WDM PON設備淺析

宋國棟

烽火通信科技股份有限公司

隨著“寬帶中國”概念的提出以及“三網融合”的進一步發展，我國寬帶市場即將迎來新一輪的建設高峰。目前接入網中應用的主要是EPON和GPON設備，隨著 “物聯網”、“云計算”的出現，用戶后續對帶寬的需求將進一步提高，繼續使用EPON和GPON設備將無法滿足普通用戶需求，因此，如何提高接入網帶寬是運營商和設備廠商需要解決的難題。

1 TDMA PON設備面臨的問題

TDMA PON設備在下行方向采用廣播方式進行數據傳輸，使用波長為1 490 nm；上行方向采用時分復用（TDMA）方式進行數據傳輸，使用波長為1 310 nm。因此，TDMA PON設備不可避免地面臨如下問題。

（1）數據安全問題

TDMA PON設備在下行數據傳輸時采用廣播方式，一個ONU將會收到同一個OLT下其他ONU的數據，這對于數據安全將是一個考驗。越來越多的用戶數據中包含用戶的銀行賬號和密碼信息，所以普通用戶也會更加注重網絡中的數據安全問題。雖然可以通過相關的三重攪動和AES對數據進行加密，但這又會帶來新的開銷，浪費一定的帶寬。

（2）運行維護成本問題

TDMA PON設備中的ONU都是被動式發光的，只有在OLT分配的發光時隙內才能發光，ONU的激光器工作在突發模式。激光器從關斷到正常發光需要一個建立過程，所以ONU設備需要縮短這個時間，這會增加一定的設備成本。與此同時，每個ONU到OLT的距離不同，且不同ONU隨溫度、環境變化而產生的時延也不同，因此OLT在分配時隙時需要對這些時延進行補償。由此可見，在TDMA PON中，必須嚴格控制上行方向時隙，否則會造成數據沖突。

（3）帶寬限制問題

TDMA PON設備在上行方向采用時分復用的數據傳輸方式，所有ONU在上行方向共享帶寬。TDMA PON中采用了DBA和SBA機制來控制帶寬的分配，但帶寬利用率不高。雖然GPON設備中引入了T-CONT的概念，能夠在一定程度上提高上行帶寬利用率，但當PON口下所帶的ONU增多時，會不可避免地減小已運行ONU的帶寬，所以上行帶寬受到了很大的限制。下行方向是廣播方式，帶寬也受限于10 Gbit/s內，想要進一步提高傳輸速率比較困難。

TDMA PON（EPON,GPON,10 Gbit/s EPON,XG-PON）的拓撲結構如圖1所示。

圖1 TDMA PON的拓撲結構

2 WDM PON設備概念的提出

對于如何進一步提高PON的網絡速率，目前有如下兩種方法。

（1）提高單波傳輸速率

這種方法就是在傳統EPON和GPON設備上進一步提高下行速率，下行使用1 490 nm波長，上行采用1 310 nm波長，也是目前各大設備廠商正在研究的10 Gbit/s EPON、10 Gbit/s GPON和XG-PON。由于此種方法依然使用TDMA，因此也存在上文中提到的相關問題。

（2）擴展多波道傳輸，提高速率

這種方法是利用光纖傳輸的高帶寬特性，在一根光纖上傳輸多個波長，從而提高整體傳輸速率。WDM PON的拓撲結構如圖2所示。

圖2 WDM PON的拓撲結構

WDM PON系統由光線路終端（OLT）、遠端節點（RN）和光網絡單元（ONU）（也稱作光網絡終端（ONT））組成。下行方向，OLT將不同ONU的數據加載在不同波長上，通過WDM器件將不同波長的信號耦合到一根光纖中傳送到RN，通過RN的解復用功能，把同一根光纖中傳輸的信號分解成不同波長的信號分配給不同的ONU。上行方向，不同ONU使用不同波長，在RN處耦合成一個波長在光纖上傳輸，在OLT端通過WDM器件，由接收單元進行接收。

和TDMA PON相比，WDM PON具有很大優勢：

·采用點到點傳輸，不需要對帶寬進行分配，每一個ONU獨享帶寬，不會隨著ONU的增加而減小；

·由于中間采用無熱光柵，與無源光分路器相比，其插入損耗更小；此外，光接收機工作在較低比特率，靈敏度極高，因此在激光器輸出功率相等的情況下，其傳輸距離更遠；

·ONU上行方向使用不同波長，和OLT之間是點到點傳輸，安全性能更高；由于ONU在發送數據時不需要等待，傳輸效率更高。

WDM PON在ONU波長的選擇上也將面臨一定的問題，目前主要有如下3種解決方案。

（1）ONU 采用固定波長

此種方式就是ONU工作在某一設定的固定波長，不同的ONU使用不同的波長。各個ONU的工作是分離的，不需要定時和同步網絡。

（2）ONU采用可調諧波長

此種方式就是ONU波長不固定，是可以調諧的。在上行方向上，OLT動態為每個ONU分配波長，網絡具有重構性。但在此種方案中，ONU需要配置一個用于控制信道的專用發射機和一個用于發送數據的可調諧發射機，這會造成成本增加。但上行波長是動態分配的，可以支持更多的ONU，同時上行波長利用率也有所提高。

（3）ONU 采用無色

此種方式中，ONU的特定波長選擇是由光柵完成的，不需要對ONU做出特殊需求，是目前使用最多的方法之一。

WDM PON可以結合TDMA PON，成為WDM-TDM PON，可以進一步提高PON的接入能力，如圖3所示。

圖3 WDM-TDM PON的網絡拓撲結構

3 WDM PON設備面臨的問題

·器件成熟度不高：由于WDM PON概念提出時間較短，目前只有極少數廠商能夠研制出WDM PON，能夠生產其設備芯片的廠商更是寥寥無幾，目前相關器件的成熟度不是很高，相關芯片的穩定性也有待檢驗。

·設備成本較高：由于目前生產WDM PON設備及相關器件的廠商較少，在缺少競爭的機制下，價格都偏高；且WDM PON中的相關設備都需要有波分復用和解復用器件，從而也會相應提高生產成本。

·缺乏統一標準：WDM PON目前既沒有國際標準，也沒有國家標準，都是各廠商按照自己的思路進行設計和生產，缺乏互通性。

4 烽火通信的WDM-TDM PON設備

烽火通信研制出的WDM-TDM PON系統是業界第一款單纖32波，每波支持 1∶64分路，傳輸距離達20 km的xPON系統，目前已完成內場測試，將于近期開通現場實驗工程。該系統采用業界首個局遠端雙“無色”光模塊設計，具有業界最高的單纖接入速率（對稱40 Gbit/s）以及業界最高的業務單板端口密度；采用WDM和TDM混合模式的PON結構，可以兼容現有的1 Gbit/s/2.5 Gbit/s/10 Gbit/s EPON、GPON和P2P等多種光纖接入技術；通過WDM方式可以承載現有CATV業務，方便地實現“三網融合”業務接入，實現了我國下一代光纖接入技術研究的新跨越。

雖然受目前器件成熟度、設備成本和標準化程度等方面的限制，只有少量商用產品在實驗局部署，但也應該看到WDM PON技術正在不斷地完善。后續WDM PON設備的成熟指日可待。 □

表1 廣東電信某業務平臺安全域防護策略

5 結束語

安全域的劃分與邊界整合是一項復雜的工作，需要在深入了解業務平臺組網架構、網絡接口、安全要求的基礎上，有針對性、原則性地實施安全域劃分，并根據不同業務平臺的特點，實現分層次、分重點的保護，同時結合邊界整合，簡化系統邊界，避免重復投資，達到統一接入、統一管控、控制成本、集中防護的效果。

實施業務平臺的安全域劃分與邊界整合，推動安全防護技術體系的建設，提升安全防護效果，構建集約化的運營商業務平臺安全域防護體系，是解決當前業務平臺安全問題的最有效手段。

1 崔玉華.對 “信息安全等級保護”的探討.Netinfo Security,2005(2):72～74

2 吉增瑞.信息安全等級保護淺析.網絡安全技術與應用,2005(1):55～57

3 林寧,吳志剛.我國信息安全標準化概況.信息技術與標準化,2006(8):6～8

4 邱嵐，譚彬.安全域劃分研究與應用.計算機安全,2012(6):39～42

5 趙立剛，姚興，秦良斌.運營商業務系統安全域劃分思路淺析.計算機安全,2012(9):30～38