基于PON的FTTH网络质量影响分析

【前言】基于PON的FTTH网络质量影响分析由文秘帮小编整理而成，但愿对你的学习工作带来帮助。0 引言 近年来，FTTH作为主流的光纤接入技术发展非常迅速。FTTH的组网主要采用EPON和GPON技术，未来会根据用户的带宽需求采用10G EPON或XGPON技术。基于EPON或GPON技术的FTTH提供多业务的接入，可提供VoIP语音、宽带数据和视频等业务。不同业务对QoS的要求不一样，VoI...

摘要： 通过搭建基于pon的ftth网络环境并进行试验，分析了IP承载网、组网方式对FTTH网络质量的影响，重点阐述了丢包率、时延等因素对语音和信令质量的影响，还介绍了组播模式、分光比对FTTH带宽的影响，最后分析了改进的FTTH组网方式及其特点。

Abstract： By building a PON-based FTTH network environment and testing， the paper analyzes the IP bearer network， network mode on the quality of the FTTH network， focusing on the impact of packet loss rate， delay and other factors on the quality of voice and signaling， the effect of multicast mode， optical splitting ratio on the impact of FTTH bandwidth is also introduced， finally an improved FTTH networking features is analyzed.

关键词： 光纤到户；无源光网络；IP承载网；网络质量

Key words： FTTH；PON；IP bearer network；network quality

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）22-0234-03

0 引言

近年来，FTTH作为主流的光纤接入技术发展非常迅速。FTTH的组网主要采用EPON和GPON技术，未来会根据用户的带宽需求采用10G EPON或XGPON技术。基于EPON或GPON技术的FTTH提供多业务的接入，可提供VoIP语音、宽带数据和视频等业务。不同业务对QoS的要求不一样，VoIP和视频业务对丢包率、时延和时延抖动都有一定的要求，否则会造成业务质量的下降和用户感知度的降低。本文通过搭建基于PON的FTTH网络环境，分析各种因素对FTTH业务质量如语音、带宽等方面的影响，并讨论了FTTH组网的改进方式。

1 FTTH组网介绍

如图1所示，基于PON的FTTH网络在网络层次上位于接入网部分，PON网络的局端设备OLT通过GE/10GE接口连接至IP城域网，不同的业务流（语音、宽带、视频）以不同的标识区分并在核心网分离后进入不同的业务平台，语音业务流由软交换/IMS平台处理，宽带数据业务流进入Internet平台，视频业务流由CDN网络处理。

FTTH网络的业务流通过IP承载网传输，IP承载网的传输质量对FTTH的业务质量有着重要的影响，以下分析这些因素对FTTH网络质量的影响。

2 IP承载网对FTTH语音质量的影响

目前基于PON技术的FTTH网络，其语音多采用VoIP方式，在ONU终端中设置一个IAD或SIP终端模块，通过H.248或SIP协议与软交换进行通信。在网络结构上，语音业务流通过OLT上联口连至BRAS后分离，再通过专用IP承载网连接至软交换/IMS网络。

语音业务有两种信息流，一种是业务流，另一种是信令流，相对而言信令流对IP承载网的要求更高一些，下面分别来讨论IP承载网对语音业务流和信令流的影响。

语音的质量评估方式主要有两种，一种是主观的语音评价和分级标准，采用MOS（Mean Opinion Scores）标准，通过人为对语音质量的评测得出其质量等级，另外一种是PESQ（可感知语音质量）指标，通过一些可以衡量的语音指标来评价其质量。本文采用MOS指标对语音质量进行检测和评判。

2.1 IP承载网丢包率、时延、抖动、突发包和误码率对语音质量的影响 PON网络的语音流是通过划分VLAN并指定其业务优先级的方式，在IAD侧设置语音流的IP地址。语音VLAN到城域网的BRAS上终结，语音的信令流通过H.248协议受软交换的控制，语音媒体流则通过IP城域网完成数据的交换，这里先探讨IP承载网质量对语音媒体流的影响。

通过搭建基于PON技术的FTTH网络并与核心网进行联调，对语音质量和IP承载网的各项指标进行分析，得出以下结论：

①丢包率对FTTH语音质量影响较大，当丢包率达到2.5%时，语音MOS值下降较快，会导致语音质量的急剧下降，因此建议FTTH网络的语音VoIP丢包率控制在1%以下。

②网络时延对FTTH语音质量影响也较大，当端到端的网络时延达到550ms时，也会导致FTTH语音质量的急剧下降，因此建议FTTH网络的时延值控制在50ms以下。

③时延抖动是影响FTTH语音质量的另一个重要因素，通过测试发现，当时延抖动>9ms时，语音质量会明显下降，因此FTTH网络的时延抖动控制在9ms以内。

④网络突发包对FTTH语音质量的影响，会造成FTTH网络的拥塞和系统处理负荷的增加，通过测试发现突发包>8个时会对语音质量造成影响，所以网络突发包应控制在8个以下。

⑤误码率对FTTH语音质量的影响。误码率过高时，会造成语音数据包的重发、乱序和丢包，通过测试发现，当误码率>2.5%时，FTTH语音质量下降较快，应控制误码率在1%以下，并采取质量较高的传输方式。

IP承载网的丢包率和时延对FTTH语音质量的影响如图2所示。

2.2 IP承载网丢包率、时延、抖动、突发和误码率对信令流以及语音质量的影响 FTTH网络的信令流指H.248、SIP等需要与软交换进行交互的信息流，信令流同样通过IP承载网传输，IP承载网的性能对信令的传输会有影响，进而影响语音通信的正常进行，通过对IP承载网的指标进行测试，得出以下主要结论：

① FTTH网络丢包率对信令传输的影响。当丢包率达到25%时，会导致信令传输出现严重问题，用户接续时延变长，用户出现频繁拆线。这是因为H.248协议是基于UDP和IP协议的传输，而丢包率的增加会导致H.248信令的重传和链路拥塞等。

②FTTH网络时延对信令传输的影响，当时延>250ms时，会导致H.248信令重传严重，用户接续时间增加，直至最后断链。

③时延抖动、误码率对信令传输的影响，通过测试发现，H.248信令的传输对时延抖动和误码率容忍度较高，当时延抖动>25ms时，对语音质量影响不大；当误码率>5%时，语音质量下降不明显。这主要是因为H.248协议的重传机制设置。

IP承载网的指标对信令网的影响主要体现在丢包率和时延的影响，当这两个指标恶化时，会导致H.248信令传输断链，产生大量的用户呼损。

3 组播模式对FTTH的上联带宽影响分析

FTTH应用PON技术进行组网时，应根据不同的用户业务类型和不同客户群的需求差异分配相应的带宽，保证PON系统内不同用户的基本可用带宽，高优先级业务的带宽要优先保证。现在基于PON的视频业务（如IPTV业务）应用越来越广泛，对于FTTH应用，可以将OLT设置为组播复制点，也可根据网络实际情况将BRAS设置为组播复制点。如图3所示。

当组播业务的组播复制点在OLT时，OLT上联带宽计算公式为：

OLT上联带宽=■（i制式BTV频道带宽×i制式BTV频道数）+■（业务j带宽×业务j用户数×业务j并发比）

当组播业务的组播复制点在BRAS时，OLT上联带宽计算公式为：

OLT上联带宽=■（业务i所需带宽×业务i用户数×业务i忙时并发比）

从以上计算OLT上联带宽的计算公式可以看出，当组播业务量较大时，将组播复制点设置在OLT可以较好地节省OLT的上联带宽，但会增加OLT的处理负荷；在带宽较为充裕时也可将组播复制点设置在BRAS，可以充分发挥BRAS的功能特点。

4 分光模式对FTTH网络的带宽分析

FTTH网络中的一个重要无源器件是分光器，分光模式通常有一级和二级两种，最大分光比可以达到1：128，目前采用较多的是1：64分光模式。根据不同的PON技术，单个PON树的可用带宽计算公式为：

单个PON树可用带宽？叟■（业务i带宽×业务i用户数×业务i并发比）

目前两种主流的PON技术（EPON和GPON）中单个PON树可用下行带宽如表1所示。

以GPON技术，1：64分光比为例，假设宽带用户的并发比为0.5，则平均每个ONU终端的带宽为：

单个ONU的平均带宽=■=■=68Mbps

从公式可以总结出，分光比越大，则每个用户分配到的平均带宽越小；而不同的PON技术其平均带宽也不同，GPON技术的平均带宽接近EPON技术的两倍以上。

5 FTTH组网方式的改进措施

通过对FTTH网络质量的影响因素分析，对网络进行改进，得出目标网络架构如图4所示。该网络架构的主要特点是减少了语音IP承载网的网络层次，OLT语音上联通过单独的两条链路分别连接到两台汇聚交换机，这两条链路采用主备用的方式工作，而这两台汇聚交换机再通过口字型连接方式连接至软交换网络的两个汇聚路由器，由于路由器的转发机制、端口缓存、队列调动能力和汇聚交换机不一样，可以使FTTH网络汇聚上来的流量得到路由器的有效整形，有效提高网络在承载语音业务时对时延、抖动、丢包率的指标的满足能力。

另外一方面，FTTH的其他业务（数据业务、视频业务）等通过OLT的其他上联物理链路连接至IP城域网，既可以通过汇聚交换机也可以直接连接至BRAS，OLT的数据业务通过两条上联链路以负荷分担的方式连接至汇聚交换机，OLT与汇聚交换机之间的链路采用链路捆绑方式或其他的链路保护技术通过n*GE上联，以做到多路由保护。基于安全和流量控制的角度考虑，语音一般不经过IP城域网的汇聚交换机上联，多通过专用的IP网络连接至软交换或IMS网络。

6 结束语

在PON技术广泛应用于FTTH网络的背景下，本文根据语音、组播等业务对IP承载网的QoS要求，结合不同业务的特点，分析了IP承载网的各种指标对语音、组播业务的影响，进而提出了一种改进型的组网结构，该组网结构能在一定程度上减少上述不利因素对FTTH网络质量的影响，满足PON系统不同业务的QoS需求。

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