無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在光進(jìn)銅退中的應(yīng)用

摘要　中國寬帶接入市場經(jīng)過短短三、四年的時間就獲得了巨大的發(fā)展。首先對寬帶接入市場的現(xiàn)狀和需求進(jìn)行了分析，并詳細(xì)介紹了FTTx的各種具體應(yīng)用模式，隨后在對PON技術(shù)典型應(yīng)用場景進(jìn)行分析的同時，指出了其應(yīng)用發(fā)展中遇到的困難和問題。

1、寬帶接入市場的現(xiàn)狀與需求

中國寬帶接入市場經(jīng)過短短三、四年的時間就獲得了巨大的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，截至2007年5月，中國寬帶接入用戶數(shù)達(dá)到5 824萬線，其中ADSL是最主要的寬帶接入手段，在中國寬帶接入市場中的份額超過70%，中國已成為全球最大的DSL市場。

在接入網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展的過程中，傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)和商業(yè)運(yùn)營模式越來越難以滿足用戶和市場的需要，固網(wǎng)運(yùn)營商面臨著來自用戶和業(yè)務(wù)的多重挑戰(zhàn)，具體包括：（1）互聯(lián)網(wǎng)對傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)的沖擊；（2）收益的增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于帶寬的增長速度；（3）移動通信對固定通信的替代；（4）市場競爭不斷加劇；（5）用戶需求的個性化日益突出。除此以外，運(yùn)營商之間的競爭明顯加�。汗叹W(wǎng)運(yùn)營商之間深入對方的傳統(tǒng)領(lǐng)地?fù)寠Z高端客戶，移動運(yùn)營商與傳統(tǒng)固網(wǎng)運(yùn)營商爭奪企業(yè)信息化市場，有線電視廣播運(yùn)營商也在積極拓展寬帶業(yè)務(wù)。

為了提高競爭力，降低用戶離網(wǎng)率，運(yùn)營商紛紛開發(fā)各種多媒體業(yè)務(wù)和增值業(yè)務(wù)，但由此也帶來了用戶帶寬需求的大幅增長。一般情況下，各類業(yè)務(wù)的帶寬需求如表1所示。

表1　各類業(yè)務(wù)的帶寬需求

同時需要特別關(guān)注一下P2P業(yè)務(wù)。P2P被認(rèn)為是近五年來互聯(lián)網(wǎng)最為普遍的應(yīng)用，也是帶寬消耗的主要因素。運(yùn)營商的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，P2P流量約占服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)總流量的60%～80%，但P2P應(yīng)用組網(wǎng)構(gòu)架于四層網(wǎng)絡(luò)之上，傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)對其無管控能力，導(dǎo)致巨大的增量帶寬并未能帶來相應(yīng)的收入增長，運(yùn)營商只能不斷地被動擴(kuò)容。此外，P2P打破了接入網(wǎng)上下行帶寬非對稱的常規(guī)，給目前中國以DSL技術(shù)為主的接入網(wǎng)帶來了挑戰(zhàn)。

寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展對接入網(wǎng)提出了新的要求，如更高帶寬及強(qiáng)大的帶寬管理能力，對接入、內(nèi)容、質(zhì)量及安全等方面的控制能力，等等。為了應(yīng)對上述提到的接入網(wǎng)問題，電信運(yùn)營商不約而同地提出了“光進(jìn)銅退”的接入網(wǎng)發(fā)展策略，將投資重心轉(zhuǎn)向光接入網(wǎng)，嚴(yán)格控制銅纜投資和使用，分階段有步驟地實現(xiàn)接入網(wǎng)光纖化，不斷縮短銅纜長度，最終實現(xiàn)光纖到家庭（FTTH）。

2、光纖接入技術(shù)（FTTx）的具體模式

FTTx是對各種形態(tài)的寬帶光接入網(wǎng)的統(tǒng)稱。在寬帶光接入網(wǎng)中，光纖可以是惟一的傳輸媒質(zhì)或者主干傳輸媒質(zhì)。根據(jù)光纖所到達(dá)的物理位置不同，F(xiàn)TTx存在多種應(yīng)用類型，具體分類如下：

（1）光纖到交接箱（FTTCab：Fiber To The Cabinet）。其特征是：以光纖替換傳統(tǒng)的饋線電纜，光網(wǎng)絡(luò)單元（ONU）部署在交接箱處，ONU下采用其他介質(zhì)接入到用戶，例如采用現(xiàn)有的金屬線或者無線，每個ONU支持的用戶數(shù)為數(shù)百戶到1000戶左右。

（2）光纖到樓宇/分線盒（FTTB/C：Fiber To The Buildin/Curb）。其特征是：以光纖替換用戶引入點之前的銅線電纜，ONU部署在傳統(tǒng)的分線盒處，ONU下采用其他介質(zhì)接入用戶，如現(xiàn)有的金屬線或無線，每個ONU支持的用戶數(shù)為10～100戶左右。

（3）光纖到公司/辦公室（FTTO：Fiber To The Office）。其特征是：僅利用光纖傳輸媒質(zhì)連接通信局端和公司或辦公室用戶，引入光纖由單個公司或辦公室用戶獨享，ONU/光網(wǎng)絡(luò)終端（ONT）之后的設(shè)備或網(wǎng)絡(luò)由用戶管理。

（4）FTTH。其特征是：僅利用光纖傳輸媒質(zhì)連接通信局端和家庭住宅，引入光纖由單個家庭住宅獨享。

除以上四種典型應(yīng)用之外，國內(nèi)外還存在其他FTTx的術(shù)語，綜合歸納后仍然可以等效劃歸入以上類型。為了避免混淆，表2給出了它們之間的對應(yīng)關(guān)系。

表2　FTTx術(shù)語對應(yīng)

3、無源光網(wǎng)絡(luò)（PON）技術(shù)的應(yīng)用

PON技術(shù)（包括以太網(wǎng)PON（EPON）、千兆PON（GPON））是發(fā)展FTTx的主要實現(xiàn)技術(shù)，它可節(jié)省主干光纖資源和網(wǎng)絡(luò)層次，在長距離傳輸條件下可提供雙向高帶寬能力，接入業(yè)務(wù)種類豐富，其遠(yuǎn)程管理能力和無源光分配網(wǎng)結(jié)構(gòu)可大幅降低運(yùn)維成本，因此可支持多種應(yīng)用場景。但由于PON采用點到多點的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實際組網(wǎng)應(yīng)用中分光點（即光分路器的放置位置）在網(wǎng)絡(luò)中的位置受到用戶分布和成本等因素的制約，因此更適合于用戶區(qū)域較分散、而每一區(qū)域內(nèi)用戶又相對集中的小面積密集用戶地區(qū)。

EPON和GPON是目前主流的兩種PON技術(shù)，EPON的顯著優(yōu)勢在于產(chǎn)品商用較早、成熟度高、核心芯片量產(chǎn)大和設(shè)備成本低；GPON的顯著優(yōu)勢在其性能方面，如具有更高的速率和傳輸效率、對TDM業(yè)務(wù)的更好支持、有更強(qiáng)的OAM功能、更高的標(biāo)準(zhǔn)化程度�，F(xiàn)階段EPON與GPON在中國會并存發(fā)展，EPON比GPON起步早，也是中國目前PON應(yīng)用的主流技術(shù)，但GPON正在奮起直追，發(fā)展前景看好。EPON與GPON間的技術(shù)競爭在一定階段還會繼續(xù)，兩者都需要在實踐中不斷發(fā)展、完善。在進(jìn)行實際網(wǎng)絡(luò)部署時，需要對具體的應(yīng)用環(huán)境、設(shè)備性能和成本等因素進(jìn)行綜合評估后再選擇。隨著技術(shù)的發(fā)展和互相借鑒，二者在產(chǎn)品形態(tài)和性能、功能方面可能會越來越靠近并最終走向統(tǒng)一。

不同應(yīng)用場景下客戶的分布密度、業(yè)務(wù)需求存在很大的差異性，相應(yīng)的運(yùn)營商收益也有所區(qū)別，如企業(yè)客戶數(shù)量少，但資費(fèi)高、收益大；家庭用戶數(shù)量眾多，但資費(fèi)低，等等。綜合考慮業(yè)務(wù)需求、成本和客戶分布情況的不同，PON的典型應(yīng)用場景可分為下面四大類。

（1）企業(yè)客戶

企業(yè)客戶主要是中小企業(yè)和網(wǎng)吧等，其帶寬需求一般相對較高（一般超過2 Mbit/s，典型需求為10 Mbit/s甚至100 Mbit/s），業(yè)務(wù)需求以IP業(yè)務(wù)為主，輔以E1語音專線或POTS業(yè)務(wù)，可以承受較高的資費(fèi)。此外，企業(yè)客戶對系統(tǒng)的可用性和維護(hù)質(zhì)量要求較高，這樣就對PON設(shè)備的長時可用性和運(yùn)營商的運(yùn)維部門提出了較高的要求。

傳統(tǒng)接入方式（如DSL、光纖收發(fā)器等）在接入企業(yè)客戶時存在較大不足，如DSL接入的帶寬較小難以滿足商用客戶需求，且速率不穩(wěn)定；光纖收發(fā)器的傳輸帶寬有保證，但消耗大量光纖資源，在光纜資源緊張區(qū)域難以滿足要求。

采用EPON和GPON技術(shù)可以較好地滿足企業(yè)客戶的需求，解決傳統(tǒng)接入方式的不足。具體來說，在中小商業(yè)客戶比較集中的商業(yè)樓宇，采用PON技術(shù)直接實現(xiàn)FTTO或FTTB+LAN，可為客戶提供不同帶寬、不同業(yè)務(wù)類型（包括IP、E1、話音）的個性化服務(wù)；在網(wǎng)吧密集地區(qū)和新建工業(yè)園區(qū)，采用PON技術(shù)替代光纖直連方式實現(xiàn)FTTO，每個網(wǎng)吧或企業(yè)獨享一個ONU，在提供穩(wěn)定傳輸帶寬的同時可節(jié)省大量城域光纖資源。

（2）視頻監(jiān)控

隨著城市監(jiān)控、交通監(jiān)控等一系列遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控組網(wǎng)需求的大量出現(xiàn)，視頻監(jiān)控（“全球眼”）、視頻通信（“新視通”）等對上行帶寬要求較高的業(yè)務(wù)已經(jīng)成為運(yùn)營商的一種收益較高的新型業(yè)務(wù)。

視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)對上行帶寬需求較大，一般超過3 Mbit/s，終端設(shè)備數(shù)量大并且在一個區(qū)域內(nèi)呈分散分布，對接入網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性要求高。此外，由于此類業(yè)務(wù)主要用于公共安全防護(hù)和行業(yè)應(yīng)用，客戶對QoS的要求較高，但對成本不很敏感。

傳統(tǒng)接入方式（如SHDSL和視頻光端機(jī)）在接入視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)時存在一定的不足，如SHDSL雖然技術(shù)成熟、布線簡單，但帶寬受傳輸距離限制較大，并且容易受到串?dāng)_影響導(dǎo)致速率不穩(wěn)定，從而影響圖像質(zhì)量，設(shè)備價格較高；視頻光端機(jī)具有技術(shù)成熟，帶寬有保證等特點，但對光纜資源的消耗較大，由于是專用設(shè)備，因此設(shè)備成本難以進(jìn)一步降低。

采用PON技術(shù)承載視頻監(jiān)控業(yè)務(wù)的回傳數(shù)據(jù)，攝像頭通過FE接口直接連接至ONU，可充分利用PON系統(tǒng)上行高帶寬的特性，與視頻光端機(jī)點到點的傳輸方式相比，可節(jié)約大量主干光纖資源。

（3）家庭用戶

家庭用戶包括高端家庭用戶（別墅、高檔公寓）和普通家庭客戶，他們是寬帶接入市場中用戶數(shù)量最多的客戶群，業(yè)務(wù)需求以IP業(yè)務(wù)為主，輔以POTS業(yè)務(wù)。目前家庭用戶對帶寬的需求一般，但隨著IPTV、視頻通信等高帶寬業(yè)務(wù)的陸續(xù)出現(xiàn)，將使得運(yùn)營商接入帶寬的升級壓力劇增。此外，家庭用戶對成本和資費(fèi)敏感，而且用戶數(shù)量眾多，維護(hù)壓力大。

ADSL和LAN接入是目前家庭用戶寬帶接入的主要方式，具有技術(shù)成熟、布線簡單、成本低等優(yōu)勢，但帶寬升級能力有限，同時對小區(qū)機(jī)房、運(yùn)維和供電的要求較高；LAN接入還存在網(wǎng)絡(luò)層次多、故障點多、維護(hù)困難、對組播業(yè)務(wù)的支持能力較弱等缺點，用戶帶寬升級會造成對光纜和以太網(wǎng)交換機(jī)千兆光口數(shù)量的要求急劇增加，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本大幅增加。

由于高端家庭用戶和普通家庭用戶對資費(fèi)的承受能力存在一定差異，因此采用PON技術(shù)為家庭用戶提供高帶寬接入服務(wù)時需要區(qū)分客戶類型來采用FTTH或FTTB/C等不同的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

對于別墅區(qū)和高檔住宅小區(qū)，考慮到用戶對資費(fèi)的承受能力較強(qiáng)，可以采用PON直接實現(xiàn)FTTH，一步到位解決客戶對IP數(shù)據(jù)、視頻和話音的多種業(yè)務(wù)需求。

對于普通家庭用戶，采用PON+LAN（多FE端口的ONU）或PON+DSL（內(nèi)置DSLAM功能模塊）實現(xiàn)FTTB，在提供高帶寬的同時可大幅降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，滿足普通家庭用戶對低資費(fèi)高帶寬的要求。

（4）農(nóng)村信息化服務(wù)

農(nóng)村信息化服務(wù)是建設(shè)社會主義新農(nóng)村的一項舉措，其業(yè)務(wù)接入點分散，一般沿公路呈鏈狀分布，單點用戶較少，用戶帶寬需求低。在運(yùn)維方面，存在沒有機(jī)房或機(jī)房環(huán)境差、人員維護(hù)成本高的困難。

采用PON技術(shù)通過多級分光方式可適應(yīng)行政村的鏈狀分布，同時可實現(xiàn)IP、話音和CATV的多業(yè)務(wù)接入，并節(jié)省大量主干光纖資源。但由于是鏈狀網(wǎng)絡(luò)，因此光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）一般要求采用多級不均勻分光方式。

4、影響PON技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的因素

PON技術(shù)長期不能得到實質(zhì)性的發(fā)展，究其原因主要在于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用昂貴和缺乏有力的業(yè)務(wù)需求。

（1）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)費(fèi)用昂貴

利用PON技術(shù)建設(shè)FTTx網(wǎng)絡(luò)的成本主要由設(shè)備成本、線路設(shè)施和配套設(shè)施以及工程施工三部分構(gòu)成。設(shè)備成本指純設(shè)備的成本，包括光線路終端（OLT）、ONU或ONT、以太網(wǎng)光纖收發(fā)機(jī)、PDH光端機(jī)、點到點光以太網(wǎng)設(shè)備。對于PON，每線設(shè)備成本是按照平攤到PON系統(tǒng)的每個ONU進(jìn)行計算。線路設(shè)施和配套設(shè)施包括各種型號的光纜、配線架、交接箱、終端智能盒、分路器、分歧接頭盒、分纖盒等，以及配套管道、電源設(shè)施等。工程施工包括勘察設(shè)計、線路管道施工、設(shè)備安裝調(diào)測、工程監(jiān)理等。PON的建設(shè)成本隨著光纖到達(dá)位置的不同，會存在較大差異。

在網(wǎng)絡(luò)實施中，影響設(shè)備成本的因素有多種，主要包括業(yè)務(wù)提供類型、工程配置的用戶數(shù)量、傳輸距離、語音業(yè)務(wù)的提供模式、網(wǎng)管的配置情況、是否采用PON保護(hù)等。其中，業(yè)務(wù)提供類型是影響設(shè)備成本的最主要因素。以EPON設(shè)備為例，目前支持純數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的設(shè)備成本約為1600元/線；若同時支持兩路話音，則設(shè)備成本約增加500～800元/線；若同時支持CATV，則設(shè)備成本約增加1 100元/線。

實踐已經(jīng)證明，PON并沒有不可實現(xiàn)的技術(shù)難點，但要使PON技術(shù)走向成功，必須進(jìn)一步降低相關(guān)產(chǎn)品的成本，可以考慮從以下幾方面著手進(jìn)行：開發(fā)系統(tǒng)級商用芯片、開發(fā)適應(yīng)FTTH特點的新型低成本光器件以及低成本易安裝的室內(nèi)光纖和單芯光纜。在FTTH發(fā)展的初期，特別是大樓或小區(qū)內(nèi)初期實裝率不高的情況下，要想使FTTH的價格定位與ADSL接近是很困難的，但應(yīng)通過帶寬和業(yè)務(wù)類型等方面的優(yōu)勢盡量在性價比上使FTTH具有較強(qiáng)的競爭力。

（2）缺乏有力的業(yè)務(wù)需求

“殺手級應(yīng)用”是很多新技術(shù)推出時必須面對的問題，PON也不例外。目前PON的確難以找到符合大多數(shù)用戶需求的殺手級應(yīng)用，提供的主要業(yè)務(wù)類型仍然和DSL類似，難以體現(xiàn)PON高帶寬、大覆蓋的技術(shù)優(yōu)勢。IPTV被認(rèn)為是推動FTTH發(fā)展的關(guān)鍵業(yè)務(wù)，但這涉及到電信與廣電行業(yè)之間的行業(yè)管制、版權(quán)保護(hù)、內(nèi)容監(jiān)管以及合適的商業(yè)模式等。除了電信運(yùn)營商應(yīng)該在內(nèi)容提供方面主動與廣電運(yùn)營商合作外，從日本、韓國的發(fā)展經(jīng)驗來看，政府在法規(guī)的制定和促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的形成方面有著不可替代的作用。

（3）線纜所有權(quán)問題

PON尤其是FTTH的應(yīng)用再次提出了接入線路敷設(shè)所有權(quán)的問題，光纖的長距離傳輸能力使得局端設(shè)備能夠遠(yuǎn)遠(yuǎn)移出小區(qū)范圍，如此龐大的光纜線路所有權(quán)應(yīng)該歸誰是FTTH網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和政府管制應(yīng)該重點考慮的問題之一。此外，如何避免重復(fù)建設(shè)也是一個需要仔細(xì)考慮的問題。

（4）城域網(wǎng)的帶寬壓力

PON的高帶寬使得用戶接入段的帶寬能力大為提高，卻給城域網(wǎng)和數(shù)據(jù)匯聚后的核心骨干網(wǎng)帶來了巨大的帶寬壓力，目前的城域網(wǎng)和核心網(wǎng)架構(gòu)以及網(wǎng)上交換機(jī)/路由器等不足以承受PON實現(xiàn)FTTH帶來的巨大業(yè)務(wù)流量。為了使用戶真正感受到PON構(gòu)建的FTTH的高帶寬能力，必須消除網(wǎng)絡(luò)上的瓶頸，甚至構(gòu)建下一代網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。

（5）ONU供電

由于PON采用光纖傳輸，傳輸系統(tǒng)本身無法實現(xiàn)對ONU的遠(yuǎn)程供電，必須采用本地供電。ONU斷電會導(dǎo)致語音中斷，對長期以來固網(wǎng)運(yùn)營商形成的斷電不掉話的習(xí)慣形成了沖擊。

此外，PON的規(guī)模應(yīng)用改變了運(yùn)維部門傳統(tǒng)的銅纜維護(hù)體系，數(shù)據(jù)/語音/視頻的“三重播放”還帶來了運(yùn)維部門多專業(yè)綜合維護(hù)能力的問題，光纖到戶的業(yè)務(wù)資費(fèi)以及消費(fèi)引導(dǎo)問題也是對運(yùn)營商向用戶推廣業(yè)務(wù)的一個考驗。

5、展望

隨著光接入成本的不斷下降、銅纜價格和銅線接入網(wǎng)運(yùn)維成本的攀升、運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)向以寬帶為特征的下一代網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)型，以及更多高帶寬業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，F(xiàn)TTH或FTTB已經(jīng)成為所有主流運(yùn)營商的選擇。“光進(jìn)銅退”在中國已經(jīng)加速，但FTTH在中國的實現(xiàn)將是一個循序漸進(jìn)的過程，還有賴于政府、運(yùn)營商、設(shè)備商、器件商、研發(fā)機(jī)構(gòu)、用戶等多方的不懈努力和持續(xù)推進(jìn)，還需要我們有足夠的耐心和恒心。