基于10G EPON的数字化小区FTTD设计

2015-12-05黄矽琳

长春大学学报 2015年8期

黄矽琳

(黎明职业大学实验实训部，福建泉州 362000)

0 引言

截止2012年国务院批准了两批共54个城市进行三网融合的试点，目前正处于深度试点阶段，预计不久将全面推广。国务院于2013年正式颁发了“宽带中国”战略以及配套的具体实施方案，方案中明确提出了到2015年城市家庭宽带接入能力要达到20 Mb/s，农村家庭要达到4Mb/s，而在一些发达城市则要达到100Mb/s，为此工业与信息化部特别提出了2015年“宽带中国”专项行动。在当前三网融合和“宽带中国”的国家战略大环境下，随着我国经济的飞速发展和人民生活水平不断提高，人们对IPTV、HDTV、互动节目等高带宽项目的需求也越来越高，当前主流PON技术当中的EPON和GPON技术已经越来越不能完全满足人们的需要，因此日趋成熟的新一代具有高带宽、高分光比和抗干扰能力强等特点的10G EPON技术自然成为了数字化小区FTTD建设的首选。

1 无源光网络(PON)技术介绍

1.1 EPON 技术

EPON技术的工作标准IEEE 802.3ah正式颁布于2004年，其上、下行数据传输率均为1.25Gb/s，最大分光比为1:64，光线路终端和用户端设备的最大距离为20公里，具有结构简单、成本低的特点，但带宽能力和使用效率不足。以一级分光比1:64为例，入户带宽约为20M，只能满足当前一般城市的建设需求，无法满足城市居民未来几年对带宽的需求。

1.2 GPON 技术

GPON技术的工作标准ITU－T G.984.X正式颁布于2004年，其下行数据传输率为2.5Gb/s，上行数据传输速率为1.25Gb/s，最大分光比为1:128，光线路终端和用户端设备的最大距离为20公里，具有业务支持能力强、带宽使用效率高、分光能力高等特点，但存在系统实现复杂、成本相对较高等不足。

鉴于成本相对较高，以一级分光比为1:128为例，入户带宽约为20M，同样只能满足当前一般城市的建设需求，无法满足城市居民未来几年对带宽的需求。

1.3 10G GPON 技术

10G GPON也称为NG PON，有两个标准NG PON1和NG PON2。其中NG PON1可与GPON共存并重新利用GPON ODN，而NG PON2需要完全新建ODN。

我们通常所说的10G GPON指的是NG PON1，其技术上是基于G.987系列标准，也称为XG PON。XG PON可分为非对称系统(XG－PON1)和对称系统(XG－PON2)，其中非对称系统数据传输速率为上行2.5Gb/s、下行10Gb/s，而对称系统数据传输速率上下行均为10Gb/s。10G GPON光线路终端和用户端设备的最大距离至少为20公里，分光比至少可扩展到1:256，具有全业务支持能力、高分光比、大容量等特点，不足之处是技术标准尚未彻底完善，厂商尚未研发出成熟的具有良好互通性的用户端设备，所以显然10G GPON技术并非当前的FTTD建设的首选。

1.4 10G EPON 技术

10G EPON技术的工作标准IEEE 802.3av正式颁布于2009年9月，具有非对称和对称两种模式。其中非对称模式数据传输速率为上行1Gb/s和下行10Gb/s，对称模式数据传输速率上下行均为10Gb/s。非对称模式是对称模式的一种过渡，主要用于对上行带宽需求较小和对成本较为敏感的场合。

10G EPON具有很强的向下兼容性，可以完全兼容EPON系统。10G EPON在下行速率为10Gb/s时采用1577nm信号波长，并采用波分复用(WDM)方式;其上行速率为1Gb/s时采用1310nm信号波长，而上行速率为10Gb/s时采用1270nm信号波长，并采用双速率的时分多址(TDMA)方式。10G EPON技术具有低、中和高三种功率预算，在高功率预算时可支持1:128分光比条件下30公里的传输距离，或者1:256分光比条件下20公里的传输距离。10G EPON技术采用64B/66B编码方式，编码效率由EPON技术时的百分八十提高到百分九十七［1］。

10G EPON技术具有前向纠错(FEC)和三重搅动(Churning)功能，提高了数据传输的正确性和安全性。以一级分光比为1:128为例，入户带宽约为80M，不仅完全满足当前一般城市的建设需求，同样可以满足城市居民未来几年对带宽的需求。

2 数字化小区10G EPON FTTD项目

2.1 数字化小区项目情况介绍

2.1.1 小区楼栋情况介绍

本小区为厦门海沧区某一高端数字化住宅小区，小区内有15栋楼，每栋15层高，每层4户住户。

2.1.2 小区住户业务需求简介

本数字化小区定位为三网融合高端数字化小区，住户主要的业务需求有Voip语音业务、IPTV视频业务和宽带数据业务等，具体各业务所需带宽如表1所示。

表1 数字化小区各业务所需带宽

2.2 数字化小区10G EPON FTTD项目建设方案

鉴于当前小区各项业务对上行带宽的需求并不是很高，综合实际成本情况，可采用目前已较为成熟的非对称模式的10G EPON技术进行项目建设，具体数据传输速率为上行1Gb/s和下行10Gb/s。

2.2.1 局端设备光线路终端(OLT)

小区10G EPON FTTD项目采用一套中兴通讯股份有限公司的ZXA10 C300做为局端设备。ZXA10 C300支持EPON/P2P/10G EPON/GPON，是一款大容量、高带宽和高集成度的xPON汇聚接入平台，可支持VoIP、IPTV、VOD等综合业务，具备强大的QoS能力、全面的安全保障和电信级的可靠性设计。ZXA10 C300背板数据总线带宽为3.2 Tb/s，交换板容量为双向400 Gb/s，可支持高密度业务板，能提供超过80 G的上行带宽，且单框最大可以支持16384个10G EPON ONU设备，完全满足本小区10G EPON FTTD项目的建设需要。

2.2.2 用户端设备光网络单元(ONU)

小区楼栋用户端采用武汉仲炬科技有限公司的CE8040，与中兴、华为等主流OLT设备具有良好的兼容性。ONU CE8040功耗小，大小适中，可支持VoIP、IPTV和宽带数据等多项业务。ONU CE8040具备2个10G EPON接口、4个自适应以太网接口和2个POTS口，可远程复位、管理和升级，十分适合本项目三网融合的实际需要。

2.2.3 光分配网络(ODN)规划

小区采用二级分光、分散管理模式，避免了分光器设置于局端占用大量纤芯的问题，并将区域划分为多个片区并新立小容量DP点。主干光缆通过接入机房放出至光交接箱，再从光交布放光缆至新设DP点内。配线光缆由本小区光交放出6条48芯光缆，并分别引至各大楼光缆。光缆沿小区内管道和地下室金属线槽敷设。一级分光器设置于DP点内。从每个DP点到每个AP点采用小芯数光缆，二级分光器设置于AP点内。通过接头盒分歧4条12芯垂直布线。在每个单元的弱电竖井内每5层设置1个36芯内置光分路器的室内光分配箱［2］。室内的垂直布线光缆要穿过竖井当中所有的光分配箱，并且每次分出一条2芯光纤用来连接1:32光分路器，从光分配箱内直接分出八字皮线光缆进入每个用户室内［3］。

2.2.4 光纤到桌面(FTTD)设计

光纤到桌面(FTTD)模式是传统FTTH模式的进一步发展，是真正的全光网络。小区用户只要配置一台塑料光纤交换机，即可实现ONU通过光纤信号与计算机设备的直接相连。具体方案如图1所示。

2.3 数字化小区各业务实现原理

2.3.1 VoIP 实现原理

如图2所示，在数据上行方向，来自ONU CE8040的数据包进行地址学习后映射到GEM接口，GEM接口再根据VoIP业务类型映射到T－CONT。OLT ZXA10 C300采用DBA算法根据T－CONT配置的参数把数据包调度至PON卡进行VLAN转换处理，同时配置数据包相应的工作模式。VLAN进而查看是否需要进行地址个数限制，否则直接强制转发到主控板;主控制板根据数据包携带的VLAN，查看VLAN工作模式。如果VLAN工作在1:1模式，则查找VLAN交叉连接表，找到目的端口，并把数据包转发到目的上联端口;如果VLAN工作在N:1模式，VLAN则进行MAC地址学习，然后转发到上联板的上联端口;联板对数据业务流不做处理，只进行光电转换，并上行到上联业务网络。数据下行方向实现过程则相反。

2.3.2 IPTV 实现原理

ZXA10 C300的上联卡不进行任何处理直接将组播数据报文传输到主控板并运行PROXY协议。接着组播报文查找主控板上的组播表并向组播表条目包含的内联口复制报文，把组播数据报文传送到PON线卡;PON线卡上也同时运行PROXY协议，而此时IGMP协议则负责PON线卡上的组播表条目的添加和删除及组播条目成员端口的添加和删除。组播报文查找PON线卡上的组播表并向组播表条目包含的PON口复制报文，把组播数据报文传送到PON口;组播数据报文在PON口上采用SCB方式传送到ONU CE8040。此时在ONU CE8040上也运行PORXY协议，而IGMP协议负责MAC芯片和ONT上以太网交换芯片上的组播表组播条目的添加和删除及组播条目端口的添加和删除。组播报文查找组播表，如果查找成功，则向组播成员端口复制组播报文，并把组播VLAN转化成用户VLAN，组播数据包从UNI接口发送给用户;如果查找失败则把组播数据报文过滤掉。

图1 小区光纤到桌面(FTTD)组网示意图

图2 数字化小区10G EPON FTTD组网示意图

2.3.3 宽带数据实现原理

如图2所示，小区用户的宽带数据均通过ZXA10 C300上联至城域网，并连接汇聚层。此时用户的个人计算机通过光纤交换机与ONU CE8040相连，同时以IP的方式联入网络当中。

2.4 小区各业务测试结果

2.4.1 VoIP 测试结果

针对VoIP语音质量采用以色列RADCOM公司开发的分析仪PrismLite和OffLineMediaPro分析软件进行多次反复测试，在各种网络状态下，丢包率＜0.005%，延时＜5ms，MOS 值大于 4.5，PSQM 值小于 0.3，无语音断续和抖动现象，测试结果完全达到了电信级的标准。

2.4.2 IPTV 测试结果

针对IPTV效果采用思博伦通信科技有限公司开发的AX/4000进行测试，其中的抖动因素(DF)为:IPTV(标清)25ms，IPTV(高清)12ms;MOS_V:IPTV(标清)3.9，IPTV(高清)4.5;媒体丢失率(MLR):IPTV(标清)0.002，IPTV(高清)0.0003，其余各项指标均达到IPTV相应业务要求，测试结果完全满足小区住户需要。

2.4.3 宽带数据测试结果

针对宽带数据业务采用华为技术有限公司开发的Tesgine2000专用网络测试仪进行测试，在50M带宽的条件下，效率为97%时，丢包率为1×10－8，吞吐量为98%，256字节大小的帧长时延为0.12ms，测试结果完全满足小区住户宽带上网需要。