GPON技术前景展望

作者：敖立1、GPON的技术特点GPON为FSAN（全业务接入网）组织自90年代后期发展的最新宽带PON标准，在2004年被ITU正式确认为ITU-TG.984标准。GPON系统由位于核心节点或汇聚节点机房的局端OLT设备和位于用户驻地端的ONT设备共同组成，一个局端OLT设备控制多个ONT设备。连接2种设备的光纤网络由单模光纤和无源光分路器组成。OLT为接入网提供网络侧与城域网之间的接口（TDM和Ethernet），通过光分配网与各ONT连接。作为PON系统的核心功能器件和中心节点，OLT具有集中带宽分配、控制各ONT、实时监控、运行维护管理整个GPON系统的功能。ONT为接入网提供用户侧的接口，提供语音、数据、视频等多业务流与ODN的接入，受OLT集中控制。在技术实现方式上，GPON是PS-PON（功分PON）的一种，在PS-PON中，下行信号的功率在每个分支点都会被分配，因此可以向所有的ONU进行广播，由各个ONU/ONT负责从信号集合里提取自己的有效载荷。在这类PON的树状网络中，所有ONU/ONT的上行信号都通过分路器件复用到主馈线段光纤，并在OLT接收端进行解复用。ONT使用TDMA（时分多址接入）方式获得OLT接收端的资源。相对于现有的接入网技术而言，GPON技术的特点主要有：*高带宽和高传输效率，下行速率高达2.488Gbit/s，上行为1.244Gbit/s，可以满足运营商对未来业务的接入带宽需求，使用GEM的封装方式时，综合传输效率在93%以上。*单纤接入，使用单根光纤就可以满足ONT用户的接入需求，可以大量节省运营商在接入层馈线段的光纤资源。*可以支持的接入距离更远（大于20km）。针对FTTB开发的GPON系统其OLT到ONT的最远接入距离可以达到60km以上。*作为电信级的技术标准，对设备的互操作性能有详细的要求，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证，GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能，光纤自动倒换时间小于50ms。*位于室外的光分配网中只有物理介质特性非常稳定的光纤和无源分光器，没有任何有源设备，使得网络具有高可靠性。*在接入网层面上提供一个统一的接入平台，节约了运营商维护和处理故障的成本。2、应用及市场预测由于全球各大运营商对用户线环路改造趋势的看法日趋一致，即用户线环路将逐步由光纤取代，因此，目前各大运营商均在根据不同的应用和成本需求，同时部署FTTC、FTTB和FTTH系统，其最终目标是完成接入网完全光纤化的替换。相对于PTP系统，以PON为代表的PTMP技术从一开始就更受电信运营商的青睐。这是因为人们很早就认识到成本将是FTTx应用的主要障碍，PON技术能够很好地利用光纤容量降低成本，可以将所有的用户与CO（中心局）更加经济地连接起来，而不必采用远程终端，多个ONT设备可以共享一个位于CO的光接口。应该说最能让GPON技术大显身手的应用场合就是FTTH，但是到目前为止，对于电话业务的传送而言，使用PON技术的FTTH系统依然无法达到“铜线对等”的成本要求。但是随着终端业务的综合化要求和GPON配套技术的发展，GPON在FTTH的大规模应用前景比之前任何一种FTTH技术都要光明的多。北美和欧洲的各大运营商均提出了完全针对GPON设备的用户需求，并要求在2008年左右进入大规模的部署阶段。在此之前，GPON产品的应用场合更多地集中在接入层的高端应用，如FTTO、FTTB的大客户综合应用以及FTTB+LAN、FTTB+DSLAM的应用，这种应用对于光纤资源相对比较紧张的新兴运营商具有相当的吸引力。比如在南美、东南亚和印度的新兴电信运营商，他们渴望用低成本快速构建面向未来三网合一应用的接入网，使用GPON技术能够使他们相对容易地实现这一目标。根据权威机构的预测，基于GPONFTTB应用的ONU端口数从2007年起将以每年1000%以上的速度递增，到2008年底全世界将有超过44万个GPONONU端口的应用。而基于GPONFTTH应用的ONU端口数也将在2007年进入爆发性的增长，达到200万线左右，而到2008年将再增长一倍，达到400万线以上的规模。从世界范围内看，PONFTTH的应用规模大约是FTTB应用规模的10倍，但利润只有FTTB的4倍多，由此可以看出FTTB应用同样是GPON接入应用的重要组成部分。从GPON的应用地区来看，首先开始大规模部署GPON的地区将是在北美，那里有很好的BPON基础，对来自于ITU的GPON有着良好和正面的认识，2007年下半年开始欧洲和亚太地区也将进入大规模部署阶段，但在规模上仍不及北美。亚太地区在2008年前的部署规模，很大程度上取决于日本和韩国之前部署的EPON系统是否成功，他们是否会像很多机构预测的那样转向GPON，而2008年之后，GPON在亚太的部署规模将主要取决于中国和印度这样的新兴市场的部署规模。3、GPON的成本预测0LT的成本将由OLT所控制的ONU来进行均摊，从目前PON系统实际部署的情况来看，每个OLTPON口控制的ONT数目平均不超过23个，因此，降低OLT的成本和ONT同样重要。在PON的成本计算中，一般使用均摊到每个ONU（FTTH的每线成本）或者每个ONU上的每个端口成本（FTTB时的每端口成本）。GPON系统中的OLT和ONT硬件成本主要取决于所使用的光模块套件和GPON芯片套件的成本；而这两块的成本，尤其是GPON芯片套件的成本和其采购数量密不可分；GPON芯片套件的采购数量有一个数量级的上升时，其成本几乎就有一个数量级的下降；目前各个厂家的GPON芯片套件还是以FPGA为主，成本很高；预计最迟在2007年上半年，用于GPONONU的ASIC芯片将投入量产，此时ONU侧的芯片生产成本将有20倍以上的降幅；最迟到2008年上半年，OLT侧的ASIC芯片也将量产，此时OLT侧的成本也会有大幅度的下降。所以GPON设备的绝对成本取决于应用规模，在应用规模达到百万级别时，可以预计，GPON硬件的各项成本不会高过现在的EPON成本多少。北美和欧洲的运营商在2008年大规模部署GPON网络后，GPONSFUONT（用于光纤到户的室内型ONT）价格不会高于125美元每线。GPON的SFUONT的配置一般预计为1、2个FE口（可选1个为GE端口），2～4个VoIP的电话口和可选的一路RF有线电视端口，其配置较GPON出现之前的FTTH方案更加合理完整，可以满足绝大部分家庭未来很长一段时间的应用需求。如果把使用以太网封装的GEPON/EPON和GPON相比较的话，可以清楚地看到，GPON相对于其他PON产品而言，其性价比更高；GPON和GEPON对处理服务流程和服务维持质量的要求是相似的。支持GPON或EPON的不同MAC／成帧器的芯片将具有相似的复杂度，因此基于两种技术的解决方案成本将是相似的。尽管GPON下行线路速率为2.488Gbit/s，而EPON线路速率仅为1.25Gbit/s，但这并不意味着成本的大幅攀升。下行的2.488Gbit/s器件是连续的发射器，与已经得到大批量生产的SDHSTM-16相似，因此该技术不存在额外费用。上行速率方面，GPON和EPON相当，均为1.25Gbit/s线路速率，两种技术的成本相同。而且由于EPON不支持功率分级，这意味着GEPON中的突发模式接收器的工作范围要比GPON的宽，成本有可能要更高。电信运营商要想大幅度削减设备采购成本，就必须实现互通性。近年来这方面成功的典范就是DSL设备的价格从500美元以上降至不足70美元（有些情况下可能更低）。对GPON设备，人们也期待着相似的成本改善。这就是为什么FSAN力推互通性，将其作为开启新运营商和创新运营商之门以推动成本降低的措施。在GEPON中不能抱有同样期待，因为其中的网络大部分都是由同一厂商提供的端到端网络。尽管有些地区强势运营商可能会强制GEPON的互通，但它们是本地互通性努力的结果，其效果和风险仍有待检验。当然，需要看到的是，对于任何设备的部署而言，硬件成本并非是全部的部署成本。根据现有PON系统部署的经验和对GPON系统部署的预测，GPON系统硬件成本只占GPONFTTH项目成本的35%左右，工程安装成本将占到总成本的50%以上。由于光系统部署时涉及到现场熔纤、功率调试等一系列远比实施原有铜线系统困难的工程安装项目，对安装人员的培训显得至关重要，这都无形中增加了项目成本。当然光纤几乎无限的带宽潜力和长达50～100年的使用寿命使得这一切的努力显得物有所值。但是，工程成本必须成为运营商应用GPON系统需要认真考虑的一个问题。同样，如何维护PON系统对于运营商而言也是一个全新的课题。由于GPON是一种无源的PTMP技术，使得PON的故障定位技术与传统方法相比更加复杂，使用传统的OTDR方法并不能直接有效地对PON网络的故障进行定位，传统的OTDR在PON网络中工作时，缺乏足够的动态范围来补偿光链路损耗，更麻烦的是，光分路器之后各个光学分路的反射和后向散射会叠加在一起，这使得OTDR很难分辨某一分支的特征。目前已经有几种更新的OTDR方法用于PON故障的定位，但是相对于传统方法，这些方法的操作更加复杂，对操作人员的技术要求更高，检测的成本也更高。综上所述，GPON系统的成本下降趋势在未来的两年内会非常明显，在目前的技术条件下，只要有一定数量的需求，硬件价格在一年之内就会下降到可以和目前GEPON价格相比较的程度，且性价比更高。由于更加注重设备的互操作性，GPON设备价格的下降更加值得期待。相对于设备价格，运营商会对GPON系统工程安装和维护中产生的新课题更加关注。4、与GEPON技术的比较目前在亚洲的日本、韩国市场上GEPON作为PON技术的另一个代表，取得了很好的市场表现，相比GPON而言，GEPON的生产链和市场成熟的速度更快一些。GPON和GEPON作为未来宽带接入的两种代表技术，在这里我们不妨在技术层面选择几个重要的方面做一个简单的比较（见表1）。表1GERON和GPON标准和技术方案的比较GEPON是由IEEEEFM（第一英里以太网）小组发展的基于以太网封装的PON系统，其标准为IEEE802.3ah，标准的主体在2004年完成。相对于ITUFSAN组织而言，EFM只是将以太网实现为接入网络，形成的是一种折衷标准，缺乏高级管理和互通性等关键特性。相比GEPON只在标准中支持以太网业务而言，GPON可以广泛应用于各种接入场合，其较高的线路速率和效率，提供了更好的业务灵活性。GPON更高的服务带宽将支持更多的业务种类，其TDMoverGEM特性为传统SDH/PDH传输提供了一种安全过渡的选择。GEPON只对线路OAM进行了标准化，ONT的管理和提供的服务大多数情况下是通过SNMP来支持的，因而产生了管理和互通性问题。另外，由于被管理的对象不是按照电信运营商的需求定义的，因此ONT常常缺乏一些关键的OAM特性，如线路测试和其他故障隔离工具。而且GEPON标准中没有内在安全措施，链路层没有加密，安全性标准方面同样存在问题。相比之下，来自ITU的GPON拥有全面的支持，包括来自不同厂商的OLT和ONT之间的互通性，这大大降低了服务提供商需要混合和匹配ONT与OLT的风险。当然，相比GEPON而言，GPON也有它的弱点，主要表现在产业链还不够成熟，相应的芯片厂商和光模块厂商屈指可数，可以提供成熟GPON产品的厂商也很少，这将直接影响到GPON产品在今后一段时间的市场表现。成熟的以太网产品和器件市场为GEPON技术培育了市场；相比之下，GPON的技术实现复杂度较高，技术门槛较高，限制了市场成熟的速度。5、结束语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，在技术出现之初，就拥有了很多其他接入技术所没有的优势。如果在今后的一两年内，世界主要运营商和厂商能够持续地积极介入和参与，GPON技术的市场前景是非常光明的。对于未来GP