GPON技术在网络改造中的应用与实现

王海东 齐琳琳

摘要：广电行业其独有的同轴电缆接入模式已经无法满足用户对百兆以上大带宽网络的需求。近年来GPON的全光接入模式越来越多的受到运营商和用户的信赖，广电行业的接入网也面临着再次升级改造。在探索新技术的先进性的同时，兼顾到资金投入的经济性，寻找一套可以指导工程建设的光纤到户的网络改造方案。

关键词：GPON、接入网、GEM

近年来，中国互联网技术在腾飞，各种网络应用进入了我们的生活：4K超高清视频、抖音现场直播、微信视频聊天等。其改变了人们生活的同时，也提高了人们对网络传输速度、质量上的要求。在光接入网中，PON无源光网络）作为业界的翘楚，打破了传统的PtoP的接入模式，采用点到多点的接入方式，其中GPON最具有优势。

一、GPON的发展

自2002年FSAN联盟提出了第一个GPON解决方案后，ITU-T开始对其进行标准化工作。在2003年通过了G.9841.1：规范了系统总体特性和G.984.2：规范了系统的物理媒质层及上下行带宽。2004年通过了G.9841.3：规范了传输汇聚子层、测距、DBA等功能和G.9841.4提出了OMCI管理接口框架。[1]

二、性能参数

在商用的模式中，GPON技术使用的分光比大多采用1：64，也就是在OLT的一个PON口下面最多可以承载64个ONU设备。实现上线1.244Gb/s，下行2.488Gb/s，同时还可以为为用户提供多种传输速率选择。在考虑OLT的发射光功率成本与ODN半径长度的情况下，最大支持20km的物理传输距离。与EPON的编码形式有所不同，GPON采用了更加紧凑的编发方式，非归零编码。这种不适用0电平的二进制编码，使传输的信息密度更高。以1.244Gb/s上行带宽为例，GPON的上行可用带宽为1090Mb/s。而在技术标准中的1：128的分光比，只在理想状态下才可以实现。

三、关键技术

1、GEM帧

GEM是一种全新的帧结构，是GPON技术上独有的传输协议。同时GPON还可以承载ATM帧业务。

由净荷（Payload）和帧头部组成GEM帧。其中净荷是用来封装用户数据的，可变长度4-4095字节。具有控制作用的帧头部有5字节组成：净荷长度标识PLI、端口标识Port ID、净荷类型标识PTI、枕头部错误校验码HEC组成。

2、动态带宽分配-DBA

基于状态汇报技术（SR）的动态带宽分配（DBA）很好的解决上行线路不发生拥塞的问题，同时还保证了业务的公平性和服务保证（QoS）。在网络传输中，不同类型的业务被装进特定的容器中（T-CONT）。通过DBA算法给不同的T-CONT分配对应的带宽等级。DBA带宽优先级如下图：

3、测距技术

GPON的下行是采用广播的形式，而上行是采用时分复用的形式。如何安排不同的ONU到对应的时隙中，不发生抢夺时隙的情况呢？测距技术就可以解决这个问题。通过测距技术和时间补偿技术实现不同距离的ONU在逻辑层面上是相同距离的。[2]

四、基于GPON技术的广电入户方案与实现

目前，广电行业还是以同轴电缆为主要的接入模式，已经无法满足需求。广电行业的下次网络改造必须是以光纤到户为前提。暂时来看，相当于新建一张宽带回传网。可是随着4K超高清电视频道的普及，现有的QAM调制的方式没有能力传输100-200套4K节目的时候，再去改造IPTV网，就为时已晚。GPON为无源光网络，降低了对环境和供电的需求，也提升了网络带宽和网络稳定性，减少安装和维护的工作量，是广电接入网络的不二之选。

4.1实际应用基本要求

1、OLT的覆盖范围：在城区范围内，根据各自机房的部署情况，将覆盖半径控制在5KM以内。OLT应部署在汇聚机房，这样网络结构清晰、维护界面明确，尤其是在网络建设初期，便于业务就近接入。

2、改造区域的选择。优先选择明装楼房和有管道井的高层楼房。具有便利施工的优势。

3、ODN网络的规划。结合原有园区的HFC光纤分配网与园区楼宇的分布情况、用户分配情况。按覆盖用户数量50%做接入设计。按1：64的分光比进行ODN規划。

4、ONU的安装。如明装楼房，在外墙打空作业，选择便于日后维修的位置。如暗装楼房，应将ONU安装在用户多媒体箱内。ONU的安装位是附近应具备220V交流电源。

5、带宽分配原则。应该针对不同的客户群体差异化区分带宽;保证不同用户的基本可用带宽;高优先级业务的带宽应享受固定带宽;对每个GPON接口下的带宽规划时要做出一定的冗余量，避免带宽溢出造成流量削峰。

4.2GPON改造存在的问题

1、GPON改造后，大多用户会从50M升级到200M、300M的接入带宽。对出口带宽，对各级网络设备都会增大承载的压力。为了向用户提供高性能的、稳定的互联网服务，势必要重建一张具有更大容量的承载网 [3]。

2、目前的无线接入发展迅速，各运营商的5G网络已经如火如荼的建筑，面临着对光纤到户业务的取而代之的风险。

五、结束语

笔者认为，目前GPON技术在高带宽、支持TDM业务、可伸缩性强、强大的OAM能力等优势。随着人们生活水平的进一步提高，对更高带宽的需求也会很快到来。因此，在做GPON网络改造的时候，要考虑网络对10GPON的兼容性。虽然目前10GPON的成本还是很高，但随着技术的发展，成本问题是会解决的。广电要避免再次重复改网的浪费。

参考文献

[1]黄天柏，基于GPON技术的小区光接入网FTTH的实现，蒙古大学，2018

[2]魏东兴，基于GPON技术的小区宽带接入网设计，大连理工大学，2015

[3]丁德辉，GPON技术的FTTH接入网方案设计与应用，中国有线电视，2008（06）