淺談PON技術(shù)的發(fā)展前景與應(yīng)用

1、.淺談PON技術(shù)的發(fā)展前景與應(yīng)用摘要：在PON技術(shù)還未正式商用前，各電信運營商寬帶接入方式主要為LAN和DSL,DSL接入方式市場占用率較高,雖然當(dāng)時可以滿足人們對寬帶的需求,但其對互聯(lián)網(wǎng)電視、視頻類節(jié)目等新業(yè)務(wù)的支持能力卻嚴(yán)重受限。大帶寬的接入需求將成為寬帶發(fā)展的方向。在接入網(wǎng)技術(shù)的選擇上, 各電信運營商比較青睞于VDSL和FTTX技術(shù)，其中VDSL是利用電話線開通高速寬帶業(yè)務(wù)，由于其成本相對較底，提速存在局限性，只能作為一種過渡性方案，為用戶提供差異化服務(wù)。但隨著互聯(lián)網(wǎng)電視、網(wǎng)絡(luò)視頻會議、在線大型網(wǎng)游和HDTV等新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，用戶對帶寬需求也越來越高,與此同時，隨著光纜、PON網(wǎng)絡(luò)設(shè)備成本

2、的下降以及PON技術(shù)的不斷成熟,使得FTTX應(yīng)用技術(shù)成為高速寬帶接入網(wǎng)發(fā)展的方向。當(dāng)今接入網(wǎng)技術(shù)中，EPON和GPON為PON技術(shù)中的兩大主流技術(shù)，這兩項技術(shù)各有優(yōu)劣，但基于市場需求、成本以及技術(shù)成熟度等因素EPON已廣泛應(yīng)用于FTTX領(lǐng)域。而GPON市場將成為EPON的補充市場，GPON將成為EPON的升級技術(shù)。本文將著重闡述PON技術(shù)在當(dāng)今接入市場上的優(yōu)勢及未來的發(fā)展前景和應(yīng)用。關(guān)健詞：無源光網(wǎng)絡(luò),PON,DSL一、 引言隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，推動了諸如互聯(lián)網(wǎng)電視、網(wǎng)絡(luò)視頻會議、在線大型網(wǎng)游和HDTV等高帶寬業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，人們對網(wǎng)絡(luò)的依賴和高帶寬的需求將日益明顯。在高速帶寬需求下，傳統(tǒng)的銅

3、纜接入技術(shù)（如VDSL）已無法滿足需求，而VDSL技術(shù)雖然可達到很高的帶寬，但其開通高速寬帶業(yè)務(wù)受距離的約束，離VDSL設(shè)備越近速率越高。因為成本的原因電信運營商利用前期銅纜資源采用XDSL接入技術(shù)已接入了大量用戶，因此如何發(fā)揮好前期的銅纜資源，成為確定目前寬帶接入最佳解決方案的前提。采用PON技術(shù)將OLT節(jié)點逐漸下沉到業(yè)務(wù)密集區(qū)，接入層由銅纜網(wǎng)逐漸向光接入網(wǎng)（FTTX）演進是現(xiàn)階段接入網(wǎng)發(fā)展的方向和最佳選擇。二、 PON技術(shù)的發(fā)展1.什么是PONPON（無源光網(wǎng)絡(luò)）是一種全新的點到多點的光纖接入技術(shù)，它由光節(jié)點OLT（光線路終端）、用戶側(cè)終端設(shè)備ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）和ODN（光分配網(wǎng)絡(luò)）組成

4、，光分配網(wǎng)絡(luò)全程采用無源光器件。圖1為PON的一般網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。PON的主要特點是戶外的所有設(shè)備都采用無源光器件，所有信號處理、數(shù)據(jù)交換都在OLT和ONU設(shè)備內(nèi)完成。這種接入方式前期只需投入少量資金，待有用戶接入需求時才正式投入資金，因此該種接入方式投資回報率高，陪受運營商們親睞。PON的復(fù)雜性在于信號處理技術(shù)。下行方向：OLT以廣播的方式向所有ONU發(fā)送信息，ONU只需接收自己請求的信息，其它的信息全部拒絕接收。上行方向：采用TDMA（時分多址）的方式，任何一個時刻只允許有一個ONU發(fā)送上行信號，各ONU發(fā)送的上行信號按時間先后順序排列好通過光分路耦合進一根共用光纖，以時分復(fù)用方式復(fù)合成一個連續(xù)

5、的數(shù)據(jù)流最終傳輸至OLT設(shè)備。2.PON的幾種形式當(dāng)前PON技術(shù)主要存在以下三種形式：APON、EPON和GPON 。1)APONAPON是FSAN（Full Service Access Network）于20世紀(jì)90年代中期開發(fā)完成的。以ATM作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，PON作為網(wǎng)絡(luò)平臺。APON接入網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)APON分為傳輸媒質(zhì)層和通道層。傳輸媒質(zhì)層又包括傳輸會聚子層和物理媒質(zhì)子層。.傳輸媒質(zhì)層a) 線路比特速率G.983.1建議規(guī)定：APON的數(shù)字信號比特率為8kHz的整數(shù)倍，標(biāo)稱線路速率包括以下三種：1、下行和上行均為155.52Mbit/s的對稱速率；2、下行為622.08Mbit/s、上行

6、為155.52Mbit/s的非對稱速率；3、下行和上行均為622.08Mbit/s的對稱速率。b) 物理媒質(zhì)與波長分配光纜是接入網(wǎng)中最主要的傳輸媒質(zhì)，而PON設(shè)備的傳輸距離較短，最長為20km，因此G.983.1規(guī)定PON中的ODN（光分配網(wǎng)絡(luò)）采用G.652光纖。PON系統(tǒng)傳輸分為以下兩種方法：一、采用單纖波分復(fù)用雙向傳輸，上行采用12601360nm波長，下行采用14801500nm波長；二、采用雙纖空分復(fù)用雙向傳輸，上下行采用同一工作波長，波長范圍為12601360nm。.傳輸會聚層傳輸會聚層主要負(fù)責(zé)OLT和ONU之間上行和下行方向ATM信元的無誤傳輸。在PON中，下行方向采用廣播的方式

7、向所有與之相連的ONU發(fā)送信息。在上行方向，物理層開銷包括以下幾種， PLOAM、MAC信道的微時隙和加在其上的開銷字節(jié)。.幀結(jié)構(gòu)APON的上下行傳輸幀由一連續(xù)時隙流組成，每個下行時隙需要一個ATM信元的時間，每個信元占53個字節(jié)，每個字節(jié)由8個比特組成。ONU在接收到OLT發(fā)送的授權(quán)字節(jié)后，才發(fā)送一個ATM信元。也可變頻率，OLT要求ONU發(fā)送一個PLOAM信元或微型時隙，該信元須包括ONU對帶寬需求的信息，以便OLT進行帶寬的動態(tài)分配。2)EPON經(jīng)過多年的發(fā)展和技術(shù)研究，APON仍未真正應(yīng)用于接入網(wǎng)市場。究其原因是ATM協(xié)議復(fù)雜，設(shè)備制造成本較高。與此同時，以太技術(shù)得到了迅速發(fā)展，使得A

8、PON技術(shù)徹底退出了接入網(wǎng)市場。而隨著而吉比特和10Gbit/s標(biāo)準(zhǔn)的制定，使得以太技術(shù)成為了主流技術(shù)，如何把簡單經(jīng)濟的以太技術(shù)與PON技術(shù)結(jié)合起來，成為了技術(shù)界研究的方向。同時，涌現(xiàn)了一批新興公司，包括Salira、Alloptic、Terawave等。APON的諸多缺點在EPON技術(shù)中將不復(fù)存在。起初Salira等公司著重開發(fā)FTTB和FTTC應(yīng)用模式。終級目標(biāo)是通過單一平臺滿足用戶多業(yè)務(wù)需求的解決方案。EPON采用了與APON相類似的結(jié)構(gòu)，相對APON而言，EPON卻以更低的成本提供了更多的帶寬和擴大了業(yè)務(wù)范圍。因此自2000年以來技術(shù)界就如何把簡單經(jīng)濟的以太技術(shù)與PON技術(shù)結(jié)合起來的

9、Ethernet over PON概念進行了深度研究和廣泛探討。在IEEE 802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）會議上，加速了EPON的標(biāo)準(zhǔn)化工作。EPON是吸取了幾種最佳技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的精華的產(chǎn)物。EPON采用的是單點對多點的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和無源光網(wǎng)絡(luò)光纖傳輸技術(shù)，在同一根光纖上同時承載上下行數(shù)據(jù)流，EPON無需采用任何復(fù)雜的協(xié)議，就能將信號準(zhǔn)確地傳送給最終用戶，用戶發(fā)出的數(shù)據(jù)請求也能被集中傳送到OLT設(shè)備。在物理層，EPON采用單纖波分復(fù)用雙向傳輸技術(shù)(下行1490 nm，上行1310 nm)。在數(shù)據(jù)鏈路層，全雙工以太技術(shù)被EPON所采用。一個典型的Eth

10、ernet over PON系統(tǒng)由OLT、ONU、ODN組成。OLT（Optical Line Terminal）放在中心機房，ONU（Optical Network Unit）放在網(wǎng)絡(luò)接口單元附近或與其合為一體。ODN是光分配網(wǎng)絡(luò)，由無源光分路器、光纜、光分配箱或光終端盒等組成。無源光分路器是連接OLT和ONU的無源設(shè)備，它的功能是將下行數(shù)據(jù)傳送至各ONU和集中上行ONU請求的數(shù)據(jù)。OLT可以看作是一個以太網(wǎng)二層交換機或以太網(wǎng)三層路由交換機，同時又可看作是一個多業(yè)務(wù)提供平臺。在下行方向，OLT提供面向無源光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）的PON接口；在上行方向，OLT將提供了上行至數(shù)據(jù)網(wǎng)的GE光/電接口

11、。ONU使用的是以太網(wǎng)協(xié)議，實現(xiàn)了類似以太網(wǎng)交換機的以太網(wǎng)二層交換功能。3)GPONGPON技術(shù)是新一代無源光網(wǎng)絡(luò)接入標(biāo)準(zhǔn)，能提供大容量、高速率和高帶寬的數(shù)據(jù)、語音和視頻業(yè)務(wù)接入以及覆蓋范圍廣等眾多優(yōu)點，倍受各大運營商的青睞。GPON最早于2002年9月提出，并于2004年6月完成了G.984.3的標(biāo)準(zhǔn)化。GPON作為一種靈活的吉比特光接入網(wǎng)技術(shù)，支持前所未有的高速率，下行速率是EPON的2倍，其非對稱特性非常適用于寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)市場；同時還能很好地支持傳統(tǒng)的TDM 業(yè)務(wù)以及具備強大的OAM 能力。還能很好地支撐寬帶全業(yè)務(wù)接入（含商業(yè)集團和居民群體）。三、 PON的特點及市場定位PON是一種光接

12、入網(wǎng)技術(shù)，位于接入網(wǎng)的未端，解決未端商業(yè)用戶或家庭用戶對寬帶、專線等業(yè)務(wù)的接入需求。1. PON瞄準(zhǔn)T1至OC3的帶寬接入網(wǎng)用戶中，家庭用戶一般通過電話線接入，而商業(yè)用戶可通過租用光纖接入T3/E3電路，或者租用基于銅線的T1/E1電路。而T3（45Mbit/s）或C3（155Mbit/s）接入租金非常昂貴，只有少數(shù)大公司才租用得起。一些中型公司只能選擇租金為每月幾千元的T1/E1電路接入。但大多數(shù)中小公司和家庭用戶只能支付得起借助原有電話線路接入的方式。隨著寬帶應(yīng)用的普及，尤其是視頻類業(yè)務(wù)和大型集團數(shù)據(jù)專網(wǎng)接入業(yè)務(wù)的興起，人們對高帶寬的需求越來越強烈。在家庭用戶帶寬朝著1020Mbit/s和

13、商業(yè)集團業(yè)務(wù)朝著1001000Mbit/s接入目標(biāo)的高帶寬需求下，傳統(tǒng)的銅纜接入技術(shù)已顯得將無能為力，而PON技術(shù)卻可以發(fā)揮其巨大的優(yōu)勢，滿足不同速率的業(yè)務(wù)需求。2. 靈活經(jīng)濟的寬帶接入方式PON技術(shù)將成為未來接入網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的方向逐漸被技術(shù)界和廣大通信運營商所認(rèn)同，在條件成熟的情況下，必然會迎來PON發(fā)展的春天。近幾年來，隨著PON設(shè)備及配套光纜、光分路等無源設(shè)備價格的下降和用戶對高帶寬需求的增長，PON網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)濟上和技術(shù)上的優(yōu)勢都得到了充分的展現(xiàn)。 現(xiàn)網(wǎng)的幾種接入技術(shù)都能滿足用戶某種形式的帶寬需求，但卻都在一定程度上存在著局限性。如傳統(tǒng)的E1和DDN專線接入費用較昂貴、DSL技術(shù)接入又受限于

14、傳輸距離。而PON作為一種靈活經(jīng)濟面向未來的寬帶接入技術(shù)卻有著非凡的吸引力，主要表現(xiàn)為以下幾點：(1) 成本低廉，易于維護和擴容升級PON結(jié)構(gòu)中ODN網(wǎng)由于全程采有無源器件接入，因此安裝鋪設(shè)和后期維護簡單，長期運營成本和管理成本將得到大大的縮減；PON設(shè)備集程度高，對機房機位和電源資源占用少，初期投入成本低擴容升級方便；與此同時，PON系統(tǒng)還是一個多業(yè)務(wù)處理平臺，能夠提供各種業(yè)務(wù)，滿足用戶差異化需求，是向全IP網(wǎng)絡(luò)過渡的一個很好的技術(shù)選擇。(2) 提供非常高的帶寬APON最高可以提供到下行622 Mbit/s，上行155 Mbit/s；EPON上下行速率均為1.25Gb/s，隨著后期以太技術(shù)的

15、發(fā)展可平滑升級到10Gbit/s；GPON支持上下行對稱和不對稱多種速率等級，下行標(biāo)稱速率2.5Gb/s，上行標(biāo)稱速率支持1.25Gb/s 和2.5Gb/s。(3) 服務(wù)范圍大PON作為一種單點對多點的光纖接入技術(shù)，其豐富的端口資源可接入大量用戶，覆蓋用戶半徑范圍能達到20km。(4) 帶寬分配靈活，服務(wù)有保證無論是APON還是EPON系統(tǒng)針對用戶不同的帶寬需求都制定了一套完整的帶寬分配和保護體系。四、 網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢與需求促進了PON的應(yīng)用融合是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢和最終目標(biāo)，早前人們就普遍認(rèn)可三網(wǎng)合一的理念?，F(xiàn)如今隨著FTTH技術(shù)的進一步發(fā)展成熟和NGN軟交換技術(shù)的實現(xiàn)，進一步發(fā)出了網(wǎng)絡(luò)融合

16、的信號和加快了融合的步伐。用戶的業(yè)務(wù)需求單一的語音通信業(yè)務(wù)發(fā)展到目前互聯(lián)網(wǎng)電視、網(wǎng)絡(luò)視頻會議、在線大型網(wǎng)游和HDTV等諸多高帶寬業(yè)務(wù)，同時由單一業(yè)務(wù)需求向多業(yè)務(wù)需求發(fā)展轉(zhuǎn)型。隨著接入網(wǎng)市場競爭的不斷加劇，F(xiàn)TTH（光纖到戶）、三網(wǎng)合一、綜合接入正逐漸成為接入網(wǎng)的三大重要表現(xiàn)形式。具備以上特點的接入網(wǎng)設(shè)備應(yīng)有以下特點：（1）在業(yè)務(wù)接入能力方面：接入網(wǎng)設(shè)備能同時滿足寬窄帶業(yè)務(wù)接入需求；采用光纖接入可為用戶提供接近無限的帶寬，在PON網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍內(nèi)且其可用帶寬與接入距離無關(guān)。（2）在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面：該種接入網(wǎng)設(shè)備機房占用空間小、配套設(shè)施資金投入少、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本低；采用一根光纖接入可以實現(xiàn)同時用戶提供

17、語音、數(shù)據(jù)、視頻電視等多種業(yè)務(wù)，有效地節(jié)省光纖及銅線資源，在開通新業(yè)務(wù)時，無需再架設(shè)新線路。（3）在網(wǎng)絡(luò)維護管理方面：寬窄帶采用統(tǒng)一的網(wǎng)管系統(tǒng)，以達到集中維護管理、降低運營維護成本的目的。（4）在系統(tǒng)維護方面：光纖接入線路故障率比銅線接入要低得多，大大降低了線路維護成本：無源光網(wǎng)絡(luò)以其無源的特性使系統(tǒng)變得易于維護，有源設(shè)備供電及維護困難問題在無源光網(wǎng)絡(luò)中將不復(fù)存在。EPON系統(tǒng)恰好具備上述所有特點，必將成為一種主流接入網(wǎng)技術(shù)。適合于PON系統(tǒng)的幾種應(yīng)用場景如下。（1） 高速接入和傳輸PON系統(tǒng)可提供高質(zhì)量和高速率的帶寬服務(wù)，采用FTTB/FTTO模式接入到中小型甚至大型企業(yè)是非常經(jīng)濟適用的，因

18、為PON系統(tǒng)能提供可調(diào)節(jié)速率和保證帶寬的差異化服務(wù)，后期業(yè)務(wù)還可以平滑升級。（2） 集成數(shù)據(jù)、音頻、視頻業(yè)務(wù)PON系統(tǒng)都支持同時提供寬帶、數(shù)據(jù)專線和傳統(tǒng)的TDM業(yè)務(wù)（語音業(yè)務(wù)），這使得運營商在同一個傳輸平臺上能為用戶隨時開通所需要的各種業(yè)務(wù)，而且有利于向全IP業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)過渡。（3） 整合T1/E1傳輸電路傳統(tǒng)的T1/E1電路因其高質(zhì)量的服務(wù)和固定獨享帶寬一直受到業(yè)界的青睞，但其運維成本較高?，F(xiàn)如今大部分PON系統(tǒng)在ONU上都集成了T1/E1功能，在保證同等服務(wù)質(zhì)量前提下使用光纖代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銅線接入，大大降低了T1/E1運維成本。（4） 視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)“全球眼、天網(wǎng)”等視頻監(jiān)控類業(yè)務(wù)對帶寬的要求較高（特別是上行帶寬），采用靈活經(jīng)濟的PON接入技術(shù)是一個不錯的選擇。PON替代了傳統(tǒng)的二/三層以太網(wǎng)交換機，同時還節(jié)省大量的光纖收發(fā)器和視頻光端機設(shè)備，大大地節(jié)約了運維成本。（5） 校園寬帶升級