下一代無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)

標簽：WDM/TDM PON

0 引言

PON技術(shù)是一種典型的電到多點(diǎn)接入技術(shù)，由局側光線(xiàn)路終端(OLT)、用戶(hù)側光網(wǎng)絡(luò )單元(ONU)以及光分配網(wǎng)絡(luò )(ODN)組成。“無(wú)源”是指ODN中不含有任何有源電子器件及電源，全部由光纖和光分/合路器(Splitter)等無(wú)源光器件組成。

TDM-PON技術(shù)已經(jīng)逐漸走向成熟化、商業(yè)化，BPON、EPON已經(jīng)在很大的范圍內被采用，GPON也已在2007年開(kāi)始部署。于是，很自然的出現了一個(gè)問(wèn)題：如何定位下一代PON技術(shù)的發(fā)展方向。

傳統上謹慎的做法是構建一種可滿(mǎn)足未來(lái)網(wǎng)絡(luò )拓展需求，以更低的單用戶(hù)價(jià)格連接大量的終端用戶(hù)，按需求傳送可靈活調整帶寬的可擴展PON，它將無(wú)需對外部構件進(jìn)行改進(jìn)就可升級，朝著(zhù)這個(gè)方向，下一代PON的主要發(fā)展趨勢有以下幾個(gè)方面：WDM-PON、WDM/TDM混合PON、10G　EPON、PON/ROF匯聚、Long-Reach PON。

1 WDM-PON

一種直接升級TDM-PON的途徑是在OLT與ONU之間采用獨立的波長(cháng)信道，這種方式通過(guò)物理上點(diǎn)對多點(diǎn)的PON結構在OLT和每個(gè)ONU間形成了點(diǎn)對點(diǎn)的連接，被稱(chēng)為WDM-PON。

相比TDM-PON，WDM-PON有許多優(yōu)勢，例如高帶寬，協(xié)議透明性，安全性更高，靈活的可擴展性，影響WDM-PON大規模應用的最大問(wèn)題在于基于不同波長(cháng)的使用導致ONU的成本高。因此WDM-PON核心技術(shù)的發(fā)展都與如何為ONU構建一個(gè)便宜和穩定的光發(fā)射機相關(guān)。為了降低WDM-PON技術(shù)運行成本和提高其與原有資源的兼容性，系統設計者和設備供應商已經(jīng)聯(lián)手共同開(kāi)發(fā)一種無(wú)色ONU技術(shù)，其中最簡(jiǎn)單的方法是使用可調諧激光器作為光發(fā)射器，但這類(lèi)激光器價(jià)格十分昂貴，不適合用于接入網(wǎng);另一種是寬光源和頻率切割技術(shù)，超輻射發(fā)光二極管(SLD)可發(fā)射出高輸出功率，可以選擇它的中心波長(cháng)與帶寬，同時(shí)它是十分成熟、廉價(jià)的光設備。而目前新的有效的WDM-PON技術(shù)的實(shí)現方案大體上可以分為兩部分：第一部分是從OLT端到ONU端，這一部分采用了WDM技術(shù);第二部分是從ONU端到網(wǎng)絡(luò )終端(NT)，這一部分采用了TDM技術(shù)。

2 WDM/TDM混合PON

WDM/TDM PON將是未來(lái)PON的發(fā)展趨勢。由于現階段實(shí)現WDM-PON存在不小的難度，因此較為合理的網(wǎng)絡(luò )升級策略是從TDM-PON向WDM-PON逐步過(guò)渡，而在過(guò)渡的過(guò)程中，兩者的共存階段是必須要經(jīng)歷的，將出現被稱(chēng)為WDM/TDM混合PON的多種融合形式。WDM和TDM混合模式的PON結構具有容量大、高可靠、節約城域光纖資源等突出優(yōu)勢，在將來(lái)的接入網(wǎng)絡(luò )改造和升級中將發(fā)揮巨大作用?；赪DM技術(shù)的PON網(wǎng)絡(luò )架構可以兼容現有的1 G/2.5 G/10 G EPON、GPON和P2P等多種光纖接入技術(shù)。通過(guò)波長(cháng)規劃可以直接承載1310 nm波長(cháng)的有線(xiàn)電視(CATV)業(yè)務(wù)，實(shí)現“三網(wǎng)融合”;在線(xiàn)路中引入光鏈路監控信號，實(shí)現ODN網(wǎng)絡(luò )的光鏈路檢測功能。另外通過(guò)WDM-TDM PON可以構建一個(gè)具有更大接入容量、更高傳輸速率、面向全業(yè)務(wù)運營(yíng)的具有中國特色的全新光接入網(wǎng)。

目前最自然的TDM-PON和WDM-PON融合技術(shù)是級聯(lián)。在一個(gè)WDM/TDM混合PON中，如果每個(gè)波長(cháng)信道間獨自工作，除了源TDM-PON的MAC協(xié)議，網(wǎng)絡(luò )中無(wú)需一種額外的MAC控制協(xié)議。然而這種方案可能無(wú)法有效的利用帶寬，尤其是當一些波長(cháng)過(guò)載而另外的波長(cháng)輕負載的情況。如果在所有ONU間共享這些波長(cháng)，那么系統總吞吐量將會(huì )得到顯著(zhù)的提高?；谶@個(gè)原因，需要一種被稱(chēng)為動(dòng)態(tài)波長(cháng)分配(DWA)算法的波長(cháng)調度方案，來(lái)通過(guò)控制可調諧激光器(LD)和WDM過(guò)濾器使得波長(cháng)信道動(dòng)態(tài)化。一種不僅分配時(shí)隙， 還為ONU分配波長(cháng)的DWA/DBA算法的融合， 是WDM/TDM 混合PON發(fā)展的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。

在WDM-PON中提供廣播業(yè)務(wù)是困難的，為了解決這個(gè)問(wèn)題，WDM/TDM PON的融合結構正在向PON中添加廣播波長(cháng)的核心技術(shù)方向上進(jìn)行發(fā)展。

3 10G EPON

普通EPON的自然升級是10G EPON，促進(jìn)10G EPON發(fā)展的主導驅動(dòng)力是市場(chǎng)需求。為了滿(mǎn)足市場(chǎng)需求，IEEE802.3av 10G EPON工作組在2006年9月成立，它們的任務(wù)是在2009年完成IEEE 802.3av 10 G EPON標準制定的工作。10 G EPON在系統組成上與1G EPON相同，但需采用支持10 G速率的OLT、ONU和ODN。10 G EPON在系統結構上仍然延續1 G EPON的典型形拓撲結構。

10 G EPON分為兩個(gè)類(lèi)型：其一是非對稱(chēng)方式，即采用10 G速率下行，但上行速率與EPON相同仍然為1 G;其二是對稱(chēng)方式，即上下行速率均為10 G的EPON系統。相比來(lái)說(shuō)，由于PON系統的上行傳輸技術(shù)難度較大，因此1 G上行10 G下行方式的10 G EPON系統較為容易實(shí)現，目前芯片廠(chǎng)家已經(jīng)可以提供原型系統。但由于該類(lèi)系統上下行帶寬比達到1:10，因此能否與實(shí)際用戶(hù)業(yè)務(wù)需求的帶寬模型相匹配存在疑問(wèn)。

目前10 G下行將采用1 574～1 580 nm，其與波長(cháng)范圍在1 480～1 500 nm間的1 G下行共存，保留了1 540～1 560 nm用于處理視頻過(guò)載。10 G EPON下行采用10 G的傳輸速率進(jìn)行廣播已經(jīng)沒(méi)有異議，但上行采用1G的傳輸速率還是10 G的傳輸速率，是采用TDMA還是WDMA則還要考慮。

采用TDMA技術(shù)的10 G EPON在成本上無(wú)疑較采用WDMA技術(shù)的10 G EPON要低得多，而且和目前的802.3ah EPON相比成本也不是特別高。但是采用TDMA技術(shù)的ONU的數據在上傳前必須等待自己的允許周期，不同ONU的上行數據中間還有保護時(shí)間，更重要的以太網(wǎng)幀是變長(cháng)的，如果正在等待的ONU發(fā)送之前PON上下行鏈路均在發(fā)送長(cháng)包，則該ONU可能等待的時(shí)間更長(cháng)，這些因素都導致了采用TDMA的10 G EPON上行方向時(shí)延將較大，這對于對時(shí)延特別敏感的業(yè)務(wù)(如VOIP)十分不利。另外采用TDMA技術(shù)的10 G EPON其上行平均帶寬較小(相當于所有ONU共享1 G或10 G的帶寬)。相比之下采用WDMA的10 G EPON每個(gè)ONU獨享1 G或10 G上行帶寬，另外上行方向使用的是真正的點(diǎn)對點(diǎn)(P2P)網(wǎng)絡(luò )，發(fā)送時(shí)無(wú)需等待，延時(shí)極低。然后不幸的是該方案優(yōu)越的性能需要高昂的成本代價(jià)，因此采用WDMA技術(shù)的10G EPON不太可能普及到用戶(hù)家里，即不適合FTTH應用，但作為FTTB和FTTC還是大有前途的，也可以用于級聯(lián)現有的GEPON。采用TDMA技術(shù)的10G EPON，如果能夠解決上行時(shí)延過(guò)大的問(wèn)題，在FTTH應用特別是高清IPTV接入領(lǐng)域中將大有作為。

4 PON/ROF匯聚