论文部分内容阅读
摘要：本文首先按照目前视频、数据等高带宽业务和应用的发展，预测截止2010年各类业务对带宽的需求。其次介绍了无源光网络（PON）技术的原理，结合目前包头分公司的实际情况，提出了无源光网络（PON）技术的应用场景，最后提出了以及影响无源光网络（PON）技术应用的因素。
关键字：无源光网络，PON，带宽，业务，场景
【分类号】：TN929.1
1 业务带宽需求预测
随着电信技术和业务的发展，视频、数据等高带宽业务和应用日益丰富。预计到2010年左右，固网数据运营商的主要宽带业务将包括高清/标清IPTV、视频通信、网络游戏、高速上网及IP话音业务。各类业务的上下行带宽需求如表1-1所示。
表1-1 典型业务带宽需求
预计到2010年左右，除高速上网、IP话音、视频通信、网络游戏等业务外，高速率用户将有1路高清IPTV+2路标清IPTV的业务需求，下行带宽将在20Mb/s左右；中低速率用户将有1路高清IPTV或2路标清IPTV的业务需求，下行带宽在8～12 Mb/s左右。用户业务带宽需求详细预测见表1-2。
宽带业务的发展对接入网提出了新的要求，如更高带宽及强大的带宽管理能力，对接入、内容、质量及安全等方面的控制能力等。而目前运营商广泛使用的DSL技术无法实现上述要求。为了应对上述提到的接入网问题，电信运营商不约而同地提出了“光进铜退”的接入网发展策略，使用PON技术，将投资重心转向光接入网，严格控制铜缆投资和使用，分阶段有步骤地实现接入网光纤化，不断缩短铜缆长度，最终实现光纤到家庭（FTTH）。
2 宽带光接入技术
宽带光接入的主要技术包括点对点技术（P2P，如点对点光以太网）和点对多点无源光网络技术（PON，如APON、EPON、GPON等）两大类。
点对点（P2P）方式的主要优点是专用接入，局端设备简单，传输距离长，可以用于低密度用户分散地区。但是用户不能共享局端设备和主干光纤，高密集用户区域成本高，标准化程度差，不是主流解决方案。
无源光网络（PON）技术与点对点（P2P）方式相比，能够大量节省主干光纤和局端设备光接口、高密集用户区域成本低，标准化程度高，业务透明性较好，网络配置灵活，综合优势明显，是未来宽带光接入及FTTx方式的主要技术选择。
2.1 PON技术原理
2.1.1 PON核心构成
PON（无源光网络）中最主要的三部分包括位于局端的OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）、终端ONU（Optical Network Unit，光网络单元）、以及ODN（Optical Distribution Network，光配线网）。PON“无源”是指ODN全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，不含有任何电子器件及电源。PON系统采用WDM方式，实现了单纤双向传输。
2.1.2 PON上、下行数据传输方式
PON在实现上有三种方式，分别是TDM-PON，WDM-PON，？混合PON（HPON/XPON），而目前已经标准化的APON、EPON和GPON都是基于TDM-PON的技术，因此这里主要阐述TDM-PON的实现原理。
数据在PON中的下行传输，是有OLT发送到各个ONU的以太包形成连续的数据流，这一数据流为下行光波所携带，光功率被光分路器分配给各个ONU。在每个ONU，数据流被还原成电的形式，并由MAC模块根据用户的MAC地址挑选出一个以太包递交给该用户。因此，在下行方向，原来的IEEE802.3协议不作任何修改就可以应用。
数据在PON中的上行传输，采用时分多址。按照新的MAC控制协议，OLT安排各个ONU在不同的时隙中轮流发送数据帧，数据帧由一个或几个以太包组成。在这样的时隙安排下，各个用户上行发送的以太包将不会发生碰撞。PON区别于传統以太网的特色就在于OLT控制的主从工作模式和上行以太包的成帧格式。为了完成各个ONU的定时校正，每个ONU在加入PON时，都要与OLT一起进行一个测距过程，由ONU请求发送，而由OLT作成允诺，安排ONU的发送时刻和发送时间段，实现动态带宽分配。
3 无源光网络（PON）技术的应用
无源光网络（PON）技术是发展FTTx的主要实现技术，它可节省主干光纤资源和网络层次，在长距离传输条件下可提供双向高带宽能力，接入业务种类丰富，其远程管理能力和无源光分配网结构可大幅降低运维成本，因此可支持多种应用场景。不同的应用场景下客户的分布密度、业务需求存在很大的差异性，相应的运营商收益也有所区别，如企业客户数量少，但资费高、收益大；家庭用户数量众多，但资费低，等等。综合考虑业务需求、成本和客户分布情况的不同，PON的典型应用场景可分为下面四大类。
3.1 高端居民用户-FTTH方式
3.2 普通居民用户-FTTB方式
家庭用户包括高端家庭用户（别墅、高档公寓）和普通家庭客户，他们是宽带接入市场中用户数量最多的客户群，业务需求以IP业务为主，辅以POTS业务。目前家庭用户对带宽的需求一般，但随着IPTV、视频通信等高带宽业务的陆续出现，将使得运营商接入带宽的升级压力剧增。此外，家庭用户对成本和资费敏感，而且用户数量众多，维护压力大。
由于高端家庭用户和普通家庭用户对资费的承受能力存在一定差异，因此采用PON技术为家庭用户提供高带宽接入服务时需要区分客户类型来采用FTTH或FTTB/C等不同的网络结构。对于别墅区和高档住宅小区，考虑到用户对资费的承受能力较强，可以采用PON直接实现FTTH，一步到位解决客户对IP数据、视频和话音的多种业务需求。对于普通家庭用户，采用PON+LAN（多FE端口的ONU）或PON+DSL（内置DSLAM功能模块）实现FTTB，在提供高带宽的同时可大幅降低网络建设成本，满足普通家庭用户对低资费高带宽的要求。 3.3 商业楼宇用户-FTTO、FTTB+LAN方式
商业楼宇中，有多家规模不同的公司，每个用户的带宽和业务接口需求各不相同，整个楼宇的接口种类较多。其带宽需求一般相对较高（一般超过2 Mb/s，典型需求为10 Mb/s S甚至100 M Mb/s），业务需求以IP业务为主，辅以E1语音专线或POTS业务，可以承受较高的资费。此外，企业客户对系统的可用性和维护质量等方面的要求高于居民用户，这样就对设备和运维部门提出了较高的要求。
传统接入方式（如DSL、光纤收发器等）在接入企业客户时存在较大不足，如DSL接入的带宽较小难以满足商用客户需求，且速率不稳定；光纤收发器的传输带宽有保证，但消耗大量光纤资源，在光缆资源紧张区域难以满足要求。
采用EPON和GPON技术可以较好地满足企业客户的需求，解决传统接入方式的不足。具体来说，在中小商业客户比较集中的商业楼宇，采用PON技术直接实现FTTO或FTTB+LAN，可为客户提供不同带宽、不同接口、不同业务类型（包括IP、E1、话音）的个性化服务；如图3-3，每个公司一个ONU，可以按需分配带宽，ONU通过交换机或路由器与公司内部网络连接。因此，PON通过其灵活的接口、业务在满足商住两用楼宇的需求时，凸显了其技术优势。
3.4 安防监控工程
随着城市监控、交通监控等一系列远程视频监控组网需求的大量出现，视频监控（“全球眼”、“神眼”、“平安城市”）、视频通信（“新视通”）等对上行带宽要求较高的业务已经成为运营商的一种收益较高的新型业务。
采用PON技术承载视频监控业务的回传数据，可以把用户端设备（ONU）放在监控点，监控点的网络编码器或硬盘录像机通过以太网口与ONU连接；局端设备（OLT）放在监控中心机房，通过上联以太网口与监控中心的网络矩阵主机连接， EPON是一种比较理想的监控摄像头信号接入技术。
4 影响无源光网络（PON）技术应用因素
4.1 缺乏有力的业务需求
“杀手级应用”是很多新技术推出时必须面对的问题，PON也不例外。目前PON的确难以找到符合大多数用户需求的杀手级应用，提供的主要业务类型仍然和DSL类似，难以体现PON高带宽、大覆盖的技术优势。IPTV被认为是推动FTTH发展的关键业务，但这涉及到电信与广电行业之间的行业管制、版权保护、内容监管以及合适的商业模式等。除了电信运营商应该在内容提供方面主动与广电运营商合作外，从日本、韩国的发展经验来看，政府在法规的制定和促进产业链的形成方面有着不可替代的作用。
4.2 线缆所有权问题
PON尤其是FTTH的应用再次提出了接入线路敷设所有权的问题，光纤的长距离传输能力使得局端设备能够远远移出小区范围，如此庞大的光缆线路所有权应该归谁是FTTH网络建设和政府管制应该重点考虑的问题之一。此外，如何避免重复建设也是一个需要仔细考虑的问题。
4.3 城域網的带宽压力
PON的高带宽使得用户接入段的带宽能力大为提高，却给城域网和数据汇聚后的核心骨干网带来了巨大的带宽压力，目前的城域网和核心网架构以及网上交换机/路由器等不足以承受PON实现FTTH带来的巨大业务流量。为了使用户真正感受到PON构建的FTTH的高带宽能力，必须消除网络上的瓶颈，甚至构建下一代网络体系架构。
4.4 ONU供电
由于PON采用光纤传输，传输系统本身无法实现对ONU的远程供电，必须采用本地供电。ONU断电会导致语音中断，对长期以来固网运营商形成的断电不掉话的习惯形成了冲击。
此外，PON的规模应用改变了运维部门传统的铜缆维护体系，数据/语音/视频的“三重播放”还带来了运维部门多专业综合维护能力的问题，光纤到户的业务资费以及消费引导问题也是对运营商向用户推广业务的一个考验。
5 结语
无论是核心网、传输网还是接入网，其反战的首要因素就是业务，是终端用户的需求。从业务发展现状来看，高带宽的消耗业务逐步涌现，带宽提速成为迫切需求，而PON以其容量大、传输距离长、较低成本、全业务支持等又是成为宽带接入的热点，它在提供业务组合的同时，实现了高可靠性和高性能，已经成为下一代光接入网的发展方向。但FTTH在中国的实现将是一个循序渐进的过程，还有赖于政府、运营商、设备商、器件商、研发机构、用户等多方的不懈努力和持续推进，还需要我们有足够的耐心和恒心。
关键字：无源光网络，PON，带宽，业务，场景
【分类号】：TN929.1
1 业务带宽需求预测
随着电信技术和业务的发展，视频、数据等高带宽业务和应用日益丰富。预计到2010年左右，固网数据运营商的主要宽带业务将包括高清/标清IPTV、视频通信、网络游戏、高速上网及IP话音业务。各类业务的上下行带宽需求如表1-1所示。
表1-1 典型业务带宽需求
预计到2010年左右，除高速上网、IP话音、视频通信、网络游戏等业务外，高速率用户将有1路高清IPTV+2路标清IPTV的业务需求，下行带宽将在20Mb/s左右；中低速率用户将有1路高清IPTV或2路标清IPTV的业务需求，下行带宽在8～12 Mb/s左右。用户业务带宽需求详细预测见表1-2。
宽带业务的发展对接入网提出了新的要求，如更高带宽及强大的带宽管理能力，对接入、内容、质量及安全等方面的控制能力等。而目前运营商广泛使用的DSL技术无法实现上述要求。为了应对上述提到的接入网问题，电信运营商不约而同地提出了“光进铜退”的接入网发展策略，使用PON技术，将投资重心转向光接入网，严格控制铜缆投资和使用，分阶段有步骤地实现接入网光纤化，不断缩短铜缆长度，最终实现光纤到家庭（FTTH）。
2 宽带光接入技术
宽带光接入的主要技术包括点对点技术（P2P，如点对点光以太网）和点对多点无源光网络技术（PON，如APON、EPON、GPON等）两大类。
点对点（P2P）方式的主要优点是专用接入，局端设备简单，传输距离长，可以用于低密度用户分散地区。但是用户不能共享局端设备和主干光纤，高密集用户区域成本高，标准化程度差，不是主流解决方案。
无源光网络（PON）技术与点对点（P2P）方式相比，能够大量节省主干光纤和局端设备光接口、高密集用户区域成本低，标准化程度高，业务透明性较好，网络配置灵活，综合优势明显，是未来宽带光接入及FTTx方式的主要技术选择。
2.1 PON技术原理
2.1.1 PON核心构成
PON（无源光网络）中最主要的三部分包括位于局端的OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）、终端ONU（Optical Network Unit，光网络单元）、以及ODN（Optical Distribution Network，光配线网）。PON“无源”是指ODN全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，不含有任何电子器件及电源。PON系统采用WDM方式，实现了单纤双向传输。
2.1.2 PON上、下行数据传输方式
PON在实现上有三种方式，分别是TDM-PON，WDM-PON，？混合PON（HPON/XPON），而目前已经标准化的APON、EPON和GPON都是基于TDM-PON的技术，因此这里主要阐述TDM-PON的实现原理。
数据在PON中的下行传输，是有OLT发送到各个ONU的以太包形成连续的数据流，这一数据流为下行光波所携带，光功率被光分路器分配给各个ONU。在每个ONU，数据流被还原成电的形式，并由MAC模块根据用户的MAC地址挑选出一个以太包递交给该用户。因此，在下行方向，原来的IEEE802.3协议不作任何修改就可以应用。
数据在PON中的上行传输，采用时分多址。按照新的MAC控制协议，OLT安排各个ONU在不同的时隙中轮流发送数据帧，数据帧由一个或几个以太包组成。在这样的时隙安排下，各个用户上行发送的以太包将不会发生碰撞。PON区别于传統以太网的特色就在于OLT控制的主从工作模式和上行以太包的成帧格式。为了完成各个ONU的定时校正，每个ONU在加入PON时，都要与OLT一起进行一个测距过程，由ONU请求发送，而由OLT作成允诺，安排ONU的发送时刻和发送时间段，实现动态带宽分配。
3 无源光网络（PON）技术的应用
无源光网络（PON）技术是发展FTTx的主要实现技术，它可节省主干光纤资源和网络层次，在长距离传输条件下可提供双向高带宽能力，接入业务种类丰富，其远程管理能力和无源光分配网结构可大幅降低运维成本，因此可支持多种应用场景。不同的应用场景下客户的分布密度、业务需求存在很大的差异性，相应的运营商收益也有所区别，如企业客户数量少，但资费高、收益大；家庭用户数量众多，但资费低，等等。综合考虑业务需求、成本和客户分布情况的不同，PON的典型应用场景可分为下面四大类。
3.1 高端居民用户-FTTH方式
3.2 普通居民用户-FTTB方式
家庭用户包括高端家庭用户（别墅、高档公寓）和普通家庭客户，他们是宽带接入市场中用户数量最多的客户群，业务需求以IP业务为主，辅以POTS业务。目前家庭用户对带宽的需求一般，但随着IPTV、视频通信等高带宽业务的陆续出现，将使得运营商接入带宽的升级压力剧增。此外，家庭用户对成本和资费敏感，而且用户数量众多，维护压力大。
由于高端家庭用户和普通家庭用户对资费的承受能力存在一定差异，因此采用PON技术为家庭用户提供高带宽接入服务时需要区分客户类型来采用FTTH或FTTB/C等不同的网络结构。对于别墅区和高档住宅小区，考虑到用户对资费的承受能力较强，可以采用PON直接实现FTTH，一步到位解决客户对IP数据、视频和话音的多种业务需求。对于普通家庭用户，采用PON+LAN（多FE端口的ONU）或PON+DSL（内置DSLAM功能模块）实现FTTB，在提供高带宽的同时可大幅降低网络建设成本，满足普通家庭用户对低资费高带宽的要求。 3.3 商业楼宇用户-FTTO、FTTB+LAN方式
商业楼宇中，有多家规模不同的公司，每个用户的带宽和业务接口需求各不相同，整个楼宇的接口种类较多。其带宽需求一般相对较高（一般超过2 Mb/s，典型需求为10 Mb/s S甚至100 M Mb/s），业务需求以IP业务为主，辅以E1语音专线或POTS业务，可以承受较高的资费。此外，企业客户对系统的可用性和维护质量等方面的要求高于居民用户，这样就对设备和运维部门提出了较高的要求。
传统接入方式（如DSL、光纤收发器等）在接入企业客户时存在较大不足，如DSL接入的带宽较小难以满足商用客户需求，且速率不稳定；光纤收发器的传输带宽有保证，但消耗大量光纤资源，在光缆资源紧张区域难以满足要求。
采用EPON和GPON技术可以较好地满足企业客户的需求，解决传统接入方式的不足。具体来说，在中小商业客户比较集中的商业楼宇，采用PON技术直接实现FTTO或FTTB+LAN，可为客户提供不同带宽、不同接口、不同业务类型（包括IP、E1、话音）的个性化服务；如图3-3，每个公司一个ONU，可以按需分配带宽，ONU通过交换机或路由器与公司内部网络连接。因此，PON通过其灵活的接口、业务在满足商住两用楼宇的需求时，凸显了其技术优势。
3.4 安防监控工程
随着城市监控、交通监控等一系列远程视频监控组网需求的大量出现，视频监控（“全球眼”、“神眼”、“平安城市”）、视频通信（“新视通”）等对上行带宽要求较高的业务已经成为运营商的一种收益较高的新型业务。
采用PON技术承载视频监控业务的回传数据，可以把用户端设备（ONU）放在监控点，监控点的网络编码器或硬盘录像机通过以太网口与ONU连接；局端设备（OLT）放在监控中心机房，通过上联以太网口与监控中心的网络矩阵主机连接， EPON是一种比较理想的监控摄像头信号接入技术。
4 影响无源光网络（PON）技术应用因素
4.1 缺乏有力的业务需求
“杀手级应用”是很多新技术推出时必须面对的问题，PON也不例外。目前PON的确难以找到符合大多数用户需求的杀手级应用，提供的主要业务类型仍然和DSL类似，难以体现PON高带宽、大覆盖的技术优势。IPTV被认为是推动FTTH发展的关键业务，但这涉及到电信与广电行业之间的行业管制、版权保护、内容监管以及合适的商业模式等。除了电信运营商应该在内容提供方面主动与广电运营商合作外，从日本、韩国的发展经验来看，政府在法规的制定和促进产业链的形成方面有着不可替代的作用。
4.2 线缆所有权问题
PON尤其是FTTH的应用再次提出了接入线路敷设所有权的问题，光纤的长距离传输能力使得局端设备能够远远移出小区范围，如此庞大的光缆线路所有权应该归谁是FTTH网络建设和政府管制应该重点考虑的问题之一。此外，如何避免重复建设也是一个需要仔细考虑的问题。
4.3 城域網的带宽压力
PON的高带宽使得用户接入段的带宽能力大为提高，却给城域网和数据汇聚后的核心骨干网带来了巨大的带宽压力，目前的城域网和核心网架构以及网上交换机/路由器等不足以承受PON实现FTTH带来的巨大业务流量。为了使用户真正感受到PON构建的FTTH的高带宽能力，必须消除网络上的瓶颈，甚至构建下一代网络体系架构。
4.4 ONU供电
由于PON采用光纤传输，传输系统本身无法实现对ONU的远程供电，必须采用本地供电。ONU断电会导致语音中断，对长期以来固网运营商形成的断电不掉话的习惯形成了冲击。
此外，PON的规模应用改变了运维部门传统的铜缆维护体系，数据/语音/视频的“三重播放”还带来了运维部门多专业综合维护能力的问题，光纤到户的业务资费以及消费引导问题也是对运营商向用户推广业务的一个考验。
5 结语
无论是核心网、传输网还是接入网，其反战的首要因素就是业务，是终端用户的需求。从业务发展现状来看，高带宽的消耗业务逐步涌现，带宽提速成为迫切需求，而PON以其容量大、传输距离长、较低成本、全业务支持等又是成为宽带接入的热点，它在提供业务组合的同时，实现了高可靠性和高性能，已经成为下一代光接入网的发展方向。但FTTH在中国的实现将是一个循序渐进的过程，还有赖于政府、运营商、设备商、器件商、研发机构、用户等多方的不懈努力和持续推进，还需要我们有足够的耐心和恒心。