基于极简网络的千兆宽带接入网建设优化思路与实践

［王伟波］

1 引言

根据工信部十四五信息通信行业发展规划要求，进一步加快“千兆城市”建设持续扩大千兆网络覆盖范围是各大运营商宽带接入网络建设的一个重点工作。目前千兆宽带主要采用XG-PON 技术部署，XG-PON 是在GPON技术的基础上演进的升级版本[1]，XG-PON 与GPON 系统都是点到多点结构，XG-PON 系统与GPON 系统在上下行波长范围及采用波长上完全不重叠，两者通过WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分复用）方式共存（以外置合分波器或者通过Combo 光模块的方式来实现）。XG-PON 可以共享现有ODN（Optical Distribution Network，光配线网络）（分光器、光缆）资源。由于各种原因，部分地市XG-GPON OLT（Optical Line Terminal，光线路终端）设备下沉幅度过大，虽然节省了主干纤芯，但也造成覆盖面窄、设备效益低、设备安全性不高等问题。为提高网络能力和适应未来PON 网络演进，需要及时推进XG-GPON 网络优化，提高宽带接入网能力与效益。

本文以国内某地市网络为例，结合运营商极简目标架构、存在问题以及网络降本增效、高品质服务思路，探讨XG-PON OLT 设备部署优化思路，为千兆宽带接入网规划、建设和优化提供参考，助力千兆全光城市高效稳质建设。

2 千兆宽带网络演进与发展需求

2.1 PON 技术演进

PON（Passive Optical Network，无源光网络）是实现FTTx 光纤接入的主要技术，提供点对多点的光纤接入[2]。PON 网络演进约每八至十年一代，现阶段10G PON（XG-PON）已经规模应用。为了满足日益增长的 VR(虚拟现实)/AR(增强现实业务)等新型业务需求，下一代光接入网系统朝着更大覆盖范围、超大容量、更多接入用户数的方向演进。主要有两个技术途径，一是增加单波长的带宽，TDM PON 向单波长50Gb/s 发展，通过单波长提供50Gb/s 速率能力，沿用点到多点的PON 的架构以及TDM（Time-Division Multiplexing，时分复用）技术，兼容现有ODN 网络。另一个是增加光纤的波长利用率，通过WDM PON 的方式，扩展使用更多频点（波长），在同一根光纤上双向采用频点（波长）数目大于3 个以上，并利用波分复用技术实现上行接入，提高系统容量扩展和接入能力等。WDM PON 分为波长选择方式波分复用无源光网络（WS-WDM-PON）和波长路由方式波分复用无源光网络（WR-WDM-PON），主要的区别在于滤波器件是位于ONU 还是在光分路器上。波长路由的特点是无源器件插损低，但是不兼容传统的PON 的ODN；波长选择方案可与传统PON 的ODN 兼容，但系统插损高[3]。

未来PON OLT 设备能力都将得到极大提升，单台OLT设备可支持的用户数量和用户带宽更大，单纤芯可支持的用户数量更多，主干纤芯的能力将得更大利用。

2.2 千兆宽带网络建设需求

网业协同的低成本建网是目前网络建设趋势，在具体实践中，减少用户机房，降低机房租金、电费和维护等费用是落实低成本建网的主要手段，因此从网络效益提升角度看，提高设备的机房集中度是主要趋势。

从用户体验来看，网速快、时延低、网络稳定是基本要求。对于网速、时延需要从全程全网的角度来看，任何一个环节都有可能影响用户的体验，在实践中发现，除了运营商网络外，用户侧网络的稳定、好坏也是决定用户体验的关键因素，目前运营商也在加大FTTR 服务的投入，从根本上解决用户体验的最大瓶颈。另外接入网OLT设备、PON 网络安全性对用户体验也有较大影响，客户希望网络稳定、不中断，因此提高网络安全能力，减少因客观因素导致的业务中断也是网络规划建设优化的一个重要考量因素。

3 千兆宽带网络建设思路

3.1 目标网络架构

根据运营商机房架构，综合接入机房定义为主要的OLT 机房，综合接入机房出入局路由、光缆资源、电源保障能力等方面均高于一般BBU 集中机房和普通基站。同时主干光缆主要围绕综合接入机房建设，OLT 设备部署在综合接入机房可以充分利用机房主干光缆的业务收敛能力。未来接入层OTN 也将下沉至综合接入机房，OLT 部署在综合接入机房的效益最高，可以充分利用主干光缆的业务收敛能力，也可以通过OTN 解决OLT 上联链路的安全问题，符合如图1 所示的未来极简网络演进目标。

图1 接入网、机房、OTN 目标架构示意图

3.2 千兆宽带接入网建设思路

千兆宽带接入网建设包括OLT 设备网络、ODN 网建设和用户端网络的建设，任何一环节都会影响宽带接入网的质量和口碑。千兆宽带接入网可以利旧共享现有ODN网络，无需单独新建；OLT 设备部署是运营商网络建设的重点工作，决定了接入网的能力和效益；用户端网络虽然不在运营商网络建设范围内，但其对千兆宽带业务的使用体验口碑起关键作用，需重视解决。因此，为保障用户获得满意的服务质量和用户体验，需要从用户端家庭网络、接入网、城域网、骨干网和业务网等角度考虑端到端网络性能优化的方案[4]。

（1）网络端OLT 建设思路

目前接入网OLT 设备有集中部署和下沉部署两种思路，如图2 所示。集中部署是指将OLT 设备部署在综合接入机房（业务汇聚机房），通过综合接入机房的主干光缆进行业务收敛，解决覆盖区域业务接入需求。下沉部署是指将OLT 设备下沉至末端机房（如普通基站、接入间），解决现有综合接入机房和主干光缆覆盖不足区域的宽带业务接入需求，下沉部署是集中部署的补充，两种思路各有优劣，适合不同场景部署。

图2 网络端 OLT 两种部署思路示意图

（2）用户端网络FTTR 部署思路

FTTR(Fiber to The Room，光纤到房间)是业界普遍认可的千兆宽带用户网络，ITU-T 针对FTTR 的标准化工作已经正式展开，主要包含网络架构、光层参数、交互协议和远程管理等相关标准，将进一步推动FTTR 实现千兆光接入网向千兆家庭网络发展。FTTR 的技术方案分为P2P 方案和P2MP 方案[5]，P2P 方案基于以太网技术，主、从光猫通过单芯双向光模块连接，最多可连接4 个从光猫，主/从光猫均为带Wi-Fi6 路由功能[6]的一体机。P2MP 方案基于GPON 技术，通过不等比分光器，级联多个从光猫，数量可达16 个。结合FTTR 实际开通情况看，不同的用户对价格敏感度有较大差异，普通千兆宽带大多数用户价格敏感度更高，建议采用更便宜的P2P 方案，4 个从光猫基本可以满足大多数家庭的使用需求。在企业内网、酒店、餐饮、商超、小型工厂等应用场景中建议采用P2MP 方案，运营商应自身结合市场发展策略，对不同用户提供差异化的产品服务。

家庭网络已成为宽带服务差异化的关键领域，运营商纷纷加大对FTTR 到房间的投入，依靠家庭光纤到房间（FTTR）和Wi-Fi 6 的技术结合来提升网络体验效果并获得收益。

考虑到FTTR 实际用户类型、户型等差异比较大，在方案选择和组网上有较高灵活性，故本文不对FTTR 的具体部署展开分析。

3.3 OLT 不同场景部署方式对比分析

本文探讨OLT部署方案都是基于已有综合接入机房、普通基站机房的情况下，因此OLT 部署主要受管道、主干光缆资源制约，在覆盖相同的目标用户时，XG-PON OLT 部署可以归纳为两种建设场景，一是“具备管道子管”场景，二是“有管道无子管”场景。

（1）“具备管道子管”场景

该场景指管道资源可以满足敷设主干光缆需要，结合目前综合接入机房的分布情况，平均敷设2 公里主干光缆即可覆盖综合接入机房80%以上盲区，因此OLT 集中部署方案按2 公里144 芯主干光缆，并设置2 个主干光交考虑。下沉部署按新增1 台XG-PON OLT 设备，配置1 块16 口PON 板考虑，按利旧基站接入光缆解决OLT 上联需求。该场景下两种部署方案的对比情况如表1 所示。

表1 “具备管道子管”场景OLT 部署对比表

从表1 可以看出，集中部署与下沉部署投资相当，但集中部署通过设置沿路主干光交箱，覆盖范围更大，一并解决了沿路其他业务的潜在接入需求，另外由于OLT 设备部署在稳定性更高的机房，设备安全性更高，设备后续设备扩容、叠加更简便，后期维护也更简单，下沉部署的唯一优点是部署速度快。

（2）“有管道无子管”场景

在有管道无子管场景中，主干光缆敷设需要对现有管道光缆进行优化，腾空子管资源后敷设主干光缆（甚至需要重新建设管道），因此，该场景下敷设主干光缆的成本和时间将大幅提高，业务开通时间难以保证。下沉部署虽然同样存在诸多不足，但可以快速解决目标用户覆盖，快速具备与友商竞争条件，另外在投资方面有较大优势。该场景下两种部署方案的对比情况如表2 所示。

表2 “有管道无子管”场景OLT 部署对比表

表3 设置OLT 的普通基站机房现状分析表

综上，在OLT 部署时重点考虑管道子管资源情况，当子管资源具备敷设主干光缆时，应采用敷设主干光缆覆盖方案，当敷设主干光缆大于2 公里的，按每公里增加2.4万元（1 公里光缆，1 个光交）测算投资。除分析投资外，还需要围绕网络长远发展综合考虑，不能为了短期效益牺牲长期效益。在不具备子管敷设主干光缆时，如迫切需要解决覆盖时，可以采取下沉部署方式，否则应结合网络发展目标，对管道资源进行优化后再解决覆盖，因为下沉覆盖无法解决已有管道沿线新增用户需求，后续沿线其他需求还需要另外解决，增加不必要的投资[7]。

4 OLT 实际建设存在问题与优化必要性

4.1 OLT 实际建设存在的问题

在实际建设来看，运营商为了快速完成宽带网络建设，前期建设的GPON OLT 设备普遍下沉至基站，以某地市运营商XG-PON OLT 设备来看，下沉至基站OLT 设备占比达57%，该方式虽然开通速度快，由于设备过于下沉末端机房，无法利用主干光缆扩展业务覆盖，在OLT 规模相当的情况下，只占友商宽带覆盖效果的40%左右，主干光缆不能有效发挥其覆盖能力，网络覆盖效果不理想，

此外，从现有机房OLT 已开通用户来看，在1000 户以下的占比93%。OLT 设备能力利用率低，平均设备槽位利用率不足20%。

4.2 OLT 优化必要性

（1）在国家“双碳”和运营商推进降本增效大背景下，末端机房退租整合趋势明确，OLT 过渡下沉不符合降本增效大背景。

目前运营商无线基站全面采用C-RAN（Cloud-Radio Access Network，云无线接入网）部署，对于末端机房、传输设备的需求降低，原有末端机房具备退租条件，BBU设备回撤至综合接入机房和BBU 集中机房后，末端机房规模将进一步缩减，未来机房架构将聚焦综合接入机房，下沉至基站的OLT 在具备条件时应回撤综合接入机房。

（2）OLT 下沉导致主干光缆建设分散，光缆网无法实现业务综合承载目标。

主干光缆面向基站C-RAN、家宽、集客全业务承载，原则上围绕综合接入机房布局。OLT 下沉至基站后，无法利用主干光缆资源能力，还需要针对下沉OLT 机房重新敷设主干/配线光缆，形成BBU 集中至综合接入机房、宽带业务大量集中至普通机房的情况，与综合承载的光缆网目标背道而驰，因此，有必要对OLT 设备进行回撤优化部署。

5 千兆宽带接入网优化思路

5.1 接入网优化范围

根据XG-PON 系统参考模型，XG-PON 系统通常由局侧的OLT、用户侧的ONU 和ODN 组成，采用点对多点的网络结构。ODN 由单模光纤和光分路器、光连接器等无源器件组成，为OLT 和ONU 之间的物理连接提供光传输媒介。当前XG-PON 系统建设范围与系统组成如图3所示。

图3 XG-PON 系统建设范围与系统组成示意图

由图3 可以看出，XG-PON 建设可以充分利旧现有ODN 网络，接入网优化目标聚焦XG-PON OLT 设备部署方案，用户侧ONU 跟随业务更换，不做具体探讨。

另外，客户侧网络（客户设备/Wi-Fi），运营商主要以FTTR 部署方式对客户家庭网络进行改造建设和网络体验优化（综合利用FTTR 和Wi-Fi 6 优化家庭Wi-Fi 体验，布放FTTR 室内光纤线路，缩短Wi-Fi 点和终端之间的距离，减轻环境干扰和无线信号整体衰减，达到家庭Wi-Fi速率千兆体验），此部分约1 500 元/户的设备材料、装维费用普遍纳入客户营销运营成本，随客户业务套餐解决，与宽带大网建设成本无关，不做具体探讨。

上联BRAS/SR/BNG 等网元建设优化，据宽带大网整体性能容量等规划部署实施，不做具体探讨。

5.2 接入网OLT 设备部署优化思路

根据上述OLT 分场景部署方式对比分析，OLT 设备部署优化首先考虑具备管道子管或主干光缆纤芯资源的OLT 设备回撤；需要新建管道、子管光缆优化的，在投资允许情况下结合资源建设进度回撤。回撤思路如下：

（1）首先看下沉OLT 机房位置是否在现有综合机房近2 000 m 范围[8]，通过新建主干光缆可以解决覆盖时，将下沉的OLT 回撤综合接入机房，超出综合接入机房2 000 米以外，或管线资源建设难度或建设投资过大的，维持现状。

（2）其次，看设备已出账用户（包含所有宽带用户），综出账用户少于1 000 户的，OLT 回撤综合接入机房，设备回撤对现有主干光缆纤芯需求24 芯（主干光缆纤芯需求按1:64 分光[9]，分光器端口利用率按70%，1 000/64/70%=24 芯）。现有主干光缆不满足纤芯需求，但可敷设主干光缆时应回撤综合接入机房。

（3）出账用户少于1 000 户，但区域潜在价值用户覆盖需求大于5 000 户时，且能有效补充现有综合接入机房覆盖盲区时，建议保留现状。

（4）对于机房稳定性低、设备无法解决双上联的，结合资源情况逐步回撤。

6 实施案例与效果

6.1 实施方案

以国内某运营商某综合接入区现网数据为例，验证OLT 回撤效益。

（1）网络现状

目前该综合接入区已建综合接入机房2 个（其中1 个机房已部署XG-PON OLT 设备），OLT 机房4 个，其中3 个为非综合机房（已部署XG-PON OLT 设备）。单机房所有OLT 出账用户超过1 000 户的OLT 设备1 个，普通基站机房主干纤芯能力都少于200 芯。该区域存量目标用户包括政企、宽带业务20 个，宽带目标用户6 350 户。

（2）OLT 优化部署方案

从图4 可以看到，A、B 机房距离D 综合接入机房分别为2.3 公里和2.6 公里，从地理分布看A、B 机房可以有效解决D 综合接入机房覆盖盲区，故A、B 基站机房OLT 不回撤；C 机房离现有综合接入机房距离只有930 m，目前有空闲子管，考虑新建主干光缆将C 机房OLT 回撤至综合接入机房，在回撤时，只考虑将XG-PON OLT 回撤综合接入机房，同机房的已有GPON OLT 设备不考虑回撤综合接入机房，结合千兆用户升级，将业务割接调整至XG-PON OLT 以后下电退网。

6.2 实施效果

（1）带来经济效益

参考运营商设备租金，回撤按减少设备租金0.24 万元/年，设备维护费用按减少0.1 万元/年，按10 年考虑，设备回撤需新建1.1 公里144 芯主干光缆，设置2 个光交箱。OLT 回撤对末端光缆、设备电费没有影响。经测算，OLT 回撤经济效益如表4 所示，需投资约3.09 万元，维护费用节省约3.4 万元，成本下降0.31 万元。

表4 OLT 回撤经济效益表

表5 OLT 回撤后覆盖效果与接入能力效果分析表

新建的主干光缆可以同时满足该机房其他设备的回撤需要，为该机房无线BBU 设备、传输设备的回撤奠定基础，后续机房退租可以进一步降低租金，符合极简网络建设目标。

（2）网络能力提升

C 机房XG-PON OLT 回撤综合接入机房后，利用现有综合机房主干光缆实现更大范围覆盖，所带来的覆盖效果增加3.8 倍，纤芯能力增加3 倍，因此XG-PON OLT 回撤综合接入机房不管从经济效益和网络能力都有较大提升，符合运营商TCO 最优建网目标。

7 结束语

目前运营商XG-PON OLT 在实际建设过程中，OLT的部署位置与理想目标总是存在一定差距，造成设备覆盖面窄、组网安全性低、OLT 设备效能低、运维成本增加等问题，全面审视建设效果，及时进行总结优化，提升千兆宽带建设效益，是现阶段运营商网络建设需要考虑的一个方向。

OLT 架构优化与新增覆盖思路基本相同，主要从机房架构广覆盖、重点用户下沉覆盖两方面考虑，保证匹配机房架构、光缆网的目标架构，充分利用现有综合接入机房与主干光缆的覆盖广度和深度实现用户覆盖能力最大化，对于现有综合接入机房无法有效解决的业务目标需求，可结合距离、管道子管资源等因素采取下沉覆盖方式，但应严格规范下沉覆盖条件。XG-PON OLT 部署方案优化需要从已下沉OLT 机房的位置、已出账用户规模、潜在用户需求等多维度进行分析评价，确定XG-PON OLT回撤与否，对于早期建设的GPON OLT 建议不回撤，待后续业务升级为千兆宽带业务后直接退网。

最后，从用户体验出发还需重点关注FTTR 家庭网络建设，做好业务全程全网、业务端到端每个环节的性能质量提升，才可能保障高质量用户体验和满意度。