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摘要：光纤到户(FTTH)是解决宽带入户问题的理想技术，随着信息接入技术的不断推进、国家政策的扶持力度进一步加大、各大运营商竞争日益加剧以及电信设备制造成本的下降，FTTH出现了迅速发展的势头。本文描述了FTTH的特点、基本模型和三种组网结构的比较，并阐明了GPON是我国今后宽带普及工程的主要手段。
关键词：光纤到户；特点；组网方式
Abstract: the optical fiber to the home (FTTH) is to solve the problem of broadband door ideal technology, along with the information access technology, the development of the national policy of the support strength further increase, each big operators growing competition and a decline in the cost of telecommunications equipment manufacturing, FTTH appeared rapid development momentum. This paper describes the characteristics of FTTH, basic models and three network structure comparison, and expound the GPON is our country broadband penetration in the future the principal means of engineering.
Keywords: fiber to the home; Characteristics; Network mode
中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号
FTTH是多年来人们不断追求的梦想和探索的技术方向，但由于成本、技术、需求等方面的障碍，至今在我国还没有得到大规模推广与发展。当前，在新建小区和老旧小区改造项目中，FTTH网再次成为热点，步入快速发展期。新技术、新设备、新的网络建设计划不断推出，引起了业界的关注。很多有识之士把FTTH网(特别是光纤到户、光纤到驻地)视为光通信市场复苏的重要转折点。预计今后几年，FTTH网还将会有更大的发展。
1. FTTH的概念及其主要特点
1.1 FTTH的概念
光纤接入网是指光线路终端设备（OLT）与光网络单元（ONU）之间完全以光纤作为传输媒体。光纤接入网以光网络单元(ONU)的位置所在，分为光纤到户（FTTH）、光纤到大楼(FTTB)、光纤到驻地(FTTP)和光纤到路边(FTTC)等几种情况。FTTH(Fiber To The Home)，顾名思义就是一根光纤直接到家庭。具体说，FTTH是指将光网络单元(ONU)安装在住家用户或企业用户处，是光纤接入系列中除FTTD(光纤到桌面)外最靠近用户的光接入网应用类型。
1.2 FTTH的主要特点
FTTH的显著技术特点是不但提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了维护和安装。具体地说，FTTH具有以下五种特点：第一，从局端到用户端，中间基本上可以做到无源，不受停电影响，建设比较容易；第二，传输距离长，符合运营商的大规模运用方式；第三，不受电磁等外界干扰，使用寿命也长；第四，支持的协议比较灵活；第五，随着技术的发展，FTTH接入方式制定了比较完善的协议和功能。
2．FTTH的组网方式
当前，光纤到户采取的组网方式，主要有点到点有源以太网（P2P）系统,以太网无源光网络系统（EPON）、吉比特以太网无源光网络(GPON)等三种方式。
2.1 点到点有源以太网系统的FTTH组网
采用点到点的结构，从中心局到每个用户都用一根光纤（或2根）。图1是建议草案G.ptp 100Mbit/s基于以太网的点到点的系统配置。
注：S： 光发送参考点；R： 光接收参考点
图1 G.ptp系统配置
对于具有N个终端用户的距离为Mkm的无保护FTTH系统，如果采用点到点的方案，需要2N个光收发器和NMkm的光纤。P2PFTTH网络在局端交换机和用户端设备之间，通过WDM方式将上下行波长在一根光纤上传输，每个用户只需一根光纤。上行采用1310nm波长，下行采用1550nm波长。通过使用光纤传输，将以太网从局端直接延伸到用户桌面，在提供高带宽、经济的接入方式的同时，免除了传统以太网接入方式中楼道交换机供电、维护的困难，避免了因为开通率低造成的投资回收困难，并且开通灵活，安全性高。在P2P解决方案中，用户可以真正独享100M带宽，轻松支持可视电话、视频点播、远程医疗、远程教育等高宽带业务。在支持高速数据应用的同时，可以提供E1接口和POTS接口，使原本需要独立布线的多种业务通过一根光纤全部解决。
当然，点到点系统避免了复杂的上行同步技术和终端自动识别技术。另外上行的全部带宽可被一个终端所用，这非常有利于带宽的扩展。但这些优点远不能抵消它在器件和光纤成本方面的劣势。
2.2 以太网无源光网络EPON的FTTH组网
无源光网络（PON）的概念由来已久，它具有节省光纤资源、对网络协议透明的特点，在光接入網中扮演着越来越重要的角色。同时，以太网（Ethernet）技术经过二十年的发展，以其简便实用，价格低廉的特性，几乎已经完全统治了局域网。而以太网与PON的结合，便产生了以太网无源光网络系统（EPON）。它同时具备了以太网和PON的优点，正成为光接入网领域中的热门技术。如图2。
图2：无源光网络
EPON以以太网为载体，采用点到多点结构、无源光纤传输方式，下行速率目前可达到10Gbit/s，上行以突发的以太网包方式发送数据流。另外，EPON也提供一定的运行维护和管理(OAM)功能。和传统的以太网相比，EPON主要增加了两部分功能：位于媒体接入控制(MAC)层之下的仿真子层和被作为MAC层一部分的多点控制协议（MPCP）。仿真子层使得下面的点到多点网络在协议上层看来像是多个点到点链路，这一点是通过在每一个分组的开始加上逻辑链路标识（LLID）以取代2个字节的前导来实现的。
EPON技术和现有的设备具有很好的兼容性。而且EPON还可以轻松实现带宽到10Gbit/s的平滑升级。新发展的服务质量（QoS）技术使以太网对语音、数据和图像业务的支持成为可能。这些技术包括全双工支持、优先级（p802.lp）和虚拟局域网（VLAN）。但目前以太网支持多业务的标准还没有形成，它对非数据业务，尤其是TDM业务还不能很好地支持。
实现EPON也需要突破一些技术难点，例如：
1）因为PON是一种点到多点的物理和逻辑拓扑结构，而传统的以太网是点到点的协议，如何在点到多点的EPON中传送点到点的以太网协议，是以太网应解决的技术问题，通过对MAC的改造可以实现。
2）必须解决点到多点的光系统中突发模式传送的问题。
3）PON中不同ONU与OLT的距离相差较大，如何解决到达OLT光信号强度的巨大偏差问题。如何解决非授权ONU的累积噪声对授权ONU发出的光信号的干扰问题。
4）EPON中带宽共享和动态带宽分配的处理。
5）如何解决窄带话音和宽带业务在EPON中的兼容等。
2.3 吉比特无源光网络GPON的FTTH组网
吉比特无源光网络GPON是相对于EPON来说的。在IEEE积极制定EPON标准的同时，FSAN組织开始发起制定速率超过1Gbit/s的PON网络标准——吉比特以太网无源光网络(GPON)，随后，ITU-T也介入了这一新标准的制定工作，并于2003年1月通过两个有关GPON的新标准——G.984.1和G.984.2。两者的主要区别在于：
1、GPON可以提供1.244Gbit/s和2.488Gbit/s的下行速率和ITU规定的多种标准上行速率，即可以灵活地提供对称和非对称速率。传输距离至少达20km，系统分路比可以为1:16、1:32、1:64乃至1:128，而EPON只提供1.25Gbit/s对称速率，分路比最多为1:32。即GPON在速率、速率灵活性、传输距离和分路比方面有优势。
2、GPON采用了两种适配方式，除了传统的ATM外，还在传输汇聚层采用了一个全新的基于SDH的标准通用组帧程序(GFP)，这是一种可以透明、高效地将各种数据信号封装进现有SDH网络的通用标准信号适配映射技术，可以适应任何用户信号格式和任何传输网络制式，无需附加ATM或IP封装层，封装效率高、提供业务灵活，而APON/BPON和EPON对每种特定业务都需要提供特定的适配方法。
3、由于GPON采用GFP映射，其传输汇聚层本质上是同步的，还使用标准SDH的125μs帧，使GPON可以支持端到端的定时和其它准同步业务，特别是可以直接高质量、灵活地支持实时的TDM语音业务，延时和抖动性能很好。而EPON在承载TDM业务方面没有具体规定，导致厂家可以采用不同方法来承载，包括一层、二层和三层均可以，互操作性较差，性能难以确保。
4、GPON在网管方面具有丰富的功能，包括带宽授权分配、动态带宽分配、链路监测、保护倒换、密钥交换和各种告警功能等，比EPON考虑周到。不过，EPON在网管功能上比普通以太网有了明显改进，可以提供远端故障指示、远端环回控制和链路监视等基本管理功能，也能满足基本管理功能。
5、在QoS方面，GPON可以通过使用指针调整ONU的授权带宽和授权周期来保证业务的带宽和延时要求。而EPON主要采用优先级队列结合DBA算法来保证带宽和延时，也能基本满足不同业务的QoS要求。
对此，就FTTH建设来讲，城市新建区主要是基于GPON的FTTH为主。对用户密度和实装率很高、带宽要求不高、流动性较大场景则选择有明显成本优势和低投资风险的EPON的FTTB为主，特别是10G EPON。在城市改造区中，则以基于GPON的FTTH为主，对于近两三年所建设的FTTB不宜做二次改造，对于20M以上速率需求的FTTB升级则选择10G EPON。而对于农村地区，中国电信将以FTTN为主，FTTH/FTTB为辅。
3.FTTH的发展
总之，FTTH是解决接入技术最后一公里的最终目标，是大容量、高速化宽带建设必然趋势，而在针对不同的场景，采用不同的发展策略。在城市新建区，以基于GPON的FTTH为主。而对于用户密度和安装率很高、带宽需求不高、流动性较大的场景，如校园或者城中村等，可采用基于EPON的FTTB进行建设，因为其具有明显成本优势，而且投资风险低。在城市改造区，亦以GPON的FTTH为主，不过对于近2-3年新建的FTTB做二次改造，对于20M以上速率需求的FTTB升级，可采用10GEPON。在农村地区，以FTTN为主，FTTH/FTTB为辅。
参考文献
[1] 信产部通信行业标准《接入网技术要求-基于以太网方式的无源光网络》 2《PON技术的应用》；
[2] ITU T Rec. G.983.11998， Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON)[S]；
[3] ITU T SG15 COM15 92 G.984.1 2003， General characteristics for Gigabit capable Passive Optical Networks (GPON) [S]。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：光纤到户；特点；组网方式
Abstract: the optical fiber to the home (FTTH) is to solve the problem of broadband door ideal technology, along with the information access technology, the development of the national policy of the support strength further increase, each big operators growing competition and a decline in the cost of telecommunications equipment manufacturing, FTTH appeared rapid development momentum. This paper describes the characteristics of FTTH, basic models and three network structure comparison, and expound the GPON is our country broadband penetration in the future the principal means of engineering.
Keywords: fiber to the home; Characteristics; Network mode
中图分类号：TN929.11 文献标识码：A 文章编号
FTTH是多年来人们不断追求的梦想和探索的技术方向，但由于成本、技术、需求等方面的障碍，至今在我国还没有得到大规模推广与发展。当前，在新建小区和老旧小区改造项目中，FTTH网再次成为热点，步入快速发展期。新技术、新设备、新的网络建设计划不断推出，引起了业界的关注。很多有识之士把FTTH网(特别是光纤到户、光纤到驻地)视为光通信市场复苏的重要转折点。预计今后几年，FTTH网还将会有更大的发展。
1. FTTH的概念及其主要特点
1.1 FTTH的概念
光纤接入网是指光线路终端设备（OLT）与光网络单元（ONU）之间完全以光纤作为传输媒体。光纤接入网以光网络单元(ONU)的位置所在，分为光纤到户（FTTH）、光纤到大楼(FTTB)、光纤到驻地(FTTP)和光纤到路边(FTTC)等几种情况。FTTH(Fiber To The Home)，顾名思义就是一根光纤直接到家庭。具体说，FTTH是指将光网络单元(ONU)安装在住家用户或企业用户处，是光纤接入系列中除FTTD(光纤到桌面)外最靠近用户的光接入网应用类型。
1.2 FTTH的主要特点
FTTH的显著技术特点是不但提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了维护和安装。具体地说，FTTH具有以下五种特点：第一，从局端到用户端，中间基本上可以做到无源，不受停电影响，建设比较容易；第二，传输距离长，符合运营商的大规模运用方式；第三，不受电磁等外界干扰，使用寿命也长；第四，支持的协议比较灵活；第五，随着技术的发展，FTTH接入方式制定了比较完善的协议和功能。
2．FTTH的组网方式
当前，光纤到户采取的组网方式，主要有点到点有源以太网（P2P）系统,以太网无源光网络系统（EPON）、吉比特以太网无源光网络(GPON)等三种方式。
2.1 点到点有源以太网系统的FTTH组网
采用点到点的结构，从中心局到每个用户都用一根光纤（或2根）。图1是建议草案G.ptp 100Mbit/s基于以太网的点到点的系统配置。
注：S： 光发送参考点；R： 光接收参考点
图1 G.ptp系统配置
对于具有N个终端用户的距离为Mkm的无保护FTTH系统，如果采用点到点的方案，需要2N个光收发器和NMkm的光纤。P2PFTTH网络在局端交换机和用户端设备之间，通过WDM方式将上下行波长在一根光纤上传输，每个用户只需一根光纤。上行采用1310nm波长，下行采用1550nm波长。通过使用光纤传输，将以太网从局端直接延伸到用户桌面，在提供高带宽、经济的接入方式的同时，免除了传统以太网接入方式中楼道交换机供电、维护的困难，避免了因为开通率低造成的投资回收困难，并且开通灵活，安全性高。在P2P解决方案中，用户可以真正独享100M带宽，轻松支持可视电话、视频点播、远程医疗、远程教育等高宽带业务。在支持高速数据应用的同时，可以提供E1接口和POTS接口，使原本需要独立布线的多种业务通过一根光纤全部解决。
当然，点到点系统避免了复杂的上行同步技术和终端自动识别技术。另外上行的全部带宽可被一个终端所用，这非常有利于带宽的扩展。但这些优点远不能抵消它在器件和光纤成本方面的劣势。
2.2 以太网无源光网络EPON的FTTH组网
无源光网络（PON）的概念由来已久，它具有节省光纤资源、对网络协议透明的特点，在光接入網中扮演着越来越重要的角色。同时，以太网（Ethernet）技术经过二十年的发展，以其简便实用，价格低廉的特性，几乎已经完全统治了局域网。而以太网与PON的结合，便产生了以太网无源光网络系统（EPON）。它同时具备了以太网和PON的优点，正成为光接入网领域中的热门技术。如图2。
图2：无源光网络
EPON以以太网为载体，采用点到多点结构、无源光纤传输方式，下行速率目前可达到10Gbit/s，上行以突发的以太网包方式发送数据流。另外，EPON也提供一定的运行维护和管理(OAM)功能。和传统的以太网相比，EPON主要增加了两部分功能：位于媒体接入控制(MAC)层之下的仿真子层和被作为MAC层一部分的多点控制协议（MPCP）。仿真子层使得下面的点到多点网络在协议上层看来像是多个点到点链路，这一点是通过在每一个分组的开始加上逻辑链路标识（LLID）以取代2个字节的前导来实现的。
EPON技术和现有的设备具有很好的兼容性。而且EPON还可以轻松实现带宽到10Gbit/s的平滑升级。新发展的服务质量（QoS）技术使以太网对语音、数据和图像业务的支持成为可能。这些技术包括全双工支持、优先级（p802.lp）和虚拟局域网（VLAN）。但目前以太网支持多业务的标准还没有形成，它对非数据业务，尤其是TDM业务还不能很好地支持。
实现EPON也需要突破一些技术难点，例如：
1）因为PON是一种点到多点的物理和逻辑拓扑结构，而传统的以太网是点到点的协议，如何在点到多点的EPON中传送点到点的以太网协议，是以太网应解决的技术问题，通过对MAC的改造可以实现。
2）必须解决点到多点的光系统中突发模式传送的问题。
3）PON中不同ONU与OLT的距离相差较大，如何解决到达OLT光信号强度的巨大偏差问题。如何解决非授权ONU的累积噪声对授权ONU发出的光信号的干扰问题。
4）EPON中带宽共享和动态带宽分配的处理。
5）如何解决窄带话音和宽带业务在EPON中的兼容等。
2.3 吉比特无源光网络GPON的FTTH组网
吉比特无源光网络GPON是相对于EPON来说的。在IEEE积极制定EPON标准的同时，FSAN組织开始发起制定速率超过1Gbit/s的PON网络标准——吉比特以太网无源光网络(GPON)，随后，ITU-T也介入了这一新标准的制定工作，并于2003年1月通过两个有关GPON的新标准——G.984.1和G.984.2。两者的主要区别在于：
1、GPON可以提供1.244Gbit/s和2.488Gbit/s的下行速率和ITU规定的多种标准上行速率，即可以灵活地提供对称和非对称速率。传输距离至少达20km，系统分路比可以为1:16、1:32、1:64乃至1:128，而EPON只提供1.25Gbit/s对称速率，分路比最多为1:32。即GPON在速率、速率灵活性、传输距离和分路比方面有优势。
2、GPON采用了两种适配方式，除了传统的ATM外，还在传输汇聚层采用了一个全新的基于SDH的标准通用组帧程序(GFP)，这是一种可以透明、高效地将各种数据信号封装进现有SDH网络的通用标准信号适配映射技术，可以适应任何用户信号格式和任何传输网络制式，无需附加ATM或IP封装层，封装效率高、提供业务灵活，而APON/BPON和EPON对每种特定业务都需要提供特定的适配方法。
3、由于GPON采用GFP映射，其传输汇聚层本质上是同步的，还使用标准SDH的125μs帧，使GPON可以支持端到端的定时和其它准同步业务，特别是可以直接高质量、灵活地支持实时的TDM语音业务，延时和抖动性能很好。而EPON在承载TDM业务方面没有具体规定，导致厂家可以采用不同方法来承载，包括一层、二层和三层均可以，互操作性较差，性能难以确保。
4、GPON在网管方面具有丰富的功能，包括带宽授权分配、动态带宽分配、链路监测、保护倒换、密钥交换和各种告警功能等，比EPON考虑周到。不过，EPON在网管功能上比普通以太网有了明显改进，可以提供远端故障指示、远端环回控制和链路监视等基本管理功能，也能满足基本管理功能。
5、在QoS方面，GPON可以通过使用指针调整ONU的授权带宽和授权周期来保证业务的带宽和延时要求。而EPON主要采用优先级队列结合DBA算法来保证带宽和延时，也能基本满足不同业务的QoS要求。
对此，就FTTH建设来讲，城市新建区主要是基于GPON的FTTH为主。对用户密度和实装率很高、带宽要求不高、流动性较大场景则选择有明显成本优势和低投资风险的EPON的FTTB为主，特别是10G EPON。在城市改造区中，则以基于GPON的FTTH为主，对于近两三年所建设的FTTB不宜做二次改造，对于20M以上速率需求的FTTB升级则选择10G EPON。而对于农村地区，中国电信将以FTTN为主，FTTH/FTTB为辅。
3.FTTH的发展
总之，FTTH是解决接入技术最后一公里的最终目标，是大容量、高速化宽带建设必然趋势，而在针对不同的场景，采用不同的发展策略。在城市新建区，以基于GPON的FTTH为主。而对于用户密度和安装率很高、带宽需求不高、流动性较大的场景，如校园或者城中村等，可采用基于EPON的FTTB进行建设，因为其具有明显成本优势，而且投资风险低。在城市改造区，亦以GPON的FTTH为主，不过对于近2-3年新建的FTTB做二次改造，对于20M以上速率需求的FTTB升级，可采用10GEPON。在农村地区，以FTTN为主，FTTH/FTTB为辅。
参考文献
[1] 信产部通信行业标准《接入网技术要求-基于以太网方式的无源光网络》 2《PON技术的应用》；
[2] ITU T Rec. G.983.11998， Broadband optical access systems based on Passive Optical Networks (PON)[S]；
[3] ITU T SG15 COM15 92 G.984.1 2003， General characteristics for Gigabit capable Passive Optical Networks (GPON) [S]。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。