主動(dòng)光接入網(wǎng)及其發(fā)展趨勢(shì)

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

一、引言

盡管新的技術(shù)(如xDSL)可以通過(guò)銅線提供幾兆的速率，但用戶日益增長(zhǎng)的帶寬需求只有在網(wǎng)絡(luò)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(luò)都是通過(guò)光纖傳輸?shù)�，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(dòng)光接入網(wǎng)可以認(rèn)為是部署在電信骨干網(wǎng)和最終用戶之間的光電基礎(chǔ)設(shè)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(luò)節(jié)點(diǎn)的所有必需的接口。此外，它還需要有到管理網(wǎng)絡(luò)的第三類接口，以便可以對(duì)接入網(wǎng)中不同部分進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控和配置。

光接入網(wǎng)包括大量的光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)和光線路終端(OLT)。ONU可以安裝在客戶的地基下(光纖到大樓或FTTB拓?fù)?或者室外(光纖到路邊或者FTTC拓?fù)?，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(luò)的主要部分；FTTB中，它取代了網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)部分。
　　
二、光接入網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

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(luò))傳輸中，ONU“集中”用戶的電信業(yè)務(wù)，將它們復(fù)用到E1信號(hào)(2.048Mb/s)，進(jìn)一步又復(fù)用到更高級(jí)的光信號(hào)(如E3或者STM-1)，再提供給傳輸網(wǎng)。ONU通過(guò)2套主動(dòng)設(shè)備來(lái)完成這些操作：窄帶復(fù)用器用于收集單個(gè)業(yè)務(wù)信號(hào)，并將其復(fù)用到E1流；傳輸復(fù)用器用于產(chǎn)生高級(jí)光信號(hào)給傳輸網(wǎng)。為了描述下行ONU操作(網(wǎng)絡(luò)到用戶)，傳輸復(fù)用器接收來(lái)自傳輸網(wǎng)的光信號(hào)，解復(fù)用到E1流，然后由窄帶復(fù)用器解復(fù)用到單個(gè)用戶，再提供給用戶。

與ONU相關(guān)的一個(gè)重要問(wèn)題是：窄帶復(fù)用器利用集中的能力(基于單個(gè)撥號(hào)業(yè)務(wù)不會(huì)同時(shí)進(jìn)行)可統(tǒng)計(jì)復(fù)用這些業(yè)務(wù)，故提供更少的E1流。例如，如果一個(gè)ONU連接120路電話，可提供1個(gè)或者2個(gè)E1流，而不是4個(gè)。這種配置既節(jié)省了傳輸網(wǎng)絡(luò)的容量，也節(jié)省了ONU和OLT傳輸設(shè)備的。然而，集中參數(shù)(1:2或1:4)的選擇必須依賴于實(shí)際的業(yè)務(wù)流信息，以避免不可接受的呼損率。

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

ONU可以分為兩大類：室內(nèi)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(nèi)ONU通常包括支架，可以以模塊方式部署。ONU有1到3個(gè)ETSI類支架，每個(gè)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(shè)計(jì)的外殼圍繞，可以提供在惡劣氣候下的保護(hù)。由于空間有限，室外ONU的容量比室內(nèi)ONU的小。例如，一個(gè)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(rèn)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(luò)節(jié)點(diǎn)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(fù)用器(與ONU的同類)，這些傳輸復(fù)用器與來(lái)自于不同ONU的光纜相連接。每個(gè)傳輸復(fù)用器分配一個(gè)特定的ONU或者一組ONU，并且提供由ONU窄帶復(fù)用器產(chǎn)生的E1信號(hào)。OLT的傳輸復(fù)用器連接到本地交換，通過(guò)E1鏈路(V5.1或V5.2信令)或通過(guò)窄帶復(fù)用器，在OLT和數(shù)據(jù)之間傳輸用戶業(yè)務(wù)信號(hào)到本地交換。

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間也建立同樣的連接，對(duì)于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，V5.1或V5.2并不適用。V5.1或V5.2接口可以通過(guò)安裝在OLT的傳輸復(fù)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(duì)于前者，每個(gè)ONU的傳輸復(fù)用器可以是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，到各自的OLT復(fù)用器。然而，由于對(duì)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(gè)環(huán)或者供一個(gè)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(fù)用器是分插多路復(fù)用器(ADMs)，各自的級(jí)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(luò)(AON)和無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)(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(lái)越多樣化。從技術(shù)方面看，接入層的相對(duì)帶寬需求較小，需要提供IP、TDM和ATM等綜合業(yè)務(wù)傳送。以SDH為基礎(chǔ)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?yàn)檫@種方式可經(jīng)濟(jì)地在一個(gè)業(yè)務(wù)提供點(diǎn)(POP)上提供高質(zhì)量專線、ATM、IP等業(yè)務(wù)的接入、傳送和保護(hù)。在接入網(wǎng)中應(yīng)用SDH的主要優(yōu)勢(shì)在于：SDH可以提供理想的網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)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(dāng)然，考慮到接入網(wǎng)對(duì)成本的高度敏感性和運(yùn)行環(huán)境的惡劣性，適用于接入網(wǎng)的SDH設(shè)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(shì)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(wù)量以外，可以利用部分SDH凈負(fù)荷來(lái)傳送IP業(yè)務(wù)，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(diǎn)到點(diǎn)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。EthernetoverSDH系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)IP數(shù)據(jù)包多交換光廣域網(wǎng)，它本質(zhì)上采用的是無(wú)連接網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，內(nèi)在的全網(wǎng)狀連接提供適合于分布式通信的無(wú)連接網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，為業(yè)務(wù)提供者節(jié)省大量的光帶寬。Ethernetover 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(luò)的大容量、高帶寬效率和低協(xié)議開(kāi)銷相結(jié)合，從而得到一種高速、經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)接入解決方案。Ethernet over SDH系統(tǒng)的幀映射過(guò)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(shù)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(kāi)拓了新天地。

2.PON

PON是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，它能避免外部設(shè)備的電磁干擾和雷電影響，減少線路和外部設(shè)備的故障率，提高系統(tǒng)可靠性，同時(shí)可節(jié)省維護(hù)成本，是電信維護(hù)部門長(zhǎng)期期待的技術(shù)。PON的業(yè)務(wù)透明性較好，原則上可適用于任何制式和速率的信號(hào)。特別是APON可以通過(guò)利用ATM的集中和統(tǒng)計(jì)復(fù)用，再結(jié)合無(wú)源分路器對(duì)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(chǔ)的PDH/SDH接入系統(tǒng)低20%-40%。

APON的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)是分階段實(shí)施的，初期主要是VP專線業(yè)務(wù)。相對(duì)普通專線業(yè)務(wù)，APON提供的VP專線業(yè)務(wù)設(shè)備成本低、體積小、省電、系統(tǒng)可靠、性能穩(wěn)定且性價(jià)比有一定優(yōu)勢(shì)。第2步實(shí)現(xiàn)一次群和二次群電路仿真業(yè)務(wù)，提供企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的連接和企業(yè)電話和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。第3步實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)接口，提供互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)和VLAN業(yè)務(wù)。以后再逐步擴(kuò)展至其他業(yè)務(wù)，成為名符其實(shí)的全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)系統(tǒng)。

APON能否大量應(yīng)用的一個(gè)重要因素是價(jià)格。目前APON產(chǎn)品的業(yè)務(wù)供給能力有限，成本過(guò)高，其市場(chǎng)前景由于ATM在全球范圍的受挫而不確定，但其技術(shù)優(yōu)勢(shì)是明顯的。特別是綜合考慮運(yùn)行維護(hù)成本，則在新建地區(qū)、高度競(jìng)爭(zhēng)的地區(qū)或需要替代舊銅纜系統(tǒng)的地區(qū)，此時(shí)敷設(shè)PON系統(tǒng)，無(wú)論是光纖到路邊(FTTC)，還是光纖到大樓(FTTB)方式都是一種有遠(yuǎn)見(jiàn)的選擇。

3.EPON

EPON是幾種最佳的技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的結(jié)合。EPON采用點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)和無(wú)源光纖傳輸方式，在以太網(wǎng)上提供多種業(yè)務(wù)。目前，IP/Ethernet應(yīng)用占到整個(gè)局域網(wǎng)通信的95%以上，EPON由于使用上述經(jīng)濟(jì)而高效的結(jié)構(gòu)，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(lái)全光網(wǎng)中最佳的最后一公里的解決方案。

在一個(gè)EPON中，不需任何復(fù)雜的協(xié)議，光信號(hào)就能準(zhǔn)確地傳送到最終用戶，來(lái)自最終用戶的數(shù)據(jù)也能被集中傳送到中心網(wǎng)絡(luò)。在物理層，EPON使用1000BASE的以太PHY，同時(shí)在PON的傳輸機(jī)制上，通過(guò)新增加的MAC控制命令來(lái)控制和優(yōu)化各光網(wǎng)絡(luò)單元(ONU)與光線路終端(OLT)之間突發(fā)性數(shù)據(jù)通信和實(shí)時(shí)的TDM通信。在協(xié)議的第二層，EPON采用全雙工以太技術(shù)，使用TDM，由于ONU在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)報(bào)，因此沒(méi)有碰撞，不需使用具有沖突檢測(cè)的載波監(jiān)聽(tīng)多路訪問(wèn)(CSMA/CD)，從而充分利用帶寬。另外，E2PON通過(guò)在MAC層中實(shí)現(xiàn)802.1D來(lái)提供與APON類似的QoS。

四、光接入網(wǎng)提供的業(yè)務(wù)及其實(shí)施

1.業(yè)務(wù)

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

*普通電話業(yè)務(wù)(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(wù)主要通過(guò)ONU窄帶E1復(fù)用器業(yè)務(wù)卡形式獲得。這些卡可以分為四大類：傳統(tǒng)的撥號(hào)接口卡(通過(guò)撥號(hào)MODEM)、U接口卡(ISDN-BRA和64-128kbit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))、音頻接口卡(0？4kHz，對(duì)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(duì)數(shù)字租用線)。其他業(yè)務(wù)，如E1(2.048Mbit/s)、E3(34.368Mbit/s)或者n×64kbit/s業(yè)務(wù)，可以通過(guò)在ONU中加入適當(dāng)?shù)目ㄌ峁��?BR>
光接入網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)是：它們可以作為其他接入網(wǎng)的平臺(tái)，如xDSL和CATV網(wǎng)絡(luò)。例如，一個(gè)ONU可以提供數(shù)字用戶線接入復(fù)用器(DSLAM)、xDSL網(wǎng)絡(luò)，或者是CATV網(wǎng)絡(luò)的光節(jié)點(diǎn)。

2.實(shí)施

在計(jì)劃實(shí)施光接入網(wǎng)時(shí)的一個(gè)基本問(wèn)題是滲透率。例如，它是一個(gè)FTTB中繼網(wǎng)服務(wù)的商業(yè)客戶，還是一個(gè)FTTC網(wǎng)絡(luò)，或者是取代了特定區(qū)域的同軸網(wǎng)絡(luò)?所有的業(yè)務(wù)是否都將轉(zhuǎn)到光接入網(wǎng)?或者是其中的一些仍將依賴于銅線?這些問(wèn)題并不存在一個(gè)唯一的答案。一個(gè)好的解決方案必須要基于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的考慮，即考慮更多的與傳輸網(wǎng)技術(shù)參數(shù)相關(guān)的問(wèn)題，如它們的類型(SDH或PDH)、級(jí)別(STM-1/4或E1)、分給每個(gè)ONU或ONU組的光纖數(shù)量、容量覆蓋、允許將來(lái)擴(kuò)展的程度、再形成E1流的應(yīng)用集中等。

實(shí)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(fù)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(jí)別決定。例如，對(duì)96-光纖(48對(duì))核心纜線和SDH傳輸網(wǎng)，核心纜線的一個(gè)光纖對(duì)必須分配給每個(gè)STM環(huán)。如果電信運(yùn)營(yíng)商在每個(gè)環(huán)上選擇一個(gè)或者更多個(gè)未分配的光纖對(duì)，96根光纖核心纜線可以提供24個(gè)SDH環(huán)。如果環(huán)是STM-1，容量是155.52或者63個(gè)E1信號(hào)，那么60%的容量(每個(gè)環(huán)38個(gè)E1信號(hào))將被覆蓋，接入網(wǎng)提供24×38=912個(gè)E1信號(hào)，這相當(dāng)于912×30=27360根電話線(網(wǎng)絡(luò)的最大容量是45000根電話線)。

每個(gè)ONU通過(guò)接入光纜與核心纜線相連，通常有12根光纖。一個(gè)需要考慮的重要因素是：在安裝ONU時(shí)，應(yīng)提供正確的操作條件。這個(gè)問(wèn)題在室外ONU時(shí)候更加復(fù)雜，因?yàn)橐�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(wù)從同軸轉(zhuǎn)到光接入網(wǎng)是一個(gè)非常細(xì)致的工作，必須準(zhǔn)備得十分詳細(xì)，以減少給用戶帶來(lái)的不便。轉(zhuǎn)換通常在非工作時(shí)間內(nèi)進(jìn)行，這取決于運(yùn)營(yíng)商�？梢苑譃榛�于ONU的，所有業(yè)務(wù)在一個(gè)階段轉(zhuǎn)換；或者是基于業(yè)務(wù)的，每個(gè)階段包括所有ONU中的特定業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)換。主動(dòng)光接入網(wǎng)有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，使用的技術(shù)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(yùn)營(yíng)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(shì)

接入網(wǎng)的共同趨勢(shì)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(diǎn)向較小的節(jié)點(diǎn)發(fā)展，然后逐漸將光纖推進(jìn)至分支點(diǎn)(FTTT)甚至實(shí)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(wèn)題，接入網(wǎng)的瓶頸也隨之消失。然而光纖到戶將是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，需要投入大量的資金和人力。接入網(wǎng)的復(fù)雜多變環(huán)境導(dǎo)致了技術(shù)的多元化，因而以PON為基礎(chǔ)的光接入網(wǎng)怎樣與其他接入技術(shù)混合組網(wǎng)取長(zhǎng)補(bǔ)短是十會(huì)重要的，而且將會(huì)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(jié)合、光接入網(wǎng)與HFC的結(jié)合、光接入網(wǎng)與無(wú)線接入的結(jié)合以及光接入網(wǎng)與SDH的結(jié)合均可達(dá)到光纖敷設(shè)成本、電子設(shè)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(shí)、理想的寬帶混合接入方案。

光接入網(wǎng)的種種優(yōu)勢(shì)表明這是一種代表接入網(wǎng)發(fā)展方向的新技術(shù)，它是接入網(wǎng)發(fā)展的主流趨勢(shì)�？傊�，隨著接入網(wǎng)業(yè)務(wù)的不斷增多，所需的網(wǎng)絡(luò)帶寬將會(huì)越來(lái)越寬，交互性越來(lái)越強(qiáng)，接入網(wǎng)的寬帶化是不可避免的趨勢(shì)，它將會(huì)為我們的生活提供越來(lái)越多的方便。