對中國發展寬帶接入及光纖的思考

敖　立

摘要:寬帶接入發展趨勢正從傳統的銅線接入向“有線銅退光進,無線寬帶移動化,有線無線相互補充,實現無縫接入”的目標演進。光纖寬帶是固網寬帶接入發展的必然選擇。光接入面臨多重挑戰,需要綜合考慮建設與運營維護、無源光網絡光線路終端容量設置、光纖寬帶對無源光網絡(PON)光網絡單元的要求、光纖寬帶設備的管理、綜合業務承載能力、多業務承載對業務控制層的影響等問題。

關鍵詞:寬帶網絡;寬帶接入;光纖寬帶

Abstract:The broadband access system is evolving from traditional copper wire access toward the goals of optical fiber substitution for copper wire, mobility of wireless broadband, fixed and mobile complementing, and fulfillment of seamless access. Optical broadband is an inevitable selection of a fixed network to develop its broadband access. Optical access is facing multiple challenges in system construction and operation and maintenance, terminal capacity settings of optical lines in Passive Optical Networks (PONs), the requirements of optical broadband on optical network elements in PONs, the management of optical broadband equipment, capability of bearing comprehensive services, and impacts of multi-service bearing on the service control layer.

Key words: broadband network; broadband access; optical broadband

●建議制訂中國寬帶發展規劃,提出中國的寬帶發展戰略構想,確定中國寬帶發展的目標

●建議制訂整體實施計劃,提出相應的政策和保障措施

●建議建立從國家到地方層面推動寬帶發展的綜合體系

●建議以直接投入引導資金、貼息貸款、稅收減免等方式支持中國寬帶建設

寬帶網絡主要指寬帶網絡基礎設施和利用寬帶網絡所進行的各類應用服務,其發展形成了包括寬帶服務和制造的新興產業,并構建了一個承載企業經濟活動、社會管理與公共服務活動、民眾數字化生活的基礎平臺。

1 國際寬帶接入發展情況

近年來,寬帶網絡在全球發展非常迅速,并成為電信運營商重要的業務收入來源。至2009年3月份,全球寬帶用戶已達到4.29億,其中數字用戶線(DSL)仍然占據寬帶市場的主導地位,占比為64.6%;電纜調制解調器用戶占比為20.7%;光纖寬帶用戶達到5 340萬,占比為12.4%,但用戶增長速度最快(2009年第1季度光纖寬帶的增長率為5.69%,同期DSL和電纜調制解調器分別為3.7%和3.8%)。

寬帶接入區域發展差別較大。從光纖寬帶部署進度看,呈現“日韓激進、北美積極、歐洲起步”的總體特點,目前已有20個國家和地區的光纖入戶普及率超過了1%,其中韓國以44%的光纖入戶普及率領先世界其他地區,香港、日本和臺灣分別以28%、27%和12%的比例居于第2到第4名;從建設模式看,日本為光纖到戶(FTTH)為主,光纖到樓/路邊(FTTB/C)為輔,而北美則呈現FTTH和FTTB/C并存的特點;從采用的技術來看,日本以EPON技術為主,而北美和歐洲選擇了GPON。

寬帶接入快速發展主要有賴于技術驅動、市場驅動、政策驅動。

(1)技術驅動

近年來,以EPON和GPON為代表的光接入技術產業鏈逐步成熟,技術和產品不斷完善,價格逐步下降,光纖接入網規模應用的時機已經來臨。相比較而言,EPON技術和產業鏈已經非常成熟,近年來GPON技術發展也較快,技術和產業鏈也逐步成熟。

(2)市場驅動

許多發達國家各類網絡應用系統十分成熟完善,網上辦公、網上購物、網絡游戲、影視娛樂、網絡教育比較普及,上網已經成為百姓日常生活中必不可少的手段,為寬帶接入的快速發展奠定了應用基礎。

(3)政策驅動

許多國家采取一些支持寬帶發展的政策措施,包括:提出國家發展戰略或有關計劃,確定發展目標;政府投入資金或減免稅支持網絡建設和有關研發,特別是在寬帶普遍服務領域;區別于銅纜必須開放的非綁定政策,對光纖接入的開放適當放松,增加運營企業的積極性;加快電信企業獲得網絡電視(IPTV)許可的時限。

為應對金融危機,一些國家將寬帶作為重點投資方向。美國奧巴馬政府約8 000億美元的經濟刺激計劃中,有約70億美元用于寬帶補貼;英國2 000億歐元的經濟刺激計劃中,有約50億歐元用于提升寬帶基礎設施;德國計劃2.38億美元用于人口稀少地區部署寬帶基礎,以實現到2010年實現中國范圍的寬帶普及。

2 中國寬帶接入技術及應用情況

2.1 發展較快,整體水平有待提高

中國的寬帶用戶規模世界第一,家庭普及率與世界水平相當,但與發達國家水平有一定差距,人口普及率與世界發達國家水平有較大差距。

中國寬帶用戶近年來發展非常迅速,到2008年底,中國的寬帶用戶數已經達到8 400萬,寬帶用戶規模已居世界首位,家庭普及率達到22.6%的世界平均水平(按中國3.7億家庭計算),但不到經濟合作發展組織(OECD)30國一半,與世界前10位的國家和地區的平均水平86%相距甚遠,且農村地區還不到4%。人口普及率僅達到6.5%,與世界發達國家的水平(世界排名前10位的國家和地區的平均水平為33.2%)有較大差距。

中國的寬帶網絡可提供的帶寬能力與世界發達國家有一定差距,農村地區尤其薄弱。

據統計,中國目前寬帶網絡可提供的網絡接入帶寬平均4 Mbit/s,實際使用的帶寬不足1 Mbit/s,與OECD 30國9.2 Mbit/s的平均水平有很大差距,遠低于韓國和日本50 Mbit/s的水平,農村地區行政村的寬帶覆蓋率約67%,平均帶寬在1 Mbit/s左右。

2.2 DSL接入為主,光纖接入進入規模發展期,無線接入發展一般

到2008年底,中國寬帶用戶中,DSL用戶6 702.6萬,占比80%。近兩年來,中國電信運營企業大力推進光進銅退,實施接入網光纖化戰略,到2009年3月底,中國光纖接入網采用無源光網絡(PON)技術的整體建設規模已經超過1 000萬寬帶用戶端口,并將繼續加快光纖接入的步伐,實現光纖盡可能向用戶延伸,城市提高速率、農村擴大覆蓋,光纖寬帶建設以FTTB/C為主、FTTH為輔。據統計,中國光纖接入用戶(采用PON技術)約300萬戶,其中光纖到戶的用戶不足10萬,與日本光纖到戶1 400萬、韓國光纖到戶44%的普及率有很大差距。無線接入(固定無線接入、Wi-Fi等)由于市場定位、頻譜管制、技術能力等各種原因發展一般,目前只作為有線接入的必要補充。

3 對中國寬帶接入水平和對產業拉動影響預測及相關政策建議

3.1 2012年前后寬帶接入發展水平預測

根據各種資料進行預測,中國到2012年前后寬帶接入發展將達到如下水平:寬帶用戶規模達到1.75億,人口普及率達到13.0%,家庭普及率達到47.8%;城鎮地區寬帶接入覆蓋率達到90%,商業樓宇的光纜通達率達到100%,城鎮家庭8 Mbit/s接入速率覆蓋率達到95%,20 Mbit/s及以上接入速率達到75%;農村地區行政村的光纜通達率超過90%(偏遠地區采用光纖加無線方式),行政村2 Mbit/s接入速率覆蓋率達到90%,4 Mbit/s接入速率覆蓋率達到80%。對中國寬帶接入用戶數及占互聯網接入用戶數比例預測如圖1所示。

3.2 未來3年寬帶發展對產業及消費的拉動

初步估算,在國家給予一定資金和財稅政策支持下,中國寬帶網絡投資規模3年約2 000億元,可直接拉動消費(寬帶接入業務收入)增加值3年累計約1 200億元(按照3年寬帶用戶每年平均增加2 000萬元、用戶的每用戶平均收益(ARPU)值為80元計算),并相應帶動網絡設備和信息終端設備生產等相關產業的發展。其中對上游網絡設備、光纖光纜制造業的投資拉動約1 000億元(按制造業的毛利潤為25%,總計投入中的原材料和固定資產折舊占比60%計算),帶動信息終端(電腦、上網本等)的銷售為750億元(3年新增用戶5 200萬,其中50%要購買信息終端,單臺終端價格按3 000元計)。

3.3 對發展寬帶的政策建議

建議在國家信息化發展戰略的基礎之上,制訂中國寬帶發展規劃,提出中國的寬帶發展戰略構想,確定中國寬帶發展的目標,制訂整體實施計劃,提出相應的政策和保障措施。

建議推動中國寬帶發展的具體措施:

(1)建立從國家到地方層面推動寬帶發展的綜合體系,充分利用地方政府的積極性發展寬帶基礎設施和業務應用,將寬帶設施建設納入城市基礎設施建設的范疇之中,要求各地方政府為寬帶網絡建設出臺相關的管理規定和保障措施。

(2)按照東中部地區、城市和農村地區分區域、分階段、有步驟積極穩妥地推動寬帶發展,建議首先在經濟發達地區率先實施并建立中國示范點,積累經驗后面向中國加以推廣。

(3)以直接投入引導資金、貼息貸款、稅收減免等方式支持寬帶建設,特別是對農村地區和經濟不發達地區的寬帶建設采取鼓勵政策。在經濟不發達的農村地區應將寬帶服務納入實施普遍服務框架中,并采用直接的財政補貼方式降低農民使用寬帶的門檻,提高農村的寬帶普及率。

(4)制訂相關政策,完善配套措施,主要在法律法規、市場監管、財政稅收、產業發展、科技創新等方面圍繞中國的寬帶發展出臺相應的管理措施,加速寬帶產業鏈的升級、改善寬帶的建設環境、推動寬帶應用發展。

4 光纖寬帶是固網寬帶接入發展的必然選擇

從整體發展趨勢來看,寬帶接入網發展趨勢正從傳統的銅線接入網向“有線銅退光進,無線寬帶移動化,有線無線相互補充,實現無縫接入”的目標演進,應該說,光纖寬帶是固網寬帶接入發展的必然選擇。

隨著運營商重組的實施和3G牌照的發放,中國三大基礎電信運營商實行全業務經營已然清晰。有線接入網作為基礎承載網絡,需要承載話音、數據、視頻甚至企業接入、移動基站回傳等多種業務。傳統的銅線接入網由于受限于信號的傳輸衰減,一般端局的覆蓋范圍在3 km以內,端局數量很多,這對運營商的機房及配套設施建設和運營成本控制都帶來了挑戰。端局分布較散,還需要增加城域匯聚層,直接導致城域范圍內網絡層次較多,結構復雜,網絡運行維護成本增加。光接入網的引入,其覆蓋范圍達到20 km,保證了光線路終端(OLT)從光接入網建網初期就可以提升到傳統的城域匯聚節點處,從而簡化了接入網匯聚層的網絡結構,也節省了端局的數量。無論對于傳統固網運營商的網絡升級和改造,還是缺少機房資源的新興寬帶運營商新建網絡都非常重要。因此,在加快光纖接入應用的同時,應注意統籌規劃、集中設置OLT,實現“大容量、少節點”部署,實現有線接入網的網絡結構優化。另外,光接入網的“大容量、高接入帶寬、高可靠性、多業務服務質量(QoS)等級支持能力”的特點,也決定了接入網向統一、融合、高效承載平臺的方向演進成為了現實可能。

在實際建設中,光接入網還面臨多重挑戰,有些問題需要綜合考慮。

4.1 建設和運營維護

“光進銅退”的實施、光纖寬帶網絡建設除了考慮系統設備之外,還應該加強接入光纜、OLT、ODN的整體規劃;同時要加強前后端聯動,供電保障、IT支撐、工程建設、運行維護等各項工作,盡快將接入能力轉化為業務與服務能力。從實際的情況來看,目前光纖寬帶部署中面臨的很多問題,都在于運營商的基層部門對光纖接入網的網絡建設,以及運營維護的能力和經驗不足,尤其是運營維護方面的問題顯得特別突出。

這主要表現在幾個方面。第一,設備開通、配置、升級繁雜;設備種類和網元數量增多,管理維護繁雜;多業務配置和業務發放涉及到多個設備、多套后臺支持系統,操作復雜。第二,隨著光纖逐步下移,需要維護管理的遠端節點成倍增加;遠端設備走出機房,設備的運行環境較差,故障率增加;設備分布廣,故障現場處理工作量大。這些問題,都對光纖寬帶的設備管理、設備開通、業務發放、故障監控、網絡安全控制能力提出了很高的要求。

4.2 PON OLT的容量設置

“大容量、少局所,網絡扁平化”的趨勢意味著OLT覆蓋的用戶數量增加,相應地,對OLT容量也提出了新的要求。也就是說,OLT設備的單板PON口數量、單板總線帶寬、上行端口容量以及系統的交換能力需要相應提高。目前業內已經出現了800G交換容量、單板8個PON口,10G上聯口的大容量OLT設備,反映的就是這樣的趨勢。

在網絡層次簡化的情況下,OLT設備優先考慮直接上聯寬帶接入遠程服務/業務路由器(BRAS/SR)設備。此外,未來OLT容量會越來越大,覆蓋的用戶數量較多,對于光纖寬帶網絡可靠性的要求也越來越高。這時,對于PON設備本身,就需要考慮對OLT設備的重要部件進行保護(如電源板、主控板、上聯板的冗余保護)。在組網保護方面,對于重要客戶或關鍵業務,OLT需提供雙上聯保護,以避免單點故障、實現可靠接入。

在光纖寬帶建設初期,對于直連BRAS/SR的OLT設備,可通過鏈路捆綁或虛擬路由冗余協議(VRRP)方式,實現上聯鏈路的冗余保護;后續則可引入電信級以太網保護技術,實現OLT主備鏈路間的毫秒級保護,以及OLT的BRAS/SR雙歸屬配置。

4.3 光纖寬帶對PON ONU的要求

在FTTB/C模式下,PON遠端設備光網絡單元(ONU)在功能以及性能方面,都應保證網絡和業務的需要。PON ONU設備應支持VLAN 1∶1和N∶1轉換功能、跨虛擬局域網(VLAN)組播復制等功能;滿足QoS部署要求,支持802.1P和基于優先級的隊列調度;ONU應根據業務發展需要提供內置語音功能。

不同的樓宇應用場合,對ONU的端口密度有不同要求,一般情況下8、16、24、32端口就可以覆蓋各種環境。ONU寬窄帶的比例應根據業務滲透率進行選擇。為保證長期運行性能,ONU應能在-10℃～55℃環境中工作,并具有良好的散熱設計。插卡式ONU可以使用風扇散熱,但風扇壽命至少超過5萬小時;對于一體化ONU,考慮到樓道特殊安裝環境對住戶的影響,應采用自然散熱設計,不建議使用風扇。ONU還應具有良好的防雷性能,電源口和DSL/POTS口具有4 kV雷擊防護能力,并提供溫度、市電/電池、門禁等方式的遠程監控。ONU主要采用交流220 V或直流-48 V的本地供電,并可根據實際需要選裝電池或UPS備電。ONU設備形態應滿足樓道狹窄環境的安裝要求,不宜太高。

面臨已經到來的全業務運營時代,ONU作為末端接入設備也可以根據運營商的需要支持基站承載、中小商業用戶專線接入的應用場景。在ONU應用廣泛的光進銅退場景,ONU平臺架構應該支持從現有的ADSL2+,到VDSL2或LAN的平滑升級,以支撐業務帶寬的平滑升級。

4.4 光纖寬帶設備的管理

引入PON系統后,網絡管理維護面臨新的問題:接入點數量增加、業務從單一業務向多業務轉變、業務管理更加精細化、光纜網絡的維護量增加等等。采用PON的光接入網絡規模部署后,ONU的數量非常多,對ONU的操作管理維護也非常重要。

FTTB模式下PON ONU的管理維護,采取OAM+SNMP協議(EPON)或者OMCI+SNMP聯合管理。運行、管理和維護(OAM)或OMCI負責PON協議相關功能的管理;簡單網絡管理協議(SNMP)接口負責端口、協議和業務的相關功能。FTTH模式下PON ONU的管理采取OAM/OMCI+TR-069聯合管理。

對于采用FTTB模式的PON OLT及ONU設備的管理和配置,可在廠家PON設備網管基礎上,提供北向接口方式,或由PON設備直接開放SNMP MIB庫方式,支持IP城域網網管和軟交換網管,對其進行VLAN、QoS及話音接入等業務信息的遠程配置管理。

FTTH模式的內置語音接入設備,可采用基于TR-069的ACS管理系統,或暫由PON網管系統進行管理,原則上不再為FTTH語音接入設備新建獨立的網管系統。對于FTTB的內置語音接入設備,可由不同的廠家網管系統管理各自的網元設備。對于少量新建的外置綜合接入設備(IAD),可考慮納入同廠家的PON網管系統。接入網關設備應由軟交換網管統一管理。

4.5 綜合業務承載能力

光纖寬帶網絡建設應充分考慮滿足未來多業務統一承載的需求,具備按客戶、業務區分和差異化的承載能力,滿足語音、視頻等業務的高質量接入。光纖寬帶接入網絡應部署基于802.1P的QoS策略,并在OLT和ONU設備部署相應的優先級隊列,具備相應的業務流分類、優先級標記、優先級隊列調度,以實現基于業務優先級的包轉發,保障不同業務的質量。

在無線局域網(WLAN)功能方面,為了適應未來網絡發展的需要,PON設備應支持VLAN Stacking功能。其中,外層VLAN TAG可以用于標志業務,也可以用于表示OLT設備;內層VLAN TAG可以用于表示不同用戶或同一用戶的不同業務,并支持1∶1和N∶1 VLAN映射功能。

4.6 多業務承載對業務控制層的影響

業務接入控制層分為單邊緣和多邊緣兩種結構。一個用戶所有的業務流量,終結在同一臺業務接入控制設備上,為單邊緣結構。一個用戶不同的業務,終結在不同的業務接入控制設備上,為多邊緣結構。

光纖寬帶網絡綜合業務承載的支持能力,將對城域網的業務控制層帶來相應的影響。對于重要的政企客戶通過SR接入;對于公眾用戶和中小政企客戶,如IP城域網配置了功能完善、性能高的BRAS設備,優先采用單邊緣結構組網;對于業務量較大、BRAS設備不能較好地支持多業務接入控制的情況,可采用多邊緣結構組網。同一城域網可同時采用單邊緣和多邊緣混合組網。

統籌考慮IPTV、WLAN和VoIP等多業務的需要,在IP城域網內應考慮DHCP的引入,并逐步建設DHCP平臺。DHCP平臺管理系統可集中部署。在DHCP系統安全性、可靠性、擴展性要求不高的情況下,直接在BRAS/SR上開啟DHCP Server功能。根據業務的實際需求,結合Radius及相關支撐系統的改造,引入可集中管理的IPoE接入認證方式,適應永久在線和有組播需求的業務。

5 參考文獻

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[2] 曹淑敏. 無線通信發展的趨勢——寬帶化、移動化[J]. 中興通訊技術, 2008,14(1):1-4.

收稿日期:2009-08-06

敖立,信息產業部電信研究院通信標準研究所副所長、高級工程師,中國通信標準化協會傳送網與接入網技術工作委員會副主席兼接入網工作組組長,中國通信標準化協會家庭網絡特設任務組組長,ITU-T SG15中國對口專家組成員。已發表文章30余篇,著專著2部。