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【摘 要】本文详细描述了GPON技术的发展、组成、特点、标准、应用模式及组网方案,并通过工程案例介绍了GPON在接入网中的应用。
【关键词】GPON;组成及特点;应用模式 方案
Discussion on GPON technology and its development prospect
Gong Bao
(Shanxi Tianyuan Communication Design Consulting Co., Ltd. Xi'an Shanxi 710075)
【Abstract】This paper describes the development of technology, GPON standard, composition, characteristics and application mode and networking solution, and through the engineering case is introduced. The application in access GPON
【Key words】GPON;Composition and characteristics;Of the application mode
PON技术概述
进入21世纪以来,全球宽带接入网进入了大发展阶段。我国宽带接入网在近两年发展也十分迅速,当前主要应用的宽带接入技术有xDSL、LAN、MSTP以及传统专线接入等。以ADSL为代表的宽带接入技术虽然基本解决了数据接入的问题,但靠出租带宽的宽带运营战略,随着上网用户流量的增加(如P2P等应用),运营商的宽带接入与业务发展进入了“平台期”,甚至出现每比特收益&宽带ARPU迅速下降,陷于收入增长低于成本增长的怪圈。对于运营商而言,只有进行宽带接入网改造,以及细分客户群进行多业务转型,才能驱动宽带收益的提升,“TriplePlay”等多业务将成为运营商获得宽带新收入的关键。
宽带接入网改造以及多业务转型,要求接入设备具有基于统一网络承载多业务的能力,并满足不断增长的带宽需求。DSL技术由于受带宽和接入距离限制,已逐渐无法满足需求。PON(无源光网络)宽带技术具有高带宽、广覆盖、单纤接入、接口丰富以及综合业务接入能力等优势。PON系统的引入,不但可以大大提升商业用户的接入速度以及综合业务提供能力,并且能够提供足够的业务质量保证。对于家庭用户而言,除了速度的提升,一根光纤可以提供语音、视频和数据业务。同时由于光纤本身的高度稳定性,有效降低运行维护成本,从而帮助运营商实现接入网建设的“一劳永逸”。
目前,业界最主要的两个PON标准,一个是由IEEE802.3ah工作组制定的EthernetPON(EPON)标准,另一个就是由ITU/FSAN制定的GigabitPON(GPON)标准。
GPON(Gigabit-Capable PON) 技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准,具有高带宽,高效率,大覆盖范围,用户接口丰富等众多优点,被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化,综合化改造的理想技术。
GPON最早由FSAN组织于2002年9月提出,ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定,2004年2 月和6月完成了G.984.3的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。
基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似,也是由局端的 OLT(光线路终端),用户端的ONT/ONU(光网络终端或称作光网络单元 ),连接前两种设备由单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的 ODN(光分配网络)以及网管系统组成。
对于其他的PON标准而言,GPON标准提供了前所未有的高带宽,下行速率高达 2.5Gbit/s,其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。提供QoS的全业务保障,同时承载ATM 信元和(或)GEM帧,有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。承载 GEM帧时,可以将TDM业务映射到GEM帧中,使用标准的 8kHz(125μs)帧能够直接支持TDM业务。作为电信级的技术标准, GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。
在GPON标准中,明确规定需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet 业务,包括IP业务和MPEG视频流)、 PSTN业务(POTS,ISDN业务) 、专用线(T1,E1,DS3, E3和ATM业务)和视频业务( 数字视频)。GPON中的多业务映射到ATM 信元或GEM帧中进行传送,对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。
GPON和EPON技术比较
其共同的特点如下:
高接入带宽:GPON下行速率高达2.5Gbit/s,上行速率高达1.25Gbit/s,EPON采用上下行各1.25Gbit/s的速率,可以满足现在和未来各种宽带业务的需要。
节省光纤资源:点到多点(P2MP)的树状广播形网络拓扑结构,从局端的一芯光纤,最后可以分支到32/64个终端ONU设备,极大节省了馈线段的光纤资源,特别是对于地域广阔的地区,或者原有光纤资源有限的运营商,采用PON技术组网可以大大提高光纤资源的使用效率。
设备运维、管理成本低:PON光纤接入技术,只有局端(OLT)和用户侧设备(ONU)为有源设备,其中间的光分布网络采用稳定性高、体积小巧、成本低的无源分光器,无需提供电源、空调等机房设备,也不占用机房空间,只需安装在光交接箱或光缆配线架的适当位置即可,易于维护。
其不同的特点如下:
相对EPON技术,GPON更注重对多业务的支持能力(TDM、IP、CATV),上联业务接口及下联用户接口更为丰富(10GE、GE、FE、STM-1、E1、POTS……),可提供FTTH、FTTB、FTTO、FTTC+LAN(DSLAM)的多种接入方式,同时GPON具有“源模式TDM”支持能力,能够支持传统TDME1业务,可提供移动基站互联、PBX接入以及大客户E1专线接入,同时能够提供时钟同步以及电信级QoS保证,使得电信运营商在采用新的宽带接入技术的同时不放弃原有的利润来源。而EPON的TDM支持采用电路仿真实现,其QoS以及时钟同步方面不如GPON,对传统业务支持起来有困难,可靠性也不是很好。
相对于EPON,GPON的标准更加完善。管理层的互通定义,使得OLT厂商的网络管理系统具有对其他厂商的ONU进行正常的认证、配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等完善的OAM功能。
另外,除传统的语音、数据业务外,GPON标准中还定义了第3波长。在OLT上接入数字电视、IPTV的电视信号,在不影响电信业务的情况下,可以传送到末端的ONU设备,并支持RF电接口接入到用户有线电视分配网,从而提供三网合一的业务。
当前,EPON技术比较成熟,芯片设计难度比较低,产业链比GPON较成熟。EPON可以用以太网协议支持所有的IP网络,和现在的设备有很好的兼容性,在数据业务里EPON有独特的优点。GPON相对EPON出现得比较晚,它的芯片成本相对来讲还是比较高的。但随着GPON设备量产后,成本会下降到与EPON相当的水平,甚至当用户需求带宽超出30M后,GPON成本优势突出。从应用场景看,EPON比较适合部署中小规模FTTx,如个人用户,GPON适合于部署大規模FTTx,如对技术要求高的企业用户。从长远来看,我国的发展趋势可能从宽带点到点以太网光纤系统和EPON开始,最终过渡到GPON阶段。
PON应用模式探讨
目前PON的应用模式主要有下列几种:
“PON+DSL”的方案。“PON+DSL”的方案,将DSLAM尽量靠近用户,克服xDSL接入距离和带宽的限制,并采用PON设备将下移的DSLAM汇聚。该方案保护已有铜线投资,实现从铜线到FTTH的过渡,是当前PON应用和发展的主要定位。
移动网络基站互联。移动基站互联,需要PON设备支持TDME1业务。支持源模式:TDM传输的GPON技术,其传输质量可以与SDH/MSTP相媲美,可以直接利用GPONONU设备的E1端口连接基站。此外还可以通过GPONONU的GE/FE端口为邻近驻地客户提供以太网数据接入业务,通过同轴有线电视口提供模拟有线电视节目。
采用GPON设备互联移动基站,与传统的SDH/MSTP传输技术相比,性价比更具优势,扩容灵活。对于新的扩容站点,只需要从就近的无源分光器的预留分支口引出一芯光纤到新的ONU装机点,就可以实现扩容。局端设备无需硬件扩容,增加新的ONU也不会影响已有ONU的业务。采用GPON技术不仅对今后3G的部署有很强的适应能力,同时为未来的基于纯IP网络的4G乃至5G移动/固定接入网络做好必要的网络资源准备。
“FTTB/C+LAN&PBX”光纤到大楼。采用PON技术实现光纤到大楼、到路边的“FTTB/C+LAN&PBX”方案。当前的“FTTB+LAN”模式基本上是基于点到点有源以太网光纤,这种模式光纤需求量大,光纤利用率低,组网不灵活,中间有过多的有源设备。如果采用PON网络进行FTTB/C的部署,即PON到商业楼或路边,在为大客户提供高带宽数据接入的同时,还提供E1专线和PBX的接入(GPON技术更加适合需要E1接入的场合)。
此外,GPON还非常适合进行FTTH光纤到户的综合业务接入(低成本,丰富的家庭业务接口,如GE/FE、POTS、CATV),以及园区网的接入,如工业园、开发区、大学城等,尤其对于新规划园区来讲,完全可以按照GPON的结构特点进行光纤部署,从而做到一步到位。
GPON在我国市场前景广阔
从世界各国推广FTTH的经验来看,政府的政策导向对FTTH具有重大影响,这已在FTTH发展最快的日本、韩国和美国得到证实。日本的e-Japan和u-Japan计划,韩国的e-Valley工程,美国FCC的“松绑”等,对它们国家FTTH的推动力都是巨大的。
日本继2004年12月推出“u-Japan政策”、2006年1月制定“IT新改革战略”后,于2006年6月又特别针对宽带网络的建设,提出“新一代宽带战略2010”规划。另外,日本的开放竞争政策也促使更多的运营商加入到光纤接入市场中来。同样,在美国,光纤接入网的发展普及也是与政府的积极扶持分不开的,美国政府出台的免除“非绑定”义务的政策促进了光纤接入网的发展。2004年,美国政府表示将大力推进宽带的进展,呼吁制定更好的国家宽带策略,并将宽带普遍接入列为2007年的目标。韩国政府制定了2005年在所有中心城市建立光纤通信网的计划。该国信息通信部计划到2007年为1000万个家庭提供家庭网络设施和服务。欧盟有15个成员國为了实行国家宽带发展计划,以市场导向为目标,提高使用率并刺激市场需求。2005年出台的“电子欧洲”行动计划意在推动宽带普及。
从区域发展的角度来看,受经济迅猛发展的影响以及日本FTTH的带动,亚太地区将是全球发展最快的地区,同时也将成为全球最大的FTTH市场。据有关部门预计,2013年亚太地区与光纤接入技术有关的资本支出为120亿美元,占全球总投资的52.8%。预计到2011年底,亚洲的FTTH用户数将增长到5900万户,占全球用户数的近70%。目前,我国在FTTH的发展方面还处于启动阶段。不论是主流电信运营商,还是新兴接入提供商,对FTTH还没有进入真正的实施阶段。但事物是有两面性的,正因为现在的相对落后,反而预留出今后更为广阔的发展空间。未来4～5年,以GPON技术为代表的中国FTTH的发展将迎来崭新的市场机遇。(姚传富 人民邮电报)
GPON将成为无源光网络市场的主流技术
全球各地的电信运营商正在将无源光网络(PON)作为一种提升高速宽带技术应用和一种长期基础设施的选择。相比现有的DSL系统,PON可以让这些电信商能以更低的运营成本来提供更高的带宽,同时地理覆盖范围也更大。有关专家认为,由于PON接入系统具有无源性,它的最大优点是在本地交换局和用户之间无需任何有源器件。因此,它具有不受带宽限制,速度快,安装简便和成本较低的优势,将会成为未来很有竞争力的接入系统。
GPON技术作为一种点到多点宽带接入技术,吸取了之前很多类似技术成功的经验和失败的教训,并且是一种由电信运营商主导制定的ITU技术标准,在技术出现之初,就拥有了很多其他接入技术所没有的优势。如果在今后的一两年内,世界主要运营商和厂商能够持续地积极介入和参与,GPON技术的市场前景是非常光明的。对于未来GPON能否在FTTx的接入市场上大显身手,我们拭目以待。
[文章编号]1006-7619(2010)09-28-871
【关键词】GPON;组成及特点;应用模式 方案
Discussion on GPON technology and its development prospect
Gong Bao
(Shanxi Tianyuan Communication Design Consulting Co., Ltd. Xi'an Shanxi 710075)
【Abstract】This paper describes the development of technology, GPON standard, composition, characteristics and application mode and networking solution, and through the engineering case is introduced. The application in access GPON
【Key words】GPON;Composition and characteristics;Of the application mode
PON技术概述
进入21世纪以来,全球宽带接入网进入了大发展阶段。我国宽带接入网在近两年发展也十分迅速,当前主要应用的宽带接入技术有xDSL、LAN、MSTP以及传统专线接入等。以ADSL为代表的宽带接入技术虽然基本解决了数据接入的问题,但靠出租带宽的宽带运营战略,随着上网用户流量的增加(如P2P等应用),运营商的宽带接入与业务发展进入了“平台期”,甚至出现每比特收益&宽带ARPU迅速下降,陷于收入增长低于成本增长的怪圈。对于运营商而言,只有进行宽带接入网改造,以及细分客户群进行多业务转型,才能驱动宽带收益的提升,“TriplePlay”等多业务将成为运营商获得宽带新收入的关键。
宽带接入网改造以及多业务转型,要求接入设备具有基于统一网络承载多业务的能力,并满足不断增长的带宽需求。DSL技术由于受带宽和接入距离限制,已逐渐无法满足需求。PON(无源光网络)宽带技术具有高带宽、广覆盖、单纤接入、接口丰富以及综合业务接入能力等优势。PON系统的引入,不但可以大大提升商业用户的接入速度以及综合业务提供能力,并且能够提供足够的业务质量保证。对于家庭用户而言,除了速度的提升,一根光纤可以提供语音、视频和数据业务。同时由于光纤本身的高度稳定性,有效降低运行维护成本,从而帮助运营商实现接入网建设的“一劳永逸”。
目前,业界最主要的两个PON标准,一个是由IEEE802.3ah工作组制定的EthernetPON(EPON)标准,另一个就是由ITU/FSAN制定的GigabitPON(GPON)标准。
GPON(Gigabit-Capable PON) 技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准,具有高带宽,高效率,大覆盖范围,用户接口丰富等众多优点,被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化,综合化改造的理想技术。
GPON最早由FSAN组织于2002年9月提出,ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定,2004年2 月和6月完成了G.984.3的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。
基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似,也是由局端的 OLT(光线路终端),用户端的ONT/ONU(光网络终端或称作光网络单元 ),连接前两种设备由单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的 ODN(光分配网络)以及网管系统组成。
对于其他的PON标准而言,GPON标准提供了前所未有的高带宽,下行速率高达 2.5Gbit/s,其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。提供QoS的全业务保障,同时承载ATM 信元和(或)GEM帧,有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。承载 GEM帧时,可以将TDM业务映射到GEM帧中,使用标准的 8kHz(125μs)帧能够直接支持TDM业务。作为电信级的技术标准, GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。
在GPON标准中,明确规定需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet 业务,包括IP业务和MPEG视频流)、 PSTN业务(POTS,ISDN业务) 、专用线(T1,E1,DS3, E3和ATM业务)和视频业务( 数字视频)。GPON中的多业务映射到ATM 信元或GEM帧中进行传送,对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。
GPON和EPON技术比较
其共同的特点如下:
高接入带宽:GPON下行速率高达2.5Gbit/s,上行速率高达1.25Gbit/s,EPON采用上下行各1.25Gbit/s的速率,可以满足现在和未来各种宽带业务的需要。
节省光纤资源:点到多点(P2MP)的树状广播形网络拓扑结构,从局端的一芯光纤,最后可以分支到32/64个终端ONU设备,极大节省了馈线段的光纤资源,特别是对于地域广阔的地区,或者原有光纤资源有限的运营商,采用PON技术组网可以大大提高光纤资源的使用效率。
设备运维、管理成本低:PON光纤接入技术,只有局端(OLT)和用户侧设备(ONU)为有源设备,其中间的光分布网络采用稳定性高、体积小巧、成本低的无源分光器,无需提供电源、空调等机房设备,也不占用机房空间,只需安装在光交接箱或光缆配线架的适当位置即可,易于维护。
其不同的特点如下:
相对EPON技术,GPON更注重对多业务的支持能力(TDM、IP、CATV),上联业务接口及下联用户接口更为丰富(10GE、GE、FE、STM-1、E1、POTS……),可提供FTTH、FTTB、FTTO、FTTC+LAN(DSLAM)的多种接入方式,同时GPON具有“源模式TDM”支持能力,能够支持传统TDME1业务,可提供移动基站互联、PBX接入以及大客户E1专线接入,同时能够提供时钟同步以及电信级QoS保证,使得电信运营商在采用新的宽带接入技术的同时不放弃原有的利润来源。而EPON的TDM支持采用电路仿真实现,其QoS以及时钟同步方面不如GPON,对传统业务支持起来有困难,可靠性也不是很好。
相对于EPON,GPON的标准更加完善。管理层的互通定义,使得OLT厂商的网络管理系统具有对其他厂商的ONU进行正常的认证、配置管理、故障管理、性能管理、安全管理等完善的OAM功能。
另外,除传统的语音、数据业务外,GPON标准中还定义了第3波长。在OLT上接入数字电视、IPTV的电视信号,在不影响电信业务的情况下,可以传送到末端的ONU设备,并支持RF电接口接入到用户有线电视分配网,从而提供三网合一的业务。
当前,EPON技术比较成熟,芯片设计难度比较低,产业链比GPON较成熟。EPON可以用以太网协议支持所有的IP网络,和现在的设备有很好的兼容性,在数据业务里EPON有独特的优点。GPON相对EPON出现得比较晚,它的芯片成本相对来讲还是比较高的。但随着GPON设备量产后,成本会下降到与EPON相当的水平,甚至当用户需求带宽超出30M后,GPON成本优势突出。从应用场景看,EPON比较适合部署中小规模FTTx,如个人用户,GPON适合于部署大規模FTTx,如对技术要求高的企业用户。从长远来看,我国的发展趋势可能从宽带点到点以太网光纤系统和EPON开始,最终过渡到GPON阶段。
PON应用模式探讨
目前PON的应用模式主要有下列几种:
“PON+DSL”的方案。“PON+DSL”的方案,将DSLAM尽量靠近用户,克服xDSL接入距离和带宽的限制,并采用PON设备将下移的DSLAM汇聚。该方案保护已有铜线投资,实现从铜线到FTTH的过渡,是当前PON应用和发展的主要定位。
移动网络基站互联。移动基站互联,需要PON设备支持TDME1业务。支持源模式:TDM传输的GPON技术,其传输质量可以与SDH/MSTP相媲美,可以直接利用GPONONU设备的E1端口连接基站。此外还可以通过GPONONU的GE/FE端口为邻近驻地客户提供以太网数据接入业务,通过同轴有线电视口提供模拟有线电视节目。
采用GPON设备互联移动基站,与传统的SDH/MSTP传输技术相比,性价比更具优势,扩容灵活。对于新的扩容站点,只需要从就近的无源分光器的预留分支口引出一芯光纤到新的ONU装机点,就可以实现扩容。局端设备无需硬件扩容,增加新的ONU也不会影响已有ONU的业务。采用GPON技术不仅对今后3G的部署有很强的适应能力,同时为未来的基于纯IP网络的4G乃至5G移动/固定接入网络做好必要的网络资源准备。
“FTTB/C+LAN&PBX”光纤到大楼。采用PON技术实现光纤到大楼、到路边的“FTTB/C+LAN&PBX”方案。当前的“FTTB+LAN”模式基本上是基于点到点有源以太网光纤,这种模式光纤需求量大,光纤利用率低,组网不灵活,中间有过多的有源设备。如果采用PON网络进行FTTB/C的部署,即PON到商业楼或路边,在为大客户提供高带宽数据接入的同时,还提供E1专线和PBX的接入(GPON技术更加适合需要E1接入的场合)。
此外,GPON还非常适合进行FTTH光纤到户的综合业务接入(低成本,丰富的家庭业务接口,如GE/FE、POTS、CATV),以及园区网的接入,如工业园、开发区、大学城等,尤其对于新规划园区来讲,完全可以按照GPON的结构特点进行光纤部署,从而做到一步到位。
GPON在我国市场前景广阔
从世界各国推广FTTH的经验来看,政府的政策导向对FTTH具有重大影响,这已在FTTH发展最快的日本、韩国和美国得到证实。日本的e-Japan和u-Japan计划,韩国的e-Valley工程,美国FCC的“松绑”等,对它们国家FTTH的推动力都是巨大的。
日本继2004年12月推出“u-Japan政策”、2006年1月制定“IT新改革战略”后,于2006年6月又特别针对宽带网络的建设,提出“新一代宽带战略2010”规划。另外,日本的开放竞争政策也促使更多的运营商加入到光纤接入市场中来。同样,在美国,光纤接入网的发展普及也是与政府的积极扶持分不开的,美国政府出台的免除“非绑定”义务的政策促进了光纤接入网的发展。2004年,美国政府表示将大力推进宽带的进展,呼吁制定更好的国家宽带策略,并将宽带普遍接入列为2007年的目标。韩国政府制定了2005年在所有中心城市建立光纤通信网的计划。该国信息通信部计划到2007年为1000万个家庭提供家庭网络设施和服务。欧盟有15个成员國为了实行国家宽带发展计划,以市场导向为目标,提高使用率并刺激市场需求。2005年出台的“电子欧洲”行动计划意在推动宽带普及。
从区域发展的角度来看,受经济迅猛发展的影响以及日本FTTH的带动,亚太地区将是全球发展最快的地区,同时也将成为全球最大的FTTH市场。据有关部门预计,2013年亚太地区与光纤接入技术有关的资本支出为120亿美元,占全球总投资的52.8%。预计到2011年底,亚洲的FTTH用户数将增长到5900万户,占全球用户数的近70%。目前,我国在FTTH的发展方面还处于启动阶段。不论是主流电信运营商,还是新兴接入提供商,对FTTH还没有进入真正的实施阶段。但事物是有两面性的,正因为现在的相对落后,反而预留出今后更为广阔的发展空间。未来4～5年,以GPON技术为代表的中国FTTH的发展将迎来崭新的市场机遇。(姚传富 人民邮电报)
GPON将成为无源光网络市场的主流技术
全球各地的电信运营商正在将无源光网络(PON)作为一种提升高速宽带技术应用和一种长期基础设施的选择。相比现有的DSL系统,PON可以让这些电信商能以更低的运营成本来提供更高的带宽,同时地理覆盖范围也更大。有关专家认为,由于PON接入系统具有无源性,它的最大优点是在本地交换局和用户之间无需任何有源器件。因此,它具有不受带宽限制,速度快,安装简便和成本较低的优势,将会成为未来很有竞争力的接入系统。
GPON技术作为一种点到多点宽带接入技术,吸取了之前很多类似技术成功的经验和失败的教训,并且是一种由电信运营商主导制定的ITU技术标准,在技术出现之初,就拥有了很多其他接入技术所没有的优势。如果在今后的一两年内,世界主要运营商和厂商能够持续地积极介入和参与,GPON技术的市场前景是非常光明的。对于未来GPON能否在FTTx的接入市场上大显身手,我们拭目以待。
[文章编号]1006-7619(2010)09-28-871