基于10G EPON的數(shù)字化小區(qū)FTTD設計

黃矽琳

(黎明職業(yè)大學實驗實訓部，福建泉州 362000)

0 引言

截止2012年國務院批準了兩批共54個城市進行三網融合的試點，目前正處于深度試點階段，預計不久將全面推廣。國務院于2013年正式頒發(fā)了“寬帶中國”戰(zhàn)略以及配套的具體實施方案，方案中明確提出了到2015年城市家庭寬帶接入能力要達到20 Mb/s，農村家庭要達到4Mb/s，而在一些發(fā)達城市則要達到100Mb/s，為此工業(yè)與信息化部特別提出了2015年“寬帶中國”專項行動。在當前三網融合和“寬帶中國”的國家戰(zhàn)略大環(huán)境下，隨著我國經濟的飛速發(fā)展和人民生活水平不斷提高，人們對IPTV、HDTV、互動節(jié)目等高帶寬項目的需求也越來越高，當前主流PON技術當中的EPON和GPON技術已經越來越不能完全滿足人們的需要，因此日趨成熟的新一代具有高帶寬、高分光比和抗干擾能力強等特點的10G EPON技術自然成為了數(shù)字化小區(qū)FTTD建設的首選。

1 無源光網絡(PON)技術介紹

1.1 EPON 技術

EPON技術的工作標準IEEE 802.3ah正式頒布于2004年，其上、下行數(shù)據(jù)傳輸率均為1.25Gb/s，最大分光比為1:64，光線路終端和用戶端設備的最大距離為20公里，具有結構簡單、成本低的特點，但帶寬能力和使用效率不足。以一級分光比1:64為例，入戶帶寬約為20M，只能滿足當前一般城市的建設需求，無法滿足城市居民未來幾年對帶寬的需求。

1.2 GPON 技術

GPON技術的工作標準ITU－T G.984.X正式頒布于2004年，其下行數(shù)據(jù)傳輸率為2.5Gb/s，上行數(shù)據(jù)傳輸速率為1.25Gb/s，最大分光比為1:128，光線路終端和用戶端設備的最大距離為20公里，具有業(yè)務支持能力強、帶寬使用效率高、分光能力高等特點，但存在系統(tǒng)實現(xiàn)復雜、成本相對較高等不足。

鑒于成本相對較高，以一級分光比為1:128為例，入戶帶寬約為20M，同樣只能滿足當前一般城市的建設需求，無法滿足城市居民未來幾年對帶寬的需求。

1.3 10G GPON 技術

10G GPON也稱為NG PON，有兩個標準NG PON1和NG PON2。其中NG PON1可與GPON共存并重新利用GPON ODN，而NG PON2需要完全新建ODN。

我們通常所說的10G GPON指的是NG PON1，其技術上是基于G.987系列標準，也稱為XG PON。XG PON可分為非對稱系統(tǒng)(XG－PON1)和對稱系統(tǒng)(XG－PON2)，其中非對稱系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率為上行2.5Gb/s、下行10Gb/s，而對稱系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率上下行均為10Gb/s。10G GPON光線路終端和用戶端設備的最大距離至少為20公里，分光比至少可擴展到1:256，具有全業(yè)務支持能力、高分光比、大容量等特點，不足之處是技術標準尚未徹底完善，廠商尚未研發(fā)出成熟的具有良好互通性的用戶端設備，所以顯然10G GPON技術并非當前的FTTD建設的首選。

1.4 10G EPON 技術

10G EPON技術的工作標準IEEE 802.3av正式頒布于2009年9月，具有非對稱和對稱兩種模式。其中非對稱模式數(shù)據(jù)傳輸速率為上行1Gb/s和下行10Gb/s，對稱模式數(shù)據(jù)傳輸速率上下行均為10Gb/s。非對稱模式是對稱模式的一種過渡，主要用于對上行帶寬需求較小和對成本較為敏感的場合。

10G EPON具有很強的向下兼容性，可以完全兼容EPON系統(tǒng)。10G EPON在下行速率為10Gb/s時采用1577nm信號波長，并采用波分復用(WDM)方式;其上行速率為1Gb/s時采用1310nm信號波長，而上行速率為10Gb/s時采用1270nm信號波長，并采用雙速率的時分多址(TDMA)方式。10G EPON技術具有低、中和高三種功率預算，在高功率預算時可支持1:128分光比條件下30公里的傳輸距離，或者1:256分光比條件下20公里的傳輸距離。10G EPON技術采用64B/66B編碼方式，編碼效率由EPON技術時的百分八十提高到百分九十七［1］。

10G EPON技術具有前向糾錯(FEC)和三重攪動(Churning)功能，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和安全性。以一級分光比為1:128為例，入戶帶寬約為80M，不僅完全滿足當前一般城市的建設需求，同樣可以滿足城市居民未來幾年對帶寬的需求。

2 數(shù)字化小區(qū)10G EPON FTTD項目

2.1 數(shù)字化小區(qū)項目情況介紹

2.1.1 小區(qū)樓棟情況介紹

本小區(qū)為廈門海滄區(qū)某一高端數(shù)字化住宅小區(qū)，小區(qū)內有15棟樓，每棟15層高，每層4戶住戶。

2.1.2 小區(qū)住戶業(yè)務需求簡介

本數(shù)字化小區(qū)定位為三網融合高端數(shù)字化小區(qū)，住戶主要的業(yè)務需求有Voip語音業(yè)務、IPTV視頻業(yè)務和寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務等，具體各業(yè)務所需帶寬如表1所示。

表1 數(shù)字化小區(qū)各業(yè)務所需帶寬

2.2 數(shù)字化小區(qū)10G EPON FTTD項目建設方案

鑒于當前小區(qū)各項業(yè)務對上行帶寬的需求并不是很高，綜合實際成本情況，可采用目前已較為成熟的非對稱模式的10G EPON技術進行項目建設，具體數(shù)據(jù)傳輸速率為上行1Gb/s和下行10Gb/s。

2.2.1 局端設備光線路終端(OLT)

小區(qū)10G EPON FTTD項目采用一套中興通訊股份有限公司的ZXA10 C300做為局端設備。ZXA10 C300支持EPON/P2P/10G EPON/GPON，是一款大容量、高帶寬和高集成度的xPON匯聚接入平臺，可支持VoIP、IPTV、VOD等綜合業(yè)務，具備強大的QoS能力、全面的安全保障和電信級的可靠性設計。ZXA10 C300背板數(shù)據(jù)總線帶寬為3.2 Tb/s，交換板容量為雙向400 Gb/s，可支持高密度業(yè)務板，能提供超過80 G的上行帶寬，且單框最大可以支持16384個10G EPON ONU設備，完全滿足本小區(qū)10G EPON FTTD項目的建設需要。

2.2.2 用戶端設備光網絡單元(ONU)

小區(qū)樓棟用戶端采用武漢仲炬科技有限公司的CE8040，與中興、華為等主流OLT設備具有良好的兼容性。ONU CE8040功耗小，大小適中，可支持VoIP、IPTV和寬帶數(shù)據(jù)等多項業(yè)務。ONU CE8040具備2個10G EPON接口、4個自適應以太網接口和2個POTS口，可遠程復位、管理和升級，十分適合本項目三網融合的實際需要。

2.2.3 光分配網絡(ODN)規(guī)劃

小區(qū)采用二級分光、分散管理模式，避免了分光器設置于局端占用大量纖芯的問題，并將區(qū)域劃分為多個片區(qū)并新立小容量DP點。主干光纜通過接入機房放出至光交接箱，再從光交布放光纜至新設DP點內。配線光纜由本小區(qū)光交放出6條48芯光纜，并分別引至各大樓光纜。光纜沿小區(qū)內管道和地下室金屬線槽敷設。一級分光器設置于DP點內。從每個DP點到每個AP點采用小芯數(shù)光纜，二級分光器設置于AP點內。通過接頭盒分歧4條12芯垂直布線。在每個單元的弱電豎井內每5層設置1個36芯內置光分路器的室內光分配箱［2］。室內的垂直布線光纜要穿過豎井當中所有的光分配箱，并且每次分出一條2芯光纖用來連接1:32光分路器，從光分配箱內直接分出八字皮線光纜進入每個用戶室內［3］。

2.2.4 光纖到桌面(FTTD)設計

光纖到桌面(FTTD)模式是傳統(tǒng)FTTH模式的進一步發(fā)展，是真正的全光網絡。小區(qū)用戶只要配置一臺塑料光纖交換機，即可實現(xiàn)ONU通過光纖信號與計算機設備的直接相連。具體方案如圖1所示。

2.3 數(shù)字化小區(qū)各業(yè)務實現(xiàn)原理

2.3.1 VoIP 實現(xiàn)原理

如圖2所示，在數(shù)據(jù)上行方向，來自ONU CE8040的數(shù)據(jù)包進行地址學習后映射到GEM接口，GEM接口再根據(jù)VoIP業(yè)務類型映射到T－CONT。OLT ZXA10 C300采用DBA算法根據(jù)T－CONT配置的參數(shù)把數(shù)據(jù)包調度至PON卡進行VLAN轉換處理，同時配置數(shù)據(jù)包相應的工作模式。VLAN進而查看是否需要進行地址個數(shù)限制，否則直接強制轉發(fā)到主控板;主控制板根據(jù)數(shù)據(jù)包攜帶的VLAN，查看VLAN工作模式。如果VLAN工作在1:1模式，則查找VLAN交叉連接表，找到目的端口，并把數(shù)據(jù)包轉發(fā)到目的上聯(lián)端口;如果VLAN工作在N:1模式，VLAN則進行MAC地址學習，然后轉發(fā)到上聯(lián)板的上聯(lián)端口;聯(lián)板對數(shù)據(jù)業(yè)務流不做處理，只進行光電轉換，并上行到上聯(lián)業(yè)務網絡。數(shù)據(jù)下行方向實現(xiàn)過程則相反。

2.3.2 IPTV 實現(xiàn)原理

ZXA10 C300的上聯(lián)卡不進行任何處理直接將組播數(shù)據(jù)報文傳輸?shù)街骺匕宀⑦\行PROXY協(xié)議。接著組播報文查找主控板上的組播表并向組播表條目包含的內聯(lián)口復制報文，把組播數(shù)據(jù)報文傳送到PON線卡;PON線卡上也同時運行PROXY協(xié)議，而此時IGMP協(xié)議則負責PON線卡上的組播表條目的添加和刪除及組播條目成員端口的添加和刪除。組播報文查找PON線卡上的組播表并向組播表條目包含的PON口復制報文，把組播數(shù)據(jù)報文傳送到PON口;組播數(shù)據(jù)報文在PON口上采用SCB方式傳送到ONU CE8040。此時在ONU CE8040上也運行PORXY協(xié)議，而IGMP協(xié)議負責MAC芯片和ONT上以太網交換芯片上的組播表組播條目的添加和刪除及組播條目端口的添加和刪除。組播報文查找組播表，如果查找成功，則向組播成員端口復制組播報文，并把組播VLAN轉化成用戶VLAN，組播數(shù)據(jù)包從UNI接口發(fā)送給用戶;如果查找失敗則把組播數(shù)據(jù)報文過濾掉。

圖1 小區(qū)光纖到桌面(FTTD)組網示意圖

圖2 數(shù)字化小區(qū)10G EPON FTTD組網示意圖

2.3.3 寬帶數(shù)據(jù)實現(xiàn)原理

如圖2所示，小區(qū)用戶的寬帶數(shù)據(jù)均通過ZXA10 C300上聯(lián)至城域網，并連接匯聚層。此時用戶的個人計算機通過光纖交換機與ONU CE8040相連，同時以IP的方式聯(lián)入網絡當中。

2.4 小區(qū)各業(yè)務測試結果

2.4.1 VoIP 測試結果

針對VoIP語音質量采用以色列RADCOM公司開發(fā)的分析儀PrismLite和OffLineMediaPro分析軟件進行多次反復測試，在各種網絡狀態(tài)下，丟包率＜0.005%，延時＜5ms，MOS 值大于 4.5，PSQM 值小于 0.3，無語音斷續(xù)和抖動現(xiàn)象，測試結果完全達到了電信級的標準。

2.4.2 IPTV 測試結果

針對IPTV效果采用思博倫通信科技有限公司開發(fā)的AX/4000進行測試，其中的抖動因素(DF)為:IPTV(標清)25ms，IPTV(高清)12ms;MOS_V:IPTV(標清)3.9，IPTV(高清)4.5;媒體丟失率(MLR):IPTV(標清)0.002，IPTV(高清)0.0003，其余各項指標均達到IPTV相應業(yè)務要求，測試結果完全滿足小區(qū)住戶需要。

2.4.3 寬帶數(shù)據(jù)測試結果

針對寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務采用華為技術有限公司開發(fā)的Tesgine2000專用網絡測試儀進行測試，在50M帶寬的條件下，效率為97%時，丟包率為1×10－8，吞吐量為98%，256字節(jié)大小的幀長時延為0.12ms，測試結果完全滿足小區(qū)住戶寬帶上網需要。

3 結語

在數(shù)字化小區(qū)上采用非對稱模式的10G EPON技術構建了FTTD系統(tǒng)，實現(xiàn)了VoIP、寬帶數(shù)據(jù)和IPTV三網融合，提高了小區(qū)的信息化和數(shù)字化水平，為其它地區(qū)三網融合全面推廣過程中10G EPON技術的大規(guī)模應用提供了參考，具有一定的借鑒意義。

［1］凌慶麟.10G EPON的演進 開啟三網融合新局面［J］.有線電視技術，2012(7):14－17.

［2］孫維平，郁建生，朱燕.FTTX與PON系統(tǒng)工程設計與實例［M］.北京:人民郵電出版社，2013.

［3］陳衛(wèi)，任斌，賴樹明.10G EPON寬帶接入網中業(yè)務識別的設計和實現(xiàn)［J］.光通信技術，2012(12):16－18.