EPON技术和在广电HFC网络的应用

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　　1 EPON技术背景
　　互联网用户的快速增长和宽带应用的普及，推动着网络基础设施的发展。网络的总带宽以每半年翻一番的速度递增，VoIP、ITPV、在线游戏等新的网络应用和网络技术也不断对网络带宽提出新的挑战。从长远来看，现有的宽带接入技术已经无法满足这种高速的需求增长，在这种背景下，EPON技术作为一种可以满足未来需求的宽带接入技术越来越得到瞩目。
　　无源光网络PON(Passive Optical Network)包括OLT（Optical Line Terminal）、ONU(Optical Network Unit)和ODN（Optical Distribution Network），ODN全部由光分路器（Splitter：分支器）等无源器件组成，不需要昂贵的有源电子设备和其它安装环境，大大降低了网络铺设成本和运营支出。PON网络的一般结构如下图：

PON网络一般结构图

　　PON（passive optical network）不是一个新概念。在1995年，ATM技术的全盛时期，ITU（the International Telecommunications Union）和FSAN(Full Services Access Network)联盟建立了ATM标准，并把它作为在PON之上的第二层的帧和封装技术。自那以后，许多设备供应商都在开发APON的产品。然而，由于ATM本身技术的复杂性和设备成本太高等原因，APON一直没有被市场所接受。它的后继者BPON虽然在带宽和业务方面作了很多改进，但并没有取得新的突破。
　　PON网络的突出优点是消除了户外的有源设备，所有的信号处理功能均在交换机和室内设备完成。它的传输距离比有源光纤接入系统的短，覆盖的范围较小，但它造价低，无须另设机房，维护容易。因此这种结构具有良好的经济性，适合大规模的驻地网用户接入服务。
　　目前主流的PON技术主要有： EPON和GPON。GPON技术由APON（ATM PON）发展而来，GPON（Gigabit PON）标准由APON/BPON发展而来，它具备更好的协议适配性、更高的带宽和更高的传输效率。GPON标准还没有最终完成，产品和和市场应用尚未成熟，目前价格也比较昂贵。
　　众所周知，以太网早已成为局域网的事实标准，几乎所有用户的网络环境都是以太网，在这种情况下，接入网使用以太网技术就顺理成章。但是把传统以太网直接用于接入网有很多问题：安全难以保证、无法有效管理带宽、不能提供端到端的QoS，实装率低导致成本过高等。基于这些原因，2000年11月，IEEE802.3标准化组织成立了EFM（Ethernet in the First Mile：以太第一公里）研究组，这个组织致力于制定最后一公里以太网接入的标准。包括3Com, Salira, Alloptic, Aura Networks, CDTMohawk, Cisco Systems, DomiNet Systems, Intel, WorldCom等六十九家公司已经参与了这个小组。这个小组的一个很重要的议题，就是如何把以太网技术和PON结合起来，来提供更廉价，更高带宽的接入系统，同时解决以太网接入存在的一些问题。这个标准于2004年最终获得通过，也就是802.3ah标准。目前有多家芯片厂家推出了符合802.3ah标准的商用EPON芯片。
　　2 EPON市场走向成熟
　　市场需求和产业链已经成熟
　　自802.3ah标准正式颁布以来，经过设备厂商和器件厂商的共同推动和发展，可以说EPON技术从协议标准和设备应用方面都已经成熟，外围配套的光纤光器件也日趋完善和成熟，EPON芯片已经实现规模量产，整个EPON产业链比较完善，具备了大规模市场发展的需求。
　　由于光纤、光器件价格的大幅下降和用户带宽需求的增长，EPON逐渐显示出了它的经济性和技术上的优势。目前，固网运营商面临ARPU值降低和业务增长减弱的压力，如何通过更好的服务和提供更丰富的业务来提高用户在网率和增加收入成为运营商面临的挑战。另一方面，用户对视频、多媒体业务的需求也在快速增长，IPTV、VOIP、Triple Play等业务需求和FTTH、FTTB等应用需求的增长都需要新的技术来满足。EPON技术的成熟正是顺应了这种市场需求。
　　光进铜退的趋势不断加速
　　为了提供更多的带宽，运营商们已经就长距离传输和接入网的城域段上进行了巨大的投资，铺设了大量的光缆。光纤被广泛采用是因为光纤与铜线相比具有明显的优势。首先，光纤比铜线能承载更多的带宽。一公斤光纤能传送的信息量与20吨铜线所传送的信息量相当。其次，铜线有衰减和串扰等电气问题。第三，光纤的寿命大约是铜线的三倍。最后，光纤材料的价格已经大大下降，已经和铜线相近。
　　光纤的优势使得大家相信铜线最终会被光纤取代。光纤以及光设备的价格大大降低，使光纤已经从主干，走向城域，并进一步走向接入网。随着更多的光纤铺设，传输介质必然是走向全光纤。而FTTH（Fiber to the Home）将成为最终的接入方式。
　　光设备市场快速发展
　　根据Infonetics 和Dells’ Oro的调查，全球PON市场在2009年将达到 30亿美金，使用PON的FTTH用户将达到3800万。在亚洲，日本的FTTH市场已经迈入一个高速发展的阶段，日本的光纤到户用户已经达到600万， 日本目前的PON网络建设开始从BPON技术转向EPON。由于EPON和GPON技术的兴起，BPON的使用将会大幅度减少， 在亚洲，EPON将扮演重要的角色，而在北美，GPON逐渐被看好。
　　未来的网络是一个光传输的世界，光设备的广泛应用将使光设备的价格进一步降低，速度更高。对于PON来说，昂贵的无源光收发器也会因为市场需求得到大量生产，几乎可以肯定这将导致成本的降低。从而为廉价和成熟的PON设备走向市场铺平道路。
　　国内外EPON市场状况
　　目前，EPON技术在亚太地区得到很好的应用，日本是拥有最大规模FTTH网络的国家，同时也是EPON设备部署最多的国家，截止2006年已经拥有600万的FTTH用户，主要采用的是BPON和EPON技术，在未来几年，将连接超过上千万用户。包括中国在内的整个亚太地区对EPON技术的需求将快速增长。在美国，以Verizon为主的多家运营商主要使用GPON技术部署FTTP网络。而为了和电话公司进行竞争，很多广电运营商（MSO）开始关注和使用EPON技术。
　　目前中国的EPON市场处于起步阶段，但大量的实验网络和商用网络已经开始部署，巨大的市场容量所蕴涵的机会不可小视。2006年，国内外EPON厂家在包括电信、网通、移动和广电在内的很多运营商网络部署了EPON系统，大约有10万线的宽带接入用户使用了EPON技术，其中既有FTTH应用，也有FTTB的应用。预计今后几年，这个数字会以超常规的速度发展。
　　3 EPON在广电HFC双向网络改造的应用
　　需求背景
　　目前，广电网络面临数字电视变革和一系列技术和需求变化带来的冲击，新型业务的出现和技术的发展促进了业务模式的变化和网络技术的发展，也带来了新的市场的机会和发展可能，使广电网络运营面临着新的机遇和挑战。
　　传统电信运营商正逐步从单纯的网络运营向综合信息服务提供商转型，电信传输网络的发展也有了新的趋势，一是光网络的发展趋势，从核心层的ASON到接入层的FTTX，无不预示网络承载向光的演化；另外是以IP为核心的网络和业务整合，互联网的发展使IP成为最理想的业务承载协议， IPTV、VoIP等新业务的快速发展预示了IP承载网络的前景。在这种背景下，三网融合和FTTx的发展成为一种必然趋势，十一五规划也把三网融合列入电信行业发展的重点。面对这种网络和业务融合的发展趋势，广电网络最终将不能回避，除了IP视频业务带来的挑战，广电网络也将面临多业务运营的机会和抉择。
　　广电系统在视频业务、网络资源和用户资源方面拥有突出的优势， 如何利用自身优势，把握市场发展并抢得用户需求的先机是广电赢取市场的关键。广电在光纤网络资源和入户线路资源方面占有很大优势，但旧有的单向HFC网络无法满足新业务的需求，EPON技术的成熟为HFC网络的双向化改造带来了新的契机，目前广电也越来越认识到EPON技术在HFC网络改造的价值，很多地方的广电网络已经部署了EPON网络。EPON网络结构和HFC光传输网络结构类似，部署起来比较方便，用EPON技术实现双向HFC网络比传统的CMTS改造方式更具成本和业务能力的优势。EPON网络可以独立组网完成双向网络，实现互动电视业务的回传，还可以实现多种基于IP的数据、话音和视频业务。另外EPON也可以通过WDM技术和现有1550波长的有线传输网络结合，这样可以节省光纤网络资源。
　　双纤到楼方式实现HFC双向改造
　　针对目前广电网络系统的特点，FTTB（光纤到楼）解决方案比较符合目前双向网络的的实际，在主要的分前端机房部署OLT设备，ONU根据光纤的情况进行部署，可以放在搂头或单元，然后使用五类线直接入户或再通过交换机入户，对那些无法部署五类线的楼，可以通过EOC技术使用同轴缆入户。通过EPON网络的部署完成HFC双向改造，网络可以实现交互电视的数据回传，同时可以实现基于IP的各种宽带业务，包括宽带互联网接入、VOIP、IPTV等业务。

双纤到楼方式实现HFC双向改造

　　EPON系统可以覆盖10-20公里范围的接入点。在城市中楼宇分布比较分散，如果采用点到点的组网方式，将占用大量局端端口资源和光纤资源，使用EPON网络可以节省大量局端端口和干路光纤，EPON网络分支点是无源设备，不需要电源等机房设施，也可以节省大量投资。和现在的接入方式相比，EPON解决方案具有以下明显优势：
　　·使用光纤传输，不受外部环境干扰，并提供极富弹性的带宽配置；
　　·使用无源分光器替代有源设备，降低了机房和配电设施的建设和维护成本；
　　·单一网络结构，简化了网络结构，减少故障点，便于维护；
　　·良好和安全性保证，提供端口级的带宽控制和良好的业务质量保证（QoS）；
　　·高效的网络管理，使用集中统一的网络管理和业务管理；
　　·网络具有良好的扩展性和升级能力，适合接入网的建设和发展特点。
　　EPON+1550nm解决方案
　　HFC网络的下行结构与无源光网络一样采用星型结构，与EPON十分相似。目前的HFC网络主要使用1310nm波长，对使用1550nm波长的网络或新建网络中，可以采用EPON+1550nm的方案，这种方案在同一个光纤网络上做简单的配置，就可在较短时间内完成网络的叠加。
　　通过波分复用（WDM）的方式将1550波长和EPON的1490/1310nm波长合成于一根光纤，经过分路，光纤传输送到ONU前解波分复用，还原出1550nm信 号给CATV光接收机，提供RF视频服务，1490/1310nm信号接到ONU，完成宽带数据业务的传输。这种方式适合使用1550系统的网络，也适合将来光纤到户网络的部署，是实现三网合一（Triple Play）的理想模式。网络结构如图所示：

网络结构图

　　利用EPON平台开展多种宽带业务
　　通过EPON平台实现双向网络，使广电HFC网络成为一个支持多种宽带数据交换业务的网络平台，EPON系统从业务支持能力、带宽能力、QoS、安全性和网络管理等各个方面对多种业务提供独一无二的保证。这些业务包括：
　　·以太网接入业务
　　主要实现宽带互联网接入。EPON系统可以支持端口级的带宽控制和管理，支持全面的QoS和SLA，为以太业务提供独一无二的带宽和服务保证。另外EPON支持802.1Q VLAN, pVLAN和VLAN TRUNK等特性。这些特性为数据接入业务提供了良好的保证。
　　·交互电视数据回传
　　传统HFC网络对高带宽需求的广播视频业务具有很好的支持能力，网络成熟可靠。因此广电运营商在开展交互电视业务时主要选择HFC网络实现下行视频节目传送，而通过IP网实现数据回传。
　　·IP话音业务
　　对具备NGN网络业务能力的运营商，开展IP话音业务成为优选的解决方案，ONU可以内置IAD来连接普通话机，或者使用IP话机实现VoIP业务。
　　·IP视频业务
　　EPON系统可以很好的支持IPTV视频业务，系统支持组播业务，结合充足的带宽和QOS保证机制，不论是MPEG2/MPEG4视频格式或其它视频格式，都可以充分保证视频业务质量。
　　·增值业务
　　通过EPON网络，可以针对企业客户开展数据VPN业务。另外也可以针对企业客户和其它有特殊需求的客户开展视频增值业务，比如网上远程教学、视频会议等等。视频业务和视频内容是广电的优势，通过EPON网络的带宽和服务能力，可以充分发挥这种资源优势。