浅谈光纤到户技术的实现及发展

1课程论文浅谈光纤到户技术实现及发展2摘要FTTH是未来宽带接入网发展的必然趋势，本文介绍了FTTH概念及网络结构，研究FTTH的多种实现技术及发展，对现阶段实现FTTH的技术的情况分析比较，并给出结论。本文同时介绍了FTTH在国内的发展情况。关键词：FTTHEPONGPON发展现状31.引言FTTH(FiberToTheHome)，顾名思义就是一根光纤直接到家庭。具体说，FTTH是指将光网络单元(ONU)安装在住家用户或企业用户处，是光接入系列中除FTTD(光纤到桌面)外最靠近用户的光接入网应用类型。FTTH的显著技术特点是不但提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了维护和安装。FTTH的优势主要是有5点：第一，它是无源网络，从局端到用户，中间基本上可以做到无源；第二，它的带宽是比较宽，长距离正好符合运营商的大规模运用方式；第三，因为它是在光纤上承载的业务，所以并没有什么问题；第四，由于它的带宽比较宽，支持的协议比较灵活；第五，随着技术的发展，包括点对点、1.25G和FTTH的方式都制定了比较完善的功能。2.FTTH简介FTTH（FibertotheHome）分为点对点（P2P）方式和点对多点（P2MP）方式，如图1所示。相比于P2P方式，P2MP方式对局端端口的占用少且大大减少光纤和光电收发器的数目，具有更为广泛的应用场合。局端用户端用户端用户端（a）点到点（P2P）方式局端用户端用户端分配点用户端（b）点到多点（P2MP）方式图1P2P和P2MP方式4FTTH有两种含义，狭义上的FTTH（FibertotheHome，光纤到户）是指仅利用光纤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。广义上的FTTH泛指FTTH的各种网络应用，根据用户单元在接入网中所处的位置不同，包括光纤到路边（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）、光纤到户（FTTH）和光纤到办公室（FTTO）。3.FTTH网络结构FTTH系统由OLT（光线路终端）、ONU（光网络单元）和ODN（光分配网）组成。其网络组织结构如图2所示。OLTONU/ONT1无源光分路器ODNIFPONIFPONIFPON：PON专用接口注：ODN中的无源光分路器可以是一个或多个光分路器的级联ONU/ONT2ONU/ONTn网络侧接口SNI用户侧接口UNI图2FTTH网络组织结构OLT一方面将承载各种业务的信号进行汇聚，按照一定的信号格式送入接入部分以便向终端用户传输，另一方面将来自终端用户的信号按照业务类型分别送入各业务网中。ONU负责与OLT之间的信息互通，并可通过内置或外挂用户网络接口设备的方式提供用户接入。ODN为OLT与ONU之间提供光传输手段，反之亦然。ODN可以组成星型、树型、总线型和环型拓扑等结构。星型拓扑结构对应P2P方式；树型、总线型和环型拓扑结构对应P2MP（PON）方式。FTTH系统以树型拓扑结构的PON系统为主。4.FTTH实现技术FTTH的两种实现方式P2P和P2MP的实现技术分类如图3所示：5FTTxAON/FEM(P2P)xPON(P2MP)OpticalEthernetMediaConverterBPONGPONAPONEPON图3FTTH实现技术体制4.1P2P技术P2P方式的FTTH系统主要技术是点对点光以太网（IEEE802.3ah、G.985）和媒体转换器（MC）方式。P2P方式是将电信号转换成光信号进行长距离的传输。从中心局到每个用户都用一根光纤，上下行都可以达到100M，这是铜线接入方式所无法提供。在组网时交换机可以放置在电信或者小区机房，开通时在机房操作即可，在楼道中再无需放置交换机，组网节点减少大大降低了维护成本。点到点系统避免了复杂的上行同步技术和终端自动识别技术。另外上行的全部带宽可被一个终端所用，这非常有利于带宽的扩展。缺点是，随着FTTH用户数量的增加，局端设备和光纤的数量也将会增加。4.2P2MP技术P2MP方式的FTTH系统即PON（PassiveOpticalNetworking）系统。PON技术始于20世纪80年代初，目前市场上的PON产品按照其采用的技术，主要分为APON/BPON（ATMPON/宽带PON）、EPON（以太网PON）和GPON（千兆比特PON）。如图4，PON系统由OLT（OpticalLineTerminal,光线路终端）、ONU（OpticalNetworkUnit，光网络单元）和POS（PassiveOpticalSplitter，无源光分路器/耦合器）组成。POS是无源光分路器/耦合器，它根据光的发送方向，将进来的光信号分路并分配到多条光纤上，或是组合到一条光纤上。ONU主要完成业务的收集、接口适配、复用和传输功能；OLT主要完成接口适配、复用和传输功能。此外，OLT还向网元管理系统提供网管接口。6图4APON/BPON结构示意图PON的工作原理如图5所示，PON系统采用WDM技术，实现单芯双向传输（下行1490nm，上行1310nm）。下行方向的光信号被广播到所有ONU，通过过滤的机制，ONU仅接收属于自己的数据帧。上行方向通过TDMA方式进行业务传输，ONU根据OLT发送的带宽授权发送上行业务。(a)PON系统中的上行方向工作原理(b)PON系统中的下行方向工作原理图5PON系统工作原理TDMA方式广播方式74.2.1APON/BPONAPON（ATMPON）也叫BPON（BroadbandPON）是ITU-T在1995年提出的，ITU/FSAN定义了相应G.983建议。APON综合了ATM技术和无源光网络技术，技术实现复杂，可以提供现有的从窄带到宽带等各种业务，它的速率为下行622Mb/s，上行155Mb/s，带宽提升困难，不能成为FTTH的主流技术，但其许多技术优势和特点被GPON技术所继承。4.2.2EPONEPON是由IEEE802.3工作组在2000年11月成立的EFM（EthernetintheFirstMile）研究小组提出的，在2004年6月完成IEEE802.3ah规范。EPON在保留传统以太网体系结构基础上定义了一种扩展的802.3MAC控制协议（MPCP）作为EPON数据链路层协议，使得点到多点网络在协议上层看来象是多个点到点链路，从而实现在点到多点无源光网络中的以太网帧的时分多址接入。EPON系统采用8B/10B线路编码和标准的上下行对称1Gb/s以太网速率，支持10km和20km两种最大传输距离。EPON一般采用单纤波分复用技术（下行1490nm，上行1310nm），实现单纤双向传输。利用以太网控制帧来传送多点控制信息，利用OAM帧传递OAM信息，具有较强的OAM&P能力，可以对链路进行监控和环回，且OAM功能支持机构扩展，具有较强的可扩展性。EPON可以利用PON系统具有的广播功能实现单拷贝广播（SCB），适合宽带视频业务的开展。相对于BPON和GPON，EPON协议简单，对光收发模块技术指标要求低，所以系统成本相对较低。EPON系统具有技术简单，成本低，速率高，可扩展性强，对数据业务的适配效率高等优点，能够以较低成本高效率地传送IP业务，是FTTH的主要实现技术。目前，已经有专家考虑制定下一代的EPON的标准，可以达到10G的下行速率，极大的提高EPON带宽。4.2.3GPON2001年，FSAN组启动了另外一项标准工作，旨在规范工作速率高于1Gbit/s的PON网络。这项工作被称为GigabitPON（GPON）。2003年，ITU批准GPONFSAN标准G.984，GPON除了支持更高的速率之外，还要以很高的效率支持多种业务，提供丰富的OAM&P功能和良好的扩展性。GPON标准的设置是基于不同服务需求，提供最有效率和理想的传输速率，同时兼顾OAM&P功能以及可扩充的能力。基于这样的设计原则下，GPON的技术得已成为FTTH一种全新的解决方案。不但提供高速带宽，而且支持各种接入服务，特别是在Data及TDM的8传输并且支持原有数据的格式无须再次转换。GPON传输网络可以是任何类型，如SONET/SDH和ITU-TG.709（ONT）；用户信号可以是基于分组的（如IP/PPP，或EthernetMAC），或是持续的比特速率，或者是其它类型的信号；而GFP则对不同业务提供通用、高效、简单的方法进行封装，经由同步的网络传输；对于最靠近用户的接入层来说，GPON具有前所未有的高比特率、高带宽；而其非对称特性更能适应未来的FTTH宽带市场。因为使用标准的8kHz（125μ）帧，从而能够直接支持TDM业务。GPON传输网络支持对称和非对称的线路速率选择，包括对称622Mbit/s、对称1.25Gbit/s、2.5Gbit/s下行和1.25Gbit/s上行等。总之，GPON技术标准基于不同服务需求，提供最有效率和理想的传输速率，同时兼顾OAM&P功能以及可扩充的能力。基于这样的设计原则下，GPON的技术已成为FTTH一种全新的解决方案。目前，仍未出现大量的商用芯片，设备还不成熟。5.PON技术是实现FTTH的最佳技术采用PON技术实现FTTH可以带来的好处是多方面的。PON相较与点到点的MC方式而言，有以下几点优势：节省了大量的光纤资源；由于一个局端设备可以支持大量的用户，中心机房设备数量少，网络一旦建立起来，服务的提供和管理都可以在中心机房进行，从而降低了管理和维护的费用；由于光纤带宽容量巨大，未来提高网络速率时，不用对已经铺设的光纤网络进行改造，可以很好保护现有投资，也可以满足未来业务的需求；在PON中无有源器件，设备故障少，基本免维护，也不需建设室外机房，节省供电成本。由此可知，点到多点PON的FTTH在后期扩容的成本、维护管理的成本以及业务提供能力等方面优于点到点的MC方式，是实现FTTH的最佳技术。总的来说，APON/BPON、EPON和GPON都是实现FTTH的有效技术：APON/BPON系统的标准化是当前最完善的，当前的设备也比较成熟，有了较为广泛的应用，但是由于提供的带宽较小，很大程度限制了每个PON可服务的用户的数量。EPON是基于以太网设计的，能够以较低成本高效率地传送Ethernet/IP业务，但目前以太网支持多业务的标准还没有形成，它对非数据业务，尤其是TDM业务还不能很好地支持。9GPON全面支持语音、视频和数据业务，尤其是可以有效的支持TDM业务。通过GEM，业务流以其固有格式传输，而无需额外协议。但是，目前支持GPON的厂商较少。6.ＦＴＴＨ的发展现状FTTH目前在国内还处于市场启动阶段，离大规模的商业部署还有一段距离。电信运营商对实现FTTH商用以及大规模推广还是心存疑虑，因而大多采取了“积极试验、谨慎部署”的策略。中国电信在武汉、北京、上海和广州等城市开展了试点工作，中国网通开始在北京等地的商务中心以及高档住宅区开展布点试验。驻地网运营商如泰龙等在已建试验网的基础上，还努力拓展和探索新的业务提供和运营模式。房地产开发商也将FTTH作为高档房产热销的卖点，借以提高销售附加值，加快销售速度。所有这一切，都有利地促进了我国FTTH接入技术的推广。就世界范围看，绝大多数电信公司是以ADSL为主发展宽带接入的，然而，ADSL是建立在铜线基础上的宽带接入技术，铜是世界性战略资源，随着国际铜缆价格持续攀升(近几年年均20%-30%的增幅)，以铜缆为基础的xDSL的线路成本越来越高，而光纤的原材料是二氧化硅，在自然界取之不尽，用之不竭。事实上，当前光纤的市场价格已经低于普通铜线，并且其寿命还远高于后者。在新铺用户线路或者老电缆替换中，光纤已经成为更合理的选择，特别是主干段乃至配线段。其次，作为有源设备，xDSL电磁干扰难以避免，维护成本越来越高。作为无源传输介质的光纤可以避免这类问题。对于处于企业整体转型的中国电信而言，FTTH已成为影响未来网络和技术业务转型的重要领域。中国电信将本着“加强领导，积极试验，适时总结，有序推广”的指导方针，