论文部分内容阅读
[摘要]介绍FTTx网络的基本构架，以及实现光纤到户的各种光纤接入技术的优点缺点和应用场合，最后对各种PON技术实现FTTx进行了详细分析。
[关键词]PON EPON GPON WDM-PON FTTx
中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1671－7597（2008）0220043－02
一、引言
宽带增值业务的推广，诸如3D网络游戏、远程教育、视频会议、视频点播、IPTV和三重播放（Triple play）等.使用户对带宽的需求越来越高， 现有的宽带接入方式，如ADSL和LAN接入，由于存在传输距离短、接入带宽有限、安全性不高、QoS没有很好的保证等问题，已越来越不能满足用户的需求。光纤作为传输速率高、容量大、业务多的最佳媒质，使得接入手段的光纤化成为接入网的方向.在商业用户的点对点FTTB应用已日益普及的同时，PON开始在FTTC，FTTO，FTTH等不同场合得到局部应用，已处于市场启动阶段，发展潜力巨大。
二、关于FTTx架构的分析
FTTx架构为新兴宽带应用开创了一条很引人注目的道路。通过无源光网络（PON），FTTx 可使多个用户共享单个光纤连接，而无需使用任何有源元件，即通过光电光（OEO） 转换来生成和转换光的元件。这种单点对多点的架构大大降低了网络安装、管理和维护成本。图一展示了FTTx网络的普通架构。在交换中心（即CO，也称为数据转发器）处，公共交换电话网络（PSTN）和Internet服务通过光线路终端（OLT）同光配线网（ODN）相连。使用下行1490nm和上行1310nm的波长来传送数据和语音。通过光视频转换器可将视频服务转变成波长为1550nm的光路形式。WDM耦合器可将1550nm和1490nm的波长组合起来，然后一起进行下行传送（到目前为止，还没有进行上行视频传送的计划）。这种组合使得三种波长（1310、1490和1550nm）可通过相同的光纤在多个方向上同时传送不同的信息。输送电缆在交换中心和分路器之间传输光信号，分路器可使多个ONT与一条光纤相连. 每个用户都需要一个ONT，它可为不同服务（POTS、以太网和视频）提供连接。
三、关于APON/BPON的分析
曾经的窄带无源光网络是基于TDM的，性能价格比不好，已经自然消亡。ATM的无源光网络（APON/BPON）可以利用ATM的集中和统计复用，再结合无源分路器对光钎和光线路终端的共享作用，使性能价格比有重要改进。然而，实际APON/BPON的业务适配提供很复杂，业务提供能力有限，数据传送速率和效率也不高，成本亦昂贵，其市场前景随ATM的衰落而黯淡。从业务发展趋势看，APON/BPON的可用带宽仍然不够，无法满足网络和业务发展的需要，不是一种有前瞻性的技术选择。
四、关于EPON的分析
EPON是在APON和G.0938的基础上保留物理层PON而以以太网代替ATM作为链路层协议，构成一个可以提供更大带宽，更低成本的新的结合体。该标准是设备商在IEEE802.3ah下形成的。
（一）EPON的主要优缺点
1．优点
（1）极大的简化了传统的多层重叠网络，消除了ATM和SDH层，从而降低了设备的复杂度和实现难度。
（2）上下行速率均为1.25Gbit/s，最新发展趋势是提供了2.5Gbit/s
的速率，从而降低了设备成本。
（3）硬件简单，协议熟悉，可以采用成熟的以太网技术甚至芯片，实现起来简单。
（4）初步提供了一些安全机制，诸如：VLAN，闭合用户群，VPN和各种加密算法等。
2.缺点
（1）由于IEEE802.3ab只规定了MAC层和物理层，MAC层以上的标准靠制造商自行开发，由于灵活性造成设备互操作性差。
（2）传输效率低，由于线路编码，承载层，传输汇聚层，业务适配效率等方面的原因使得传输效率很低，仅为GPON的一半。
（3）EPON开始主要是以太网设备制造商驱动的标准，没有充分考虑网络运营商的运营需要，对于主张多业务支持能力的传统运营商来说是一个很大的缺憾。
（二）EPON的应用
如果需要提供的业务都是IP或对TDM业务的需求不高，EPON是最佳选择，为以太网技术的流行，RJ-45接口成为最常用的宽带业务接口，根据用户的特点和需求可以配置1个或多个10/100Mbit/s自适应的以太网接口，网络则一般配置多个吉比特接口，以汇聚多路PON的传输数据，这种高带宽的供给能力为运营商提供各种高带宽消耗的增值业务。EPON在语音方面和VoIP模式有较好的技术吻合，形成的系统最适合采用NGN的SS/IMS平台的业务网络。EPON的E1专线和以太网专线业务能力，具备E1接口的ONU可以直接连接用户的电话交换机，扩展V.35接口的ONU可以连接路由器构建客户的专网，透明传输的以太网通道不经过PON内部的交换芯片直接由PON的MAC层芯片进程隔离，提供了贯穿EPON内部的以太网数据的传输隧道，可以满足需要数据隔离的用户需求。
五、关于GPON的分析
GPON是ITU-T提出的基于ATM和通用成帧规程（GFP）的PON技术，已形成G984.1和G984.2，该标准主要是运营商推动的。其系统结构如图二所示。
（一）GPON的主要优缺点
1.优点
（1）高带宽和高传输效率，下行速度高达2.488Gbit/s上行为1.244Gbit/s，可满足运营商对高带宽的业务需求，使用GEM封装方式效率高于93％。
（2）覆盖距离至少20km，针对FTTB开发的GPON系统可使OLT到ONT的最远距离超过60km。
（3）提供OAM&P功能，光纤的自动倒换时间小于50ms，对各种业务类型都提供相应的QoS保证。
（4）针对PON下行流量的广播特性，提供协议层的安全保护机制。
（5）单纤接入，可以大量节省运营商在接入层馈线段的光纤资源，在接入网层面上提供一个统一的接入平台，节约了运营商维护和处理故障的成本。
（6）支持全业务。
2.缺点
（1）GPON的设备和标准不太成熟，目前几乎没有专业芯片厂商推出真正商用的GPON核心芯片和光模块。
（2）尽管ONU只需要支持ATM和GFP适配器中的一种，但OLT必须同时支持两种，所以必须保留有复杂的ATM层功能。同时模块的技术难度较高，导致设备成本高。
（二）GPON的应用
针对EPON对TDM业务的不足，GPON在这个方面的优势尤为突出，而用GPON对于TDM业务E1接口的支持也是天然的。GPON技术大显身手的应用场合就是FTTH，但对于电话业务的传送而言，使用PON技术的FTTH系统无法达到“铜线对等”的成本要求，但随着终端业务的综合化要求和GPON配套技术的发展，GPON在FTTH的大规模应用前景比以前的任何一种FTTH技术都要强得多。在南美，东南亚和印度的新兴电信运营商，使用GPON技术能够让他们用低成本快速构建面向未来三网合一应用的接入网。GPON技术作为一种点到多点宽带接入技术，如果在今后世界主要运营商和厂商能够大力支持持续的积极介入和参与，GPON技术的市场前景将被非常的看好，同时GPON在FTTx的接入市场也会大显身手。
六、WDM-PON
由于各种PON技术都需要应用光分路器来分配光信号，这样会带来光信号的大大衰减，阻碍了传统PON技术的传输距离和分路比，而WDM-PON技术对这一问题做出了比较理想的解决方案。
WDM-PON原理就是在原有PON的树形结构基础上，应用WDM技术，为每个ONU分配单独一对上/下行波长，从而使WDM-PON技术在传输带宽，用户管理，信息安全，容量扩展性等方面具有很大优势，WDM-PON系统的波长分配主要采用动态自适应分配方式，灵活性高，应用方便，但技术难度大，目前主要应用的是频谱分割技术和多模激光器选模技术。WDM-PON系统关键是光器件，在光器件没有本质性突破前，还只能处于研究开发阶段。
七、结束语
FTTx的演进路线是逐渐将光纤向用户推进的过程，即从FTTN到FTTC和FTTB乃至最后到FTTH，这还有赖于政府，设备商，运营商，研发单位，器件商，用户等多方的不懈努力和持续推进。从采用的技术而言，每种技术都存在其特定的适用场合和市场，就我国特定发展阶段而言，则完全可以跨越APON和BPON，从带宽点到点以太网光纤系统和EPON开始，逐步过渡到GPON，同时也有必要关注WDM-PON的新发展及其应用。
参考文献：
[1]陈雪，无源光网络技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2006.1.
[2]韦乐平，FTTH的技术特征与方案选择[J]，电信科学，2005，21（8）.
[3]李波，FTTH接入技术研究[J]，重庆邮电大学学报，2006.
作者简介：
熊贤芳，在读研究生，助理工程师，研究方向：计算机通信；吉福生，助理工程师，研究方向：计算机通信。
[关键词]PON EPON GPON WDM-PON FTTx
中图分类号：TP3文献标识码：A文章编号：1671－7597（2008）0220043－02
一、引言
宽带增值业务的推广，诸如3D网络游戏、远程教育、视频会议、视频点播、IPTV和三重播放（Triple play）等.使用户对带宽的需求越来越高， 现有的宽带接入方式，如ADSL和LAN接入，由于存在传输距离短、接入带宽有限、安全性不高、QoS没有很好的保证等问题，已越来越不能满足用户的需求。光纤作为传输速率高、容量大、业务多的最佳媒质，使得接入手段的光纤化成为接入网的方向.在商业用户的点对点FTTB应用已日益普及的同时，PON开始在FTTC，FTTO，FTTH等不同场合得到局部应用，已处于市场启动阶段，发展潜力巨大。
二、关于FTTx架构的分析
FTTx架构为新兴宽带应用开创了一条很引人注目的道路。通过无源光网络（PON），FTTx 可使多个用户共享单个光纤连接，而无需使用任何有源元件，即通过光电光（OEO） 转换来生成和转换光的元件。这种单点对多点的架构大大降低了网络安装、管理和维护成本。图一展示了FTTx网络的普通架构。在交换中心（即CO，也称为数据转发器）处，公共交换电话网络（PSTN）和Internet服务通过光线路终端（OLT）同光配线网（ODN）相连。使用下行1490nm和上行1310nm的波长来传送数据和语音。通过光视频转换器可将视频服务转变成波长为1550nm的光路形式。WDM耦合器可将1550nm和1490nm的波长组合起来，然后一起进行下行传送（到目前为止，还没有进行上行视频传送的计划）。这种组合使得三种波长（1310、1490和1550nm）可通过相同的光纤在多个方向上同时传送不同的信息。输送电缆在交换中心和分路器之间传输光信号，分路器可使多个ONT与一条光纤相连. 每个用户都需要一个ONT，它可为不同服务（POTS、以太网和视频）提供连接。
三、关于APON/BPON的分析
曾经的窄带无源光网络是基于TDM的，性能价格比不好，已经自然消亡。ATM的无源光网络（APON/BPON）可以利用ATM的集中和统计复用，再结合无源分路器对光钎和光线路终端的共享作用，使性能价格比有重要改进。然而，实际APON/BPON的业务适配提供很复杂，业务提供能力有限，数据传送速率和效率也不高，成本亦昂贵，其市场前景随ATM的衰落而黯淡。从业务发展趋势看，APON/BPON的可用带宽仍然不够，无法满足网络和业务发展的需要，不是一种有前瞻性的技术选择。
四、关于EPON的分析
EPON是在APON和G.0938的基础上保留物理层PON而以以太网代替ATM作为链路层协议，构成一个可以提供更大带宽，更低成本的新的结合体。该标准是设备商在IEEE802.3ah下形成的。
（一）EPON的主要优缺点
1．优点
（1）极大的简化了传统的多层重叠网络，消除了ATM和SDH层，从而降低了设备的复杂度和实现难度。
（2）上下行速率均为1.25Gbit/s，最新发展趋势是提供了2.5Gbit/s
的速率，从而降低了设备成本。
（3）硬件简单，协议熟悉，可以采用成熟的以太网技术甚至芯片，实现起来简单。
（4）初步提供了一些安全机制，诸如：VLAN，闭合用户群，VPN和各种加密算法等。
2.缺点
（1）由于IEEE802.3ab只规定了MAC层和物理层，MAC层以上的标准靠制造商自行开发，由于灵活性造成设备互操作性差。
（2）传输效率低，由于线路编码，承载层，传输汇聚层，业务适配效率等方面的原因使得传输效率很低，仅为GPON的一半。
（3）EPON开始主要是以太网设备制造商驱动的标准，没有充分考虑网络运营商的运营需要，对于主张多业务支持能力的传统运营商来说是一个很大的缺憾。
（二）EPON的应用
如果需要提供的业务都是IP或对TDM业务的需求不高，EPON是最佳选择，为以太网技术的流行，RJ-45接口成为最常用的宽带业务接口，根据用户的特点和需求可以配置1个或多个10/100Mbit/s自适应的以太网接口，网络则一般配置多个吉比特接口，以汇聚多路PON的传输数据，这种高带宽的供给能力为运营商提供各种高带宽消耗的增值业务。EPON在语音方面和VoIP模式有较好的技术吻合，形成的系统最适合采用NGN的SS/IMS平台的业务网络。EPON的E1专线和以太网专线业务能力，具备E1接口的ONU可以直接连接用户的电话交换机，扩展V.35接口的ONU可以连接路由器构建客户的专网，透明传输的以太网通道不经过PON内部的交换芯片直接由PON的MAC层芯片进程隔离，提供了贯穿EPON内部的以太网数据的传输隧道，可以满足需要数据隔离的用户需求。
五、关于GPON的分析
GPON是ITU-T提出的基于ATM和通用成帧规程（GFP）的PON技术，已形成G984.1和G984.2，该标准主要是运营商推动的。其系统结构如图二所示。
（一）GPON的主要优缺点
1.优点
（1）高带宽和高传输效率，下行速度高达2.488Gbit/s上行为1.244Gbit/s，可满足运营商对高带宽的业务需求，使用GEM封装方式效率高于93％。
（2）覆盖距离至少20km，针对FTTB开发的GPON系统可使OLT到ONT的最远距离超过60km。
（3）提供OAM&P功能，光纤的自动倒换时间小于50ms，对各种业务类型都提供相应的QoS保证。
（4）针对PON下行流量的广播特性，提供协议层的安全保护机制。
（5）单纤接入，可以大量节省运营商在接入层馈线段的光纤资源，在接入网层面上提供一个统一的接入平台，节约了运营商维护和处理故障的成本。
（6）支持全业务。
2.缺点
（1）GPON的设备和标准不太成熟，目前几乎没有专业芯片厂商推出真正商用的GPON核心芯片和光模块。
（2）尽管ONU只需要支持ATM和GFP适配器中的一种，但OLT必须同时支持两种，所以必须保留有复杂的ATM层功能。同时模块的技术难度较高，导致设备成本高。
（二）GPON的应用
针对EPON对TDM业务的不足，GPON在这个方面的优势尤为突出，而用GPON对于TDM业务E1接口的支持也是天然的。GPON技术大显身手的应用场合就是FTTH，但对于电话业务的传送而言，使用PON技术的FTTH系统无法达到“铜线对等”的成本要求，但随着终端业务的综合化要求和GPON配套技术的发展，GPON在FTTH的大规模应用前景比以前的任何一种FTTH技术都要强得多。在南美，东南亚和印度的新兴电信运营商，使用GPON技术能够让他们用低成本快速构建面向未来三网合一应用的接入网。GPON技术作为一种点到多点宽带接入技术，如果在今后世界主要运营商和厂商能够大力支持持续的积极介入和参与，GPON技术的市场前景将被非常的看好，同时GPON在FTTx的接入市场也会大显身手。
六、WDM-PON
由于各种PON技术都需要应用光分路器来分配光信号，这样会带来光信号的大大衰减，阻碍了传统PON技术的传输距离和分路比，而WDM-PON技术对这一问题做出了比较理想的解决方案。
WDM-PON原理就是在原有PON的树形结构基础上，应用WDM技术，为每个ONU分配单独一对上/下行波长，从而使WDM-PON技术在传输带宽，用户管理，信息安全，容量扩展性等方面具有很大优势，WDM-PON系统的波长分配主要采用动态自适应分配方式，灵活性高，应用方便，但技术难度大，目前主要应用的是频谱分割技术和多模激光器选模技术。WDM-PON系统关键是光器件，在光器件没有本质性突破前，还只能处于研究开发阶段。
七、结束语
FTTx的演进路线是逐渐将光纤向用户推进的过程，即从FTTN到FTTC和FTTB乃至最后到FTTH，这还有赖于政府，设备商，运营商，研发单位，器件商，用户等多方的不懈努力和持续推进。从采用的技术而言，每种技术都存在其特定的适用场合和市场，就我国特定发展阶段而言，则完全可以跨越APON和BPON，从带宽点到点以太网光纤系统和EPON开始，逐步过渡到GPON，同时也有必要关注WDM-PON的新发展及其应用。
参考文献：
[1]陈雪，无源光网络技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2006.1.
[2]韦乐平，FTTH的技术特征与方案选择[J]，电信科学，2005，21（8）.
[3]李波，FTTH接入技术研究[J]，重庆邮电大学学报，2006.
作者简介：
熊贤芳，在读研究生，助理工程师，研究方向：计算机通信；吉福生，助理工程师，研究方向：计算机通信。