PON技术及其应用模式

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　　PON技术分析
　　PON技术已经成为业界公认的实现FTTH的首选方案。PON系统由局端设备（OLT）、用户端设备（ONU/ONT）和光分配网（ODN）组成。所谓“无源”，是指ODN全部由无源光分路器和光纤等无源光器件组成，不包括任何有源器件。PON技术采用点到多点拓扑结构，下行和上行分别通过TDM和TDMA方式传输数据。
　　PON技术可细分为多种，主要区别体现在数据链路层和物理层的不同。其中，APON以ATM作为数据链路层；EPON使用以太网作为数据链路层，并扩充以太网使之具有点到多点的通信能力；GPON则结合了APON和EPON优点，采用ATM/GEM作为链路层，能够对多种业务提供很好的支持，同时引入了更多的来自电信业界的网管和运维思想。
　　PON技术的优势在于，能够减少主干光纤资源占用，节约投资；网络结构灵活，扩展能力强；无源光器件故障率低，不易受外界环境干扰；业务支持能力强等。目前，PON的代表技术为EPON和GPON技术，APON技术由于成本高、带宽低，已经基本被市场淘汰。
　　EPON技术
　　EPON由2000年11月成立的EFM工作组提出，并在IEEE 802.3ah标准中进行规范。它以以太网作为载体，上行以突发的以太网包方式发送数据流，可提供上下行对称的1.25Gbit/s线路传输速率。下行线路速率为10Gbit/s的系统也在研究之中。由于EPON采用以太网封装方式，所以非常适于承载IP业务，符合网络IP化的发展趋势。相比较其他PON技术，EPON在技术成熟度和设备价格方面具有优势，被认为是实现FTTH的主要技术。
　　由于IEEE制定802.3ah的初衷是为了接入IP数据业务，并没有考虑TDM业务接入对时钟同步、时延和抖动等性能的要求，因此，EPON所采用的标准以太网封装方式存在一个先天缺陷——难以承载TDM业务，包括话音或电路型数据专线等业务。目前，虽然对以太网承载TDM业务正在研究并取得了一定成果，但要完全达到TDM业务所要求的QoS有困难。
　　在中国，有多家EPON厂商对IEEE标准进行了扩充，在EPON设备承载TDM业务方面有大量的技术创新，行业标准也对此提出了要求，这些使得中国市场上的EPON设备的业务接入能力大大提高，从原来单一的IP业务接入发展为全业务接入。
　　GPON技术
　　ITU-T在APON技术未能获得成功的情况下，重新设计了新的物理层传输速率和传输汇聚层，发布了G.984.x系列的GPON标准。GPON的下行最大传输速率高达2.488Gbit/s，上行最大传输速率可达1.244Gbit/s，传输距离至少为20km，具有高速、高效传输的特点。GPON的封装除了传统的ATM外，还可以支持全新的GEM（GPON封装模式）格式。GEM类似于GFP，可以适应各种用户信号格式和任何传输网络制式，按固有格式传送语音、数据和视频信号，这样，运营商提供业务的灵活性就大大提高了。GEM封装方式也使时钟同步变得容易，GPON因此可以支持端到端的定时和其他准同步业务，可以直接支持TDM业务，不需要像EPON那样进行TDM仿真，提高了TDM传输质量。GPON的OAM机制完善，这方便了运营商的管理维护。
　　ITU-T制定的GPON系列标准相当完善，同时也相当复杂，因此标准正式发布至今，全球只有很少的公司支持，专业的GPON芯片也刚刚推出，这使得GPON产品价格较高，难以实现大规模部署。
　　PON的典型应用模式
　　简单来说，PON应用可以分为3种模式：FTTH、FTTO、FTTB。每种应用场景对于PON系统都有自己独特的需求。
　　FTTH
　　FTTH很好地体现了PON技术的组网优势。其组网方案为，OLT放置在局端或小区中心机房，分光器放置在中心机房或弱电箱，ONU放在用户家中。OLT和分光器、分光器和ONU之间采用单纤连接。出于运维上的考虑，一般采用一级分光，不超过两级分光。
　　FTTH应用方式要求PON提供多种业务接口以支持三网合一业务。ONU需要支持以太口、模拟语音接口，并支持可选的CATV接口；OLT需要支持GE和FE接口，根据语音业务采用PSTN方式或者NGN方式确定上行是否需要支持V5.2接口。根据选用的ONU类型的不同，系统可以实现因特网接入、数据专线、模拟或数字视频（CATV、IPTV等）、模拟或分组语音（POTS、VoIP等）等业务的综合接入。为了支持IPTV和VoIP业务，系统必须提供强大的QoS和组播能力。
　　FTTH应用方案已经在国内各大运营商有了较多的试点应用，均采用EPON技术实现，开通的业务包括高速上网、宽带电话、IPTV等，试验情况良好。
　　EPON技术经过多年的发展，在支持各种业务方面表现相对稳定。而GPON由于支持的厂家较少，技术相对复杂，成本高，所以还未在FTTH中有应用。
　　在FTTH应用模式中，入户段光纤的工程部署和人工成本是影响FTTH大规模部署的重要因素，只有当EPON接入设备技术和光纤工程技术得到突破，CAPEX降低到与DSL可比的程度，FTTH才能成为宽带接入的主流建设模式。目前只能在条件许可的情况下，进行局部实验，为未来的大规模部署积累经验。
　　FTTB
　　PON也可以用作楼道交换机或DSLAM的汇聚上联手段，实现FTTB应用。基于PON技术的FTTB应用主要包括PON+LAN和PON+DSLAM方式。在这种应用中，OLT放在局端，分光器放在小区边缘或机房，ONU放在小区机房或楼道，LAN交换机或DSLAM通过ONU进行汇聚。
　　FTTB要求PON系统提供多种汇聚接口以支持LAN交换机和DSLAM的上联。ONU和OLT需要支持GE和FE接口。
　　FTTB与传统方案相比，优势在于可以有效节省主干光纤资源，延续和利用已有的LAN接入资源，提高网络的可管理能力。
　　在传统的FTTB+LAN解决方案中，光缆到达小区中心机房，在中心机房放置汇聚以太网交换机，楼道交换机通过光纤收发器连接到汇聚交换机。这种方案存在众多的光纤收发器，因此增加了故障点，提高了网管难度。采用PON后，可以取消小区机房。具体方法是，在POP点配置一台中高端以太网交换机，在小区放置分光器，通过PON直接汇聚楼道交换机。PON具有的运营管理能力不仅带来维护上的便利，而且也为下一步的FTTH打下了基础。将来只要延伸光缆或者增加分光器，就可以简单实现光纤入户。
　　FTTB比较适合采用EPON技术。EPON技术简单，成本低，足以满足数据业务汇聚的要求。
　　FTTO
　　目前，运营商主要采用MSTP+LAN方式构建商业楼宇宽带接入网，辅以PDH接入TDM业务。这种方案可以满足现有业务的接入需求，但存在不少问题：（1）需在大楼设置机房并配置MSTP设备，业务接入和维护成本较高。（2）MSTP在环状拓扑下工作良好，但在拓扑呈树型/链型的情况下，中间设备掉电或死机会造成所有下挂设备的业务失效。（3）加入新的MSTP节点需要破环割接，否则，只能以支路方式接入现有MSTP设备，网络部署不灵活。（4）在业务量较小的楼宇设置机房和MSTP设备，经济性差。
　　PON的FTTO应用可以很好地解决以上问题。（1）只需在附近具备条件的接入机房或者汇聚机房设置OLT设备，ONU设备放置在用户端，无源光分配器放置在室外或室内（可以采用挂壁式安装）即可。由于不需要建设机房，因此降低了初期投资和后期运维成本。（2）多栋楼宇的各种客户通过PON连接起来，构成一个树型/星型的宽带接入网，所有用户共享GE/2.5G的带宽，而且某个用户的故障不会影响其他用户的正常使用。（3）分光器是无源设备，故障率低，可以有效解决MSTP的树型/链型网络拓扑可靠性差的问题。（4）只需要增加新的分光器即可扩容，无需破环割接，部署方便。（5）在业务接入方面，数据业务（用户上网、MPLS VPN、以太网专线、NGN电话业务）通过ONU以太网口接入，ONU上行通过OLT设备的FE/GE上联口连接至汇聚点业务路由器，TDM业务通过ONU E1接口接入。
　　FTTO可以支持现有的各种电信业务，包括数据、语音、专线等业务，因此需要PON设备提供各种接口。OLT设备需要支持FE/GE、E1、STM-1接口；ONU需要支持FE、E1、POTS接口。对于企业客户，由于业务的可靠性要求很高，所以还要提供一定的线路保护功能，最好能实现干路光纤和支路光纤的双纤保护倒换。
　　GPON技术具有全业务、高带宽等特性，因此能够对FTTO应用模式提供良好支持。EPON也在TDM业务支持方面做了大量工作，并推出不少商用产品，因此在目前GPON产品少、价格高的情况下，是实现FTTO的一个替代方案。
　　结束语
　　综上所述，GPON在针对商业楼宇的FTTO应用方面具有优势。而EPON在小区用户的FTTH应用方面表现突出；另外，在现阶段也可以作为楼道交换机的汇聚提供FTTB应用。
　　针对高端住宅客户，适合部署FTTH解决方案，提供电话、商网、宽带、IPTV等多种业务组合；对于普通住宅用户可以部署基于EPON的FTTB解决方案，节约光纤资源，简化运维流程；对于业务量不大的商业楼宇可以部署GPON或EPON解决方案，节省投资，提高网络可靠性。
　　总之，要合理区分市场，积极试验，稳步投资，积累经验，为全光接入网的大规模部署做好准备。