基于GPON技术及应用模式探讨

孙刚

（中国铁通亳州分公司，安徽 毫州 236000）

1 GPON系统组成

GPON系统主要由OLT(光线路终端)、ODN(光分配网络)、ONU(光网络单元)组成,其中ODN由光分路器和光纤线路等组成。OLT放置于业务接入中心节点,为接入网提供网络侧与城域网之间的接口,通过多个GE/FE接口上联不同的业务网络;ONU放置于小区或楼内机房,为接入网提供用户侧的接口,提供语音、数据、视频等多业务流的接入,通过GE光口经ODN上联至OLT。

2 GPON的技术特点

高带宽和高传输效率,下行速率高达2.488Gbit/s,上行为1.244Gbit/s,可以满足运营商对未来业务的接入带宽需求,使用GEM的封装方式时,综合传输效率在93%以上。

单纤接入,使用单根光纤就可以满足用户的接入需求,可以大量节省运营商在接入层馈线段的光纤资源。

可以支持的接入距离更远 (大于20km)。针对FTTB开发的GPON系统,其OLT到ONU的最远接入距离可以达到60km以上。

作为电信级的技术标准,对设备的互操作性能有详细的要求,对各种业务类型都能提供相应的QoS保证,GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能,光纤自动倒换时间小于50ms。

位于室外的光分配网中只有物理介质特性非常稳定的光纤和无源分光器,没有任何有源设备,使得网络具有高可靠性。

在接入网层面上提供一个统一的接入平台,节约了运营商维护和处理故障的成本。

3 目前GPON产品的市场定位和应用模式

GPON技术是一种宽带光接入技术，其产品定位必然是接入网。接入网是一个网络级的概念，它位于整个通信网络的末端，即电信网中最靠近最终用户的业务接入层。而光纤接入网自身的网络结构可根据用户数量、业务种类等因素，细分为主干层、配线层和引线层三层结构。GPON设备的市场定位实际上是和运营商目前在接入网层面上光纤化的具体进程有关。目前，运营商在接入层光纤化的基本策略都是相同的，即从接入网层面的馈线段、配线段到最终的引线段逐段逐步实现光纤化，最终的目标即FTTH(光纤到户)。目前，中国的运营商都已经基本实现全部馈线段和大部分配线段的光纤化，而引线段的光纤化的过程相对而言显得步伐沉重而缓慢。这当中的原因很多，主要的原因有以下几点：

(1)主流运营商的用户铜线资源非常丰富，资产沉淀厚重，目前利用铜线承载的宽带接入技术(xDSL)设备及技术规范成熟，价格低廉，目前的带宽也能够满足绝大多数家庭用户和一部分中小型企业的应用需求，并且其带宽还有进一步扩展的能力 (目前成熟的VDSL技术已经可以将实际应用的接入速率提高至 10M以上)；

(2)配套的工程技术规范不成熟，配套施工的技术复杂且费用高昂；

(3)目前还没有真正家庭用户需要的基于高带宽的数据应用，FTTH的高带宽无用武之地；

(4)设备本身的成本相对过高，限制了FTTH技术的推广。

作为一种专用的接入网技术，GPON是实现FTTH的最佳技术。其技术规范所规定的最终目标就是实现所有终端用户的接入。为此，其规范规定了一系列面向家庭用户的终端接口，如普通音频脉冲电话 RJ11接口，基于VoIP的电话接口，有线电视同轴电缆RF接口等。但是，正如前面所述的，FTTH(即将GPON设备的ONU终端放在普通家庭中使用 )的应用目前仍然面临着成本过高等问题。那么在目前的市场形势下，GPON设备的市场定位是否准确，直接确定了这一优秀技术的市场和技术前景。

由于各个运营商目前在接入网的传输网络建设中已经实现了馈线段和配线段的光纤化，目前FTTn(光纤到节点)的应用时机已经相当成熟。这里的n可以代表一栋商务楼(FTTB)、一个用户小区(FTTP)、一个多用户群(FTTM)、一个路边接入点(FTTC)、一个办公室或小型商户企业 (FTTO)；FTTn的应用场合很多，可以选择的设备范围也较大。在FTTn的应用中，GPON设备可以显示出其独特的优势：专用的接入网技术规范，适用于接入网的应用环境：为终端用户提供真正源模式的TDM服务和高质量的以太网接入服务；无源光网技术，整个光分配网(ODN)没有有源器件，可维护性好，可靠性高，可以大大降低接入网络的维护成本，使运营商的接入网络具有更强的网络持续发展能力和生存能力；接入距离远 (大于35km)，覆盖范围广，可以适应中国包括农村地区的接入要求；组网结构灵活，可以在接入层面实现星型、树形、总线形、环形等各种网络拓扑结构。同时，具有实现全程双向点对点的线路保护能力。满足了运营商对业务增长和拓扑结构变化的需求；带宽高达 2.5Gbit/s，网络带宽综合利用率高达93%，可以满足未来的高带宽用户的应用需求；单纤传输，节省运营商的主干光纤资源；相对于其他的 FTTn手段，性价比高。综上所述，目前GPON技术的最佳应用场合是FTTn。利用其综合接入性能，为运营商提供高质量的数据、语音乃至视频服务。

4.4 EPON与GPON技术比较

GPON与EPON最主要的区别表现在TC帧结构上。GPON通过ATM和GFP两种协议承载不同类型的用户数据。它的上、下行帧长均为125μs。下行采用TDM方式，上行采用时分多址（TDMA）接入技术。上行帧由复用的突发传输时隙（slot）组成，每帧包括一个或多个ONU的传输时隙，通过下行帧的USBWmap（上行带宽映射）域指示相应ONU的上行数据发送。而EPON帧格式基本与IEEE802.3的以太数据帧格式兼容，只在以太帧中加入时标及识别等信息，Ethernet PON数据通过不定长的数据包传输。

GPON在用户净荷数据段承载ATM信元和（或）GFP帧。在OLT授权给ONU的上行发送时隙中，OLT尽量使分配给ONU的ATM净荷块为53字节的整数倍长，如果净荷不是信元的整数倍，将进行碎片填充。信元总是被安排在净荷的开头部分。GPON对ATM信元定界没有严格的要求，但必须确保信元头中的HEC字节的校验。在GFP区段，超过上行帧范围的GFP帧可被分片，没有碎片产生，不会带来任何效率损失。在操作完成前，OLT必须要求能够维持多个GFP定界和缓冲分片帧。

因此，从标准和理论上说，GPON与EPON相比有两个优势，效率高、支持以太网之外的业务。EPON效率较低是因为使用8B/10B编码作为线路码，其本身就引入20%的带宽损失，1.25Gbit/s的线路速率在处理协议本身之前实际就只有1Gbit/s了。GPON系统都使用扰码作为线路码，其机理与SONET或SDH一样，由于只改变码，不增加码，所以没有带宽损失。在支持多业务方面，GPON能够同时承载ATM信元和（或）GFP帧，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力；而EPON目前的标准和一些厂商提供的设备均支持TDM业务。

5 结语

使用GPON技术在接入网层面上提供一个统一的接入平台,节约了运营商维护和处理故障的成本,可以在现阶段解决绝大部分FTTn的业务需求。同时,在运营商FTTn的应用中可以充分体现其广覆盖、高带宽、双纤保护等特点,并且位于室外的光分配网中只有物理介质特性非常稳定的光纤和无源分光器,没有任何有源设备,使得网络具有高可靠性。相信随着设备成本的降低,GPON在接入网中的应用会越来越广泛。

[1]余景文.GPON技术的研究[J].电信网技术，2004年11期.

[2]刘丽敏,陈雪.无源光网络的新技术--GPON[J].现代电信科技，2003年12期.