寬帶光纖接入網(wǎng)系統(tǒng)技術(shù)研究及接入

2019-11-04 22:50:13

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供稿：網(wǎng)友

　　光接入網(wǎng)(OAN)從技術(shù)上可分為兩大類(lèi)：有源光網(wǎng)絡(luò)(AON)和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(PON).AON又可分為基于SDH的AON和基于PDH的AON.PON又可分為基于ATM的PON(APON)以及基于以太網(wǎng)的PON(EPON ).
　　
　　1　寬帶OAN系統(tǒng)
　　1.1　基于SDH系統(tǒng)的AON
　　
　　隨著骨干網(wǎng)傳輸容量不斷增大，傳輸網(wǎng)的接入方式也越來(lái)越多樣化.從技術(shù)上來(lái)看，接入層的相對(duì)帶寬需求較小，需要提供ip、TDM和ATM等綜合業(yè)務(wù)傳送.以SDH為基礎(chǔ)并能夠提供IP、ATM傳送與處理的系統(tǒng)將是解決接入層傳送的主要方法，這種方式可廉價(jià)地在一個(gè)業(yè)務(wù)提供點(diǎn)（POP）上提供高質(zhì)量專(zhuān)線、ATM、IP 等業(yè)務(wù)的接入、傳送和保護(hù).
　　
　　在接入網(wǎng)中應(yīng)用SDH的主要優(yōu)勢(shì)在于：SDH可以提供理想的網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)可靠性；SDH的固有靈活性使得在發(fā)展極其迅速的蜂窩通信系統(tǒng)中采用SDH系統(tǒng)尤其適合.當(dāng)然, 考慮到接入網(wǎng)對(duì)成本的高度敏感性和運(yùn)行環(huán)境的惡劣性,適用于接入網(wǎng)的SDH設(shè)備必須是高度緊湊、低功耗和低成本的新型系統(tǒng).
　　
　　接入網(wǎng)用SDH的最新發(fā)展趨勢(shì)是支持IP接入，目前至少需要支持以太網(wǎng)接口的映射，于是除了攜帶話音業(yè)務(wù)量以外，可以利用部分SDH凈負(fù)荷來(lái)傳送IP業(yè)務(wù)，從而使SDH也能支持IP的接入.支持的方式有多種，除了現(xiàn)有的點(diǎn)到點(diǎn)通信協(xié)議(PPP)方式外，還有在SDH上的鏈路接入規(guī)程(LAPS)和通用成幀規(guī)程(GFP)等方式.
　　
　　Ethernet over SDH系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)IP數(shù)據(jù)包多交換光廣域網(wǎng)，它本質(zhì)上采用的是無(wú)連接網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，內(nèi)在的全網(wǎng)狀連接提供適合于分布式通信的無(wú)連接網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，為業(yè)務(wù)提供者節(jié)省大量的光帶寬.Ethernet over SDH將以太網(wǎng)的二層交換靈活性和資源優(yōu)化能力與現(xiàn)有的SDH光網(wǎng)絡(luò)的大容量、高帶寬效率和低協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)相結(jié)合，從而得到一種高速、經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)接入解決方案.Ethernet over SDH 系統(tǒng)的幀映射過(guò)程采用的是LAPS協(xié)議幀，而不是PPP幀.它首先將以太網(wǎng)的MAC幀封裝成LAPS協(xié)議幀，然后將LAPS協(xié)議幀映射到SDH幀中.Ethernet over SDH技術(shù)克服了傳統(tǒng)SDH在數(shù)據(jù)傳送上的局限性，為SDH的接入開(kāi)拓了新天地.
　　
　　1.2　PON
　　
　　PON是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，它能避免外部設(shè)備的電磁干擾和雷電影響，減少線路和外部設(shè)備的故障率，提高系統(tǒng)可靠性，同時(shí)可節(jié)省維護(hù)成本，是電信維護(hù)部門(mén)長(zhǎng)期期待的技術(shù).PON的業(yè)務(wù)透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率的信號(hào).非凡是APON可以通過(guò)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，使成本可望比傳統(tǒng)的以電路交換為基礎(chǔ)的PDH/SDH接入系統(tǒng)低20%～40%.
　　
　　APON的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)是分階段實(shí)施的，初期主要是VP專(zhuān)線業(yè)務(wù).相對(duì)普通專(zhuān)線業(yè)務(wù)，APON提供的 VP專(zhuān)線業(yè)務(wù)設(shè)備成本低、體積小、省電、系統(tǒng)可靠穩(wěn)定且性?xún)r(jià)比有一定優(yōu)勢(shì).第2步實(shí)現(xiàn)一次群和二次群電路仿真業(yè)務(wù)，提供企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的連接和企業(yè)電話和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù).第3步實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口，提供互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)和VLAN業(yè)務(wù).以后再逐步擴(kuò)展至其他業(yè)務(wù)，成為名符其實(shí)的全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)系統(tǒng).APON能否大量應(yīng)用的一個(gè)重要因素是價(jià)格.目前APON產(chǎn)品的業(yè)務(wù)供給能力有限，成本過(guò)高，其市場(chǎng)前景由于ATM在全球范圍的受挫而不確定，但其技術(shù)優(yōu)勢(shì)是明顯的.非凡是綜合考慮運(yùn)行維護(hù)成本，則在新建地區(qū)，高度競(jìng)爭(zhēng)的地區(qū)或需要替代舊銅纜系統(tǒng)的地區(qū)，此時(shí)敷設(shè)PON系統(tǒng)，無(wú)論是光纖到路邊(FTTC),還是光纖到大樓(FTTB)方式都是一種有遠(yuǎn)見(jiàn)的選擇.
　　
　　1.3　EPON
　　
　　EPON是幾種最佳的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合.EPON采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)，無(wú)源光纖傳輸方式，在以太網(wǎng)上提供多種業(yè)務(wù).目前，IP/Ethernet應(yīng)用占到整個(gè)局域網(wǎng)通信的95%以上，EPON由于使用上述經(jīng)濟(jì)而高效的結(jié)構(gòu)，從而成為連接接入網(wǎng)最終用戶(hù)的一種最有效的通信方法.10Gbit/s以太主干和城域環(huán)的出現(xiàn)也將使EPON成為未來(lái)全光網(wǎng)中最佳的最后一公里的解決方案.
　　
　　在一個(gè)EPON中，不需任何復(fù)雜的協(xié)議，光信號(hào)就能準(zhǔn)確地傳送到最終用戶(hù)，來(lái)自最終用戶(hù)的數(shù)據(jù)也能被集中傳送到中心網(wǎng)絡(luò).在物理層，EPON使用1000BASE的以太PHY，同時(shí)在PON的傳輸機(jī)制上，通過(guò)新增加的MAC控制命令來(lái)控制和優(yōu)化各光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)與光線路終端(OLT)之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)的TDM通信，在協(xié)議的第二層，EPON采用成熟的全雙工以太技術(shù)，使用TDM，由于ONU在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，因此沒(méi)有碰撞，不需CDMA/CD，從而充分利用帶寬.另外，EPON通過(guò)在MAC層中實(shí)現(xiàn)802.1p來(lái)提供與APON類(lèi)似的QoS.
　　
　　2　幾種光接入方式
　　2.1　光纖分布網(wǎng)絡(luò)(FDN)
　　
　　FDN分為有源光纖網(wǎng)絡(luò)和無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò).
　　
　　無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)與有源光纖網(wǎng)絡(luò)之間的區(qū)別在于它以一對(duì)光無(wú)源分路器取代了有源光纖網(wǎng)絡(luò)中的遠(yuǎn)端光纖設(shè)備(ROLT).從而兩者采用的傳輸協(xié)議也各不相同,有源光纖網(wǎng)絡(luò)采用PDH或SDH傳輸協(xié)議，而無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)則必須采用TDMA或TCM方式.因此，無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離及容量必然受到一定限制.另外，有源光纖網(wǎng)絡(luò)還有技術(shù)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)和組網(wǎng)能力強(qiáng)的特點(diǎn).無(wú)源光纖網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越性在于不需要機(jī)房，降低了維護(hù)的工作量與費(fèi)用.
　　
　　2.2　光纖同軸混合網(wǎng)絡(luò)(HFC)
　　
　　HFC網(wǎng)是從有線電視(CATV)發(fā)展起來(lái)的.它可以提供CATV業(yè)務(wù)以及話音、數(shù)據(jù)和其他交互型業(yè)務(wù).HFC網(wǎng)是一種以模擬頻分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ),綜合應(yīng)用模擬和數(shù)字傳輸技術(shù)、光纖和同軸電纜技術(shù)及射頻技術(shù)的高度分布式智能寬帶用戶(hù)接入網(wǎng)絡(luò),是CATV和電話網(wǎng)結(jié)合的產(chǎn)物.HFC網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍可達(dá)100 km,而且傳輸信號(hào)的衰減小，噪聲低,是理想的CATV 網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù) .
　　
　　HFC的典型結(jié)構(gòu)采用光纜作為CATV的干線傳輸網(wǎng)絡(luò),以有線電視臺(tái)前端為中心星形或環(huán)形分布,一直延伸到城市內(nèi)居民區(qū)和辦公小區(qū)以及郊區(qū)的縣鄉(xiāng)村,形成許多的光節(jié)點(diǎn).從光節(jié)點(diǎn)開(kāi)始,通過(guò)傳統(tǒng)的同軸電纜將有線電視信號(hào)送到最終用戶(hù).
　　
　　這種方式可充分利用CATV原有網(wǎng)絡(luò)，建網(wǎng)快，造價(jià)低；同時(shí)由于同軸電纜的帶寬較大，可作為寬帶綜合業(yè)務(wù)的接入平臺(tái).HFC是一種為有線電視運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)所看好的技術(shù).
　　
　　2.3　光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)
　　
　　根據(jù)ONU在OAN中所處位置的不同，OAN又可分為FTTC、FTTB、光纖到辦公室(FTTO)和光纖到家(FTTH)等多種類(lèi)型.
　　
　　在FTTC結(jié)構(gòu)中，ONU設(shè)置在路邊或電線桿的分線盒邊.從ONU到各個(gè)用戶(hù)之間采用雙絞線銅纜;如傳送寬帶圖象業(yè)務(wù),則采用同軸電纜.FTTC的主要特點(diǎn)之一是引入線部分仍可采用現(xiàn)有的銅纜設(shè)施，可以推遲引入部分的光纖投資.從目前來(lái)看,FTTC在提供2 Mbit/s以下窄帶業(yè)務(wù)時(shí)是OAN中最現(xiàn)實(shí)、最經(jīng)濟(jì)的方案.但如需提供窄帶與寬帶的綜合業(yè)務(wù),則這一結(jié)構(gòu)不甚理想.
　　
　　在FTTB結(jié)構(gòu)中,ONU被直接放到樓內(nèi),再經(jīng)多對(duì)雙絞線分送各用戶(hù).FTTB與FTTC相比，光纖化程度進(jìn)一步提高，因而更適用于高密度以及需提供窄帶和寬帶綜合業(yè)務(wù)的用戶(hù)區(qū).
　　
　　FTTO和FTTH結(jié)構(gòu)均在路邊設(shè)置無(wú)源光分路器，并將ONU移至用戶(hù)的辦公室或家中，是真正全透明的光纖網(wǎng)絡(luò).它們不受任何傳輸制式、帶寬、波長(zhǎng)和傳輸技術(shù)的約束，是OAN發(fā)展的理想模式和長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo).
　　
　　3　接入技術(shù)應(yīng)用及比較
　　寬帶接入網(wǎng)的建設(shè)起點(diǎn)是目前困擾電信運(yùn)營(yíng)商的主要問(wèn)題之一,寬帶化是發(fā)展方向，這是業(yè)界的共識(shí)，但從何著手?如何保證有效的投資回報(bào)率？這其中有許多值得探討的地方。
　　
　　雖然近幾年數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)速率達(dá)到了40%，比話音年增長(zhǎng)率10%的速率要高許多，但其實(shí)際的業(yè)務(wù)量占整個(gè)通信量的比率還是較低的，約為3%.從全國(guó)范圍來(lái)看,地區(qū)的差異還是很大的，甚至一個(gè)城市內(nèi)部的區(qū)域也存在著較大的發(fā)展不平衡，而且各個(gè)點(diǎn)發(fā)展也是不均衡的.所以在寬帶數(shù)據(jù)接入網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)時(shí)，不能沿用固定的一種模式，而要根據(jù)實(shí)際情況采用相應(yīng)的解決方案，同時(shí)又要充分考慮系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。當(dāng)前在應(yīng)用中有這樣的傾向：IP擔(dān)當(dāng)骨干層的傳輸，如IP over SDH、IP over DWDM以及IP over Optical等,下一代的IP網(wǎng)絡(luò)將是可以支持全業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。
　　
　　隨著近幾年OAN的快速發(fā)展,已逐步實(shí)現(xiàn)了FTTC和FTTB,全光網(wǎng)絡(luò)當(dāng)然是最終的趨勢(shì)。但在現(xiàn)階段，F(xiàn)TTH還不現(xiàn)實(shí),連接用戶(hù)的最后幾百米,也就是入戶(hù)段的技術(shù)也是出色紛呈。主要依據(jù)的傳送媒質(zhì)有:基于雙絞線的xDSL技術(shù)、基于銅軸線的HFC技術(shù)、無(wú)線技術(shù)、光纖的APON/EPON技術(shù)以及以太網(wǎng)技術(shù)等。這5種主要技術(shù)各有其技術(shù)特點(diǎn)，同時(shí)也就決定了它們各自的應(yīng)用場(chǎng)合。
　　
　　3.1　xDSL
　　
　　數(shù)字用戶(hù)線（DSL）是基于普通電話線的寬帶接入技術(shù)，它在同一對(duì)銅線上分別傳送數(shù)據(jù)和語(yǔ)音信號(hào)，數(shù)據(jù)信號(hào)并不通過(guò)電話交換設(shè)備，從而減輕了電話交換機(jī)的負(fù)擔(dān)；而且無(wú)需撥號(hào)，一直在線，屬于專(zhuān)線上網(wǎng)方式，因此使用DSL上網(wǎng)并不需要繳付額外的電話費(fèi).
　　
　　xDSL中的“x”代表各種數(shù)字用戶(hù)線技術(shù)，如非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)線（ADSL）、高速數(shù)字用戶(hù)線（HDSL）和高速不對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶(hù)線（VDSL）等.它們的主要區(qū)別在于上下行鏈路的對(duì)稱(chēng)性以及傳輸速率和有效距離有所不同.
　　
　　ADSL是目前眾多DSL技術(shù)中較為成熟的一種，其優(yōu)點(diǎn)是帶寬較大、連接簡(jiǎn)單和投資較小，因此發(fā)展很快.HDSL是利用兩對(duì)或三對(duì)銅雙絞線，為用戶(hù)提供PDH一次群速率的雙工數(shù)字連接.
　　
　　VDSL是速率更高的ADSL，也有人稱(chēng)其為寬帶數(shù)字用戶(hù)線（BDSL）.VDSL系統(tǒng)一般用于光纖接入網(wǎng)中的最后一段入戶(hù)連接，其傳輸距離只有100 m（155 Mbit/s時(shí)）到1 km（13 Mbit/s時(shí)），它的下行傳輸速率可達(dá)13、26、52 Mbit/s甚至155 Mbit/s.采用VDSL技術(shù)和以太網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合的方案，可以解決IP接入方案的問(wèn)題，用戶(hù)不必重新布放高成本的5類(lèi)雙絞線，僅僅通過(guò)VDSL終端適配器，就可以接上Internet，通過(guò)普通電話線就可以傳輸高速以太網(wǎng)信號(hào)，而且也不用擔(dān)心轉(zhuǎn)向IP化接入會(huì)帶來(lái)的問(wèn)題.
　　
　　3.2　HFC
　　
　　Cable Modem是近幾年發(fā)展起來(lái)的，主要用于有線電視網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸.目前大多數(shù)新建的有線電視網(wǎng)都采用HFC網(wǎng)絡(luò)，其巨大的帶寬和相對(duì)經(jīng)濟(jì)性使

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