基于GPON技術及應用模式探討

孫剛

（中國鐵通亳州分公司，安徽 毫州 236000）

1 GPON系統組成

GPON系統主要由OLT(光線路終端)、ODN(光分配網絡)、ONU(光網絡單元)組成,其中ODN由光分路器和光纖線路等組成。OLT放置于業務接入中心節點,為接入網提供網絡側與城域網之間的接口,通過多個GE/FE接口上聯不同的業務網絡;ONU放置于小區或樓內機房,為接入網提供用戶側的接口,提供語音、數據、視頻等多業務流的接入,通過GE光口經ODN上聯至OLT。

2 GPON的技術特點

高帶寬和高傳輸效率,下行速率高達2.488Gbit/s,上行為1.244Gbit/s,可以滿足運營商對未來業務的接入帶寬需求,使用GEM的封裝方式時,綜合傳輸效率在93%以上。

單纖接入,使用單根光纖就可以滿足用戶的接入需求,可以大量節省運營商在接入層饋線段的光纖資源。

可以支持的接入距離更遠 (大于20km)。針對FTTB開發的GPON系統,其OLT到ONU的最遠接入距離可以達到60km以上。

作為電信級的技術標準,對設備的互操作性能有詳細的要求,對各種業務類型都能提供相應的QoS保證,GPON還規定了在接入網層面上的保護機制和完整的OAM功能,光纖自動倒換時間小于50ms。

位于室外的光分配網中只有物理介質特性非常穩定的光纖和無源分光器,沒有任何有源設備,使得網絡具有高可靠性。

在接入網層面上提供一個統一的接入平臺,節約了運營商維護和處理故障的成本。

3 目前GPON產品的市場定位和應用模式

GPON技術是一種寬帶光接入技術，其產品定位必然是接入網。接入網是一個網絡級的概念，它位于整個通信網絡的末端，即電信網中最靠近最終用戶的業務接入層。而光纖接入網自身的網絡結構可根據用戶數量、業務種類等因素，細分為主干層、配線層和引線層三層結構。GPON設備的市場定位實際上是和運營商目前在接入網層面上光纖化的具體進程有關。目前，運營商在接入層光纖化的基本策略都是相同的，即從接入網層面的饋線段、配線段到最終的引線段逐段逐步實現光纖化，最終的目標即FTTH(光纖到戶)。目前，中國的運營商都已經基本實現全部饋線段和大部分配線段的光纖化，而引線段的光纖化的過程相對而言顯得步伐沉重而緩慢。這當中的原因很多，主要的原因有以下幾點：

(1)主流運營商的用戶銅線資源非常豐富，資產沉淀厚重，目前利用銅線承載的寬帶接入技術(xDSL)設備及技術規范成熟，價格低廉，目前的帶寬也能夠滿足絕大多數家庭用戶和一部分中小型企業的應用需求，并且其帶寬還有進一步擴展的能力 (目前成熟的VDSL技術已經可以將實際應用的接入速率提高至 10M以上)；

(2)配套的工程技術規范不成熟，配套施工的技術復雜且費用高昂；

(3)目前還沒有真正家庭用戶需要的基于高帶寬的數據應用，FTTH的高帶寬無用武之地；

(4)設備本身的成本相對過高，限制了FTTH技術的推廣。

作為一種專用的接入網技術，GPON是實現FTTH的最佳技術。其技術規范所規定的最終目標就是實現所有終端用戶的接入。為此，其規范規定了一系列面向家庭用戶的終端接口，如普通音頻脈沖電話 RJ11接口，基于VoIP的電話接口，有線電視同軸電纜RF接口等。但是，正如前面所述的，FTTH(即將GPON設備的ONU終端放在普通家庭中使用 )的應用目前仍然面臨著成本過高等問題。那么在目前的市場形勢下，GPON設備的市場定位是否準確，直接確定了這一優秀技術的市場和技術前景。

由于各個運營商目前在接入網的傳輸網絡建設中已經實現了饋線段和配線段的光纖化，目前FTTn(光纖到節點)的應用時機已經相當成熟。這里的n可以代表一棟商務樓(FTTB)、一個用戶小區(FTTP)、一個多用戶群(FTTM)、一個路邊接入點(FTTC)、一個辦公室或小型商戶企業 (FTTO)；FTTn的應用場合很多，可以選擇的設備范圍也較大。在FTTn的應用中，GPON設備可以顯示出其獨特的優勢：專用的接入網技術規范，適用于接入網的應用環境：為終端用戶提供真正源模式的TDM服務和高質量的以太網接入服務；無源光網技術，整個光分配網(ODN)沒有有源器件，可維護性好，可靠性高，可以大大降低接入網絡的維護成本，使運營商的接入網絡具有更強的網絡持續發展能力和生存能力；接入距離遠 (大于35km)，覆蓋范圍廣，可以適應中國包括農村地區的接入要求；組網結構靈活，可以在接入層面實現星型、樹形、總線形、環形等各種網絡拓撲結構。同時，具有實現全程雙向點對點的線路保護能力。滿足了運營商對業務增長和拓撲結構變化的需求；帶寬高達 2.5Gbit/s，網絡帶寬綜合利用率高達93%，可以滿足未來的高帶寬用戶的應用需求；單纖傳輸，節省運營商的主干光纖資源；相對于其他的 FTTn手段，性價比高。綜上所述，目前GPON技術的最佳應用場合是FTTn。利用其綜合接入性能，為運營商提供高質量的數據、語音乃至視頻服務。

4.4 EPON與GPON技術比較

GPON與EPON最主要的區別表現在TC幀結構上。GPON通過ATM和GFP兩種協議承載不同類型的用戶數據。它的上、下行幀長均為125μs。下行采用TDM方式，上行采用時分多址（TDMA）接入技術。上行幀由復用的突發傳輸時隙（slot）組成，每幀包括一個或多個ONU的傳輸時隙，通過下行幀的USBWmap（上行帶寬映射）域指示相應ONU的上行數據發送。而EPON幀格式基本與IEEE802.3的以太數據幀格式兼容，只在以太幀中加入時標及識別等信息，Ethernet PON數據通過不定長的數據包傳輸。

GPON在用戶凈荷數據段承載ATM信元和（或）GFP幀。在OLT授權給ONU的上行發送時隙中，OLT盡量使分配給ONU的ATM凈荷塊為53字節的整數倍長，如果凈荷不是信元的整數倍，將進行碎片填充。信元總是被安排在凈荷的開頭部分。GPON對ATM信元定界沒有嚴格的要求，但必須確保信元頭中的HEC字節的校驗。在GFP區段，超過上行幀范圍的GFP幀可被分片，沒有碎片產生，不會帶來任何效率損失。在操作完成前，OLT必須要求能夠維持多個GFP定界和緩沖分片幀。

因此，從標準和理論上說，GPON與EPON相比有兩個優勢，效率高、支持以太網之外的業務。EPON效率較低是因為使用8B/10B編碼作為線路碼，其本身就引入20%的帶寬損失，1.25Gbit/s的線路速率在處理協議本身之前實際就只有1Gbit/s了。GPON系統都使用擾碼作為線路碼，其機理與SONET或SDH一樣，由于只改變碼，不增加碼，所以沒有帶寬損失。在支持多業務方面，GPON能夠同時承載ATM信元和（或）GFP幀，有很好的提供服務等級、支持QoS保證和全業務接入的能力；而EPON目前的標準和一些廠商提供的設備均支持TDM業務。

5 結語

使用GPON技術在接入網層面上提供一個統一的接入平臺,節約了運營商維護和處理故障的成本,可以在現階段解決絕大部分FTTn的業務需求。同時,在運營商FTTn的應用中可以充分體現其廣覆蓋、高帶寬、雙纖保護等特點,并且位于室外的光分配網中只有物理介質特性非常穩定的光纖和無源分光器,沒有任何有源設備,使得網絡具有高可靠性。相信隨著設備成本的降低,GPON在接入網中的應用會越來越廣泛。

[1]余景文.GPON技術的研究[J].電信網技術，2004年11期.

[2]劉麗敏,陳雪.無源光網絡的新技術--GPON[J].現代電信科技，2003年12期.