采用一種最合適的解決方案來實現最后幾英里的接入對網絡運營商的利益至關重要,而無源光網絡(PON)技術的高帶寬、高效率和易伸縮特性使其極具競爭力。本文對接入網絡應用中的PON技術的特性進行了詳細分析。

選擇最適合的解決方案來實現最后幾英里的網絡接入是網絡業務提供商面臨的一個挑戰。無論是采用無線鏈路還是銅纜或光纖鏈路,都不可避免地存在眾多相互競爭的技術可供選擇,尤其是在很多競爭標準實施的早期。找出最適合的解決方案并不容易,必須考慮大量相互關聯的因素,而這種選擇通常具有很高的風險,因為這些涉及大規模投資的任何決策都將影響公司未來多年的運作。

該問題對于亞洲市場正在進行的高速PON的發展尤其意義重大,特別是在涉及千兆位無源光網絡(GPON)系統時。在其它地區正考慮不同光纖接入方法的優缺點時,亞洲地區的業務提供商正積極進行部署與試驗,將此技術作為他們很多問題的解決方案。

無源光網絡標準

接入網絡的目標市場通常是市區的人口稠密地區,在一些建筑中有著大量居民和商業用戶。此外,在很多地區傳統PSTN電路的擴展有限,使業務提供商有充分的“新市場”機會引入新的先進多媒體和寬帶業務,不會因需要支持過時技術而受到阻礙。

PON是此類應用的理想解決方案。具體而言,一個PON由位于中央局端的一個光線路終端(OLT)和位于客戶端的一組關聯光網絡終端(ONT)組成,在它們之間是由光纖和無源分光器或連接器組成的光分布網絡(ODN)(見圖1)。

在PON拓撲結構中,一個OLT可以有多個PON模塊,每一個PON模塊通過廉價的無源分路器驅動一個單獨的PON網絡,由分布光纖連接到多個ONT。光纖和無源光器件使接入網絡分布設備不再需要有源電子器件和相關維護。

PON中下行數據流和上行數據流的傳輸處理過程不同,下行數據從OLT廣播到每個ONT,各個ONT通過數據包/數據單元中的地址匹配確定并處理相關數據。由于ODN的共享特性,上行數據流的處理更加復雜,為了防止碰撞,需要協調各個ONT到OLT的傳輸流。上行數據按照OLT中的控制機制進行傳輸,采用時分多址(TDMA)協議,此協議對每個ONT分配專用的傳輸時隙。這些時隙是同步的,因此來自不同ONT的數據流不會產生碰撞。

像早期的DSL具有不同的可選技術一樣,業務提供商必須能夠選擇最適合的PON解決方案。如何選擇出最適合的PON技術呢？

在上世紀九十年代中期,當時一個由主要網絡運營商組成的組織設立了全業務接入網(FSAN)聯盟,該組織的宗旨是為PON設備制定一個共同標準。該標準逐漸發展成為B-PON,并用ATM作為其傳輸協議。此外,IEEE也于2001年成立了第一英里以太網小組(EFM),專注于1Gbps以太網專用對稱系統的標準化。這兩個組織分別推出了APON和EPON技術標準。

在此期間,FSAN小組開始對工作于1Gbps以上速率的PON進行標準化。更為重要的是,在涵蓋了基本傳輸問題的同時,此標準還以一種高度可伸縮的方式提供對多種業務的支持,以及管理、維護和配置功能。此項工作最終產生了千兆位速率的PON標準,在實現高速率的同時還支持以極高效率傳輸IP和TDM等格式數據,如圖2所示。

特別重要的是,世界主要的業務提供商參與制定了GPON標準主要部分的系統要求,這反映在ITU .1即千兆比特業務要求(GSR)標準中,目前GSR已經成為此領域所有工作的標準,保證了網絡的兼容性和互用性。

GPON技術的關鍵特性

正如GSR所定義的一樣,GPON的關鍵特性包括:

1. 全業務支持。包括語音(TDM,SONET/SDH)、以太網(10/100BaseT)、ATM、租用線路等；

2. 物理覆蓋范圍至少20公里,該協議支持60公里的邏輯覆蓋距離；

3. 支持使用相同協議的各種速率選項,包括對稱622Mbps、對稱、下行數據流和上行數據流等；

4. 強大的OAM&P功能,提供端對端業務管理；

5. 通過PON多播特性實現下行數據流在協議層的安全保護。

具體而言,這些功能向網絡運營商提供了千兆位速率、最高性能和網絡效率、卓越的靈活性和可伸縮性三個關鍵優勢:

1．速率和靈活性。GPON提供比其競爭技術更寬的數據速率范圍,高達下行數據流和上行數據流。它還使用一種全新的傳輸匯聚層(TC),采用一種在針對業務映射的基于GEM和幀的協議,該協議是ITU-T GFP的優化版本。因為GEM以一種簡單高效傳輸不同業務的通用機制,所以GEM是GPON TC層的重要基礎。此外,采用GEM很顯然能支持TDM業務。

2．效率。寬帶是運營商的一種有限資源,因此必須實現最大的網絡利用效率,在有限的帶寬條件下獲得最大收益。然而,由于不同PON技術具有不同的特點,因此必須綜合考慮解決方案的整體成本。不同PON技術的器件成本相似,以EPON系統為例,該系統要求采用VoIP等相關設備,因此必須將這些設備計算在成本中。此外,考慮到每比特的成本以及可以從基礎設施中獲取的收入,這種在速率下提供100%效率顯然比速率只有622Mbps且效率僅為50%的網絡更具吸引力。

本文討論的其它問題涉及不同PON協議的實際效率,這里必須考慮四個因素:線路編碼(line coding)、PON TC或MAC層效率、傳輸協議(ATM、以太網或GFP)效率和業務調整效率。將這兩種因素組合起來,向我們呈現出在網絡中定義為“收益”的可用帶寬,如圖3所示。

3. 可伸縮性。接入層采用什么解決方案還必須考慮的關鍵問題是如何承載日益增多的多種協議和技術,我們當前必須支持很多TDM和數據業務,同時還必須支持存儲區域網絡(SAN)和數據視頻等新興應用。

GPON通過GFP的自適應方法,提供一個清晰的變換路徑來向PON添加這些業務,而且不會破壞現有設備或改變傳輸層。這與APON和EPON技術形成鮮明對比,后兩種技術均要求對各個業務采用特定的調整方法,尤其是在處理新興業務的時候。

GPON帶給運營商的好處

1. 經濟地提供以太網業務以及保障TDM收益。GPON支持引入更高帶寬的以太網新業務,同時用比以前低得多的成本提供傳統的語音服務。

2. 用戶擁有更高帶寬。GPON解決方案可在接入網絡上提供單個光波長高達的速率,在單一光纖光纜中提供高達20Gbps的多波長速率,提供經濟的T1/E1和以太網連接。競爭技術的速率通常只有622Mbps或更低,因而在涉及任何新的應用時都難以為繼。

3. 在一個單一光纖中完全集成了語音與數據。以其本身的格式傳輸語音與數據,不會額外增加網絡或CPE的復雜性,并具有更遠的傳輸距離。GPON解決方案可覆蓋離局端20英里的范圍,幾乎是競爭技術的兩倍,可支持冗余拓撲結構以便在出現光纖斷路時提供保護。

4. 更短的回收期。在已經安裝了光纖的地區,GPON解決方案的投資成本回收期為9至16個月,視業務覆蓋的樓宇和用戶數量而定；需要新的支線和支線光纖站時,整個網絡的回收期約為12至24個月。

作者:Eyal Shraga

產品管理和系統工程總監

Flexlight Networks公司

Email: eyal@