下一代無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

標簽：WDM/TDM PON

0 引言

PON技術(shù)是一種典型的電到多點接入技術(shù)，由局側(cè)光線路終端(OLT)、用戶側(cè)光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)以及光分配網(wǎng)絡(luò)(ODN)組成。“無源”是指ODN中不含有任何有源電子器件及電源，全部由光纖和光分/合路器(Splitter)等無源光器件組成。

TDM-PON技術(shù)已經(jīng)逐漸走向成熟化、商業(yè)化，BPON、EPON已經(jīng)在很大的范圍內(nèi)被采用，GPON也已在2007年開始部署。于是，很自然的出現(xiàn)了一個問題：如何定位下一代PON技術(shù)的發(fā)展方向。

傳統(tǒng)上謹慎的做法是構(gòu)建一種可滿足未來網(wǎng)絡(luò)拓展需求，以更低的單用戶價格連接大量的終端用戶，按需求傳送可靈活調(diào)整帶寬的可擴展PON，它將無需對外部構(gòu)件進行改進就可升級，朝著這個方向，下一代PON的主要發(fā)展趨勢有以下幾個方面：WDM-PON、WDM/TDM混合PON、10G　EPON、PON/ROF匯聚、Long-Reach PON。

1 WDM-PON

一種直接升級TDM-PON的途徑是在OLT與ONU之間采用獨立的波長信道，這種方式通過物理上點對多點的PON結(jié)構(gòu)在OLT和每個ONU間形成了點對點的連接，被稱為WDM-PON。

相比TDM-PON，WDM-PON有許多優(yōu)勢，例如高帶寬，協(xié)議透明性，安全性更高，靈活的可擴展性，影響WDM-PON大規(guī)模應(yīng)用的最大問題在于基于不同波長的使用導(dǎo)致ONU的成本高。因此WDM-PON核心技術(shù)的發(fā)展都與如何為ONU構(gòu)建一個便宜和穩(wěn)定的光發(fā)射機相關(guān)。為了降低WDM-PON技術(shù)運行成本和提高其與原有資源的兼容性，系統(tǒng)設(shè)計者和設(shè)備供應(yīng)商已經(jīng)聯(lián)手共同開發(fā)一種無色ONU技術(shù)，其中最簡單的方法是使用可調(diào)諧激光器作為光發(fā)射器，但這類激光器價格十分昂貴，不適合用于接入網(wǎng);另一種是寬光源和頻率切割技術(shù)，超輻射發(fā)光二極管(SLD)可發(fā)射出高輸出功率，可以選擇它的中心波長與帶寬，同時它是十分成熟、廉價的光設(shè)備。而目前新的有效的WDM-PON技術(shù)的實現(xiàn)方案大體上可以分為兩部分：第一部分是從OLT端到ONU端，這一部分采用了WDM技術(shù);第二部分是從ONU端到網(wǎng)絡(luò)終端(NT)，這一部分采用了TDM技術(shù)。

2 WDM/TDM混合PON

WDM/TDM PON將是未來PON的發(fā)展趨勢。由于現(xiàn)階段實現(xiàn)WDM-PON存在不小的難度，因此較為合理的網(wǎng)絡(luò)升級策略是從TDM-PON向WDM-PON逐步過渡，而在過渡的過程中，兩者的共存階段是必須要經(jīng)歷的，將出現(xiàn)被稱為WDM/TDM混合PON的多種融合形式。WDM和TDM混合模式的PON結(jié)構(gòu)具有容量大、高可靠、節(jié)約城域光纖資源等突出優(yōu)勢，在將來的接入網(wǎng)絡(luò)改造和升級中將發(fā)揮巨大作用。基于WDM技術(shù)的PON網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以兼容現(xiàn)有的1 G/2.5 G/10 G EPON、GPON和P2P等多種光纖接入技術(shù)。通過波長規(guī)劃可以直接承載1310 nm波長的有線電視(CATV)業(yè)務(wù)，實現(xiàn)“三網(wǎng)融合”;在線路中引入光鏈路監(jiān)控信號，實現(xiàn)ODN網(wǎng)絡(luò)的光鏈路檢測功能。另外通過WDM-TDM PON可以構(gòu)建一個具有更大接入容量、更高傳輸速率、面向全業(yè)務(wù)運營的具有中國特色的全新光接入網(wǎng)。

目前最自然的TDM-PON和WDM-PON融合技術(shù)是級聯(lián)。在一個WDM/TDM混合PON中，如果每個波長信道間獨自工作，除了源TDM-PON的MAC協(xié)議，網(wǎng)絡(luò)中無需一種額外的MAC控制協(xié)議。然而這種方案可能無法有效的利用帶寬，尤其是當一些波長過載而另外的波長輕負載的情況。如果在所有ONU間共享這些波長，那么系統(tǒng)總吞吐量將會得到顯著的提高。基于這個原因，需要一種被稱為動態(tài)波長分配(DWA)算法的波長調(diào)度方案，來通過控制可調(diào)諧激光器(LD)和WDM過濾器使得波長信道動態(tài)化。一種不僅分配時隙， 還為ONU分配波長的DWA/DBA算法的融合， 是WDM/TDM 混合PON發(fā)展的一個重要研究領(lǐng)域。

在WDM-PON中提供廣播業(yè)務(wù)是困難的，為了解決這個問題，WDM/TDM PON的融合結(jié)構(gòu)正在向PON中添加廣播波長的核心技術(shù)方向上進行發(fā)展。

3 10G EPON

普通EPON的自然升級是10G EPON，促進10G EPON發(fā)展的主導(dǎo)驅(qū)動力是市場需求。為了滿足市場需求，IEEE802.3av 10G EPON工作組在2006年9月成立，它們的任務(wù)是在2009年完成IEEE 802.3av 10 G EPON標準制定的工作。10 G EPON在系統(tǒng)組成上與1G EPON相同，但需采用支持10 G速率的OLT、ONU和ODN。10 G EPON在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上仍然延續(xù)1 G EPON的典型形拓撲結(jié)構(gòu)。

10 G EPON分為兩個類型：其一是非對稱方式，即采用10 G速率下行，但上行速率與EPON相同仍然為1 G;其二是對稱方式，即上下行速率均為10 G的EPON系統(tǒng)。相比來說，由于PON系統(tǒng)的上行傳輸技術(shù)難度較大，因此1 G上行10 G下行方式的10 G EPON系統(tǒng)較為容易實現(xiàn)，目前芯片廠家已經(jīng)可以提供原型系統(tǒng)。但由于該類系統(tǒng)上下行帶寬比達到1:10，因此能否與實際用戶業(yè)務(wù)需求的帶寬模型相匹配存在疑問。

目前10 G下行將采用1 574～1 580 nm，其與波長范圍在1 480～1 500 nm間的1 G下行共存，保留了1 540～1 560 nm用于處理視頻過載。10 G EPON下行采用10 G的傳輸速率進行廣播已經(jīng)沒有異議，但上行采用1G的傳輸速率還是10 G的傳輸速率，是采用TDMA還是WDMA則還要考慮。

采用TDMA技術(shù)的10 G EPON在成本上無疑較采用WDMA技術(shù)的10 G EPON要低得多，而且和目前的802.3ah EPON相比成本也不是特別高。但是采用TDMA技術(shù)的ONU的數(shù)據(jù)在上傳前必須等待自己的允許周期，不同ONU的上行數(shù)據(jù)中間還有保護時間，更重要的以太網(wǎng)幀是變長的，如果正在等待的ONU發(fā)送之前PON上下行鏈路均在發(fā)送長包，則該ONU可能等待的時間更長，這些因素都導(dǎo)致了采用TDMA的10 G EPON上行方向時延將較大，這對于對時延特別敏感的業(yè)務(wù)(如VOIP)十分不利。另外采用TDMA技術(shù)的10 G EPON其上行平均帶寬較小(相當于所有ONU共享1 G或10 G的帶寬)。相比之下采用WDMA的10 G EPON每個ONU獨享1 G或10 G上行帶寬，另外上行方向使用的是真正的點對點(P2P)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送時無需等待，延時極低。然后不幸的是該方案優(yōu)越的性能需要高昂的成本代價，因此采用WDMA技術(shù)的10G EPON不太可能普及到用戶家里，即不適合FTTH應(yīng)用，但作為FTTB和FTTC還是大有前途的，也可以用于級聯(lián)現(xiàn)有的GEPON。采用TDMA技術(shù)的10G EPON，如果能夠解決上行時延過大的問題，在FTTH應(yīng)用特別是高清IPTV接入領(lǐng)域中將大有作為。

4 PON/ROF匯聚