主動光接入網(wǎng)及其發(fā)展趨勢

摘要　盡管通過銅線可以提供比較快的速率，但更高的帶寬只有通過光纖才能夠提供。本文介紹了主動光接入網(wǎng)的結構、光接入網(wǎng)的分類以及其給用戶提供電信業(yè)務時的操作，最后展望了光接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢。

關鍵詞　光接入網(wǎng)　ONU　OLT

一、引言

盡管新的技術(如xDSL)可以通過銅線提供幾兆的速率，但用戶日益增長的帶寬需求只有在網(wǎng)絡的接入部分使用了光纖才能得到滿足。到目前為止，骨干網(wǎng)絡都是通過光纖傳輸?shù)模�而在有的地區(qū)，從骨干網(wǎng)到接入網(wǎng)部分已均使用了光纖。

主動光接入網(wǎng)可以認為是部署在電信骨干網(wǎng)和最終用戶之間的光電基礎設施。一方面，它必須能夠提供傳統(tǒng)的用戶端接口(電話、ISDN、數(shù)據(jù)接口等)；另一方面，它也必須能夠提供到本地交換和不同數(shù)據(jù)網(wǎng)絡節(jié)點的所有必需的接口。此外，它還需要有到管理網(wǎng)絡的第三類接口，以便可以對接入網(wǎng)中不同部分進行遠程監(jiān)控和配置。

光接入網(wǎng)包括大量的光網(wǎng)絡單元(ONU)和光線路終端(OLT)，如圖1所示。ONU可以安裝在客戶的地基下(光纖到大樓或FTTB拓撲)或者室外(光纖到路邊或者FTTC拓撲)，而OLT可安裝在本地交換的地基中。在FTTC中，光接入網(wǎng)取代了銅線網(wǎng)絡的主要部分；FTTB中，它取代了網(wǎng)絡的整個部分。

光接入網(wǎng)的ONU和OLT通過光傳輸網(wǎng)相連。

二、光接入網(wǎng)的結構

1.ONU

ONU除了提供到傳輸網(wǎng)的光接口之外，還提供到用戶的接口。上行(從用戶到網(wǎng)絡)傳輸中，ONU“集中”用戶的電信業(yè)務，將它們復用到E1信號(2.048Mb/s)，進一步又復用到更高級的光信號(如E3或者STM-1)，再提供給傳輸網(wǎng)。ONU通過2套主動設備來完成這些操作：窄帶復用器用于收集單個業(yè)務信號，并將其復用到E1流；傳輸復用器用于產生高級光信號給傳輸網(wǎng)。為了描述下行ONU操作(網(wǎng)絡到用戶)，傳輸復用器接收來自傳輸網(wǎng)的光信號，解復用到E1流，然后由窄帶復用器解復用到單個用戶，再提供給用戶。

與ONU相關的一個重要問題是：窄帶復用器利用集中的能力(基于單個撥號業(yè)務不會同時進行)可統(tǒng)計復用這些業(yè)務，故提供更少的E1流。例如，如果一個ONU連接120路電話，可提供1個或者2個E1流，而不是4個。這種配置既節(jié)省了傳輸網(wǎng)絡的容量，也節(jié)省了ONU和OLT傳輸設備的。然而，集中參數(shù)(1:2或1:4)的選擇必須依賴于實際的業(yè)務流信息，以避免不可接受的呼損率。

除了窄帶和傳輸復用器以外，一個ONU還包括監(jiān)控設備和電源供給設備，即一組電池。ONU也包括銅線和光纖分布結構，前者可以用來協(xié)助用戶終端到業(yè)務卡之間的連接，后者用于從傳輸復用器到用戶接入光纜的連接。

ONU可以分為兩大類：室內ONU，安裝在用戶地基下(FTTB)；室外ONU，安裝在選定的室外位置(例如FTTC)。室內ONU通常包括支架，可以以模塊方式部署。ONU有1到3個ETSI類支架，每個維數(shù)為HxWxD=2200×600×300mm，可提供200到1000根同等的電話線。另一方面，室外ONU由特別設計的外殼圍繞，可以提供在惡劣氣候下的保護。由于空間有限，室外ONU的容量比室內ONU的小。例如，一個典型的室外ONU維數(shù)為HxWxD=1500×1200×400mm，容量為500根電話線。

2.OLT

OLT可以認為是光接入網(wǎng)和骨干網(wǎng)之間的邊界，因此它提供到本地交換和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡節(jié)點必要的電子接口。OLT安裝在本地交換地基中，包括大量的傳輸復用器(與ONU的同類)，這些傳輸復用器與來自于不同ONU的光纜相連接。每個傳輸復用器分配一個特定的ONU或者一組ONU，并且提供由ONU窄帶復用器產生的E1信號。OLT的傳輸復用器連接到本地交換，通過E1鏈路(V5.1或V5.2信令)或通過窄帶復用器，在OLT和數(shù)據(jù)之間傳輸用戶業(yè)務信號到本地交換。

網(wǎng)絡節(jié)點之間也建立同樣的連接，對于數(shù)據(jù)業(yè)務，V5.1或V5.2并不適用。V5.1或V5.2接口可以通過安裝在OLT的傳輸復用器和本地交換之間的數(shù)字交叉提供。

3.傳輸網(wǎng)

如前所述，傳輸網(wǎng)(ONU和OLT之間的光纖連接)可以使用PDH或者SDH。對于前者，每個ONU的傳輸復用器可以是點對點連接，到各自的OLT復用器。然而，由于對容量靈活性、可靠性要求的增加，傳輸網(wǎng)多采用SDH。這種情況下，傳輸網(wǎng)包括大量的SDH環(huán)(常為STM-1或者STM-4，155.52或者622.08Mbit/s)，每個環(huán)或者供一個ONU(大量商用客戶情況下)，或者由大量的ONU共享。這種情況，ONU和OLT的傳輸復用器是分插多路復用器(ADMs)，各自的級為ADM-1s、ADM-4s。

三、光接入網(wǎng)的分類

光接入網(wǎng)可分為兩大類：有源光網(wǎng)絡(AON)和無源光網(wǎng)絡(PON)。AON又可分為基于SDH的AON和基于PDH的AON。PON又可分為基于ATM的PON(APON)以及基于以太網(wǎng)的PON(EPON)。

1.基于SDH系統(tǒng)的AON

隨著骨干網(wǎng)傳輸容量的不斷增大，傳輸網(wǎng)的接入方式也越來越多樣化。從技術方面看，接入層的相對帶寬需求較小，需要提供IP、TDM和ATM等綜合業(yè)務傳送。以SDH為基礎并能夠提供IP、ATM傳送與處理的系統(tǒng)將是解決接入層傳送的主要方法，因為這種方式可經(jīng)濟地在一個業(yè)務提供點(POP)上提供高質量專線、ATM、IP等業(yè)務的接入、傳送和保護。在接入網(wǎng)中應用SDH的主要優(yōu)勢在于：SDH可以提供理想的網(wǎng)絡性能和業(yè)務可靠性；SDH的固有靈活性使得在發(fā)展極其迅速的蜂窩通信系統(tǒng)中采用SDH系統(tǒng)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(tǒng)。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，于是除了攜帶話音業(yè)務量以外，可以利用部分SDH凈負荷來傳送IP業(yè)務，從而使SDH也能支持IP的接入。支持的方式有多種，除了現(xiàn)有的點到點通信協(xié)議(PPP)方式外，還有在SDH上的鏈路接入規(guī)程(LAPS)和通用成幀規(guī)程(GFP)等方式。Ethernet over SDH系統(tǒng)實現(xiàn)了一個IP數(shù)據(jù)包多交換光廣域網(wǎng)，它本質上采用的是無連接網(wǎng)絡機制，內在的全網(wǎng)狀連接提供適合于分布式通信的無連接網(wǎng)絡機制，為業(yè)務提供者節(jié)省大量的光帶寬。Ethernet over SDH將以太網(wǎng)的二層交換靈活性和資源優(yōu)化能力與現(xiàn)有的SDH光網(wǎng)絡的大容量、高帶寬效率和低協(xié)議開銷相結合，從而得到一種高速、經(jīng)濟的數(shù)據(jù)接入解決方案。Ethernet over SDH系統(tǒng)的幀映射過程采用的是LAPS協(xié)議幀，而不是PPP幀。它首先將以太網(wǎng)的MAC幀封裝成LAPS協(xié)議幀，然后將LAPS協(xié)議幀映射到SDH幀中。Ethernet over SDH技術克服了傳統(tǒng)SDH在數(shù)據(jù)傳送上的局限性，為SDH的接入開拓了新天地。
 
　　2.PON

PON是一種純介質網(wǎng)絡，它能避免外部設備的電磁干擾和雷電影響，減少線路和外部設備的故障率，提高系統(tǒng)可靠性，同時可節(jié)省維護成本，是電信維護部門長期期待的技術。PON的業(yè)務透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率的信號。特別是APON可以通過利用ATM的集中和統(tǒng)計復用，再結合無源分路器對光纖和光線路終端的共享作用，使成本可望比傳統(tǒng)的以電路交換為基礎的PDH/SDH接入系統(tǒng)低20%-40%。

APON的業(yè)務開發(fā)是分階段實施的，初期主要是VP專線業(yè)務。相對普通專線業(yè)務，APON提供的VP專線業(yè)務設備成本低、體積小、省電、系統(tǒng)可靠、性能穩(wěn)定且性價比有一定優(yōu)勢。第2步實現(xiàn)一次群和二次群電路仿真業(yè)務，提供企業(yè)內部網(wǎng)的連接和企業(yè)電話和數(shù)據(jù)業(yè)務。第3步實現(xiàn)以太網(wǎng)接口，提供互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務和VLAN業(yè)務。以后再逐步擴展至其他業(yè)務，成為名符其實的全業(yè)務接入網(wǎng)系統(tǒng)。

APON能否大量應用的一個重要因素是價格。目前APON產品的業(yè)務供給能力有限，成本過高，其市場前景由于ATM在全球范圍的受挫而不確定，但其技術優(yōu)勢是明顯的。特別是綜合考慮運行維護成本，則在新建地區(qū)、高度競爭的地區(qū)或需要替代舊銅纜系統(tǒng)的地區(qū)，此時敷設PON系統(tǒng)，無論是光纖到路邊(FTTC)，還是光纖到大樓(FTTB)方式都是一種有遠見的選擇。

3.EPON

EPON是幾種最佳的技術和網(wǎng)絡結構的結合。EPON采用點到多點結構和無源光纖傳輸方式，在以太網(wǎng)上提供多種業(yè)務。目前，IP/Ethernet應用占到整個局域網(wǎng)通信的95%以上，EPON由于使用上述經(jīng)濟而高效的結構，從而成為連接接入網(wǎng)最終用戶的一種最有效的通信方法。10Gbit/s以太主干和城域環(huán)的出現(xiàn)也將使EPON成為未來全光網(wǎng)中最佳的最后一公里的解決方案。

在一個EPON中，不需任何復雜的協(xié)議，光信號就能準確地傳送到最終用戶，來自最終用戶的數(shù)據(jù)也能被集中傳送到中心網(wǎng)絡。在物理層，EPON使用1000BASE的以太PHY，同時在PON的傳輸機制上，通過新增加的MAC控制命令來控制和優(yōu)化各光網(wǎng)絡單元(ONU)與光線路終端(OLT)之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實時的TDM通信。在協(xié)議的第二層，EPON采用全雙工以太技術，使用TDM，由于ONU在自己的時隙內發(fā)送數(shù)據(jù)報，因此沒有碰撞，不需使用具有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問(CSMA/CD)，從而充分利用帶寬。另外，E2PON通過在MAC層中實現(xiàn)802.1D來提供與APON類似的QoS。

四、光接入網(wǎng)提供的業(yè)務及其實施

1.業(yè)務

光接入網(wǎng)初期主要支持2Mbit/s以下速率的業(yè)務，基本業(yè)務有下面7類：

* 普通電話業(yè)務(POTS)；

* 租用線；

* 分組數(shù)據(jù)；

* ISDN基本速率接入(BRA)；

* ISDN一次群速率接入(PRA)；

* N＊64kbit/s；

* 2Mbit/s(成幀和不成幀)。

光接入網(wǎng)提供給用戶的電信業(yè)務主要通過ONU窄帶E1復用器業(yè)務卡形式獲得。這些卡可以分為四大類：傳統(tǒng)的撥號接口卡(通過撥號MODEM)、U接口卡(ISDN-BRA和64-128kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務)、音頻接口卡(0？4kHz，對模擬租用線和數(shù)據(jù)線、56kbit/s的音頻MODEM)和n×64kitb/s卡(n從3？31，對數(shù)字租用線)。其他業(yè)務，如E1(2.048Mbit/s)、E3(34.368Mbit/s)或者n×64kbit/s業(yè)務，可以通過在ONU中加入適當?shù)目ㄌ峁��?

光接入網(wǎng)的優(yōu)勢是：它們可以作為其他接入網(wǎng)的平臺，如xDSL和CATV網(wǎng)絡。例如，一個ONU可以提供數(shù)字用戶線接入復用器(DSLAM)、xDSL網(wǎng)絡，或者是CATV網(wǎng)絡的光節(jié)點。

2.實施

在計劃實施光接入網(wǎng)時的一個基本問題是滲透率。例如，它是一個FTTB中繼網(wǎng)服務的商業(yè)客戶，還是一個FTTC網(wǎng)絡，或者是取代了特定區(qū)域的同軸網(wǎng)絡?所有的業(yè)務是否都將轉到光接入網(wǎng)?或者是其中的一些仍將依賴于銅線?這些問題并不存在一個唯一的答案。一個好的解決方案必須要基于經(jīng)濟和技術的考慮，即考慮更多的與傳輸網(wǎng)技術參數(shù)相關的問題，如它們的類型(SDH或PDH)、級別(STM-1/4或E1)、分給每個ONU或ONU組的光纖數(shù)量、容量覆蓋、允許將來擴展的程度、再形成E1流的應用集中等。

實施光接入網(wǎng)要求部署光纜，從特定的接入?yún)^(qū)域和光終端到OLT的傳輸復用器。接入網(wǎng)的最大容量主要由核心纜線的光纖容量、傳輸網(wǎng)的級別決定。例如，對96-光纖(48對)核心纜線和SDH傳輸網(wǎng)，核心纜線的一個光纖對必須分配給每個STM環(huán)。如果電信運營商在每個環(huán)上選擇一個或者更多個未分配的光纖對，96根光纖核心纜線可以提供24個SDH環(huán)。如果環(huán)是STM-1，容量是155.52或者63個E1信號，那么60%的容量(每個環(huán)38個E1信號)將被覆蓋，接入網(wǎng)提供24×38=912個E1信號，這相當于912×30=27360根電話線(網(wǎng)絡的最大容量是45000根電話線)。

每個ONU通過接入光纜與核心纜線相連，通常有12根光纖。一個需要考慮的重要因素是：在安裝ONU時，應提供正確的操作條件。這個問題在室外ONU時候更加復雜，因為要抵抗惡劣的氣候條件(尤其是在高溫和高濕度條件下)。

將電信業(yè)務從同軸轉到光接入網(wǎng)是一個非常細致的工作，必須準備得十分詳細，以減少給用戶帶來的不便。轉換通常在非工作時間內進行，這取決于運營商。可以分為基于ONU的，所有業(yè)務在一個階段轉換；或者是基于業(yè)務的，每個階段包括所有ONU中的特定業(yè)務的轉換。主動光接入網(wǎng)有非常明顯的優(yōu)勢，使用的技術是十分成熟的，因此，光接入網(wǎng)在全世界都得到廣泛采用，運營商用作中繼網(wǎng)或者在某些地方完全取代同軸。

五、光接入網(wǎng)的發(fā)展趨勢

接入網(wǎng)的共同趨勢就是逐漸將光纖化推向用戶。FTTC逐漸向FTTH發(fā)展，而HFC將逐漸從較大的節(jié)點向較小的節(jié)點發(fā)展，然后逐漸將光纖推進至分支點(FTTT)甚至實現(xiàn)FTTH。光纖到戶后，就消除了FTTC中的金屬引入線和HFC中的同軸電纜，避免了金屬腐蝕等問題，接入網(wǎng)的瓶頸也隨之消失。然而光纖到戶將是一個漫長的過程，需要投入大量的資金和人力。接入網(wǎng)的復雜多變環(huán)境導致了技術的多元化，因而以PON為基礎的光接入網(wǎng)怎樣與其他接入技術混合組網(wǎng)取長補短是十會重要的，而且將會成為主要的混合接入方式。因此多采用混合接入模式，如光接入網(wǎng)與甚高比特率數(shù)字用戶線(VDSL)的結合、光接入網(wǎng)與HFC的結合、光接入網(wǎng)與無線接入的結合以及光接入網(wǎng)與SDH的結合均可達到光纖敷設成本、電子設備成本和提供的帶寬能力方面的最佳平衡，也是一種比較現(xiàn)實、理想的寬帶混合接入方案。光接入網(wǎng)的種種優(yōu)勢表明這是一種代表接入網(wǎng)發(fā)展方向的新技術，它是接入網(wǎng)發(fā)展的主流趨勢。總之，隨著接入網(wǎng)業(yè)務的不斷增多，所需的網(wǎng)絡帶寬將會越來越寬，交互性越來越強，接入網(wǎng)的寬帶化是不可避免的趨勢，它將會為我們的生活提供越來越多的方便。