光纤到户的关键技术毕业论文设计.docx

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光纤到户的关键技术毕业论文设计

光纤到户的关键技术毕业论文设计

2014届本科毕业论文

光纤到户的关键技术

姓名：

xxx

系别：

物理与电气信息学院

专业：

物理学

学号：

xxxxxxxx

指导教师：

xxxx

2013年04月23日

摘要与关键词……………………………………………………………………………………………II

0引言………………………………………………………………………………………………………1

1光纤到户的关键技术……………………………………………………………………………………1

1.1PON网络结构………………………………………………………………………………………1

1.2EPON原理…………………………………………………………………………………………2

1.3EPON的关键技术……………………………………………………………………………………3

1.4实现EPON存在的一些技术难点…………………………………………………………………4

1.5FTTH与wimka的结合使用…………………………………………………………………………4

2光纤到户关键技术的进展情况…………………………………………………………………………4

2.1FTTH与其他宽带接入技术的发展………………………………………………………………4

2.2宽带PON技术及最新进展…………………………………………………………………………5

2.3FTTH切入点的选择与应用…………………………………………………………………………6

2.4实现FTTH建设的可行性…………………………………………………………………………6

3光纤到户的解决途径……………………………………………………………………………………6

3.1GPON网络建设原则…………………………………………………………………………………6

3.2总体方案……………………………………………………………………………………………8

3.3网管方案……………………………………………………………………………………………9

3.4设备平面布置和安装………………………………………………………………………………9

4结束语……………………………………………………………………………………………………11

参考文献…………………………………………………………………………………………………12

致谢………………………………………………………………………………………………………13

光纤到户的关键技术

摘要

本论文首先概述了光纤到户（Fibertothehome；FTTH）的系统结构,对EPON（EthernetPassiveOpticalNetwork；以太网的无源光网络）、GPON（GigabitPassiveOpticalNetwork；吉比特无源光网络）技术作了较为详细的论述和比较.其次,分析和阐述了EPON的原理和关键技术。

本文重点阐述了EPONFTTH的在通信运营商网络规划建设中的组网模式、带宽预算、ODN（Optica1lDistributedNetwork;光分配网络）规划等关键技术;最后介绍了针对别墅区、写字楼、小区楼道以及网吧/大客户用EPON实现FTTH的解决方案。

关键词

以太网的无源光网络;吉比特无源光网络;光纤到户

　Fibertothehomeofthekeytechnologies

Abstract

Fisrtofall,thispaperhassummarizedFTTHsystemstructure,thetechnologyhasassumedcomparativelydetaileddiscussionandcomparisontoEPON,GPON.Secondly,analysisandresolvehavingsetforththeEPONprincipleandkeytechnology.Thebudgetbuildingthehitthetargetsetonetpattern,bandwidthinthebusinessnetworkplancommunicatingletterbeinginmotionanddoingbusiness,ODNconcentratingonhavingsetforthEPONFTTHplanthemainbodyofabookwaitingforthekeytechnology.Atlast,itintroducedthatarea,officebuilding,housingestatecorridorandimportantcustomeruseEPONtorealizeFTTH'sspecificallyforvillaascheme.

　　Keywords

EthernetPpassiveOpticalNetwork;GigabitPassiveOpticalNetwork;Fibertothehome

0引言

　　1）FTTH的提出

　　在宽带接入领域,目前国内大多数家庭都是使用ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine；非对称数字用户线路）技术来实现,用户的各种业务通过接入网进入核心网。

随着互联网的持续快速发展,网上新业务层出不穷,特别是近年来开始风靡的互动游戏、视频电话和IPTV（InternetProtocolTelevision；网路协议电视）等,使得人们对网络接入带宽的需求持续增加。

由于普通的ADSL技术无法提供长距离及高速宽带等系列服务,渐渐已无法适应固网运营商在原有带宽基础上推出更多新的服务项目,满足用户需求。

所以,可提供全业务、高速率的光纤到户（FTTH）光接入网就成为了宽带接入网的最有效的解决方案。

2）光纤到户的定义

FTTH属于接入网部分。

接入网就是市话局或远端模块到用户之间的部分，主要完成复用和传输功能，一般不含交换功能。

在历史上，这部分又称为本地环路或用户环路。

FTTH就是光纤到达住户的门口，在局端和住户之间没有铜线，局端与用户之间完全以光纤作为传输媒体,将光网络单元（OpticalNetworkUnit；ONU）安装在住家用户。

1光纤到户的关键技术

1.1PON网络结构。

　　一个典型的EPON（EthernetPassiveOpticalNetwork；以太网的无源光网络）系统由光线路终端（OpticalLineTerminal；OLT）、光网络单元（OpticalNetworkUnit；ONU）、光分配网络（Optica1DistributedNetwork;ODN））组成，如图1所示。

图1.PON组网结构（以1级分光方式为例）

OLT既是一个交换机或路由器,又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入的功能外,还可以针对用户的QoS（QualityofService；服务质量）/SLA（Link-State；链路状态通告）的不同要求进行带宽分配,网络安全和管理配置。

光分裂器是一个简单设备,它不需要电源,可以置于全天候的环境中,一般一个光分裂器的分线率为2、4或8,并可以多级连接[1]。

在EPON中,OLT到ONU间的距离最大可达2Okm,如果使用光纤放大器（有源中继器）,距离还可以延长。

　　EPON中的ONU采用了技术成熟而又经济的以太网络协议,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可以通过层叠来为多个最终用户提供

相当高的共享带宽。

因为都使用以太网协议,在通信的过程中,就无需协议转换,而实现ONU对用户数

据的透明传送。

当然,对于光纤到家（FTTH）的接入方式,ONU可以不需要交换功能,从而能在极低的成本下为终端用户分配所需的带宽。

　　远程业务分配控制（remoteprovisioning）管理可以让运营商通过对用户不同时段的不同业务需求做出响应,这样可以提高用户满意度。

运营商可以通过中心管理系统对OLT、ONU等所有网络单元设备进行管理,同时可以很灵活地根据用户的需要来动态分配带宽。

1.2EPON原理

一、EPON系统简介

以太网无源光纤网络（EPON）是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤双向光接入网络，其典型拓扑结构如图2所示：

图2.EPON系统

EPON系统由局侧的光线路终端（OLT）、用户侧的光网络单元（ONU）和光分配网络（ODN）组成，为单纤双向系统。

在下行方向（OLT到ONU），OLT发送的信号通过一个1:

n的无源光分路器（或几个分路器的级联）到达各个ONU；在上行方向（ONU到OLT），一个ONU发送的信号只会到达OLT，而不会到达其他ONU。

为了避免数据冲突并提高网络利用效率，上行方向采用TDMA多址接入方式并对各ONU的数据发送进行仲裁。

二、EPON传输原理[2]

EPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输。

其中上行波长1310nm，下行波长1490nm,用于传递数据业务。

另外光纤上还可以传送1550nm的波长，这个波长主要是用来传递CATV信号，如图1所示。

图3.EPON上下行传输

EPON从OLT到多个ONU下行传输数据和从多个ONU到OLT上行数据传输是十分不同的。

下行传输

从OLT到多个ONU以广播式下行（时分复用技术TDM）每一个数据帧的帧头包含前面注册时分配的、特定ONU的逻辑链路标识（LLID），该标识表明本数据帧是给ONU（ONU1、ONU2、ONU3......ONUn）中的唯一一个。

另外，部分数据帧可以是给所有的ONU（广播式）或者特殊的一组ONU（组播）。

如图4所示。

，ONU1收到包1、2、3，但是它仅仅发送包1给终端用户1，丢弃包2和包3。

图4.EPON下行传输

上行传输

从多个ONU到OLT上行数据，采用时分多址接入技术（TDMA）分时隙给ONU传输上行流量。

当ONU在注册时成功后，OLT会给ONU分配特定的带宽。

带宽对于PON层面来说，就是多少可以传输数据的基本时隙，每一个基本时隙单位时间长度为16ns。

在一个OLT端口（PON端口）下面，所有的ONU与OLTPON端口之间时钟是严格同步的，每一个ONU只能够在OLT给他分配的时刻上面开始，用分配给它的时隙长度传输数据。

通过时隙分配和时延补偿，确保多个ONU的数据信号耦合到一根光纤时，各个ONU的上行包不会互相干扰，如图5所示。

图5.EPON上行传输

1.3EPON的关键技术

（1）系统同步。

　　系统同步是指由于EPON上行为多点到一点的拓扑结构,每个ONU发送时隙必须与OLT的系统分配的时隙保持一致,以防止各个ONU上行数据发生碰撞。

（2）ONU的自动识别。

　　ONU自动加入目的是通过系统的自动运行,不需人工干预的完成对新ONU的发现和注册,使新ONU能够自动加入到EPON系统而不影响其他ONU运行[3]。

　　（3）EPON中TDM业务的传输。

　　尽管数据业务的带宽需求正快速增长,但现有的电路业务还有很大的市场,在短期内仍将发挥其巨大的作用,在今后几年内仍是业务运营商的主要收入来源。

　　（4）动态带宽分配（DBA）。

　　带宽分配分为静态和动态两种,静态带宽由打开的窗口尺寸决定,动态带宽则根据ONU的需要,由OLT分配。

DBA技术是MAC层技术关键,它直接关系到上行信道的利用率和数据时延。

1.4实现EPON存在的一些技术难点

EPON技术难点有待解决。

1）因为PON是一种点到多点的物理和逻辑拓扑结构，而传统的以太网是点到点的协议，如何在点到多点的PON中传送点到点的以太网协议，是以太网应解决的技术问题，通过对MAC的改造可以实现。



2）必须解决点到多点的光系统中突发模式传送的问题。



3）PON中不同ONU与OLT的距离相差较大，如何解决到达OLT光信号强度的巨大偏差问题。

如何解决非授权ONU的累积噪声对授权ONU发出的光信号的干扰问题。



4）主干光纤需要求量过大，光纤资源难以满足，投资过大。

节点数和用户数量增加，维修管理难度增大。

5）由于用户对通信需求的多用化，导致网络及其接入端口的利用率低。

用率低。

1.5FTTH与wimka的结合使用[5]

微波接入世界的互操作（wordinteroperabilityformicrowaveaccess；WiMAX）由于传输距离远、传输速度高，且没有布线要求，近年来受到业界广泛关注，目前已有十几款固定WiMAX产品通过WiMAX论坛的认证。

所以，随着固定WiMAX的发展成熟，当成本下降到一定程度后，采用EPON技术的FTTN与WiMAX结合使用将是宽带光纤接入的另一种应用模式，主要用于光纤资源短缺、应急或农村地区，提供VOIP、IPTV、宽带上网等融合业务。

对于FTTH与WiMAX的结合使用，可以考虑采用ONU内置WiMAX中心站实现，以利于节省机房投资及实现对WiMAX设备的管理。

多数设备商均有这方面的开发计划，不过由于WiMAX本身的不成熟，目前尚无成熟的商业产品问世。

2光纤到户关键技术的进展情况

2.1FTTH与其他宽带接入技术的发展[6]

FTTH的大规模应用将面临网络建设成本、业务需求驱动、技术成熟度等多方面因素考验，总体上讲，FTTH的大规模商用还需要经历相当长一段时间。

具体体现在：

●网络建设成本是FTTH规模应用的最大阻碍。

目前FTTH的综合建网成本远高于DSL、LAN接入等。

●缺乏杀手级应用来驱动FTTH的发展，近期没有明显的高带宽的业务需求。

●FTTH相关技术的成熟度，尤其是EPON、GPON技术的选择是阻碍FTTH规模建设的又一因素。

FTTH相关技术总体上讲，在设备稳定性、互联互通、维护管理等方面，远不如目前主流的ADSL和ADSL2+技术成熟，DSL技术的主流地位将在未来一段时期内保持不变。

从前面分析可以看出，短期内FTTH难以大规模应用。

在目前以DSL铜缆接入技术为主的大环境下，FTTH将在较长时期内与DSL技术互为补充，满足用户和业务不断增长的带宽需求。

特别是支持双向对称100Mbit/s速率的VDSL2技术将成为短距离、高速率应用的重要技术，将与EPON、GPON互为补充，在未来相当长一段时间可满足用户和业务的高带宽需求，具体表现如下：

●短期内，与EPON、GPON实现FTTH接入相比，VDSL2的成本优势明显，将是商业和高端用户接入的首选。

●EPON/GPON+VDSL2将是VDSL2、EPON和GPON技术的主要应用模式。

●VDSL2的发展将带动光纤尽量接近用户，提供面向FTTH的平滑升级。

2.2宽带PON技术及最新进展[7]

GPON技术的特点：

1）GEM封装方法的优点是协议简单，能完成对包括ATM、TDM及IP／Ethernet等多种高层业务的适配，且对多业务的适配效率高。

GEM的高效体现在两方面：

一是GEM封装开销小，GEM帧头固定为5字节，而净负荷可达4095字节，远小于BPON和EPON，在封装TDM业务（净负荷占用少）时，优势尤其明显；二是支持承载数据的分片，避免了由于剩余带宽不足以传送整帧情况下的带宽浪费，在封装IP／以太网业务时，其优势尤其明显。

GPON系统的GEM和ATM封装方式使之可以提供TDM、以太网、ATM、租用线及其它电信业务。

2）支持基于ATM封装的复用、基于GEM封装的复用和基于ATM+GEM封装的混合复用三种复用机制。

GPON为进行上行带宽分配引入T-CONT（TransmissionContainers）的概念。

一个T-CONT中可以包含多个ATM的PVC和／或GEM的PortID，通过在帧结构设计中区分ATM区块和GEM区块来实现对ATM和GEM两种封装和复用的支持。

基于ATM的复用djvPI／VCI唯一标识，基于GEM的复用I圭／PortID唯一标识。

因此，OLT和ONU可以归结为几种模式：

ATM模式、GEM模式和双重模式。

目前，各厂商均采用GEM封装方式，ATM封装方式已经被摒弃。

GPON由FSAN／ITU提出并标准化，GPON技术的目标是形成传输速率更高能高效承载多种业务并具有强大OAM功能和扩展能力的宽带PON技术。

GPON标准引入了一个新的传输汇聚（TC）子层，并规定TC子层可以采用ATM和GEM两种封装方式。

GPON采用了125us的帧长及定时机制，将各种业务载荷（包括TDM和分组）都通过GFP封装入定长帧中，可以较容易的支持TOM和话音业务，并通过带宽指针（pointers）为每一个ONU动态分配上行带宽。

GPON除了支持更高的速率和更大的分路比外，综合业务接入环境下的总传输效率高，而且能够很好的承载TDM业务和语音业务，保证其时延和抖动指标，而且提供丰富OAM&P功能和良好的扩展性。

GEM封装方式适于承载IP／PPP等基于包的高层协议，具有较强的技术优势。

ATM封装方式实际是对BPON的扩展，不适应以以太网为基础的网络架构，难以成为GPON系统的主流封装方式世。

2003年1月31日，ITU-T批准了GPON标准G．984．1和G．984．2，2004年，相继批准了G．984．3和G．984．4，形成了较完整的G．984．x系列标准。

GPON技术的特点GEM封装方法的优点是协议简单，能完成对包括ATM、TDM及IP／Ethernet等多种高层业务的适配，且对多业务的适配效率高。

GEM的高效体现在两方面：

一是GEM封装开销小，GEM帧头固定为5字节，而净负荷可达4095字节，远小于BPON和EPON，在封装TDM业务（净负荷占用少）时，优势尤其明显；二是支持承载数据的分片，避免了由于剩余带宽不足以传送整帧情况下的带宽浪费，在封装IP／以太网业务时，其优势尤其明显。

GPON系统的GEM和ATM封装方式使之可以提供TDM、以太网、ATM、租用线及其它电信业务。

3）支持基于ATM封装的复用、基于GEM封装的复用和基于ATM+GEM封装的混合复用三种复用机制。

GPON为进行上行带宽分配引入T-CONT（TransmissionContainers）的概念。

一个T-CONT中可以包含多个ATM的PVC和／或GEM的PortID，通过在帧结构设计中区分ATM区块和GEM区块来实现对ATM和GEM两种封装和复用的支持。

基于ATM的复用djvPI／VCI唯一标识，基于GEM的复用I圭／PortID唯一标识。

因此，OLT和ONU可以归结为几种模式：

ATM模式、GEM模式和双重模式．目前，各厂商均采用GEM封装方式，ATM封装方式已经被摒弃。

GPON技术的特点;

1）提供高速接入，且上行／下行速率配置灵活。

GPON支持对称／不对称线路速率，下行2．5G／1．25Gbps，上行2．5G／1．25G／622M／155M任意配置。

相对于BPON（下行155M／622Mbps，上行155Mbps）和EPON（上、下行均为IGbps），GPON的速率配置具有更大的灵活性。

目前，市场上的GPON设备均为下行2．5G，上行1．25G的非对称速率。

2）支持的业务类型丰富。

2.3FTTH切入点的选择与应用

在目前建设成本、业务驱动和技术成熟度等因素制约下，短期内，对于普通家庭用户尚不宜采用FTTH方式。

目前可考虑在用户分布密集的商业楼宇、大客户和新建高档住宅小区提供FTTH接入，满足用户的高带宽和Triple-Play融合业务需求。

FTTH的切入应以业务支撑和网络运维为重点，首先只有解决了FTTH的网络运维问题，如设备的集中管理和维护以及ONU的远程管理，FTTH才具备大规模商用的能力。

其次，FTTH具备大规模应用能力后，还需要高带宽的业务来驱动其使用[8]。

当前可借助网络和业务综合的发展需要，通过开发高速视频、网络下载等对带宽和QOS要求高的业务，充分发挥FTTH高带宽、高服务质量的优势，拓展FTTH的应用范围。

2.4实现FTTH建设的可行性

1.网络建设成本低；

2.网络结构灵活、运营维护成本低；

3.集中在小区机房配线，易于放号、维护和管理；

4.允许用户自由选择运营商，有利于多运营商的竞争，通过竞争用户利益能得到有效保障；

5.无需增加铺设中心机房至小区的光缆；

6.设备端口利用率非常高，可以根据接入用户数增加而逐步扩容；

7.用户独享100M或1000M带宽；

8.支持Internet宽带接入、CATV接入和电话接入，在接入网实现三网合一；

9支持未来可预见的新业务：

可视电话、VOD、数字影院、远程办公、在线展览、电视教育、远程医疗、数据存储及备份等等2）支持的业务类型丰富。

GPON系统采用125us固定长度的帧结构进行多业随着网络的不断普及和业务应用的不断丰富，通信业务的种类已从单一语音通信向视频、数据业务拓展，诸如VOD、嗣络游戏、视频透售、远程教育、电予商务、数字家庭、高清电视、IPTV簿新业务层出不穷．在业务种类的增多的同时，人们对各种业务的质量要求也不断提高，注重体验效果，这些都需要越来越大网络带宽给予支持。

3光纤到户的解决途径

3.1GPON网络建设原则

3.1.1OLT建设原则

根据对OLT端局的规划，将OLT分别放置于各地区域中心局。

建设初期OLT机框及配套设备一次配置到位，其中OLT的用户板根据实际需求配置，后期可根据用户数量的增加扩容用户板卡。

3.1.2ONU建设原则

考虑到小区和商务楼宇开盘用户入住率较低，初期按照总用户数的50%确定ONU设备的型号和端口数。

后期ONU的扩容根据用户的业务需求逐步增加；安置小区用户入住率较高，初期按照总用户数的70％确定ONU设备的型号和端口数。

3.1.3光分路器配置原则[9]

考虑到终期用户的全面覆盖，同时避免光缆的再次调整、扩容，在初期建设时应根据总用户数情况，终期ONU数量规划ODN（OpticalDistributionNetwork）光配线网络架构，并根据每个ONU占用1芯光缆计算，确定光分路器的配置个数，进一步确定布放光缆的数量。

根据用户业务需求带宽及用户类型的角度考虑，FTTH接入方式的总分光比定为1：

64；FTTB接入方式的总分光比定为1：

32。

3.1.4ODN建设原则

路由选择原则

（1）光缆线路路由的选择必须做到满足通信需要、保证通信质量、使线路安全可靠、经济合理、便于维护和施工。

（2）光缆线路路由应尽量沿靠公路，顺路取直，注意避开公路用地、路旁设施、绿化带和规划改道拓宽地段。

（3）光缆线路路由需要考虑有关部门发展规划的影响。

选择的路由应符合城乡规划部门的要求，并取得书面同意的批复文件。

（4）光缆线路路由应选择在地质稳固、地势较平坦的地段。

在平原地区，应避开湖泊、沼泽、排涝蓄洪地带，尽量少穿越水塘、沟渠，不宜强求长距离的大直线，并考虑当地的水利和平整土地规划的影响。

（5）光缆线路路由一般宜避开干线铁路，且不