GPON组网介绍(苏云鹏)

GPON组网介绍

苏云鹏

接入网作为连接电信网和用户网络的部分，是提供将电信网络的多种业务传送到用户的接入手段。接入网是整个电信网的重要组成部分，作为电信网的“最后一公里”，是整个电信网中技术种类最多、最为复杂的部分。电信业务发展的目标是实现各种业务的综合接入能力，接入网也必须向着宽带化、数字化、智能化和综合化的方向发展。

由于传统语音业务逐渐被无线、VOIP等业务蚕食，宽带业务成为给运营商在固网领域带来收入的主攻方向，运营商希望通过提供丰富多彩的业务体验来吸引用户。业务的发展尤其是视频类业务的逐渐推广，使用户对网络带宽和稳定性要求越来越高。随着光纤成本的下降，网络的光纤化成为发展趋势，原来主要用于长途网和城域网的光纤也开始逐步引入到接入网馈线段、配线段和引入线，向最终用户不断推进。

本指导将目前业界广泛认可的GPON接入技术与我省的现网情况相结合，对我省后期建设给出了指导性意见，请管内各单位组织建设、运维、市场等部门人员认真学习，希望能对各单位后期的GPON建设有所帮助。

1绪论

1.1序

随着宽带接入业务日渐普及，如何在宽带网络上开展丰富的增值业务来提高ARPU值，在建设高速宽带网络的同时能够有效地降低网络运营维护成本，成为电信运营商最为关注的问题。谁将主导未来的宽带接入技术？随着视频点播、网络游戏和IPTV等高带宽业务的出现，光纤接入（FTTx）脱颖而出，成为固定接入网的发展方向，被视为下一代宽带接入技术的代表，完美定义未来“最后一公里”的最终形式。PON技术，已凭借它高带宽、高速率，高性价比的魅力，成为当前实现FTTx的首选方案。

1.2GPON建设背景

从09年辽宁省电信业市场看，辽宁联通和辽宁电信对新接入小区全面使用PON技术，对既有小区正在逐步改造，改造后将全面实现PON技术的接入能力。并且辽宁联通已经开始大张旗鼓地在全省推广EPON宽带，提速不提价。对此，辽宁铁通也在部分地区开始进入PON技术时代，否则，在2010年AD用户将很难同PON技术进行竞争。

为了提高市场竞争能力，培育新技术，09年上半年我们确定沈阳、大连、鞍山、营口4家经济环境相对较好的单位做为GPON技术首批试点单位，希望通过借GPON技术投入市场，来提高我省宽带市场竞争能力。

从技术角度考虑，选择GPON的主要原因有以下三点：

1、与移动公司网络融合：由于移动集团集采选择GPON，辽宁移动公司也选择了GPON进行布网，因此考虑今后与移动公司网络融合，保持设备一致性，因此也选择了GPON。

2、差异化经营：辽宁联通、电信两大运营商均选择EPON建网，为了与其中竞争中体现出优势，则必须在技术的选择上有所差异。

3、GPON技术优势：GPON和EPON由于产生标准组织不同，在物理层设计，帧结构设计，帧封装技术，QoS管理和分配，终端管理等方面存在诸多差异。这些差异比较之下，GPON主要表现出下面一些特点：

带宽效率高，分光比高，光功率预算高；

QoS保障机制完善

TDM传送机制灵活，而且ONT和OLT之间可以同步时钟

OAM管理机制定义完善，OMCI目前已经定义几乎所有的业务包括VoIP,CES,MoCA等业务。

通过先期的试点工作，我们在实践中体验到了GPON技术的优势所在，它比传统的AD接入优势在于，传输效率高，可达93%。接入网络结构灵活, 便于扩展，可支持环型、树型等多种网络拓扑结构. 主干仅需光纤, 通过光纤分配网络接入各类业务,分支扩容对现有业务无影响。同时GPON还给分局安装人员带来很大的方便，ONU直接架设在楼道里，直接通过局线箱跳线，省去了机房跳线部分，节省了安装时间。光纤直接到小区，也省去了线路维护，节省了很大的维护空间。由原有电缆方式改为GPON方式

接入的宽带用户也反馈，网络质量较前期有了很大的改善。并且GPON高带宽、高速率、高稳定性的三大特点对用户来讲有着很大的吸引力。

2GPON技术介绍

2.1PON技术原理

PON(Passive Optic Network)是一种采用点到多点（P2MP）结构的单纤、双向光接入网络，主要由OLT光线路终端、POS无源分光器、ONU光网络单元三部分组成。

为了分离同一根光纤上多个用户的来去方向的信号，PON采用WDM技术，下行采用1490nm波长，上行采用1310nm波长实现单纤双向数据传输。CATV信号采用1550nm波长。

PON下行数据流采用广播技术，每个ONU都会接收到所有数据，ONU有选择的进行接收；上行数据流采用TDMA技术，OLT给每个ONU分配一定的授权时间窗口，ONU在OLT分配的时间窗口内发送数据，占用上行带宽，实现上行带宽的动态分配。

DBA, Dynamically Bandwidth Assignment(动态带宽分配)是PON技术中的一项基本技术，通过DBA 可以实现PON上行带宽的动态分配，提高带宽利用率。DBA的基本原理：每个ONU将需要发送的数据长度、优先级等信息上报OLT，OLT根据DBA算法计算出每个ONU的授权时间窗口并授权给ONU，ONU根据OLT的授权时间窗口发送数据占用上行带宽。

测距技术同样是PON技术中的一项基本技术，由于ONU距离OLT的实际距离是不一样的，所以ONU 在OLT授权的时间窗口内发送的数据到达分光器时可能会产生冲突, 测距的主要作用就是为了避免这种冲突的产生。测距的基本原理是OLT发送一个特定数据包给ONU，ONU收到后回传数据包，OLT通过收到回传数据包的时间和传输速率计算出到ONU的距离，然后给予一定的时延补偿，OLT通过调整每个ONU时延补偿的大小将不同距离的ONU拉到相同的逻辑距离，从而避免冲突的产生。

2.2GPON的概念

GPON(Gigabit-capable Passive Optical Networks)，G比特无源光网络，标准在ITU-T G.984.X中定义，GPON采用专门的GEM（通用封装模式）帧格式，实现语音、数据、视频业务的传输。GPON支持2.5Gb/s的下行速率和1.25Gb/s的上行速率，支持的最大物理距离为20KM，分光比最多可以达到1：128。

2.3GPON与EPON的技术比较

1）、GPON带宽效率高，分光比高。GPON下行支持2G的带宽，是EPON的2倍。GPON采用NRZ （不归零编码）编码格式，带宽利用率可以达到93％，较EPON高20％左右。GPON典型的分光比为1：64，最大可以做到1：128，是EPON的2倍；

2）、QoS保障机制完善，GPON定义了固定带宽、保证型带宽、非保证型带宽、尽力而为的带宽等带宽类型，针对不同的业务分配不同的带宽类型，保证各种业务的QOS。比如语音业务，带宽需求固定，则可以分配固定带宽，视频业务对于带宽需求较高，优先级也较高可以分配保证型带宽。

3）、GPON支持好。GPON采用125us定长帧结构，在支持TDM业务上有天然优势；

4）、OAM管理机制定义完善，ITU-T专门定义了OMCI消息，用于ONU的管理维护，定义非常完善，给GPON的规模应用奠定了良好基础。

3GPON建设指导原则

3.1OLT建设原则

3.1.1OLT在GPON网络中的位置

OLT在GPON网络中处于汇聚层，是整个GPON网络的枢纽。OLT上行通过FE或GE接口，分别上行到NGN承载网和IP城域网，实现语音、数据业务的汇聚与分发；下行通过GPON接口与分光器相连，实现业务的接入。

3.1.2OLT的建设方式

OLT首选放置在小区模块局机房，可充分发挥PON的优势：兼顾带宽和成本按目前模块局覆盖的地理范围，城市以3－20km为好的选择，覆盖几千户左右的家庭，光分路其越靠近用户就越节省干线光纤数量。

OLT的设置可以分为集中设置和分散设置两种。集中设置即为覆盖多个用户片区（一般小区或商业区），可简单对应机楼或大接入点；分散设置即为覆盖单个用户片区，可简单对应小区接入。两种设置方式的对比分析如下表：

3.1.3OLT部署建议及投资分析

优先选择端局或中心机房作为OLT设备的放置点，充分利用端局（中心机房）内已有的配电系统、机架（柜）、光纤配线系统等资源，以保证小投入和快速布网；当小区覆盖面积很大，用户数量密集，而周边又没有合适中心机房（或中心机房容量已满）的情况下，可以选择小区机房作为OLT设计的次选放置点。

OLT的投资在整个GPON网络中只占非常小的比例，通常情况下不到整体投资的5%。新建情况下，平均一个PON口约6620元（华为），扩容时，平均一个PON口约3940元（华为）。

3.1.4OLT设备容量计算的原则

根据不同的客户群（住宅用户、商业用户、政企大客户）分配不同的PON口，以采用不同的分光比提供差异化带宽，同时可基于标识PON口的SVLAN在城域网上采取不同的QoS策略以优先保证重要客户的带宽。

PON端口的规划分配应兼具有序性、合理性和前瞻性，建议PON口分配以用户子区域（如某小区、某商务楼、某交接箱覆盖区域、某行政村或大型自然村）为单位进行，每个用户子区域按照用户性质和终期用户数确定规划所需的PON口数，原则上每个用户子区域采用1个或多个PON口进行覆盖。

对于FTTH方式，采用1：64分光，一个PON口覆盖64个用户；对于FTTB方式，考虑未来带宽发展需求，建议优先采用1:32以下的分光器（包括1:32、1:16、1:8等），一个PON口覆盖256～512个用户；GE上行口可根据汇聚层要求配置，可采用同一上行口VLAN划分的方式，也可以配置多个GE上行口，根据业务VLAN指定不同的GE上行口；现有带宽需求下，可按照每2块PON业务板（16PON口）收敛为1×GE考虑；如带宽收敛要求较高，汇聚层设备条件具备情况下，可配置4×10GE上行。

3.2GPON应用模式

3.2.1GPON的三种应用模式

3.2.1.1 FTTN+xDSL模式

1、P2P+xDSL：DSLAM/MSAN放在交接箱或小区机房处，上行采用FE/GE直连方式

2、PON＋xDSL：PON作传输设备

目前普通小区的主要建网模式，考虑到投资收益比，大部分场合采用P2P＋xDSL方式。

3.2.1.2 FTTB+xDSL/LAN模式

1、P2P＋xDSL：Mini DSLAM/MSAN放在楼道

2、PON＋VDSL2：需上行为PON、下行为VDSL2的MDU设备

3、PON＋ONU(LAN＋AG)：可采用内置AG功能的LSW，或采用叠加方式，适合一些写字楼宇、商业用户等投资收益有保证的客户。

3.2.1.3 FTTH/O模式

光纤到家或光纤到办公室是光纤接入的终极模式，适合于高档别墅、高档写字楼宇；采用纯PON接入。

三种建设模式并不是严格时间上的三个阶段，需根据带宽的需求以及投资收益比选择最合适的建网模式。

3.2.2城市新建场景分析

城市新建场景主要分为以下四种模式：

模式一，FTTB(PON)+LAN，铜缆接入距离在100m内：

普通用户住宅楼采用MDU内置AG(IAD)方式，以五类线接入用户，用户端采用双口面板。此种模式为当前主要模式，设备通常按照住户的30%-50%配置。

模式二：FTTB(PON)+DSL，铜缆接入距离在100～300m内：

高层楼宇或五类线布线存在距离限制的住宅小区，以双绞线入户，实现宽(ADSL2+)窄带统一接入。模式三：FTTN(P2P)+DSL，铜缆接入距离在500-1km左右：

用户相对分散、接入距离远（1km以内）、实装率低、小区内有机房资源的情况。

模式四：FTTH(PON)，光纤直接入户，无需铜缆：

市场有需求、投资有收益的高档住宅、别墅，按照营销规划，实现FTTH一步到位。

综合考虑建设成本、业务能力和网络演进等因素，城区新建区域的GPON建设主要参考以下几方面原则：

1）、对于楼内布线采用五类线方式的区域，可考虑FTTB(PON)+ONU内置多LAN端口方式；

2）、对于楼内布线采用双绞线方式的区域，采用FTTB(PON)+ONU内置多DSL端口方式。

3）、几种模式的建设成本差异并不是很大，如能比较经济地获取小区机房，也可以采用FTTN方式进行建设。小区机房至用户的距离应尽量控制在500米以内，

4）、近期采用ADSL2+技术向用户提供业务，中远期可以根据需要采用VDSL2技术。

5）、从目前FTTH建设成本来看，大规模推广FTTH的时机还未完全成熟。

6）、对于FTTB或农村地区小容量FTTN，主要采用ONU内置IAD方式；对于大容量FTTN，可采用宽窄带综合接入设备内置AG方式；

3.2.3城市改造场景分析

城市改造场景主要分为以下三种模式：

模式一：FTTB(PON)+DSL，铜缆接入距离为100米内

只布放双绞线的集中住宅小区，利用FTTB+DSLAM进行改造，宽窄带比例通常选择为1：2或1：4，实装率为50%和80%。

模式二：FTTC(PON)+DSL，铜缆接入距离为100～500m内

楼内已布放双绞线的末梢零散住宅小区用户，较难获取小区机房或楼内站点，采用室外柜方式进行建设。

模式三：FTTN(P2P)+DSL，铜缆接入距离为1km以内

末端配线电缆较长的零散用户，可采用FTTN模式进行改造，新建宽窄带综合接入设备，可以选用室外型一体化机箱或利用原交接箱改造，综合接入设备要充分利用现有设备板卡。

3.2.4农村新建场景分析

农村地区，优先采用FTTN＋DSL的建设模式，采用P2P方式或PON方式。农村地区宽窄带的比例一般为1：4或1：8甚至更高。光缆尚未通达的行政村，需要新布设光缆用来解决宽带接入需求时，采用PON接入在投资方面具有较为明显的优势。

模式一：FTTN(P2P)+DSL，铜缆接入距离为1km左右

对于有线资源易覆盖、分布稀疏的村落，采用FTTN（P2P）模式。

模式二：FTTN(PON)+DSL，铜缆接入距离为500m-1km左右

对于村落分布相对集中的农村地区，可考虑优先采用FTTN（PON）＋ADSL2+方式提供宽带接入，以节省光纤资源。

3.3FTTB ONU的选型建议

在GPON的三种建设模式中，FTTH和FTTN的ONU选项比较容易，而FTTB的选型较复杂，因此本节专门进行介绍。

在GPON项目建设初期，需要通过对项目需求及现场情况的分析进行判断，从而选择ONU的类型，可结合以下流程图进行分析：

对于插框式MDU，可以参考下表进行选择：

4GPON组网方案

我省的GPON建设还处于初期阶段，GPON的应用要能够满足用户的未来宽带的需求，同时又可以充分利用现网资源，取得效益最大化。

4.1宽带组网方式

OLT通过GE或者FE口连接到城域网的BAS上，由BAS完成宽带用户的认证，认证通过后，用户数据继续上行到城域网的核心路由器，在上行到省干和国干，完成对互连网的访问。

宽带组网方式如下图所示：

4.2窄带组网方式

在省分公司的NGN网中，设置了一套软交换（单机）放置在省分公司机房，配置FCCU单板3对，理论可配置8万用户数据+9千中继数据。各地市公司机房放置一套小规格中继网关设备，最大支持48个E1，兼作信令网关与媒体网关。计费采用预付费方式，在智能网ENIP平台上实现。具体窄带组网如下

图：

目前可提供的基本电话业务为：

能向用户提供本地网用户相互间电话呼叫。

能向用户提供国内、国际长途自动直拨的去话业务和全自动来话业务。

能向用户提供直拨呼叫用户交换机的分机用户及呼叫用户交换机人工台的业务。 能向用户提供用户交换机分机用户直接拨出的业务。

能向用户提供各种特服呼叫包括各类查询和申告业务。

能向用户提供与公用网中移动用户间的呼叫业务。

基本电话补充业务：

呼叫限制、免打扰业务、主叫号码显示、主叫号码显示限制、呼叫前转、遇忙呼叫前转、遇忙呼叫前转（CFB）、无应答呼叫前转（CFNR）、无条件呼叫前转（CFU）、呼叫等待（CW）、呼叫保持(CH)、三方业务(3PTY)、CENTREX业务等。

现网网络存在以下问题：

BOSS系统没有对软交换的接口，无法对软交换生成的话单进行分析。从而无法实现对用户的有效计费。

智能网业务触发仍然放在端局触发，软交换直接下带的用户（AG、IAD、PON）不能开通智能业务。

现网承载网通过2M捆绑加IP协议转换器方式实现，QoS和带宽无法保证。

4.3业务发展情况及存在的问题

通过GPON网络的建设，将原有机房内的接入网设备下移到更加靠近用户的位置，如小区机房或楼道内，使最后接入用户的距离由原来的1～2Km缩短到只有几十米、甚至十几米，从而使用户带宽得到大幅提升。

PON是一种新技术，对于这个技术的普及，不仅仅是一个节省投资，提高网络质量的问题，更是一个下一步竞争的问题、生存的问题。截止09年底我省已有12个地市开始GPON技术的建设工作，通过09年近5000线的GPON建设经营看，面对GPON技术我们还有很多要改进提高的地方：

1）语音平台扩容后的技术储备和复杂计费套餐的推广是目前的重点解决工作。这一情况在全省语音平台扩容后，将解决单一的GPON语音计费模式，也会具备各种实现方式的语音套餐。

2）GPON技术的推广，对城域网带宽的侵蚀、占用，随着用户的增长，能否满足需求。以目前我省的带宽看在用户大规模增长后将会出现带宽紧张，城域网拥挤的情况发生，现有带宽很难保证宽带用户的需求，因此需要尽早做好各级网络扩容准备，及时的增加城域网带宽避免出现由于带宽紧张而制约用户发展的现象。

4.4投入产出情况及与ADSL建网对比

从技术角度讲，GPON带宽远高于ADSL。从成本考虑，主设备部分GPON投资与ADSL投资持平，平均每线200元左右（不包括ADSL宽带Modem）配套设备部分GPON投资较ADSL有较大降低，主要表现为：

1）接入设备不用机房，而是放置在小区机房或楼道内；

2）光纤资源得到大量节省，减少了铜缆的建设；

3）配套设备，如电源、电池、配线架等随接入设备一同下移，也有一定减少。

从已建成的GPON网络分析看费用构成如下：

a、OLT每个PON口造价1万元，按1：16分光，可出16路，每路可出48线，每线核13元；

b、ONU每台8100元，按48（宽窄带各24线）每线核169元；

c、网络箱不带电每个800元，每线核17元；

d、分光器1：16，按每个1280元，每线核1元；

设备及配套部分（abcd）总投资核每线200元。

5承载网方案分析

5.1概述

我省的DCN网作为基础网络，承载着包括网管、计费、营业厅等多种重要的数据业务，现在PON的业务开始大规模发展，其语音业务的可靠性和安全性要求都很高。

我省原有NGN承载网承载着软交换、智能网、PON的语音等业务，但由于目前沈阳的S6503与地市的S3552/S3528交换机之间部署的是2M的光纤，难以满足PON语音业务的发展需求。

针对现有网络状况和需求，有必要对现有的DCN网进行改造，改造后变成一张综合承载网管、计费、营业厅和PON语音业务的网络，原有NGN承载网保留，作为PON语音业务的备用网络。

5.2 承载网网络现状

5.2.1 DCN 承载网现状

我省的DCN 网现有两台NE40-8设备分别安放在省中心机房和沈阳数据中心机房，省中心机房的NE40-8设备连接省中心的TBSS 交换机（TBSS 交换机为华为的S6503交换机），同时采用622M 的方式下连沈阳数据中心机房的NE40-8。沈阳数据中心的NE40-8作为汇聚设备与各地市的NE20E-8互联，采取2.5G CPOS 板卡划分成多个155M 的方式，同时负责沈阳本市DCN 网的接入。各地市采用NE20-8高端路由器负责本地市DCN 网络的接入。

NE40-8设备版本：

Version 5.30(NE40&80 V300R002C01B599)

NE20E 设备版本：

VRP 5.30-231220004、VRP5.30-23138003、VRP5.30-23138009

5.2.2 NGN 承载网现状

MPLS 域

OSPF

沈阳数据机房NE40

省支撑中心浑南机房NE40

155M

622M POS 各地市接入路由器NE20E

网管平台 6505）

NGN承载网，每个地市有两台交换机（S3552/S3528）分别与省公司的S6503连接，两台S6503上行分别连接一台Eudemon500防火墙，防火墙双机热备，启用透明模式，上连2台S3500交换机。在S6503与地市交换机，以及与省公司2台交换机之间配置进程1的ospf协议。地市交换机分别连接UMG8900以及PON的汇聚设备MA5680。

5.3承载网网络建设方案

5.3.1改造后组网图

DCN承载网省中心新增一台NE40-8，各地市NE20E新增一块8端口FE板卡；NGN承载网防火墙新增两个光接口板，用于连接省中心的2台NE40。地市的2台S3552交换机各通过一个FE口连接NE20E，新增的N2000客户端直接通过一个FE口连接NE20E。

5.3.2改造方案

按照省分公司目前网络发展趋势，DCN承载网作为改造后的软交换及PON语音业务的主用网络，NGN承载网作为备用网络，当某个地市主用网络发生链路或设备故障时，能够自动倒换至备用网络，而不影响其它地市业务。

1）路由协议部署

原有网络中，DCN承载网的IGP协议是进程1的OSPF协议，NGN承载网的IGP协议也是进程1 的OSPF协议，为了减少对现网业务的影响，NE20E与交换机之间、NE40与防火墙之间，也配置进程1的OSPF协议。

2）网络路由规划

为了使业务优选DCN承载网上行，各地市S3552经过DCN网上行至沈阳软交换的链路cost值之和要小于S3552经过原NGN网至沈阳软交换的cost值之和。为了实现这个需求，需要在PE设备之间建立OSPF伪连接（Sham link），使经过MPLS VPN网络的路由也成为OSPF区域内路由，再通过调整链路cost值，实现路由的优选。

3）VPN部署

在DCN网中，为了实现PON语音业务与原网管、计费等业务的分离，需要部署PON语音业务的VPN；同时为软交换新增的N2000客户端配置一个独立的VPN。

4）QOS部署

为了保证PON语音业务的高可靠性，需要在DCN网NE20E--沈阳NE40—省中心NE40之间部署QOS 策略，为PON语音业务（包括软交换）保证30M的带宽，同时为了保证计费业务的带宽，又需要限制PON语音业务的流量不能超过30M。

（1）上行流量：

在NE20E的PON业务入接口上，应用QOS复杂流分类策略，为PON业务打上QOS的EF标签，在NE20E的出接口（上行链路）上，配置队列调度，并设置EF流的CIR和PIR均为30M。

在沈阳的NE40上，入接口配置简单流分类，信任入流量的优先级，在出接口上配置队列调度，并设置EF流的CIR和PIR为420M（30M/地市* 14地市= 420M）。

（2）下行流量：

在省中心NE40与防火墙的接口上，应用QOS复杂流分类策略，为PON业务打上QOS的EF标签，在NE40的出接口（下行链路）上，配置队列调度，并设置EF流的CIR和PIR均为420M。

在沈阳NE40与省中心的NE40接口上，配置简单流分类，信任入流量的优先级，在出接口（与各地市的接口）上配置队列调度，并设置EF流的CIR和PIR为30M。