光纤到户及家庭无线控制网络方案设计

王今范 / 刘 乐 / 李铁根 / 王 辉（机械工业第六设计研究院, 河南 郑州 450007）

引言

电信网、广播电视网和网通互联网三网融合[1],多网融合关键技术在智能小区中的应用[2],使得光纤代替昂贵且繁杂的铜缆传输的趋势和技术、经济优势逐渐明显起来。经过多方咨询、调查研究，某高档苑区决定选用基于以太网的无源光网络EPON[3]来构建FTTH的方案设计。重点为住宅内部的智能化系统：家庭信息通信系统，家庭安全防范系统，家庭电器机电设备自动控制系统，以及仪表计量集中收费管理系统的方案设计。

1 苑区中心机房设备配置

中心机房设备配置如图1所示：

图1 中心机房设备配置图

1.1 光线路终端设备（OLT）

由于光线路终端设备（OLT）作为信息源的三个局端三网融合尚需相当时间方能实现，故把支持三网合一、光纤到户的综合业务链接的局端设备OLT移入本中心机房，作为外网光纤线路接入的终端设备，并用光纤连接本机房中心交换机的SFP光纤口；同时也作为FTTH综合业务信号传输的起始点。OLT设备选用武汉烽火通信科技股份有限公司的AN5116-02型，由多模块槽板组成。这也是EPON网络的通用做法[3]。

1.2 中心交换机

选用华为3COM公司的Quidway S3952P-E1型智能弹性以太网交换 机[4]。它 有4个 千 兆 的SFP口 用于上连OLT；其用户口可以为48个10/100Mbps的E口，也可以订制分为24个电口或24个光纤口，满足多种形式的组网需求。它非常适合作为灵活组网关注扩展性、可靠性、安全性和易管理性的办公用网、业务用网和小区局域网的汇聚层、接入层交换机。本交换机具有32Gbps的背板交换容量，支持所有端口线速转发。系统能提供4个GE口，有效的解决了在单台交换机上多条千兆链路上行，同时接入千兆服务器的需求；极大地节省了用户对设备的投资。

S3952P-E1交换机具有PoE(Power over Ethernet)远程供电特性。可通过双绞线向下挂的PD设备：如IP电话、WiFi WLAN AP (无线局域网 接入点)、Secuity-WiFi AP (安全鉴证控制WiFi热点接入)等，提供DC48V直流电源远程供电，提供完美的数据和语音融合解决方案；并具有丰富的QoS功能，支持WRED拥塞避免算法。

1.3 服务器配置

如上所述，S3952P-E1交换机有多条千兆链路可同时接入多台千兆服务器。本机房配置有：WEB服务器、E-MAIL服务器、阵列备份热切换DATA服务器、S-MANAGER网管服务器；若有可能也可选配DHCPAAA动态IP地址分配服务器以及SCTP流媒体传输服务器，用于LED屏幕及PC信息发布。

1.4 各种收费管理、办公设备配置

在中心交换机下联有：四表计费PC、物业管理收费PC、多台办公PC、可视对讲中心管理机、安防切换矩阵及DLP大屏等及其外围设备。此部分参考文献[2],不再赘述。

1.5 光合波器单元OMU

选用烟台广信网络电子有限公司的GX-PON-1310/1490/1550nm三波长波分复用WDM (Wavelength Division Multiplexing)型。它是一种三端口的无源光网络单元，可将来自OLT的各类不同波长的多个光信号合并到一起，在一根光纤中进行双向传输。其一个端口连接CATV信号源，第二个端口连接OLT，第三个端口下接光分配网络单元。

1.6 光分配网络单元ODN（无源光分路器）

选用配置华为公司的智能型iODN系统[5]。它可以支持光纤连接关系信息的自动识别和数据收集，保证后台数据库中连接关系定位和数据录入的绝对正确性。还可以通过在PDA上运行可视化软件以及配线设备上的智能端口指示，实现光纤及端口自动化查找定位。iODN于2010年8月为英国电信、阿联酋电信、新加坡电信、卡塔尔电信等运营商所采用。

2 城域外网光纤接入

由图1可见，用3条6芯单模光纤；分别从电信局、网通局、本地电视台的CATV引入本中心机房的OLT光线路终端设备，不再赘述。

3 苑区内FTTH(暂作为EPON的代称)光纤网络

如图2、图3所示。去向各别墅、各组团的高层（多层）住宅的光纤，均由其主干光纤，通过干线管沟敷设，其光纤弯曲半径R＞38mm，计量其他弱电线路也同沟不同管敷设。可参考文献[2]。

3.1 FTTH的实现

图2 别墅FTTH、 WHCN家庭无线控制网络框图

采用无源光网络EPON、点到多点的光分配网ODN及其最大光分路比为1：32路用户端光纤接入技术。它不易受雷击损坏及电磁辐射干扰。系统具有动态带宽分配模式：网络管理系统可连续监测所有家庭光网络终端ONU的状态，当一个缓冲区/队列开始填充时，就实时分配宽带，使用户端理论上可获得高达1Gbps位速率。EPON具有业务透明、支持多种业务应用的能力，是目前业界公认的最佳、最经济的方案。

3.2 FTTH的传输方式与拓扑结构

图3 高层住宅FTTH设计方案

EPON具有同时传输TDM、IP数据和视频广播的能力，其中IP数据采用IEEE802.3以太网格式。下行采用分复用TDM广播方式，上行采用时分多址TDMA[6]方式。由网管系统动态地解决碰撞、队列缓冲，足以保证传输质量（QoS）,理论上，上、下行均可获得Gbps的位速率；并可使其灵活组成树形、星形及总线型等拓扑结构。

3.3 FTTH可实现的业务

用户理论上可享用1000Mbps的三合一INTERNET接入，优质的CATV传送、IP电话、IPTV以及额外的TDM专线业务：音视频会议终端[6]。即在同一根光纤上可实现语音(TP)、数据(TD)、视频图像(TV)、A/V终端以至于远程专业培训和远程医疗等业务。这些业务最后依靠下述的用户终端来实现。

3.4 FTTH的用户终端光网络单元ONU

如图4、图5所示。

设备选型为AN5006-05Ⅱ型远端机[3]，用来链接用户，处理用户的各种业务数据，控制通信传输方式。

1）AN5006-05Ⅱ型用户光网络单元ONU的各种接口

图4 ONU用户端网络单元AN5006-05Ⅱ型背面接线图

图5 ONU用户端网络单元系统图

图6 别墅FTTH、WHCN家庭无线控制网络设计方案

用户光网络单元ONU的各种接口在图4、图5中已标出。它具有明显的外延扩展性：PC口接多口HUB扩展、TV口可接多端分配器扩展。它具有高可靠性、能提供质量QoS保证、易于管理、可灵活扩容组网的特点；其工作模式可为全双工或半双工。各项性能指标均能满足ITU-T、IEEE相关国际标准和技术规范。

2）AN5006-05Ⅱ型设备的配置

用一台PC机作为服务器，以串口接入ONU的CONSOLE(RJ45)口，进入超级终端软件对串口进行配置，对语音进行软交换配置和V5接口上联语音的配置，对语音进行处理变成IP包在FTTH光网中进行传输，本机IP配置、MGC(媒体网关控制器服务器IP配置)等等。应由厂家专业技术工程师进行配置、整定、调试。

表1 别墅FTTH、WHCN（家庭无线控制网络）主要设备配置表

3)与家庭信息系统、家庭娱乐音影系统、家庭无线控制网络、家庭安全防范系统的连接见下节。

4 别墅FTTH、WHCN家庭无线控制网络设计方案

别墅FTTH、WHCN家庭无线控制网络设计方案如图6所示。

为了节省篇幅，采用主要设备配置表方式，对系统所选用主要设备列出设备名称、型号规格、数量、功能描述、备注等栏目，这样更接近于设计文件格式。其中属于用户自备的设备未列入。

各种无线控制开关、插座、控制器均采用86盒及面板，内置WiFi无线遥控芯片，其穿透能力强，作用距离远，可与苑区内无线WiFi局域网连接，因此未采用ZigBee芯片。它们的外部形态仍带有按键开关、插孔等。其电源接线为单火线控制出线。空调器采用WiFi/IR(红外线)转发器，与一般红外控制相同。

上述各开关、插座、控制器均需分配控制地址号，厂家配有专用的对号器模块；这种配置和调试整定，由产品厂家专业人员进行。

参考已做过的工程，WHCN系统的价格约为100元/m2。

[1] 三网融合[DB/OL].http://www.org.cn.

[2] 王今范等.多网融合关键技术在智能小区中的应用[J],智能建筑电气技术，2010.4(3)-4(6).

[3] 武汉烽火通信科技股份有限公司.AN5116-02用户手册[Z].

[4] 华为3Com公司.以太网交换机产品速查手册[Z].

[5] 华为发布全球首款智能ODN系统[J],军民两用技术与产品,2010.11:18.

[6] 中国电信.EPON设备技术要求V2.1（TDM相关）讨论稿[Z].2010-3-16.

[7] 深圳市波创科技发展有限公司.2009-2010年数字智能家居产品样本[Z].