光纖接入網(wǎng)技術(shù)綜述及優(yōu)劣分析
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近年來(lái)，以互聯(lián)網(wǎng)為代表的新技術(shù)革命正在深刻地改變傳統的電信概念和體系結構，隨著(zhù)各國接入網(wǎng)市場(chǎng)的逐漸開(kāi)放，電信管制政策的放松，競爭的日益加劇和擴大，新業(yè)務(wù)需求的迅速出現，有線(xiàn)技術(shù)（包括光纖技術(shù)）和無(wú)線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展，接入網(wǎng)開(kāi)始成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。在巨大的市場(chǎng)潛力驅動(dòng)下，產(chǎn)生了各種各樣的接入網(wǎng)技術(shù)。光纖通信具有通信容量大、質(zhì)量高、性能穩定、防電磁干擾、保密性強等優(yōu)點(diǎn)。在干線(xiàn)通信中，光纖扮演著(zhù)重要角色，在接入網(wǎng)中，光纖接入也將成為發(fā)展的重點(diǎn)。光纖接入網(wǎng)是發(fā)展寬帶接入的長(cháng)遠解決方案。
一、光纖接入網(wǎng)的基本構成
光纖接入網(wǎng)(OAN)，是指用光纖作為主要的傳輸媒質(zhì)，實(shí)現接入網(wǎng)的信息傳送功能。通過(guò)光線(xiàn)路終端(OLT)與業(yè)務(wù)節點(diǎn)相連，通過(guò)光網(wǎng)絡(luò )單元(ONU)與用戶(hù)連接。光纖接入網(wǎng)包括遠端設備——光網(wǎng)絡(luò )單元和局端設備——光線(xiàn)路終端，它們通過(guò)傳輸設備相連。系統的主要組成部分是OLT和遠端ONU。它們在整個(gè)接入網(wǎng)中完成從業(yè)務(wù)節點(diǎn)接口(SNI)到用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )接口(UNI)間有關(guān)信令協(xié)議的轉換。接入設備本身還具有組網(wǎng)能力，可以組成多種形式的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。同時(shí)接入設備還具有本地維護和遠程集中監控功能，通過(guò)透明的光傳輸形成一個(gè)維護管理網(wǎng)，并通過(guò)相應的網(wǎng)管協(xié)議納入網(wǎng)管中心統一管理。
OLT的作用是為接入網(wǎng)提供與本地交換機之間的接口，并通過(guò)光傳輸與用戶(hù)端的光網(wǎng)絡(luò )單元通信。它將交換機的交換功能與用戶(hù)接入完全隔開(kāi)。光線(xiàn)路終端提供對自身和用戶(hù)端的維護和監控，它可以直接與本地交換機一起放置在交換局端，也可以設置在遠端。
ONU的作用是為接入網(wǎng)提供用戶(hù)側的接口。它可以接入多種用戶(hù)終端，同時(shí)具有光電轉換功能以及相應的維護和監控功能。ONU的主要功能是終結來(lái)自 OLT的光纖，處理光信號并為多個(gè)小企業(yè)，事業(yè)用戶(hù)和居民住宅用戶(hù)提供業(yè)務(wù)接口。ONU的網(wǎng)絡(luò )端是光接口，而其用戶(hù)端是電接口。因此ONU具有光/電和電 /光轉換功能。它還具有對話(huà)音的數/模和模/數轉換功能。ONU通常放在距離用戶(hù)較近的地方，其位置具有很大的靈活性。
光纖接入網(wǎng)（OAN）從系統分配上分為有源光網(wǎng)絡(luò )(AON，ActiveOpticalNetwork)和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )(PON，PassiveOpticaOpticalNetwork)兩類(lèi)。
二、有源光纖接入網(wǎng)
有源光網(wǎng)絡(luò )又可分為基于SDH的AON和基于PDH的AON。有源光網(wǎng)絡(luò )的局端設備（CE）和遠端設備（RE）通過(guò)有源光傳輸設備相連，傳輸技術(shù)是骨干網(wǎng)中已大量采用的SDH和PDH技術(shù)，但以SDH技術(shù)為主，本文主要討論SDH（同步光網(wǎng)絡(luò )）系統。
1．基于SDH的有源光網(wǎng)絡(luò )
SDH的概念最初于1985年由美國貝爾通信研究所提出，稱(chēng)之為同步光網(wǎng)絡(luò )（SynchronousOpticalNETwork,SONET）。它是由一整套分等級的標準傳送結構組成的，適用于各種經(jīng)適配處理的凈負荷（即網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)接口比特流中可用于電信業(yè)務(wù)的部分）在物理媒質(zhì)如光纖、微波、衛星等上進(jìn)行傳送。該標準于1986年成為美國數字體系的新標準。國際電信聯(lián)盟標準部（ITU—T）的前身國際電報電話(huà)資詢(xún)委員會(huì )（CCITT）于1988年接受SONET概念，并與美國標準協(xié)會(huì )（ANSI）達成協(xié)議，將SONET修改后重新命名為同步數字系列（SynchronousDigitalHierarchy,SDH）,使之成為同時(shí)適應于光纖、微波、衛星傳送的通用技術(shù)體制。
SDH網(wǎng)是對原有PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy準同步數字系列）網(wǎng)的一次革命。PDH是異步復接，在任一網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)上接入接出低速支路信號都要在該節點(diǎn)上進(jìn)行復接、碼變換、碼速調整、定時(shí)、擾碼、解擾碼等過(guò)程，并且PDH只規定了電接口，對線(xiàn)路系統和光接口沒(méi)有統一規定，無(wú)法實(shí)現全球信息網(wǎng)的建立。隨著(zhù)SDH技術(shù)引入，傳輸系統不僅具有提供信號傳播的物理過(guò)程的功能，而且提供對信號的處理、監控等過(guò)程的功能。 SDH通過(guò)多種容器C和虛容器VC以及級聯(lián)的復幀結構的定義，使其可支持多種電路層的業(yè)務(wù)，如各種速率的異步數字系列、DQDB、FDDI、ATM等，以及將來(lái)可能出現的各種新業(yè)務(wù)。段開(kāi)銷(xiāo)中大量的備用通道增強了SDH網(wǎng)的可擴展性。通過(guò)軟件控制使原來(lái)PDH中人工更改配線(xiàn)的方法實(shí)現了交叉連接和分插復用連接，提供了靈活的上/下電路的能力，并使網(wǎng)絡(luò )拓撲動(dòng)態(tài)可變，增強了網(wǎng)絡(luò )適應業(yè)務(wù)發(fā)展的靈活性和安全性，可在更大幾何范圍內實(shí)現電路的保護、高度和通信能力的優(yōu)化利用，從而為增強組網(wǎng)能力奠定基礎，只需幾秒就可以重新組網(wǎng)。特別是SDH自愈環(huán)，可以在電路出現故障后，幾十毫秒內迅速恢復。SDH的這些優(yōu)勢使它成為寬帶業(yè)務(wù)數字網(wǎng)的基礎傳輸網(wǎng)。
在接入網(wǎng)中應用SDH（同步光網(wǎng)絡(luò )）的主要優(yōu)勢在于：SDH可以提供理想的網(wǎng)絡(luò )性能和業(yè)務(wù)可靠性；SDH固有的靈活性使對于發(fā)展極其迅速的蜂窩通信系統采用SDH系統尤其適合。當然，考慮到接入網(wǎng)對成本的高度敏感性和運行環(huán)境的惡劣性，適用于接入網(wǎng)的SDH設備必須是高度緊湊，低功耗和低成本的新型系統，其市場(chǎng)應用前景看好。
接入網(wǎng)用SDH的最新發(fā)展趨勢是支持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(huà)音業(yè)務(wù)量以外，可以利用部分SDH凈負荷來(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，除了現有的PPP 方式外，利用VC12的級聯(lián)方式來(lái)支持IP傳輸也是一種效率較高的方式?？傊?，作為一種成熟可靠提供主要業(yè)務(wù)收入的傳送技術(shù)在可以預見(jiàn)的將來(lái)仍然會(huì )不斷改進(jìn)支持電路交換網(wǎng)向分組
網(wǎng)的平滑過(guò)渡。
2．基于PDH的有源光網(wǎng)絡(luò )
準同步數字系列（PDH）以其廉價(jià)的特性和靈活的組網(wǎng)功能，曾大量應用于接入網(wǎng)中。尤其近年來(lái)推出的SPDH設備將SDH概念引入PDH系統，進(jìn)一步提高了系統的可靠性和靈活性，這種改良的PDH系統在相當長(cháng)一段時(shí)間內，仍會(huì )廣泛應用。
三、無(wú)源光纖接入網(wǎng)絡(luò )
無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )（PON），是指在OLT和ONU之間是光分配網(wǎng)絡(luò )(ODN)，沒(méi)有任何有源電子設備，它包括基于A(yíng)TM的無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )APON及基于IP的PON。
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(xiàn)業(yè)務(wù)。相對普通專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)，APON提供的VP專(zhuān)線(xiàn)業(yè)務(wù)設備成本低，體積小，省電、系統可靠穩定、性能價(jià)格比有一定優(yōu)勢。第二步實(shí)現一次群和二次群電路仿真業(yè)務(wù)，提供企業(yè)內部網(wǎng)的連接和企業(yè)電話(huà)及數據業(yè)務(wù)。第三步實(shí)現以太網(wǎng)接口，提供互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)和VLAN業(yè)務(wù)。以后再逐步擴展至其它業(yè)務(wù)，成為名副其實(shí)的全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)系統。
APON采用基于信元的傳輸系統，允許接入網(wǎng)中的多個(gè)用戶(hù)共享整個(gè)帶寬。這種統計復用的方式，能更加有效地利用網(wǎng)絡(luò )資源。APON能否大量應用的一個(gè)重要因素是價(jià)格問(wèn)題。目前第一代的實(shí)際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A(yíng)TM在全球范圍內的受挫而不確定，但其技術(shù)優(yōu)勢是明顯的。特別是綜合考慮運行維護成本，在新建地區，高度競爭的地區或需要替代舊銅纜系統的地區，此時(shí)敷設PON系統，無(wú)論是FTTC，還是FTTB方式都是一種有遠見(jiàn)的選擇。在未來(lái)幾年能否將性能價(jià)格比改進(jìn)到市場(chǎng)能夠接受的水平是APON技術(shù)生存和發(fā)展的關(guān)鍵。
IPPON的上層是IP，這種方式可更加充分地利用網(wǎng)絡(luò )資源，容易實(shí)現系統帶寬的動(dòng)態(tài)分配，簡(jiǎn)化中間層的復雜設備?；赑ON的OAN不需要在外部站中安裝昂貴的有源電子設備，因此使服務(wù)提供商可以高性?xún)r(jià)比地向企業(yè)用戶(hù)提供所需的帶寬。
無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )（PON）是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò )，避免了外部設備的電磁干擾和雷電影響，減少了線(xiàn)路和外部設備的故障率，提高了系統可靠性，同時(shí)節省了維護成本，是電信維護部門(mén)長(cháng)期期待的技術(shù)。無(wú)源光接入網(wǎng)的優(yōu)勢具體體現在以下幾方面：
?。?）無(wú)源光網(wǎng)體積小，設備簡(jiǎn)單，安裝維護費用低，投資相對也較小。
?。?）無(wú)源光設備組網(wǎng)靈活，拓撲結構可支持樹(shù)型、星型、總線(xiàn)型、混合型、冗余型等網(wǎng)絡(luò )拓撲結構。
?。?）安裝方便，它有室內型和室外型。其室外型可直接掛在墻上，或放置于“H”桿上，無(wú)須租用或建造機房。而有源系統需進(jìn)行光電、電光轉換，設備制造費用高，要使用專(zhuān)門(mén)的場(chǎng)地和機房，遠端供電問(wèn)題不好解決，日常維護工作量大。
?。?）無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )適用于點(diǎn)對多點(diǎn)通信，僅利用無(wú)源分光器實(shí)現光功率的分配。
?。?）無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )是純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò )，徹底避免了電磁干擾和雷電影響，極適合在自然條件惡劣的地區使用。
?。?）從技術(shù)發(fā)展角度看，無(wú)源光網(wǎng)絡(luò )擴容比較簡(jiǎn)單，不涉及設備改造，只需設備軟件升級，硬件設備一次購買(mǎi)，長(cháng)期使用，為光纖入戶(hù)奠定了基礎，使用戶(hù)投資得到保證。
四、光接入網(wǎng)的拓撲結構
光纖接入網(wǎng)的拓撲結構，是指傳輸線(xiàn)路和節點(diǎn)的幾何排列圖形，它表示了網(wǎng)絡(luò )中各節點(diǎn)的相互位置與相互連接的布局情況。網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構對網(wǎng)絡(luò )功能、造價(jià)及可靠性等具有重要影響。其三種基本的拓撲結構是:總線(xiàn)形、環(huán)形和星形，由此又可派生出總線(xiàn)—星形、雙星形、雙環(huán)形、總線(xiàn)—總線(xiàn)形等多種組合應用形式，各有特點(diǎn)、相互補充。
1．總線(xiàn)形結構
總線(xiàn)形結構是以光纖作為公共總線(xiàn)(母線(xiàn))、各用戶(hù)終端通過(guò)某種耦合器與總線(xiàn)直接連接所構成的網(wǎng)絡(luò )結構 。這種結構屬串聯(lián)型結構，特點(diǎn)是:共享主干光纖，節省線(xiàn)路投資，增刪節點(diǎn)容易，彼此干擾較??；但缺點(diǎn)是損耗累積，用戶(hù)接收機的動(dòng)態(tài)范圍要求較高；對主干光纖的依賴(lài)性太強。
2．環(huán)形結構
環(huán)形結構是指所有節點(diǎn)共用一條光纖鏈路，光纖鏈路首尾相接自成封閉回路的網(wǎng)絡(luò )結構。這種結構的突出優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現網(wǎng)絡(luò )自愈，即無(wú)需外界干預，網(wǎng)絡(luò )即可在較短的時(shí)間里從失效故障中恢復所傳業(yè)務(wù)。
3．星形結構
星形結構是各用戶(hù)終端通過(guò)一個(gè)位于中央節點(diǎn)(設在端局內)具有控制和交換功能的星形耦合器進(jìn)行信息交換，這種結構屬于并聯(lián)形結構。它不存在損耗累積的問(wèn)題，易于實(shí)現升級和擴容，各用戶(hù)之間相對獨立，業(yè)務(wù)適應性強。但缺點(diǎn)是所需光纖代價(jià)較高，對中央節點(diǎn)的可靠性要求極高。星形結構又分為單星形結構、有源雙星形結構及無(wú)源雙星形結構三種。
?。?）單星形結構：該結構是用光纖將位于電信交換局的OLT與用戶(hù)直接相連，基本上都是點(diǎn)對點(diǎn)的連接，與現有銅纜接入網(wǎng)結構相似。每戶(hù)都有單獨的一對線(xiàn)，直接連到電信局，因此單星型可與原有的銅現網(wǎng)絡(luò )兼容；用戶(hù)之間互相獨立，保密性好；升級和擴容容易，只要兩端的設備更換就可以開(kāi)通新業(yè)務(wù)，適應性
強。缺點(diǎn)是成本太高，每戶(hù)都需要單獨的一對光纖或一根光纖（雙向波分復用），要通向千家萬(wàn)戶(hù)，就需要上千芯的光纜，難于處理，而且每戶(hù)都需要專(zhuān)用的光源檢測器，相當復雜。
?。?）有源雙星形結構：它在中心局與用戶(hù)之間增加了一個(gè)有源接點(diǎn)。中心局與有源接點(diǎn)共用光纖，利用時(shí)分復用（TDM）或頻分復用（FDM）傳送較大容量的信息，到有源接點(diǎn)再換成較小容量的信息流，傳到千家萬(wàn)戶(hù)。其優(yōu)點(diǎn)是靈活性較強，中心局有源接點(diǎn)間共用光纖，光纜芯數較少，降低了費用。缺點(diǎn)是有源接點(diǎn)部分復雜，成本高，維護不方便；另外，如要引入寬帶新業(yè)務(wù)，將系統升級，則需將所有光電設備都更換，或采用波分復用疊加的方案，這比較困難。
?。?）無(wú)源雙星形結構：這種結構保持了有源雙星形結構光纖共享的優(yōu)點(diǎn)，將有源接點(diǎn)換成了無(wú)源分路器，維護方便，可靠性高，成本較低。由于采取了一系列措施，保密性也很好，是一種較好的接入網(wǎng)結構。
五、光纖接入網(wǎng)的形式
根據光網(wǎng)絡(luò )單元（ONU）的位置，光纖接入方式可分為如下幾種：
FTTB（光纖到大樓）；FTTC（光纖到路邊）；FTTZ（光纖到小區）；FTTH（光纖到用戶(hù)）；FTTO（光纖到辦公室）；FTTF（光纖到樓層）；FTTP（光纖到電桿）；FTTN（光纖到鄰里）；FTTD（光纖到門(mén)）；FTTR（光纖到遠端單元）。
其中最主要的是FTTB（光纖到大樓）、FTTC（光纖到路邊）、FTTH（光纖到用戶(hù)）三種形式。FTTC主要是為住宅用戶(hù)提供服務(wù)的，光網(wǎng)絡(luò )單元（ONU）設置在路邊，即用戶(hù)住宅附近，從ONU出來(lái)的電信號再傳送到各個(gè)用戶(hù)，一般用同軸電纜傳送視頻業(yè)務(wù)，用雙絞線(xiàn)傳送電話(huà)業(yè)務(wù)。FTTB的ONU設置在大樓內的配線(xiàn)箱處，主要用于綜合大樓、遠程醫療、遠程教育、及大型娛樂(lè )場(chǎng)所，為大中型企事業(yè)單位及商業(yè)用戶(hù)服務(wù)，提供高速數據、電子商務(wù)、可視圖文等寬帶業(yè)務(wù)。FTTH是將ONU放置在用戶(hù)住宅內，為家庭用戶(hù)提供各種綜合寬帶業(yè)務(wù)，FTTH是光纖接入網(wǎng)的最終目標，但是每一用戶(hù)都需一對光纖和專(zhuān)用的ONU，因而成本昂貴，實(shí)現起來(lái)非常困難。
六、光接入網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)與劣勢
與其他接入技術(shù)相比，光纖接入網(wǎng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：
?。?）光纖接入網(wǎng)能滿(mǎn)足用戶(hù)對各種業(yè)務(wù)的需求。人們對通信業(yè)務(wù)的需求越來(lái)越高，除了打電話(huà)、看電視以外，還希望有高速計算機通信、家庭購物、家庭銀行、遠程教學(xué)、視頻點(diǎn)播（VOD）以及高清晰度電視（HDTV）等。這些業(yè)務(wù)用銅線(xiàn)或雙絞線(xiàn)是比較難實(shí)現的。
?。?）光纖可以克服銅線(xiàn)電纜無(wú)法克服的一些限制因素。光纖損耗低、頻帶寬，解除了銅線(xiàn)徑小的限制。此外，光纖不受電磁干擾，保證了信號傳輸質(zhì)量，用光纜代替銅纜，可以解決城市地下通信管道擁擠的問(wèn)題。
?。?）光纖接入網(wǎng)的性能不斷提高，價(jià)格不斷下降，而銅纜的價(jià)格在不斷上漲。
?。?）光纖接入網(wǎng)提供數據業(yè)務(wù)，有完善的監控和管理系統，能適應將來(lái)寬帶綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)的需要，打破“瓶頸”，使信息高速公路暢通無(wú)阻。
當然，與其它接入網(wǎng)技術(shù)相比，光纖接入網(wǎng)也存在一定的劣勢。最大的問(wèn)題是成本還比較高。尤其是光節點(diǎn)離用戶(hù)越近，每個(gè)用戶(hù)分攤的接入設備成本就越高。另外，與無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)相比，光纖接入網(wǎng)還需要管道資源。這也是很多新興運營(yíng)商看好光纖接入技術(shù)，但又不得不選擇無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的原因。
現在，影響光纖接入網(wǎng)發(fā)展的主要原因不是技術(shù)，而是成本，到目前為止，光纖接入網(wǎng)的成本仍然太高。但是采用光纖接入網(wǎng)是光纖通信發(fā)展的必然趨勢，盡管目前各國發(fā)展光纖接入網(wǎng)的步驟各不相同，但光纖到戶(hù)是公認的接入網(wǎng)的發(fā)展目標。
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