浅谈光纤接入技术的应用

论文（案例）编号：
专业技术资格评审
中级工程师论文 题 目 浅谈光纤接入技术的应用 申报专业 接入网
二〇一一年九月
目 录
论文摘要 (2)
一、用户分类与用户预测 (3)
二、网络接入两种类型 (4)
（一）住宅接入 (4)
（二）公司接入 (5)
三、汇接节点设置选址原则 (7)
四、北京光纤接入情况（以电信通为例） (7)
五、EPON的发展 (8)
（一）EPON的技术原理 (8)
（二）EPON的应用模型 (10)
（三）EPON的适用性 (14)
六、应用思考 (14)
注释 (15)
参考文献 (16)
论文摘要
摘要：文章从光纤接入网的市场定位入手，引出光纤接入技术的分类和概述，并着重就各项技术在市场上的应用进行了阐述，并就未来光纤接入网的发展提出了乐观的设想。

关键词：接入网 FTTH 宽带接入网
Abstract: Articles from the optical access network market position to start, leads to the classification of fiber access technologies and an overview, and focuses on the application of technology in the market are described, and the future development of optical access network made optimistic scenario.
Key words: Access network, FTTH, Broadband access network
浅谈光纤接入技术的应用
随着IP业务的爆炸式增长和我国电信运营市场的日益开放，无论是传统电信运营商还是新兴运营商，为了在新的竞争环境中立于不败之地，都把建设面向IP业务的电信基础网作为他们的网络建设重点。

目前，接入层技术方案以光纤接入网为主，使光纤进一步向用户靠近，便于为用户提供高质量的综合业务。

但宽带光纤接入网是一个对业务、技术、成本十分敏感的领域，而且投资比重大、建设周期长，需结合当地现有电信网络和国民经济发展的具体情况，总体布局、网络结构、规模容量，充分考虑建设成本和网络的灵活性，制定出一套合理的宽带接入网规划方案尤为重要。

一、用户分类与业务预测
根据业务需求对象即用户类型的不同，将宽带用户类型大致分为以下七类：政府机关、金融证券、智能大厦、住宅小区、宾馆酒店、学校医院和企业科研。

(一)政府机关用户
政府机关是一个重要的市场领域，由于其地位特殊，对社会的影响力较大，他们对宽带接入的需求主要是来源于“政府上网工程”和办公的信息化，公开化。

随着各行各业信息化进程的加快，城市范围内计算机网络互联业务需求变是更加迫切。

(二)金融证券用户
金融证券用户是电信运营商一大客户，主要开展数据通信、计算机联网等各类交互式多媒体业务，为金融、银行及证券公司等提供专网服务，实现银行、信用社的通存通兑等业务。

(三)智能大厦用户
智能大厦、高层写字楼是商业客户等集团用户最密集的地方，这些集团用户一般都是电信运营商的大客户，集团用户对资费的敏感度低于家庭用户，用户的需求是要能提供综合、可靠、安全的网络业务，宽带高速互联接入、局域网互联
及其他基于宽带接入网的业务如高速数据传输、数据中心、视频会议等都有广阔的市场前景，这些用户同样会有IP电话的需求。

(四)住宅小区用户
随着人们对信息渴望程度的日益提高，在智能小区、生活小区建设宽带信息化小区已成为各电信运营商竞争的一大焦点，对于各电信运营商而言，这既是增值业务的发展点，也是一个介入电信业务新领域的切入点。

在这些商住小区建设宽带信息化，向用户提供高速上网业务、小区的信息社区服务包括社区管理、电子商务、VOD、事务处理等等。

(五)宾馆酒店用户
随着酒店管理系统的不断完善，酒店上网业务必将成为今后的热门话题。

酒店上网业务提高了宾馆酒店的知名度以及服务档次，在为顾客提供优质服务的同时，在增加了其自身的效益。

客人可以在酒店上Internet进行工作和商务活动，也可以通过Internet查询酒店情况，进行酒店的预定、结帐等活动，极大地方便了顾客。

(六)学校医院用户
学校医院对宽带接入的需求来源于电子化教学、远程教育、远程医疗和信息化社区等。

(七)企业科研用户
企业上网主要是通过上网了解国内外经济形式，在网上捕捉商机，发掘新的市场空间，同时还可以在网上宣传企业。

科研单位通过上网实现远程数据处理、监测控制及异地科研合作等业务。

二、网络接入两种类型：
•住宅接入(residential access)：将家庭端系统与网络相连。

•公司接入(company access)：将商业或教育机构中的端系统与网络相连。

(一)住宅接入
将家庭端系统（如PC）与边缘路由器相连接。

1.通过拨号调制解调器(dial-up modem)
将家庭端系统通过普通模拟电话线用拨号调制解调器与ISP相连。

是一种常
用、流行的形式。

家用调制解调器将PC输出的数字信号转换为模拟形式，以便在模拟电话线（双绞线）上传输。

缺陷是由于双绞线质量较低，用户获得的有效速率远低于56kbit/s，下载时间长。

如，下载一首3分钟的MP3歌曲大约需要8分钟。

用户上网和拨打普通电话不能同时进行。

2.带宽接入技术
为住宅用户提供更高的比特率；用户可以同时接入因特网和打电话。

两种常用类型：数字用户线(digital subsscriber line，DSL )和混合光纤同轴电缆 (hybrid fiber coaxial cable ，HFC)。

3.数字用户线DSL接入
由电话公司或与独立ISP合伙的公司提供。

特点是与拨号调制解调器类似，但一般下载速率超过上载速率，而且实际实现速率要低。

4.HFC
是传统广播电视电缆系统的改进。

采用同轴电缆和光纤混合接入方式，每个相邻域连接点支持500到500个家庭用户。

特点是划分为两个信道：即下行信道和上行信道。

下行信道带宽更大，传输速率更快，由所有家庭共享；如果几个用户同时下载，各个用户接收的实际速率大大下降。

几个用户同时发送分组将会冲突，降低上行带宽的效用。

5.比较
•DSL在家庭和ISP之间建立了一条点对点连接，所有带宽专用非共享；
•HFC比DSL带宽更高；
•DSL和HFC可随时提供服务：用户打开计算机后，一直与ISP连接，并能够同时拨打和接听普通电话。

(二)公司接入
1.利用局域网(LAN)连接端用户和边缘路由器。

•先将多个端系统连接成局域网：如采用以太网技术（速率高可达10Mbps、100Mbps、1GMbps、 10Gbps），用双绞线或同轴电缆将端系统彼此连接；
•再与边缘路由器连接：边缘路由器负责为目的地不在本局域网的分组选路。

以太网技术：
•共享以太网：端系统共享以太网的传输速率；
•交换以太网：使用多个双绞线以太网段与交换机相连，使得以太网的全部带宽能够同时为同一个局域网上的不同用户传递报文。

2.光纤接入
1)概念
光线接入网采用光纤做为主要的传输媒体来取代传统的双绞线。

由于光纤上传送的是光信号，因而需要在交换局将电信号进行电光转换变成光信号后再在光纤上进行传输。

在用户端则要利用光网路单元（ONU）再进行光电转换恢复成电信号后送至用户设备。

2)应用形式
根据光纤向用户延伸的距离，也就是ONU 所设置的位置，光线接入网又有多种应用形式，其中最主要的三种形式是光纤到大楼（FTTB）、光纤到路边（FTTC）、光纤到户（FTTH）。

FTTC主要为住宅用户提供服务。

ONU 放置在路边，从ONU 出来用同轴电缆传送视像业务，双绞线对传送普通电话业务，，每个ONU 一般可为8 ～32个用户服务，适合为独门独院的用户提供各种宽带业务，如VOD 等。

FTTB有分为两种，一种是为公寓大楼用户服务，实际上只是把FTTC中的ONU 从路边移至公寓大楼内；另一种是为办公大楼服务的，ONU 设置在大楼内的配线箱处，为大中型企事业单位及商业用户服务，可提供高速数据、电子商务、可视图文、远程医疗、远程教育等宽带业务。

FTTB与FTTC并没有什么根本不同，两者的差异在于服务的对象不同，因而所提供的业务不同，ONU 后面所采用的传输媒介也有所不同。

FTTH则是将ONU 放置在住户家中，有住户专用。

为家庭提供各种综合宽带业务，如VOD 、居家购物、多方可视游戏等等。

3)优缺点
光纤接入网，特别是FTTH光纤接入网，具有频带宽、容量大、信号质量好、可靠性高、可以提供多种业务乃至未来宽带交互型业务、是实现B-ISDN的最佳方案等优点，因而被认为是接入网的发展方向。

但光纤接入网成本昂贵，平均用
户成本平均3000～5000美元，普通用户难以承受。

尽管FTTB、FTTC采用若干用户共用ONU 以分摊成本、降低平均成本的方式，但却带来供电困难等问题。

三、汇接节点设置选址原则
由于宽带光纤接入网工程建设目前尚未形成既定的技术标准和规范根据，汇接节点设置选址主要遵循以下原则：
(一)一个汇接节点覆盖范围为以500m为半径区域或5-15幢多层建筑群。

(二)一个汇接节点的收容用户数量一般为300-1000户，最多不超过1000户。

(三)汇接节点尽量与其他电信设施合用，以解决节点设备机房问题。

(四)汇接节点的位置应便于光缆和电缆的出入。

(五)汇接节点的位置应避免有腐蚀性气体、易遭雷击、高压输电线下、强干
扰区、潮湿地区、低洼地、防洪堤坝附近等易遭破坏的地方，设备必须
放在室内。

四、北京光纤接入情况（以电信通为例）
(一)概况
北京的专线接入商性价比最好的就是电信通。

电信通有着全北京最大的网络出口。

联通、电信、铁通、教育网、国际出口等等加在一起有80多个G。

电信通有着除网通外最大的光纤主干网铺设。

北京市的所有区县都有主干网的接入。

电信通的网络节点覆盖面很广，全北京共有500多个网络节点，分布在北京的各个区县。

而且所有的节点都是双线或者多线路互为备份的，这就保证的网络可靠性，断网的几率也降到最少。

电信通在北京专线市场的占有率极高，全市的网吧都是由电信通接入的，全市70%的光纤用户都是电信通的客户。

这也侧面反映了电信通的客户认知度是很高的。

(二)电信通优势
北京电信通是北京ISP市场的龙头服务于北京大、中、小企事业单位。

电信通主营业务：主机托管、CDN、带宽批租等业务。

同时多年来一直积极参与数字北京、数字奥运的建设工作，是北京数字化建设的骨干企业。

北京电信通的客户覆盖电信、金融、教育、公安、政府、交通、建筑、企业等各个领域，典型客户如：国务院新闻办公室、国务院新闻出版署、公安部、北京市第二中级人民法院、北京晚报、北京信报、中央人民广播电台、中国人保等，外资企业有美国可口可乐公司、韩国三星、TOM网站等等
(三)光纤接入价格
带宽费用 IP数量
2M独享光纤 18000/年（8个IP）
10M独享光纤 30000元/年（16个IP）
20M独享光纤 50000元/年（32个IP）
30M独享光纤 70000元/年（32个IP）
50M独享光纤 100000元/年（32个IP）
100M独享光纤 180000元/年（64个IP）
五、EPON① 的发展
近几年，EPON随着技术的不断成熟、各类成本的不断下降得到各运营商的重视，利用其实现FTTH在国外取得了很大进展，国内也有越来越多的商用试点。

EPON将以太网技术与无源光网络（PON）技术结合起来，其目标是用最简单的方式实现一个点到多点拓扑结构的千兆以太网光纤接入网络。

EPON属于IEEE 以太网标准范畴，对于向全IP网络过渡是一个很好的选择。

EPON降低了初始成本和运行成本，可以大量采用以太网技术成熟的芯片，实现简单，相对成本低，维护简单，容易扩展和易于升级。

(一)EPON的技术原理
1．组成单元
EPON致力于解决电信运营商中心局端、前端，或者以点到点（POP）方式到商务或家庭节点的通信，构造最后一公里的通信结构。

EPON的组成单元如图1所示。

光信号通过分光器把光纤线路终端（OLT）一根光纤下行的信号分成多路给每一个光网络单元（ONU），每个ONU上行的信号通过光耦合器合成在一根光纤里给OLT。

因而EPON中包括无源网络设备和有源网络设备。

无源网络设备包括单模光纤、无源分光器/耦合器、适配器、
连接器和熔接头等。

它一般放置于局外，称为局外设备。

无源网络设备十分简单、稳定可靠、寿命长、易于维护、价格极低。

图1 EPON的组成单元
有源网络设备包括中心局机架设备（OLT）、光网络单元（ONU）和设备管理系统（EMS）。

中心局机架上插装光纤线路终端、网络界面模块（NLM）以及交换模块（SCM），因此以上3种设备也统称为中心局机架设备。

中心局机架设备提供EPON系统与服务提供商核心的数据、视频和话音网络的接口。

它也通过设备管理系统与服务提供商的核心运行网络相连接。

光网络单元（ONU）给用户提供数据、视频和电话网络与PON之间的接口。

ONU最初的作用是接收光路信号，转换成用户所需的格式（以太网、IP广播、电话、T1/E1等）。

EPON独一无二的特征是：ONU中除了终结和转换光信号外，还提供层二、层三交换功能，它允许在ONU中内置企业级路由器。

EPON 同样也适合用第三个波长传送模拟有线电视（CATV）信号或者IP视频。

2．工作原理
EPON由光纤线路终端、光分配网络（ODN）和光网络单元组成，采用的是树形拓扑结构。

使用上行1310nm和下行1490nm波长传送数据和语音，CATV 业务则使用1550nm波长承载。

OLT放置在中心局端，分配和控制信道的链接，并有实时监控、管理及维护功能。

ONU放置在用户侧，OLT与ONU间通过无源的光分配网络按照1：16/1:32/1:64方式连接。

EPON网络采用一点至多点的拓扑结构，取代点到点结构，大大节省了光
纤的用量和管理成本。

无源网络设备代替了传统的ATM/SONET宽带接入系统中的中继器、放大器和激光器，减少了中心局端所需的激光器数目，并且OLT 由许多ONU用户分担。

此外EPON利用以太网技术，采用标准以太帧，无须任何转换就可以承载目前的主流业务——IP业务。

因此EPON十分简单、高效、建设费低、维护费用低，最适合宽带接入网需求。

在EPON中，从OLT到多个ONU下行传输数据的过程采用数据广播方式发送。

数据以变长信息包的形式从OLT下行广播到多个ONU。

依据IEEE802.3协议，信息包最长为1518byte。

每个信息包带有一个EPON包头，惟一标识该信息包是发给ONU-1、ONU-2还是ONU-3。

也可标识为广播信息包发给所有ONU 或发给特定的ONU组（多点传送信息包）。

当数据到达ONU时，ONU通过地址匹配，接受并识别发给它的信息包，丢弃发给其他ONU的信息包。

例如，ONU-1接收信息包1、信息包2和信息包3，但只将信息包1传输给最终用户1。

EPON上行数据传输采用时分复用技术，每个ONU上行数据分配一个专用时隙，使得在数据汇合到公共光纤的时候，从ONU来的信息包不会互相干扰。

例如，ONU-1信息包在第一个时间间隙传输，ONU-2信息包在第二个非重叠的时间间隙传输，而ONU-3信息包在第三个非重叠的时间间隙传输。

(二)EPON应用模型
利用EPON技术是实现FTTP的有效网络解决方案，根据目前各运营商对于信息化的需求来看，大致可分为小区、工业区、商业街区和边远地区几种接入方式，下面将逐一进行分析。

1．在小区接入中的应用
在小区接入中，ONU可设置在用户端（FTTH）或街道（FTTB），光分路器可设置在楼道或小区机房。

对于FTTH模式，由于用户数不确定，为了提高设备的利用率、降低成本及方便维护，光分路器的设置应相对集中，采用一级分光，可选择在小区机房或者小区内的光交接箱。

采用这种方式建设，无论用户数多或少，设备的利用率都是最大化的，但是用户数较多时对接入光缆的需求量相对较大。

网络结构如图2所示。

图2 小区FTTH模式
对于FTTB模式，ONU设置在楼道，一般需要配合楼道交换机进行业务的接入，光分路器的设置建议与FTTH方式相同。

网络机构如图2所示。

小区FTTH将在实现“三网合一”的时期体现出巨大的优势，但考虑到相关政策的限制，并不是所有运营商都能实现，因此目前在利用EPON进行小区接入时采用FTTB+LAN的模式将是最佳方案。

图3 小区FTTB+LAN模式
2．在工业区接入中的应用
工业区一般均为企业用户，建议将ONU设置在企业的接入机房，结合其内部交换机完成各类业务的接入。

这种模式类似于小区接入中的FTTB模式，建议在工业区所属区域设置合适的接入汇聚节点，将OLT放置在介入汇聚节点；在工业区范围内，可采用树形结构，沿着主干道选择合适的点（机房或光交接箱）放置一级光分路器，在根据企业的分布情况布设二级分路器和ONU，以最大限
度地节省光缆。

网络结构如图4所示。

图4 工业区EPON接入模式
考虑到分路器的多集设置，每个分路器将覆盖一定范围内的企业用户，因此建议多设置光交接箱。

若无法设置较多的光交接箱，则建议增大光缆芯数，便于未来大量企业的接入。

此外，如果需要采用EPON的环路保护，则需要将从汇聚点引出的骨干光纤以成环方式建设。

3．在商务街区接入中的应用
商务街区的特点是沿街分布众多的商务楼，楼内分布着多家公司，因此一般将ONU设置到公司，即FTTO（光纤到办公室），ONU通过交换机或路由器与公司内部网相连。

网络结构如图5所示。

图5 商务街EPON接入模式1
FTTO模式类似于小区接入中的FTTH模式，建议将光分路器设置在每栋大楼内，ODN采用树形或链型组网。

建设初期，建议将OLT放置在附近的接入
汇聚机房内，光缆可沿大楼的分布情况建设，在每栋大楼的地下室或者在大楼相对集中的地带设置光交接箱，用来放置光分路器。

考虑到这种模式在用户数较多时对ODN骨干光纤的需求量较大且采用环形组网方式，建议EPON的ODN骨干光纤使用较大芯数光缆。

如果条件允许，建议在大楼相对集中、业务需求较大的区域内寻找合适的点作为未来的接入汇聚节点，将OLT得位置往用户侧靠近，并结合光交接箱的设置，采用星型模式接入附近的业务点以减少光纤的使用量，为将来大规模接入打好基础。

网络结构如图6所示。

图6 商务街EPON接入模式2
4．在边远地区接入中的应用
对于距离已有传输接入点较远，用户相对集中的边远地区，采用EPON 接术将能够很好地发挥其技术优势。

将OLT设置在汇聚节点，在用户集中的区域设置分路器，ONU设置在用户接入点，利用ONU丰富的接口就可以利用及少量的光缆解决众多用户的各类业务需求。

网格结构图7所示。

图7 边远地区EPON接入模式
这种模式适用于各运营商的信息化村通接入，将OLT设置在接入汇聚节点，光分路器放置在需要重点接入的区域，就可以在只占用2芯接入层光缆的情况下解决多个乡镇、村庄的语音和信息化接入。

不过，考虑到EPON的接入距离一般在20KM以内，如果需要大范围地使用EPON接入，则需要将OLT的位置往用户侧靠近，因此需要设置多个接入汇聚节点。

(三)EPON技术的适用性
根据上述对EPON接入模式的分析，从技术的角度来说EPON是可以应用在各类信息化综合接入中的，但是在实际应用中还需考虑成本、投入产出比等因素，EPON的应用仍存在一定的局限性。

受政策制约及运营商之间竞争的影响，小区信息化接入的开展存在较多的变数。

设备需要一次性投入，在建设初期如果用户数较少时相对成本较高、投资回报年限较长，在建设成本方面与目前普遍采用的PDH、MSTP、点到点接入等方式相比存在一定的劣势。

EPON的接入范围一般为20KM，如果OIT设置在现有的传输汇聚节点，则对于一些遍远地区仍存在无法接入问题。

六、应用思考
无论是从传输性能，还是从对业务长远发展的支持能力来看，光纤接入技术与其他接入技术相比都有比较大的优势。

因此，只要条件允许，无论是传统运营商还是新兴运营商都把光纤接入网作为其接入网建设的重点。

在国际上，光纤接入技术一直受到各大运营商的重视。

在我国，自中国电信从1995年开始建设接入网起，就非常重视光纤接入技术。

例如，北京电信在1998年新建了107条用户光缆环，包括600多个光节点，覆盖全市8个城区、36个电话端局，敷设的带状光缆近1000公里。

随着Internet技术及多媒体应用的发展，用户对传输带宽的需求呈爆炸式增长。

目前骨干网通过各项技术已经能够解决用户对传输带宽的需求。

在接入部分，不断进行技术研发，困扰Internet使用者的服务质量问题将不再存在。

使用者可以在自己的专用通道上改变带宽或管理业务，以满足特定的时延和抖动要求，而
不会影响同一光纤上其他的用户
注释：①EPON(Ethernet Passive Optical Network 以太网无源光网络)
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