ＧＰＯＮ技术和应用探讨
来源：岁月联盟
时间：2010-08-30
关键词：GPON；GEM；EPON
1 GPON系统结构
同所有PON系统一样，GPON由ONU、OLT和无源光分配网组成。其结构如图所示。OLT为接入网提供网络侧与核心网之间的接口，通过ODN与各ONU连接。作为PON系统的核心功能设备，OLT具有集中带宽分配、控制各ONU、实时监控、运行维护管理PON系统的功能。ONU为接入网提供用户侧的接口，提供话音、数据、视频等多业务流与ODN的接人，受OLT集中控制。系统支持的分支比为1:16、32或64，随着光收发模块的演进，支持的分支比将达到1:128。在同一根光纤上，GPON可使用波分复用技术实现信号的双向传输。根据实际需要，还可以在传统的树型拓扑的基础上采用相应的PON保护结构以来提高网络的生存性。
2 GPON特点
(1)前所未有的高带宽。GPON速率高达2.5Gb／s，能提供足够大的带宽以满足未来网络日益增长的对高带宽的需求，同时非对称特性更能适应宽带数据业务市场。
(2)QoS保证的全业务接人。GPON能够同时承载ATM信元和(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。目前，ATM承载话音、PDH、Ethernet等多业务的技术已经非常成熟；使用GEM承载各种用户业务的技术也得到大家的一致认可，已经开始广泛应用和发展。
(3)很好地支持TDM业务。将TDM业务映射到GEM帧中，由于使用标准的8kHz(125ps)帧能够直接支持TDM业务。将TDM业务映射到ATM信元中也能提供有QoS保证的实时传输。GPON在这一点上有优势。
(4)简单、高效的适配封装。GPON的GEM提供了一种灵活的帧结构封装，支持定长和不定长帧的封装，对多种业务实现通用映射，不需要进行协议转换，实现过程简单，开销小，协议封装效率最高可达97％，实现了带宽资源的充分利用。
(5)强大的OAM能力。针对以太网系统在网路管理和性能监测的不足，GPON从消费者需求和运营商运行维护管理的角度，提供了三种OAM通道：嵌入的OAM通道、PLOAM和OMCI。它们承担不同的OAM任务，形成C／MPlane(控制，管理平面)，平面中的不同信息对各自的OAM功能进行管理。GPON还继承了G.983中规定的OAM相关要求，具有丰富的业务管理和电信级的网络监测能力。
(6)技术相对复杂，设备成本较高。
3 网络结构及场景应用
综合考虑GPON技术特点、成熟度、投资成本、业务需求、市场竞争等多方面的因素，基于GPON的FTTx系统主要应用于如下方面：
商客、商务楼和园区的综合接人。在商业客户和商业客户比较集中的写字楼、工业园区和网吧集中区，用户分布较为分散，带宽需求相对较高(典型需求为10M、100M甚至1000M)，除了基本的语音业务、高速Internet专线接入等业务外，还存在TDM(E1)专线、视讯会议、视频监控、VPN、无线覆盖等多样化的业务需求，对系统的可用性、业务质量和维护质量要求较高。采用GPON系统实现FTTB、FTTH，能够很好地满足这类客户的需求，为用户提供长距离、高带宽、丰富业务类型、高服务质量的业务保证。
部分新建高档住宅小区(别墅或高档公寓)的宽带接入。相对于普通住宅用户，高档住宅小区的客户群优良，其电信业务消费能力强、消费层次高，对建设投资和业务资费不敏感，业务的需求主要包括Internet专线接入、电话、IPTV甚至视频会议等。因此可以铺设光纤入户，采用FTTH、FTTB+LAN／VDSL等灵活的宽带接入方式，特别是针对缺乏铜缆资源的地区，在大城市和发达地区进行一定的FTTH／B覆盖，以提高市场竞争力。
新建小区的FTTB+DSL／LAN接人和旧网络改造。随着IPTV等新兴业务的出现，现有的DSL／LAN小区的升级改造刻不容缓。基于GPON的FTTB+DSL／LAN接入方式(采用多以太网接口的ONU或ONU内置小型DSLAM)利用原有的入户线，无需对现有楼内布线和装修进行改造，综合实施成本低、难度低，以较低的成本实现较高的用户接入速率，是一种高性价比的接入方案，很适合进行旧小区网络改造。
“网吧一条街”的接人。网吧对接入速率的典型需求为10M、20M甚至100M，但业务类型简单，基本上以高速In-ternet专线接入为主，可能有部分语音业务需求；网吧的分布比较分散，需要系统有较强的覆盖能力，因此光纤接人已经是多数网吧的主要接入技术。GPON的全业务接入能力和完善的OAM特性，使得“一网双吧”类型的用户，可直接在GEPON系统内获得语音业务和高速Internet专线业务，并通过同一个网管平台进行统一管理。 以上各种场景均为GPON较为典型的应用，总体图1：
4 GPON工程建设原则
(1)OLT设置原则。
OLT的部署位置对网络结构与层次、设备管理与维护、设备端口利用率、用户实装率、投资等影响较大，需要综合考虑，同时结合OLT设备的覆盖能力，明确OLT的设置方式及位置。
OLT的服务覆盖范围根据ITU—TG.982定义的C类ODN网络情况，即15－30db的光通道损耗，在采用1:64的情况下，按7个光活动连接器，OLT覆盖的光通道距离在10公里以内。
(2)ONU选择类型。
根据场景不同的需求，接入方式可以下表：
(3)主干光缆及配光缆配套原则。
目前，用户光缆网基本拓扑结构有三种，即星形、总线形和环形。各种网络结构都有其特点，在选择时应根据各相关点的地理位置、重要性、需要提供的业务、网络可靠性要求、性以及维护管理等综合因素选择合适的拓扑结构。目前用户主干光缆基本采用环形与总线形结构，如用户对通信业务需求量大或有特殊要求，并受到地理位置的限制时，也可以用星形结构。用户配光缆一般采用星形结构，当用户有特殊要求时。也可采用环形结构。
(4)光分路器配置原则。
一般情况下ODN采用一次分光集中放置，将光分路器集中安装在光分路箱(室内型或室外型)内；当MDU分布较为分散或驻地网光缆纤芯数量不足时，可以采用二级分光方式。
光分路比应综合考虑GPON系统的传输距离、MDU带的用户数、PON系统内带宽分配来进行选择，一般情况下：
在采用FTTH(PON)模式时，光分路比宜按1:64设计；
在采用FTTB(PON)+LAN模式时，光分路比宜按1；32设计，最终用户数不超过512；
(5)光通道衰减核算。
ODN光通道损耗所允许的衰减定义为S／R和R／S参考点之间的光损耗，OLT的传输距离应通过ODN光通道损耗核算以及OLT、ONU设备的功率预算，采用最坏值法核算。
ODN光通道损耗=光分路器插入损耗+光活动连接器插入损耗值×数量+光纤衰耗系数×传输距离+光缆线路富余度
相关参数取定：
光分路器插入损耗：3.5×N(光分路器分光比＝2N)
光活动连接器插入损耗值：0.5dB／个
光纤衰耗系数(含熔接损耗)：0.4dB／km
光缆线路富余度：采用1:64分光比时，取1.5dB
采用1:32分光比时，取2dB
对于GPON系统，在项目中需根据设备所支持的最大光通道衰减对无源光分配网络中最远用户终端的光通道衰减进行核算，具体ODN光通道模型如图2所示：
(6)ODN光缆容量配置。
光分路器与OLT之间的光缆一般为用户主干光缆或用户配光缆，光缆芯数将视需安装的光分路器数量，并考虑未来升速的需要及适当考虑向FTTH演进的光缆纤芯需求，可采用1:2或1:4(光分路器数量；光缆纤芯数)配置。
光分路器与ONU之间的光缆一般为驻地网光缆，光缆芯数将根据不同的接入模式分类配置：
在采用FTTH(PON)模式时，驻地网光缆一般以光缆接头盒作为光缆容量的递减方式或采用光缆分支接头箱的方式进行光缆网的设计。据此，光分路器至光缆接头盒或光缆分支接头箱间将使用大芯数光缆，大芯数光缆的纤芯数以每台ONU配1芯；光缆接头盒或光缆分支接头箱至用户宅内ONU间的光缆在采用普通室外型光缆时按每台ONU配1芯。
在采用FTTB(PON)模式时，光分路器至MDU间的光缆纤芯数建议按每台MDU配2芯(用1芯、备1芯)。
人户光缆宜采用小弯曲半径光纤制成的室内型光缆，建议采用ITU—TG.657A建议的光纤，其余光缆采用符合ITU-TG.652D建议的光纤制成的普通室外型光缆。
5 结语
GPON技术的优势是明显的，但目前GPON技术和设备还有待于进一步成熟。主要是市场上还缺少OLT侧商用芯片，ONU侧商用芯片也很少，设备稳定性与可靠性等有待验证(各厂商的产品均为刚刚推出，国际上也无大规模商用)，成本很高，产业链不够成熟，还不具备规模商用的条件。但我们有理由相信GPON的未来应该有很好的，这是它的技术特点决定的。