基于GPON技術(shù)的小區(qū)接入網(wǎng)應(yīng)用分析

摘要：GPON是重要的實(shí)現(xiàn)用戶接入網(wǎng)的PON技術(shù)。本文首先給出GPON的基本原理與特點(diǎn)，并通過GPON與APON、EPON的功能對比，對GPON進(jìn)行了優(yōu)點(diǎn)剖析，指出了GPON技術(shù)的先進(jìn)性。從GPON系統(tǒng)設(shè)計(jì)、OLT設(shè)置、ODN設(shè)置及ONU設(shè)備等不同方面討論了GPON技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)流程。最后，以實(shí)際案例進(jìn)行了GPON接入網(wǎng)工程分析，進(jìn)行了GPON工程方案設(shè)計(jì)與帶寬測試結(jié)果討論，提出了工程涉及問題的注意事項(xiàng)，指出了GPON技術(shù)的發(fā)展趨勢。

引言

　　隨著科技的進(jìn)步，PON技術(shù)得到更加廣泛的應(yīng)用，該技術(shù)也在不斷推陳出新。基于各種PON技術(shù)，GPON技術(shù)具備更高的帶寬、傳輸速率及傳輸范圍，目前已逐步應(yīng)用于各個(gè)通信領(lǐng)域^[1]。

　　APON技術(shù)是最早的商用PON技術(shù)，主要基于ATM技術(shù)。EPON技術(shù)主要推動以太網(wǎng)的使用，對物理層與MAC層進(jìn)行了規(guī)定^[2]。GPON技術(shù)綜合了以上技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，具備更優(yōu)的性能，更高的傳輸速率，更廣泛的覆蓋范圍及更高的動態(tài)帶寬分配能力。

　　本文基于GPON技術(shù)的基本原理，分析了該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，從具體方面討論了GPON技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)流程，最后針對GPON接入網(wǎng)工程進(jìn)行實(shí)例分析，并給出了用戶接入網(wǎng)工程設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)。

1 GPON技術(shù)的基本原理

　　2002年，F(xiàn)SAN以APON為基本框架提出了包含全新物理層傳輸速率和TC層的GPON。

1.1 原理

　　GPON將多業(yè)務(wù)映射到ATM信元或GEM中傳送，并提供相應(yīng)QoS保證，作為PON的技術(shù)，也是由局端OLT、用戶端ONU與無源光分配網(wǎng)絡(luò)ODN組成[3]。OLT屬于全業(yè)務(wù)接入系統(tǒng)，將數(shù)據(jù)網(wǎng)、電話網(wǎng)與電視網(wǎng)融為一體，以大容量交叉矩陣和IP包為內(nèi)核，在用戶接口UNI側(cè)提供GPON接口，以實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)接入。ONU提供UNI側(cè)多業(yè)務(wù)接入能力以實(shí)現(xiàn)三網(wǎng)合一的接入。

1.2 特點(diǎn)

　　GPON技術(shù)具備如下特點(diǎn)^[4]：

　　(1)業(yè)務(wù)支撐能力較強(qiáng)。GPON同時(shí)承載ATM信元與GEM，實(shí)現(xiàn)了靈活地幀封裝協(xié)議，無需通過協(xié)議轉(zhuǎn)換即可實(shí)現(xiàn)多業(yè)務(wù)通用映射，封裝率可達(dá)94%。

　　(2)足夠的帶寬與覆蓋范圍。GPON下行速率可達(dá)2.5Gbit/s，且在其他PON技術(shù)上拓展了帶寬，具備滿足更多業(yè)務(wù)性能的特點(diǎn)。GPON實(shí)際覆蓋范圍高達(dá)20km以上。

　　(3)帶寬靈活分配?；贒BA算法，GPON具備保證多業(yè)務(wù)進(jìn)行的靈活的帶寬分配能力。

　　(4)同步性能較優(yōu)。ONU較易獲取同步信息，可以有效地支持實(shí)時(shí)TDM業(yè)務(wù)，同時(shí)具備延時(shí)與抖動性能。

　　(5)設(shè)備成本較高。GPON具備多種優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也增加了設(shè)備與技術(shù)的復(fù)雜程度，增加了設(shè)備成本。

1.3 優(yōu)勢

　　APON是單點(diǎn)到多點(diǎn)的無源光網(wǎng)絡(luò)，EPON是FTTx中主流的無源光接入技術(shù)，通過GPON與他們的特性對比，分析GPON在通信領(lǐng)域的優(yōu)勢^[5]。

　　對比可知，GPON具備較高的上行速率、下行速率，最大覆蓋范圍的理論值較高，同時(shí)可以承載多種業(yè)務(wù)類型。

2 GPON技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)流程

　　GPON采用單點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，常用樹型與星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2.1 GPON系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　針對GPON系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需要考慮以下原則：

　　(1)恰當(dāng)考慮綜合因素，適當(dāng)選擇網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)^[6]。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)選擇時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮用戶分布和密度情況，綜合比較用戶業(yè)務(wù)需求，同時(shí)不能忽視現(xiàn)有環(huán)境因素。

　　(2)充分考慮經(jīng)濟(jì)因素，最大程度降低故障風(fēng)險(xiǎn)。將光分路器靠近用戶側(cè)有助于減少主干光纜芯數(shù)，可以節(jié)約經(jīng)濟(jì)成本。分光級數(shù)增加會導(dǎo)致故障風(fēng)險(xiǎn)增加，難以進(jìn)行維護(hù)，因此，分光級別盡量采用一級分光。

　　(3)合理考慮利用率，盡量選擇均勻分光。進(jìn)行光分路器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮利用率，盡量降低分支空余發(fā)生。采用均勻分光，有助于使各個(gè)分支均滿足傳輸損耗要求。

2.2 OLT設(shè)置

　　OLT采用模塊化設(shè)計(jì)，上聯(lián)通GE/FE接口實(shí)現(xiàn)，如果業(yè)務(wù)需求量大可多置GE口，F(xiàn)E口常采用配置光口或電口的BRAS/SR的側(cè)端口類型。

2.3 ODN設(shè)置

　　ODN作為連接OLT與ONU的傳輸媒介，位于OLT與ONU之間。ODN包括光纜、無源器件及其他線路輔助設(shè)施，進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，需要考慮相關(guān)環(huán)境因素，由于分光器增多將會導(dǎo)致ODN網(wǎng)絡(luò)跳接點(diǎn)增多。因此，盡量采用一級分光。

2.4 ONU設(shè)備

　　根據(jù)不同的用戶側(cè)需求，選擇恰當(dāng)?shù)腛NU以滿足不同的應(yīng)用場景及用戶需要。ONU上行方向通過ODN與所提供光口連接至OLT，下行方向根據(jù)實(shí)際情況選擇ONU類型。

3 GPON接入網(wǎng)工程分析

　　本部分以對一小區(qū)進(jìn)行實(shí)際接入網(wǎng)設(shè)計(jì)為例，分析GPON技術(shù)的應(yīng)用情況及效果。

3.1 工程方案設(shè)計(jì)

　　本工程基于GPON技術(shù)設(shè)計(jì)某小區(qū)的接入網(wǎng)。工程規(guī)模如表2所示。

　　因本工程目的為解決該小區(qū)接入網(wǎng)工程，居民住宅具備密集型特點(diǎn)，因此，該GPON采用樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)建設(shè)方案如下：

　　(1)首先選取一臺支持8端口的GPON與一臺支持GPON業(yè)務(wù)的OLT設(shè)備，其中GPON的分光比為1:32;

　　(2)使用一級分光器完成接入過程;

　　(3)在分光器上分別鋪設(shè)光纜到各單元機(jī)柜的ONU上;

　　(4)將OLT置于機(jī)房中，根據(jù)“大容量、少局點(diǎn)”的部署原則，選擇大容量的OLT，將其部署至現(xiàn)有機(jī)房中;

　　(5)選擇具備標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化設(shè)計(jì)的ODN，以達(dá)到具備較易替換與便于維護(hù)的目的;

　　(6)基于FTTB模式下的ONU為多住戶單元型ONU，具備多個(gè)用戶側(cè)，可提供多業(yè)務(wù)接入功能。

3.2 結(jié)果分析

　　GPON的下行帶寬為2488Mbps，開銷占用128Mbps，獲得可用帶寬2360Mbps。通過測試，獲取本案例中各個(gè)業(yè)務(wù)所需帶寬如表3所示。

　　計(jì)算單個(gè)系統(tǒng)帶寬=Σ所有業(yè)務(wù)(業(yè)務(wù)分配帶寬×業(yè)務(wù)用戶比率X并發(fā)比X流量占空LL)×總用戶數(shù)/帶寬冗余系數(shù)。

　　所以，該小區(qū)帶寬=3×100%×50%×30%+3×100%×50%×30%+8×50%×50%=2.9M，GPON系統(tǒng)內(nèi)冗余系數(shù)取85%，則N×2.9M/85%<2360M，可知，單個(gè)PON系統(tǒng)最大可容納用戶數(shù)為5817，該數(shù)值完全滿足一個(gè)小區(qū)的用戶需求。

3.3 工程涉及問題

　　除了做好工程設(shè)計(jì)工作，以下問題也需要注意：

　　(1)注意設(shè)備防雷工作。為了確保工程順利實(shí)施及后期運(yùn)作安全，應(yīng)該做好防雷接地工作。

　　(2)注意環(huán)境保護(hù)工作。用戶接入網(wǎng)屬于重要的工程項(xiàng)目，涉及范圍較廣，應(yīng)該注意在施工過程中盡量避免造成環(huán)境污染。

　　(3)注意設(shè)備使用率。為了嚴(yán)格控制設(shè)備能耗，需要在保證設(shè)備利用率的前提下，提高軟件性能，盡力不放棄舊設(shè)備。

4 結(jié)束語

　　用戶接入網(wǎng)工程屬于常見的通信工程，為用戶提供服務(wù)，滿足用戶日常生活需要。本文通過GPON技術(shù)與其他技術(shù)的對比，分析討論了該技術(shù)的先進(jìn)性，并以實(shí)際案例證明GPON技術(shù)具備較高的帶寬，可以滿足不同的業(yè)務(wù)需求，并指出進(jìn)行用戶接入網(wǎng)工程時(shí)的注意事項(xiàng)。隨著GPON技術(shù)的發(fā)展，可以針對降低價(jià)格以獲取更好的經(jīng)濟(jì)性方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以擴(kuò)大GPON技術(shù)的應(yīng)用范圍。

參考文獻(xiàn)：

　　[1]趙煜.基于GPON技術(shù)的接入網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究[D].北京郵電大學(xué), 2010.

　　[2]張超一,苗建松.EPON與GPON的融合接入方案[J].光通信技術(shù), 2010, 33(11).

　　[3]曹暢,張永軍,張杰,等.基于GPON原理的城域傳送體系研究[J].電信科學(xué), 2011, 27(10):57-63.

　　[4]張娜.基于GPON的無線接入網(wǎng)資源分配新機(jī)制及算法[J].光通信技術(shù), 2015, 39(10).

　　[5]陳福都,李維民,張麗娟.GPON技術(shù)新進(jìn)展及發(fā)展趨勢探討[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2007,30(5):72-74.

　　[6]楊泛舟,楊小帆.一種從PON到下一代GPON的升級方案[J].光通信技術(shù),2012,36(05):10-12.

本文來源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第9期第55頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。