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PON在宽带接入网中的应用设计探讨

1 引言
行业重组使竞争在全业务范围内展开，全业务时代的“融合”不仅仅是业务的融合，更是渗透到业务提供的各个层面，包括产业链上事业单元（行业融合）、运营商的通信网络（网络融合）、用户体验的通信服务（业务融合）以及用户端的业务载体（终端融合）。业务融合是满足市场用户需求，运营商提供差异化服务的重要手段；网络融合是全业务背景下运营商网络发展的终极目标，是支撑综合业务最根本的网络基础。业务融合、网络融合是运营商的关注重点。
宽带业务是综合业务竞争的核心，基于宽带的数据增值业务是运营商提供差异化服务、创造新的业务增长点的重要举措。运营商的客户资源与网络资源决定着其业务能力，移动运营商的优势在于其无线网络的广覆盖、移动业务的成熟以及个人用户的规模化，而在满足集团客户需求和开发家庭用户市场方面处于相对弱势。固网运营商的优势在于其集团客户、家庭客户资源，以及网络上“最后一公里”的固定宽带接入网络，而在无线网络的储备以及个人移动业务上处于相对弱势。
因此，各大运营商专注于网络面临转型，必须打造面向综合业务的宽带接入网以适应业务多样化，提升企业在行业中的竞争力。这意味着接入业务的类型和带宽容量都将发生巨大的变化，接入网采用的技术标准、设备类型、接入方式和网络构架也将发生深刻变化。本文重点分析PON技术在宽带接入网中的应用设计策略。
2 PON技术的发展趋势
无源光网络PON技术是全业务运营时期宽带接入的主流技术，建设以PON为主的光纤接入网是必然选择。
（1）PON技术的特点
无源光网络PON(Passive Optical Network)是实现FTTx光纤接入的主要技术，提供点到多点的光纤接入。由局侧的OLT（光线路终端）、用户侧的ONU（光网络单元）以及ODN（光分配网络）组成。一般其下行采用TDM广播方式、上行采用TDMA（时分多址接入）方式，组成点到多点树形拓扑结构。PON作为光接入技术，其最大的亮点即是“无源”，ODN中不含有任何有源电子器件及电子电源，全部由光分路器（Splitter）等无源器件组成，管理维护运营成本较低，有较高的应用前景。
（2）PON接入网在城域网中的位置
因为在固网网络基础上的差异，运营商在选择PON的建设模式上产生了差异，这一差异除了体现在网络模式上，还体现在运营商的宽带发展策略上。传统固网运营商实施PON建设，是改造接入网，为各类客户提供宽带业务服务；中国移动则是在拿到了全业务营业牌照之后，利用PON网络建设争夺商业利润更高的企业大客户。中国移动全业务城域传送网包括城域传送网、城域数据网和以PON技术为主的宽带接入网，具体参见图1。

图1　ODN网络的组网示意图
（3）PON的技术制式选择
无源光网络PON技术可分为用于窄带TDM业务接入的窄带PON技术、用于宽带接入的基于ATM传送的BPON（APON）、基于Ethernet分组传送的EPON技术以及兼顾ATM/Ethernet/TDM综合化的GPON技术。应该说，经过十多年的变迁，PON技术经历了从窄带PON到BPON（ATMPON）再到EPON及GPON的发展历程，目前EPON和GPON最有潜力得到广泛应用，产业链的成熟度也最高。
GPON与EPON技术比较参见表1。
表1　EPON和GPON技术的对比分析表

●GPON具有更高的带宽、传输效率、传输距离和光分路比。
●EPON技术更加简单，光模块成本更低，目前互通实现更好。从技术上分析，GPON是PON技术中的最佳选择，GPON 更适合在需要提供运营及维护、互通性和安全性等大型运营网络部署。
3 PON网络的应用策略
PON网络的建设主要应考虑业务发展的规模、成本及维护等因素，不同时期、不同应用场合下的OLT的设置和ODN网络的组网模式也应随之不同。
（1）PON网络的FTTx应用模式
与接入场景模型着重分析客户和业务的类型、针对一般的普适场景不同，工程实施往往受更多因素影响，网络结构的选择须视应用对象、环境因素和商业因素等而定，但减少整个系统的前期投入，增加投资回报，提高服务效率是网络工程建设的目标。
结论：FTTB是过渡模式，FTTH是最终方案（见表2）。
表2　FTTH/O 与FTTB模式对比

由于PON的全光纤保护方式成本高、工程复杂，不具备推广的条件，而且会降低PON的核心优势，因此建议对以下客户的接入业务采用主干光纤保护
●对于业务有较高要求的重要客户，如FTTH/O接入的政府、企业、公司和家庭。
●对于端口利用率高的FTTB接入片区，如业务渗透率高的小区和商务楼宇。
（2）OLT设备的规划设置策略
OLT设备的设置及覆盖范围应结合用户分布及接入光缆资源情况进行合理设置。
对于业务发展初期，用户数量较少时，宜采用集中设置的原则，在局端机房设置OLT节点覆盖一定区域内的零散FTTH/O用户，以及FTTB/C用户，此时一般建议利用已有的传输接入汇聚机房进行OLT设备的设置。
对于业务发展成熟期，考虑到用户数的增多，宜采用分散设置的原则，选择靠近用户侧且条件较好的机房设置OLT节点覆盖小范围内的大量用户，此时建议将此类机房升级为数据专用或传输数据共用的接入汇聚节点。
OLT设备的基本接口配置建议为：GE接口用于高清晰度电视、IPTV等业务的上联口；FE/GE接口用于高速上网、基于软交换等业务的上联口；STM-1接口用于E1专线业务的上联汇聚口。PON卡和端口数量则根据用户数量来配置。
（3）分光器的规划设置策略
PON网络一般采用树型结构，宜采用一级或二级分光，原则上不采用三级及以上的分光方式。一级分光方式需要占用较多的ODN主干、引入光缆，但在减少故障点，故障定位，PON系统带宽优化方面比二级分光方式更有优势，在规划时应综合考虑线路成本，OLT设备PON口成本，维护成本，可扩展性等因素，尽量采用一级分光。
根据用户分布情况，寻找减少OLT设备PON口需求数量和节约光缆之间的经济平衡点，并综合考虑维护管理等因素，合理的规划光分路器的设置位置：光分路器靠近ONU，可节省对ODN主干、引入光缆的占用；光分路器靠近OLT，可减少对OLT设备 PON口的占用，并且便于对光分路器进行集中维护管理。从提高光缆资源利用率和PON口使用效率的角度出发，二级分光方式适用于用户较分散的场合。对用户在一定区域内集中且用户需求较明确的场合，也可以采用二级分光以减少对ODN主干、引入光缆的占用，节约布线管孔。
光分路器目前一般设置在OLT机房或者是光交接箱内，因此如果要开展PON网络接入，就需要在传输光缆网络建设时充分考虑光交接箱的设置，主要设置在用户相对集中区域的中心位置，选用与光分路器一体化设计、光分路器可插拔和可扩展的光交接箱。
（4）ONU设备的规划设置策略
ONU设备可根据具体的应用模式放置在相应的地点，可以是楼道内、路边，也可以是最终用户的桌面。ONU的基本配置在上联口PON卡一般为GE/FE接口，用于综合业务的汇聚。用户侧接口一般根据用户业务的需求进行灵活配置或选用不同类型的设备，一般接口的选择建议为：FE接口，用于高速上网和高清晰度电视等视频业务；VoIP的POTS接口，用于两路软交换电话；基于PSTN的POTS接口，用于传统电话；E1接口，用于企业专线业务；RF接口，用于有线电视业务。
（5）ODN网络的建设模型
作为PON网络的一部分，ODN网络根据建设模式的不同，通常会占到整个PON系统30%~70%的投资成本，同时ODN网络也是PON系统中最复杂、最难部署的部分，尤其是用户侧网络的部署（见图2）。运营商要合理规划设置综合业务汇聚点和综合业务接入点，完善主干光缆、配线光缆网络。

图2　ODN网络的组网示意图
4 结束语
无源光网络PON系统具备承载综合业务、支持多种协议的能力，促进了光纤向客户延伸，为综合业务竞争做好充分准备，同时 FTTX成为移动宽带IP网络向末端延伸的重要手段。我们有理由相信，随着基于PON的宽带接入网的深入建设，电信运营商的生产成本、建设成本和营运成本将明显下降；也将促进相关制造业务、网上业务和服务业务的快速发展，给产业价值链各环节带来无限的商机，产生很好的社会效益。