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        GPON向XGPON1演進(jìn)探討

        2016-10-11 03:00:08黃湧梅毛宇
        廣東通信技術(shù) 2016年6期
        關(guān)鍵詞:現(xiàn)網(wǎng)寬帶接入端口

        [黃湧梅 毛宇]

        GPON向XGPON1演進(jìn)探討

        [黃湧梅 毛宇]

        隨著百兆和4K業(yè)務(wù)的推進(jìn),高帶寬業(yè)務(wù)的接入需求日益加大,現(xiàn)有的寬帶接入網(wǎng)絡(luò)在支持上將會(huì)帶來(lái)瓶頸。為了做好平滑演進(jìn)的措施,對(duì)GPON網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)方案進(jìn)行對(duì)比分析,提出推進(jìn)的建議。

        升級(jí)方案 WDM1r 寬帶業(yè)務(wù)

        黃湧梅

        畢業(yè)于重慶郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè),現(xiàn)任職于中國(guó)電信股份有限公司廣東研究院,主要從事寬帶接入網(wǎng)規(guī)劃及研究工作。

        毛宇

        畢業(yè)于南京郵電大學(xué)通信工程專業(yè),現(xiàn)任職于中國(guó)電信股份有限公司廣東研究院,主要從事寬帶接入網(wǎng)規(guī)劃及研究工作。

        1 寬帶業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢(shì)

        隨著寬帶中國(guó)戰(zhàn)略的推進(jìn),光纖接入已經(jīng)成為我國(guó)固定寬帶接入的主要接入方式,中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)移動(dòng)等三大電信運(yùn)營(yíng)商基于無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建的光纖到戶網(wǎng)絡(luò),已經(jīng)可以為用戶普遍提供20M~100M的寬帶接入業(yè)務(wù)。以中國(guó)電信為例,到2016年1季度末,開(kāi)通50M及以上業(yè)務(wù)的用戶達(dá)到3200萬(wàn),占總寬帶用戶的24%,較2015年同期凈增400萬(wàn),占比提高4%;而在2016年1季度新入網(wǎng)用戶中,光纖接入用戶占比達(dá)到82%。

        根據(jù)寬帶發(fā)展聯(lián)盟發(fā)布的第10期《中國(guó)寬帶速率狀況報(bào)告》(2015年第四季度),報(bào)告顯示2015年第四季度,我國(guó)固定寬帶網(wǎng)絡(luò)下載速率達(dá)到8.34Mbit/s,這也是我國(guó)寬帶下載速率首次突破8Mbit/s。而其中在視頻下載速率方面,全國(guó)平均視頻下載速率為6.86Mbit/s,同比增長(zhǎng)71%,同樣實(shí)現(xiàn)了大幅增長(zhǎng)。

        視頻業(yè)務(wù)已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)上最主要的流量來(lái)源。隨著4K電視及內(nèi)容的普及,視頻體驗(yàn)將不斷提升,4K業(yè)務(wù)的高速發(fā)展將引領(lǐng)互聯(lián)網(wǎng)流量爆炸性增長(zhǎng)。相對(duì)于標(biāo)清、高清視頻業(yè)務(wù),4K視頻業(yè)務(wù)要求用戶的接入帶寬不低于45Mbit/s,對(duì)城域網(wǎng)的時(shí)延、對(duì)包等指標(biāo)的要求也更高,如時(shí)延<25ms、丟包率<0.01%。另一方面,隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日趨激烈,寬帶提速降費(fèi)也成為各運(yùn)營(yíng)商爭(zhēng)取用戶、提高市場(chǎng)份額的主要手段,50M、100M寬帶接入業(yè)務(wù)價(jià)格將進(jìn)一步下降,寬帶接入速率也會(huì)快速提升,中國(guó)電信在上海、江蘇、廣東、四川等光接入網(wǎng)發(fā)達(dá)的省份已經(jīng)開(kāi)始向用戶提供200M~1000M的寬帶接入業(yè)務(wù)。

        按照目前的發(fā)展趨勢(shì),未來(lái)2-3年內(nèi)100M寬帶接入業(yè)務(wù)將取代4M~8M成為我國(guó)主流寬帶接入速率。在此形勢(shì)下,下行速率以GE、2.5G的現(xiàn)網(wǎng)主流EPON和GPON技術(shù)將出現(xiàn)帶寬不足的問(wèn)題,必然要求運(yùn)營(yíng)商的光纖接入網(wǎng)向更高速率的光接入技術(shù)演進(jìn)。

        2 下一代PON接入技術(shù)發(fā)展情況

        按照ITU-T和IEEE的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)路線,EPON、GPON分別向10G EPON和XGPON1演進(jìn),下行方向提供10G的接入帶寬。

        10G EPON標(biāo)準(zhǔn)在2009年 9月 發(fā) 布, 10G EPON與EPON的下行方向采用不同波長(zhǎng),上行方向通過(guò)時(shí)分復(fù)用方式采用相同(或重疊)波長(zhǎng),因此EPON的升級(jí)演進(jìn)只需將OLT的EPON端口更換為對(duì)稱/非對(duì)稱的10G EPON端口,用戶終端按需靈活選擇EPON 或10G EPON終端。目前10G EPON的對(duì)稱/非對(duì)稱標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)鏈均已成熟、已在現(xiàn)網(wǎng)有一定的商用規(guī)模,如圖1,圖2所示。

        圖1 10G EPON和EPON波長(zhǎng)分配

        圖2 10G EPON升級(jí)示意圖

        XGPON1標(biāo)準(zhǔn)在2010 年6月發(fā)布,XGPON1與GPON的上行波長(zhǎng)相互獨(dú)立,通過(guò)WDM1r合波共用ODN網(wǎng)絡(luò),共存網(wǎng)絡(luò)下用戶終端同樣可以根據(jù)具體的業(yè)務(wù)帶寬需求,靈活選擇GPON或XGPON1終端。目前來(lái)看XGPON1標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)鏈也基本成熟,但在國(guó)內(nèi)仍沒(méi)有商用案例。

        3 GPON向XGPON1 演進(jìn)的主要問(wèn)題

        實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試結(jié)果表明,除了ONU與OLT互通性外,目前XGPON1設(shè)備在功能和性能上已經(jīng)能夠滿足商用條件,但運(yùn)營(yíng)商對(duì)GPON向XGPON1升級(jí)尚還要考慮現(xiàn)網(wǎng)部署方案的可行性問(wèn)題,如圖3、圖4所示。

        圖3 XGPON1和GPON波長(zhǎng)分配

        與EPON升級(jí)10G EPON時(shí)采用OLT端口替換方式不同,GPON與XGPON1采用了完全不同的波長(zhǎng),現(xiàn)網(wǎng)GPON系統(tǒng)向XGPON1演進(jìn)時(shí)需要對(duì)ODN進(jìn)行改動(dòng),增加WDM1r器件,將GPON和XGPON1的波長(zhǎng)分配到不同PON設(shè)備端口。因此,GPON向XGPON1演進(jìn)時(shí),必須考慮以下問(wèn)題:

        (1)ODN插損增加對(duì)GPON系統(tǒng)的影響

        目前主流GPON設(shè)備采用的Class B+和Class C+光模塊允許的通道最大插損分別為28dB和32dB。XGPON1的N1和N2光模塊允許的通道最大插損分別為29dB和31dB,分別對(duì)應(yīng)GPON的Class B+和Class C+光模塊。

        圖4 XGPON1升級(jí)示意圖

        現(xiàn)有的GPON系統(tǒng)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),傳輸距離按照最壞值算法計(jì)算,且根據(jù)不同的傳輸距離留有線路維護(hù)余量。以中國(guó)電信的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《中國(guó)電信基于PON 的光纖接入工程設(shè)計(jì)規(guī)范》和《中國(guó)電信基于PON 的光纖接入工程施工和驗(yàn)收規(guī)范》為例,一般PON系統(tǒng)的維護(hù)余量在1-3dB之間。如表1所示。

        表1 不同傳輸距離的線路維護(hù)余量參考

        WDM1r器件(包括兩端的活動(dòng)連接器)的插損在1.5~2dB之間。對(duì)照表1,當(dāng)現(xiàn)有GPON系統(tǒng)的傳輸距離在5km以內(nèi)(線路維護(hù)余量取1dB進(jìn)行設(shè)計(jì)),且通道插損已達(dá)到GPON系統(tǒng)允許的最大插損時(shí),如果ODN中再增加WDM1r器件用于XGPON1升級(jí),則現(xiàn)有的GPON系統(tǒng)可能出現(xiàn)用戶帶寬下降、ONU無(wú)法注冊(cè)等情況,影響用戶使用。

        由于入戶光纜在用戶室內(nèi)會(huì)收到擠壓、微彎以及現(xiàn)場(chǎng)制作的活動(dòng)連接器質(zhì)量等情況,導(dǎo)致ODN插損遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值。以現(xiàn)網(wǎng)某小區(qū)對(duì)應(yīng)的同一臺(tái)OLT網(wǎng)管獲取的ONU光功率,可以看出同一ODN下的不同ONU與同一個(gè)PON口之間的光通道插損差距很大(網(wǎng)管讀取的光功率與實(shí)際光功率有2~3dB的誤差),如表2所示。

        表2 某OLT下帶ONU用戶光通道插損

        即使現(xiàn)有通道插損設(shè)計(jì)值遠(yuǎn)小于GPON系統(tǒng)的允許值,能夠滿足WDM1r器件帶來(lái)的2dB以內(nèi)的插損,也不能保證GPON系統(tǒng)升級(jí)時(shí)一定不會(huì)出現(xiàn)故障。

        因此,在GPON向XGPON1升級(jí)的過(guò)程中,必須關(guān)注并評(píng)估現(xiàn)網(wǎng)ODN的插損,才能決定是否采用外置WDM1r方式進(jìn)行升級(jí)。

        (2)WDM1r器件的形態(tài)、安裝和管理

        目前的GPON系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),并未預(yù)置WDM1r器件,因此需要在OLT機(jī)架或ODF機(jī)架上安裝WDM1r器件。目前WDM1r器件主要是盒式形態(tài),支持19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架安裝,通過(guò)跳纖與GPON、XGPON1端口連接,插損在1.5~2dB之間,如圖5所示。

        WDM1r器件也可以做成微型器件,安裝在ODF的熔纖盤(pán)內(nèi),可以減少兩次活動(dòng)連接,使通道插損減少0.6dB左右。

        無(wú)論WDM1r器件采用哪種方式,由于其對(duì)波長(zhǎng)的選擇性功能,資源管理系統(tǒng)必須能夠?qū)Χ俗舆M(jìn)行標(biāo)識(shí)和管理,這對(duì)資源管理系統(tǒng)提出了新的要求。

        圖5 某廠家WDM1r示意圖

        (3)GPON和XGPON1設(shè)備共存對(duì)機(jī)房空間的要求

        由于XGPON1的速率比GPON提高了4倍,對(duì)收發(fā)光模塊和外圍電路的要求更高,目前XGPON1的端口密度普遍為4PON口或8PON口/單板,比GPON的8PON口或16PON口/單板降低了50%。如果現(xiàn)網(wǎng)的GPON全部升級(jí)為XGPON1,XGPON1 OLT設(shè)備需要的機(jī)房空間是目前GPON OLT占用機(jī)房空間1~2倍,這也對(duì)日趨緊張的機(jī)房空間和電源提出了挑戰(zhàn)。

        4 GPON升級(jí)XGPON1 的解決方案

        為解決GPON向XGPON1升級(jí)過(guò)程中存在的ODN插損、WDM1r管理、機(jī)房空間需求等問(wèn)題,運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備廠商提出了多種解決方案。

        (1)方案一:XGPON1與GPON不同板卡,ODF或設(shè)備機(jī)架安裝外置WDM1r

        該升級(jí)方案是新建XGPON1板卡,并采用外置WDM1r器件與現(xiàn)有GPON系統(tǒng)共用ODN。由于WDM1r器件會(huì)增加ODN插損,在升級(jí)過(guò)程中可能影響現(xiàn)有GPON用戶;新增的XGPON1設(shè)備對(duì)機(jī)房空間需求是目前GPON設(shè)備的1~2倍。

        對(duì)于升級(jí)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題,可以通過(guò)以下手段解決:當(dāng)ODN插損增大影響GPON系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),將現(xiàn)有GPON光模塊替換為更高等級(jí)的光模塊;采用微型封裝WDM1r器件安裝于現(xiàn)有ODF的熔纖盤(pán)內(nèi),減少活動(dòng)鏈接降低插損;提高XGPON1端口密度,至少與現(xiàn)有GPON端口密度相當(dāng)。

        (2)方案二:XGPON1與GPON同板卡,采用跳纖式外置WDM1r器件

        新建的OLT板卡上XGPON1和GPON端口成對(duì)配置,替換原有的GPON端口,GPON和XGPON1之間采用跳纖連接,WDM1r器件封裝在跳纖內(nèi)。

        該方案通過(guò)新建XGPON1端口替換原有GPON端口,可解決ODN插損增加對(duì)原有GPON用戶的影響。但無(wú)法利用現(xiàn)有GPON設(shè)備資源,相當(dāng)于將現(xiàn)有GPON OLT全部替換,投資較高;另外該方案對(duì)機(jī)房空間的要求與方案一相當(dāng)。

        (3)方案三:采用XGPON1和GPON合一光模塊,WDM1r器件內(nèi)置于PON端口內(nèi)

        新建的XGPON1設(shè)備采用XGPON1和GPON合一光模塊,WDM1r器件內(nèi)置于PON端口內(nèi)。這個(gè)方案很好的解決了WDM1r器件外置增加ODN插損、WDM1r器件管理及機(jī)房空間占用的問(wèn)題。由于內(nèi)置了WDM1r器件,需要相應(yīng)提高GPON和XGPON1光模塊的發(fā)光功率和接收靈敏度,且較僅有XGPON1光模塊的端口增加了GPON光模塊,設(shè)備成本較高。

        對(duì)比以上3個(gè)方案,方案三可以較好地解決WDM1r器件增加ODN插損可能影響GPON業(yè)務(wù)、WDM1r器件建設(shè)和管理、機(jī)房空間需求大的問(wèn)題,是GPON運(yùn)營(yíng)商比較理想的解決方案。但是方案三目前仍然沒(méi)有成熟的商用光模塊和設(shè)備,且由于兩個(gè)光模塊集成將帶來(lái)的供電散熱、端口密度仍低于GPON設(shè)備等問(wèn)題,還需要等待產(chǎn)業(yè)鏈的進(jìn)一步成熟。

        10.3969/j.issn.1006-6403.2016.06.004

        (2016-04-26)

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