PON技術基礎綜述3200字

PON技術基礎綜述目錄TOC\o"1-3"\h\u3762PON技術基礎綜述 166011.1PON的結(jié)構(gòu)與原理 119161.1.1PON的結(jié)構(gòu) 176591.1.2PON的工作原理 1222001.2PON技術分類 2102241.1.1APON/BPON 2127021.1.2EPON/GPON 230771.1.310GPON技術 320941.3PON技術的選擇 4236881.3.1EPON技術 410631.3.2GPON技術 4250081.3.3EPON與GPON技術對比 417554表2-1EPON與GPON技術對比 4326141.3.4GPON的關鍵技術 51.1PON的結(jié)構(gòu)與原理1.1.1PON的結(jié)構(gòu)PON由OLT（光線路終端）、POS（無源光分路器）和ONU（光網(wǎng)絡單元）組成，采用星形、總線形、環(huán)形、樹形等拓撲結(jié)構(gòu)。OLT屬于接入網(wǎng)的業(yè)務節(jié)點側(cè)設備，用于連接光纖干線的終端設備，放置在小區(qū)或大樓機房，分配和控制信道的連接，并有多種業(yè)務功能。ONU放置在用戶側(cè)，OLT和ONU之間通過光纜、無源光分路器、光纖等器件連接。所謂無源，是指在ONU與OLT中間的ODN(光分配網(wǎng)絡)是沒有任何有源電子設備的。1.1.2PON的工作原理PON系統(tǒng)采用波分復用技術，實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸。下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術，OLT將送達各個ONU的下行業(yè)務組裝成幀，以廣播方式發(fā)送給各個ONU，即利用分光器分成多路獨立信號，每路信號都含有發(fā)送給各個特定ONU的幀，各個ONU只選取發(fā)給自己的數(shù)據(jù)幀，屏蔽其它ONU的數(shù)據(jù)幀。上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術，從各ONU到OLT的上行通過時分多址共享信道傳輸數(shù)據(jù)，OLT為每個ONU都分配不同的時隙來使用相同頻率傳輸數(shù)據(jù)。這些時隙補償了每個ONU傳輸時間的差距，保障不同ONU的數(shù)據(jù)包之間不會產(chǎn)生重疊碰撞。1.2PON技術分類上世紀90年代初期PON技術概念被提出，1995年全球7個主要運營商與其設備供應商宣布成立FSAN(FullServiceAccessNetwork)聯(lián)盟，F(xiàn)SAN聯(lián)盟的宗旨是制定光接入網(wǎng)設備標準并提供解決方案。隨著互聯(lián)網(wǎng)的蓬勃發(fā)展，用戶對接入網(wǎng)寬帶需求不停提高，無源光網(wǎng)絡作為光纖接入網(wǎng)的重要技術，發(fā)展大體分為三個發(fā)展階段。1.1.1APON/BPON1995年FSAN聯(lián)盟成立后開始制定光接入網(wǎng)的規(guī)范標準，1996年ITU-T（國際電聯(lián)電信標準化部門）聯(lián)合FSAN聯(lián)盟頒布了G.982（PON的標準建議）為PON技術發(fā)展做好了鋪墊。1998年，F(xiàn)SAN聯(lián)盟的OAN工作組與ITU-T負責制定了基于ATM（AsynchronousTransferMode，異步傳輸模式）的PON網(wǎng)絡技術:G.983（APON標準建議）。這種標準之前在發(fā)達國家應用較多,在這些國家都有APON技術產(chǎn)品的實際應用。其中G.983.1是無源光網(wǎng)絡技術第一個國際標準文件，代表業(yè)務類型由窄帶到寬帶的的轉(zhuǎn)變。此后，在1999年FSAN聯(lián)盟的OAN工作組發(fā)布的APON/BPON標準被國際電聯(lián)電信標準化部門接納為G.983.x系列標準?；贏TM的APON網(wǎng)絡技術下行方向采用TDM（時分復用）技術，OLT到ONU傳輸連續(xù)的時隙流，以廣播方式發(fā)送到下行信道。上行方向通過突發(fā)模式傳輸ATM信源，采用TDMA（時分多址）技術。APON技術擁有兩種速率不同的幀結(jié)構(gòu)：一種是上行約155Mbps，下行約622Mbps的非對稱速率幀結(jié)構(gòu)；另一種是上、下行速率均為155Mbps的對稱速率幀結(jié)構(gòu)。1999年，F(xiàn)SAN聯(lián)盟對APON標準進行加強改進提出BPON標準，BPON提供了動態(tài)帶寬分配、保護等功能，上下行速度分別為155Mbps和622Mbps。受限于當時BPON設備器件的成本高昂、光接入網(wǎng)外部配套設施不成熟，因此BPON技術并沒有大規(guī)模應用。此后由于ATM技術的逐步萎縮和網(wǎng)絡IP化進程加速導致之前基于ATM技術的APON/BPON技術在商用化和實用化方面嚴重受阻。1.1.2EPON/GPON隨著ATM技術的衰落，繼BPON之后IP技術迅速興起，業(yè)界迫切需要一種適宜IP業(yè)務承載、傳輸速率更高同時具有綜合業(yè)務接入能力的光接入技術出現(xiàn)。2001年初，EFMA（第一英里以太網(wǎng)）組織為順應快速發(fā)展的通信業(yè)務提出在二層用以太網(wǎng)取代異步傳輸?shù)腅PON技術概念，隨后IEEE（電氣和電子工程師協(xié)會）成立了801.3ah工作組，開始制定EPON標準建議。同時期，F(xiàn)SAN聯(lián)盟也開始研究傳輸效率更高，帶寬更大的GPON技術。2003年3月ITU-T與FSAN聯(lián)盟合作，在APON架構(gòu)的基礎上重新設計后頒布了G.984（GPON標準建議），在2004年ITU-T又制定并發(fā)布了G.984.3與G.984.4的GPON標準細則。在EPON/GPON技術中，根據(jù)801.3以太網(wǎng)協(xié)議無源光網(wǎng)絡傳輸?shù)氖情L度可變的數(shù)據(jù)幀，且適合網(wǎng)絡IP化進程加速前景下的IP業(yè)務承載，極大減少了傳輸開銷，同時具有綜合業(yè)務接入能力。EPON是以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡。EPON綜合了PON技術和以太網(wǎng)技術的優(yōu)勢，在以太網(wǎng)之上提供多種業(yè)務。采用無源點到多點結(jié)構(gòu)、光纖傳輸，所以EPON部署高效且經(jīng)濟，是實現(xiàn)“最后一公里”、“光進銅退”和“三網(wǎng)合一”的最有效通信方法。EPON擁有上、下行均為1250Mbps的對稱速率，EPON的分光比最大可達1:64，最大傳輸距離為20公里。EPON下行數(shù)據(jù)流采用廣播技術，上行數(shù)據(jù)流采用TDMA技術，下行效率約72%，上行效率約68%，與GPON相比效率偏低。GPON與EPON相比采用的標準大不相同，可以說GPON比EPON更先進，在傳輸更大帶寬的同時效率更高，可帶的用戶也比EPON更多。雖然GPON相比于EPON在高速率和多業(yè)務更有優(yōu)勢，但GPON的技術比較復雜，成本也是高于EPON。隨著社會發(fā)展和科技的進步GPON的應用前景越來越廣，GPON具有吉比特高速率，上行速率為1.25Gbps，下行速率為1.5Gbps。GPON使用NRZ擾碼作線路碼相比EPON使用的8B/10B編碼來說沒有帶寬損失，上下行效率分別為92%和89%。在保證服務質(zhì)量和級別情況下，提供多業(yè)務透明傳輸和高帶寬利用率的能力，擁有電信級的業(yè)務管理和網(wǎng)絡監(jiān)測。從單比特成本來講，GPON的成本要低于EPON。1.1.310GPON技術完成GPON技術標準之后，F(xiàn)SAN與ITU-T迅速鋪開下一代PON的技術標準工作，“全業(yè)務、低成本、廣覆蓋、高互通、高容量”將會成為下一代PON技術的演進目標，2009年10月，ITU-TSG15通過了10GPON的物理層規(guī)范(G.987.2)和總體需求(G.987.1)。2010年ITU-T發(fā)布通用OMCI標準（G.988）和10GPON傳輸匯聚層標準(G.987.3)，這標志著10GPON標準主體的初步完成。10GEPON最大分光比為1:256，可采用對稱或非對稱傳輸速率兩種傳輸模式，對稱速率上、下行均為10Gbps,非對稱速率上行為1.25Gbps下行為10Gbps。10G-GPON又稱為XG-PON，其中非對稱系統(tǒng)（上行速率1.5Gbps，下行速率10Gbps）稱為XG-PON1，對稱系統(tǒng)（上行速率10Gbps，下行速率10Gbps）稱為XG-PON2。GPON系統(tǒng)可以在原ODN組網(wǎng)安裝波分合波器進行由GPON到10G-GPON系統(tǒng)的升級更新。當前，ITU-T只在XGPON1階段上取得實質(zhì)性進展，NGPON1中的XGPON2暫時還處在實驗室研究階段。1.3PON技術的選擇1.3.1EPON技術EPON具有對稱的上、下行1.25Gbps的傳輸速率，實際普遍使用的分光比為1:32，采用8B/10B的線路編碼方式上下行效率較低，實際速率不到1Gbps。EPON具有PX10、PX20光收發(fā)模塊，理論傳輸距離為20千米，實際傳輸距離為10千米。支持升級到10G-EPON，速率能夠擴容到10Gbps；由于EPON運用以太網(wǎng)技術和PON技術，整合了兩者的優(yōu)勢有較高的兼容性，且EPON的技術要求不高，芯片研究技術較成熟。目前，EPON技術在日韓等地區(qū)使用較普遍。EPON技術由于自身的缺陷，下行數(shù)據(jù)沒有加密算法機制，廣播傳輸給各ONU時，網(wǎng)絡安全性差，信息容易被竊?。挥捎贓PON只具有對稱的上下行速率，傳輸速率比較單一，不能滿足不同用戶對不同帶寬的需求。1.3.2GPON技術GPON相比于其他PON技術傳輸速率高；GPON技術的傳輸速率不僅包括EPON技術上下行對稱的傳輸速率，還擁有多種不對稱上下行速率可適應復雜的用戶需求。GPON采用NRZ擾碼，相對于EPON的編碼方式來說效率更高。GPON技術一般采用1:64的分光比，較大的分光比可以攜帶更多用戶。GPON的理論傳輸距離為60公里，實際傳輸距離為20公里，與EPON相比傳輸距離更遠。為防止下行數(shù)據(jù)被竊聽，GPON技術支持12bit嚴格的加密機制，同時系統(tǒng)實時更新各個光網(wǎng)絡單元密鑰，提高了傳輸?shù)陌踩浴?.3.3EPON與GPON技術對比表2-1EPON與GPON技術對比GPONEPON協(xié)議標準ITU-TG.984IEEE801.3ah上行速率1250Mbps1250Mbps下行速率2500Mbps1250Mbps編碼方式NRZ編碼8B/10B編碼傳輸效率上行約89%，下行約92%上行約68%，下行約72%實際上行帶寬1110Mbps850Mbps實際下行帶寬2300Mbps900Mbps最大傳輸距離20km10km最大分光比1:128（常用1:64）1:64（常用1:32）網(wǎng)絡保護50ms主干光纜保護倒換無服務質(zhì)量高，以太網(wǎng)、ATM、TDM低，以太網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈互通性好差1.3.4GPON的關鍵技術（1）GEM幀結(jié)構(gòu)GEM幀由5字節(jié)的幀頭和4-4095個字節(jié)承載的用戶數(shù)據(jù)組成。GEM幀頭包括PTI（凈荷類型指示），PLI（凈荷長度指示），HEC（幀頭錯誤檢驗）和Port-ID（端口指示）五個部分組成。由于GPON采用自己高效、獨特的封裝方式，可把固定或可變的幀統(tǒng)一處理，對所有業(yè)務進行高效率的封裝。（2）測距技術由于上行數(shù)據(jù)采用時分多址技術，為了補償溫度和老化引起的時延