PON技术及其应用模式.docx

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PON技术及其应用模式

PON技术及其应用模式

ZDNET网络频道时间：

2008-08-01作者：

中国IT实验室|中国IT实验室

本文关键词：

光纤接入PON

PON技术分析

PON技术已经成为业界公认的实现FTTH的首选方案。

PON系统由局端设备（OLT）、用户端设备（ONU/ONT）和光分配网（ODN）组成。

所谓“无源”，是指ODN全部由无源光分路器和光纤等无源光器件组成，不包括任何有源器件。

PON技术采用点到多点拓扑结构，下行和上行分别通过TDM和TDMA方式传输数据。

PON技术可细分为多种，主要区别体现在数据链路层和物理层的不同。

其中，APON以ATM作为数据链路层；EPON使用以太网作为数据链路层，并扩充以太网使之具有点到多点的通信能力；GPON则结合了APON和EPON优点，采用ATM/GEM作为链路层，能够对多种业务提供很好的支持，同时引入了更多的来自电信业界的网管和运维思想。

PON技术的优势在于，能够减少主干光纤资源占用，节约投资；网络结构灵活，扩展能力强；无源光器件故障率低，不易受外界环境干扰；业务支持能力强等。

目前，PON的代表技术为EPON和GPON技术，APON技术由于成本高、带宽低，已经基本被市场淘汰。

EPON技术

EPON由2000年11月成立的EFM工作组提出，并在IEEE802.3ah标准中进行规范。

它以以太网作为载体，上行以突发的以太网包方式发送数据流，可提供上下行对称的1.25Gbit/s线路传输速率。

下行线路速率为10Gbit/s的系统也在研究之中。

由于EPON采用以太网封装方式，所以非常适于承载IP业务，符合网络IP化的发展趋势。

相比较其他PON技术，EPON在技术成熟度和设备价格方面具有优势，被认为是实现FTTH的主要技术。

由于IEEE制定802.3ah的初衷是为了接入IP数据业务，并没有考虑TDM业务接入对时钟同步、时延和抖动等性能的要求，因此，EPON所采用的标准以太网封装方式存在一个先天缺陷——难以承载TDM业务，包括话音或电路型数据专线等业务。

目前，虽然对以太网承载TDM业务正在研究并取得了一定成果，但要完全达到TDM业务所要求的QoS有困难。

在中国，有多家EPON厂商对IEEE标准进行了扩充，在EPON设备承载TDM业务方面有大量的技术创新，行业标准也对此提出了要求，这些使得中国市场上的EPON设备的业务接入能力大大提高，从原来单一的IP业务接入发展为全业务接入。

GPON技术

ITU-T在APON技术未能获得成功的情况下，重新设计了新的物理层传输速率和传输汇聚层，发布了G.984.x系列的GPON标准。

GPON的下行最大传输速率高达2.488Gbit/s，上行最大传输速率可达1.244Gbit/s，传输距离至少为20km，具有高速、高效传输的特点。

GPON的封装除了传统的ATM外，还可以支持全新的GEM（GPON封装模式）格式。

GEM类似于GFP，可以适应各种用户信号格式和任何传输网络制式，按固有格式传送语音、数据和视频信号，这样，运营商提供业务的灵活性就大大提高了。

GEM封装方式也使时钟同步变得容易，GPON因此可以支持端到端的定时和其他准同步业务，可以直接支持TDM业务，不需要像EPON那样进行TDM仿真，提高了TDM传输质量。

GPON的OAM机制完善，这方便了运营商的管理维护。

ITU-T制定的GPON系列标准相当完善，同时也相当复杂，因此标准正式发布至今，全球只有很少的公司支持，专业的GPON芯片也刚刚推出，这使得GPON产品价格较高，难以实现大规模部署。

PON的典型应用模式

简单来说，PON应用可以分为3种模式：

FTTH、FTTO、FTTB。

每种应用场景对于PON系统都有自己独特的需求。

FTTH

FTTH很好地体现了PON技术的组网优势。

其组网方案为，OLT放置在局端或小区中心机房，分光器放置在中心机房或弱电箱，ONU放在用户家中。

OLT和分光器、分光器和ONU之间采用单纤连接。

出于运维上的考虑，一般采用一级分光，不超过两级分光。

FTTH应用方式要求PON提供多种业务接口以支持三网合一业务。

ONU需要支持以太口、模拟语音接口，并支持可选的CATV接口；OLT需要支持GE和FE接口，根据语音业务采用PSTN方式或者NGN方式确定上行是否需要支持V5.2接口。

根据选用的ONU类型的不同，系统可以实现因特网接入、数据专线、模拟或数字视频（CATV、IPTV等）、模拟或分组语音（POTS、VoIP等）等业务的综合接入。

为了支持IPTV和VoIP业务，系统必须提供强大的QoS和组播能力。

FTTH应用方案已经在国内各大运营商有了较多的试点应用，均采用EPON技术实现，开通的业务包括高速上网、宽带电话、IPTV等，试验情况良好。

EPON技术经过多年的发展，在支持各种业务方面表现相对稳定。

而GPON由于支持的厂家较少，技术相对复杂，成本高，所以还未在FTTH中有应用。

在FTTH应用模式中，入户段光纤的工程部署和人工成本是影响FTTH大规模部署的重要因素，只有当EPON接入设备技术和光纤工程技术得到突破，CAPEX降低到与DSL可比的程度，FTTH才能成为宽带接入的主流建设模式。

目前只能在条件许可的情况下，进行局部实验，为未来的大规模部署积累经验。

FTTB

PON也可以用作楼道交换机或DSLAM的汇聚上联手段，实现FTTB应用。

基于PON技术的FTTB应用主要包括PON+LAN和PON+DSLAM方式。

在这种应用中，OLT放在局端，分光器放在小区边缘或机房，ONU放在小区机房或楼道，LAN交换机或DSLAM通过ONU进行汇聚。

FTTB要求PON系统提供多种汇聚接口以支持LAN交换机和DSLAM的上联。

ONU和OLT需要支持GE和FE接口。

FTTB与传统方案相比，优势在于可以有效节省主干光纤资源，延续和利用已有的LAN接入资源，提高网络的可管理能力。

在传统的FTTB+LAN解决方案中，光缆到达小区中心机房，在中心机房放置汇聚以太网交换机，楼道交换机通过光纤收发器连接到汇聚交换机。

这种方案存在众多的光纤收发器，因此增加了故障点，提高了网管难度。

采用PON后，可以取消小区机房。

具体方法是，在POP点配置一台中高端以太网交换机，在小区放置分光器，通过PON直接汇聚楼道交换机。

PON具有的运营管理能力不仅带来维护上的便利，而且也为下一步的FTTH打下了基础。

将来只要延伸光缆或者增加分光器，就可以简单实现光纤入户。

FTTB比较适合采用EPON技术。

EPON技术简单，成本低，足以满足数据业务汇聚的要求。

FTTO

目前，运营商主要采用MSTP+LAN方式构建商业楼宇宽带接入网，辅以PDH接入TDM业务。

这种方案可以满足现有业务的接入需求，但存在不少问题：

（1）需在大楼设置机房并配置MSTP设备，业务接入和维护成本较高。

（2）MSTP在环状拓扑下工作良好，但在拓扑呈树型/链型的情况下，中间设备掉电或死机会造成所有下挂设备的业务失效。

（3）加入新的MSTP节点需要破环割接，否则，只能以支路方式接入现有MSTP设备，网络部署不灵活。

（4）在业务量较小的楼宇设置机房和MSTP设备，经济性差。

PON的FTTO应用可以很好地解决以上问题。

（1）只需在附近具备条件的接入机房或者汇聚机房设置OLT设备，ONU设备放置在用户端，无源光分配器放置在室外或室内（可以采用挂壁式安装）即可。

由于不需要建设机房，因此降低了初期投资和后期运维成本。

（2）多栋楼宇的各种客户通过PON连接起来，构成一个树型/星型的宽带接入网，所有用户共享GE/2.5G的带宽，而且某个用户的故障不会影响其他用户的正常使用。

（3）分光器是无源设备，故障率低，可以有效解决MSTP的树型/链型网络拓扑可靠性差的问题。

（4）只需要增加新的分光器即可扩容，无需破环割接，部署方便。

（5）在业务接入方面，数据业务（用户上网、MPLSVPN、以太网专线、NGN电话业务）通过ONU以太网口接入，ONU上行通过OLT设备的FE/GE上联口连接至汇聚点业务路由器，TDM业务通过ONUE1接口接入。

FTTO可以支持现有的各种电信业务，包括数据、语音、专线等业务，因此需要PON设备提供各种接口。

OLT设备需要支持FE/GE、E1、STM-1接口；ONU需要支持FE、E1、POTS接口。

对于企业客户，由于业务的可靠性要求很高，所以还要提供一定的线路保护功能，最好能实现干路光纤和支路光纤的双纤保护倒换。

GPON技术具有全业务、高带宽等特性，因此能够对FTTO应用模式提供良好支持。

EPON也在TDM业务支持方面做了大量工作，并推出不少商用产品，因此在目前GPON产品少、价格高的情况下，是实现FTTO的一个替代方案。

结束语

综上所述，GPON在针对商业楼宇的FTTO应用方面具有优势。

而EPON在小区用户的FTTH应用方面表现突出；另外，在现阶段也可以作为楼道交换机的汇聚提供FTTB应用。

针对高端住宅客户，适合部署FTTH解决方案，提供电话、商网、宽带、IPTV等多种业务组合；对于普通住宅用户可以部署基于EPON的FTTB解决方案，节约光纤资源，简化运维流程；对于业务量不大的商业楼宇可以部署GPON或EPON解决方案，节省投资，提高网络可靠性。

总之，要合理区分市场，积极试验，稳步投资，积累经验，为全光接入网的大规模部署做好准备。

（1）ONU设备形态

　　PON系统中的用户端设备称为ONU（OpticalNetworkUnit，光网络单元），FTTx应用场景的复杂性，直接导致了FTTx网络中ONU设备形态的多样性。

按照业务接口类型和数量的不同，0NU可分为SFU，SBU，MDU和MTU等类型。

　　当采用FTTB／C方式建设光接入网时，每个0NU需接人多个独立用户，此时的ONU被称为MDU／MTU（Multi．DwellingUnit／Multi-TenantUnit，多住户单元／多租户单元）。

MDU／MTU可提供8／16／24个FE接口，或者提供24／48／96个DSL接口，入户线为5类线或双绞线。

为了满足用户对语音业务的需求，MDU／MTU还可以提供POTS接口，按l：

1比例同时提供宽带数据业务和窄带语音业务。

此外，为了满足商业客户对TDM业务的需求，有些MDU／MTU还可以提供2／4／8个El接口。

　　当采用FTTH／FTT0方式建设光接入网时，每个ONU仅接入一个用户，此时的ONU被称为SFU／SBU（SingleFamilyUnit／SingleBusinessUnit，单个家庭用户单元／单个商业用户单元）。

SFU／SBU一般提供l42个FE接El，还可以提供l～2个POTS接口来提供窄带语音业务。

当为商业客户提供服务时，SBU还可以提供少量El接口。

（2）组播业务的提供

　　按照PON协议，虽然OLT和ONU之间的下行通道采用广播方式传递数据，但每条数据传输逻辑通道（EPON中的LLID，GPON中的GEMPort）仅属于某一个0NU，当0NU接收到标识为其他ONU的数据时应丢弃该数据，从而保证了用户数据的正确转发和安全隔离。

在单播传输方式下，OLT会把下行广播报文复制N份并分发到多个数据传输逻辑通道传送到ONU。

但为了更高效地传输组播业务，节省系统带宽，PON系统提供了一种特有的数据传输方式，即SCB（SingleCopyBroadcast，单拷贝广播）。

　　SCB技术是在OLT和ONU之间建立一条特殊的允许所有ONU从中合法接收数据的数据传输逻辑通道。

在转发组播业务时，即使多个ONU点播了同一节目，OLT仍然只发送一份组播媒体流数据拷贝进入SCB逻辑通道，所有ONU均接收同一份数据，即l份业务带宽可为N个用户提供服务，由此节省了大量的系统带宽。

对于高清视频等高带宽需求的业务来说，SCB技术带来的带宽节省效果愈加显著。

为了便于管理，PON系统要求在每个PON口下仅有惟一的一个SCB数据传输逻辑通道，所有组播媒体流数据均在同一个逻辑通道中传输，如果需要区分隔离，可通过使用不同的VLANID来标识和区分。

此外，需要注意的是，SCB数据传输逻辑通道是一条单向（仅下行）通道，仅用于传输下行组播媒体流，上行组播协议报文仍然利用单播通道进行传输。

　　运营商在推送IPTV组播业务时，节目权限管理是必须的，无点播权限的用户应该无法获取相应节目。

目前，提供IPTV组播业务有两种可能的方式。

　　一种方式是接入设备仅提供物理传输通道，并通过IGMPProxy或IGMPSnoopin9协议实现组播组成员的管理，用户节目权限管理则由STB（Set．TopBox．机顶盒）和口TV业务平台来实现。

　　另外一种方式是接人设备基于IGMP控制报文携带的用户标识信息进行用户鉴权，并通过PON系统内的控制消息控制ONU对组播数据报文的转发。

对于传统的DSL设备，用户权限数据保存在DSLAM上，DSLAM对IGMP报文进行用户鉴权后决定是否复制分发媒体流到各用户独享的DSL线路，无节目权限的用户即使点播了该节目，DSLAM也不会向其转发节目流，通过物理链路隔离的方式杜绝了用户接收无权限节目的可能性，由此实现组播业务的权限管理。

但PON系统共享传输媒质和利用SCB技术传输组播业务的技术特性，导致所有ONU（包括点播了无权限节目的ONU，或者根本没有点播节目的ONU）均能从MAC层接收到组播媒体流，这给组播节目权限控制带来了新的问题。

下面描述了PON系统实现组播业务权限管理的一种方式：

　　●OLT维持一个用户组播业务权限控制表，集中管理用户的组播业务访问权限；

　　●OLT基于IGMP控制报文携带的用户标识信息进行用户识别，并基于组播权限控制表判断该端口（用户）是否具有所申请组播业务的访问权限及其参数；

　　●OLT通过系统内部的管理消息将端口（用户）对该组播频道的访问权限下发到ONU，并由ONU执行对该端口（用户）组播业务流的转发或关断操作。

　　对于MDU／MTU类型的ONU，上面所描述的由OLT执行的组播权限管理功能将下移至ONU上实现。

此时，PON系统自身的管理协议（如OMCl，OAM消息）已经不能支持如此大量的ONU配置管理信息，SNMP协议可能是更好的一种方式。

　　（3）语音业务的提供

　　PON系统通过在ONU上内置AG或lAD功能模块来提供窄带语音业务，支持的协议可以是SIP，MGCP或H.248等协议。

　　（4）TDM业务的提供

　　TDM业务在商业客户中仍有着较高的市场吸引力，这是由TDM业务的高等级服务质量决定的。

PON系统一般采用CESoP（CircuitEmulationServiceoverPacket，分组网电路仿真业务）方式来提供TDM业务的接人，具体实现技术有两种，分别是IETF（IntemetEngineeringTaskForce）的PWE3（PseudoWireEmulation，伪线仿真）方式和MEF（MetroEthemetForum，城域以太论坛）的MEF8方式。

GPON系统还支持一种特有的Native方式来接入TDM业务，该方式也称为TDMoverGEM方式，是一种把TDM数据直接封装到GEM帧净荷中进行传输的方式。

　　（5）多业务差异化服务能力

　　PON网络可同时承载包括TDM数据专线，VolP语音，IPTV视频和Intemet上网业务在内的多种业务，这些不同类型的业务对服务质量的要求存在极大差异。

　　毫无疑问，对于TDM业务，要求承载网络能够绝对保证其低延时、无误码，PON系统通过预留固定带宽、短帧封装的技术来满足TDM业务的这种要求。

　　对于IP业务，目前PON设备主要是通过保证数据传输逻辑通道的QoS来间接为不同业务类型提供差异化服务功能。

由于逻辑通道仅存在于0LT和ONU之间，因此为了实现全网的QoS，ONU会根据业务类型的不同通过802.1P技术为数据帧添加不同的优先级标识，此时需要ONU具有业务感知和区分的能力，并具有针对不同业务类型进行QoS标记能力。

　　PON对多业务的承载，目前主要有多逻辑通道和单逻辑通道两种解决方案，逻辑通道在EPON系统中是LLID，在GPON系统中是GEMPort／T-CONT。

多逻辑通道方案需要为每种业务分配不同的逻辑通道；单逻辑通道方案是多种业务共享一个逻辑通道。

在多逻辑通道方案中，每类业务被标识上不同的802.1P标记后分别通过不同的逻辑通道进行传送。

PON系统为每个逻辑通道绑定一定的QoS等级标识，并通过SP（StrictPriority，严格优先级）和WRR（WeightedRotmdRobin，加权轮询）等调度策略来保证QoS。

在单逻辑通道方案中，各种业务应用承载于同一逻辑通道中，在PON层上无法区分业务服务等级，只能通过802.1P技术在Layer2上提供差异化服务能力。

　　4多业务承载与VLAN规划

　　VLAN规划是运营商组网应用时重点关注的问题之一，除了能够保证用户信息的安全隔离，VLAN在很多情况下还起着区分标识业务类型的作用。

　　下面给出FTTB应用中几种可能的VLAN规划方式。

（1）场景1：

FFTB+MDU单边缘多业务接入场景

　　如图2所示，在FTTB+MDU单边缘多业务接入场景下的VLAN处理原则为：

　　●家庭网关基于业务类型划分VLAN；

　　●ONU执行VLAN转换功能，处理单播业务时基于用户划分VLAN；

　　●组播协议报文和媒体流分别划分到不同PON—OLTPON．MDU

图2FTTB+MDU单边缘多业务接入场景下的VLAN规划

　　VLAN中，所有用户使用相同的组播媒体流VLAN；

　　OOLT为上行单播业务添加STAG。

（2）场景2：

FTTB+MDU多边缘多业务接入场景a

　　如图3所示，在FTTB+MDU多边缘多业务接入场景a下的VLAN处理原则为：

　　●家庭网关基于业务类型划分VLAN；

　　IONU执行VLAN转换功能，并基于业务划分VLAN；

　　●组播协议报文和媒体流分别划分到不同VLAN中．所有用户使用相同的组播媒体流VLAN；

图3FTTB+MDU多边缘多业务接入场景a下的VLAN规划

　　●OLT透传VLAN。

　　（3）场景3：

FTTB+MDU多边缘多业务接入场景b

　　如图4所示，在FTTB+MDU多边缘多业务接人场景b下的VLAN处理原则为：

　　●家庭网关基于业务类型划分VLAN；

　　●ONU执行VLAN转换功能，对上网业务基于用户划分VLAN，对VolP业务和IPTV业务基于业务划分VLAN；

　　●组播协议报文和媒体流分别划分到不同VLAN中：

　　●OLT为上网业务添加STAG，并透传其他业务VLAN。

图4FTTB+MDU多边缘多业务接入场景b下的VLAN规划

　　5结束语

　　为了满足未来各种新业务发展的需要，PON系统需具有多业务承载、差异化服务的能力。

　　相信经过一段时间的实际网络部署，运营商会获得更多的网络运营经验和商业模式经验，使PON设备和网络在逐步发展和完善中更好地为用户提供各种差异化服务。