光纖到戶(FTTH)的原理和實現(xiàn)方式

1、畢業(yè)設(shè)計(論文)光纖到戶（FTTH）的原理和實現(xiàn)方式姓 名 黎學宏學 號 28010102028專業(yè)班級 08通信C所在學院 電子信息學院指導教師（職稱）呂瑩亮(助理工程師) 王桓(講師)完成時間 2012年4月電子科技大學中山學院教務(wù)處制發(fā)I電子科技大學中山學院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書題目名稱光纖到戶（FTTH）的原理和實現(xiàn)方式設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容和要求了解FTTH的發(fā)展歷史；分析FTTH的關(guān)鍵技術(shù)；分析學習三鄉(xiāng)前隴恒安街FTTH工程。推薦參考文獻中國聯(lián)通寬帶接入維護職工技能競賽提升培訓教材預期目標和成果形式1.畢業(yè)設(shè)計論文一本起止時間2011年9月20日至 2012年4月30日指導單位中國

2、聯(lián)通中山市分公司指導教師年 月 日審核意見審核簽名年 月 日電子科技大學中山學院畢業(yè)設(shè)計（論文）成績評定表設(shè)計（撰寫）過程評語：寬帶的發(fā)展離不開光纖網(wǎng)絡(luò)的普及。黎學宏同學在畢設(shè)過程中認真學習了FTTH的相關(guān)理論，并在聯(lián)通老師的指導下，研習了實際的工程實例。論文文理流暢，有較為詳實的實例支撐優(yōu)化理論，是一篇合格的畢設(shè)論文。指導教師：王桓 2012年05月02日成績82論文評閱評語： 評閱教師： 年 月 日成績論文答辯評語： 答辯組長： 年 月 日成績總分審核人： 年 月 日光纖到戶（FTTH）的原理和實現(xiàn)方式摘 要光纖到戶（FTTH）是光網(wǎng)接入的一種理想實現(xiàn)方案。將光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）直接設(shè)置于

3、用戶家庭或者企事業(yè)單位辦公室，是一種全光纖的接入網(wǎng)，具有端到端的高帶寬傳輸能力，對業(yè)務(wù)的內(nèi)容、格式等都有高度的透明性。近年來，隨著業(yè)務(wù)種類和數(shù)量的不斷增加，用戶側(cè)的業(yè)務(wù)從傳統(tǒng)的話音為主逐漸向包括話音、視頻及各種交互式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)融合的方向發(fā)展。國內(nèi)對于FTTH的討論逐漸升溫，市場的需求、日漸降低的成本以及前所未有的歷史機遇，正推動著FTTH在我國的應(yīng)用。 本論文首先概述了FTTH的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，對EPON、GPON等接入方式作論述和比較，其次，分析和闡述GPON的原理和關(guān)鍵技術(shù)。本文重點闡述了GPON FTTH在通信運營商（以中國聯(lián)通為例）網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)中的組網(wǎng)模式、帶寬預算、光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）規(guī)劃等

4、關(guān)鍵技術(shù)，最后介紹了中山市三鄉(xiāng)前隴恒安街FTTH接入新建工程。關(guān)鍵詞：寬帶；光纖到戶（FTTH）；以太無源光網(wǎng)絡(luò)（EPON）；千兆比特兼容的無源光接入網(wǎng)（GPON）The principle and implementation of Fiber To The Home (FTTH)AbstractFiber to the home ( FTTH ) is a kind of ideal optical network access scheme. Optical network unit ( ONU ) is directly set up in the user families or e

5、nterprises office, it is a kind of all optical fiber access network ,having high bandwidth of end-to-end transmission capacity, and its altitudinal transparency of the service content and format. In recent years, with the increasing of quantity and type of business, the user side of the business dev

6、eloped from traditional voice to business amalgamation included voice ,video and interactive data. The discussion of the FTTH in our state rises gradually, the demand of the market, reducing cost and the unprecedented historical opportunity, these are promoting the application of the FTTH in China.

7、Firstly present paper will first introduce the system structure of FTTH , describes and compares the access methods in EPON and GPON. Secondly, analyses and explains the principle and key technology of GPON .This article emphatically introduced the key technologies of the GPON FTTH in the network mo

8、del in network planning construction ,the budget of the bandwidth and the planning of the optical distribution network ( ODN ) in telecommunications operators( China Unicom ,for example). Finally introduced the villas, office buildings, residential corridor and cafe / customer EPON solutions. Finall

9、y , introduced the solutions in GPON basis of villas, office buildings, residential corridor and Internet bar/ major account.Keywords: Broad Band ；Fiber to the home (FTTH) ； Ethernet passive optical network ( EPON ) ；Gigabit compatible passive optical access network ( GPON )目 錄1、 緒論11.1.項目背景11.2.項目的

10、主要任務(wù)22、FTTH的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)22.1.光接入網(wǎng)介紹22.2 光接入網(wǎng)的應(yīng)用類型32.3PON和AON53、FTTH的實現(xiàn)方式和關(guān)鍵技術(shù)63.1.基于Ethernet的無源光接入網(wǎng)73.2.千兆比特兼容的無源光接入網(wǎng)73.2.1 GPON的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與標準協(xié)議73.2.2 GPON的關(guān)鍵技術(shù)83.2.3光模塊突發(fā)控制93.2.4上行動態(tài)帶寬分配93.2.5下行AES加密93.2.6 PON終端認證103.2.7 GPON終端管理模型114、三鄉(xiāng)前隴恒安街FTTH的設(shè)計與實現(xiàn)164.1.系統(tǒng)總體架構(gòu)164.2.系統(tǒng)設(shè)備184.3.OND204.4.光纜布線204.3.GPON光功率指標204.3

11、.系統(tǒng)評價和結(jié)論21致 謝22參考文獻23附 錄24III1 緒論1.1 項目背景在寬帶接入領(lǐng)域，目前大多數(shù)家庭都是使用ADSL(非對稱數(shù)字用戶線路)技術(shù)來實現(xiàn)，用戶的各種業(yè)務(wù)通過接入網(wǎng)進入核心網(wǎng)。隨著互聯(lián)網(wǎng)的持續(xù)快速發(fā)展，網(wǎng)上新業(yè)務(wù)層出不窮，特別是近年來開始風靡的網(wǎng)絡(luò)游戲，MSN和QQ等實時網(wǎng)絡(luò)通信工具，使得人們對網(wǎng)絡(luò)接入帶寬的需求持續(xù)增加。主流接入技術(shù)從撥號逐漸過渡到速度更快的ADSL和以太網(wǎng)，核心網(wǎng)上的可用帶寬由于SDH的發(fā)展而迅速增長，用戶側(cè)的業(yè)務(wù)量也由于Internet業(yè)務(wù)的爆炸式增長而急劇增加，作為用戶與核心網(wǎng)之間橋梁的接入網(wǎng)測由于入戶媒質(zhì)的帶寬限制而跟不上骨干網(wǎng)和用戶業(yè)務(wù)需求的發(fā)

12、展，成為用戶與核心網(wǎng)之間的接入“瓶頸”。由于普通的ADSL技術(shù)無法提供長距離及高速帶寬等系列服務(wù)，漸漸已無法適應(yīng)固網(wǎng)運營商在原有帶寬基礎(chǔ)上推出更多新的服務(wù)項目，滿足用戶需求。所以，可提供業(yè)務(wù)、高速率的光纖到戶（FTTH）光接入網(wǎng)就成為了寬帶接入網(wǎng)的最有效的解決方案。光纖接入技術(shù)與其它接入技術(shù)相比，最大優(yōu)勢在于可用帶寬寬，而且還有巨大潛力可以開發(fā)，在這方面其它接入技術(shù)無法與其相比。光纖接入網(wǎng)還有傳輸質(zhì)量好、傳輸距離長、抗煩擾能力強、網(wǎng)絡(luò)可靠性高和節(jié)約管道資源的優(yōu)點。當然，與其他接入技術(shù)相比，光纖接入網(wǎng)也存在一定的劣勢。最大的問題是成本還比較高，尤其是光節(jié)點離用戶越近，每個用戶分攤的接入設(shè)備成本就

13、越高。另外，與無線接入相比，光纖接入網(wǎng)還血藥管道資源。但這些都不能阻止光纖到戶，光纖到桌面成為光通信的發(fā)展趨勢。光纖是最佳的接入媒體，一纖到家徹底解決了接入帶寬的問題，支持數(shù)據(jù)，視頻以及語音等多種借口。光通信發(fā)展到現(xiàn)在，骨干網(wǎng)絡(luò)，城域網(wǎng)絡(luò)等發(fā)展都接近成熟，只有在接入網(wǎng)絡(luò)還是不足，只有實現(xiàn)光纖到戶才能最終發(fā)揮光纖網(wǎng)絡(luò)的巨大潛力，光纖到戶是信息社會的標志，將是國家競爭力的根本體現(xiàn)。2010年以來，全球FTTH/FTTB部署發(fā)展勢頭強勁，亞洲依然是FTTH/FTTB發(fā)展最好的地區(qū)，美國和俄羅斯也都在擴大自己的FTTH網(wǎng)絡(luò)覆蓋，東歐成為歐洲FTTH發(fā)展最快的地區(qū)。到2010年年底，全球FTTH/FTT

14、B家庭普及率超過1%的經(jīng)濟體達到26個，其中韓國、日本、美國、中國大陸、俄羅斯、意大利和法國都屬于G20國家和地區(qū)。韓國以超過50%的家庭普及率繼續(xù)領(lǐng)跑全球?qū)拵袌?，日本?5%的普及率緊隨其后。立陶宛、斯洛文尼亞、愛沙尼亞和保加利亞則呈加速追趕的態(tài)勢。在亞太地區(qū)，越來越多的國家開始了不同程度的FTTH部署。其中有些是政府主導，有些是運營商主導。另外，更多的房地產(chǎn)商已經(jīng)卷入到FTTH的部署中來，特別是公寓和科技園區(qū)的開發(fā)項目。韓國、日本和新加坡三個國家都表示，在未來2-5年中將1Gbit/s寬帶服務(wù)的家庭普及率提升到90%以上。澳大利亞也推出了宏偉的NBN FTTP發(fā)展計劃。在北美，除了政府的

15、寬帶計劃投入之外，美國的電信公司和其他寬帶業(yè)務(wù)提供者也積極采用光纖技術(shù)升級寬帶網(wǎng)絡(luò)性能，以滿足用戶對帶寬的需求。美國FTTH部署的領(lǐng)頭羊Verizon已經(jīng)接近完成自己的網(wǎng)絡(luò)部署目標，另外北美地區(qū)750多個中小運營商也加快了光纖接入建設(shè)的步伐。2010年以來，歐洲一些國家加大了FTTH的發(fā)展力度，F(xiàn)TTH/FTTB用戶及FTTH/FTTB家庭覆蓋增速回升，歐洲傳統(tǒng)的電信運營商積極建設(shè)FTTH/FTTB網(wǎng)絡(luò)，幾乎都已經(jīng)推出或計劃部署大規(guī)模的FTTH/FTTB網(wǎng)絡(luò)。截至2010年12月底，歐洲有約800多萬FTTH/FTTB用戶，F(xiàn)TTH/FTTB家庭/建筑物覆蓋數(shù)近3300萬。2010年，法國政府

16、宣布提供價值20億歐元的低息貨款，以刺激FTTH網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)。這些貨款將鼓勵電信運營商開發(fā)主要大城市的FTTH網(wǎng)，讓更多的百姓得以接入寬帶業(yè)務(wù)。其中，法國運營商Orange和SFR已達成協(xié)議，在巴黎附近的城市建設(shè)光纖網(wǎng)，包括多個共享點的建設(shè)；英國電信(BT)以BT Infinity為品牌，推出了第一個光纖寬帶業(yè)務(wù)，下行速率為40Mbit/s，上行速率為10Mbit/s；葡萄牙已成為全球領(lǐng)先的FTTH國家，這得益于三家運營商葡萄牙電信、Sonaecom和有線電視ZON多媒體公司間的競爭。另外，目前中東地區(qū)的阿聯(lián)酋的FTTH/FTTB家庭普及率已經(jīng)躍居全球第四位，僅位于韓國、日本和中國香港之后。隨著

17、各國寬帶政策的實施，以及光纖接入技術(shù)的不斷成熟、價格不斷下降，全球FTTX建設(shè)將加快，2011年，全球FTTX用戶也將繼續(xù)穩(wěn)步增長。由于各國的經(jīng)濟情況不同，各國發(fā)展FTTH/FTTB的策略和速度不一樣，但是全球各國的共識是，F(xiàn)TTH是寬帶的未來，并且更多的國家開始建設(shè)FTTH/FTTB網(wǎng)絡(luò)，全球的FTTH/FTTB建設(shè)將加速。根據(jù)GIA公司的預測，到2015年，全球FTTH/FTTB用戶數(shù)將達到1.839億。亞洲將繼續(xù)成為FTTH/FTTB發(fā)展最好的市場。以前，亞太地區(qū)FTTH/FTTB用戶數(shù)的增長主要受韓國和日本市場的驅(qū)動，而未來五年，中國將成為FTTH/FTTB主要市場，中國用戶數(shù)將持續(xù)增

18、長，F(xiàn)TTH/FTTB將逐步成為下一代寬帶接入網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的主要模式。中國的FTTH建設(shè)在一個建設(shè)高峰，F(xiàn)TTH的發(fā)展對于光通信市場的帶隊有著不可低估的巨大作用，F(xiàn)TTH的出現(xiàn)導致的寬帶生活甚至將深刻影響到我們根本生活方式。1.2 項目的主要任務(wù)本文研究了光纖到戶（FTTH）的原理與實現(xiàn)方式，詳細闡述了光接入網(wǎng)的構(gòu)成和各個組成本分。重點介紹了實現(xiàn)FTTH的關(guān)鍵技術(shù)。了解國內(nèi)外FTTH的現(xiàn)狀并了解使用情況，分析EPON與GPON的差異，重點分析GPON技術(shù)在現(xiàn)今的實現(xiàn)方式，分析了解中山市三鄉(xiāng)前隴恒安街FTTH接入新建工程設(shè)計方案。2 FTTH的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)2.1光接入網(wǎng)介紹光纖接入網(wǎng)（Optical A

19、ccess Network , OAN）是指在接入網(wǎng)中采用光纖作為主要傳輸媒質(zhì)來實現(xiàn)信息傳送的網(wǎng)絡(luò)形式。它不是傳統(tǒng)意義上的光纖傳輸系統(tǒng)，而是針對接入網(wǎng)環(huán)境所設(shè)計的特殊的光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)。光纖接入網(wǎng)采用光纖作為主要傳輸媒質(zhì)，而局側(cè)和用戶側(cè)發(fā)出和接收的均為電信號，所以在局側(cè)要進行電-光變換，在用戶側(cè)要進行光-電變換，才可實現(xiàn)中間線路的光信號傳輸。一個一般意義上的光纖接入網(wǎng)示意圖如圖2-1所示。圖2-1 光纖接入網(wǎng)示意圖從圖2-1中可以看出，一個光接入網(wǎng)主要由光纖路終端（OLT）、光分配網(wǎng)絡(luò)（OND）和光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）等組成（CO/SN為端局或業(yè)務(wù)節(jié)點）。下面檢驗介紹這幾個主要模塊的功能。1、光線路

20、終端（OLT）的作用是提供網(wǎng)絡(luò)與光分配網(wǎng)（ODN）之間的光接口，并提供必要的手段來傳送不同的業(yè)務(wù)。OLT可以分離交換業(yè)務(wù)，對來自O(shè)NU的心靈和監(jiān)控信息進行管理，從而為ONU和自身提供維護和供給功能。OLT可以設(shè)置在本地交換機的接口處，也可以設(shè)置在遠端?？梢允仟毩⒌脑O(shè)備，也可以是與其他設(shè)備集成在一個總設(shè)備內(nèi)，OLT的內(nèi)部由核心部分、業(yè)務(wù)部分和公共部分組成。OLT提供語音、數(shù)據(jù)、視頻業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)接口，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理的主要功能。2、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）位于ODN和用戶之間。ONU的網(wǎng)絡(luò)具有光接口，而用戶則為點接口，因此需要具有光-電變換功能，并能實現(xiàn)對各種電信號的處理與維護功能。ONU內(nèi)部由核心部

21、分、業(yè)務(wù)部分和公共部分組成。3、光分配網(wǎng)絡(luò)位于ONU和OLT之間，其主要功能是完成光信號的管理分配任務(wù)。以無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）為例，其中的ODN主要由無源光器件和光纖構(gòu)成無源光路分配網(wǎng)絡(luò)。通常采用樹形拓撲結(jié)構(gòu)。如圖2-2。圖2-2 樹形拓撲結(jié)構(gòu)示意圖2.2 光接入網(wǎng)的應(yīng)用類型根據(jù)ONU位置的不同，可以將OAN劃分為幾種基本的應(yīng)用類型，即光纖到路邊（FTTC）、光纖到樓（FTTB）、光纖到家或辦公室（FTTH/FTTO）等。1. FTTCFTTC是光纖接入網(wǎng)應(yīng)用較早時期的典型方案。ONU設(shè)置在路邊或街角的人孔或電桿上的分線盒處，有時也可以設(shè)置在交接箱處。此時在用對絞銅線或同軸電纜引入用戶。FTT

22、C的優(yōu)點是可以利用部分用戶側(cè)的銅線資源，缺點是作為一種光纖/銅線混合系統(tǒng)，其維護運行的成本較高，用戶側(cè)較長的銅線不利于要求較高的寬帶業(yè)務(wù)的應(yīng)用，且長遠來看銅線仍然會面臨淘汰。2. FTTB FTTB是FTTC的變型，不同之處是將ONU直接置于樓宇內(nèi)部（包括居民住宅、商用建筑等），再由高質(zhì)量銅線如5類或6類非屏蔽雙絞線（UTP）將業(yè)務(wù)分送至各個終端用戶。FTTB的光纖化較FTTC高，因此適應(yīng)于較高用戶密度的場合。FTTB目前也用較多和綜合布線系統(tǒng)共同使用。3. FTTH/FTTOFTTH/FTTO是光接入網(wǎng)理想的實現(xiàn)方案。將ONU直接設(shè)置于用戶家庭或企事業(yè)單位辦公室，是一種全光纖的接入網(wǎng)。具有端

23、到端的高帶寬傳輸能力，對業(yè)務(wù)的內(nèi)容、格式等都具有高度的透明性。缺點是目前在推廣時還存在成本等的限制。圖 2-3 FTTH網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖4. FTTPCFTTPC（包括光纖到桌面FTTD）是目前一種新的提法。持此觀點的人認為，將來用戶側(cè)的業(yè)務(wù)種類和數(shù)量可能遠遠超過現(xiàn)有的預計，F(xiàn)TTH也未必能夠滿足需求，需要更進一步地將光纖連接至用戶終端，包括未來用戶側(cè)終端設(shè)備可能都會內(nèi)置ONU。當然對此也有不同的認識，另一種觀點認為FTTH已經(jīng)足夠，用戶側(cè)可以采用其他方法，比如無線接入實現(xiàn)小范圍內(nèi)多個終端共享一個ONU。從發(fā)展來看，光接入網(wǎng)的普及主要受到成本和內(nèi)容等多方面的制約，從長遠來看，以FTTH/O+家庭（辦

24、公室）無線網(wǎng)的形式實現(xiàn)寬帶接入可能是一種較好的選擇。本文主要介紹FTTH的實現(xiàn)方案。2.3 PON和AON從系統(tǒng)配置上可以將OAN分為無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）和有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）。 無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）是指在OLT和ONU之間沒有任何有源的設(shè)備而只使用光纖等無源器件。PON對各種業(yè)務(wù)透明，易于升級擴容，便于維護管理等優(yōu)點備受業(yè)界關(guān)注。從最初的基于ATM的PON技術(shù)，到基于Ethernet的EPON技術(shù)和GPON技術(shù)，每一次PON標準的提出都促進了接入網(wǎng)的迅猛發(fā)展和新業(yè)務(wù)的支撐，更有效支持包括諸如話音、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、視頻業(yè)務(wù)、電子商務(wù)、遠程教育和遠程醫(yī)療等增值業(yè)務(wù)。有源光網(wǎng)絡(luò)（AON）中，用有源設(shè)備或

25、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（SDH環(huán)網(wǎng)）的光遠程終端ODT代替無源光網(wǎng)絡(luò)中的ODN，傳輸距離和容量大大增加，易于擴展帶寬，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和運行的靈活性大，不足的是有源設(shè)備需要機房、供電和維護等輔助設(shè)施。1、PON中的ODN部分僅由光分路器、光纜等無源器件組成，因此PON具有極高的可靠性，同時對環(huán)境的依賴程度小，是光接入網(wǎng)中最為看好的技術(shù)。考慮到實際用戶環(huán)境的復雜性，PON的結(jié)構(gòu)也具有多種形式，一般來說星型、樹型和總線型結(jié)構(gòu)都可以使用，但是考慮到FTTH等最終實現(xiàn)形式，采用點到多點的星型結(jié)構(gòu)是比較合適的。 2、有源光接入網(wǎng)（AON）中的ODN由包括PDH或SDH的有源節(jié)點設(shè)備構(gòu)成。AON的本質(zhì)是一個點對多點的光纖傳輸系

26、統(tǒng)，主要適用于大客戶環(huán)境。根據(jù)復用體質(zhì)的不同，又可以分為基于PDH的AON和基于SDH的AON，期中后者目前應(yīng)用較多，再次主要簡單介紹基于SDH的AON：SDH技術(shù)已經(jīng)在核心網(wǎng)絡(luò)和城域網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用，在接入網(wǎng)環(huán)境中使用SDH有源接入可以實現(xiàn)與城域網(wǎng)的無縫互連，因此是目前應(yīng)用較多的一種形式。但是在干線系統(tǒng)中使用的SDH設(shè)備并不能在接入環(huán)境中使用，還必須解決小型化、低成本以及安裝和維護等問題。考慮到SDH體制在現(xiàn)在有的干線網(wǎng)絡(luò)中占有絕大多數(shù)的份額，因此接入側(cè)選用SDH的AON具有一定的優(yōu)勢。但是必須注意到的是，接入側(cè)的業(yè)務(wù)類型越來越多的是基于IP類業(yè)務(wù)和應(yīng)用，包括各種Ethernet業(yè)務(wù)，

27、而面向電路連接的SDH對IP業(yè)務(wù)的承載存在一定的缺陷，需要采用一些特殊的適配技術(shù)才能高效率的承載IP業(yè)務(wù)。同時從維護角度出發(fā)，在接入網(wǎng)中存在大量的有源節(jié)點，不僅對于供電等保障要求較高，也使得應(yīng)用上存在一定的局限性。基于SDH的AON對于像政府、金融的租用線業(yè)務(wù)較為適宜，接入網(wǎng)技術(shù)向多元化演進這是接入網(wǎng)市場長期格局，但從長遠來看光接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢是無源化。3 FTTH的實現(xiàn)方式和關(guān)鍵技術(shù)3.1 基于Ethernet的無源光接入網(wǎng)基于Ethernet的無源光接入網(wǎng)（EPON）是由國際電氣電子工程師協(xié)會IEEE提出并標準化的。IEEE的第一英里以太網(wǎng)EFM（Ethernet in the Mile

28、Study）工作組于2002年7月制定了EPON草案。EPON是幾種最佳的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合。EPON采用點到多點結(jié)構(gòu)，無源光纖傳輸方式，在以太網(wǎng)上提供多種業(yè)務(wù)。目前，IPEthernet應(yīng)用占到整個局域網(wǎng)通信的95以上，EPON由于使用上述經(jīng)濟而高效的結(jié)構(gòu)，從而成為連接接入網(wǎng)最終用戶的一種最有效的通信方法。10Gbits以太主干和城域環(huán)的出現(xiàn)也將使EPON成為未來全光網(wǎng)中雖佳的最后一公里的解決方案。在一個EPON中，不需任何復雜的協(xié)議，光信號就能準確地傳送到最終用戶，來自最終用戶的數(shù)據(jù)也能被集中傳送到中心網(wǎng)絡(luò)。在物理層，EPON使用1000BASE的以太PHY，同時在PON的傳輸機制上，通

29、過新增加的MAC控制命令來控制和優(yōu)化各光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)與光線路終端(0LT)之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實時的TDM通信，在協(xié)議的第二層，EPON采用成熟的全雙工以太技術(shù)，使用TDM，由于ONU在自己的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報，因此沒有碰撞，不需CDMACD，從而充分利用帶寬。另外，EPON通過在MAC層中實現(xiàn)8021p來提供與APON類似的QOS。1、 EPON的上行接入技術(shù)EPON上行接入技術(shù)可以使用時分多址復用（TDMA）、波分多址復用（WDMA）、碼分多址復用（CDMA）等方式。碼分復用的缺點有：信道間的干擾由ONU的數(shù)量決定；但如果開發(fā)出便宜的、適用于WDMA方式接入網(wǎng)的光發(fā)射和光接收器件，使用

30、WDMA是發(fā)展的趨勢。時分復用具有N個ONU只需要一個OLT轉(zhuǎn)發(fā)器和極少的波長等優(yōu)點，但十分復用還是需要高速電子器件。綜合以上考慮，現(xiàn)在一般都是采用時分復用多址接入方式，波分復用多址接入方式從長遠來看也具有較大的競爭力。為了保證上行帶寬的動態(tài)分配能力，EPON還提出了輪詢機制等對時分多址接入進行補充。2、 EPON的安全機制 對于普通用戶，即對信息的加密與否無所謂的用戶，安全性問題并不突出，但EPON的發(fā)展目標是全業(yè)務(wù)匯聚網(wǎng)。在實際的應(yīng)用中，對于那些通過接入網(wǎng)與廣域網(wǎng)相連，并通過接入網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)與異地用戶進行通信的用戶，若還只是用擾碼加密這樣的保密措施來對通信進行簡易的加密將是非常不可靠

31、的。在加密領(lǐng)域里，人們已經(jīng)做了大量的研究實踐，有很多研究成果已經(jīng)商用化。在接入網(wǎng)中完全可以借用這些加密措施，提高接入網(wǎng)的安全性。不過采用這些方法勢必將在各用戶終端配置額外的加密設(shè)備，這不但增加了網(wǎng)絡(luò)廣利的復雜程度，使網(wǎng)絡(luò)管理的成本上升，而且會導致用戶的成本增加。因此，加密機制需要滿足可靠性和成本之間的平衡。3.2 千兆比特兼容的無源光接入網(wǎng) 3.21 GPON的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與標準協(xié)議鑒于EPON和APON/BPON的各自優(yōu)劣，許多國際標準化組織都投入了大量精力試圖提出一種兼具雙方優(yōu)點的方案。ITU-T在APON基礎(chǔ)上，提出了千兆比特兼容的無源光接入網(wǎng)（GPON）。GPON的主要設(shè)想是在PON上傳送

32、多業(yè)務(wù)時保證高比特率和高效率。由于GPON一開始就自下而上的重新考慮了PON的應(yīng)用和要求，不在基于早先的APON標準，因此為新的方案奠定了基礎(chǔ)。它一方面保留了與PON不是直接相關(guān)的許多功能，如OAM消息、DBA等；另一方面GPON則基于完全新的傳輸會聚（TC）層。GPON采用的是一個以幀為基礎(chǔ)的協(xié)議，用通用程序（GFP）作業(yè)務(wù)映射。 GPON的總體目標包括：1、幀結(jié)構(gòu)可以從622Mbit/s擴展到2.5Gbit/s，并支持不對稱比特率；2、對任何業(yè)務(wù)都保證高帶寬利用率和高效率；3、把任何業(yè)務(wù)（TDM和分組）都通過GFP裝入125s的幀中；4、對純TDM業(yè)務(wù)做高效率的無開銷傳送；5、通過帶寬指示

33、器為每一ONT動態(tài)分配上行帶寬。GPON網(wǎng)絡(luò)基本性能參數(shù)（數(shù)據(jù)來自：中國聯(lián)通培訓教材）上行速率（Gbps）下行速率（Gbps）0.155521.244160.622081.244161.244161.244160.155522.488320.622082.488321.244162.488322.488322.48832上行1.24416 Gbit/s，下行2.48832 Gbit/s是目前支持的主要速率，可升級到10G GPON。最大邏輯距離60km最大物理傳輸距離20km最大差分距離20km最大分離器比1：128GPON的數(shù)據(jù)復用方式：GPON實現(xiàn)單纖雙向傳輸，系統(tǒng)采用WDM技術(shù)。為了分離

34、同一根光纖上多個用戶的信號，下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術(shù)，上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術(shù)。其中：1、 廣播方式：GPON的下行幀長為固定的125s，下行為廣播方式，所有的ONU都能收到相同的數(shù)據(jù)，但是通過GEM PORTID來區(qū)分不同的ONU的數(shù)據(jù)，ONU通過過濾來接手屬于自己的數(shù)據(jù)。2、 TDMA方式：GPON的上行是通過TDMA（時分復用）的方式傳輸數(shù)據(jù)，上行鏈路被分成不同的時隙，根據(jù)下行幀的upstream bandwidth map字段來給每個ONU分配上行時隙。GPON的標準協(xié)議：1、 ITU-T G.984.1 （GPON網(wǎng)絡(luò)參數(shù)說明）2、 ITU-T G.984.2 （PMD層規(guī)格要求，2

35、.488Gbps下行光接口參數(shù)規(guī)格要 求，1.244Gbs上行光接口參數(shù)規(guī)格要求，物理層開銷分配）3、 ITU-T G.984.3 （GPON TC層規(guī)格要求，GTC幀結(jié)構(gòu)介紹，ONU注冊激活流程，告警和性能）4、 ITU-T G.984.4 （OMCI消息結(jié)構(gòu)介紹，OMCI設(shè)備管理框架，OMCI實現(xiàn)原理簡述）5、 ITU-T G.984.5 （GPON波長規(guī)劃）6、 ITU-T G.984.6 （GPON傳輸距離延長方案）3.22 GPON的關(guān)鍵技術(shù) 光接入網(wǎng)的環(huán)境是典型的點到多點方式，各個ONU和OLT的距離都不一樣，光信號在光纖上的傳輸時間不一樣，到達ONU的時刻不一樣，為了防止各個ON

36、U鎖發(fā)送的上行信號發(fā)生沖突，OLT需要一套測距功能，以保證不同物理距離的ONU與OLT之間的“邏輯距離”相等，即傳輸延遲一致，以避免碰撞和沖突的出現(xiàn)。 PON上行傳輸采用TDMA方式接入，一個OLT可以接多個ONU。ONU至OLT之間的距離最短可以是幾十米，最長的可達20公里。光在光纖上傳輸，每公里的傳輸延時為5ps。由于環(huán)境溫度的變化和器件的老化，傳輸延時也在不斷發(fā)生變化。為了實現(xiàn)TDMA接入，保證每一個ONU的上行數(shù)據(jù)在共用光纖匯合后，插入指定的時隙，彼此間不發(fā)生碰撞，也不要間隙太大，OLT必須對每一個ONU與OLT之間的距離進行精確測定，以便控制每個ONU發(fā)送上行數(shù)據(jù)的時刻。 測距的過程

37、：1、OLT通過Ranging測距過程獲取ONU的往返延遲RTD（Round Trip Delay），計算出每個ONU的物理距離。 2、然后指定合適的均衡延時參數(shù)EqD（Equalization Delay） 3、Ranging的過程需要開窗，即Quiet Zone，暫停其他ONU的上行發(fā)送通道。OLT開窗通過將BWmap設(shè)置為空，不授權(quán)任何時隙來實現(xiàn)。 測距的結(jié)果：1、 通過RTD和EqD，是的各個ONU發(fā)送的數(shù)據(jù)幀同步，保證每個ONU發(fā)送數(shù)據(jù)時不會在分光器上產(chǎn)生沖突 2、 相當于所有ONU都在統(tǒng)一邏輯距離上，在對應(yīng)的時隙發(fā)送數(shù)據(jù)即可。3.23 光模塊突發(fā)控制在采用測距機制控制ONU上行發(fā)送

38、后，上行信號還是有一定的相位漂移的。GPON系統(tǒng)是一個P2MP的網(wǎng)絡(luò)，OLT側(cè)的GPON借口通過分光器同時連接到多個ONU的GPON借口上。GPON的下行是按照廣播的方式將所有數(shù)據(jù)發(fā)送到ONU側(cè)，因此，要求OLT側(cè)的光模塊必須連續(xù)發(fā)光，ONU側(cè)的光模塊也是連續(xù)接手方式工作。GPON的上行方向采用TDMA的方式工作，每個ONU必須在許可的時隙上才能發(fā)送數(shù)據(jù)，不屬于自己的時隙必須關(guān)閉光模塊的發(fā)送信號，才不至于影響到其他的ONU的正常工作。對于OLT側(cè)上行接手來講，必須要根據(jù)時隙進行突發(fā)接手每個ONU的傷心數(shù)據(jù)，因此，為了保證GON系統(tǒng)的正常工作，OLT側(cè)的光模塊必須支持突發(fā)接手功能，ONU側(cè)的光模

39、塊必須支持突發(fā)發(fā)送功能。例如對于采用TDMA的ONU而言，每個ONU只能在每一幀的熱定時刻發(fā)送上行信號，因此需要有快速的功率開啟和切斷功能。同時對于光接入網(wǎng)中發(fā)送上行信號，因其他所有ONU都應(yīng)處于關(guān)斷狀態(tài)，此時要求其余所有ONU的殘留光之和不能對正在發(fā)光的ONU產(chǎn)生影響。OLT側(cè)也有類似的問題。如多個ONU發(fā)送的信號到達OLT側(cè)會有功率的波動，OLT的接收機需要能靈活快速地調(diào)整接手電平，迅速地接收和恢復數(shù)據(jù)。3.24 上行動態(tài)帶寬分配在上行方向，任意時刻不同ONU對帶寬的需求不一樣的，這就涉及到帶寬分配及其算法問題。帶寬分配要求提供一套最有效的在盡可能保證每個ONU需求的同時高效利用網(wǎng)絡(luò)資源的

40、手段。帶寬分配算法既要考慮連接業(yè)務(wù)的性能特點和其服務(wù)質(zhì)量的要求，又要考慮接入控制的實時性。通常的算法分為兩大類：一是建立連接時采用了緩沖存儲，但為了滿足實時性要求很難有效地對系統(tǒng)資源進行統(tǒng)計復用，只在業(yè)務(wù)量較大時獲取較好的性能；二是建立連接時無緩沖存儲，它既可滿足實時性要求又能很好地對系統(tǒng)資源進行統(tǒng)計復用，但在業(yè)務(wù)量較大時會產(chǎn)生信元丟失。動態(tài)帶寬分配（DBA）可以通過包括消息和狀態(tài)機等技術(shù)來實現(xiàn)。DBA能在微秒或毫秒級的時間內(nèi)完成對上行帶寬的動態(tài)分配。利用DBA可以提高PON端口的上行線路帶寬利用率；可以在PON口上增加更多的用戶；用戶可以享受到更高帶寬的服務(wù)，特別是那些對帶寬突變比較大的業(yè)務(wù)

41、。3.25 下行AES加密GPON下行采用廣播技術(shù)，同一PON口下的主干線和分光后的數(shù)據(jù)都是一樣的，所以需要保證ONU的數(shù)據(jù)不被其他ONU所獲取解析。GPON支持下行廣播數(shù)據(jù)進行AES128加密處理，這是一種國際通用的加密算法，只對GEM幀中的Payload進行加密處理，GPON系統(tǒng)定期的進行AES彌月交換更新，提高了線路數(shù)據(jù)的可靠性。GPON系統(tǒng)的AES加密處理如下圖：圖 3-1 GPON系統(tǒng)的AES加密處理示意圖密鑰更換由OLT發(fā)起密鑰更換請求，ONU響應(yīng)并將生成的新的密鑰，并分兩部分給OLT，并且重復發(fā)送三次，OLT收到新的密鑰后，就要開始進行密鑰切換，將所有新的密鑰的幀號通過相關(guān)的命令

42、通知ONU（也是三次），ONU在相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀上切換檢驗密鑰。3.26 PON終端認證GPON認證是指OLT基于ONU的SN或Password對ONU合法性進行認證，拒絕非法ONU的接入。在GPON系統(tǒng)中，只有通過認證的合法ONU才能接入PON系統(tǒng)，這樣可以滿足運營商實現(xiàn)靈活的、便于維護的管理方式。GPON ONU的認證方式支持一下三種：1、 SN認證（常見認證方式）2、 SN+Password認證3、 Password認證 ONU認證上線后就可以傳輸數(shù)據(jù)了，ONU對下行數(shù)據(jù)是根據(jù)gemport進行接收的。各個ONU檢測接收到的數(shù)據(jù)幀的gemport，以決定是否接手該幀，如果該幀所包含的gemp

43、ort與ONU自身的gemport相同或者為組播gemport（默認為4095，支持修改，設(shè)置范圍為4000-4095），則接收該數(shù)據(jù)幀；否則做丟棄處理。ONU的認證部分主要是針對OLT上已經(jīng)預配置的ONU而言，對于在OLT上未預配置ONU的注冊流程圖，如下。圖3-23.27 GPON終端管理模型GPON系統(tǒng)的ONU管理主要通過OMCI消息進行管理：1、 OCI消息主要用于業(yè)務(wù)層次的管理維護，如設(shè)備的硬件能力發(fā)現(xiàn)、各種告警維護信息的業(yè)務(wù)能力配置等。2、 OMCI是主從式管理協(xié)議。OLT是主設(shè)備，ONU是從設(shè)備。OLT通過OMCI通道控制下面連接的多個ONU。3、 ONU完成注冊過程后，建立起O

44、MCI通道，OLT通過OMCI通道控制OLT下面連接的多個ONU設(shè)備。4、 OMCI支持對ONU的離線配置，由于ONU本地不需要保存配置信息，所以便于業(yè)務(wù)發(fā)送。常見GPON終端管理方式：ONT管理方式1：上網(wǎng)業(yè)務(wù)、組播業(yè)務(wù)都通過OMCI下發(fā)；語音雨霧配置方式有所區(qū)別，全OMCI模式下，語音業(yè)務(wù)全部通過OMCI下發(fā)，OMCI+配置文件方式，語音業(yè)務(wù)通過FTP從網(wǎng)管下載XML配置文件。示意圖如下，圖3-3圖3-4ONT管理方式2：ONT的上網(wǎng)業(yè)務(wù)、組播業(yè)務(wù)、TLS業(yè)務(wù)和語音業(yè)務(wù)全部由EMS配置或者TELNET登錄配置；但管理VLAN、管理IP可以通過OMCI下發(fā)，所以此類ONT也可以作到遠程配置、

45、調(diào)測或者免現(xiàn)場調(diào)測。如圖，GPON的發(fā)展趨勢： 未來兩三年，GPON仍是FTTX的主要建設(shè)模式，現(xiàn)有GPON OLT和MDU已具備向10G GPON平滑演進的能力，GPON網(wǎng)絡(luò)向10G GPON升級時，ODN網(wǎng)絡(luò)可重用，需要增加WDM不見，將10G GPON和原來的GPON信號通過合波的方式在同一個ODN上傳輸。對比項目GPON（ITU-T G.984）EPON（IEEE 802.3）每PON口最大下行/上行速率2500/1250 Mbps1250/1250 Mbps每PON口下行/下行吞吐量(典型值)2300 Mbps/1110Mbps900Mbps/850Mbps分光比1:64, 1:12

46、81:32, 1:64最大傳輸距離（1：64）20km10km每用戶下行帶寬（1：64 FTTH模型）36 Mbps 14 Mbps 運營、維護(OAM&P)G.984.4OMCI標準。對ONT進行全套FCAPS（故障、配置、計費、性能、安全性）管理OAM支持：對ONT的故障指示、環(huán)回和鏈路監(jiān)測等功能TDM 傳輸內(nèi)置，支持NativeTDM模式和電路仿真模式（CES over GEM)電路仿真（ITU-T Y.1413 或MEF 或IETF）(CES over Ethernet）時鐘同步GPON采用物理層同步。采用標準以太包封裝TDM業(yè)務(wù)，物理層不同步，無分片成幀機制。QoSDBA調(diào)度單位包括

47、TCONT（五種類型）、GEMport，粒度精細。采用多TCONT，靈活的業(yè)務(wù)流映射機制。每ONU至少8個TCONT，每TCONT至少4個隊列。DBA調(diào)度單位為LLID，標準協(xié)議每個ONU1個LLID，顆粒度粗。QoS主要通過ONU設(shè)備內(nèi)部調(diào)度實現(xiàn), 每個LLID內(nèi)有8個優(yōu)先級隊列。表3-1 GPON技術(shù)和EPON技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)指標對比表聯(lián)系上文，足見GPON技術(shù)數(shù)據(jù)比EPON技術(shù)優(yōu)勢明顯，GPON技術(shù)將逐漸代替EPON技術(shù)組建的接入網(wǎng)方式。4 三鄉(xiāng)前隴恒安街FTTH的設(shè)計與實現(xiàn)4.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)這里以湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司設(shè)計的中山市三鄉(xiāng)前隴恒安街FTTH接入新建工程來說明用GPON實

48、現(xiàn)FTTH。主干光纖位于巨龍古玩城對面，在前隴設(shè)有機房。本次工程的目的：提供普通電話、寬帶上網(wǎng)等業(yè)務(wù)；根據(jù)用戶需求，開通相應(yīng)業(yè)務(wù)。將OLT（華為5680T）設(shè)置在三鄉(xiāng)大布機房，光分路器放置在恒安街所有商鋪位置靠中間的光交箱中進行分路，光纖再分別拉到用戶商鋪中。系統(tǒng)總體架構(gòu)如下：接下圖接上圖接下圖接上圖圖4-1 恒安街FTTH總體示意圖（圖片來源：2012年中國聯(lián)通廣東中山三鄉(xiāng)FTTH 配區(qū)擴容工程竣工圖）如圖4-1所示，NGN業(yè)務(wù)送到局端的光纖路終端OLT，INTERNET網(wǎng)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)也送到OLT，兩路信號在OLT中經(jīng)過局端GPON光模塊處理后送到合波器進行波分復用，經(jīng)過1：N分光器將光信號直

49、接入戶。4.2 系統(tǒng)設(shè)備采用華為技術(shù)有限公司的SmartAX MA5680T光接入設(shè)備，采用標準19英寸機架安裝。MA5680T支持8端口GPON單板，支持GPON系統(tǒng)1：128分光比，支持1588V2時鐘（BC模型），支持多GE上行、多邊緣組網(wǎng)。具有超高匯聚交換能力，3.2T背板容量，960G交換容量，512K MAC地址容量；超高密度級聯(lián)能力，單框最大768個GE端口，無需額外投資匯聚交換機；超高可靠組網(wǎng)能力，可直連BRAS，支持OLT雙機熱備份、異地容災(zāi)、升級業(yè)務(wù)。示意圖如下，圖4-2 MA5680T立面圖MA5680T具備強大的QoS能力，為各種業(yè)務(wù)管理的開展提供了基礎(chǔ)。其中部分能力有

50、:支持L2-L7的流分類（基于端口，VLAN、MAC地址、IP地址和TCP、UDP端口號）；支持優(yōu)先級控制（基于端口、MAC地址、IP地址和TCP、UDP端口號），支持根據(jù)報文的ToS域和802.1p進行優(yōu)先級映射和修改，支持DSCP差分業(yè)務(wù)；支持帶寬控制（基于端口、MAC地址、IP地址和TCP、UDP端口號），控制力度64kbit/s等。4.3 ODN對于恒安街多用戶，采用了8個1：32分光器和8個1：16分光器構(gòu)建。光分路器放置在商鋪住房附近的光交接箱中進行分路。ODN與ONU的皮線光纜長度不能超過200M。對于高層住宅樓需要放置兩個ONU，一個位于底層，一個位于中層，以保證高層用戶設(shè)備能

51、正常運行。對于住房密集的區(qū)域，本工程采用多個1：32和1：16的分光器結(jié)合，在能滿足先階段用戶的需求的同時，預留空間發(fā)展以后的業(yè)務(wù)需要。4.4 光纜布線光纜布線采用架空或者管道方式，本工程采用架空和管道結(jié)合方式布線。對于OLT至ODN段的光纜，中國聯(lián)通維護人員采取一月一巡的辦法對光纜進行維護。管道敷設(shè)的光纜要注意老鼠的破壞；架空敷設(shè)維護的主要問題有：被不法分子盜竊，被惡意破壞，在用戶墻身打孔固定時引起的紛爭。圖4-3 前隴恒安街部分FTTH光纜接入工程路由圖4.5 GPON光功率指標華為GPON接口參數(shù) Class B+項目單位OLTONU最小平均發(fā)送功率dBm+1.50.5最大平均發(fā)送功率d

52、Bm+5+5接收靈敏度dBm-28-27過載光功率dBm-8-8下行光功率代價db0.50.5根據(jù)圖4-3估算工程的光功率預算為15.6dBm,符合接收靈敏度。4.6 系統(tǒng)評價和結(jié)論該FTTH系統(tǒng)已在2011年末竣工，至今用戶反應(yīng)良好，工程采用華為MA5680T的GPON設(shè)備，可為用戶提供帶寬達10M以上的數(shù)字通信服務(wù)。用戶在家中可以充分享受光纖到戶的樂趣，通過一根光纖可以接入電話跟上網(wǎng)業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)建成開通后，為保證用戶電話、上網(wǎng)等要求定期對整個網(wǎng)絡(luò)進行測試，PON所得的靈敏度等都符合入網(wǎng)要求。所選設(shè)備質(zhì)量可靠，技術(shù)合理、安全。中國聯(lián)通和湖南郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司共同承建的FTTH工程，所得的寶貴經(jīng)驗，無論是對本人的對光纖到戶的認知還是工作經(jīng)驗都有很大的增加。致 謝在大學本科四年的學習里，我在學業(yè)上，生活上的到很多老師和同學的關(guān)懷與幫助。歲月如梭，電子科技大學中山學院，這里有我熟悉的一切，有我熱愛的一