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FTTH光纖到端業(yè)務(wù)
光纖入企業(yè)FTTH
寬帶光纖接入網(wǎng)的優(yōu)勢
就世界范圍看，絕大多數(shù)電信公司是以ADSL為主發(fā)展寬帶接入的，然而，ADSL是建立在銅線基礎(chǔ)上的寬帶接入技術(shù)，銅是世界性戰(zhàn)略資源，隨著國際銅纜價格持續(xù)攀升(近幾年年均20%-30%的增幅)，以銅纜為基礎(chǔ)的ADSL的線路成本越來越高，而光纖的原材料是二氧化硅，在自然界取之不盡，用之不竭。事實上，當(dāng)前光纖的市場價格已經(jīng)低于普通銅線，并且其壽命還遠(yuǎn)高于后者。在新鋪用戶線路或者老電纜替換中，光纖已經(jīng)成為更合理的選擇，特別是主干段乃至配線段。其次，作為有源設(shè)備，xDSL電磁干擾難以避免，維護(hù)成本越來越高。作為無源傳輸介質(zhì)的光纖可以避免這類問題。
最后，隨著全網(wǎng)的光纖化進(jìn)程繼續(xù)向用戶側(cè)延伸，端到端寬帶連接的限制越來越集中在接入段，xDSL的上下行連接速率無法滿足高端用戶的長遠(yuǎn)業(yè)務(wù)需求。盡管ADSL2+和VDSL2技術(shù)有望緩解這一壓力，但其速率和傳輸距離的繼續(xù)大幅度提高是受限的，不能指望有本質(zhì)性突破。顯然，隨著光纖在長途網(wǎng)、城域網(wǎng)乃至接入網(wǎng)主干段的大量應(yīng)用，符合邏輯的發(fā)展趨勢是將光纖繼續(xù)向接入網(wǎng)的配線段和引入線部分延伸，最終實現(xiàn)光纖到戶。關(guān)鍵的問題是：推進(jìn)速度有多快?這將取決于多種因素，包括市場的需求、競爭的需要、應(yīng)用的刺激、技術(shù)的進(jìn)步、成本的下降和配套運維系統(tǒng)的開發(fā)等。中國2008年舉辦奧運會和2010年舉辦世界博覽會這兩個重大世界性事件也將在一定程度上會推進(jìn)FTTH的發(fā)展。
點到點有源以太網(wǎng)系統(tǒng)
歷史上，在企事業(yè)用戶應(yīng)用環(huán)境，以太網(wǎng)技術(shù)一直是最流行的方法，已成為僅次于供電插口的第二大住宅和辦公室公用設(shè)施接口。主要原因是已有巨大的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)和長期的經(jīng)驗知識，所有流行的操作系統(tǒng)和應(yīng)用也都是與以太網(wǎng)兼容的，性能價格比好、可擴(kuò)展、容易安裝開通以及具有高可靠性等。
對于公用網(wǎng)住宅用戶應(yīng)用環(huán)境，點到點有源以太網(wǎng)系統(tǒng)采用有源業(yè)務(wù)集中點來替代無源點到多點系統(tǒng)的無源器件，使傳輸距離可以擴(kuò)展到120km之遠(yuǎn)。這種技術(shù)的主要優(yōu)點是專用接入，帶寬有保證，每用戶可以在配線段和引入線段獨享100Mbit/s乃至1Gbit/s；局端設(shè)備簡單便宜；傳輸距離長，服務(wù)區(qū)域大；成本隨用戶數(shù)的實際增長而線性增加，可預(yù)測，無需規(guī)劃，投資風(fēng)險低，設(shè)備端口利用率較高，因而在低密度用戶分布地區(qū)成本較低。缺點是兩端設(shè)備和光纖設(shè)施專用，用戶不能共享局端設(shè)備和光纖，當(dāng)需求快速增長且用戶很密集時，光纖和兩端設(shè)備的數(shù)量及其成本以及空間需求也隨之迅速增加，因而不太適合高密集用戶區(qū)域。另外，有源以太網(wǎng)要求多點供電和備用電源，網(wǎng)絡(luò)管理的元件(包括電源)多，增加了供電和網(wǎng)管的復(fù)雜性。第三，從標(biāo)準(zhǔn)化的角度，有源以太網(wǎng)并沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而是利用多個相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從而產(chǎn)生多種不兼容的解決方案。最后還有一個可能影響選擇以太網(wǎng)技術(shù)的因素是傳統(tǒng)視頻業(yè)務(wù)的提供方式，例如有些美國電信公司(例如Verizon)承諾能提供同樣質(zhì)量的傳統(tǒng)模擬射頻視頻節(jié)目，而以太網(wǎng)技術(shù)在支持傳統(tǒng)模擬射頻視頻節(jié)目的傳送方面是比較困難的。
在FTTH應(yīng)用場合，點到點以太網(wǎng)主要用于多住戶單元接入，具體又分為單纖系統(tǒng)和雙纖系統(tǒng)兩種，單纖系統(tǒng)的上下行分別采用不同波長，典型上行波長為1310nm，下行波長為1550nm，傳輸距離為15km，遵循日本電信技術(shù)委員會制定的標(biāo)準(zhǔn)TS-1000，因而互操作性較好，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性較低。雙纖系統(tǒng)采用兩根光纖，遵循IEEE802.3ub標(biāo)準(zhǔn)，采用多模光纖，傳輸距離僅為2km。不同運營商為了延長傳輸距離，增強其管理功能，制定了很多私有標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)的互操作性很差。
無源光網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
3.1無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)是一種純介質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，其主要特點是在接入網(wǎng)中去掉了有源設(shè)備，從而避免了電磁干擾和雷電影響，減少了線路和外部設(shè)備的故障率，簡化了供電配置和網(wǎng)
FTTH
管復(fù)雜性，降低了運維成本。其次，PON的業(yè)務(wù)透明性較好，帶寬寬，可適用于任何制式和速率的信號，能比較經(jīng)濟(jì)地支持模擬廣播電視業(yè)務(wù)，具備三重業(yè)務(wù)功能(triple-play)。第三，其局端設(shè)備和光纖(從饋線段一直到引入線)由用戶共享，因而光纖線路長度和收發(fā)設(shè)備數(shù)量較少，相應(yīng)成本較其它點到點通信方式要低，土建成本也可明顯降低。特別是隨著光纖向用戶日益推進(jìn)，其綜合優(yōu)勢越來越明顯。PON的每用戶成本隨著分享OLT的用戶數(shù)量的增加而迅速下降，因而最適合于分散的小企業(yè)和居民用戶，特別是那些用戶區(qū)域較分散，而每一區(qū)域用戶又相對集中的小面積密集用戶地區(qū)，尤其是新建區(qū)域。最后，無源光網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)化程度好，基本分為ITUFSAN(全業(yè)務(wù)接入網(wǎng)絡(luò))和IEEE兩大類，均可提供獨立可行的單一兼容解決方案。因而，多數(shù)美國大型電信公司傾向于選擇PON，而不是光以太網(wǎng)技術(shù)。 PON的主要缺點是一次性投入成本較高，因為局端光線路終端(0LT)很貴，光纖和分路器等無源基礎(chǔ)設(shè)施又必須一次到位，這樣當(dāng)用戶數(shù)較少或用戶分布超過某一限定距離時，每用戶的成本很高，會產(chǎn)生大量沉淀成本。另外，其樹型分支拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用戶不具備保護(hù)功能或保護(hù)功能成本較高，影響了大規(guī)模發(fā)展。
從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分析，無論哪種PON都可以有兩種不同的結(jié)構(gòu)，即集中式和分布式，前者在局端OLT和業(yè)務(wù)靈活點(FP)之間只有一根光纖相連，分路器集中放置在FP處(即傳統(tǒng)的交接箱處)，從分路器到用戶光網(wǎng)絡(luò)終端之間有一根專用光纖相連。而分布式結(jié)構(gòu)在靈活點處與配線點(DP)處都放置分路器，形成兩級分路。分析表明分布式結(jié)構(gòu)在用戶普及率接近100%的區(qū)域應(yīng)用時具有成本優(yōu)勢，但是實際情況多半不是這樣，特別是對于用戶普及率不高的情況，集中式結(jié)構(gòu)具有明顯的成本優(yōu)勢，其成本可以隨著實際用戶數(shù)的增長而增長，不存在分布式結(jié)構(gòu)的較大初期沉淀成本問題，而且也不會隨著技術(shù)的進(jìn)步(如GPON的出現(xiàn)和應(yīng)用)而需要重新部署。
無源光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一個重要趨勢是提供多種語音處理方式，既可以在局端采用V5接口與PSTN相連，提供傳統(tǒng)PSTN語音業(yè)務(wù)，又可以在局端內(nèi)置控制模塊，支持H.248/H.323協(xié)議，靈活適應(yīng)以H.248協(xié)議為基礎(chǔ)的軟交換VoIP網(wǎng)絡(luò)或以H.323協(xié)議為基礎(chǔ)的傳統(tǒng)VoIP網(wǎng)絡(luò)，其主要發(fā)展趨勢則是著重支持軟交換網(wǎng)。
3.2APON和BPON
早期的窄帶無源光網(wǎng)絡(luò)是基于TDM的，性能價格比不好，已經(jīng)自然消亡。ATM化的無源光網(wǎng)絡(luò)(APON/BPON)可以利用ATM的集中和統(tǒng)計復(fù)用，再結(jié)合無源分路器對光纖和光線路終端的共享作用，使性能價格比大大改進(jìn)，在美國和日本等國已經(jīng)敷設(shè)了約150萬線。
然而，APON/BPON的業(yè)務(wù)適配提供很復(fù)雜，業(yè)務(wù)提供能力有限，數(shù)據(jù)傳送速率和效率不高，成本較高，其市場前景由于ATM的衰落而黯淡。最后，從業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢看，APON的可用帶寬仍然不夠。以FTTC為例，盡管典型主干下行速率可達(dá)622Mbit/s，但分路后，實際可分到每個用戶的帶寬將大大減小。按32路計算，每一個分支的可用帶寬僅剩19.5Mbit/s，再按10個用戶共享，則每個用戶僅能分得約2Mbit/s的帶寬而已。顯然，這樣的性能價格比是無法滿足網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的發(fā)展需要的。
3.3EPON
隨著IP的崛起和發(fā)展，有人提出了EPON的概念，即在與APON類似的結(jié)構(gòu)和G.983的基礎(chǔ)上，設(shè)法保留其精華部分——物理層PON，而以以太網(wǎng)代替ATM作為鏈路層協(xié)議，構(gòu)成一個可以提供更大帶寬、更低成本和更強業(yè)務(wù)能力的新的結(jié)合體——EPON。這一思想在以太網(wǎng)界獲得到了積極響應(yīng)，在IEEE802.3ah的旗幟下已經(jīng)形成了EPON標(biāo)準(zhǔn)。在日本為了與以前基于100Mbit/s的非標(biāo)準(zhǔn)EPON區(qū)別，將其稱為GEPON。鑒于基于100Mbit/s的非標(biāo)準(zhǔn)EPON已經(jīng)消亡，EPON實際即指GEPON，不再專門區(qū)分。
EPON主要基于IEEE802.3ah標(biāo)準(zhǔn)，與傳統(tǒng)點到點以太網(wǎng)主要不同之處在于采用點到多點通信方式。其下行方向工作于TDM方式，數(shù)據(jù)流以變長以太幀方式廣播到ONU，每個ONU根據(jù)以太幀的MAC地址，決定取舍。上行方向工作于TDMA方式，來自不同時隙的ONU數(shù)據(jù)流匯聚到公共光纖設(shè)施和OLT。此外，傳統(tǒng)以太網(wǎng)工作于連續(xù)光傳輸模式，在收發(fā)兩個方向都是連續(xù)的比特流，因此收端的定時和判決容易實現(xiàn)。而EPON的上行比特流是輪流發(fā)送的突發(fā)數(shù)據(jù)包，OLT的接收定時恢復(fù)、判決門限設(shè)置、測距和延時補償比較復(fù)雜。
從EPON的結(jié)構(gòu)上看，其關(guān)鍵優(yōu)點是極大地簡化了傳統(tǒng)的多層重疊網(wǎng)結(jié)構(gòu)，主要特點有：
●消除了ATM和SDH層，從而降低了初始成本和運行成本；
●下行業(yè)務(wù)速率可達(dá)1Gbit/s，允許支持更多用戶和更高帶寬；
●硬件簡單，無須室外電子設(shè)備，使安裝部署工作得以簡化；
●可以大量采用以太網(wǎng)技術(shù)成熟的芯片，實現(xiàn)較簡單，成本低；
●改進(jìn)了電路的靈活指配和業(yè)務(wù)的提供和重配置能力；
●提供了多層安全機(jī)制，諸如VLAN、閉合用戶群和支持VPN等。
IEEE802.3ah規(guī)范的EPON技術(shù)的上下行波長是1310nm和1490nm，上下行速率均為1.25Gbit/s，傳輸距離是10/20km，分路比是32/16，主要業(yè)務(wù)是數(shù)據(jù)和語音，增加一個1550nm電視廣播波長后，成為語音、數(shù)據(jù)和電視三合一的所謂三重業(yè)務(wù)捆綁服務(wù)。對于傳送單一以太網(wǎng)業(yè)務(wù)而言，EPON是一種很好的解決方案。
EPON的主要缺點是由于IEEE802.3ah只規(guī)定了MAC層和物理層，MAC層以上的標(biāo)準(zhǔn)靠制造商自行開發(fā)，因而帶來靈活性的同時也造成了設(shè)備互操作性差的缺點。其次，EPON的總效率較低，主要是由于采用8B/10B的線路編碼，引入20%的帶寬損失，再加上其它的額外開銷
