GPON技术及其在本地接入网中的应用

摘要:GPON作为新一代光接入技术,在抗干扰性、带宽特性、接入距离、维护管理等方面均具有巨大优势。文章介绍了GPON的系统组成及技术特点,探讨了GPON在FTTx中的应用模式及组网方案。

关键词:GPON;接入网;组网方案;FTTx

中图分类号:TN915文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)15-0063-02

GPON(Gigabit-Capable PON)最早由FSAN组织于2002年9月提出,ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-TG.984.1和G.984.2的制定,2004年2月和6月完成了G.984.3的标准化,从而最终形成了GPON的标准族。GPON解决方案的基本特性是:吉比特高速率、高效率、支持多业务透明传输,同时提供明确的服务质量保证和服务级别,电信级的网络监测和业务管理。为IUT-T提出的一种灵活的宽带光纤接入技术,它是一种性能上与已有PON技术相比有较大进步的PON技术。

一、GPON的技术特点

相对于其他的PON标准,GPON在技术上有以下特点:

1.提供了前所未有的高宽带,下行速率高达2.5 Gb/s,其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。可以支持的接入距离更远(大于20 km)。

2.提供QoS的全业务保障,同时承载ATM信元或GEM帧,有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。承载GEM帧时,可以将TDM业务映射到GEM帧中,使用标准的8 kHz(125 us)帧能够直接支持TDM业务。

3.作为电信级的技术标准,GPON还规定了在接入网层面的保护机制和完整的OAM功能。

4.在GPON标准中,明确规定需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet业务,包括IP业务和MPEG视频流)、PSTN(POTS、ISDN业务)、专用线(T1、E1、DS3、E3和ATM业务)、视频业务(数字视频)。GPON中的多业务映射到ATM信元或GEM帧中进行传送,对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。

二、GPON的系统组成

与其他无源光网络PON系统一样,GPON系统也是由三部分组成:位于局端的OLT(光线路终端)、位于用户端的ONU(光网络单元)以及连接OLT与ONU的光分配网络ODN。无源是指ODN中没有任何有源电子设备,全部由光分路器等无源器件组成,基于GPON系统实现综合业务接入的框图如图1所示:

OLT位于局端的中心机房,向上提供广域网接口,多网数据在此汇合,向下连接到一个或多个ODN,对ODN可提供1.244 Gb/s或2.488 Gb/s的光接口,具有集中带宽分配,控制光分配网络,实时监控,运行维护管理无源光网络系统的功能。ODN为OLT和ONU提供光传输手段,是一个连接OLT和ONU的无源设备,由无源光分路器和无源光合路器组成。它的功能是分发下行数据和集中上行数据。ONU为接入网提供用户侧的接口,提供话音、数据、视频等多业务流。

GPON在FTTx中的应用模式有:

(一)FTTB应用模式

光纤到楼宇(FTTB,Fiber To The Building)是宽带光接入网的典型应用之一,其特征是:以光纤替换用户引入点之前的铜线电缆,ONU布设在传统的分线盒(用户引入点,即DP(Distribution Point,分配点)),ONU下采用其他介质(如现有的金属线或无线)接入用户,每个ONU支持用户数为十多户到一百户左右。OLT通常放置在局端,用于用户业务的收敛及分发,上联网络侧采用光纤接口,通过光纤网络连接ONU设备,在ONU处终结光信号;用户侧提供铜线或五类线接口,接口类型包括POTS、ISDN、ADSL/ADSL2+、VDSL/VDSL2、以太网等。

FTTB网络结构在ONU点需要解决供电问题,可采用本地供电或由位于局端的远程供电系统供电,也可以区域集中供电,目前以本地供电为主。另外,由于MDU(Multiple Dwelling Unit,多住宅单元)提供较多VoIP语音业务的接入,需要考虑备用电源解决方案。业界主流的备用电源解决方案包括:交流UPS,一次电源+蓄电池,楼道应急电等。FTTB网络中由于ONU布设到DP,使得ONU的数量较多,而每个ONU接入的用户数量并不多。因此,选择光纤传输技术时,应着重选择支持较多ONU数量的、能够节省光纤资源的传输技术。现在及以后一段时间内,GPON是比较好的选择。具体采用GPON承载的FTTB应用模式有以下两种 (如图2):

1.FTTB+xDSL。具体实现是将光纤端接点分布在楼层(高层楼宇)或楼道(多层建筑),小型DSLAM设备网络侧采用GPON上联口,用户侧提供xDSL接口通过双绞线入户。这种方式利用现有的双绞线资源,采用成熟的ADSL2+、VDSL等技术,可充分利用现有的线路投资,提供中小容量的DSL MDU,并且有适合室外恶劣环境的一体化机柜。

2.FTTB+LAN。具体实现是将光纤端接点分布在楼层(高层楼宇)或楼道(多层建筑),由ONU终结光信号,ONU提供多个以太网接口。受以太网五类线的距离限制,这种实现需要保证ONU到最终用户的走线距离不超过100m。

(二)FTTH应用模式

光纤到家庭用户(FTTH,Fiber To The Home)是利用光纤传输媒质连接通信局端和家庭住宅的接入方式,引入光纤由单个家庭住宅独享。在物理网络构成上,FTTH在OLT与ONU之间采用全程光纤的接入方式,将ONU光节点布设到居民用户家中;此时ONU称为ONT(Optical Network Terminal),直接提供UNI接口连接居民家庭网络。采用GPON技术进行光纤入户的组网图如图3所示:

在FTTH网络中,无论是别墅区还是多层小区,ONU都是置于用户家中。在OLT和ONU之间采用无源的光分配网络,其主要由光分路器和光纤构成。OLT可以置于远端机房,也可以置于小区机房,具体依实际条件而定。FTTB网络结构在ONU点需要解决供电问题,可以采用家庭220V直接供电或通过UPS供电。

语音业务采用VoIP是适合于网络发展的选择,实现方式有2种:ONU本身内置IAD功能或通过外置IAD来实现。OLT和ONU侧都提供了高速接入的数据接口,对于数据业务具有天然的接入,由ONU的以太网接口提供用户的宽带上网接入。根据现阶段的宽带应用实际,用户认证和管理仍然可由BRAS来完成,以保持与现有用户管理方式的一致性。数据业务的接入,主要应采用合适的QoS策略,根据不同的业务提供不同的QoS保证,从而提供不同的带宽保证和业务质量。

FTTH模式比较适合社区信息化场合。社区信息化覆盖目前已经比较普遍,大多数社区采用ADSL接入技术实现,随着IPTV和高清电视等高带宽业务引入家庭,传统社区接入网络面临改造。GPON光接入平台立足高带宽接入,根据高档小区、别墅小区和普通小区的消费承受能力,分层次提供一步到位的FTTH。接入业务包括语音、数字家庭、宽带上网(可选有线和无线方式)、IPTV视频、CATV视频等,FTTH模式提供系列化ONU/ONT终端,满足家庭用户有线方式、无线方式、广域网和局域网等各种业务接入需求。

三、GPON组网方案

(一)星形方式

当OLT与ONU之间按点到点配置,且每一ONU直接经一专用光链路与OLT相连,中间没有光分路器时就构成星形结构。由于这种配置不存在光分路引入的损耗,因此传输距离远大于点到多点配置。但此种方式下光纤浪费严重,不能体现GPON的技术优势,实际应用较少。

(二)树形方式

树形拓扑是点到多点配置的基本结构。它利用了一系列级联的分配点将信号传给多路用户,同时也靠这些分配点将上行信号结合在一起送给OLT,如图4所示。分配点的分路器常为1:N型,在重要客户接入中,可能采用2:N分光以实现主干光纤保护。在本地网应用中,考虑到复杂的光纤网络布局,一般使用一级分光,如需多级,建议控制在三级以内。

(三)总线方式

总线结构也是点到多点配置的基本结构。这种拓扑实际上是OLT和分配点的拓扑,分配点到ONU仍然是星形结构。该结构利用了一系列串联的分配点以便从总线上向ONU分配OLT发送的信号,同时又能将每一ONU发送的信号插入总线送回到OLT,如图5所示。该方式一般应用于监控系统(如铁路沿线综合视频监控系统),分光器有5U95、10U90、20U80多种,为1U2不等分分光。建议使用10U90分光器,实际使用以光功率计算原则为准,一般不超过7级。

四、结语

GPON技术作为一种点到多点宽带接入技术,吸取了之前很多类似技术成功的经验和失败的教训,并且是一种由电信运营商主导制定的ITU技术标准,拥有了很多其他接入技术所没有的优势。使用GPON技术规划运营商的接入网络,可以在现阶段解决绝大部分FTT的业务需求,同时可以将原本复杂的接入网络层次加以改造简化,这正符合了运营商实现大局所,少局所,少层次的组网要求。同时,GPON技术在运营商FTTx的应用中可以充分体现其广覆盖,高带宽,双纤保护等特点,通过上面的分析可以充分证明GPON技术在目前的市场中大量推广应用的正确性。

参考文献

[1]ITU-T Recommendation G 984 1-2003,General Characteristics for Gigabit-Capable Passive Optical Networks(GPON)[S].

[2]John D Angelopoulos,Helen C Leligou,Theodore Argyriou,et al.Efficient Transport of Packets with QoS in An Fsanligned GPON[J].IEEE Communications Magazine,2004,(2).

[3]杨国锋.GPON技术在接入网中的应用浅析[J].电气化铁道,2009,(1).

[4]谢鹏,宋刚.GPON技术在本地传输网中的应用[J].科技信息,2007,(28).

作者简介:李景峰 (1972-),男,广西临桂人,南宁铁路局科员,助理工程师,一级建造师,研究方向:铁路通信。