光接入網(wǎng)先鋒-------GW APON

趙穎恪
　　摘要：本文主要針對APON技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀作了討論，并以格林威爾公司的APONet設(shè)備為例，較為詳細(xì)討論了其中的關(guān)鍵和特色技術(shù)，并針對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)接入問題，提出了應(yīng)用APON技術(shù)的方式和前景。


　　文章關(guān)鍵字：城域接入網(wǎng)，PON(無源光網(wǎng)絡(luò))，流量控制，RFC1577和RFC1483.


　　隨著光纖技術(shù)的不斷發(fā)展，城域網(wǎng)的規(guī)模逐漸擴(kuò)大，城域網(wǎng)建設(shè)出現(xiàn)了分化，即形成了城域骨干網(wǎng)和城域骨干網(wǎng)接入兩個網(wǎng)絡(luò)建設(shè)重點。根據(jù)這一形勢，電信設(shè)備制造商也采取了相應(yīng)的策略，針對不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特性開發(fā)出不同的技術(shù)和設(shè)備來滿足日新月異的通信市場需求，其中新崛起的廣泛應(yīng)用于城域網(wǎng)建設(shè)的技術(shù)包括：Metro DWDM、MPLS、RPR、DPT等等；而城域接入網(wǎng)建設(shè)則主要采用有源光網(wǎng)絡(luò)和無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有代表性的有：SDH、PDH、FITL（光纖用戶環(huán)路）、APON以及Ethernet等技術(shù)。



　　當(dāng)然在實際中，從網(wǎng)絡(luò)特性和現(xiàn)實的可能性上來看，運營商會首先完成對城域網(wǎng)的帶寬和管理改造，這種網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基本上業(yè)已完成，而現(xiàn)在的重點則已經(jīng)轉(zhuǎn)移到如何將多而散的用戶匯聚接入城域網(wǎng)以及如何將一些大業(yè)務(wù)量的集團(tuán)用戶由傳統(tǒng)窄帶接入或無完善管理的10Base-T（有較少的100Base-T）接入，引導(dǎo)到使用具有統(tǒng)一完善的管理、有保障的QoS和流量可控制的寬帶接入方式上來，從而使針對客戶的服務(wù)得到更高的帶寬，并符合運營商對于完善的網(wǎng)絡(luò)管理結(jié)構(gòu)的要求。與此同時，對這種寬帶接入的其它要求還有維護(hù)成本低，設(shè)備有較好的性能價格比等等。當(dāng)然就現(xiàn)有技術(shù)而言，F(xiàn)ITL（光纖用戶環(huán)路）、SDH、PDH等全數(shù)字、寬帶的有源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，雖然具有頻帶寬、容量大、可提供多種業(yè)務(wù)等優(yōu)點，但它們成本較高，一步到位也難以實現(xiàn)。理想的寬帶接入方案是以光纖取代雙絞線的單星型光纖到家庭（SS-FTTH）方式的光纖接入網(wǎng)，如果一次建成這樣的寬帶接入網(wǎng)是再理想不過的了。然而，就目前的情況而言，SS-FTTH 的實現(xiàn)成本太高，且寬帶交互業(yè)務(wù)的市場還不是很確定，故這種理想的 OAN方案目前很難行得通。而APON無疑是最佳的選擇之一，雖然在近期，通過APON來實現(xiàn)全光網(wǎng)絡(luò)畢竟也不太現(xiàn)實，但他對于城域骨干接入（匯聚）和帶寬需求較大的企業(yè)用戶來講，則是十分節(jié)省而有效的。



　　APON即ATM PON，是基于ATM(異步轉(zhuǎn)移模式)的PON（無源光網(wǎng)絡(luò)）。APON系統(tǒng)硬件單元主要由光線路終端（OLT）、光分配網(wǎng)（ODN）、以及光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）組成，其適應(yīng)接入層業(yè)務(wù)特點，通過使用特殊的多點對點多址協(xié)議，使得多個光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）共享光線路終端(OLT)，從而使眾多的用戶共享資源來降低 OAN（光接入網(wǎng)絡(luò)）的初建成本。APON基于無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）原理，在局端／前端和用戶端之間不需要任何電設(shè)備，除了光纖以外，只需要低成本的無源光分路器和耦合器。實現(xiàn)無源點到多點式的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在光分配網(wǎng)絡(luò)中沒有有源器件，比有源的光網(wǎng)絡(luò)（AON）和銅線網(wǎng)絡(luò)簡單，更加可靠，更加易于維護(hù)。特別是如果APON在FTTH（光纖到家）中大量使用，有源器件和電源備份系統(tǒng)將從室外轉(zhuǎn)移到了室內(nèi)，對器件和設(shè)備的環(huán)境要求可以大大降低，維護(hù)周期可以加長。維護(hù)成本的降低，最終將使運營者和用戶雙方受益。而且APON的標(biāo)準(zhǔn)化程度很高，使得大規(guī)模生產(chǎn)和降低成本成為可能。此外，ATM統(tǒng)計復(fù)用的特點也使ATM PON能比TDM方式的PON服務(wù)于更多的用戶，ATM的QoS優(yōu)勢也得以繼承。


　　典型的APON系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型結(jié)構(gòu)，作為點到多點的典型應(yīng)用來說，更適合于面對將來進(jìn)行系統(tǒng)的升級和擴(kuò)容，同時加上光分配網(wǎng)的靈活性，使得系統(tǒng)支持更多的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，例如：樹型、總線型等等。憑借這樣一點，在實際中，針對用戶的分散和對于業(yè)務(wù)階段性實施的需求，運營商可以通過APON系統(tǒng)一步到位，既滿足大用戶對于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的要求，又避免了重復(fù)投資和重復(fù)施工。而APON系統(tǒng)的靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)體現(xiàn)了設(shè)備在擴(kuò)容和升級方面的靈活性。典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如下所示（SP光分路器）：






圖一


　　早在1996年，ITU(國際電信聯(lián)盟)就已經(jīng)就窄帶PON系統(tǒng)制定了G.982標(biāo)準(zhǔn)，但由于在當(dāng)時的條件下，該技術(shù)發(fā)展的不甚成熟，導(dǎo)致在該標(biāo)準(zhǔn)中只規(guī)定了一些重要的基本參數(shù)，例如：系統(tǒng)容量、分光比等，而對于一些重要的物理層參數(shù)，例如線路速率、幀結(jié)構(gòu)等都沒有做出相應(yīng)規(guī)定。后來APON標(biāo)準(zhǔn)的成熟，主要得益于FSAN組織，該組織于1995年成立，其使命即是引導(dǎo)全光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。在該組織的極力推薦下，1998年11月ITU正式批準(zhǔn)了基于ATM的PON系統(tǒng)APON的國際標(biāo)準(zhǔn)G.983.1，并相繼批準(zhǔn)了G.983.2、G.983.3、Q.834.1以及Q.834.2標(biāo)準(zhǔn)。其中：



G.983.1規(guī)定了APON系統(tǒng)的光網(wǎng)絡(luò)要求、物理媒質(zhì)層要求、傳輸匯聚層要求、測距方法以及傳輸性能要求。


G.983.2定義了OLT和ONT（光網(wǎng)絡(luò)終端）之間信息交互模型、ONT管理和控制通道，期望實現(xiàn)的互操作。


G.983.3針對三網(wǎng)融合的趨勢，對PON系統(tǒng)物理層光波段進(jìn)行了重新分配。


Q.834系列標(biāo)準(zhǔn)主要描述了網(wǎng)管方面的要求。



　　伴隨著該協(xié)議體的成熟，APON系統(tǒng)被幾乎所有立足于光通信領(lǐng)域的電信設(shè)備制造商所重視，一些基于該標(biāo)準(zhǔn)建議的設(shè)備也逐漸出現(xiàn)在全球市場上。當(dāng)然，正處于通信業(yè)上升階段的中國市場也不例外，中國信息產(chǎn)業(yè)部根據(jù)ITU的標(biāo)準(zhǔn)體系，結(jié)合國情制定了相應(yīng)的等同國家標(biāo)準(zhǔn)，同時中國的一些主要設(shè)備制造商也開始了APON系統(tǒng)的研究與產(chǎn)業(yè)化。在這些設(shè)備提供商中，以北郵電信的APON產(chǎn)品表現(xiàn)最為突出。該公司在APON的研發(fā)過程中承擔(dān)了國家863計劃重大項目：《實用化綜合接入系統(tǒng)》中APON子系統(tǒng)的研制，并在理論研究和產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化過程中，擁有該系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的兩項國家專利。隨后，成功與國內(nèi)著名的立足光通信領(lǐng)域的格林威爾科技發(fā)展有限公司實現(xiàn)了戰(zhàn)略合作、互融，在邁向產(chǎn)業(yè)化道路上尋找到了一條捷徑。


　　目前，格林威爾公司經(jīng)過對該產(chǎn)品的優(yōu)化，推出產(chǎn)品化的APON系統(tǒng)—APONet。 APONet由光線路終端（OLT）、光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）以及網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）組成。OLT和ONU之間采用無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）連接，適合為有窄帶、寬帶一體化接入業(yè)務(wù)需求的用戶提供傳輸和接入的解決方案。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下所示：





圖二


　　該系統(tǒng)采用通用的下行TDM點到多點的廣播發(fā)送、上行采用TDMA（時分多址接入）方式解決多點到點的信道帶寬爭用問題，從而實現(xiàn)OLT與ONU之間的信息交互。而在這個信息傳遞實現(xiàn)過程中，涉及到兩項APON設(shè)備都必須面臨的關(guān)鍵技術(shù)：測距與突發(fā)同步。格林威爾公司該設(shè)備已經(jīng)很好的解決了這兩個問題：實現(xiàn)測距精度在±1Bit之間，能很好地解決由于多個ONU到OLT距離不同帶來的傳輸時延不同，從而引發(fā)的上行信息碰撞問題；而采用關(guān)鍵字檢測則實現(xiàn)了突發(fā)同步時鐘信號的準(zhǔn)確定位，從而避免隨機(jī)ONU端的申請出現(xiàn)的突發(fā)業(yè)務(wù)，由于時鐘定位困難所導(dǎo)致的OLT端無法準(zhǔn)確接收信息。


其典型應(yīng)用------APONet與ATM/SDH環(huán)構(gòu)建寬帶城域接入網(wǎng)


如下圖所示：






圖三



　　APONet與ATM/SDH完美配合，提供窄帶寬帶一體化的全面解決方案。環(huán)上具有自愈保護(hù)功能，用于邊緣層接入。APON無源純介質(zhì)光分配網(wǎng)絡(luò)對傳輸技術(shù)體制的透明性是未來FTTH、FTTO、FTTB等最理想和長遠(yuǎn)的接入解決方案。無源光分路器可靈活分布，多級分配，適應(yīng)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)要求。提供不同QoS要求的多業(yè)務(wù)、多速率接入，可適應(yīng)用戶的多樣性和業(yè)務(wù)發(fā)展的不確定性要求。



分布式DSLAM，如圖四所示：





圖四



　　該方式是一種有效解決分散用戶群ADSL接入問題的方法，特別適合小區(qū)、樓群等需要十幾線到上百線ADSL接入的應(yīng)用。采用分布式DSLAM組網(wǎng)應(yīng)用十分靈活，光纖更靠近用戶，不僅提高電纜可利用比例，減少維護(hù)量，同時保證了用戶線上ADSL的傳輸速率和服務(wù)質(zhì)量。多個ONU上的ADSL業(yè)務(wù)經(jīng)APONet傳輸和復(fù)用到OLT，通過一個155M接口接入ATM網(wǎng)，ATM邊緣交換機(jī)端口利用率極高。



　　和所有APON系統(tǒng)一樣，該設(shè)備是基于ATM技術(shù)，但為適應(yīng)許多用戶對以太網(wǎng)應(yīng)用的需求，系統(tǒng)內(nèi)嵌了IP路由功能，利用RFC1577協(xié)議和RFC1483協(xié)議實現(xiàn)用戶在ONU之間、ONU內(nèi)部的局域網(wǎng)互聯(lián)（其典型應(yīng)用如圖五）






圖五


　　該APON系統(tǒng)同時能夠?qū)τ诔Ｒ姷腅1業(yè)務(wù)，通過電路仿真技術(shù)透明地穿過APON系統(tǒng)，起到中繼連接的目的；而針對共享介質(zhì)普遍存在的信息保密問題，系統(tǒng)也提供在物理層的“攪動”，以此實現(xiàn)對于客戶業(yè)務(wù)的一定程度上的數(shù)據(jù)保密。


　　區(qū)分以往市場上所見的窄帶PON系統(tǒng)，APONet設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)帶寬分配（DBA）,并繼承ATM技術(shù)本身的QoS（服務(wù)質(zhì)量控制）優(yōu)點，為用戶提供滿意的業(yè)務(wù)質(zhì)量。


　　該設(shè)備最遠(yuǎn)傳輸距離（OLT到ONU之間）為20Km，支持光分支級數(shù)可達(dá)3級，最大分光比為1：16。



　　我國接入網(wǎng)當(dāng)前發(fā)展的戰(zhàn)略重點已經(jīng)轉(zhuǎn)向能滿足未來寬帶多媒體需求的寬帶接入領(lǐng)域(網(wǎng)絡(luò)瓶頸之所在)，隨著光纖接入技術(shù)的發(fā)展，光纖接入網(wǎng)將是最能適應(yīng)未來發(fā)展的解決方案，而發(fā)展無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)品必將為光纖接入網(wǎng)（OAN）提供最佳的思路和方式。針對APON系統(tǒng)，盡管由于ATM技術(shù)本身正處于市場中較為尷尬的地位，但傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)由于至今尚未完全解決QoS問題，即便是各個電信組織和標(biāo)準(zhǔn)化委員會，都在極力地推薦相應(yīng)的IPQoS解決方案及建議，但到網(wǎng)絡(luò)實際應(yīng)用仍尚有距離，而且傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)也無法滿足電信領(lǐng)域?qū)τ陔娦旁O(shè)備在高可靠性、帶寬管理、升級擴(kuò)容等等方面的要求。因而基于ATM的PON系統(tǒng)仍將在市場中扮演重要的角色。


　　同時隨著用戶需求的增加、產(chǎn)品規(guī)模的提高，新技術(shù)的采用將顯著降低每線的設(shè)備和安裝成本。若年產(chǎn)量達(dá)到百萬單元，則某些芯片成本可望降低10倍。而且由于APON的標(biāo)準(zhǔn)化程度高，實現(xiàn)分離光器件的集成可能將成本減少95％，APON成本可望比PDH/SDH接入系統(tǒng)低20％---40％。隨著未來寬帶業(yè)務(wù)的增加，市場驅(qū)動將使光網(wǎng)絡(luò)寬帶接入成為必然趨勢。


CHINA通信網(wǎng)組稿