接入網(wǎng)改造中無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的分析與應(yīng)用

寧伯強

（中國廣電云南網(wǎng)絡(luò)有限公司曲靖市分公司，云南 曲靖 655000）

0 引言

作為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，接入網(wǎng)是連接用戶與骨干網(wǎng)的關(guān)鍵途徑。在當前網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用愈發(fā)豐富、功能不斷增強的情況下，接入網(wǎng)的性能對用戶網(wǎng)絡(luò)體驗效果的影響越來越明顯。改造接入網(wǎng)，優(yōu)化用戶與骨干網(wǎng)的連接，是提升網(wǎng)絡(luò)用戶體驗的現(xiàn)實需要。基于此，《廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽“十四五”發(fā)展規(guī)劃》中除了明確提出加快完成骨干網(wǎng)絡(luò)云化、光纖化、網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）化改造，還提出推進有線網(wǎng)絡(luò)雙向化、寬帶化改造及終端智能化升級，建設(shè)改造機房等相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的內(nèi)容[1]。近年來，接入網(wǎng)改造的實踐表明，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有成本低、高帶寬、適用于遠距離傳輸、可靠性高、擴展性好等優(yōu)勢，在提升接入網(wǎng)的性能方面具有較好的應(yīng)用價值。

1 無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述

無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是以光纖為傳輸介質(zhì)，利用光波傳送信號的接入網(wǎng)技術(shù)。無源光網(wǎng)絡(luò)的最長傳輸距離為20 km。無源光網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)，如圖1 所示。通過圖1 可以看出，該網(wǎng)絡(luò)主要由光線路終端、光分配網(wǎng)和光網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成。其中：光線路終端屬于光電一體化設(shè)備，主要為接入網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)側(cè)與本地交換機之間的接口；光分配網(wǎng)通常由饋線光纜、光分路器、配線光纜以及入戶光纜等組成，主要為無源光網(wǎng)絡(luò)的光線路終端與光網(wǎng)絡(luò)單元提供光傳輸手段的支持，并對光信號功率進行分配；光網(wǎng)絡(luò)單元是位于光分配網(wǎng)用戶側(cè)的部件，主要為光接入網(wǎng)提供接口，并對光信號進行處理。無源光網(wǎng)絡(luò)中的光分配網(wǎng)由光分路器等無源器件組成，不含有源電子器件和電源，需要借助無源分光技術(shù)實現(xiàn)對光信號的分配[2]。因此，無源分光技術(shù)成為無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中的核心。在信號傳輸方面，無源光網(wǎng)絡(luò)主要采用單纖雙向信號傳輸方式，下行使用地面數(shù)字網(wǎng)廣播方式，上行使用時分多址廣播方式。

圖1 無源光網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)

無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有以下幾方面的特點。第一，高帶寬能力。無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供比傳統(tǒng)銅纜更高的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以支持高達10 Gb·s-1甚至更高的速率，足以滿足高速互聯(lián)網(wǎng)、視頻會議、在線教育等方面的應(yīng)用需求。第二，傳輸距離遠。由于光纖的低衰減特性，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠支持長距離的傳輸，一般可達20 km 或更遠，這對于覆蓋廣泛區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)布局非常有利。第三，節(jié)能和環(huán)保。無源光網(wǎng)絡(luò)中的元件不需要外部電源，大大減少了能源消耗，符合環(huán)保和節(jié)能的要求。第四，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)復(fù)雜性降低。無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，減少了需要維護的有源設(shè)備數(shù)量，從而降低了維護的復(fù)雜性。第五，易于升級和擴展。無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使得網(wǎng)絡(luò)的升級和擴展變得更加容易。隨著技術(shù)的進步，可以通過更換光線路終端、光網(wǎng)絡(luò)單元的部分設(shè)備來提升整個系統(tǒng)的性能和容量。第六，可靠性高。由于使用的是無源組件，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比有源網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有更高的可靠性，它們不太可能因電源故障或類似問題而出現(xiàn)故障。第七，支持多種服務(wù)。無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠同時支持多種服務(wù)，如數(shù)據(jù)、語音和視頻，從而成為理想的多業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)平臺[3]。

2 接入網(wǎng)改造中無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用

在目前的接入網(wǎng)改造中，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以其較好的應(yīng)用性能和較低的使用成本而成為重點應(yīng)用的技術(shù)。考慮到接入網(wǎng)改造涉及用戶接入方式和接入網(wǎng)本身對應(yīng)的屬性兩種情況，分別從兩個方面介紹無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在接入網(wǎng)改造中的應(yīng)用。

2.1 在用戶接入方式改造中的應(yīng)用

無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在用戶接入骨干網(wǎng)改造中的應(yīng)用實際上體現(xiàn)為光纖入戶的方式，具體來說包括5 類應(yīng)用。

2.1.1 在光纖到交接箱改造中的應(yīng)用

接入網(wǎng)改造中的光纖到交接箱改造主要是提高原有銅纜網(wǎng)絡(luò)的性能，主要適用于銅纜長度小于1.5 km 的城市和郊區(qū)。光纖到交接箱的改造主要通過光纖對銅纜的替換，將光纖延伸至最近的電纜交接箱，使得銅纜長度能夠縮短至1.5 km 以內(nèi)。在改造中，位于交接箱處的光信號通過光網(wǎng)絡(luò)終端轉(zhuǎn)換為電信號，再通過現(xiàn)有的銅纜傳輸至用戶家中。這種改造中，將無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高帶寬優(yōu)勢融入交接箱，可以為用戶提供高達100 Mb·s-1的帶寬[4]。

2.1.2 在光纖到樓宇/分線盒中改造中的應(yīng)用

光纖到樓宇/分線盒改造主要是對偏遠地區(qū)或者商業(yè)區(qū)原本使用的配線電纜長度超過1.5 km 的接入網(wǎng)進行改造，這種改造是將光纖從服務(wù)提供商局端直接延伸到樓宇入口或街邊的分線盒。無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在改造中的應(yīng)用主要體現(xiàn)為在樓宇或者分線盒的節(jié)點處，光信號被轉(zhuǎn)換為電信號，然后通過現(xiàn)有的銅纜或其他介質(zhì)傳輸?shù)接脩舳恕Ｔ诮尤刖W(wǎng)改造中，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢是能夠提供較高的帶寬，同時允許服務(wù)提供商在不侵入用戶家庭的情況下升級網(wǎng)絡(luò)[5]。

2.1.3 在光纖到公司/辦公室改造中的應(yīng)用

光纖到公司/辦公室的改造主要是針對中小型商業(yè)用戶的需求進行的接入網(wǎng)改造，適用于商業(yè)場所和場景。在這種接入網(wǎng)改造中，光纖直接從服務(wù)提供商局端延伸至公司或辦公室內(nèi)部，其中無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要用于公司或者辦公室光纖的配置。在這種應(yīng)用場景下，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為接入網(wǎng)提供了極高的網(wǎng)絡(luò)性能和靈活性，使得接入網(wǎng)可以滿足商業(yè)環(huán)境中對于數(shù)據(jù)傳輸和通信多樣性的需求。

2.1.4 在光纖到樓宇改造中的應(yīng)用

光纖到樓宇改造是對普通住宅小區(qū)接入網(wǎng)進行的改造。這種方式是將光纖延伸至住宅樓宇內(nèi)部，在樓宇的主要入口處通過光網(wǎng)絡(luò)終端將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再通過銅纜或其他介質(zhì)分發(fā)至各個住戶。這種改造吸收了無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速傳輸?shù)哪芰?yōu)勢，并且維護成本比較低，滿足了用戶對較低網(wǎng)絡(luò)資費的需求。

2.1.5 在光纖到戶改造中的應(yīng)用

光纖到用戶改造是為了滿足高檔住宅小區(qū)用戶需求而進行的接入網(wǎng)改造。在光纖到戶的改造中，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要輔助將光纖直接從服務(wù)提供商局端延伸至每個家庭用戶的住所，為用戶提供個性化和高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這種改造不僅為用戶提供了最高標準的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，也為每個用戶提供了獨立的光網(wǎng)絡(luò)終端，保證了最佳的網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量。

2.2 在接入網(wǎng)業(yè)務(wù)屬性改造中的應(yīng)用

2.2.1 在降低業(yè)務(wù)成本和提升服務(wù)能力方面的應(yīng)用

用戶對網(wǎng)絡(luò)資費的關(guān)注和對接入網(wǎng)性能的關(guān)注，使得接入網(wǎng)中的廣電業(yè)務(wù)成本降低和服務(wù)能力提升成為接入網(wǎng)改造中的重要關(guān)注點，而無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用就是針對這些方面的應(yīng)用開展的。在廣電業(yè)務(wù)成本降低方面，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要用于減少布線和維護成本。例如，通過無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以打造共享的光纖基礎(chǔ)設(shè)施，這樣既可以提供高速互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，又可以傳輸電視信號。在服務(wù)能力提升方面，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用主要體現(xiàn)為三重播放服務(wù)，即利用無源光網(wǎng)絡(luò)來支持數(shù)據(jù)、語音和視頻等服務(wù)內(nèi)容的集成，為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)、電話以及電視信號等方面的綜合服務(wù)[6]。

2.2.2 在增強信號處理能力和透明性方面的應(yīng)用

在接入網(wǎng)業(yè)務(wù)性能改造中，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通常被用來增強網(wǎng)絡(luò)的信號處理能力和網(wǎng)絡(luò)處理信號過程的透明性。例如，借助無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以透明地處理各種速率和制式的信號，并支持從低速數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁咚倩ヂ?lián)網(wǎng)接入的各種服務(wù)。同時，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠處理不同的數(shù)據(jù)速率，滿足從基本的寬帶需求到高速數(shù)據(jù)中心連接的不同需求。在具體改造中，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)顯著增加了接入網(wǎng)的容量，通過單一光纖提供每秒高達數(shù)十甚至上百GB 的帶寬，滿足越來越多用戶和設(shè)備的連接需求。

2.2.3 在服務(wù)質(zhì)量和IP 集成方面的應(yīng)用

服務(wù)質(zhì)量指數(shù)據(jù)傳輸過程中，網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)Σ煌愋偷牧髁窟M行區(qū)分管理，以確保關(guān)鍵業(yè)務(wù)性能。IP 集成是將傳統(tǒng)的非IP 技術(shù)（如電話網(wǎng)絡(luò)和視頻廣播）與IP 網(wǎng)絡(luò)融合，實現(xiàn)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在接入網(wǎng)改造中，服務(wù)質(zhì)量主要強調(diào)的是接入網(wǎng)對關(guān)鍵應(yīng)用的支持性能，以及流量管理和優(yōu)先級控制等方面的屬性，而IP 集成主要是對統(tǒng)一通信平臺和新服務(wù)部署等方面的關(guān)注[7]。在服務(wù)質(zhì)量關(guān)注方面，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要應(yīng)用于優(yōu)先級服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）的保障，即無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以為不同的服務(wù)提供不同級別的服務(wù)質(zhì)量。例如，實時視頻傳輸或關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用，可以保證更高的帶寬和更低的延遲。而在IP 集成中，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的繼承，即無縫集成到基于IP 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，為各種基于IP 的應(yīng)用提供強大的后端支持。

3 結(jié)語

接入網(wǎng)改造是我國“十四五”時期網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中的重點內(nèi)容。在接入網(wǎng)改造中，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅具有明顯的優(yōu)勢，還有著廣泛的應(yīng)用空間，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)為帶寬能力強、傳輸距離遠、節(jié)能和環(huán)保、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)降低、易于升級和擴展、可靠性高以及支持多種服務(wù)等。在應(yīng)用方面，主要體現(xiàn)在用戶接入方式改造和接入網(wǎng)業(yè)務(wù)屬性改造。目前，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在接入網(wǎng)改造中的應(yīng)用尚處于探索深化階段，一些領(lǐng)域的應(yīng)用仍然存在不足。例如，無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力提升、服務(wù)質(zhì)量控制以及IP 集成等方面的應(yīng)用尚沒有成熟的模式，需要進一步研究分析。