（2020年度“華蘇杯”獲獎?wù)撐亩泉劊┲袊娦徘д讓拵Ы尤刖W(wǎng)用戶帶寬模型探討

邵亞波 韓 沛

中通服咨詢設(shè)計(jì)研究院有限公司

0 引言

隨著我國“寬帶中國”戰(zhàn)略的實(shí)施，以PON為核心技術(shù)的寬帶接入網(wǎng)不斷發(fā)展，DSLAM、LAN、PSTN等設(shè)備已基本退網(wǎng)。互聯(lián)網(wǎng)接入、VR/AR、4K/8K IPTV視頻、智能家居、企業(yè)專線、移動回傳等業(yè)務(wù)不斷增長，使得寬帶業(yè)務(wù)流量爆發(fā)式增長，目前主流的寬帶接入技術(shù)EPON/GPON已難以支撐客戶的接入帶寬需求，10G PON技術(shù)成熟，已推進(jìn)千兆寬帶接入進(jìn)入商用階段。本文對E/GPON向10G PON升級演進(jìn)技術(shù)原理進(jìn)行分析，對不同組網(wǎng)模式下的用戶帶寬模型進(jìn)行計(jì)算，得出10G PON網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)中用戶帶寬和最佳用戶數(shù)配置，并結(jié)合業(yè)務(wù)類型、網(wǎng)絡(luò)模式等確定千兆寬帶的帶寬提速方案，為部署10G PON網(wǎng)絡(luò)提供參考。

1 10G PON技術(shù)原理

1.1 關(guān)鍵指標(biāo)

目前10G PON主要有10G EPON及10G GPON兩種技術(shù)，10G PON分為對稱和非對稱兩種標(biāo)準(zhǔn)，其指標(biāo)參數(shù)如表1所示。10G PON技術(shù)具備更大的上下行帶寬和分光比，在同等條件下，10G GPON相比10G EPON在上下行帶寬、帶寬有效利用率等方面更具優(yōu)勢，而10G EPON相比10G GPON具有更高的光功率預(yù)算，可支持更遠(yuǎn)的覆蓋范圍。因此，在工程建設(shè)中可綜合考慮帶寬升級、投資性價(jià)比等選擇合適的10G PON優(yōu)化方案。

表1 PON技術(shù)的關(guān)鍵指標(biāo)對比

1.2 10G PON技術(shù)原理

10G PON與E/GPON技術(shù)原理相同，其核心思路為上行采用TDMA方式傳輸數(shù)據(jù)，下行采用廣播方式將數(shù)據(jù)發(fā)送至每個支路。因此EPON/GPON向10G PON演進(jìn)中，可采用10G PON新建的形式，適用于未覆蓋寬帶接入網(wǎng)的新小區(qū)或用戶密集、業(yè)務(wù)量較高的區(qū)域；也可采用EPON/GPON與10G PON共存的形式，基于同一ODN網(wǎng)絡(luò)，僅改造OLT設(shè)備端，適用于已覆蓋寬帶接入網(wǎng)的區(qū)域。

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2 10G PON演進(jìn)策略

PON技術(shù)作為寬帶接入網(wǎng)的核心技術(shù)，EPON下行為1.25Gbit/s，GPON下行為2.5Gbit/s，當(dāng)用戶帶寬速率持續(xù)提升時(shí)，EPON/GPON帶寬不能滿足需求。因此EPON/GPON接入網(wǎng)升級為10G PON非常迫切，這也促進(jìn)了10G PON技術(shù)及設(shè)備的成熟。

2.1 10G PON演進(jìn)策略

EPON向10G EPON演進(jìn)，具備兩種速率模式：非對稱模式1.25Gbit/s上行、10Gbit/s下行，對稱模式10Gbit/s上行和下行。10G EPON對稱或非對稱設(shè)備與EPON終端不需要增加合波器就能共存于同一個ODN網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示。

圖1 EPON向10G EPON演進(jìn)

設(shè)備側(cè)：10G EPON設(shè)備向下兼容EPON用戶終端，升級時(shí)將用戶所在的EPON端口更換成10G EPON端口。

線路側(cè)：機(jī)房到用戶全程ODN無需改造，將EPON端口與10G EPON端口對接。如表1中EPON和10G EPON上行波長重疊、下行波長不重疊的波長，可通過時(shí)分復(fù)用共用ODN。

GPON向10G GPON演進(jìn)，具備兩種速率模式，其中，非對稱系統(tǒng)稱為XG-PON1，上行為2.5Gbit/s、下行為10Gbit/s，對稱系統(tǒng)稱為XG-PON2，上行為10Gbit/s、下行為10Gbit/s。XG-PON2包 括WDM PON和 混 合PON，WDM-PON采用WDM技術(shù)提高帶寬，混合PON采用WDM和10G/40G、OFDM等技術(shù)提高帶寬。

XG GPON上行時(shí)分方式采用內(nèi)置合波或雙光模塊方式的外置合波，解決了XG-PON和GPON終端在同一ODN的兼容性。如圖2所示。

圖2 GPON向10G GPON演進(jìn)

設(shè)備側(cè)：如表1中GPON和10G PON的上下行波長互不重疊。可采用新增或替換原有OLT設(shè)備的GPON板卡，在板卡端口處增加合波器，采用波分將GPON和10G PON合波，從而實(shí)現(xiàn)升級。

線路側(cè)：GPON和10G PON的上下行波長互不重疊，GPON和10G PON可利舊原有纖芯資源，ODN無需改造。

2.2 10G PON演進(jìn)方案

寬帶接入網(wǎng)作為運(yùn)營商的一張基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)建設(shè)場景選擇10G PON建設(shè)方案。

10G PON新建場景：10G PON的建設(shè)方式與EPON/GPON相同。采用獨(dú)立組網(wǎng)模式，考慮光功率預(yù)算及用戶帶寬，后期根據(jù)端口實(shí)占率和用戶滲透率及時(shí)按需擴(kuò)容。分光比在1∶64以內(nèi)為主。

EPON建設(shè)場景：新增或利舊OLT設(shè)備，將EPON替換為10G EPON板卡，原有EPON用戶終端替換為10G EPON用戶終端，最終實(shí)現(xiàn)局站和用戶全部升級為10G EPON。ODN網(wǎng)絡(luò)無需改造，選用合適的光模塊，將局站的光纖由EPON端口跳接至新的10G EPON端口。

GPON建設(shè)場景：GPON升級10G GPON分為內(nèi)置合波和外置合波方式。

內(nèi)置合波：由于GPON和10G PON的上下行波長互不重疊，可新增或利舊OLT設(shè)備，配置Combo PON板卡，原有GPON終端替換為10G GPON終端。選用合適的光模塊，將局站的光纖由GPON端口跳接至Combo PON端口。

外置合波：可新增或利舊OLT設(shè)備，配置10G PON板卡，并增加WMD1r，將GPON和10G-PON合波至同一ODN，按需將高帶寬用戶終端更換為10G PON用戶終端。

3 10G PON帶寬計(jì)算

3.1 10G PON網(wǎng)絡(luò)帶寬計(jì)算

網(wǎng)絡(luò)升級為10G PON的過程中，有兩種組網(wǎng)模式，分為獨(dú)立組網(wǎng)和混合組網(wǎng)。本文僅在不考慮損耗的情況下對10G PON網(wǎng)絡(luò)帶寬進(jìn)行計(jì)算。

獨(dú)立組網(wǎng)模式：10G PON獨(dú)立組網(wǎng)時(shí)，組網(wǎng)模式如圖3所示，上下行總帶寬如表2所示。

圖3 獨(dú)立組網(wǎng)模式

混合組網(wǎng)模式如圖4和圖5所示，上下行總帶寬如表2所示。

表2 不同組網(wǎng)模式下網(wǎng)絡(luò)帶寬計(jì)算

圖4 10G EPON與EPON混合組網(wǎng)模式

圖5 10G GPON與GPON混合組網(wǎng)模式

（1）10G EPON與EPON混合組網(wǎng)模式

上行波長共用波段1260～1360nm，采用時(shí)分復(fù)用方式傳輸，10G EPON ONU對稱型平均上行帶寬為5G，非對稱型平均上行帶寬為0.625G，EPON ONU的平均上行帶寬為0.625G。此處描述為平均上行帶寬是因?yàn)樯闲胁捎肨DMA方式，同等條件下OLT會在同一時(shí)域內(nèi)給10G EPON ONU和EPON ONU發(fā)送數(shù)據(jù)；下行采用波分復(fù)用方式傳輸，總帶寬為11.25G。在使用中，帶寬可由DBA調(diào)配。

（2）10G GPON與GPON混合組網(wǎng)模式

上下行均采用DWM方式傳輸，因此PON口的總帶寬為混合模式下帶寬的總和。10G GPON ONU對稱型最大上行帶寬為11.25G，非對稱型最大上行帶寬為3.75G；兩者下行最大帶寬為12.5G。

3.2 10G PON帶寬覆蓋用戶數(shù)計(jì)算

在不考慮10G PON端口開銷及損耗的狀態(tài)下，對兩種常見用戶類型進(jìn)行寬帶計(jì)算，得出滿足用戶需求時(shí)比較經(jīng)濟(jì)的建設(shè)方式。在實(shí)際場景中其他用戶類型也適用本計(jì)算方法。根據(jù)端口占用率及小區(qū)峰值流量情況，選擇合適的建設(shè)模式和分光比，同時(shí)在工程建設(shè)中根據(jù)不同場景選擇適當(dāng)?shù)脑O(shè)備類型，在提高用戶感知的基礎(chǔ)上可降低工程建設(shè)成本。

（1）獨(dú)立組網(wǎng)模式

獨(dú)立組網(wǎng)模式適用于10G PON新建場景。

在電信運(yùn)營商推廣100M寬帶+4K電視業(yè)務(wù)場景下（4K電視占比30%），計(jì)算出最大用戶數(shù)和分光比配置如表3所示。

表3 100M+4K業(yè)務(wù)類型用戶寬帶計(jì)算

在電信運(yùn)營商推廣1000M寬帶+8K電視業(yè)務(wù)場景下（8K電視占比10%），計(jì)算出最大用戶數(shù)和分光比配置如表4所示。

表4 1000M+8K業(yè)務(wù)類型用戶寬帶計(jì)算

（2）混合組網(wǎng)模式

混合組網(wǎng)模式適用于E/GPON改造為10G PON與E/GPON共存模式的升級改造場景。

在電信運(yùn)營商推廣100M寬帶+4K電視業(yè)務(wù)場景下（4K電視占比30%），計(jì)算出最大用戶數(shù)和分光比配置如表5所示。

表5 100M+4K業(yè)務(wù)類型用戶寬帶計(jì)算

在電信運(yùn)營商推廣1000M寬帶+8K電視業(yè)務(wù)場景下（8K電視占比10%），計(jì)算出最大用戶數(shù)和分光比配置如表6所示。

表6 1000M+8K業(yè)務(wù)類型用戶寬帶計(jì)算

3.3 10G PON接口帶寬計(jì)算

目前IP匯聚層設(shè)備已基本具備萬兆電路，OLT具備20G/40G槽位帶寬能力，按100M+4K業(yè)務(wù)類型接入網(wǎng)FTTH單槽位帶寬約為34.4×64×16×0.7=24.08G，可滿足業(yè)務(wù)發(fā)展需求；當(dāng)1000M+8K業(yè)務(wù)類型逐漸普及時(shí)，接入網(wǎng)FTTH單槽位帶寬約為108×64×16×0.7=75.60G，槽位帶寬需擴(kuò)展至60/80G來承載，匯聚層電路也按需同步擴(kuò)容。

3.4 用戶接入帶寬模型

寬帶接入網(wǎng)經(jīng)過多年的建設(shè)，已形成用戶業(yè)務(wù)類型錯綜復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相互交叉的局面，未來寬帶網(wǎng)絡(luò)將為全10G PON甚至更高，但目前不同用戶類型同時(shí)存在，過渡期內(nèi)將會形成E/GPON與10G PON共存的局面。運(yùn)營商可根據(jù)某片區(qū)域用戶類型、用戶規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的經(jīng)濟(jì)可行性等來確定建設(shè)的最佳方案。用戶接入帶寬模型參考如表7所示。

表7 用戶接入帶寬模型

綜上，單PON口覆蓋用戶數(shù)量與用戶業(yè)務(wù)類型直接相關(guān)，寬帶接入網(wǎng)端口帶寬取決于OLT設(shè)備PON端口的可用帶寬。要滿足寬帶用戶端口速率增加，可以提高OLT設(shè)備PON端口的可用帶寬，或降低OLT設(shè)備PON端口的接入用戶數(shù)。對現(xiàn)有寬帶接入網(wǎng)的提速改造要綜合考慮當(dāng)前的接入現(xiàn)狀、用戶類型、用戶規(guī)模、經(jīng)濟(jì)可行性與10G PON技術(shù)演進(jìn)相匹配，用最小的建設(shè)成本，滿足最大的用戶需求，得出最佳的帶寬提速方案。

4 結(jié)束語

10G PON技術(shù)是目前大寬帶業(yè)務(wù)承載的主要方式，也是更高帶寬的下一代PON光接入網(wǎng)絡(luò)的必要過渡方式。在E/GPON升級改造10G PON的過渡階段，很多E/GPON建設(shè)投資需保護(hù)，可采用E/GPON與10G PON共存的混合組網(wǎng)模式，從建設(shè)投資、用戶體驗(yàn)等方面考慮是一個較好的建設(shè)方式。所以綜合考慮用戶規(guī)模、業(yè)務(wù)發(fā)展、終端造價(jià)等，千兆寬帶建設(shè)初期可采用E/GPON與10G PON共存的混合組網(wǎng)模式。

本文從10G PON網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立組網(wǎng)和混合組網(wǎng)模式，在不考慮各種損耗的情況下對10G PON網(wǎng)絡(luò)用戶帶寬進(jìn)行計(jì)算。由于ODN全程鏈路中影響因素較多，因此計(jì)算出的用戶帶寬數(shù)值與實(shí)際未必完全吻合，其結(jié)果具有一定的局限性。在更加智能的ODN網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)中，精準(zhǔn)測試出ODN全程光鏈路損耗，算出的用戶帶寬值才有應(yīng)用價(jià)值。因此，10G PON帶寬覆蓋用戶數(shù)及用戶帶寬值計(jì)算僅作為一個計(jì)算模型參考，不可作為實(shí)際工程中的一個準(zhǔn)確值。