周生華

摘要:本文重點(diǎn)分析了寬帶點(diǎn)到點(diǎn)有源以太網(wǎng)光纖系統(tǒng)和寬帶點(diǎn)到多無(wú)源光纖系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用。最后提出我國(guó)光纖接入網(wǎng)的發(fā)展可能跨越APON、BPON和EPON階段,從寬帶點(diǎn)到點(diǎn)以太網(wǎng)光纖系統(tǒng)和GEPON開(kāi)始,乃至最終過(guò)渡到GPON階段的初步設(shè)想。

關(guān)鍵詞:光纖接入網(wǎng);發(fā)展

1 點(diǎn)到點(diǎn)有源以太網(wǎng)系統(tǒng)

由于計(jì)費(fèi)、質(zhì)量、管理、安全等多種因素,以太網(wǎng)作為公用網(wǎng)接入方式尚需進(jìn)一步改進(jìn)。

傳統(tǒng)以太網(wǎng)屬于用戶(hù)駐地網(wǎng)(cPN)。然而其應(yīng)用卻在向包括接入網(wǎng)在內(nèi)的其他公用網(wǎng)領(lǐng)域擴(kuò)展。歷史上,對(duì)于企事業(yè)用戶(hù)應(yīng)用環(huán)境,以太網(wǎng)技術(shù)一直是最流行的方法,目前已成為僅決于供電插口的第二大住宅和辦公室公用設(shè)施接口。采用以太網(wǎng)作為企事業(yè)用戶(hù)接入手段的主要原因是已有巨大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、目前所有流行的操作系統(tǒng)和應(yīng)用也都是與以太網(wǎng)兼容的、性能價(jià)格比好、可擴(kuò)展性、容易安裝開(kāi)通以及高可靠性等。

對(duì)于公用網(wǎng)住宅用戶(hù)應(yīng)用環(huán)境,點(diǎn)到點(diǎn)有源以太網(wǎng)系統(tǒng)采用有源業(yè)務(wù)集中點(diǎn)來(lái)替代無(wú)源點(diǎn)到多點(diǎn)系統(tǒng)的無(wú)源器件,使傳輸距離可以擴(kuò)展到1 20公里之遠(yuǎn)。主要優(yōu)點(diǎn)是專(zhuān)用接入,帶寬有保證,每用戶(hù)可以獨(dú)享100Mb/s乃至1dbs;局端設(shè)備簡(jiǎn)單便宜;傳輸距離長(zhǎng),服務(wù)區(qū)域大;成本隨用戶(hù)數(shù)的實(shí)際增長(zhǎng)而線性增加,無(wú)需規(guī)劃,投資風(fēng)險(xiǎn)低,因而在低密度用戶(hù)分散地區(qū)成本較低。缺點(diǎn)是兩端設(shè)備和光纖設(shè)施專(zhuān)用,用戶(hù)不能共享局端設(shè)備和光纖,當(dāng)需求快速增長(zhǎng)且用戶(hù)很密集時(shí),光纖和兩端設(shè)備數(shù)量及其成本以及空間需求也隨之迅速增加,因而不太適合高密集用戶(hù)區(qū)域。影響選擇以太網(wǎng)技術(shù)的另一個(gè)因素是傳統(tǒng)視頻業(yè)務(wù)的提供方式,例如美國(guó)地方貝爾公司都承諾提供傳統(tǒng)模擬RF視頻節(jié)目,而以太網(wǎng)和模擬視頻節(jié)目的混合是很困難的。這方面PON技術(shù)就比較容易。

由于計(jì)費(fèi)、質(zhì)量、管理、安全等多種因素,以太網(wǎng)作為公用網(wǎng)接入方式尚需進(jìn)一步改進(jìn)。主要是以太網(wǎng)技術(shù)的固有機(jī)制不提供端到端的包延時(shí)、包丟失率、帶寬控制,難以支持實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量,缺乏安全機(jī)制保證等。

2 點(diǎn)到多點(diǎn)無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

隨著IP的崛起和發(fā)展,有人提出了EPON的概念,這一思想在以太網(wǎng)界獲得到了積極響應(yīng),在IEEE 802.3ah的旗幟下已經(jīng)形成了GEPON標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PoN)是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò),其主要特點(diǎn)是在接入網(wǎng)中去掉了有源設(shè)備,從而避免了電磁干擾和雷電影響,減少了線路和外部設(shè)備的故障率,降低了相應(yīng)的運(yùn)維成本。其次,PON的業(yè)務(wù)透明性較好,帶寬寬,可適用于任何制式和速率的信號(hào),能比較經(jīng)濟(jì)地支持模擬廣播電視業(yè)務(wù),具備三重業(yè)務(wù)功能(triple-play)。最后,由于其局端設(shè)備和光纖由用戶(hù)共享,因而線路成本較其他點(diǎn)到點(diǎn)通信方式要低,土建成本也可以明顯降低。特別是隨著光纖向用戶(hù)日益推進(jìn),其綜合優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯。PON的每用戶(hù)成本隨著分享OLT的用戶(hù)數(shù)量的增加而迅速下降,因而最適合于分散的小企業(yè)和居民用戶(hù),特別是那些用戶(hù)區(qū)域較分散,而每一區(qū)域用戶(hù)又相對(duì)集中的小面積密集用戶(hù)地區(qū),尤其是新建區(qū)域。最后,考慮采用PON技術(shù)后比較容易繼續(xù)提供傳統(tǒng)的模擬視頻節(jié)目,因而,多數(shù)美國(guó)地方貝爾公司傾向于PON技術(shù),而不是光以太網(wǎng)技術(shù)。

PON的主要缺點(diǎn)是一次性投入成本較高,因?yàn)榫侄斯饩€路終端OLT很貴,光纖和分路器等無(wú)源基礎(chǔ)設(shè)施又必須一次到位,這樣當(dāng)用戶(hù)數(shù)較少或用戶(hù)分布超過(guò)某一限定距離時(shí),每用戶(hù)的成本很高。另外,其樹(shù)型分支拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用戶(hù)不具備保護(hù)功能或保護(hù)功能成本較高,影響了大規(guī)模發(fā)展。

2.2 APON和BPON

早期的窄帶無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)是基于TDM的,性能價(jià)格比不好,已經(jīng)自然消亡。一個(gè)ATM化的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(APON/BPON)可以利用ATM的集中和統(tǒng)計(jì)復(fù)用,再結(jié)合無(wú)源分路器對(duì)光纖和光線路終端的共享作用,使性能價(jià)格比有重要改進(jìn),目前在美國(guó)和日本等國(guó)已經(jīng)開(kāi)始商用。

然而,目前實(shí)際APON/BPON的業(yè)務(wù)適配提供很復(fù)雜,業(yè)務(wù)提供能力有限,數(shù)據(jù)傳送速率和效率不高,成本較高,其市場(chǎng)前景由于ATM的衰落而黯淡。最后,從長(zhǎng)遠(yuǎn)的業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)看,APON的可用帶寬仍然不夠。以FTTC為例,盡管典型主干下行速率可達(dá)622Mb/s,但由于分路后,實(shí)際可分到每個(gè)用戶(hù)的帶寬將大大減小。按32路計(jì)算,每一個(gè)分支的可用帶寬僅剩19.SMb/s,再按10個(gè)用戶(hù)共享,則每個(gè)用戶(hù)僅能分得約2Mb/s的帶寬而已。顯然,這樣的性能價(jià)格比是無(wú)法滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展需要的。

2.3 EPON/GEPON

隨著IP的崛起和發(fā)展,有人提出了EPON的概念,即在與APON和BPON類(lèi)似的結(jié)構(gòu)和O.983的基礎(chǔ)上,設(shè)法保留其精華部分-物理層PON;而以以太網(wǎng)代替ATM作為鏈路層協(xié)議,構(gòu)成一個(gè)可以提供更大帶寬、更低成本和更寬業(yè)務(wù)能力的新的結(jié)合體-EPON。這一思想在以太網(wǎng)界獲得到了積極響應(yīng),在IEEE802。3ah的旗幟下已經(jīng)形成了GEPON標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際中,EPON和GEPON的基本差別就是標(biāo)準(zhǔn)化,前者往往指非標(biāo)設(shè)備,后者指符合IEEE 802.3ah,規(guī)范的設(shè)備。另外,GEPON的傳輸距離和分路比均比EPON有所減小。

EPON/GEPON與傳統(tǒng)點(diǎn)到點(diǎn)以太網(wǎng)主要不同處在于工作于點(diǎn)到多點(diǎn)通信方式。其下行方向工作于TDM方式,數(shù)據(jù)流以變長(zhǎng)以太幀方式廣播到ONU,每個(gè)ONU根據(jù)以太幀的MAC地址,決定取舍。上行方向工作于TDMA方式,來(lái)自不同時(shí)隙的ONU數(shù)據(jù)流匯聚到公共光纖設(shè)施和OLT。此外,傳統(tǒng)以太網(wǎng)工作于連續(xù)光傳輸模式,在收發(fā)兩個(gè)方向都是連續(xù)的比特流,因此收端的定時(shí)和判決容易實(shí)現(xiàn)。而EPON/GEPOkI的ONU上行比特流是輪流發(fā)送的突發(fā)數(shù)據(jù)包,OLT的接收定時(shí)恢復(fù)、判決門(mén)限設(shè)置、測(cè)距和延時(shí)補(bǔ)償比較復(fù)雜。

從EPON/GEPON的結(jié)構(gòu)上看,其關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是極大地簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)的多層重迭網(wǎng)結(jié)構(gòu),主要特點(diǎn)有:

——消除了ATM和SDH層,從而降低了初始成本和運(yùn)行成本; ——下行業(yè)務(wù)速率高達(dá)1Gb/s,允許支持更多用戶(hù),每一用戶(hù)的帶寬可以更高,并能提供視頻業(yè)務(wù)能力和較好的QOS——硬件簡(jiǎn)單,無(wú)須室外電子設(shè)備,使安裝部署工作得以簡(jiǎn)化; ——可以大量采用以太網(wǎng)技術(shù)成熟的芯片,實(shí)現(xiàn)較簡(jiǎn)單,成本低;——改進(jìn)了電路的靈活指配和業(yè)務(wù)的提供和重配置能力。

IEEE 802.3ah規(guī)范的GEPON技術(shù)的規(guī)范性好,上下行波長(zhǎng)是1310和1490nm,上下行速率為1.25Gb/s,傳輸距離是10/20km,分路比是16,主要業(yè)務(wù)是數(shù)據(jù)和語(yǔ)聲,增加一個(gè)1550nm電視廣播波長(zhǎng)后,成為語(yǔ)聲、數(shù)據(jù)和電視三合一的“triple-play”寬帶業(yè)務(wù)捆綁服務(wù),而這將是未來(lái)家庭業(yè)務(wù)的“殺手锏應(yīng)用”。

EPON/GEPON的主要缺點(diǎn)是效率低和難以支持以太網(wǎng)以外的業(yè)務(wù)。前者是由于采用8B/10B的線路編碼,引入20%的帶寬損失,再加上其他開(kāi)銷(xiāo),可用負(fù)荷僅50%左右,而APON和GPON都采用NRZ擾碼為線路碼,沒(méi)有帶寬損失。再加上承載層效率、傳輸匯聚層效率、業(yè)務(wù)適配效率等原因,使EPON/GEPON總的傳輸效率很低,大約僅為GPON的半。

2.4 GPON

由于三種PON的主要成本(約70%)都是光接口,因而其硬件成本理應(yīng)相差不多,但是由于實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的差別,目前GEPON的難度最小,成本最低。但就傳輸效率而言,則GPON無(wú)論在擾碼效率、傳輸匯聚層效率、承載協(xié)議效率和業(yè)務(wù)適配效率方面都是最高的,因此其總效率最高。例如假設(shè)TDM業(yè)務(wù)占10%,而數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)占90%,則GPON的總效率為94%,而APON和GEPON分別為72%和49%。

GPON和EPON/GEPON面臨的共同挑戰(zhàn)有:怎樣才能在Ethemet,/GFP上有玖承載TDM業(yè)務(wù)并能提供電信級(jí)的服務(wù)質(zhì)量;其次,由于GPON和EPON/GEPON是點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的星形或樹(shù)形網(wǎng)絡(luò),需要通過(guò)一個(gè)1+1并經(jīng)過(guò)不同路由的光網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)電信級(jí)的保護(hù)恢復(fù)要求,網(wǎng)絡(luò)成本將非常高;第三,目前GPON和EPON/GEPON設(shè)備成本主要受限于突發(fā)光發(fā)送/接收模塊以及核,心的控制模塊/芯片。這些模塊要么是技術(shù)不成熟無(wú)法商用,要么是價(jià)格昂貴還難以適應(yīng)市場(chǎng)需要;第四,GPON和EPON/GEPON的一次性投入成本較高,不太適合逐步投資擴(kuò)容的傳統(tǒng)電信建設(shè)模式,最適合完全新建或改建的密集用戶(hù)區(qū)域。

3 結(jié)束語(yǔ)

總的來(lái)看,光纖接入網(wǎng)代表了寬帶接入網(wǎng)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展方向,各種寬帶光纖接入網(wǎng)都有其最佳使用場(chǎng)合和時(shí)機(jī),寬帶點(diǎn)到點(diǎn)有源以太網(wǎng)光纖系統(tǒng)適合在低密度用戶(hù)分散地區(qū)應(yīng)用,寬帶點(diǎn)到多點(diǎn)無(wú)源光纖系統(tǒng)最適合新建或改建的密集用戶(hù)區(qū)應(yīng)用。我國(guó)的發(fā)展趨勢(shì)將可能跨越APON、BPON和EPON階段,從寬帶點(diǎn)到點(diǎn)以太網(wǎng)光纖系統(tǒng)和GEPON開(kāi)始,乃至較快地過(guò)渡到GPON階段。