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随着接入市场逐渐加剧和交换技术日趋成熟,光纤到户、三网合一、综合接入、用户的多业务提供正逐渐成为接入网的重要形式,融合是电信网络发展的必然趋势和一直追求的目标。
大力推进光进铜退,提升接入带宽是中国电信网络转型的基础,也是近期接入网工作的重点。
因此,原有的接入网建设模式已经不能满足业务发展的需求,如何才能满足高带宽多业务需求,以及解决目前面临的资本性投资减少和投资结构不合理所带来的压力,是重庆电信在新建通信接入网络建设中急需解决的问题。
NGN软交换网络的建设,EPON技术的规模商用,IP技术的发展,技术与设备的融合等电信技术的发展以及光纤价格的下降为我们提供了面向用户最后一公里接入网建设模式的新思路。
关键字:
EPONGPONPONEPON工程建设接入网FTTX目录第一章接入技术概述51.1光纤接入网概述及分类61.1.1光纤接入网概念61.1.2光纤接入网分类71.2有源光网络简介(AON)81.3无源光网络简介(PON)10第二章EPON接入技术的应用132.1当前主要的几种宽带接入技术142.2EPON接入技术的适用环境152.3EPON接入技术的组网方式16第三章EPON接入技术在某工程中的实现193.1现状分析193.2EPON工程设计203.2.1网络组网结构203.2.2设备选型233.2.3工程设计预算24第四章GPON接入技术的展望31主要参考文献、资料:
35第一章接入技术概述过去,电信网主要是以铜线双绞线方式连接用户和交换机,提供以电话为主的业务,用户接入部分的网络形式单一,界线不分明。
近年来,由于用户业务规模和业务类型的剧增,需要有一个综合话音、数据及未来交互式视的频接入网络代替现有的铜线网络,接入网概念由此而产生。
为适应接入网发展的需要,国内外对接入网技术的研究和应用大大加快。
接入网已成为通信网发展的一个重点,其规模之大、影响面之广是前所未有的。
接入网通常是按其所用的传输介质的不同进行分类的。
一般的接入网可以分为有线接入网和无线接入网两大类。
有线接入网又分为铜线接入网和和光纤接入网两种;
无线接入网分为固定无线接入网和移动无线接入网两种。
包括蜂窝通信、地面微波通信和卫星通信等不同形式。
在实际接入网中有时会用到多种传输介质,如既用到铜线,又用到光纤,甚至用到无线介质,这样就形成了混合接入。
本章主要介绍光纤接入网。
1.1光纤接入网概述及分类1.1.1光纤接入网概念光纤接入网的基本构成如下图1-1所示图1-1光纤接入基本构成光纤接入网(或称光接入网)(OpticalAccessNetwork,OAN)是以光纤为传输介质,并利用光波作为光载波传送信号的接入网,泛指本地交换机或远端交换模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。
光纤接入网包括远端设备——光网络单元和局端设备——光线路终端,它们通过传输设备相连。
系统的主要组成部分是OLT和远端ONU。
它们在整个接入网中完成从业务节点接口(SNI)到用户网络接口(UNI)间有关信令协议的转换。
接入设备本身还具有组网能力,可以组成多种形式的网络拓扑结构。
同时接入设备还具有本地维护和远程集中监控功能,通过透明的光传输形成一个维护管理网,并通过相应的网管协议纳入网管中心统一管理。
OLT的作用是为接入网提供与本地交换机之间的接口,并通过光传输与用户端的光网络单元通信。
它将交换机的交换功能与用户接入完全隔开。
光线路终端提供对自身和用户端的维护和监控,它可以直接与本地交换机一起放置在交换局端,也可以设置在远端。
ONU的作用是为接入网提供用户侧的接口。
它可以接入多种用户终端,同时具有光电转换功能以及相应的维护和监控功能。
ONU的主要功能是终结来自OLT的光纤,处理光信号并为多个小企业,事业用户和居民住宅用户提供业务接口。
ONU的网络端是光接口,而其用户端是电接口。
因此ONU具有光/电和电/光转换功能。
它还具有对话音的数/模和模/数转换功能。
ONU通常放在距离用户较近的地方,其位置具有很大的灵活性。
光纤接入网系统的基本配置如图1-2所示:
图1-2光纤接入网系统的基本配置1.1.2光纤接入网分类光纤接入网从系统分配上可以分为有源光网络接入和无源光网络接入AON:
ActiveOpticalNetwork有源光网络,ODN全部由有源器件组成(光放大器等);
主干网技术的延伸SDH、PDH、ATM等等;
现通常是基于SDH的AON;
AON的特点:
传输容量大:
155Mb/s或622Mb/s的接入速率、传输距离远:
不加中继器距离为70多公里、技术成熟:
无论PDH设备还是SDH设备,都已广泛应用、给有源设备供电是一件麻烦的事。
PON:
PassiveOpticalNetwork无源光网络,PON内不含有源器件、是专门为接入网发展的技术、无源:
大大简化了接入途中的机房条件PON包括:
APON、EPON、GPON1.2有源光网络简介(AON)有源光网络(ActiveOpticalNetword,AON)由OLT,ODT,ONU和光纤传输线路构成。
ODT可以是一个有源复用设备,远端集中器(HUB),也可以是一个环网。
一般有源光网络属于一点到多点光通信系统,按其传输体质可以分为准同步数字序列(PDH)和同步数字序列(SDH)两大类。
通常有源光网络采用星型网络结构,他将一些网络管理功能和高速复接功能在远端终端中完成,端局和远端之间通过光纤通信系统传输,然后在从远端将信号分配给用户。
目前到用户的光纤主要采用的是SDH技术,SDH技术在接入网的应用已经很普遍,但也只能达到FTTC(光纤到路边)、FTTB(光纤到楼)的程度,光纤的巨大宽带还没到达用户。
要真正向用户提供宽带业务能力,单单采用SDH技术解决馈线、配线段的宽带化是不够的,在引入线部分也要采用宽带接入技术,即可分别采用FTTB/C+XDSL,FTTB/C+LAN或FTTB/C+CableModem等接入方式分别为居民用户和公司、企业用户提供业务。
AON技术的核心是SDH技术。
SDH技术是针对传送网而形成的一种技术,SDH的体制、标准、系统即设备等诸多方面都适合核心网。
将目前的SDH系统应用在接入网中会造成系统复杂,而且会造成极大的浪费,因此必须从技术上对SDH系统、SDH设备进行简化,以适应AON对SDH的要求。
(1).基于SDH的有源光网络SDH的概念最初于1985年由美国贝尔通信研究所提出,称之为同步光网络(SynchronousOpticalNETwork,SONET)。
它是由一整套分等级的标准传送结构组成的,适用于各种经适配处理的净负荷(即网络节点接口比特流中可用于电信业务的部分)在物理媒质如光纤、微波、卫星等上进行传送。
该标准于1986年成为美国数字体系的新标准。
国际电信联盟标准部(ITU—T)的前身国际电报电话资询委员会(CCITT)于1988年接受SONET概念,并与美国标准协会(ANSI)达成协议,将SONET修改后重新命名为同步数字系列(SynchronousDigitalHierarchy,SDH),使之成为同时适应于光纤、微波、卫星传送的通用技术体制。
SDH网是对原有PDH(PlesiochronousDigitalHierarchy准同步数字系列)网的一次革命。
PDH是异步复接,在任一网络节点上接入接出低速支路信号都要在该节点上进行复接、码变换、码速调整、定时、扰码、解扰码等过程,并且PDH只规定了电接口,对线路系统和光接口没有统一规定,无法实现全球信息网的建立。
随着SDH技术引入,传输系统不仅具有提供信号传播的物理过程的功能,而且提供对信号的处理、监控等过程的功能。
SDH通过多种容器C和虚容器VC以及级联的复帧结构的定义,使其可支持多种电路层的业务,如各种速率的异步数字系列、DQDB、FDDI、ATM等,以及将来可能出现的各种新业务。
段开销中大量的备用通道增强了SDH网的可扩展性。
通过软件控制使原来PDH中人工更改配线的方法实现了交叉连接和分插复用连接,提供了灵活的上/下电路的能力,并使网络拓扑动态可变,增强了网络适应业务发展的灵活性和安全性,可在更大几何范围内实现电路的保护、高度和通信能力的优化利用,从而为增强组网能力奠定基础,只需几秒就可以重新组网。
特别是SDH自愈环,可以在电路出现故障后,几十毫秒内迅速恢复。
SDH的这些优势使它成为宽带业务数字网的基础传输网。
在接入网中应用SDH(同步光网络)的主要优势在于:
SDH可以提供理想的网络性能和业务可靠性;
SDH固有的灵活性使对于发展极其迅速的蜂窝通信系统采用SDH系统尤其适合。
当然,考虑到接入网对成本的高度敏感性和运行环境的恶劣性,适用于接入网的SDH设备必须是高度紧凑,低功耗和低成本的新型系统,其市场应用前景看好。
接入网用SDH的最新发展趋势是支持IP接入,目前至少需要支持以太网接口的映射,于是除了携带话音业务量以外,可以利用部分SDH净负荷来传送IP业务,从而使SDH也能支持IP的接入。
支持的方式有多种,除了现有的PPP方式外,利用VC12的级联方式来支持IP传输也是一种效率较高的方式。
总之,作为一种成熟可靠提供主要业务收入的传送技术在可以预见的将来仍然会不断改进支持电路交换网向分组网的平滑过渡。
(2).基于PDH的有源光网络准同步数字系列(PDH)以其廉价的特性和灵活的组网功能,曾大量应用于接入网中。
尤其近年来推出的SPDH设备将SDH概念引入PDH系统,进一步提高了系统的可靠性和灵活性,这种改良的PDH系统在相当长一段时间内,仍会广泛应用。
1.3无源光网络简介(PON)无源光网络(PON),是指在OLT和ONU之间是光分配网络(ODN),没有任何有源电子设备,它包括基于ATM的无源光网络APON及基于IP的PON。
无源光网络接入如下图1-3和图1-4:
图1-3无源光网络接入采用TDM+WDM的PON的OAN图1-4无源光网络接入APON的业务开发是分阶段实施的,初期主要是VP专线业务。
相对普通专线业务,APON提供的VP专线业务设备成本低,体积小,省电、系统可靠稳定、性能价格比有一定优势。
第二步实现一次群和二次群电路仿真业务,提供企业内部网的连接和企业电话及数据业务。
第三步实现以太网接口,提供互联网上网业务和VLAN业务。
以后再逐步扩展至其它业务,成为名副其实的全业务接入网系统。
APON采用基于信元的传输系统,允许接入网中的多个用户共享整个带宽。
这种统计复用的方式,能更加有效地利用网络资源。
APON能否大量应用的一个重要因素是价格问题。
目前第一代的实际APON产品的业务供给能力有限,成本过高,其市场前景由于ATM在全球范围内的受挫而不确定,但其技术优势是明显的。
特别是综合考虑运行维护成本,在新建地区,高度竞争的地区或需要替代旧铜缆系统的地区,此时敷设PON系统,无论是FTTC,还是FTTB方式都是一种有远见的选择。
在未来几年能否将性能价格比改进到市场能够接受的水平是APON技术生存和发展的关键。
IPPON的上层是IP,这种方式可更加充分地利用网络资源,容易实现系统带宽的动态分配,简化中间层的复杂设备。
基于PON的OAN不需要在外部站中安装昂贵的有源电子设备,因此使服务提供商可以高性价比地向企业用户提供所需的带宽。
1.基本拓扑结构OAN的拓扑结构取决于ODN的结构。
通常ODN可归纳为单星型、树型、总线型和环型4种基本结构,也就是PON的4种基本拓扑结构。
(1)单星型结构。
单星型结构指用户端的每一个ONU分别通过一根或一对光纤与端局的同一OLT相连,形成以OLT为中心向四周辐射的星型连接结构。
此结构的特点是:
在光纤连接中不使用光分路器,不存在由分路器引入的光信号衰减,网络覆盖的范围大;
线路中没有有源电子设备,是一个纯无源网络,线路维护简单;
采用相对独立的光纤信道,ONU之间互不影响且保密性能好,易于升级;
但成本太高,光缆需要量大,光纤和光源无法共享。
(2)树型结构。
在PON的树型结构(也叫多星型结构)中连接OLT的第1个光分支器将分成n路,每路通向下一级的OBD,如果最后一级的ODB也为n路并连接n个ONU。
因此,它是以增加光功率预算的要求来扩大PON的应用范围的。
这种结构实现了光信号的透明传输,线路维护容易,不存在雷电及电磁干扰,可靠性高;
用户可以共享一部分光设施,如光缆的馈线段和配线段以及局端的发送光源。
但由于OLT中的一个光源提供给所有ONU的光功率,光源的光功率有限,这就限制了所有ONU的数量以及光信号的传输距离。
(3)总线型结构。
总线型结构的PON通常采用分均匀分光OBD沿线状排列。
OBD从光总线中分出OLT传输的光信号,将每个ONU传出的信号插入到光总线。
分均匀光OBD只引入少量的损耗给总线,并且,只从光总线中分出少量的光功率。
由于光纤线路上存在损耗,使在靠近OLT和远离OLT处接收的光信号强度有较大的差别,因此,对ONU中光接收机的动态范围要求较高。
这种结构适合于沿街道、公路线状分布的用户环境。
(4)环型结构。
环型结构相当于总线型结构组成组成的闭合环,其信号传输方式和所用器件与总线型结构差不多。
这种环型结构形成可靠的自愈环型网,使每个OBD可从两个不同的方向到OLT,可靠性大大优于环型结构。
2.关键技术
(1)多址/复用技术
(2)测距技术:
测ONU到OLT的传输时延。
测距的定义:
由于个ONU到OLT的距离不同,及温度等其他环境因素的影响,各ONU发出的上行信号到OLT的时间不同,为防止各上行突发信号在光耦合处发生碰撞,必须测量各ONU到OLT的信号延迟时间,据不同的延时控制ONU在特定时隙发送数据的过程。
测距的目的是补偿ONU到OLT之间的距离不同而引起的传输时延差异,使所有ONU到OLT的逻辑距离相同。
测距的方法有扩频发测距、带外法测距、带内开窗发测距。
(3)快速同步技术(4)突发光电技术(5)无源光分路技术3.无源光接入网的优势无源光网络(PON)是一种纯介质网络,避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响,减少了线路和外部设备的故障率,提高了系统可靠性,同时节省了维护成本,是电信维护部门长期期待的技术。
无源光接入网的优势具体体现在以下几方面:
(1)无源光网体积小,设备简单,安装维护费用低,投资相对也较小。
(2)无源光设备组网灵活,拓扑结构可支持树型、星型、总线型、混合型、冗余型等网络拓扑结构。
(3)安装方便,它有室内型和室外型。
其室外型可直接挂在墙上,或放置于“H”杆上,无须租用或建造机房。
而有源系统需进行光电、电光转换,设备制造费用高,要使用专门的场地和机房,远端供电问题不好解决,日常维护工作量大。
(4)无源光网络适用于点对多点通信,仅利用无源分光器实现光功率的分配。
(5)无源光网络是纯介质网络,彻底避免了电磁干扰和雷电影响,极适合在自然条件恶劣的地区使用。
(6)从技术发展角度看,无源光网络扩容比较简单,不涉及设备改造,只需设备软件升级,硬件设备一次购买,长期使用,为光纤入户奠定了基础,使用户投资得到保证。
第二章EPON接入技术的应用以太网无源光网络(EthernetPON或EthernetOverPON,EPON)。
EPON是指采用PON的拓扑结构实现以太网的接入。
随着Internet的高速发展,用户对网络的带宽的需求不断地提高,各种新的带宽接入技术已成为目前研究的热点。
正在这种背景下,IEEE与2000年底成立了EFM工作组,试图引入一种新的接入技术标准,即EthernetPON(EPON)。
除IEEE研究组外,EPON提倡者还计划参加其他标准化组织,如ITU-T和IETF。
甚至他们还有可能就此计划和全业务接入网组织联系。
G.983关于APON许多内容对EPON仍然有效。
IEEE802.3EFM组织参照FSAN的有关内容集中开发EPON的MAC协议。
这是建立EPON标准的最快途径。
EPON网络体系结构如下图2-1:
图2-1EPON网络体系结构2.1当前主要的几种宽带接入技术目前主要的宽带接入技术有XDSL接入、FTTX接入、HFC接入。
1.XDSL接入DSL(数字用户线路)是一种利用普通铜电话线路,将高速带宽信息传送到家庭和小型企业的技术。
XDSL则是指DSL的不同派生技术,如ADSL、HDSL、VDSL和RADSL等。
目前,XDSL系统能满足普通用户一定带宽需要的最为经济的接入方案。
因此他受到了住宅用户和企、事业单位的普通欢迎。
下表2-1是XDSL的主要技术特点及标准:
名称中文含义传输速率(Mbit/s)使用线对数工作模式SDSL对称数字用户线0.128-2.321对对称HDSL高速数字用户线1.544或2.0482对或3对对称HDSL22代高速数字用户线0.1441对对称SHDSL单线对高速数字用户线0.192-2.31对对称IDSL综合业务数字网数字用户线0.1441对对称ADSL非对称数字用户线上行:
0.016-0.6401对非对称下行:
1.5-8G.liteADSL简化的非对称数字用户线上行:
0.016-0.5121对非对称下行:
1.5RADSL速率自适应数字用户线上行:
1.5-8VDSL甚高速数字用户线上行:
1.5-61对非对称或对称下行:
13-52表2-1XDSL的主要技术特点及标准由上图可知XDSL有两大类:
一类是对称工作模式的DSL系统,另一类是分对称工作的XDSL系统,必须指出的是,XDSL系统的数字传输速率,不仅与系统采用的调制解调技术、DSL技术有关,而且与环路的导线直径和传输距离直接相关。
一般,环路导线越粗,传输距离越短,速率越就越高。
在XDSL系统中,传输速率最高的是VDSL系统,它的传输距离也最短。
2.FTTX接入目前的数据接入技术仍然以双绞线铜缆为主,携带的业务主要是电话业务。
从实际情况看,铜缆的故障率很高,维护运营成本也较高。
光纤接入技术是真正解决宽带多媒体业务的接入技术。
光纤接入网就是采用光纤技术的接入网,即指本地交换机或远端交换模块与用户设备之间,全部采用光传输或部分采用光纤的传输的系统。
光纤因其宽频带、低衰耗和高质量的传输特性已广泛应用于长距离、大容量的主干及中继传输系统中,但应用于接入网尚需解决经济性和满足接入网的一些特殊要求。
3.HFC接入HFC接入网通过对现有电视网进行双向改造后,使有线电视网除了可获得丰富良好的电视节目之外,还可以提供电话、internet接入、高速数据传输和多媒体等业务,是现阶段比较经济的宽带接入平台,是实现电信、广播电视及数据三网融合的接入方案之一。
HFC的优点:
(1)速率高,频带宽
(2)灵活性的扩展性(3)经济性2.2EPON接入技术的适用环境EPON技术的主要优势在于高带宽点对多点的拓扑结构。
这种特点也决定了EPON主要适用于以下的一些场合应用:
(1)高档写字楼高档写字楼内企业、公司相对集中,且大多数是高价值的商企客户,在具体组网中,一般将光分路器设置在每栋大楼内,ODN采用树型或链型组网,同时,可采用用户分布情况,将ONU灵活放置在客户端或楼道汇聚间。
(2)高档居民小区(3)别墅区EPON接入没有成本优势,但能提供别墅区高端用户的特殊需求(4)农村EPON接入模式在特定地地理环境中将有一定的优势2.3EPON接入技术的组网方式EPON系统组网方式主要有:
环形,树形,总线型。
1.FTTB组网FTTB,即FibertoTheBuilding(光纤到楼),它是利用数字宽带技术,光纤直接到小区里,再通过双绞线(超五类双绞线或4对非屏蔽双绞线)到各个用户。
如图2-2图2-2FTTB组网2.FTTO的组网方式如图2-3图2-3FTTO的组网方式.3.FTTC的组网方式如图2-4图2-4FTTC的组网方式4.FTTH的组网方式FTTH是光接入的
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