随着运营商重组的实施, 中国三大基础电信运营商实行全业务运营已经展开。各运营商在转型过程中要实现的主要是业务竞争力的提升、APRU值的提升和用户忠诚度的提升。要实现这些目标宽带提速是前提, 未来企业和家庭用户的需求都是基于IP化高带宽的数据传输, 这就对接入网技术提出了更高的要求。
接入网的接入方式主要包括铜线 (普通电话线) 接入、光纤接入、光纤同轴电缆 (有线电视电缆) 混合接入、无线接入和以太网接入等几种方式。光纤是迄今为止业界公认的最好的传输媒介, 随着光纤技术的出现, 为用户接入网的改造和更新带来了转机, 一系列接入网新技术应运而生。
所谓光接入网 (OAN) 就是采用光纤传输技术的接入网, 泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。根据接入网室外传输设施中是否含有源设备分为无源光网络 (PON) 和有源光网络 (AON) , 多数国家和国际电联标准部 (ITU-T) 更注重推动PON的发展[1]。
PON是无源光网络的简称 (Passive Optical Network) , 是一种点到多点 (P2MP) 结构的无源光网络;PON由光线路终端OLT (Optical Line Terminal) 、光网络单元ONU (Optical Network Unit) 和光分配网络ODN (Optical Distribution Network) 组成, 如图1所示。
一般其下行采用T D M广播方式、上行采用T D M A方式, 而且可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构, PON的本质特征就是ODN全部由无源光器件组成, 不包含任何有源电子器件。与点到点的光纤接入相比, PON技术的主要特点在于维护简单, 成本较低和较高的传输带宽, 其高性价比的特点会使其在很长时间内保持竞争优势。PON网络由于其简洁、廉价、可靠的网络拓扑结构被普遍认为是宽带接入网的最终解决方案。
目前P O N技术主要有A P O N、E P O N和GPON等几种 (图2) 。
APON (ATM Passive Optical Networks, 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 (Full-Services Access Network) 标准化的PON技术, 其最高速率为622Mbit/s, 二层采用的是ATM (Asynchronous Transfer Mode) 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I P业务, 第一英里以太网联盟E F M A (Ethernet in the First Mile Alliance) 在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON (Ethernet Passive Optical Networks) 技术, IEEE802.3ah工作小组对其进行了标准化, EPON可以支持1.25Gbit/s对称速率, 将来速率还能升级到10Gbit/s, EPON产品或称BPON) 是20世纪90年代中期就被ITU和全业务接入网论坛FSAN (Full-Services Access Network) 标准化的PON技术, 其最高速率为622Mbit/s, 二层采用的是ATM (Asynchronous Transfer Mode) 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I P业务, 第一英里以太网联盟E F M A (Ethernet in the First Mile Alliance) 在2001年初提出了在二层用以太网取代ATM的EPON (Ethernet Passive Optical Networks) 技术, IEEE802.3ah工作小组对其进行了标准化, EPON可以支持1.25Gbit/s对称速率, 将来速率还能升级到10Gbit/s, EPON产品得到了更大程度的商用。对于Gbit/s速率的EPON系统也常被称为GE-PON (Giga-bit Ethernet Passive Optical Networks) 。在EFMA提出EPON概念的同时, F S A N与ITU又提出了GPON (Gigabit-capable Passive Optical Networks) 并对其进行了标准化, 其技术特色是在二层采用ITU-T定义的GFP (通用成帧规程) 对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射, 能提供1.25和2.5Gbit/s下行速率和所有标准的上行速率, 并具有强大OAM (Operation Administration and Maintenance) 功能, 在高速率和支持多业务方面, GPON有明显优势[2]。
通过表1的技术对照, 我们可以看到, GPON系统在带宽能力、安全性和可管理性等方面都明显优于EPON系统。在安全性方面, 只有GPON设备能支持高级的封装标准AES (Advanced Encryption Standard) 标准, 这是目前最严密的加密算法, 可有效防止下行方向数据被窥探的问题, 网络安全得到可靠保证;在可管理性方面, GPON设备能提供标准的ONT管理控制接口 (OMCI) 。这种OMCI信道协议可以管理高层定义的业务, 包括O N U的功能集, T-C O N T业务种类与数量, QoS (Quality of Service) 参数协商等参数, 可实现GPON网络对业务的集中管理, 并能保证网络的开放性和可扩展性。因此, 从技术角度看, GPON应该是未来网络发展的首要选择。
从实用性角度分析, G P O N作为新技术, 其综合成本目前会略高于EPON设备。但是, 目前GPON的核心芯片和光器件的复杂度已经与EPON的核心芯片和光器件的复杂度非常接近。因此在相同设备配置条件下, 设备成本将取决于部署规模 (即设备采购总量) 。此外, 根据业内人士预测, G P O N系统中的O N T和O L T器件成本会进一步优化, 这样, GPON设备投入成本将不会成为大规模部署的障碍。同样, 由于基于GPON标准的网络其线路的物理速率、带宽效率和光分离比率都优于EPON, 而这些将直接影响最终用户的综合成本, 所以, GPON将面临无穷机遇。
按照ONU在光接入网中所处的具体位置不同, 可以将PON划分为三种基本不同的应用方式 (图3) 。
(1) FTTB方式 (Fiber to The Building)
FTTB是针对商业用户的接入模型, 按照容量分为单商业用户单元SBU (Single business unit) 和多用户租赁单元MTU (Business Multitenant unit) 。SBU主要提供的接口有POTS、10/100/1000BASE-T、RF (33dBmV) 、DS1/T1/E1, 接口数量较少;MTU主要提供的接口有POTS、10/100/1000BASE-T、RF、DS1/T1/E1, 接口数量较多。
(2) FTTC&FTTCab方式 (Fiber to The Curb&Fiber to The Cabinet) 。
F T T C&F T T C a b主要提供光纤到路边H或交接箱的接入方案, 是针对多住宅用户MDU (Multi-dwelling unit) , 主要的接口有10/100/1000BASE-T、RF (33dBmV) 、VDSL2等, 各种接口的数量较多。
(3) FTTH方式 (Fiber to The Home) FTTH方式主要是提供光纤到户的解决方案, 主要就是单家庭用户单元SFU (Single family unit) , 主要提供的接口类型有POTS、10/100/1000BASE-T、RF (18dBmV) , 接口数量较少。
3运营商对PON技术的应用
3.1电信和联通的应用
电信和联通在PON建设初期, 为了占领市场以及出于成本方面的考虑, 均选择了商用比较成熟的EPON技术, 中国电信目前已经部署了5千万线的EPON, 并计划到2012年发展4千万至5千万户EPON用户, 建网模式主要是FTTB/C (ab) 。FTTB的解决方案使EPON的光网络终结于楼道配线间。由ONU出线和楼宇的综合布线系统配合, 采用五类线或铜线入户的方式实现用户的接入, 该模式可以配合家庭网关设备为客户提供语音、宽带数据服务等多种业务的综合接入。FTTC (ab) 指光纤到路边 (交接箱) , 将光网络单元 (ONU) 安装在路边建筑物或交接箱, 常用于解决已有铜缆资源, 且用户密度不高地区的通信需求。将FTTZ (光纤到小区) 和FTTV (光纤到村) 等与光纤到路边 (交接箱) 形式基本相同的建设模式统一称为FTTC (ab) 。FTTC (ab) 常与DSL网络相结合, 采用FTTC (ab) +DSL的方式为用户提供宽带接入。FTTH模式只占到10%左右 (图4) 。
但是自从2010年年初以来, 各大运营商不约而同地显著加大了FTTH的建设力度, 使得FTTH这一接入网建设的终极目标, 提前快速走入了众多寻常百姓家。以北京联通为例, 北京联通将在三年内完成北京地区所有企业、园区和住宅的光纤入户工程, 在2012年实现全市20M宽带入户。
3.2中国移动的应用
(1) 中国移动的自身特点。
中国移动在重组前以移动业务为主体, 光缆网络资源基本覆盖到基站, 基本没有可利用的资源, 光纤网络城域网都是为了基站进行建设的, 在管线资源方面明显不及电信和联通, 因此, 中国移动在推动FTTx建设方面, 采用P2P还是P2MP (PON) 方式也就不言而喻了。以基于P O N技术的FTTx建设来实现无线和宽带共享相同的光缆基础设施。
(2) PON技术的选择。
对于选择G P O N还是E P O N, 不同运营商的不同选择已成定局, 而且非排他性的选择越来越多。中国电信虽然目前主要采用E P O N技术, 建设了全国最大的F T T x网络, 但同时又对G P O N进行了两轮摸底测试, 最终提出了“EPON为主、GPON跟随”的策略。同样地, 中国联通尽管也以EPON为主, 但也在通过GPON测试和试商用实验, 尝试GPON的应用和推广。例如, 在山西联通的“光速城市”建设项目中, 除了占据主流的EPON以外, 第一批建设还部署了18万线的G P O N设备。
从中国移动试点、集采来看, 中国移动显然更中意GPON, 从中国移动应用需求和场景、技术、产业链、成本等方面进行分析, 选择GPON的原因主要有以下几点。
(1) 从技术上看:更远的传输距离:采用光纤传输, 接入层的覆盖半径20KM;更高的带宽:下行2.5G/上行1.25G (物理层) ;分光特性:局端单根光纤经分光后引出多路到户光纤, 节省光纤资源, 在中国移动机房少、光纤资源紧张的条件下, 更加满足扁平化接入网建设需求。
(2) 从产业链看:GPON的系统、芯片和光模块厂家规模和实力均超过EPON, 所有大的系统厂家都支持GPON, 7家芯片厂家支持G P O N, 只有3家支持E P O N, 并且GPON芯片厂家规模和实力更强。
(3) 从运营商选择来看:大部分运营商选择G P O N, 十大固网运营商中九家选择GPON, 电信和联通也将同时选用G P O N和E P O N。
(4) 从成本来看, 单用户接入成本GPON和E P O N相当, 一旦G P O N产业链成熟起来后, 则完全占据优势, 并且单位带宽成本GPON较低 (是EPON的一半以下) 。
(5) 从技术演进来看:10G EPON规模商用至少需要3年时间, 不会影响目前技术选择。将来G P O N也将向1 0 G G P O N和W D MP O N演进。
(6) 由于标准问题不同国家/地区的EPON无法互通, 应用只能存在于多个相互隔离的独立市场, 无法形成联合产业优势。
从全球范围来看, 综合技术对比、标准发展、业务承载能力、产业链分布、应用规模以及部署成本等多个方面, G P O N比EPON更具优势。GPON最大的优点是运营商级的网络质量, 移动选择GPON显得非常顺理成章。
随着全业务竞争时代的来临, 以基于GPON技术的F T T x接入网建设, 将打破接入的瓶颈, 满足不同业务类型的服务要求, 为全业务运营打下坚实基础。
摘要：全业务时期全业务接入对带宽的需求给传统接入技术带来了压力, 本文立足于最先进的光接入网 (OAN) 技术, 重点分析了OAN技术的形成背景, PON技术的发展历程, 以及两种主流PON技术在技术和成本方面的比较, 结合各运营商近年的实际应用, 探讨各方面因素对PON的应用方式和PON技术的选择的影响。
关键词：全业务,光接入网 (OAN) ,无源光网络 (PON) ,GPON,EPON,FTTx
[1] 光接入网工程.中国通信学会[M].人民邮电出版社, 1999, 4.
[2] 唐雄燕, 施晓明.PON的演进与发展趋势.
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