宽带用户光纤接入网现状与标准化动向

[摘要]对于宽带光纤接入技术来说,依据配线形态的不同,主要有两种方式,即单星型(SS: Single Star)和无源光网络(PON: Passive Optical Network)。

1.光纤用户现状

从世界范围上看,用户光纤在美国和日本发展的比较早,普及率相对来说也比较高,依据美国FTTH协会发表的数字,到2003年3月底美国FTTH的用户数为3.8万个家庭,同期日本公布的数据,日本约为30.5387万个家庭。日本是世界上光纤到户(FTTH)发展最快的国家,到2003年12月底,它的FTTH用户数已达到了89万户,仅用了几个月的时间,它的光纤用户数就翻了一番多,它是日本宽带用户发展最为迅猛的一种接入方式。就是日本,目前从绝对数量上说,FTTH的用户还不多,市场占有率还不高,仅占宽带用户总数的6.53%,但从发展势头上,它在日本发展最快,它的发展前景还是很美好的。如果将别的用户光纤接入方式一起计算的话,如FTTC(光纤到路边)、FTTB(光纤到大楼)、FTTA(光纤到公寓)等,那么现在就可以说,用户光纤接入已相当普遍了。但是只有实现了FTTH,才可以说真正实现了宽带光纤用户了,从全世界来看,FTTH还是个新生事物,目前还没有能成为主流的宽带用户接入方式,这主要是单位成本还比较高的缘故。

2.宽带光纤用户接入技术

对于宽带光纤接入技术来说,依据配线形态的不同,主要有两种方式,即单星型(SS: Single Star)和无源光网络(PON: Passive Optical Network)。对于SS方式来说,每户单独占用一纤(乒乓方式)或二纤,用光媒体变换器去实现通信; 对于PON方式来说,要在用户侧设置光网络单元(ONU: Optical Network Unit)和在局侧设置光线路终端(OLT: Optical Line Terminal)以及光星型耦合器,现在光星型耦合器最多可有32个分岐,光星型耦合器到OLT间用一根光纤(乒乓方式)或二根光纤,32个用户可以共用,它比SS方式节约光纤,这便于降低成本,因此,现在说到的用户光纤主要指PON方式。在PON方式中又分为B-PON(Broadband-PON)和G-PON(Ethernet-PON)两种,下面分别进行叙述。

3.在PON方式中的数据传输机理

在本方式中主要采用的技术是,在上行方向(用户到局侧)采用了数据同步发送技术,在下行方向(局侧到用户)采用了数据识别技术,下面分别进行说明。

4.B-PON系统

B-PON系统过去被称作ATM-PON(Asynchronous Transfer Mode base PON)系统,它是以ATM作为基本技术的PON系统,传输速率上行为155Mbit/s,下行传输速率为622 Mbit/s;以后又追加了上行传输速率可到622 Mbit/s,下行传输速率可到1.2Gbit/s,数据传送使用ATM信元。

现在关于B-PON的国际标准是ITU-T的G.983系列建议。

4.1 B-PON的波长配置

按照ITU-T G.983.1建议,一对光纤双向通信中,上行使用1260~1360nm的波长,下行使用1480~1580nm的波长,以防止上、下行通信的干扰。还有,关于下行方向的波长分配,ITU-T在G.983.3建议中,对数据通信的波长作了新的规定,现在OLT~ONU使用的波长规定为1480~1500nm,其余的波长规定为将来的业务用。在下行波长分配中,预留了数据通信和别的业务发展空间,这对现有通信不会产生影响,但为下行广播式通信地实现创造了条件。图3下部为图像通信形态,由于WDM的作用,实现了波分复用,可向多个用户提供图像服务。

4.2 B-PON的带宽控制

B-PON系统的一个重要特征就是它可以根据业务的需要去提供带宽。ITU-TG.983.1,2建议中,ONU~OLT的上行方向的带宽是固定的,它适合于专用线用户的通信,在这种方式下,某个ONU即使不进行数据传送,该ONU的带宽别的ONU也不能占用。

为了实现更高的带宽利用率,ITU-T推出了能够对上行带宽进行动态分配的(DBA: Dynamic Bandwidth Assignment)G.983.4建议,如图4(b)所示。

在动态带宽分配(DBA)方式中,由ONU发出的带宽要求,被送到OLT带宽要求管理模块,再经分配带宽计算模块计算,确定该ONU的上行带宽,同时带宽监视模块对各ONU的上行带宽进行监视,这样各ONU的上行带宽就会被自动进行更新,因为更新周期很短,所以可以说带宽大体上是实时变动的(动态带宽分配)。该方式的另一个优点就是可以保证最低带宽要求,它不单带宽利用率高,而且对业务的带宽控制成为可能,这就为重要业务的带宽给予了保证。

关于B-PON下行方向的通信,同前述的一样,OLT以广播方式向ONU发送数据,而每个ONU只能将属于自己的数据检索出来,并把别的数据进行丢弃。

5.G-PON系统

G-PON系统在ONU~OLT之间传输的不是ATM信元,而是以太网帧信息,目前从速率上主要有两种,即(G-PON: Gigabit Ethernet PON) Gbit/s和(E-PON)100Mbit/s。由于G-PON和计算机系统的亲和性较好,因此受到广泛地欢迎,这和B-PON相比,在应用上有很大方便,B-PON不能直接到桌面,而G-PON却可以直接到桌面,因此成为发展的重点。但是由于以太网帧长是可变的,因而对上行带宽进行动态控制就比较困难了,这是它的缺点。

5.1 G-PON的波长配置

和B-PON的G.983.3建议相同,对于E-PON的上行波长也是规定为1260~1360nm,下行波长规定为1480~1500nm,以防止上、下行方向间的干扰,还有与B-PON一样,在下行方向1500nm以上的波长段,考虑用作图像等通信用。

5.2 G-PON的带宽控制

关于G-PON的带宽控制,采用多点控制协议(MPCP: Multi Point Control Protocol)去实现,为了实现高带宽利用率、低时延,也和B-PON一样,采用了动态带宽分配(DBA)技术,动态带宽分配算法正在研讨中。

6.B-PON、G-PON标准化动向

B-PON、G-PON系统的标准化工作主要是由ITU-T去完成,从应用角度考虑,G-PON虽然起步较晚,但发展更快,它的标准化工作也基本上达到实用化水平。

6.1 B-PON的标准化工作

ITU-T到现在为止进行了各种用户光纤接入系统的标准化工作,它的代表就是B-PON的标准化。

B-PON是上行最大速率为155Mbit/s、下行最大速率为622Mbit/s的PON系统。它使用ATM信元,对于以太网业务和时分复用业务等形形色色的业务都能收容,它的标准化工作表示在G.983系列建议中,详见表1。

6.2 新标准诞生的必要性

在B-PON最新标准中,上行方向的最大速率为622Mbit/s、下行信号的最大速率为1.2Gbit/s。但是从物理层面上看,在上行方向的速率比622Mbit/s再高的话,在技术上就会给同步工作带来很大的难度,同时从应用角度来看,虽然B-PON也能收容IP等业务,但要经过转换,效率低,而且还不能够到桌面,为此,千兆比系统就应运而生,它的研究工作是由2001年4月开始的。

6.3 G-PON系统的标准化工作

因为新的光纤接入系统具有千兆比的传输容量,因此被称为G-PON,它的标准化工作可分为3个层次,详见图5。

6.3.1 G-PON业务应用 (GSR:G-PON Service Requirement)层

实际上通信公司对使用G-PON的要求,主要是承载业务、速率和光分配网络(ODN: Optical Distribution Network)等条件。

6.3.2 G-PON 传送 (GTC:G-PON Transmission Convergence Layer)层对PON区间的信号帧结构和OLT-ONU间的控制指令等的规定。

6.3.3 G-PON物理媒体层(GPM:G-PON Physical Medium Dependent) 对G-PON系统光收、发信规则(输出功率、眼图等)的规定。

像上述的那样,因为分成了3个独立子系统,所以就可以分别进行标准化工作,以及像后述的那样,容易实现与其它标准的配合,下面对上述3个子系统分别进行描述。

6.4 GSR

GSR是G-PON的业务应用层,是 G-PON系统所应该满足的业务条件,为了能够满足该条件就变成了对GPM和GTC地研讨了。依据美国、欧洲和日本等国的通信公司对GSR的研讨结果,得出的结论,它主要集中在要收容什么样的业务、必要的传输速率是多少、必要的传输距离是多少等。

对G-PON的基本要求是,在将来能够对B-PON系统进行置换,因此,G-PON也要能适应B-PON的条件要求,特别是用1对光纤可以收容所有的业务,即把收容全业务为目标。近年IP发展异军突起,数据终端设备(用户的PC机等)也要具备以太网接口成为主流,但是模拟电话和T1/E1专线业务作为通信公司的主要业务还没有改变,这就要求G-PON用1对光纤可完全能够收容IP数据、模拟电话和专线等。

作为传输速率,下行方向(OLT-ONU)规定为1.2G/2.4Gbit/s,上行方向规定为155M/622M/1.2G/2.4Gbit/s。由于IP业务、因特网接入是主流,而它的业务不对称性是很大的特点,所以下行方向的话务量就占到一大半。还有,若提高上行方向的传输速率,则必须提升使用的光发送、接受器件的性能,这就会使成本上升。因而,从实际情况出发,这就确定下行方向速率比上行方向速率高,作为GSR(General characteristicsfor Gigabit-capable Passive Optical Networks)标准的ITU-T G.984.1建议已于2003年3月完成。

6.5 GPM

GPM是G-PON物理媒体层(相当于OSI参考模型的第一层),所谓物理媒体层实际上是由与光纤相连接的光/电变换器以及电信号的数据读取器等构成,它具有把在光纤上流通的光信号传送到2层进行数据处理以及将2层传送过来的数据信号转换成光信号的作用。

GPM光信号的速率依据OLT-ONU间的发送、接收电平差(功率预算),按照ITU-T G.982的建议要求,将G-PON分成A/B/C等级别,并对各级别的发送、接收信号进行规定。但是, 在现阶段技术上对于上行信号为2.4Gbit/s的研讨还不够充分,这是留给今后的课题了。




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