但同时也相当复杂,全 球只有少数几家公司推出

12、产品,因而价格相对较 高,在现阶段推广应用有很大价格和成熟度压力. 目前尚无规模应用. 3.4APON/EPON/GPON的比较 PON的三种主要技术BPON,EPON和 GPON的各方面比较结果如表1. APON由于其复杂性和低的数据传输效率已 经逐步退出市场的竞争.FSAN(ITUT)与EFMA/ IEEE802.3ah之间的争论焦点在于GPON和EPON 的争战.由表1中比较可以看出,EPON的总体效 率不高,采用8b/10b编码作为线路编码,本身就引 入了20%的带宽损失.但由于其成本优势和适应IP 发展趋势,更适用于目前的FTTH.FSAN提出的 GPON系统具有高比特速率,传输时不

13、改变原有格 式(即透明传输),极高的传输效率(94%)和对多种 业务(TDM和数据)的支持,已成为备受瞩目的光 接入网的解决方案,但由于其标准不成熟及成本原 因,近期难有规模应用. 4EPON原理及其关键技术 一 个典型的EPON系统由OLT,ONU,ODN 组成 OLT既是一个交换机或路由器,又是一个多业 务提供平台,它提供面向无源光纤网络的光纤接 口,是整个EPON系统的核心部件.主要完成的功 能有: (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,即控制ONU发送数 据的起始时间和发送窗口大小. ONU采用了技术成熟而又经济的

14、以太网络协 毫文综述 表1三种PON技术比较 项目BP0NEPONGP0N 1.1999年被国际电联(ITU)采纳为I.2004年下半年IEEE批准1.2003年被国际电联(ITU) 标准G.983;ITUT为802.3ah;IEEE802.3ah,采纳为标准G.984:ITUT G.983.x(x=I-10),已完善;已基本制定完成G.984.x(x;卜4),不完善; 标准化2.我国(接入网测试方法一基于ATM2.我国(接入网技术要求一2.国内尚无相关标准. 的无源光网络(APON)已发布.基于以太网方式的无源光 网络(EPON)”已经报批, 相关测试规范正在讨论当 中. 推动标准的主体运营

15、商设备商运营商 封装格式ATMIP/EthernetATM/GEM 下行线路速率155/62212502488/1244 (Mblt/s) 上行线路速率155/6221250155/622/1244/2488 (Mbit/s) 线路编码NRZ8B/10BNRZ 最大分路比6432/64128 上行可用带宽500(在上行速率760 8601100(在上行速率 (Mbit/s)622Mbit/s情况下)1.244Gbit/s的情况下) 1.支持话音,视频等实时业务;1.以太网技术成熟,设备成1.承载快速以太网 2.服务质量保证和服务等级保证;本低:(1o/1OOMbps)和T1/El电 3.完善的操作维护管理系统.2.灵活支持基于IP的综合路,不需额外开销,也不会增 业务和多种服务质量管JE;加复杂性;优点 3.设备价格低,通用性好:2.支持VLAN交换和其它新的 以太网业务. 3.综合业务支持能力强,尤其 是对TDM业务的支持与继承. 1.带宽扩展受限;1.QoS问题和流量控制待解1.新技术,目前只有少量厂家 2.未规定视频业务的标准,不能使决,尤其是针对数据E1业提供相关产品: 不同厂家的网卡互通;务需求;2.成本较于EPON比较高: 缺点3.用APON传送数据还需在IP包和2.无法传送高质