無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)探討

摘要:寬帶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的增加，使得PON技術(shù)得到了越來越多的應(yīng)用。介紹了PON技術(shù)的概念、組成、工作原理及特點(diǎn)，并且對(duì)APON、EPON和GPON技術(shù)進(jìn)行了綜合分析比較。

關(guān)鍵詞:無源光網(wǎng)絡(luò);APON;EPON;GPON

中圖分類號(hào):TN929.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3198(2010)02-0256-02

1 引言

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展和個(gè)人電腦的普及，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量激增，傳統(tǒng)的銅纜接入方式顯然已經(jīng)無法滿足通信業(yè)務(wù)量增長的需求。由于光纖具有傳輸頻帶寬、容量大、損耗低、抗干擾能力強(qiáng)、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，非常適合作為高速、寬帶業(yè)務(wù)的傳輸媒體。而在各種光接入技術(shù)中，PON(無源光網(wǎng)絡(luò))技術(shù)由于采用無源節(jié)點(diǎn)、敷設(shè)和運(yùn)行維護(hù)成本低、對(duì)業(yè)務(wù)透明和易于升級(jí)等優(yōu)點(diǎn)而備受關(guān)注。

2 PON系統(tǒng)的組成、各部分功能及工作原理

無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)是最新發(fā)展的點(diǎn)到多點(diǎn)光纖接入技術(shù)，由于它采用光纖作為傳輸媒介，因此能提供無限的帶寬。而采用光分配網(wǎng)絡(luò)的方案，更增加了組網(wǎng)的靈活性，如組成數(shù)型、星型、總線型等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(典型結(jié)構(gòu)為樹型結(jié)構(gòu))，克服了局端到多用戶的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接方式所帶來的經(jīng)濟(jì)成本和帶寬的浪費(fèi)。特別是隨著光纖向用戶日益推進(jìn)，其綜合優(yōu)勢(shì)越來越明顯。

無源光網(wǎng)絡(luò)PON(Passive Optical Network)的定義: PON是一種應(yīng)用于接入網(wǎng)，局端設(shè)備(OLT)與多個(gè)用戶端設(shè)備(ONU/ONT)之間通過無源的光纜、光分/合路器等組成的光分配網(wǎng)(ODN)連接的網(wǎng)絡(luò)。在OLT(光線路終端)和ONU(光網(wǎng)絡(luò)單元)之間的ODN (光分配網(wǎng)絡(luò))沒有任何有源電子設(shè)備的光接入網(wǎng)。

無源光網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成(附原理圖):

OLT(Optical Line Terminal)-光線路終端，OLT位于局端，它是一個(gè)多業(yè)務(wù)提供平臺(tái)，提供PON系統(tǒng)與核心數(shù)據(jù)、視頻和電話網(wǎng)絡(luò)間的接口。OLT可提供各種廣域網(wǎng)接口，可與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、話音網(wǎng)關(guān)、IP等設(shè)備相連;還可提供吉比特以太網(wǎng)接口，OLT根據(jù)需要可配置多塊光線路卡。

ONU(Optical Network Unit)-光網(wǎng)絡(luò)單元，ONU提供用戶的數(shù)據(jù)、視頻和電話網(wǎng)絡(luò)與PON間的接口。ONU的主要功能是接收光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為用戶需要的形式，如電話語音、E1、以太網(wǎng)信號(hào)等。

ODN(Optical Distribution Network)-光分配網(wǎng)，ODN (光分配網(wǎng)絡(luò))即光耦合器能使在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)在特殊結(jié)構(gòu)的耦合區(qū)發(fā)生耦合，進(jìn)行光功率的再分配(既可進(jìn)行分路，也可進(jìn)行耦合)，構(gòu)成各種分光比光纖網(wǎng)絡(luò)，因此又稱光功率分配器。

3 PON技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

相對(duì)成本低，維護(hù)簡(jiǎn)單，容易擴(kuò)展，易于升級(jí)。PON結(jié)構(gòu)在傳輸途中不需電源，沒有電子部件，因此容易鋪設(shè)，基本不用維護(hù)，長期運(yùn)營成本和管理成本的節(jié)省很大。

無源光網(wǎng)絡(luò)是純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，徹底避免了電磁干擾和雷電影響，極適合在自然條件惡劣的地區(qū)使用。

PON系統(tǒng)對(duì)局端資源占用很少，系統(tǒng)初期投入低，擴(kuò)展容易，投資回報(bào)率高。

提供非常高的帶寬。EPON目前可以提供上下行對(duì)稱的1.25Gb/s的帶寬，并且隨著以太技術(shù)的發(fā)展可以升級(jí)到10Gb/s。GPON則是高達(dá)2.5Gb/s的帶寬。

服務(wù)范圍大。PON作為一種點(diǎn)到多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，以一種星形的結(jié)構(gòu)來節(jié)省資源，服務(wù)大量用戶。用戶共享局端設(shè)備和光纖的方式更是節(jié)省了用戶投資。

帶寬分配靈活，服務(wù)有保證。G/EPON系統(tǒng)對(duì)帶寬的分配和保證都有一套完整的體系?？梢詫?shí)現(xiàn)用戶級(jí)的SLA。

4 三種PON技術(shù)的比較

4.1 APON

APON技術(shù)的核心部分采用ATM技術(shù)。

利用ATM的集中和統(tǒng)計(jì)復(fù)用特性，提供從窄帶到寬帶等各種業(yè)務(wù)，不僅支持可變速率業(yè)務(wù)，也支持時(shí)延要求較小的業(yè)務(wù)，具有支持多業(yè)務(wù)多比特率的能力。

對(duì)稱速率(155.52Mbit/s)和非對(duì)稱速率(下行622.08Mbit/s，上行155.52Mbit/s)。

傳輸距離最大20KM。支持的光分路比在32-64之間。

APON技術(shù)具備綜合業(yè)務(wù)接入、QoS服務(wù)質(zhì)量保證等獨(dú)有的特點(diǎn);與有源光接入網(wǎng)和銅纜接入網(wǎng)相比，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠和易維護(hù)，能提供相對(duì)高速的接入速率;由于標(biāo)準(zhǔn)化時(shí)間較早，已有成熟商用化產(chǎn)品等等優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)然APON技術(shù)也存在利用ATM信元造成的傳輸效率較低;帶寬受限;系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜、價(jià)格較貴;需要進(jìn)行協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換等缺點(diǎn)。

4.2 EPON

EPON是基于以太網(wǎng)的PON。是現(xiàn)階段的主流技術(shù)，在日本和韓國已有千萬量級(jí)的商用，我國各運(yùn)營商已進(jìn)行規(guī)模商用部署。

EPON可以支持1.25Gbps對(duì)稱速率，現(xiàn)在速率已升級(jí)到10Gbps。EPON下行幀周期為2ms。每幀開頭是長度為1字節(jié)的同步標(biāo)識(shí)符，用于OLT與ONU之間的時(shí)鐘同步;隨后是長度不同的數(shù)據(jù)包。這些數(shù)據(jù)包按照IEEE802.3協(xié)議組成，每個(gè)數(shù)據(jù)包包括信頭、長度可變的信息凈荷和誤碼監(jiān)測(cè)域三部分。每個(gè)ONU分配一個(gè)數(shù)據(jù)包。EPON上行幀周期也為2ms，每幀包含許多可變長度的時(shí)隙，每個(gè)ONU分配一個(gè)，用于向OLT發(fā)送上行數(shù)據(jù)。

4.3 GPON

GPON技術(shù)針對(duì)1Gbit/s以上的PON標(biāo)準(zhǔn)，除了對(duì)更高速率的支持外，還是一種更佳、支持全業(yè)務(wù)、效率更高的解決方案。

引入通用成幀協(xié)議(GFP) ，能將任何類型和任何速率的業(yè)務(wù)進(jìn)行原有格式封裝后經(jīng)由PON傳輸，而且GFP幀頭包含幀長度指示字節(jié)，可用于可變長度數(shù)據(jù)包的傳遞，大大提高了傳輸效率。因此能更簡(jiǎn)單、通用、高效地支持全業(yè)務(wù)。

GPON提供1.244和2.488Gbit/s的下行速率和所有標(biāo)準(zhǔn)的上行速率。

傳輸距離可達(dá)20KM(邏輯60KM)。支持的光分路比在64-128之間。

對(duì)三種技術(shù)的詳細(xì)比較如表1所示。

上行可用帶寬(Mbit)500(在上行速率為622Mbit/s的情況下)760~8601100(在上行速率為1.244Gbit/s的情況下)

線路編碼NRZ8B/10BNRZ

優(yōu)點(diǎn)

1.支持話音、視頻等實(shí)時(shí)業(yè)務(wù);2.服務(wù)質(zhì)量保證和服務(wù)等級(jí)保證;3.完善的操作維護(hù)管理系統(tǒng)。

1.以太網(wǎng)技術(shù)成熟、設(shè)備成本低;

2.靈活支持基于IP的綜合業(yè)務(wù)和多種服務(wù)質(zhì)量管理;

3.設(shè)備價(jià)格低、通用性好。

1.承載快速以太網(wǎng)和T1/E1電路，不需要額外開銷，也不會(huì)增加復(fù)雜性;

2.支持VLAN交換和其它新的以太網(wǎng)業(yè)務(wù);

3.綜合業(yè)務(wù)支持能力強(qiáng)，尤其是對(duì)TDM業(yè)務(wù)的支持與繼承。

缺點(diǎn)

1.帶寬擴(kuò)展受限;

2.未規(guī)定視頻業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)，不能使不同廠家的網(wǎng)卡互通;

3.效率低、技術(shù)復(fù)雜、成本高，不適合向所有用戶推廣應(yīng)用。

1.QoS問題和流量控制待解決，尤其是針對(duì)數(shù)據(jù)E1業(yè)務(wù)需求;

2.無法傳送高質(zhì)量保證的實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù);

3.還缺乏電信級(jí)的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)管理。

1.成本較于EPON比較高;

2.在僅承載以太網(wǎng)業(yè)務(wù)時(shí)優(yōu)勢(shì)不明顯。

成本高低較高

標(biāo)準(zhǔn)狀況ITU―T G.983.x，已完善IEEE 802.3ah，已基本制定完成ITU―U G.984.x，基本完善

升級(jí)容易程度困難一般一般

技術(shù)成熟度成熟成熟成熟

綜上所述，APON、EPON和GPON各有其優(yōu)、缺點(diǎn)。

APON最成熟，但業(yè)務(wù)提供能力有限、性價(jià)比低，無法滿足長遠(yuǎn)的發(fā)展，不建議大力發(fā)展，僅滿足某些特定區(qū)域的接入需求。

EPON/GEPON簡(jiǎn)單、高速、成本低、用戶面廣，技術(shù)、產(chǎn)品相對(duì)GPON成熟，是中近期可以大力發(fā)展的無源技術(shù)。

GPON透明傳輸、高速高效、電信級(jí)服務(wù)，是發(fā)展的趨勢(shì)，但成本相對(duì)高，商業(yè)化程度低，是中遠(yuǎn)期大力發(fā)展的無源技術(shù)。

GPON的市場(chǎng)定位與EPON不同，兩者相互補(bǔ)充的。

5 結(jié)語

PON作為一種接入網(wǎng)的發(fā)展方向，順應(yīng)了目前Internet業(yè)務(wù)不斷增長的趨勢(shì)。由于EPON的低成本、高容量、易維護(hù)等特點(diǎn)，應(yīng)當(dāng)成為穩(wěn)定、能平滑升級(jí)的接入網(wǎng)的首選解決方案。在今后有線電視網(wǎng)、電話網(wǎng)和數(shù)據(jù)網(wǎng)三網(wǎng)合一的時(shí)候，EPON接入網(wǎng)更具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。尤其是EPON技術(shù)基于以太網(wǎng)架構(gòu)，順應(yīng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)IP化發(fā)展趨勢(shì)，已經(jīng)大規(guī)模的發(fā)展和應(yīng)用。而GPON技術(shù)隨著標(biāo)準(zhǔn)的成熟和成本的降低，將會(huì)在未來的寬帶接入市場(chǎng)發(fā)揮更大的作用。