基于GPON的光纤到户的设计方案

基于GPON的光纤到户的设计方案第1章绪论宽带接入是指用户需要通过一定的通信基础网络支持实现用户和Internet的高速连接。

由于种种原因，从通信基础网络到用户端“最后一公里”成为宽带接入的“瓶颈”。

目前，实现主要有以下几种方式：xDSL、Cable Modem、吉比特以太网、无线接入技术、光纤接入技术。

1.1 PON的国外发展历史及现状最早的PON系统主要是用于解决多个窄带接入网（数字用户环路）远端设备的互联，传送n×64kbit/s的语音时隙。

但由于价格和业务保护方面均无法与环形拓扑的数字用户环路设备抗衡，因此成为失败的技术。

20世纪90年代，随着ATM/B-ISDN的兴起，宽带第一次成为电信技术发展的重要方向，而带宽潜力巨大的光纤技术也成为信息传输技术的宠儿。

因此，在1995年全球7个重要的运营商成立了全业务接入网组织（FSAN），致力于光纤接入网的标准和应用的推进工作。

在FSAN和ITU-T的共同努力下，第一个关于PON系统的国际标准《基于无源光网络（PON）的宽带光接入系统》（ITU-T G.983.1）于1998年发布，该标准一般也被称为BPON标准[1]。

BPON在当时的技术环境下采用了以ATM为核的设计思路，且限于当时器件水平和价格的因素，PON设备的成本还比较高、光纤接入网的外部配套条件也不成熟，因此BPON仅在北美地区的电信运营商中有一定规模的部署，并未在全球获得广泛的应用。

随着ATM技术的衰落和互联网IP技术的迅速兴起，继BPON之后，业界希望开发一种新型的PON系统，取代过时的BPON技术。

在这个背景下，IEEE和ITU-T 相继在2000年和2001年启动了EPON和GPON的标准化工作，并分别于2004年发布了完成的标准，为今天EPON和GPON在现网中的大量应用奠定了基础[2]。

1.2 本论文的研究容本论文总共有五个章节，围绕“基于GPON的光纤到户方案设计”而进行调研，查阅资料，将理论知识与实践相结合写了这篇论文。

第1章描述了PON技术的历史和发展现状，简要介绍了APON、BPON、EPON和GPON的由来和发展趋势。

第2章介绍了APON、BPON、EPON和GPON，并对几种PON技术进行比较。

重点描述了GPON技术的概念，特点及其关键技术等。

第3章介绍了GPON技术的ONT，OLT，ODN设备的功能结构，以及一些通信公司的GPON设备，和GPON的组网模式。

第4章以某一小区为例介绍了基于GPON的光纤到户的方案设计。

第5章总结了GPON是能够实现小区三网融合方案和FTTH建设，能够为小区用户提供足够的带宽用于宽带业务，并且展望从GPON到10G GPON的平滑过渡，网络演进必须考虑的问题是二者的共存。

第2章 GPON技术概述2.1 几种PON技术的比较从第1章讨论的PON技术的发展历史来看，主要的PON技术有以下几种：APON是ATM PON的简称。

ATM是一种基于信元的传输协议，近年来，被越来越广泛地应用于接入网以提供视频广播、远程教学、以及数据通信等多种业务。

ATM技术能为接入网提供动态的带宽分配，从而更适合宽带数据业务的需要。

可以运行在多种物理层技术上，xDSL技术和PON技术均可为ATM的运行提供物理平台。

APON在2001年改名为BPON。

BPON最初被称为ATM宽带无源光网络（APON），是由FSAN委员会确定，被用于ATM第二层信号传输协议的最初的PON规。

采用APON这个术语导致用户相信只有ATM服务可以被提供给终端用户，因此，FSAN决定将上述术语扩展为宽带PON （BPON）。

BPON系统提供包括以太网连接和图像传输在的多种宽带服务。

BPON基于ATM协议，上下行速度分别为155和622Mbps。

随着需求与发展，相继出现了EPON和GPON。

EPON（以太无源光网络）是一种新型的光纤接入网技术，它采用点到多点结构、无源光纤传输，在以太网之上提供多种业务。

它在物理层采用了PON技术，在链路层使用以太网协议，利用PON的拓扑结构实现了以太网的接入。

因此，它综合了PON技术和以太网技术的优点：低成本；高带宽；扩展性强，灵活快速的服务重组；与现有以太网的兼容性；方便的管理等等。

GPON（Gigabit-Capable PON）技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖围，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化。

GPON最早由FSAN组织于2002年9月提出，ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1和G.984.2的制定，2004年2月和6月完成了G.984.3的标准化[3]。

APON的最高速率155Mbps，二层采用的是ATM封装和传送技术，因此存在带宽不足、技术复杂、价格高、承载IP业务效率低等问题，未能取得市场上的成功。

EPON由于其将以太网技术与PON技术完美结合，成了非常合适IP业务的带宽接入技术，已得到一定程度的商用。

但是EPON系统无支持TDM业务的机制，如需要支持必定要增加外部适配设备，所以预计EPON系统在绝对系统成本和每比特成本这两方面都将相对较高。

GPON应是当今市场上最先进的PON协议，能够支持高速率、多业务，并且有最丰富的OAM&P特点。

GPON将是PON的重要发展方向，但业务的需求仍然是决定GPON技术应用的首要因素。

从目前情况看，在接入网中提供G比特业务还找不到明确的市场定位，目前的大量接入需求仍然是IP业务。

另外一方面，目前提供GPON设备的厂家和部署GPON网络的运营商都较少，且GPON的成本要高于EPON，产品的成熟性也逊于EPON。

但总的来说，无论在技术体制还是市场应用方面，GPON仍然有继续发展完善的必要性和可行性。

对于中国的运营商而言，在部署GPON的进程中，采用从低速到高速，从IP业务接入到综合业务接入的策略将是切实可行的选择[4]。

2.2 GPON的概念及特点2.2.1 GPON的定义GPON技术起源于1995年开始逐渐形成的ATM PON技术标准，PON是英文“Passive optical network”的缩写。

而GPON（Gigabit-Capable PON）最早由FSAN组织于2002年9月提出，ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1和G.984.2的制定，2004年2月和6月完成了G.984.3的标准化。

从而最终形成了GPON的标准化。

基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似，也是由局端的OLT（光线路终端），用户端的ONT/ONU（光网络终端或称作光网络单元），连接前两种设备由单模光纤（SM fiber）和无源分光器（Splitter）组成的ODN（光分配网络）以及网管系统组成[5]。

2.2.2 GPON的主要特点1. 前所未有的高带宽GPON速率高达2.5 Gbps，能提供足够大的带宽以满足未来网络日益增长的对高带宽的需求，同时非对称特性更能适应宽带数据业务市场。

2. QoS保证的全业务接入GPON能够同时承载ATM信元和C/M Plane或GEM帧，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。

目前，ATM承载话音、PDH、Ethernet等多业务的技术已经非常成熟；使用GEM承载各种用户业务的技术也得到大家的一致认可，已经开始广泛应用和发展。

3. 很好地支持TDM 业务TDM业务映射到GEM帧中，由于GPON TC帧帧长为125μs，能够直接支持TDM 业务。

TDM业务也可映射到ATM信元中，也能提供有QoS保证的实时传输。

4. 简单、高效的适配封装采用GEM对多业务流实现简单、高效的适配封装。

在APON中，所有的多业务流（话音、数据业务流）都必需进行协议转化，映射到ATM信元中传输。

众所周知，5字节的ATM头相对于48字节的数据来说，会带来超过10%的带宽损失，特别对于长分组的数据包来说，其打包过程复杂、效率非常低。

而在EPON中，虽然直接承载以太网帧，实现过程简单，但仅考虑8B/10B的线路编码就已经有20%的带宽浪费，加上对以太网帧的封装和开销，EPON带宽利用率比GPON低30%左右。

同时，在传输TDM业务时，需要将其通过协议转化映射到以太网帧中，目前对此技术还没有规定统一的标准。

GPON的GEM提供了一种灵活的帧结构封装，支持定长和不定长帧的封装，对多种业务实现通用映射，不需要进行协议转换，实现过程简单，开销小，协议封装效率最高可达94%，实现了带宽资源的充分利用。

5. 强大的OAM 能力针对以太网系统在网路管理和性能监测的不足，GPON从消费者需求和运营商运行维护管理的角度，提供了3种OAM通道：嵌入的OAM通道、PLOAM和OMCI。

它们承担不同的OAM任务，形成C/M Plane（控制/管理平面），平面中的不同信息对各自的OAM功能进行管理。

GPON还继承了G.983中规定的OAM相关要求，具有丰富的业务管理和电信级的网络监测能力。

6. 技术相对复杂，设备成本较高GPON承载有QoS保障的多业务和强大的OAM能力等优势很大程度上是以技术和设备的复杂性为代价换来的，从而使得相关设备成本较高。

但随着GPON技术的发展和大规模应用，GPON设备的成本可能会有相应地下降。

2.3 GPON的关键技术2.3.1 GPON的技术标准及系统结构1. 技术标准对于其他的PON标准而言，GPON标准提供了前所未有的高带宽，下行速率高达2.5Gbit/s，其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。

提供QoS的全业务保障，同时承载ATM信元或GEM帧，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。

承载GEM帧时，可以将TDM业务映射到GEM帧中，使用标准的8kHz （125μs）帧能够直接支持TDM业务。

作为电信级的技术标准，GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。

在GPON标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务（Ethernet业务，包括IP业务和MPEG视频流）、PSTN业务（POTS，ISDN业务）、专用线（T1，E1，DS3，E3和ATM业务）和视频业务（数字视频）。

GPON中的多业务映射到ATM信元或GEM帧中进行传送，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证[6]。

2. GPON的系统结构同所有PON系统一样，GPON由ONT、OLT和无源光分配网组成。

OLT为接入网提供网络侧与核心网之间的接口，通过ODN与各ONT连接。

作为PON系统的核心功能设备，OLT具有集中带宽分配、控制各ONT、实时监控、运行维护管理PON系统的功能。

ONT为接入网提供用户侧的接口，提供话音、数据、视频等多业务流与ODN的接入，受OLT集中控制。