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PON技术在FTTH中的应用分析

上传者:刘永坦
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上传时间:2015-05-10
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PON技术在FTTH中的应用分析

P0N

在FTTH

余伟华

(南京邮电大学南京210003)

摘要随着IPrv、VOD、视频会议、VolP等新兴网络业务的兴起,目前流行的几种宽带接人技术如xDSL,Cable

Modem,LMDS将逐渐难已满足人们对带宽的需求。光纤到户(FrrH)是未来发展的目标,无源光网络(PON)则是实

现这一目标的一种理想技术。本文对APON、EPON和GPON三种技术的特点加以分析比较,探讨了基于PON技术

的兀TI’H技术在我国的应用与发展。关键词光纤到户

无源光网络ATM无源光纤网无源全光以太网吉比特无源光网络

引言

随着网络上业务地数字化发展以及各种不同

F1TH技术

兀TI、H(光纤到户)是一种光纤从通信局端一直

业务的出现,接入网的容量越来越满足不了人们的需要。因此,接人网技术已成为制约通信发展的瓶颈。

宽带接入网的技术实现手段有多种,包括铜线上的数字用户线(DSL)和以太网技术,同轴电缆上的混合光纤同轴(HFC)技术,光纤上的各种有源、无源技术和无线上的宽带接入技术等。随着光纤在

长途网、城域网乃至接入网主干段的大量应用,光

延伸至用户家庭的宽带光接入方式,在这种接人方式下,每个用户家庭独享一根光纤分支,多个用户的信号通过有源或无源汇聚点至局端。兀TH的接人方式主要分为有源光网络(AON)和无源光网络

(PON)。

在有源光网络中,光接人中间需要信号的光电转换,是一种点到点的接人方式,因此从局端到每一个用户均需要一根光纤,配线点比较集中,通常在小区的机房。上下行的带宽通常比较高,一般可提供双向lOOMbiffs甚至lGbit/s的高带宽接人。维护管理比较方面,是一种产品成熟,结构简单,安全性好的接人技术。

但是这种接人方式也存在很大的缺陷。其两端设备和光纤设施专用,用户不能共享局端设备和光纤,扩容时成本比较高;另外,有源以太网要求多点供电和备用电源,增加了供电和网管的复杂性;第三、有源以太网并没有一个统一的标准,解决方案

纤到户(兀TH)成为了一种趋势。无源光网络(PON)因其系统可靠性高,维护成本低,业务透明性较好等优点成为兀TrH发展的一种重要技术。把PON与各种不同的技术相结合形成了三种不同的技术标准:APON、EPON、GPON。

本文从兀TH谈起,对无源光网络(PON)以及现在世界上的三种主要PON网络:APON、EPON以及GPON的显著特点以及它们之间的差异进行了比较分析,展望了它们的应用前景。

18

万方数据 

CHINANEWTELECOMMUNICATIONSSep招mber2008

兼容性不高。因此一般是作为一种过渡的技术。

在无源光网络中,信号在传送过程中无需经过光电的转换,以全光的方式实现接人,是一种点到多点的接人方式。目前已经应用或处于试验阶段的PON技术有许多种,根据不同的数据链路层技术和物理层技术的结合可分为:ATM+PON形成APON、Ethernet+PON形成了EPON、ATM/GEM+PON形成

了GPON。

发布了G.983系列APON标准,2001年底,FSAN联

盟把AOPN更改为BPON。APON网络拓扑结构主要

是星形,双向传输方式一般采用双纤空分复用(SDM)方式,也有基于单纤波分复用(WDM)方式。点到多点传播采用下行TDM方式、上行TDMA方式。APON的传输速率是下行为622Mbit/s或155Mbit/s、上行为155Mbit/s,最大传输距离为20km。APON综合了ATM技术和PON技术,具有提供所有种类和各种速率的业务接人的能力和QoS机制,能满足不同用户的需要;并动态分配带宽,带宽可统计复用,带宽利用率较高,而且还具有良好的业务可扩展性。

但是APON的业务适配提供很复杂,业务提供能力有限,数据传送速率和效率不高,成本较高;其次APON的可用带宽仍然不够,因此,随着以太网技术的异军突起,APON技术一直没有得到大规模

应用。

无源光网络由光线路终端(0LT)、光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)组成。一般PON的下行采用TDM广播方式、上行采用TDMA(时分多址)方式,可以灵活地组成树型、星型、总线型等拓扑结构。OLT是接入网的网络侧的主要部件,常位于局端,是nTI、H系统的核心。ONT主要位于用户端,ONT通过光纤与OLT互联,而且连接线路中不存在有源部件。单一的一个ONT可以作为接人点为一个用户(光纤到户)或多个用户(光纤到街区或光纤到路边),分别可以放在用户楼宇或路边接入箱。目前无源光网络的拓扑结构如图1所示。

无源光网络在接入网中去掉了有源设备,降低了运维成本;其次、PON的业务透明性较好,带宽宽,能比较经济地支持模拟广播电视业务,具备三重业务功能;第三、其局端设备和光纤(从馈线段一直到引人线)由用户共享,成本比较低;最后、无源光网络的标准分为ITUFSAN(全业务接入网络)和IEEE两类,均可提供独立可行的单一兼容解决方案。但是PON一次性投入成本较高。

EPON技术

EPON(以太无源光网络)标准由IEEE的第一英

里以太网(EFM)工作组制定,是基于吉比特以太网

的无源光网络技术,采用点到多点结构、无源光纤传输方式,是几种最佳的技术和网络结构的结合。E—PON可提供上下行对称的1.25Gbit/s传输速率,支持最大传输距离为20km。由于EPON采用以太网帧的封装方式,非常适于承载IP业务,传输速率高,可扩展性强,适应宽带接入的IP化发展潮流,在宽带业务接人市场上具有广阔的应用前景。

EPON系统由OLT、ONU、ODN组成,一般采用树形和总线型的拓扑结构。ODN是光配线网,主要由一个或数个POS来连接OLT和ONU,它的功能是分

发下行数据并集中上行数据。OLT是一个交换机或路由器,也是一个多业务提供平台,提供面向无源光纤网络的光纤接口。OLT除了提供网络集中和接人的

功能外,还可以针对用户的QoS/SLA的

APON技术

1998年ITU—T以155Mbit/sATM技术为基础,

不同要求进行带宽分配,网络安全和管理配置。EPON中的ONU采用了技术成熟以太网络协议,在中带宽和高带宽的ONU中实现了成本低廉的以太网第二层或第三层交换功能。这种类型的ONU

图1无源光网络(PON)拓扑图

可以通过层叠来为多个最终用户提供相

内容需要下载文档才能查看

中国新通信200B.9万方数据 

当高的共享带宽。现阶段以太网协议使用得很广泛,因此在通信的过程中无需协议转换就可实现ONU对用户数据的透明传送。因此,在兀TI’H系统中,ONU可以不需要交换功能,在极低的成本下为终端用户分配所需的带宽。

EPON的工作原理是基于多点控制协议(MPCP)来解决OLT到ONU的点对多点(P2MP)连接的OAM。上传数据和下传数据的操作处理是不同的。下传数据(OLT到ONU)是广播式的,所以来自OLT的数据广播到所有的ONU,下传数据采用单一波长。ONU根据自己的ID选择性的接收数据。在上传数据时,所有ONU共享上传带宽,并采用不同于下传的另一波长。为避免数据碰撞,每个ONU都有OLT分配的对应时间段。ONU首先缓存终端用户的数据然唇根据自己的对应时间段以千兆的速率将数据传送到OLT。时间段的分配是根据REPORT/GATE机理实现的。ONU送一个REPORT信息到OLT,REPORT中包含ONU中缓存的数据包的时标(TimeStamp)和队列信息。OLT根据收到的TimeStamp计算传输的往返时间(R,丌),并根据所有ONU的队列状态决定带宽的分配。

带宽分配决定后,OLT即送GATE信息到ONU,GATE中包括TimeStamp,许可的开始时间(GrantStartTime),许可的时间段长度(GrantTimeSlotLength)。目标ONU根据收到的GrantTimeStamp刷新自己的时钟,并根据许可的开始时间在许可的时间长度段内发送数据包。在单一时间段内只允许传送完整的数据包,超长的数据包只能延迟在下一时间段内传送。

核心功能器件,OLT具有集中带宽分配、控制各光配线网(ODN)、实时监控、运行维护管理光网络系统的功能;ONU放在用户侧,为用户提供10/100Base—T、TI/E1和DS一3等应用接口,适配功能在具体实现中可以集成于ONU中;POS是一个连接OLT和ONU的无源设备,其功能是分发下行数据和集中上行数据。GPON中上下行数据工作于不同波长,下行数据采用广播方式发送,上行数据采用基于统计复用的时分多址方式接人。

GPON拥有高速宽带及高效率传输的特性。GPON采用全新的传输汇聚层协议即通用成帧协议(GFP),既实现了多种业务码流的通用成帧规程封装,又保持了G.983中与PON协议没有直接关系的许多功能特性。

GFP具有简单灵活的特点,尤其适用于在字节同步通信信道上传输块编码和面向分组的数据流,它成功吸收了ATM中基于帧描述的差错控制技术来适应固定或可变长度的数据业务。GFP不需要预先处理客户的字节流,不需要象8B/10B或64B/66B那样需要插入数据控制比特,也不需要高级数据链路控制(HDLC)帧结构中的标志符,它仅依赖于当前净荷的长度及帧边界的差错控制校验,有效地确认这两类信息并在GFP的帧头中传输是决定数据链路同步和进人下一帧字节的关键。为了方便地在同一时间内处理到达的随机字节块,GFP减少了对数据链路的映射和解映射的处理。通过使用具有低比特错误率的新型光纤来作为传输媒体,GFP进一步减少了接收端的逻辑处理,从而降低了运行的复杂性,使得GFP特别适用于点到点的SONET/SDH高速传输链路及OTN的波长信道。

GFP允许执行共存于同一传输信道中的多种传输模式。一种模式是帧映射GFP,这种模式适合于PPP、IP、多协议标签交换(MPLS)和以太网业务。另一种模式是透明映射GFP,它可用于对延迟敏感的存储域网,也可用于光纤信道、光纤互联(FICON)及企业系统互联(ESCON)业务。

/’7

GPON技术

2002年9月FASN联盟推出了吉比特无源光网

络(GPON)技术解决方案。目前,ITU—T已经通过了GPON的部分标准,主要包括G.984.x系列标准。它具有传输速率高、效率高,支持全业务的优点,支持不对称线路速率,并且能够提供明确的服务质量保证和服务级别。

GPON系统主要是由OLT、ONU和无源光分路器(POS)等构成。OLT位于局端,是整个GPON系统的核心部件,向上提供广域网接口(包括吉比特以太网、ATM和DS一3接口等),作为无源光网络系统的2D

6三种PON技术的性能分析

PON作为nTH的一种实现方式,它的三个同胞兄弟APON、EPON和GPON似乎从一开始就注定了要在竞争中不断完善和发展。下面从多个角度对

万方数据 

CHINANEWTELECOMMUNICATIONSSeptember2008

三种PON技术进行进一步分析比较。

从带宽可用效率看,APON和GPON的上下行信号的线路编码均采用比较简单经济的加扰非归零(NRZ)码,线路编码效率可达到100%,而EPON采用8B/10B的线路编码方式,引人20%的带宽损失,其带宽可用效率较低。

从支持的传输速率上比较,APON支持对称速率和非对称速率,GPON支持多种速率等级,也支持不对称速率,可以满足不同用户的需求。EPON只能支持1Gbit/s的单一速率。另外,EPON帧间隙较大,零碎时隙浪费等,也导致EPON的总效率较低。

从支持业务的能力方面看,APON支持多业务接入能力,EPON支持多业务接人能力,但TDM业务承载不成熟,GPON支持全业务接入。而且GPON采用GFP帧能对TDM语音业务提供直接支持,无论是低速的E1厂I’1还是高速的STMI/OC3,都能以它们的原有格式传输,这极大地减少了执行语音业务的时延及抖动,因此GPON对数据和语音业务的总体效率会比APON有所提高。

在协议方面,APON基于ATM协议,GPON采用GFP,EPON标准是以802.3体系结构为基础。因此EPON与GPON标准相比其协议分层更简单,系统实现更容易。鉴于目前以太网芯片的成熟性,其系统成本更低,对于接人网产品来讲这一特点使EPON产品比GPON产品更具有竞争力。

在安全性方面,三者都具有强大的OAM功能和可靠的QoS保证。由于GPON技术支持高级的封装标准(AES标准),即世界上最严密的加密算法,可防止下行方向数据被窃听的问题的其网络的安全性更强。因为GPON提供标准的ONT管理控制接口(OMCI),OMCI信道协议用来管理高层定义的业务,处理层次高,并开放性、可扩展的特性,因此其可靠性同样优于EPON。

从技术实现上看,EPON是基于以太网技术,技术门槛较低,核心芯片设计难度小。而GPON芯片功能复杂,难度较高。

由于自身技术特点的限制,APON基本退出了

参考

历史的舞台,究竟EPON和GPON哪个最终会得到广泛的应用,还要看它们未来各自的发展。特别是它们的建设成本、产生的效益以及未来网络的扩展。每用户的主要成本主要取决于ONT和OLT。各种PON系统的自身成本是相似或相近的,而这时效率就成了评价解决方案的主要因素。在同等传输速率条件下,由于带宽利用率高的优点,GPON系统比APON系统能拿出更多的带宽作为业务出售,产生更多的收益。而与EPON相比,随着ONT和OLT器件成本的进一步优化和网络部署的规模化,GPON与的E—PON成本将更加接近,而且GPON的成本最终将会比EPON更经济。GPON支持多种速率选择的优点则能够让运营商根据不同服务对象的实际需求灵活配置网络,避免带宽浪费,节省接入网建设资金。但是GPON支持厂家数量较少,还有待进一步的发展。

7结束语

在中国,当前网络上业务的数字化趋势越来越显著,人们对网络容量的需求也越来越大,预计未来十年,骨干网的容量将是现在的数十倍甚至上百倍。数字电视、视频会议、多媒体等综合业务也在迅猛地发展。而随着光器件、光交换技术的发展,光纤接入网正成为主要的发展方向。因此,兀TH正面临前所未有的机遇。因而,在单一平台上融合宽带数据、电话、电视等多种业务接人是兀TI’H的发展动力。

而随着PON技术的发展,其优势也必将越来越大,因此PON技术用于nTH是大势所趋,而EPON和GPON作为当前最受关注的,也是最有前途的两种技术必将共同推动兀TI’H的迅速发展。由于EPON技术是基于以太网协议的,设计简单,技术成熟度高,而且已经形成了产业化,成本也较低,所以近几年将会走在GPON的前面。但是GPON技术能融合传统的TDM业务,带宽利用率也比EPON高,因此随着GPON技术的逐渐成熟,将来可能会逐渐取代

EPON成为主流。

如对本文内容有任何观点或评论,请发E-mail至sjtx@21ca.com

文献

【1]1韦乐平.兀TH的技术特征与方案选择.电信科学,2005,21(8):1-5

【2]Flexlightnetworks.GPON—the

next

BigThing

in

optical

access

networks.http//www.flexlightnetworks.eom/presenta-

(下转22页)

中国新通信2008.9万方数据 

21

矗|

吴俊强

(无锡工艺职业技术学院宜兴214206)

摘要实时传输协议RTP在多点传输(多播)或单点传输(单播)的网络服务上,提供端对端的网络传输功能,适合应用程序传输音频、视频、仿真数据等实时数据,具有广阔的应用领域。

关键词RTP

RTCP音频视频实时传输

随着Internet的迅猛发展和多媒体通信技术的快速进步,在网络上进行视频通讯越来越受到人们的广泛重视,网络通信技术己经成为现代信息社会不可缺少的一种需求和技术热点。视频通信系统及相关技术的进一步提高和现代社会交流需要日益增强,使其成为一种全新的通信方式,必定会有更广阔的应用领域和发展前景。

RTP(Real—Time

Transport

Protoc01)【1]。RTP协议是由

IETF开发的针对实时数据传输的协议,1996年成为RFC正式文件RFC1889,是用于VoIP(Voice

Internet

over

Protoc01)视频等实时媒体传输的协议。该协

议可基于多播或单播网络,用以提供时序重构、帧遗失检测、数据安全等多种服务。

RTP协议包括两个关系十分密切的子协议:

实时传输协议RTP

网络音视频的实时传输离不开实时传输协议(上接21页)

tions/pagel70,asp.September2002.

RTP(实时传输协议)用于传输具有实时屙|生的数据;

RTCP(Real—Time

TransportControl

Protocol,实时传

输控制协议)用于监视网络服务质量,传递与会者的

【3】KimKS.OntheevolutionofPON—basedF1’11Hsolutions.InformationSciences2003.149:21-30[4]ShaikJS,PatilNR.兀YrHdeploymentoptionsforteleeomoperators..http://www.sterliteoptical.

eom/pdf/Knowledgecenter/FTYH%20Deployment%200ptions%20for%20Telecom%200perators.pdf

(收稿日期:2008年2月3日)

ApplicationofPONTechnologyin

F丌H

(NanjingUniversityofPostsandTelecommunications,Nanjin9210003,China)

Abstract

Nowadays,withthetremendousdemand

to

ofapplicationssuch

as

IPlV,VOD,videoconference,andVoIPin

our

digital

world,itisgettingmoredifficult

as

fulfillthepopularityandthebandwidthrequirementoftoday‘S

our

Interactusagewiththecarrierssuch

deliver

make

ex-

xDSL,CableModem,andLMDS.Fiberoptics,withthespeedoflight,willbe

next

generationdigitalcarrierinorderto

muchhigherspeed

our

and

betterquality

to

overcometheneedofbandwidth.Therefore.thedevelopmentofFTTHandPON

andcomparesthe

can

dreamcometrue.ThispaperanalyzescharacteristicsofAPON,EPON,andGPON.Moreover,thispaper

on

plorestheapplicationanddevelopmentofFrTHtechnologiesbasedPONinChinatoday.

Keywords兀’rH,PON,APON,EPON,GPON

22

万方数据 

CHINANEWTELECOMMUNICATIONSSeptember2008

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