摘 要:無源光網絡一直被認為是光接入網中頗具應用前景的技術，它打破了傳統(tǒng)的點到點接入方法，在解決寬帶接入問題上是一種經濟的、面向未來多業(yè)務的用戶接入技術。目前用于寬帶接入的PON技術主要有ATM PON、Ethernet PON、和GPON。隨著因特網的快速發(fā)展和以太網的大量使用，針對APON標準過于復雜、在傳送以太網和IP數據業(yè)務時效率低和EPON無法對傳送實時業(yè)務提供高質量保證、缺乏電信級的網絡監(jiān)控等缺陷，由FSAN組織在2002年9月提出了具有高速率、高效率、支持多業(yè)務傳輸的吉比特無源光網絡GPON。伴隨著通信業(yè)務形式的改變，用戶對整個通信網絡的要求越來越高。作為最新技術的GPON能比較好地滿足接入網的要求，有望成為下一代網絡系統(tǒng)的主要接入技術。

關鍵詞:GPON; 移動通信; 接入網; GFP

中圖分類號:TN915文獻標識碼:A

文章編號:1004-373X(2010)15-0077-03

Research of GPON Technology in Mobile Network

LI Li1， ZHANG He1，WU Yao2， XIE Yu1， LI Ling1

(1.Southwest Petroleum University， Chengdu 610500， China; 2.Material Management Center of Western Drilling Company， Urumqi， 830026， China)

Abstract: The passive optical network is known as the technology of possessing bright application prospect in the optical access network， which has broken the traditional point to point access method. The currently used broadband access technologies of PON includes ATM PON， Ethernet PON and GPON. With the rapid development of Internet and the extensive use of Ethernet， since APON criteria is too complex， the transmission efficiency of Ethernet or IP data is low， and EPON is unable to transmit real-time business with high-quality assurance and lacks the network defects monitoring， FASN organization in September 2002 proposed the high-speed ande high-efficiency Gigabit passive optical network(GPON) supporting the multi-service transmission. Accompanied with the changes in the form of communication services， the requirement of the users becomes increasingly high for the communication networks. GPON as the latest technology can meet the requirements of the access network and is expected to become a major access technology of the next-generation networks.

Keywords: GPON; mobile communication; access network; GFP

收稿日期:2010-03-24

0 引 言

GPON技術特征主要體現在傳輸匯聚層，很多GPON技術都是在傳輸匯聚層實現的，如測距、上行時隙分配、帶寬分配、安全保障等。盡管GPON在這些PON的基本問題也有其特點，但其傳輸匯聚層的最大特色是采用了全新的傳輸匯聚層協(xié)議——GFP技術。

從GPON的技術特點可以看出，相對于其他PON系統(tǒng)，GPON的高帶寬，對TDM業(yè)務天然的支持能力，QoS保證的全業(yè)務接入，強大的OAM能力，電信級的管理平臺都為其在接入網的大范圍應用提供了堅實的基礎。目前隨著數據業(yè)務的飛速發(fā)展，數據接入的可移動性要求不斷突現，支持高帶寬可移動無線數據接入的3G部署已經成為不可扭轉的進程。因此，有必要探究GPON在3G接入中的應用，從而為實現GPON在整體接入網絡中的大范圍覆蓋提供堅實的依據。

1 GPON的新技術[1-2]

GFP是一種新型的數據鏈路成幀協(xié)議，針對基于位同步傳輸信道的塊狀編碼或面向分組的數據流，GFP使用以頭錯誤校驗(Head Error Check，HEC)為基礎的自描述技術，通過兩字節(jié)的凈負荷長度和兩字節(jié)的頭錯誤校驗來確定幀邊界。同時，GFP通過兩種傳輸模式:Frame-Mapped GFP(幀映射GFP)和Transparent-Mapped GFP(透明映射GFP)來提供多種業(yè)務的接口。

圖1給出了GFP的幀結構，GFP幀頭(Core Header)也稱幀頭核和GFP凈負荷區(qū)(GFP Payload Area)兩部分。GFP幀頭包括幀長度標識(Payload Length Indicator，PLI)和幀頭錯誤校驗(core HEC，cHEC)。PLI為2 B，標明幀的凈負荷長度cHEC也為2 B，它采用CRC-16的檢錯方法給幀頭提供保護。GFP通過計算接收到數據的幀頭錯誤校驗值與數據本身比較來實現幀的定位，通過PLI知道幀的長度，這樣就可迅速、直接地把凈負荷從GFP幀中提取出來。

GFP凈負荷區(qū)包括:凈負荷頭(Payload Header)、凈負荷(Payload)和凈負荷的幀校驗序列(Payload FCS)三部分，而凈負荷頭包括:凈負荷類型(Payload Type)、凈負荷類型的HEC(type HEC，tHEC)和GFP的擴展頭(extension Header)及其校驗(extension HEC，eHEC)三部分。

GFP有兩種用戶數據的封裝格式，一種是幀映射的GFP(GFP-F)，另一種是透明映射的GFP(GFP-T)。GFP-F把收到的以太網MAC幀、IP/PPP數據幀完整地封裝進它的凈負荷區(qū)。而GFP-T則主要傳輸對時延要求非常嚴格的8 b/10 b塊狀編碼的用戶信號，需要對這些塊狀編碼信號處理后再放進GFP幀中。GEP-T幀結構與GFP-F類似，但它的處理過程比GFP-F復雜得多。首先用戶數據的解碼，將用戶的8 b/10 b線路碼的數據信息由10 b的字符轉換成原始的8 b數據值;然后，把解碼后的8 b數據映射到64 b/65 b塊中，其中包括1 b標志位，其值為0表明這個65 b塊全為數據碼，為1則表明至少有1 B的控制碼;最后，把8個65 b的塊合成一個超級塊，同時把各個標志位按順序放在超級塊的尾部，然后產生一個CRC-16檢驗碼放在其后以保證超級塊的完整性，把N個超級塊合在一起，加上幀頭和凈負荷頭，就形成了一個GFP-T幀。

圖1 GFP幀格式

FSAN雖然選擇PMF-TC作為GPON TC子層的基線建議，考慮到多路復用的方便，沒有選擇GFP作為TC層的適配協(xié)議，而是定義了專有的適配協(xié)議，稱為GEM(GPON Encapsulation Method)。從幀結構的角度看，GEM與GFP是相似的，對高層PDU的封裝兩者也相似，但GEM不支持透明傳輸模式，其頭部與GFP也不相同。

GEM幀結構如圖2所示，由GEM幀頭和凈荷域兩部分組成。由PLI(凈負荷長度指示)、Port ID(端口ID)、PTI(凈負荷類型指示)和HEC(頭差錯校驗)組成。PLI指示的是頭部后面的凈負荷域的長度為L字節(jié)，長度為12 b，最多指示到4 095 B，所以大于這個值的用戶數據幀必須要采用分機制傳送。12 b的Port ID可以提供4 096不同的端口，用于支持多端口復用，相當于APON中的VPI。

圖2 GEM幀結構

2 GPON在移動網絡中的應用[3-6]

第三代移動通信系統(tǒng)(簡稱3G)是在第二代移動通信技術(2G)基礎上進一步演進的以寬帶CDMA技術為主的，并能同時提供語音數據綜合服務和移動多媒體服務的移動通信系統(tǒng)。國際電信聯盟(ITU)目前一共確定了四大3G標準，它們分別是由歐洲主導的WCDMA標準、由美國高通公司主導的CDMA2000標準、由中國主導的TD-SCDMA標準和WiMAX標準。其中WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA的主要區(qū)別在空中接口部分，其余部分的網絡邏輯構架基本一致。

目前國內運營商，都建設有自己的城域網包括SDH和IP網絡。數據業(yè)務的飛速發(fā)展，數據接入的可移動性要求不斷突現。傳統(tǒng)基站傳輸網的建設方案采用E1和ATM STM-1接口混用。BSC提供ATM的STM-1接口而BTS提供IMA E1接口，則BSC只需提供少量接口，BTS只需提供E1接口，使網絡變得簡潔實用。

這個方案是目前運營商普遍接受的方式，如圖3所示。采用這種方法面臨了在BSC與BTS間必須進行ATM信號的處理，實現E1到ATM STM-1間的轉換。一種方法是在BSC側進行處理，在BSC處提供一個ATM交換機，E1在ATM交換機上終結，并提供STM-1信號進入BSC。但是這種方式需要獨立的ATM設備，使BSC與BTS間存在TDM傳輸層和ATM處理層，需要提供獨立的ATM網管系統(tǒng)，ATM設備與傳輸設備間大量的E1/STM-1連接，并且無法解決傳輸帶寬的統(tǒng)計復用問題。而ATM交換機本身價格較高，加上大量的E1連接和預留接口，使整個方案變得十分昂貴而難以實施。

圖3 現有網絡傳輸方式

而GPON和MSTP的產品都提供多種業(yè)務接口和處理能力，靈活地支持ATM，IP，TDM業(yè)務，可以解決ATM和E1轉換所帶來的問題，在實現強大的多業(yè)務傳輸能力的同時，極大地提高了設備集成度，具有很好的性能價格比，GPON對3G基站接入示意圖如圖4所示。

圖4 GPON對3G基站接入示意圖

3 GPOM應用于3G傳輸的優(yōu)缺點

GPON應用于3G基站傳輸，與傳統(tǒng)的傳輸技術相比較，有很多明顯優(yōu)勢[7-10]:

(1) 3G基站業(yè)務傳輸的接口類型為1~4個E1或FE接口。采用GPON作為移動基站與控制系統(tǒng)之間的傳輸系統(tǒng)，一方面可以在基站側提供多業(yè)務的接入，除了基站本身傳輸需要的E1鏈路，而且可以提供數據IP接口，為移動運營商發(fā)展基站周邊的其他數據以及固定電話用戶提供了傳輸基礎;另一方面，在3G移動通信中，數據業(yè)務的比例越來越高，需要的鏈路資源也越來越多，越來越靈活，GPON可以在單芯光纖上提供多條E1和IP數據接口，完全滿足傳輸需要。

(2) 從接入網光纜結構看，GPON系統(tǒng)從出局的單芯光纖，最后可分支到32/64個終端ONU，并采用波分復用的技術上下行業(yè)務公用一根光纖，極大節(jié)省了資源。光纖考慮備份只需要2根光纖，而MSTP接入環(huán)至少要4根光纖，PDH則一個接入點至少一對光纖。傳輸帶寬GPON>MSTP接入環(huán)>PDH，光纖資源消耗則GPON相對較少。

(3) GPON的投資成本與MSTP相比較，ONU與MSTP接入設備價格相當接近，局端則要增加一臺較昂貴的OLT設備。但從長遠角度考慮，MSTP設備價格已經沒有下降的空間，而GPON系統(tǒng)隨著產品的不斷成熟，芯片集成度的提高及應用規(guī)模的擴大，價格下降空間非常大。再考慮到GPON的高帶寬及節(jié)省光纖管道資源，GPON的性價比遠高于MSTP技術。

當然，GPON主要定位是在接入層的應用，在傳輸上與MSTP相比，存在明顯的劣勢[7-10]:

首先在傳輸保護方面，GPON的保護機制比MSTP要簡單得多，保護效果也不如MSTP好;目前發(fā)展得還不完善，因此，單純依靠GPON進行保護，可靠度低。其次GPON采用無源光分配網，覆蓋距離有一定的限制，這方面MSTP接入環(huán)的隨意度要大得多。在網絡融合方面，運營商在骨干、匯聚層均采用了MSTP的傳輸網絡，在接入層若采用同樣的MSTP技術，在集中網管、方便維護調度、降低維護成本方面具有積極的意義。此外，GPON標準復雜，開發(fā)較晚，技術沒有MSTP成熟，產品廠家提供少，GPON不具備大規(guī)模使用的條件。

4 結 語

GPON無源光網絡具有高帶寬、QoS的全業(yè)務接入、支持TDM業(yè)務、簡單高效的適配裝置和強大的OAM能力等優(yōu)點，被認為是實現接入網綜合化、寬帶化的理想技術。由于GPON目前主要用于FTTH和無線通信基站的回程連接，在我國大面積部署FTTH的時機還沒有來到。因此建議運營商不妨對GPON做可小規(guī)模部署試驗，一方面等待GPON產品價格繼續(xù)下降，另一方面看是否有新技術出現。目前許多運營商仍認為GPON相關芯片、組件與設備的價格仍屬偏高，尤其是OLT(光終端設備)端的價格仍相當貴。價格確實是左右運營商是否會采用GPON技術的關鍵，但隨著傳輸內容多樣性、復雜性不斷提升，帶寬的需求將越發(fā)激烈下，GPON的價格可相對降低，將會大大促進運營商采用GPON的接入技術。

參考文獻

[1]李濤，范忠禮，張旭蘋.GPON及其關鍵技術:通用成幀協(xié)議研究[J].數字通信世界，2005(4):56-59.

[2]趙曉蘊，陳雪.GPON的關鍵技術:傳輸匯聚層GEM[J].電信網技術，2004(11):10-14.

[3]李轉年.接入網技術與系統(tǒng)[M].北京:北京郵電大學出版社，2003.

[4]郭世滿，馬蘊穎，郭蘇寧.寬帶接入技術及應用[M].北京:北京郵電大學出版社，2006.

[5]原榮.寬帶光接入網[M].北京:電子工業(yè)出版社，2003.

[6]周承剛，朱百生，周鈾，等.寬帶城域光纖網絡技術[M].北京:科學出版社，2004.

[7]袁飛.MSTP的應用與發(fā)展[J].中興通訊技術，2005(6):9-11.

[8]左建，任艷，陸立.EPON還是GPON:FTTH的技術選擇[J].電信科學，2006(10):20-23.

[9]王可.EPON，GPON最后一公里誰離中國家庭更近?[J].現代傳輸，2006(5):51-52.

[10]熊華平，曹明翠，羅志祥，等.GPON:新一代寬帶光接入網[J].光通信技術，2003(11):8-10.