基于GPON技術的小區接入網應用分析

摘要：GPON是重要的實現用戶接入網的PON技術。本文首先給出GPON的基本原理與特點，并通過GPON與APON、EPON的功能對比，對GPON進行了優點剖析，指出了GPON技術的先進性。從GPON系統設計、OLT設置、ODN設置及ONU設備等不同方面討論了GPON技術的網絡設計流程。最后，以實際案例進行了GPON接入網工程分析，進行了GPON工程方案設計與帶寬測試結果討論，提出了工程涉及問題的注意事項，指出了GPON技術的發展趨勢。

引言

　　隨著科技的進步，PON技術得到更加廣泛的應用，該技術也在不斷推陳出新。基于各種PON技術，GPON技術具備更高的帶寬、傳輸速率及傳輸范圍，目前已逐步應用于各個通信領域^[1]。

　　APON技術是最早的商用PON技術，主要基于ATM技術。EPON技術主要推動以太網的使用，對物理層與MAC層進行了規定^[2]。GPON技術綜合了以上技術的優點，具備更優的性能，更高的傳輸速率，更廣泛的覆蓋范圍及更高的動態帶寬分配能力。

　　本文基于GPON技術的基本原理，分析了該技術的優點，從具體方面討論了GPON技術的網絡設計流程，最后針對GPON接入網工程進行實例分析，并給出了用戶接入網工程設計中的注意事項。

1 GPON技術的基本原理

　　2002年，FSAN以APON為基本框架提出了包含全新物理層傳輸速率和TC層的GPON。

1.1 原理

　　GPON將多業務映射到ATM信元或GEM中傳送，并提供相應QoS保證，作為PON的技術，也是由局端OLT、用戶端ONU與無源光分配網絡ODN組成[3]。OLT屬于全業務接入系統，將數據網、電話網與電視網融為一體，以大容量交叉矩陣和IP包為內核，在用戶接口UNI側提供GPON接口，以實現各種業務接入。ONU提供UNI側多業務接入能力以實現三網合一的接入。

1.2 特點

　　GPON技術具備如下特點^[4]：

　　(1)業務支撐能力較強。GPON同時承載ATM信元與GEM，實現了靈活地幀封裝協議，無需通過協議轉換即可實現多業務通用映射，封裝率可達94%。

　　(2)足夠的帶寬與覆蓋范圍。GPON下行速率可達2.5Gbit/s，且在其他PON技術上拓展了帶寬，具備滿足更多業務性能的特點。GPON實際覆蓋范圍高達20km以上。

　　(3)帶寬靈活分配。基于DBA算法，GPON具備保證多業務進行的靈活的帶寬分配能力。

　　(4)同步性能較優。ONU較易獲取同步信息，可以有效地支持實時TDM業務，同時具備延時與抖動性能。

　　(5)設備成本較高。GPON具備多種優點的同時，也增加了設備與技術的復雜程度，增加了設備成本。

1.3 優勢

　　APON是單點到多點的無源光網絡，EPON是FTTx中主流的無源光接入技術，通過GPON與他們的特性對比，分析GPON在通信領域的優勢^[5]。

　　對比可知，GPON具備較高的上行速率、下行速率，最大覆蓋范圍的理論值較高，同時可以承載多種業務類型。

2 GPON技術的網絡設計流程

　　GPON采用單點到多點的網絡拓撲結構，常用樹型與星型拓撲結構。

2.1 GPON系統設計

　　針對GPON系統設計，需要考慮以下原則：

　　(1)恰當考慮綜合因素，適當選擇網絡結構^[6]。進行網絡結構選擇時，應同時考慮用戶分布和密度情況，綜合比較用戶業務需求，同時不能忽視現有環境因素。

　　(2)充分考慮經濟因素，最大程度降低故障風險。將光分路器靠近用戶側有助于減少主干光纜芯數，可以節約經濟成本。分光級數增加會導致故障風險增加，難以進行維護，因此，分光級別盡量采用一級分光。

　　(3)合理考慮利用率，盡量選擇均勻分光。進行光分路器設計時，應考慮利用率，盡量降低分支空余發生。采用均勻分光，有助于使各個分支均滿足傳輸損耗要求。

2.2 OLT設置

　　OLT采用模塊化設計，上聯通GE/FE接口實現，如果業務需求量大可多置GE口，FE口常采用配置光口或電口的BRAS/SR的側端口類型。

2.3 ODN設置

　　ODN作為連接OLT與ONU的傳輸媒介，位于OLT與ONU之間。ODN包括光纜、無源器件及其他線路輔助設施，進行系統設計的同時，需要考慮相關環境因素，由于分光器增多將會導致ODN網絡跳接點增多。因此，盡量采用一級分光。

2.4 ONU設備

　　根據不同的用戶側需求，選擇恰當的ONU以滿足不同的應用場景及用戶需要。ONU上行方向通過ODN與所提供光口連接至OLT，下行方向根據實際情況選擇ONU類型。

3 GPON接入網工程分析

　　本部分以對一小區進行實際接入網設計為例，分析GPON技術的應用情況及效果。

3.1 工程方案設計

　　本工程基于GPON技術設計某小區的接入網。工程規模如表2所示。

　　因本工程目的為解決該小區接入網工程，居民住宅具備密集型特點，因此，該GPON采用樹型拓撲結構，系統建設方案如下：

　　(1)首先選取一臺支持8端口的GPON與一臺支持GPON業務的OLT設備，其中GPON的分光比為1:32;

　　(2)使用一級分光器完成接入過程;

　　(3)在分光器上分別鋪設光纜到各單元機柜的ONU上;

　　(4)將OLT置于機房中，根據“大容量、少局點”的部署原則，選擇大容量的OLT，將其部署至現有機房中;

　　(5)選擇具備標準化、模塊化設計的ODN，以達到具備較易替換與便于維護的目的;

　　(6)基于FTTB模式下的ONU為多住戶單元型ONU，具備多個用戶側，可提供多業務接入功能。

3.2 結果分析

　　GPON的下行帶寬為2488Mbps，開銷占用128Mbps，獲得可用帶寬2360Mbps。通過測試，獲取本案例中各個業務所需帶寬如表3所示。

　　計算單個系統帶寬=Σ所有業務(業務分配帶寬×業務用戶比率X并發比X流量占空LL)×總用戶數/帶寬冗余系數。

　　所以，該小區帶寬=3×100%×50%×30%+3×100%×50%×30%+8×50%×50%=2.9M，GPON系統內冗余系數取85%，則N×2.9M/85%<2360M，可知，單個PON系統最大可容納用戶數為5817，該數值完全滿足一個小區的用戶需求。

3.3 工程涉及問題

　　除了做好工程設計工作，以下問題也需要注意：

　　(1)注意設備防雷工作。為了確保工程順利實施及后期運作安全，應該做好防雷接地工作。

　　(2)注意環境保護工作。用戶接入網屬于重要的工程項目，涉及范圍較廣，應該注意在施工過程中盡量避免造成環境污染。

　　(3)注意設備使用率。為了嚴格控制設備能耗，需要在保證設備利用率的前提下，提高軟件性能，盡力不放棄舊設備。

4 結束語

　　用戶接入網工程屬于常見的通信工程，為用戶提供服務，滿足用戶日常生活需要。本文通過GPON技術與其他技術的對比，分析討論了該技術的先進性，并以實際案例證明GPON技術具備較高的帶寬，可以滿足不同的業務需求，并指出進行用戶接入網工程時的注意事項。隨著GPON技術的發展，可以針對降低價格以獲取更好的經濟性方面進行進一步的研究，以擴大GPON技術的應用范圍。

參考文獻：

　　[1]趙煜.基于GPON技術的接入網絡應用研究[D].北京郵電大學, 2010.

　　[2]張超一,苗建松.EPON與GPON的融合接入方案[J].光通信技術, 2010, 33(11).

　　[3]曹暢,張永軍,張杰,等.基于GPON原理的城域傳送體系研究[J].電信科學, 2011, 27(10):57-63.

　　[4]張娜.基于GPON的無線接入網資源分配新機制及算法[J].光通信技術, 2015, 39(10).

　　[5]陳福都,李維民,張麗娟.GPON技術新進展及發展趨勢探討[J].現代電子技術,2007,30(5):72-74.

　　[6]楊泛舟,楊小帆.一種從PON到下一代GPON的升級方案[J].光通信技術,2012,36(05):10-12.

本文來源于中國科技期刊《電子產品世界》2016年第9期第55頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。