基于GPON技術(shù)的小區接入網(wǎng)應用分析

摘要：GPON是重要的實(shí)現用戶(hù)接入網(wǎng)的PON技術(shù)。本文首先給出GPON的基本原理與特點(diǎn)，并通過(guò)GPON與APON、EPON的功能對比，對GPON進(jìn)行了優(yōu)點(diǎn)剖析，指出了GPON技術(shù)的先進(jìn)性。從GPON系統設計、OLT設置、ODN設置及ONU設備等不同方面討論了GPON技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )設計流程。最后，以實(shí)際案例進(jìn)行了GPON接入網(wǎng)工程分析，進(jìn)行了GPON工程方案設計與帶寬測試結果討論，提出了工程涉及問(wèn)題的注意事項，指出了GPON技術(shù)的發(fā)展趨勢。

引言

　　隨著(zhù)科技的進(jìn)步，PON技術(shù)得到更加廣泛的應用，該技術(shù)也在不斷推陳出新?；诟鞣NPON技術(shù)，GPON技術(shù)具備更高的帶寬、傳輸速率及傳輸范圍，目前已逐步應用于各個(gè)通信領(lǐng)域^[1]。

　　APON技術(shù)是最早的商用PON技術(shù)，主要基于A(yíng)TM技術(shù)。EPON技術(shù)主要推動(dòng)以太網(wǎng)的使用，對物理層與MAC層進(jìn)行了規定^[2]。GPON技術(shù)綜合了以上技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，具備更優(yōu)的性能，更高的傳輸速率，更廣泛的覆蓋范圍及更高的動(dòng)態(tài)帶寬分配能力。

　　本文基于GPON技術(shù)的基本原理，分析了該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，從具體方面討論了GPON技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )設計流程，最后針對GPON接入網(wǎng)工程進(jìn)行實(shí)例分析，并給出了用戶(hù)接入網(wǎng)工程設計中的注意事項。

1 GPON技術(shù)的基本原理

　　2002年，FSAN以APON為基本框架提出了包含全新物理層傳輸速率和TC層的GPON。

1.1 原理

　　GPON將多業(yè)務(wù)映射到ATM信元或GEM中傳送，并提供相應QoS保證，作為PON的技術(shù)，也是由局端OLT、用戶(hù)端ONU與無(wú)源光分配網(wǎng)絡(luò )ODN組成[3]。OLT屬于全業(yè)務(wù)接入系統，將數據網(wǎng)、電話(huà)網(wǎng)與電視網(wǎng)融為一體，以大容量交叉矩陣和IP包為內核，在用戶(hù)接口UNI側提供GPON接口，以實(shí)現各種業(yè)務(wù)接入。ONU提供UNI側多業(yè)務(wù)接入能力以實(shí)現三網(wǎng)合一的接入。

1.2 特點(diǎn)

　　GPON技術(shù)具備如下特點(diǎn)^[4]：

　　(1)業(yè)務(wù)支撐能力較強。GPON同時(shí)承載ATM信元與GEM，實(shí)現了靈活地幀封裝協(xié)議，無(wú)需通過(guò)協(xié)議轉換即可實(shí)現多業(yè)務(wù)通用映射，封裝率可達94%。

　　(2)足夠的帶寬與覆蓋范圍。GPON下行速率可達2.5Gbit/s，且在其他PON技術(shù)上拓展了帶寬，具備滿(mǎn)足更多業(yè)務(wù)性能的特點(diǎn)。GPON實(shí)際覆蓋范圍高達20km以上。

　　(3)帶寬靈活分配?；贒BA算法，GPON具備保證多業(yè)務(wù)進(jìn)行的靈活的帶寬分配能力。

　　(4)同步性能較優(yōu)。ONU較易獲取同步信息，可以有效地支持實(shí)時(shí)TDM業(yè)務(wù)，同時(shí)具備延時(shí)與抖動(dòng)性能。

　　(5)設備成本較高。GPON具備多種優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也增加了設備與技術(shù)的復雜程度，增加了設備成本。

1.3 優(yōu)勢

　　APON是單點(diǎn)到多點(diǎn)的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )，EPON是FTTx中主流的無(wú)源光接入技術(shù)，通過(guò)GPON與他們的特性對比，分析GPON在通信領(lǐng)域的優(yōu)勢^[5]。

　　對比可知，GPON具備較高的上行速率、下行速率，最大覆蓋范圍的理論值較高，同時(shí)可以承載多種業(yè)務(wù)類(lèi)型。

2 GPON技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )設計流程

　　GPON采用單點(diǎn)到多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構，常用樹(shù)型與星型拓撲結構。

2.1 GPON系統設計

　　針對GPON系統設計，需要考慮以下原則：

　　(1)恰當考慮綜合因素，適當選擇網(wǎng)絡(luò )結構^[6]。進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )結構選擇時(shí)，應同時(shí)考慮用戶(hù)分布和密度情況，綜合比較用戶(hù)業(yè)務(wù)需求，同時(shí)不能忽視現有環(huán)境因素。

　　(2)充分考慮經(jīng)濟因素，最大程度降低故障風(fēng)險。將光分路器靠近用戶(hù)側有助于減少主干光纜芯數，可以節約經(jīng)濟成本。分光級數增加會(huì )導致故障風(fēng)險增加，難以進(jìn)行維護，因此，分光級別盡量采用一級分光。

　　(3)合理考慮利用率，盡量選擇均勻分光。進(jìn)行光分路器設計時(shí)，應考慮利用率，盡量降低分支空余發(fā)生。采用均勻分光，有助于使各個(gè)分支均滿(mǎn)足傳輸損耗要求。

2.2 OLT設置

　　OLT采用模塊化設計，上聯(lián)通GE/FE接口實(shí)現，如果業(yè)務(wù)需求量大可多置GE口，FE口常采用配置光口或電口的BRAS/SR的側端口類(lèi)型。

2.3 ODN設置

　　ODN作為連接OLT與ONU的傳輸媒介，位于OLT與ONU之間。ODN包括光纜、無(wú)源器件及其他線(xiàn)路輔助設施，進(jìn)行系統設計的同時(shí)，需要考慮相關(guān)環(huán)境因素，由于分光器增多將會(huì )導致ODN網(wǎng)絡(luò )跳接點(diǎn)增多。因此，盡量采用一級分光。

2.4 ONU設備

　　根據不同的用戶(hù)側需求，選擇恰當的ONU以滿(mǎn)足不同的應用場(chǎng)景及用戶(hù)需要。ONU上行方向通過(guò)ODN與所提供光口連接至OLT，下行方向根據實(shí)際情況選擇ONU類(lèi)型。

3 GPON接入網(wǎng)工程分析

　　本部分以對一小區進(jìn)行實(shí)際接入網(wǎng)設計為例，分析GPON技術(shù)的應用情況及效果。

3.1 工程方案設計

　　本工程基于GPON技術(shù)設計某小區的接入網(wǎng)。工程規模如表2所示。

　　因本工程目的為解決該小區接入網(wǎng)工程，居民住宅具備密集型特點(diǎn)，因此，該GPON采用樹(shù)型拓撲結構，系統建設方案如下：

　　(1)首先選取一臺支持8端口的GPON與一臺支持GPON業(yè)務(wù)的OLT設備，其中GPON的分光比為1:32;

　　(2)使用一級分光器完成接入過(guò)程;

　　(3)在分光器上分別鋪設光纜到各單元機柜的ONU上;

　　(4)將OLT置于機房中，根據“大容量、少局點(diǎn)”的部署原則，選擇大容量的OLT，將其部署至現有機房中;

　　(5)選擇具備標準化、模塊化設計的ODN，以達到具備較易替換與便于維護的目的;

　　(6)基于FTTB模式下的ONU為多住戶(hù)單元型ONU，具備多個(gè)用戶(hù)側，可提供多業(yè)務(wù)接入功能。

3.2 結果分析

　　GPON的下行帶寬為2488Mbps，開(kāi)銷(xiāo)占用128Mbps，獲得可用帶寬2360Mbps。通過(guò)測試，獲取本案例中各個(gè)業(yè)務(wù)所需帶寬如表3所示。

　　計算單個(gè)系統帶寬=Σ所有業(yè)務(wù)(業(yè)務(wù)分配帶寬×業(yè)務(wù)用戶(hù)比率X并發(fā)比X流量占空LL)×總用戶(hù)數/帶寬冗余系數。

　　所以，該小區帶寬=3×100%×50%×30%+3×100%×50%×30%+8×50%×50%=2.9M，GPON系統內冗余系數取85%，則N×2.9M/85%<2360M，可知，單個(gè)PON系統最大可容納用戶(hù)數為5817，該數值完全滿(mǎn)足一個(gè)小區的用戶(hù)需求。

3.3 工程涉及問(wèn)題

　　除了做好工程設計工作，以下問(wèn)題也需要注意：

　　(1)注意設備防雷工作。為了確保工程順利實(shí)施及后期運作安全，應該做好防雷接地工作。

　　(2)注意環(huán)境保護工作。用戶(hù)接入網(wǎng)屬于重要的工程項目，涉及范圍較廣，應該注意在施工過(guò)程中盡量避免造成環(huán)境污染。

　　(3)注意設備使用率。為了嚴格控制設備能耗，需要在保證設備利用率的前提下，提高軟件性能，盡力不放棄舊設備。

4 結束語(yǔ)

　　用戶(hù)接入網(wǎng)工程屬于常見(jiàn)的通信工程，為用戶(hù)提供服務(wù)，滿(mǎn)足用戶(hù)日常生活需要。本文通過(guò)GPON技術(shù)與其他技術(shù)的對比，分析討論了該技術(shù)的先進(jìn)性，并以實(shí)際案例證明GPON技術(shù)具備較高的帶寬，可以滿(mǎn)足不同的業(yè)務(wù)需求，并指出進(jìn)行用戶(hù)接入網(wǎng)工程時(shí)的注意事項。隨著(zhù)GPON技術(shù)的發(fā)展，可以針對降低價(jià)格以獲取更好的經(jīng)濟性方面進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以擴大GPON技術(shù)的應用范圍。

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本文來(lái)源于中國科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2016年第9期第55頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。