光接入的技术选择与应用策略

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1、我国宽带接入的发展特点
         我国宽带接入的规模发展始于2001年，ADSL与FTTx+LAN几乎同时起步，而后ADSL发展更为迅猛，成为了主流宽带接入手段，目前已占据我国宽带接入70%多的市场份额，而且我国也成为了全球最大的DSL市场。随着宽带接入的发展，我国互联网的发展也由以规模增长为主转变为以用户结构的变化为主，宽带用户逐步占据主导，截至2006年6月，在我国1.23亿网民中，宽带上网网民数已达7700万，网民数与去年同期相比只增加了2000万，而宽带上网网民数增加了2400万。但我国宽带接入在经过前几年的高速增长后，由于基数的增大（宽带接入数已超过了4000万）和PC数量的限制，开始进入平稳增长期。预计未来2年，宽带接入用户数的增长每年大约在1千多万，未来宽带接入的增长速度将会受到PC增长速度的制约。
         我国宽带接入市场现阶段的基本特点可概括为：一是ADSL已成为主流宽带接入技术，这一状况还会持续多年，ADSL2+将成为新的技术方向；二是FTTx+LAN是我国宽带接入的另一支重要力量，在新兴区域有着良好的市场前景；三是随着IPTV等宽带应用的起步，ADSL的提速改造和接入网管控及QoS性能提升成为了现阶段运营商的工作重点；四是在针对商业用户的点对点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；五是宽带无线接入WiMAX开始得到局部试用，在新兴地区有一定的市场潜力。
2、我国光接入发展的驱动力
         虽然ADSL在当前宽带接入市场中占据主导地位，但如果要提供高清晰度或交互式视频业务，ADSL将无能为力。而光接入的带宽潜力是其它接入方式无法媲拟的，在接入网环境中用光纤取代铜缆可带来一系列的好处：消除电信网的瓶颈、降低维护费用、易于实现业务融合和提供新业务、提高信息传输质量和通信可靠性、方便系统未来扩容、节省建设投资等。我国光接入发展的驱动力主要来自如下几方面：
         一是业务需求的驱动。业务需求永远是推动新技术应用的根本动因，现阶段我国发展光接入的业务驱动力主要有：高端客户的超高速上网需求；IPTV/Triple-Play互动流媒体业务的发展对宽带接入的高要求；企业客户的多媒体信息服务对高速接入的需求；高清晰视频监控业务对高速接入的需求；P2P对带宽的消耗和对双向视频应用的推动使得接入瓶颈更为突出，产生了对光接入的渴望；DSL无法满足长距离宽带接入的要求，有赖光接入；电力、石油等专网业务市场对光接入有一定需求。
         二是市场竞争的驱动。我国电信市场竞争日趋激烈，中国电信与中国网通都在积极深入对方的传统领地抢夺高端客户，移动运营商也在积极与传统固网运营商争夺企业信息化大市场，在市场竞争过程中缺乏传统铜缆接入资源的运营商可以利用光接入这一有力武器向客户提供差异化服务，赢得市场的青睐。尤其是对于经济发达、高端商务客户资源密集的区域，运营商还可以率先实施光缆水平布线的策略，与现有综合布线叠加使用，抢占“路权”优势，为日后开展宽带业务奠定基础。
         三是降低成本的驱动。与铜缆接入网相比，以PON为代表的光接入能有效地降低运维成本，降低电耗，节省管道与设备空间，节省骨干光纤资源。而且用光缆取代铜缆可以节约宝贵的铜资源，符合资源节约型社会的发展趋势。
         四是战略机遇的驱动。如2008年奥运会对光接入在我国的发展将起到积极的推动作用和激励效应，因为2008年北京奥运会将办成历史上第一届真正意义的“宽带奥运会”，而宽带接入是实现宽带奥运的基础。
3、我国光接入发展面临的挑战
         虽然有上述驱动因素，但总体上看还不十分强劲。我国光接入（尤其是FTTO/FTTH）的发展还处在市场培育和起步阶段，离规模应用还任重道远，还面临多方面的挑战。
         一是业务需求的问题。目前能提供数Mbit/s下行带宽的ADSL可以满足现阶段绝大部分宽带业务的需求，而必须依赖光接入的高宽带业务（如HDTV等）还有待发展。另外高带宽业务未必给运营商带来高收益也在一定程度上挫伤了运营商的积极性，可持续发展的良性宽带商业模式还有待探索和建立。
         二是投资回报的问题。目前电信行业开始进入微利阶段，运营商对固定资产投资的控制越来越严格，对投资回报的要求越来越高，也更注重短期利益，这样一来对光接入这类带有战略意义的投资就显得更为谨慎。
         三是成本偏高的问题。目前FTTH平均每线的综合成本（包括设备、布线施工等）约为2000～4000元，还难以与DSL竞争；另外我国降低运维成本的动力也不如发达国家强。
         四是政策不力的问题。目前我国的IPTV、三网融合还存在政策障碍，不利于宽带视频业务的发展；我国也缺乏像日本政府那样对FTTH强有力的政策支持；我国的用户驻地网市场还不能充分开放，还没有为经营光接入的用户驻地运营商提供发展的环境；我国勤俭办奥运的务实态度使得光接入在2008年奥运通信中的应用不会如人们所预期的那样广泛。
         五是技术标准的问题。虽然从技术成熟度和实际应用效果看，PON技术已经基本具备了单网络组网提供宽带业务接入的能力，但是从大规模应用，尤其是FTTH应用的角度看，由于在扩展OAM、DBA算法以及数据加密等方面尚没有统一的标准，PON设备的互通操作受到了一定制约，现阶段多厂商环境下的组网难以实施，网管接口不统一使得无法进行端到端业务和网络的配置。由于EPON在支持TDM业务时采用不同的解决方案，现阶段不同厂家OLT和ONU之间的E1业务互通也较难实现。从工程实施的角度看，基于PON技术实现FTTH对于综合布线的要求很高，而目前针对FTTH工程施工尚没有成型的标准。此外，对FTTH的维护还缺乏经验和相关标准。
4、光接入的技术选择
         光接入的技术选择主要涉及3大问题：一是选择点对多点的PON还是点对点的有源光接入（AON）；二是如果选择PON，采用哪种PON技术；三是如果选择AON，采用哪种AON技术。这里我们主要关心前2个问题。
（1）PON与AON的选择
         在实际应用中，采用AON还是PON往往取决于网络的物理拓扑及用户的分布状况。如果网络更适合部署成树型拓扑结构，PON无疑是最合适的，例如对于许多新兴的工业开发区，客户接入点的分布呈树状，可以很方便地部署PON；如果是单个用户的接入，点对点的有源光接入更合理，如许多分散的商业大客户接入。另外光纤越靠近用户，光接入的用户密度越大，引入PON的价值就越大，如对于FTTH，PON就是最经济有效的技术手段。
         与AON相比，PON由于消除了局端与用户端之间的有源设备，从而使得维护简单、可靠性高、成本低，而且能节约光纤资源。但由于OLT、ODN是与ONU数量无关的一次性投资，如果部署的PON系统用户实装率过低，单用户成本自然就高，此时其经济性反而不如点对点的AON。另外PON与能提供环形保护功能的SDH（或MSTP）相比，其另一弱点是保护功能欠缺或部署复杂。所以对于企事业客户的FTTB/FTTC应用，目前依然以AON为主，并在适合树状拓扑的网络环境中逐步部署PON；而对于FTTO/FTTH的应用，PON应该是最佳的技术选择。
（2）EPON与GPON的选择
         目前PON技术主要有APON/BPON、EPON和GPON等几种，其主要差异在于采用了不同的二层技术。APON（或称BPON）是20世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛（FSAN）标准化的PON技术，其最高速率为622 Mbit/s，二层采用的是ATM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题。为更好适应IP业务，第一英里以太网联盟（EFMA）在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON技术，IEEE 802.3ah工作小组对其进行了标准化，EPON（或称为GEPON）可以支持1.25 Gbit/s对称速率。在EFMA提出EPON概念的同时，FSAN与ITU又提出了GPON并对其进行了标准化，其技术特色是在二层采用GEM（源自ITU-T定义的GFP）对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射，能提供1.244 Gbit/s和2.488 Gbit/s 2种下行速率和所有标准的上行速率，并具有强大OAM功能。
         由于APON/BPON正在逐步退出市场，目前讨论的热点集中在EPON与GPON的技术选择上。EPON的显著优势在于产品商用较早，成熟度高，核心芯片量产大，设备成本低。而GPON的显著优势在其性能方面，如更高的速率和传输效率，对TDM业务的更好支持，更强的OAM功能，更高的标准化程度。在实际应用中，具体选择哪类技术或产品要根据多方面的因素综合考虑。
         一是业务需求因素。如果需要提供的业务都是IP，或对TDM业务的要求不高，EPON自然是最佳选择。如果要兼顾TDM业务与IP业务，尤其是对TDM有更严格要求时，GPON会更有优势。
         二是技术成熟因素。EPON产品已经得到较大程度的商用，可以提供EPON核心SoC芯片的厂商有多家，核心芯片也经过了多次更新换代，在设备开发和技术实现应用上更为成熟。而GPON是市场的后来者，不但开发GPON专用SoC芯片的厂商寥寥，相关芯片刚刚步入市场，而且能商用的GPON设备也不多。但近年来很多电信设备商都投入到GPON设备的开发行列，GPON的设备开发和技术成熟已呈加速趋势。如中国电信将在上海进行的GPON实验室测试已有四家设备商参加（ASB，Huawei，Siemens，ZTE），这也表明中国的主流接入设备商开始看好GPON技术。
         三是设备成本因素。影响设备成本的因素是多方面的，包括技术实现的复杂度、元器件价格和设备的产量等。GPON的技术复杂度比EPON高，原理上讲EPON的技术实现要比GPON简单。在器件方面，主要由于市场规模因素，EPON的核心芯片成本现阶段要大大低于GPON，但二者所使用的其它光电器件类似，在器件的选择上各有千秋，如GPON上行支持从155 Mbit/s到2.488 Gbit/s多种速率等级，而EPON只支持对称1.25 Gbit/s单一速率，从这一点上看，GPON在光器件的选择上余度更大，有降低成本的可能，但GPON的光模块要满足更高的突发同步指标，对光模块的要求更高，则又可能需要增加成本。由于目前EPON设备的产量还远大于GPON，所以总体来看，GPON目前的设备成本要高于EPON。但随着北美市场对GPON的青睐，GPON逐步得到规模应用，GPON的发展将使GPON与EPON的成本差距有缩小的趋势。
         四是设备性能因素。从原理上看，GPON在功能与性能方面要强于EPON。首先GPON在多业务支持方面有优势，GPON可以支持ATM、TDM、SONET/SDH、以太网等多种协议，其使用标准的125 us固定帧结构提供了对TDM业务的天然支持。而对于EPON，目前主要是由各设备厂商采用各种TDM over Ethernet技术来提供对TDM的支持，性能方面会稍弱。其次，GPON的下行速率可达2.488 Gbit/s，是EPON的2倍，而且GPON的传输效率也要比EPON高30%左右。第三，从标准上看，GPON在网络管理和QoS保障方面考虑得更全面。GPON标准中定义的OAM信息比EPON标准定义的更为丰富；在如何保证IP业务的QoS方面，EPON和GPON的实现机理类似，但对于实时业务，GPON可以通过物理层的QoS机制来保证业务的带宽和延时要求。第四，GPON理论上可支持高达128的分路比，意味着一套GPON系统有可能支持更多用户。最后，由ITU-T定义的GPON标准化程度更高、更完善，设备间的互通会更容易。但从具体设备上看，由于各EPON厂商在支持TDM业务方面不断创新，取得了良好的效果，可以满足通常TDM及实时业务的要求；而且EPON在安全、QoS和OAM等方面也在不断改进。所以针对EPON与GPON设备的功能与性能比较，还需要根据具体设备及其应用场景做更具体的分析、测试，才能做出更为客观的判定。
         五是网络现状因素。目前北美倾向采用GPON，日本倾向采用EPON，这是与其各自的网络现状和业务发展思路有关。由于北美有着部署APON的基础，而且更注重对多业务的支持，所以选择了同样由ITU-T标准化的GPON来替代APON。而日本的PON应用更注重提供宽带IP业务，发展全IP体系，所以选择了EPON。
         综上所述，EPON与GPON现阶段在我国会并存，EPON比GPON的起步早，也是我国目前PON应用的主流技术，但GPON正在奋起直追，发展前景被看好。EPON与GPON间的技术竞争还会继续，两者都需要在实践中不断完善、发展，在进行实际网络部署时，需要对具体应用环境、设备性能和成本等因素做综合评估后进行选择。
5、光接入的应用策略
         虽然FTTH是宽带接入的根本解决手段，但现阶段大规模实现FTTH还不经济可行，现阶段主要是实现FTTB/FTTC。对于FTTC/FTTB，有源接入依然是主要技术手段，但随着PON成本的逐步降低和性能的提升，在FTTB/FTTC/FTTO等场合PON已有了一定的应用市场，而且利用PON来实现FTTH在日本等发达国家已取得了很大进展，在我国也有了越来越多的商用试点。
         在我国，对于传统固网运营商，由于拥有比较充足的铜缆接入资源，现阶段xDSL技术仍然是主要的公众宽带业务接入手段。但在有光缆敷设条件的高端区域，以及主干光纤资源紧张的区域，依然有理由采用PON技术实现FTTH或FTTB/FTTC。引入初期，可以控制应用的规模和区域范围，随着业务带宽需求的增加、PON设备互通能力的增强以及相关工程、运维经验的积累，再逐步扩大应用范围和规模，最终实现大范围的FTTH接入。
         对于新兴运营商（如中国电信在北方，中国网通在南方），铜缆接入资源相对匮乏，光纤覆盖面积和纤芯数量亦比较紧张，因此可以在网络规划、计划建设阶段就考虑引入PON技术，为大客户和新建小区提供快速、灵活的接入解决方案，节省主干光纤资源，实现业务的差异化和品牌的提升，并依靠PON网络强大的接入能力，推动宽带新业务的应用。
         在用户对大带宽的需求还不很强烈的情况下，还可以将PON作为汇聚设备来汇聚多台LAN交换机或小型DSLAM（即PON+LAN，PON+DSL）。
         日本是发展FTTH的典范，截至2006年第一季度，日本FTTH用户已达到546万户，FTTH在宽带市场的占有率达到23.4%，自2005年第一季度起，已连续第五个季度FTTH的新增用户数超过DSL，FTTH已成为日本宽带增长的新动力。我国也开始在局部地区利用PON技术推进FTTH/FTTP的应用，主要有如下模式：一是主体运营商开展的FTTH试验及局部商用，如武汉电信紫菘小区FTTH工程，北京网通的“宽HOUSE”FTTH工程，以及其它一些运营商的EPON试验与示范小区建设等。二是新兴运营商在管道/光纤资源紧张的区域利用PON快速开展业务，如重庆网通、长沙网通等的网吧一条街，江苏网通的PON大客户接入应用，长城宽带的PON小区接入等；三是政府或设备制造商推动的商用试验，如由武汉光谷FTTH工作小组实施的武汉长飞公寓FTTH试点实现了“三网合一”；四是部分驻地网运营商或小区开发商利用光接入占领用户驻地网市场；五是部分专网通信市场利用PON开展企业综合宽带接入应用。
         光接入是宽带接入的最终解决方案，随着光接入成本的不断下降、铜线接入网运维成本的攀升、运营商网络向以宽带为特征的下一代网转型、更多高带宽业务的出现，FTTH的到来是大势所趋。但FTTH在我国的实现将是一个循序渐进的过程，还有赖于政府、运营商、设备商、器件商、研发机构、用户等多方的不懈努力和持续推进。