基于10GEPON的广电FTTH跨越式升级策略.pdf

1 6 2 0 2 4年2期2 0 2 4年第4 6卷第2期基于1 0 GE P O N的广电F T T H跨越式升级策略万 方作者简介:万方(1 9 8 8-),本科,工程师,研究方向为电子信息工程、广电工程。(江苏有线网络发展有限责任公司金湖分公司 江苏 淮安2 1 1 6 0 0)摘 要 随着数字化、高清化技术的发展,传统的H F C网络面临着巨大的挑战。利用1 0 GE P ON技术对广电H F C网络实施F T TH升级改造,可有效兼顾现有网络的光纤资源,以低成本投入实现从光进铜退到千兆入户的跨越式升级。文中分析了基于1 0 GE P ON技术的广电H F C向F T TH跨领域迁移的技术方案及应用现状,并结合实际工程建设情况,经过系统性的测试,验证了所提方案的可靠性和实用性。关键词:1 0 GE P ON;H F C;F T TH;广电网络中图分类号 T N 9 1 5.6 3AL e a p f r o gU p g r a d eS t r a t e g yf o rR a d i oa n dT e l e v i s i o nF T T HB a s e do n1 0 GE P O NWANF a n g(J i a n g s uC a b l eN e t w o r kD e v e l o p m e n tC o.,L t d.,J i n h uB r a n c h,H u a ia n,J i a n g s u2 1 1 6 0 0,C h i n a)A b s t r a c t W i t ht h ed e v e l o p m e n to f d i g i t i z a t i o na n dh i g hd e f i n i t i o n t e c h n o l o g y,t r a d i t i o n a lH F Cn e t w o r k s a r e f a c i n gg r e a tc h a l l e n g e s.U s i n g1 0 GE P ONt e c h n o l o g yt oi m p l e m e n tF T THu p g r a d ea n dt r a n s f o r m a t i o no fr a d i oa n dt e l e v i s i o nH F Cn e t w o r kc a ne f f e c t i v e l yt a k e i n t oa c c o u n t t h eo p t i c a l f i b e r r e s o u r c e so f t h ee x i s t i n gn e t w o r k,a n dr e a l i z et h e l e a p-f o r w a r du p g r a d e f r o mo p t i c a l c o p p e r t og i g a b i t h o m ew i t h l o wc o s t i n v e s t m e n t.T h i sp a p e r a n a l y z e s t h e t e c h n i c a l s c h e m e a n da p p l i-c a t i o ns t a t u so f t h ec r o s s-d o m a i nm i g r a t i o no f r a d i oa n dt e l e v i s i o nH F Ct oF T THb a s e do n1 0 GE P ONt e c h n o l o g y,a n dc o m b i n e s t h ea c t u a l e n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o ns i t u a t i o n.A f t e r s y s t e m a t i c t e s t i n ga n dv e r i f i c a t i o n,t h e r e l i a b i l i t ya n dp r a c t i-c a b i l i t yo f t h ep r o p o s e ds c h e m ea r ev e r i f i e d.K e y w o r d s 1 0 GE P ON,H F C,F T TH,B r o a d c a s tN e t w o r k0 引言随着互联网技术的飞速发展,高速率、高品质的带宽体验逐渐深入人心,未来的大规模视频与新兴服务将会完全颠覆大众的使用方式,而传统的低速率、低质量的带宽则不能继续满足人们的期望,越来越多的终端设备都需要提升容量以至重新构建。城市范围内的骨干网络、接入网络、数据传递路径及商业应用都需要做出相应的调整。然而,就 建 设 规 模、资 金 投 入 以 及 施 工 复 杂 度 而言,接入网的优化改造是该领域中最为困难且极具挑战性的。当前,全国各地广电运营商已经陆续开展了4 K直播及互动点播业务,由于超高清业务占用带宽较大,无论是通过D V B通道下发,还是通过数据通道下发,都对入户带宽提出了更高的要求1。随着江苏有线省网公司基于I P化的D V B+C D N业务融合平台的上线,单通道承载多业务已成为主要趋势,各级广电网络(特别是县级基础网络)的承载能力也将面临不小的压力。1 广电网络现状鉴于江苏有线金湖分公司的网络状况,城区大部分老旧小区双向接入网络采用的是H F C(E P ON+E O C)组网方案。该网络经过多年使用,已经出现了电缆老化、指标下降、噪声干扰、双向用户体验感较差等问题2,对互动业务的发展造成了影响。1.1 网络故障的发生频率较高由于各种因素的影响,广电网络的故障率较高。其中,主要原因包括设备老化、维护不及时、管理不规范等导致的设备损坏或失效;天气变化、人为干扰等会导致信号不稳定或中断;用户数量过多、使用方式不当等也会增加出现网络故障的概率。这些问题不仅影响了运营商的服务质量,也会对整个企业的发展产生负面影响。带宽和互动业务出现的问题逐渐增多,产生问题的原因也更为复杂,解决起来相当困难。1.2 维护过程相对复杂在传统H F C宽带接入系统中,由于设备数量庞大且分2 0 2 4年2期 1 7 布广泛,维护工作量大且较为繁琐。同时,由于H F C系统的物理结构较为脆弱,一旦出现故障就需要进行现场维修,这会给用户带来极大的不便甚至造成损失。在维护过程中,需要投入的人力资源也较多,且他们必须精通E P ON、E O C、宽带等各种技术,还需增加更多有素质的维护工作者,但无法设定统一的标准。1.3 能源消耗高传统的H F C宽带接入方式需要大量的电力供应,以支持其传输和处理信号的能力,而这种传统方法也存在很多问题。例如,由于H F C系统的能量损失率较高,导致大量电能被浪费,这对于环保和社会经济造成了很大的压力。相关单位的建设目标是实现双向网络中的能源消耗的最低化,这主要依赖于无源化。由于楼宇内部配备了一级有源设备,它不仅会对系统稳定性造成影响,还会极大地增加能源使用量。1.4 网络带宽不足当前,主流网络服务供应商已经提供了超过1 0 0 M b p s的连接速度,为了能与其他公司展开公平的市场竞争,广电网络需要提高其入户带宽(至少达到1 0 0 M b p s)。此外,若使用I P网络传输数字视频,则可能需要高达81 0 M b p s的高清频道流量。当3 D和4 K的视频资源逐渐被推广时,对带宽的需求可能会进一步增加到2 53 0M b p s。这种高带宽需求使得现有的双向H F C(E P ON+E O C)网络无法满足应用要求。2 1 0 GE P O N技术的优势2.1 1 0 GE P O N是未来的发展趋势从I E E EE P ON与I TU G P ON的发展路径来看,1 0 GE P ON技术正好适应了广电网络光纤改进的趋势。作为光纤接入网最重要的承载技术之一,E P ON技术不仅维持了以太网的简洁特性,还引入了点对多点的管控能力,并通过无源的光分线器(O D N)网络来实施3。为确保1 0 GE P ON与E P ON之间的兼容性和网络平稳性,I E E E8 0 2.3 a v标准针对波长的分配及多点调控进行了特别的设计,旨在保障1 0 GE P ON与E P ON设备能在同一个O D N上共同运行,并满足新技术对N GE P ON的发展需求。为保持其平稳过渡的能力,自诞生以来,1 0 GE P ON就被进行了深度的优化与改进。这使得它能无需任何改动地迁移至现有的E P ON基础结构中。同时,对于那些需要大量带宽的客户而言,他们可以通过选择合适的1 0 GE P ON设备来提升服务质量,从而实现在同一个O D N网络内既能使用1 0 GE P ON,也能继续使用E P ON的目标。此外,由于1 0 GE P ON的管理维护功能基于E P ON系统,因此运营商并不需要对其相关支持体系做出调整,这样一来就能有效降低投入成本。2.2 1 0 GE P O N产业链较为稳定1 0 GE P ON自标准正式公布后,得到了快速发展,三大运营商均已实现了大规模商用,并形成了良好的产业链条。1 0 GE P ON具备更高的带宽、更大的分光比,同时也能实现较远的数据传送,能满足广电运营商基于I P化融合业务为主的高带宽需求,适用于F T T B,F T TH,F T T O等各种高带宽需求场景4。其中,在F T TH应用场景中,其为1 0 01 0 0 0 m入户的需求提供了强有力的支撑。1 0 GE P ON具备更大的分光比,提供了单P ON口11 2 8以上的分光比能力,可以更好地满足F T TH的需求。在F T TH架构中,1 0 GE P ON能显著减少网络服务供应商在主 干 光 缆 和 主 干 管 道 中 的 投 入。相 较 于 目 前 的E P ON技术,其传输速率提升了41 0倍,而分光比则增加了4 0%。尽管1 0 GE P ON的每个接口价格是E P ON的23倍,但它在平均用户分配费用及每兆比特带宽的花费上明显低于现有的E P ON技术。3 1 0 GE P O N技术在广电网络中的应用3.1 1 0 GE P O N技术的演进过程在未来业务发展中,单个广电用户究竟需要多少带宽才能满足业务的需求?以4 K直播及点播为例,运营级的4 K码流至少需要3 5M b p s以上的带宽,假设某用户开通了双终端D V B直播、互动点播、移动OT T等业务,若某一时刻所有业务被全家人同时使用,此时需要的带宽量为3 5+3 5+1 0 0/8*2=9 5M b p s,考虑到后期业务升级,因此广电网络在未来业务发展中,户均带宽应至少达到1 0 0M b p s。当前,主流的F T TH方案使用了E P ON的千兆接口,可为6 4户或3 2户用户提供网络接入,根据江苏有线金湖分公司双向网络升级改造技术演进表(如表1所列),目前E P ON+F T TH组网的分光比为16 4,平均每户最多提供5 0M b p s的带宽,难以适应未来的业务发展。如果将E P ON升级为1 0 GE P ON,按照11 2 8的分光比,则户均带宽可达到1 5 0M b p s,若 仍 按 照16 4的 分 光 比,则 可 提 供3 0 0M b p s左右的户均带宽。表1 江苏有线金湖分公司双向网络升级改造技术演进表组网方式H F(E P ON+E O C)F T TH(E P ON)F T TH(1 0 GE P ON)分光模式1*3 21*6 41*3 21*1 2 81*6 4覆盖用户3 2*5 0=1 6 0 0户6 4户3 2户1 2 8户6 4户1 0 0%用户并发,平均带宽E O C共享带宽,7 M b p s/户1 5 M b p s/户3 0 M b p s/户8 0 M b p s/户1 5 0 M b p s/户5 O%用户并发,平均带宽E O C共享带宽,1 4 M b p s/户3 0 M b p s/户6 0 M b p s/户1 5 0 M b p s/户3 0 0 M b p s/户3 0%用户并发,平均带宽E O C共享带宽,2 3 M b p s/户5 0 M b p s/户1 0 0 M b p s/户2 6 0 M b p s/户5 2 0 M b p s/户应用场景带宽要求不高的场合百兆入户覆盖带宽提升过渡提档升级改造千兆入户建设移动信息1 8 2 0 2 4年2期3.2 1 0 GE P O N网络构建设计1 0 GE P ON是一种高效的宽带接入技术,它已经被广泛地应用于各种领域。在广播电视领域中,1 0 GE P ON技术可以帮助运营商实现传统有线电视的数字化和高清化转变。通过对现有H F C网络的改造,可以将传统的H F C传输方式转化为1 0 GE P ON传输方式,从而提高系统的带宽和稳定性,降低运营成本,满足用户需求。在实际应用中,1 0 GE P ON网络需要经过一定的规划和设计才能得到最佳效果。3.2.1 充分利用现有资源需充分利用现有网络光纤资源,最大程度地挖掘现网价值,保护现网的投资,原则上不允许大幅调整现网架构,以确保现网用户的业务感知度5-6。1 0 GE P ON网络的设计应该考虑到系统规模、覆盖范围等因素。对于大型城市或地区而言,可以选择采用多级分层结构来组织网络资源。其中,核心网是整个网络的核心部分,负责数据交换和控制功能;边缘网是连接终端设备的部分,包括分支网和节点网两部分。在实际部署中,可以将核心网分为主核心网和备用核心网两个部分,以便实现故障恢复和扩容。同时,为提高系统的可靠性和安全性,还可以设置多个备份电源、备份路由器等。此外,在1 0 GE P ON网络的设计过程中,还需要考虑传输介质的选择。3.2.2 全面规划和逐步执行结合设备产业链的完善程度及商务需求,应分阶段进行网络升级改造,保证网络能力可以满足业务需求。E P ON网络还需要考虑信号传输距离等影响因素。由于E P ON信号具有较强的衰减特性,因此在较长的传输距离下,可能会出现信号丢失等问题。为解决这个问题,可以在传输过程中引入优化算法或使用更强大的信道编码器,以提高设备的使用效率,在确保满足P ON口总流量、光链路损耗要求以及便于维护的前提下,尽可能承载更多的用户数,提升光纤端口的资源利用效率。3.2.3 市场导向及安全性应依据市场业务的发展目标来设定网络系统建设的目标,保证网络资源与市场业务发展的有效配合,同时考虑投入和收益之间的平衡。1 0 GE P ON网络的设计还需考虑安全性问题。因为1 0 GE P ON网络涉及大量的数据流量,如果存在安全漏洞,将会给用户带来极大的损失。因此,在设计时需要加强网络防火墙设置、加密通信等。4 1 0 GE P O N技术在广电F T T H网络中的应用4.1 1 0 GE P O N技术改造背景江苏有线金湖分公司早期采用H F C(E P ON+E O C)模式对居民小区进行组网,从中心机房至小区楼栋设备箱已建成了较为完善的O D N网络。由于当时规划设计的局限性,小区主干光缆纤芯设计较少,如果采用F T TH组网方式(16 4分光比),由于需要的P ON口、纤芯资源较多,容易导致现有的光缆纤芯资源不足以支撑F T TH化改造,必须重新敷设小区内、外的主干光缆,相当于以新建小区的投入规模重建接入网,偏离了网络升级改造的初衷,工程建设资金投入大,短期内回报率低,实施起来较为困难。而利用1 0 GE P ON单端口,则最高支持覆盖1 2 8户,可有效利用小区现有的光纤资源进行部分改扩建,避免重复投资,实现提质降本。4.2 1 0 GE P O N技术在小区网络改造中的应用方案4.2.1 工程方案根据网络现状,工程设计采用11 2 8分光比,按照一级分光1 8和二级分光1 1 6的分光方式进行组网。利用中心机房至小区主干备用纤芯输送1 0 GE P O N直发信号,再将经过一级分光后的信号通过分配网主干传输至楼栋设备箱,箱内增设1 1 6光分路器,作为用户端接入。楼栋内其他单元增设分纤箱,入户皮缆根据实际情况提前敷设到位,并汇入单元分纤箱,各单元分纤箱通过敷设光缆汇聚至楼栋设备箱,实现两头成端,维护人员根据业务发展在楼栋设备箱和分纤箱之间进行灵活跳接。如果纤芯不足,可在入户信号开通前,采用信号割接的方式将用于E P O N传输的纤芯切换至1 0 GE P O N信号。小区网络改造方案如图1所示。图1 小区网络改造方案 以龙港花园小区为例,在原有双向H F C网络下,每个楼栋节点平均覆盖4 0户居民,在每个楼栋设备箱内,除了用于传输电视和数据信号的两芯光纤外,至少还剩两芯备用光纤,改造初期可占用一芯作为1 0 GE P ON信号的接收移动信息2 0 2 4年2期 1 9 端,在楼栋 设 备 箱 内 设11 6光 分 路 器,以 保 证 该 楼 栋4 0%用户的业务覆盖率(按照目前的市场占有率,基本够用),后 期 可 根 据 业 务 发 展 状 况,利 用 腾 出 的 纤 芯 进 行扩容。以上利用的是基于I P化的单纤双波传输技术,每个节点只需一根纤芯资源即可满足改造需求,但用户端需更换内置波分的I P机顶盒。如果采用双纤三波传输技术,工程费用会略有增加,但无需更换用户端现有的内置E O C机顶盒。总体而言,需要根据业务发展、经营管理以及现场实际等情况进行综合选用。4.2.2 设备部署方面设计采用1 0 GE P ONO L T下挂E P ONONU的方案。为满足当前网络环境下的需求,需要在局端O L T设备中安装非对称E P ON板卡与光模块(它们能提供1 0 G b p s的下行速度和1.2 5 G b p s的上传速度)。如此,就可以继续使用目前已经存在的ONU终端,也可以根据用户对下行传输速度的要求来逐步更新他们的ONU终端至非对称1 0 GONU终端,显著提高用户体验7。而对于上、下行速率带宽要求更高的政企客户或用户端口更为密集的互联网专线场景,未来则可以考虑在局端O L T部署对称型1 0 GE P ON板卡和光模块(实现1 0 G b p s的下行和1 0 G b p s的上传),然后在用户端更换支持对称/非对称1 0 GONU的终端。之后,可以随着业务量的增长和光模块价格的降低,再进行必要的替换升级。此外,O L T的上联端口会依据实际业务量的情况灵活扩展,并可以通过多个G E/1 0 G E堆叠的方式连接到汇聚交换器,以实现负载均衡的效果。4.2.3 现场验证在此次更新改良中,由于采用了更高级别的P R X 3 0/P R 3 0光 模 块,使 得1 0 G E P ON的 光 发 射 功 率 提 升 至+4 d B,这与传统的E P ONP R X 2 0/P R 2 0光模块相比,具有明显的优势。它有效地弥补了11 2 8的大分光比带来的功率损耗,使用户侧E P ONONU接收到的平均光信号强度保持在-2 5 d B以内,并确保其处于ONU接受敏感度的极限范围之内,保证了业务的稳定运行,如表2所列。表2 1 0 GE P O N设备O N U测试数据测试地址覆盖距离/k m1 0 GE P ON输出功率/d B链路损耗/d B分光比损耗(18与11 6)/d B接头损耗/d BONU终端接收功率/d B业务状态A用户4.9+3.91.7 6 42 522 4.8 6 4正常B用户3.7+3.81.3 3 22 522 4.8 6 4正常5 结语在数字化时代,广电运营商需要面对传统互联网市场的竞争压力,将传统的视频业务逐步转向I P化、4 K化。江苏有线金湖分公司利用1 0 GE P ON技术对广电H F C网络实施F T TH升级改造的方案,作为一种更加高效、稳定、安全的宽带接入方式,该方案顺应了时代主流,有效兼顾了现有网络的大部分光纤资源,仅通过简单的楼栋内部光纤化改造,即实现了无源全光网络的覆盖。经实验验证,该方案不仅能有效解决H F C网络存在的问题,还能提高用户体验、降低运营成本,实现“千兆入户”的跨越式升级。参考文献1孙兆君.1 0 GE P ON下F T TH大带宽入户的演进思路J.有线电视技术,2 0 1 7(6):1 1 8-1 1 9.2王子诚.浅谈福州市某老旧小区网络升级改造J.中国有线电视,2 0 2 2(7):7 9-8 1.3廖里军,张友红.1 0 GE P ON在华数传媒广电网络F T TH升级改造中的应用J.中国有线电视,2 0 2 1(7):6 9 1-6 9 3.4赵爱华.I E E E 1 5 8 8在x P ON系统中的应用D.上海:复旦大学,2 0 1 1.5苗建民,陆炜,朱忠进,等.广电网络由E P ON向1 0 GE P ON过渡设计探究J.广播电视信息,2 0 1 7,2 4(8):5 9-6 2.6周永胜.浅谈1 0 GE P ON在广电双向化改造中的应用J.视听,2 0 1 0(4):4 7.7苗建民,陆炜,朱忠进,等.广电网络由E P ON向1 0 GE P ON过渡设计探究J.广播电视信息,2 0 1 7,2 4(8):5 9-6 2.移动信息