主动光接入网及其发展趋势

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摘要

　　尽管通过铜线可以提供比较快的速率，但更高的带宽只有通过光纤才能够提供。本文介绍了主动光接入网的结构、光接入网的分类以及其给用户提供电信业务时的操作，最后展望了光接入网的发展趋势。

　　一、引言

　　尽管新的技术(如xDSL)可以通过铜线提供几兆的速率，但用户日益增长的带宽需求只有在网络的接入部分使用了光纤才能得到满足。到目前为止，骨干网络都是通过光纤传输的，而在有的地区，从骨干网到接入网部分已均使用了光纤。

　　主动光接入网可以认为是部署在电信骨干网和最终用户之间的光电基础设施。一方面，它必须能够提供传统的用户端接口(电话、ISDN、数据接口等)；另一方面，它也必须能够提供到本地交换和不同数据网络节点的所有必需的接口。此外，它还需要有到管理网络的第三类接口，以便可以对接入网中不同部分进行远程监控和配置。

　　光接入网包括大量的光网络单元(ONU)和光线路终端(OLT)，如图1所示。ONU可以安装在客户的地基下(光纤到大楼或FTTB拓扑)或者室外(光纤到路边或者FTTC拓扑)，而OLT可安装在本地交换的地基中。在FTTC中，光接入网取代了铜线网络的主要部分；FTTB中，它取代了网络的整个部分。

　　光接入网的ONU和OLT通过光传输网相连。

　　二、光接入网的结构

　　1.ONU

　　ONU除了提供到传输网的光接口之外，还提供到用户的接口。上行(从用户到网络)传输中，ONU“集中”用户的电信业务，将它们复用到E1信号(2.048Mb/s)，进一步又复用到更高级的光信号(如E3或者STM-1)，再提供给传输网。ONU通过2套主动设备来完成这些操作：窄带复用器用于收集单个业务信号，并将其复用到E1流；传输复用器用于产生高级光信号给传输网。为了描述下行ONU操作(网络到用户)，传输复用器接收来自传输网的光信号，解复用到E1流，然后由窄带复用器解复用到单个用户，再提供给用户。

　　与ONU相关的一个重要问题是：窄带复用器利用集中的能力(基于单个拨号业务不会同时进行)可统计复用这些业务，故提供更少的E1流。例如，如果一个ONU连接120路电话，可提供1个或者2个E1流，而不是4个。这种配置既节省了传输网络的容量，也节省了ONU和OLT传输设备的。然而，集中参数(1:2或1:4)的选择必须依赖于实际的业务流信息，以避免不可接受的呼损率。

　　除了窄带和传输复用器以外，一个ONU还包括监控设备和电源供给设备，即一组电池。ONU也包括铜线和光纤分布结构，前者可以用来协助用户终端到业务卡之间的连接，后者用于从传输复用器到用户接入光缆的连接。

　　ONU可以分为两大类：室内ONU，安装在用户地基下(FTTB)；室外ONU，安装在选定的室外位置(例如FTTC)。室内ONU通常包括支架，可以以模块方式部署。ONU有1到3个ETSI类支架，每个维数为HxWxD=2200×600×300mm，可提供200到1000根同等的电话线。另一方面，室外ONU由特别设计的外壳围绕，可以提供在恶劣气候下的保护。由于空间有限，室外ONU的容量比室内ONU的小。例如，一个典型的室外ONU维数为HxWxD=1500×1200×400mm，容量为500根电话线。

　　2.OLT

　　OLT可以认为是光接入网和骨干网之间的边界，因此它提供到本地交换和数据网络节点必要的电子接口。OLT安装在本地交换地基中，包括大量的传输复用器(与ONU的同类)，这些传输复用器与来自于不同ONU的光缆相连接。每个传输复用器分配一个特定的ONU或者一组ONU，并且提供由ONU窄带复用器产生的E1信号。OLT的传输复用器连接到本地交换，通过E1链路(V5.1或V5.2信令)或通过窄带复用器，在OLT和数据之间传输用户业务信号到本地交换。

　　网络节点之间也建立同样的连接，对于数据业务，V5.1或V5.2并不适用。V5.1或V5.2接口可以通过安装在OLT的传输复用器和本地交换之间的数字交叉提供。

　　3.传输网

　　如前所述，传输网(ONU和OLT之间的光纤连接)可以使用PDH或者SDH。对于前者，每个ONU的传输复用器可以是点对点连接，到各自的OLT复用器。然而，由于对容量灵活性、可靠性要求的增加，传输网多采用SDH。这种情况下，传输网包括大量的SDH环(常为STM-1或者STM-4，155.52或者622.08Mbit/s)，每个环或者供一个ONU(大量商用客户情况下)，或者由大量的ONU共享。这种情况，ONU和OLT的传输复用器是分插多路复用器(ADMs)，各自的级为ADM-1s、ADM-4s。

　　三、光接入网的分类

　　光接入网可分为两大类：有源光网络(AON)和无源光网络(PON)。AON又可分为基于SDH的AON和基于PDH的AON。PON又可分为基于ATM的PON(APON)以及基于以太网的PON(EPON)。

　　1.基于SDH系统的AON

　　随着骨干网传输容量的不断增大，传输网的接入方式也越来越多样化。从技术方面看，接入层的相对带宽需求较小，需要提供IP、TDM和ATM等综合业务传送。以SDH为基础并能够提供IP、ATM传送与处理的系统将是解决接入层传送的主要方法，因为这种方式可经济地在一个业务提供点(POP)上提供高质量专线、ATM、IP等业务的接入、传送和保护。在接入网中应用SDH的主要优势在于：SDH可以提供理想的网络性能和业务可靠性；SDH的固有灵活性使得在发展极其迅速的蜂窝通信系统中采用SDH系统尤其适合。当然，考虑到接入网对成本的高度敏感性和运行环境的恶劣性，适用于接入网的SDH设备必须是高度紧凑、低功耗和低成本的新型系统。接入网用SDH的最新发展趋势是支持IP接入，目前至少需要支持以太网接口的映射，于是除了携带话音业务量以外，可以利用部分SDH净负荷来传送IP业务，从而使SDH也能支持IP的接入。支持的方式有多种，除了现有的点到点通信协议(PPP)方式外，还有在SDH上的链路接入规程(LAPS)和通用成帧规程(GFP)等方式。EthernetoverSDH系统实现了一个IP数据包多交换光广域网，它本质上采用的是无连接网络机制，内在的全网状连接提供适合于分布式通信的无连接网络机制，为业务提供者节省大量的光带宽。Ethernetover SDH将以太网的二层交换灵活性和资源优化能力与现有的SDH光网络的大容量、高带宽效率和低协议开销相结合，从而得到一种高速、经济的数据接入解决方案。Ethernet over SDH系统的帧映射过程采用的是LAPS协议帧，而不是PPP帧。它首先将以太网的MAC帧封装成LAPS协议帧，然后将LAPS协议帧映射到SDH帧中。Ethernet over SDH技术克服了传统SDH在数据传送上的局限性，为SDH的接入开拓了新天地。

　　2.PON

　　PON是一种纯介质网络，它能避免外部设备的电磁干扰和雷电影响，减少线路和外部设备的故障率，提高系统可靠性，同时可节省维护成本，是电信维护部门长期期待的技术。PON的业务透明性较好，原则上可适用于任何制式和速率的信号。特别是APON可以通过利用ATM的集中和统计复用，再结合无源分路器对光纤和光线路终端的共享作用，使成本可望比传统的以电路交换为基础的PDH/SDH接入系统低20%-40%。

　　APON的业务开发是分阶段实施的，初期主要是VP专线业务。相对普通专线业务，APON提供的VP专线业务设备成本低、体积小、省电、系统可靠、性能稳定且性价比有一定优势。第2步实现一次群和二次群电路仿真业务，提供企业内部网的连接和企业电话和数据业务。第3步实现以太网接口，提供互联网上网业务和VLAN业务。以后再逐步扩展至其他业务，成为名符其实的全业务接入网系统。

　　APON能否大量应用的一个重要因素是价格。目前APON产品的业务供给能力有限，成本过高，其市场前景由于ATM在全球范围的受挫而不确定，但其技术优势是明显的。特别是综合考虑运行维护成本，则在新建地区、高度竞争的地区或需要替代旧铜缆系统的地区，此时敷设PON系统，无论是光纤到路边(FTTC)，还是光纤到大楼(FTTB)方式都是一种有远见的选择。

　　3.EPON

　　EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合。EPON采用点到多点结构和无源光纤传输方式，在以太网上提供多种业务。目前，IP/Ethernet应用占到整个局域网通信的95%以上，EPON由于使用上述经济而高效的结构，从而成为连接接入网最终用户的一种最有效的通信方法。10Gbit/s以太主干和城域环的出现也将使EPON成为未来全光网中最佳的最后一公里的解决方案。

　　在一个EPON中，不需任何复杂的协议，光信号就能准确地传送到最终用户，来自最终用户的数据也能被集中传送到中心网络。在物理层，EPON使用1000BASE的以太PHY，同时在PON的传输机制上，通过新增加的MAC控制命令来控制和优化各光网络单元(ONU)与光线路终端(OLT)之间突发性数据通信和实时的TDM通信。在协议的第二层，EPON采用全双工以太技术，使用TDM，由于ONU在自己的时隙内发送数据报，因此没有碰撞，不需使用具有冲突检测的载波监听多路访问(CSMA/CD)，从而充分利用带宽。另外，E2PON通过在MAC层中实现802.1D来提供与APON类似的QoS。

　　四、光接入网提供的业务及其实施

　　1.业务

　　光接入网初期主要支持2Mbit/s以下速率的业务，基本业务有下面7类：

　　*普通电话业务(POTS)；

　　*租用线；

　　*分组数据；

　　*ISDN基本速率接入(BRA)；

　　*ISDN一次群速率接入(PRA)；

　　*N＊64kbit/s；

　　*2Mbit/s(成帧和不成帧)。

　　光接入网提供给用户的电信业务主要通过ONU窄带E1复用器业务卡形式获得。这些卡可以分为四大类：传统的拨号接口卡(通过拨号MODEM)、U接口卡(ISDN-BRA和64-128kbit/s数据业务)、音频接口卡(0？4kHz，对模拟租用线和数据线、56kbit/s的音频MODEM)和n×64kitb/s卡(n从3？31，对数字租用线)。其他业务，如E1(2.048Mbit/s)、E3(34.368Mbit/s)或者n×64kbit/s业务，可以通过在ONU中加入适当的卡提供。

　　光接入网的优势是：它们可以作为其他接入网的平台，如xDSL和CATV网络。例如，一个ONU可以提供数字用户线接入复用器(DSLAM)、xDSL网络，或者是CATV网络的光节点。

　　2.实施

　　在计划实施光接入网时的一个基本问题是渗透率。例如，它是一个FTTB中继网服务的商业客户，还是一个FTTC网络，或者是取代了特定区域的同轴网络?所有的业务是否都将转到光接入网?或者是其中的一些仍将依赖于铜线?这些问题并不存在一个唯一的答案。一个好的解决方案必须要基于经济和技术的考虑，即考虑更多的与传输网技术参数相关的问题，如它们的类型(SDH或PDH)、级别(STM-1/4或E1)、分给每个ONU或ONU组的光纤数量、容量覆盖、允许将来扩展的程度、再形成E1流的应用集中等。

　　实施光接入网要求部署光缆，从特定的接入区域和光终端到OLT的传输复用器。接入网的最大容量主要由核心缆线的光纤容量、传输网的级别决定。例如，对96-光纤(48对)核心缆线和SDH传输网，核心缆线的一个光纤对必须分配给每个STM环。如果电信运营商在每个环上选择一个或者更多个未分配的光纤对，96根光纤核心缆线可以提供24个SDH环。如果环是STM-1，容量是155.52或者63个E1信号，那么60%的容量(每个环38个E1信号)将被覆盖，接入网提供24×38=912个E1信号，这相当于912×30=27360根电话线(网络的最大容量是45000根电话线)。

　　每个ONU通过接入光缆与核心缆线相连，通常有12根光纤。一个需要考虑的重要因素是：在安装ONU时，应提供正确的操作条件。这个问题在室外ONU时候更加复杂，因为要抵抗恶劣的气候条件(尤其是在高温和高湿度条件下)。

　　将电信业务从同轴转到光接入网是一个非常细致的工作，必须准备得十分详细，以减少给用户带来的不便。转换通常在非工作时间内进行，这取决于运营商。可以分为基于ONU的，所有业务在一个阶段转换；或者是基于业务的，每个阶段包括所有ONU中的特定业务的转换。主动光接入网有非常明显的优势，使用的技术是十分成熟的，因此，光接入网在全世界都得到广泛采用，运营商用作中继网或者在某些地方完全取代同轴。

　　五、光接入网的发展趋势

　　接入网的共同趋势就是逐渐将光纤化推向用户。FTTC逐渐向FTTH发展，而HFC将逐渐从较大的节点向较小的节点发展，然后逐渐将光纤推进至分支点(FTTT)甚至实现FTTH。光纤到户后，就消除了FTTC中的金属引入线和HFC中的同轴电缆，避免了金属腐蚀等问题，接入网的瓶颈也随之消失。然而光纤到户将是一个漫长的过程，需要投入大量的资金和人力。接入网的复杂多变环境导致了技术的多元化，因而以PON为基础的光接入网怎样与其他接入技术混合组网取长补短是十会重要的，而且将会成为主要的混合接入方式。

　　因此多采用混合接入模式，如光接入网与甚高比特率数字用户线(VDSL)的结合、光接入网与HFC的结合、光接入网与无线接入的结合以及光接入网与SDH的结合均可达到光纤敷设成本、电子设备成本和提供的带宽能力方面的最佳平衡，也是一种比较现实、理想的宽带混合接入方案。光接入网的种种优势表明这是一种代表接入网发展方向的新技术，它是接入网发展的主流趋势。总之，随着接入网业务的不断增多，所需的网络带宽将会越来越宽，交互性越来越强，接入网的宽带化是不可避免的趋势，它将会为我们的生活提供越来越多的方便。