下一代无源光网络(NG-PON)技术介绍(NG波分)

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1、下一代无源光网络(NG-PON )技术介绍导读:2011年1月11日消息,PON技术是一种典型的电到多点接入技术,由局侧光线 路终端(OLT)、用户侧光网络单元(ONU)以及光分配网络(ODN)组成。“无源” 是指ODN中不含有任何有源电子器件及电源,全部由光纤和光分路器等无源光器件组 成。关键词:光网络 PON WDM 光纤 ODN 光分路器2011年1月11日消息,PON技术是一种典型的电到多点接入技术,由局侧光线路终端 (OLT)、用户侧光网络单元(ONU)以及光分配网络(ODN)组成。“无源”是指 ODN中不含有任何有源电子器件及电源,全部由光纤和光分路器等无源光器件组成。TDM-PO

2、N 技术已经逐渐走向成熟化、商业化, BPON、 EPON 已经在很大的范围 内被采用,GPON也已在2007年开始部署。于是,很自然的出现了一个问题:如何定 位下一代PON技术的发展方向。传统上谨慎的做法是构建一种可满足未来网络拓展需求,以更低的单用户价格连接大量 的终端用户,按需求传送可灵活调整带宽的可扩展PON,它将无需对外部构件进行改进 就可升级,朝着这个方向,下一代PON的主要发展趋势有以下几个方面:WDM-PON、 WDM/TDM 混合 PON、10G EPON、PON/ROF 汇聚、长距离传输 PON。1 WDM-PON一种直接升级TDM-PON的途径是在OLT与ONU之间采用独

3、立的波长信道,这种 方式通过物理上点对多点的PON结构在OLT和每个ONU间形成了点对点的连接,被 称为WDM-PON。 相比TDM-PON, WDM-PON有许多优势,例如高带宽,协议透明 性,安全性更高,灵活的可扩展性,影响WDM-PON大规模应用的最大问题在于基于不 同波长的使用导致ONU的成本高。因此WDM-PON核心技术的发展都与如何为ONU 构建一个便宜和稳定的光发射机相关。为了降低WDM-PON技术运行成本和提高其与原 有资源的兼容性,系统设计者和设备供应商已经联手共同开发一种无色ONU技术,其 中最简单的方法是使用可调谐激光器作为光发射器,但这类激光器价格十分昂贵,不适 合用于

4、接入网;另一种是宽光源和频率切割技术,超辐射发光二极管(SLD )可发射出 高输出功率,可以选择它的中心波长与带宽,同时它是十分成熟、廉价的光设备。而目 前新的有效的WDM-PON技术的实现方案大体上可以分为两部分:第一部分是从OLT 端到ONU端,这一部分采用了 WDM技术;第二部分是从ONU端到网络终端(NT),这 一部分采用了 TDM 技术。2 WDM/TDM 混合 PONWDM/TDMPON将是未来PON的发展趋势。由于现阶段实现WDM-PON存在不小 的难度,因此较为合理的网络升级策略是从TDM-PON向WDM-PON逐步过渡,而在 过渡的过程中,两者的共存阶段是必须要经历的,将出现

5、被称为WDM/TDM混合PON 的多种融合形式。WDM和TDM混合模式的PON结构具有容量大、高可靠、节约城域 光纤资源等突出优势,在将来的接入网络改造和升级中将发挥巨大作用。基于WDM技 术的PON网络架构可以兼容现有的1G/2.5G/10 G EPON、GPON和P2P等多种光纤 接入技术。通过波长规划可以直接承载1310 nm波长的有线电视(CATV)业务,实现 “三网融合”;在线路中引入光链路监控信号,实现ODN网络的光链路检测功能。另 外通过WDM-TDM PON可以构建一个具有更大接入容量、更高传输速率、面向全业务 运营的具有中国特色的全新光接入网。目前最自然的TDM-PON和WD

6、M-PON融合技术是级联。在一个WDM/TDM混合 PON中,如果每个波长信道间独自工作,除了源TDM-PON的MAC协议,网络中无需 一种额外的MAC控制协议。然而这种方案可能无法有效的利用带宽,尤其是当一些波 长过载而另外的波长轻负载的情况。如果在所有ONU间共享这些波长,那么系统总吞 吐量将会得到显著的提高。基于这个原因,需要一种被称为动态波长分配(DWA)算法 的波长调度方案,来通过控制可调谐激光器(LD)和WDM过滤器使得波长信道动态化。 一种不仅分配时隙,还为ONU分配波长的DWA/DBA算法的融合,是WDM/TDM混合 PON 发展的一个重要研究领域。在WDM-PON中提供广播业

7、务是困难的,为了解决这个问题,WDM/TDMPON的 融合结构正在向PON中添加广播波长的核心技术方向上进行发展。3 10GEPON普通EPON的自然升级是10GEPON,促进10GEPON发展的主导驱动力是市场需 求。为了满足市场需求,IEEE802.3av10G EPON工作组在2006年9月成立,它们的 任务是在2009年完成IEEE 802.3av 10 G EPON标准制定的工作。10 G EPON在系统 组成上与1G EPON相同,但需采用支持10 G速率的OLT、ONU和ODN。10 G EPON 在系统结构上仍然延续1 G EPON的典型形拓扑结构。10GEPON分为两个类型:

8、其一是非对称方式,即采用10G速率下行,但上行速率 与EPON相同仍然为1 G;其二是对称方式,即上下行速率均为10 G的EPON系统。 相比来说,由于PON系统的上行传输技术难度较大,因此1 G上行10 G下行方式的 10 G EPON系统较为容易实现,目前芯片厂家已经可以提供原型系统。但由于该类系统 上下行带宽比达到 1:10,因此能否与实际用户业务需求的带宽模型相匹配存在疑问。目前10G下行将采用15741580 nm,其与波长范围在1 4801 500 nm间的1 G 下行共存,保留了 1 5401 560 nm用于处理视频过载。10 G EPON下行采用10 G的 传输速率进行广播已

9、经没有异议,但上行采用1G的传输速率还是10 G的传输速率,是 采用TDMA还是WDMA则还要考虑。采用TDMA技术的10GEPON在成本上无疑较采用WDMA技术的10G EPON要 低得多,而且和目前的802.3ah EPON相比成本也不是特别高。但是采用TDMA技术的 ONU的数据在上传前必须等待自己的允许周期,不同ONU的上行数据中间还有保护时 间,更重要的以太网帧是变长的,如果正在等待的ONU发送之前PON上下行链路均在 发送长包,则该ONU可能等待的时间更长,这些因素都导致了采用TDMA的10 G EPON 上行方向时延将较大,这对于对时延特别敏感的业务(如VOIP)十分不利。另外采

10、用 TDMA技术的10 G EPON其上行平均带宽较小(相当于所有ONU共享1 G或10 G的 带宽)。相比之下采用WDMA的10 G EPON每个ONU独享1 G或10 G上行带宽,另 外上行方向使用的是真正的点对点(P2P)网络,发送时无需等待,延时极低。然后不幸的 是该方案优越的性能需要高昂的成本代价,因此采用WDMA技术的10G EPON不太可 能普及到用户家里,即不适合FTTH应用,但作为FTTB和FTTC还是大有前途的,也 可以用于级联现有的GEPON。采用TDMA技术的10G EPON,如果能够解决上行时延 过大的问题,在FTTH应用特别是高清IPTV接入领域中将大有作为。4 P

11、ON/ROF 汇聚随着光纤敷设到用户驻地趋势的日益深入化,EPON、GPON和WDM-PON已经进 入了无线接入市场。另外一方面,BWA(宽带无线接入)技术诸如WiFi/WiMAX,3G正变 得流行,它们的优势在于更具拓展性和灵活性。为了充分利用光纤的大容量和无线规划 的移动固定性,逐步出现了一个很有希望的研究领域,即无线和光网络的融合。一个简 单的融合例子是在FTTB环境中EPON和WiFi的级联。出于经济可行性考虑,在集中 住宅单元部署一个带有接入到IEEE802.11 nWLAN接口的ONU以覆盖众多用户,这是 一种替代实现 FTTH 的好方案。一种真正的光网络和无线的汇聚可能发生在基于

12、光纤传输的广播系统(ROF)。一 种关于PON与ROF会聚的新方向是在PON的光纤实体端传送RF子载波,从而基带 信号数据流和数据调制的 RF 信号能同时传送到有线和无线用户处。5 长距离传输 PON带有大的分流比,长反馈距离的长距离传输PON被认为是下一代光接入网的候选 之一,为了延深PON的可达距离至100km,采用的方式是开发双向的内置光放大器 由于这使得中继器运作灵活,因此长距离传输PON或Super PON的说法有些不正确, 取而代之长距离光接入网是个比较可取的名字。迄今为止,已经开展了许多以扩展GPON可达距离为主要方式的研究活动,在这些 过程中所用的光放大器是EDFAs (掺饵光

13、纤放大器)或SOAs (半导体光放大器)。长 距离传输PON技术的进步使得城域网发展重心转向接入网变得可能,这也是城域和接 入汇聚的一个重要的发展方向。6下一代PON演进的主流思路FSAN组织将NG-PON的研究分为两个部分:NGA1和NGA2。其中,NGA1研究 方向主要为制定可兼容当前GPON,能够共享同一个ODN的下一代PON技术标准,其 中包括引入WDM技术的研究,实现stackedGPON技术研究以及长距GPON技术研究, 此外,虽然10GGPON也属于NGA1的范畴,但在FSAN组织暂没有列入计划讨论。 NGA2研究方向则不考虑对于当前GPON网络兼容性以及PON的兼容性,光波长选

14、择 也不受目前网络应用的限制,开放式地讨论GPON技术发展潜力,目前主要探讨方向是 高速率、长距、大分光比的WDM-PON与TDM-PON相结合的混合PON网络。7 结语综上所述,在众多新出现的PON技术中10GEPON是最有希望的,因为它将提供 最高的传输容量,最低的单用户价格以及最方便的方式从1Gb/s升级至10Gb/s。最简 单的以太网协议使得10 G EPON比10G GPON更容易实现,比之WDM-PON, 10 G EPON的单用户成本将低很多,因为更高速的电子器件远比光波长器件便宜。为了满足WDM-PON中无色ONU要求,外部注入锁定的F-P激光器技术的比特速 率受限,可利用RS

15、OA的回环和重调制技术使其达到更高的的比特速率。如果RSOA 的成本降下来,关于WDM-PON相关标准的出台,则WDM-PON将获得更为广泛的应 用前景。WDM/TDM混合PON是一种升级TDM-PON至更高带宽和更低单用户成本的理想 过渡方法。一种跨越不同TDM-PON的ONUS共享可调谐激光器,因而MAC层协议和 为具体的网络配置设置的DWA/DBA融合算法需要得到进一步的发展改进。比之 WDM/TDM混合PON,视频广播/多播和Long-Reach光接入网需要更多的关注,而光 纤和无线的汇聚是一个新的研究领域。所有这些系统很有可能在可预见的将来共存,总体说来下一代PON趋向于大带宽、 大

16、分光比以及长距的方向发展,EPON与GPON标准组织分别采用了单波长提速和单纤 提速和单纤多波长的技术思路。尽管目前尚无对下一代PON成文的具体分类方式,但对于下一代PON的主流发展 趋势与技术的认识是基本一致的,即从技术、成本、市场等诸多因素方面考虑,相对而 言, WDM/TDM-PON 融合技术具有更顺畅、更现实的近期发展前景,伴随着迅速增长 的带宽等需求,10GEPON技术的相关理论也有望在不远的将来得到跨越式的发展,而 WDM-PON 技术则是较为理想的远期发展目标。当然,由于网络技术日新月异的发展, 所述多种技术在具体网络应用时存在相当的现实无法预料性,且技术本身存在的问题也 有待在实践中进行深入研究,因此无法断言现今正流行或被一致看好的技术一定会在将 来得到很好的应用前景,对此ATM网络就是一个很好的反例。基于中国具体国情考虑,10GEPON的技术思路更符合中国FTTB的建设思路,更 有利于 FTTB(EPON)+LAN/xDSL 网络的演进发展

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