1,、背景

　　首先，隨著用戶對(duì)寬帶接入提出越來(lái)越高的要求,，現(xiàn)有的寬帶接入方式,，如ADSL和LAN接入，由于存在傳輸距離短,、接入帶寬有限,、安全性不高、QoS沒(méi)有很好的保證等問(wèn)題,，已越來(lái)越不能滿足用戶的需求,。第二，光接入技術(shù)快速發(fā)展,，從有源光接入技術(shù)（PDH,、SDH、MSTP,、點(diǎn)到點(diǎn)以太網(wǎng)系統(tǒng)）到PON無(wú)源光接入技術(shù)（APON,、BPON、GPON,、EPON,、GEPON）。最后,，由于光纖本身的成本,，光收發(fā)模塊、OLT和ONU的設(shè)備成本,，以及現(xiàn)有光纖到戶的配套成本不斷下降,，使得目前實(shí)現(xiàn)光纖到戶的設(shè)備成本和線路成本比以前有了大幅度的下降。因此,，光纖到戶接入方式逐漸成熟,，目前也逐漸成為國(guó)內(nèi)外通信行業(yè)的熱點(diǎn)。在不久的將來(lái)必將成為用戶接入的重要手段,。然而在目前眾多的光纖接入技術(shù)中,，哪種光纖接入技術(shù)比較適合FTTH的大規(guī)模發(fā)展呢？

　　2,、有源光纖接入技術(shù)

　　2.1　PDH

　　PDH技術(shù)以其成熟性在光接入領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,，其安全可靠性和高QoS保障性能,，使其在一段時(shí)間內(nèi)仍然是電信運(yùn)營(yíng)商重要的光纖接入技術(shù)方式。但是傳統(tǒng)PDH技術(shù)在接入應(yīng)用中不可避免存在一定局限性,，主要體現(xiàn)在：

　?。?）缺乏統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理；

　?。?）組網(wǎng)能力欠缺,；

　　（3）對(duì)業(yè)務(wù)的保護(hù)能力差,；

　?。?）對(duì)急劇增長(zhǎng)的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)缺乏有效的承載手段；

　?。?）擴(kuò)容升級(jí)缺乏靈活性,；

　　（6）接口單一,，設(shè)備層疊,，外部線纜連接比較多，故障點(diǎn)增多,，給維護(hù)帶來(lái)困難,。

　　PDH光接入技術(shù)主要應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)小容量專線企業(yè)用戶。

　　2.2　SDH

　　在目前企事業(yè)客戶光纖接入中應(yīng)用得比較多的SDH,，與PDH相比,，有如下明顯優(yōu)點(diǎn)：

　　（1）統(tǒng)一的比特率,，統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn),，便于設(shè)備間的互聯(lián)；

　?。?）網(wǎng)絡(luò)管理能力大大加強(qiáng),；

　　（3）具有自愈保護(hù)功能,。

　　SDH主要缺點(diǎn)在于是為傳輸TDM信息而設(shè)計(jì)的,。該技術(shù)缺少處理基于TDM技術(shù)的傳統(tǒng)語(yǔ)音信息以外的其他信息所需的功能，不適合于傳送TDM以外的ATM和以太網(wǎng)業(yè)務(wù),。

　　SDH光接入技術(shù)主要應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)大容量專線企業(yè)用戶,、局間或匯接點(diǎn)（POP）間通信。

　　2.3　MSTP

　　基于SDH,、同時(shí)實(shí)現(xiàn)TDM,、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)接入、處理和傳送,，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的MSTP,，具有如下優(yōu)勢(shì)：

　　（1）提供多種物理接口,，滿足新業(yè)務(wù)快速接入,。在保證兼容傳統(tǒng)TDM業(yè)務(wù)的同時(shí)，能夠提供多業(yè)務(wù)靈活接入,。典型的業(yè)務(wù)主要有：IP、ATM,、SDH,、FR。

　?。?）由于它是基于現(xiàn)有SDH傳輸網(wǎng)絡(luò)的,，可以很好地兼容現(xiàn)有技術(shù)，保證現(xiàn)有投資,。

　?。?）MSTP采用VC虛級(jí)聯(lián)技術(shù)，有效地利用帶寬并實(shí)現(xiàn)了較小顆粒的帶寬管理,。

　?。?）MSTP采用LCAS技術(shù)，保證了在不中斷數(shù)據(jù)流的情況下動(dòng)態(tài)地調(diào)整虛級(jí)聯(lián)的個(gè)數(shù),。

　?。?）MSTP技術(shù)支持網(wǎng)狀、樹(shù)型,、星型,、多環(huán)切接等組網(wǎng)方式，這樣可以提高網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性,，便于靈活高效地配置系統(tǒng)環(huán)境,。

　　（6）傳輸?shù)母呖煽啃院妥詣?dòng)保護(hù)恢復(fù)功能,。MSTP繼承了SDH的保護(hù)特性,，小于50ms的自動(dòng)保護(hù)恢復(fù)，保證用戶對(duì)服務(wù)的滿意程度,。

　　MSTP的缺點(diǎn)主要有：

　?。?）帶寬利用率較低；

　?。?）最大提供的帶寬有限,；

　　（3）主要實(shí)現(xiàn)二層功能，以及較為簡(jiǎn)單的三層功能,；

　?。?）靈活提供業(yè)務(wù)能力不足。

　?。?）光纖的占用較多

　　MSTP的應(yīng)用場(chǎng)合主要定位于局間或匯接點(diǎn)間通信以及大型企事業(yè)用戶的點(diǎn)到點(diǎn)通信,。

　　2.4　點(diǎn)到點(diǎn)以太網(wǎng)系統(tǒng)

　　點(diǎn)到點(diǎn)以太網(wǎng)系統(tǒng)是最直接的以太網(wǎng)光纖接入技術(shù)。每個(gè)用戶通過(guò)一根/對(duì)光纖直接連接到局端以太網(wǎng)交換機(jī)的一個(gè)用戶光接口,。在點(diǎn)到點(diǎn)以太網(wǎng)系統(tǒng)方式中,，通過(guò)擴(kuò)充的以太網(wǎng)OAM協(xié)議，可以通過(guò)局端交換機(jī)對(duì)用戶端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理,，從而提供電信級(jí)可運(yùn)營(yíng),、可管理的以太網(wǎng)接入方式。

　　2.4.1　優(yōu)點(diǎn)

　?。?）接入帶寬高,，網(wǎng)絡(luò)升級(jí)方便；

　?。?）網(wǎng)絡(luò)層次簡(jiǎn)單,，接入網(wǎng)和用戶以太網(wǎng)無(wú)縫連接；

　?。?）以太網(wǎng)交換機(jī)放在大樓,、小區(qū)或者局端機(jī)房，局端和用戶端之間直接通過(guò)光纖連接,，整個(gè)接入網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,；

　　（4）業(yè)務(wù)開(kāi)通率高,，投資回收快,；

　　（5）通過(guò)局端交換機(jī)可以對(duì)用戶端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程管理,，在局端就可以輕松進(jìn)行線路檢測(cè),、故障定位，降低了維護(hù)難度,。

　　2.4.2　缺點(diǎn)

　?。?）需要重新鋪設(shè)光纖線路；

　?。?）每個(gè)用戶占用一根/對(duì)光纖,，光纖數(shù)量多，施工較困難,；

　?。?）因?yàn)橐蕴W(wǎng)技術(shù)的固有機(jī)制不提供端到端的包時(shí)延,、包丟失率和帶寬控制，難以保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量,，提供TDM業(yè)務(wù)比較困難,；

　　（4）維護(hù)成本很高,；

　?。?）缺乏安全機(jī)制保證；

　　2.4.3　應(yīng)用場(chǎng)合

　　用戶很密集時(shí),，機(jī)房空間需求和成本也隨之迅速增加,，因而不太適合高密集用戶區(qū)域，比較適合分散用戶接入,。

　　3,、無(wú)源光纖接入技術(shù)

　　無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON），是指在OLT（光線路終端）和ONU（光網(wǎng)絡(luò)單元）之間的光分配網(wǎng)絡(luò)（ODN）沒(méi)有任何有源電子設(shè)備,。其典型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的星型結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。在光分支點(diǎn)不需要節(jié)點(diǎn)設(shè)備,，只需要安裝一個(gè)簡(jiǎn)單的無(wú)源光分路器,，因此具有節(jié)省光纜資源、帶寬資源共享,、節(jié)省機(jī)房投資,、安全性高、綜合建網(wǎng)成本低,、維護(hù)成本低,、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。

　　圖1　無(wú)源光網(wǎng)絡(luò)（PON）拓?fù)鋱D

　　PON光纖接入技術(shù)的缺點(diǎn)：

　?。?）初期投資成本太高,；

　　（2）其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用戶不具有保護(hù)功能或保護(hù)成本太高,。

　　PON光纖接入技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)合主要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(duì)集中的小面積密集用戶地區(qū),。

　　目前基于PON的光纖接入技術(shù)有APON,、BPON、GPON,、EPON和GEPON等5種,，由于APON和BPON是基于ATM，而ATM不是發(fā)展方向,，而且其速率有限,，設(shè)備復(fù)雜,，滿足不了用戶高帶寬和低成本的要求，因此,，APON和BPON不是發(fā)展方向,。本文主要介紹EPON/GEPON和GPON光纖接入技術(shù)。

　　3.1　EPON/GEPON

　　EPON/GEPON是IEEE提出的基于以太網(wǎng)的PON技術(shù),，已形成標(biāo)準(zhǔn)802.3ah,，該標(biāo)準(zhǔn)主要是設(shè)備商推動(dòng)的。

　　3.1.1　優(yōu)勢(shì)

　?。?）消除了ATM層,，降低設(shè)備復(fù)雜度和實(shí)現(xiàn)難度，從而降低成本,。

　?。?）速率更高，上下行帶寬高達(dá)1Gbit/s,。

　?。?）標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備成熟。

　　3.1.2　缺點(diǎn)

　?。?）難以支持以太網(wǎng)以外的業(yè)務(wù),，特別是實(shí)時(shí)性要求要的TDM業(yè)務(wù)。

　?。?）傳輸效率低,，由于線路編碼、承載層,、傳輸匯聚層,、業(yè)務(wù)適配效率等方面的原因，使得傳輸效率很低,，僅為GPON的一半,。

　　3.1.3　應(yīng)用場(chǎng)合

　　主要定位于為用戶提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)接入，以商業(yè)用戶和個(gè)人用戶為主,。

　　3.2　GPON

　　GPON是ITU-T提出的基于ATM和GFP的PON技術(shù),，已形成標(biāo)準(zhǔn)G.984.1和G.984.2，該標(biāo)準(zhǔn)主要是運(yùn)營(yíng)商推動(dòng)的,，因此具有更周到的運(yùn)營(yíng)利益考慮,，速率更高，可達(dá)2.4Gbit/s,；具有通用的映射格式,，可適應(yīng)任何新老業(yè)務(wù)；具有豐富的運(yùn)行,、管理,、維護(hù)和配置（OAM&P）特點(diǎn),；對(duì)各種業(yè)務(wù)均具有很高的傳輸效率，即便對(duì)于TDM業(yè)務(wù)也能高效無(wú)開(kāi)銷地傳送,。

　　3.2.1　優(yōu)勢(shì)

　?。?）速率更高，達(dá)到2.5Gbits/s,；

　?。?）傳輸效率更高；

　?。?）能夠有效承載TDM業(yè)務(wù),。

　　3.2.2　劣勢(shì)

　　（1）硬件實(shí)現(xiàn)難度大,，成本高,；

　　（2）設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)不太成熟,。

　　3.2.3　應(yīng)用場(chǎng)合

　　主要定位于為高端用戶提供數(shù)據(jù),、語(yǔ)音業(yè)務(wù)和專線接入，以大客戶和商業(yè)用戶為主,。

　　4,、GEPON關(guān)鍵問(wèn)題和技術(shù)

　　4.1　測(cè)距、同步

　　測(cè)距技術(shù)是TDMA方案中的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題,。它實(shí)質(zhì)上是上行信號(hào)的同步問(wèn)題,。由于各ONU距OLT的光纖路徑不同和各ONU元器件的不一致性造成OLT與各ONU間的環(huán)路時(shí)延不同,，而且由于環(huán)境溫度的變化和器件老化等原因,，環(huán)路延時(shí)也會(huì)發(fā)生不斷的變化。因此必須引入測(cè)距技術(shù)對(duì)上述原因引發(fā)的時(shí)延差異進(jìn)行補(bǔ)償,，以確保不同ONU所發(fā)出的信號(hào)能夠在OLT處準(zhǔn)確地按時(shí)隙復(fù)用在一起,，避免由于上行時(shí)隙間的不同步而導(dǎo)致在OLT上發(fā)生信號(hào)碰撞的現(xiàn)象。GEPON中采用的同步技術(shù)是絕對(duì)時(shí)標(biāo)（ATS）技術(shù),，包括ATS的插入和提取等,。

　　OLT有一個(gè)本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)器，該計(jì)數(shù)器對(duì)時(shí)間顆粒計(jì)數(shù),。當(dāng)OLT發(fā)送MPCP幀時(shí),，它就將本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的值，即絕對(duì)時(shí)鐘插入到其時(shí)間標(biāo)簽域中,。ONU中也有一個(gè)本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)器,。這個(gè)計(jì)數(shù)器也是對(duì)時(shí)間顆粒計(jì)數(shù)。但是,。ONU無(wú)論何時(shí)接收到OLT發(fā)送的MPCP幀,，就要將這個(gè)幀所攜帶的新的時(shí)間標(biāo)簽值來(lái)刷新自己的本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的值,。當(dāng)ONU發(fā)送MPCP幀時(shí)，它也要將自己的時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的值映射到時(shí)間標(biāo)簽域中,。OLT將對(duì)接收到的ONU的時(shí)間標(biāo)簽進(jìn)行檢查,。時(shí)間標(biāo)簽測(cè)距法就是通過(guò)時(shí)間標(biāo)簽在OLT與ONU之間的傳遞，計(jì)算接收的時(shí)間標(biāo)簽值和OLT本地時(shí)鐘的之間的差來(lái)得到ONU的RTT值,。OLT只要接收到了ONU的MPCP幀,，就要進(jìn)行測(cè)距，利用時(shí)間標(biāo)簽法進(jìn)行測(cè)距的原理如圖2所示,。

　　圖2　GEPON測(cè)距技術(shù)

　　圖中TR為ONU總的響應(yīng)時(shí)間,，TDOWN為下行傳輸延時(shí)，TUP為上行傳輸延時(shí),，TWAIT為ONU接收到OLT的MPCP消息（一般為GATE消息）到發(fā)送窗口開(kāi)始之間的等待時(shí)間,。OLT在本地時(shí)間為to時(shí)，給ONU發(fā)送一個(gè)MPCP幀,，它攜帶的時(shí)間標(biāo)簽值為TS=to,。經(jīng)過(guò)TDOWN時(shí)間的傳輸延時(shí)后，這個(gè)MPCP幀到達(dá)ONU,。ONU將本地時(shí)間計(jì)數(shù)器的值更新為to,，然后就等待。等待TWAIT時(shí)間后,，這個(gè)ONU的發(fā)送窗口開(kāi)始了,，它就發(fā)送數(shù)據(jù)和MPCP幀，并將本地時(shí)鐘計(jì)數(shù)器的值t1插入到MPCP幀的時(shí)標(biāo)域,。ONU發(fā)出的MPCP幀經(jīng)過(guò)TUP時(shí)間的傳播延遲后到達(dá)OLT,。

　　4.2　突發(fā)發(fā)送和接收

　　與所有的采用TDMA技術(shù)的PON一樣，GEPON中也面臨著上行信號(hào)的突發(fā)發(fā)送和接收的問(wèn)題,。由于不同的ONU到達(dá)OLT的距離不相等,，以及每一個(gè)ONU的光模塊發(fā)出的光信號(hào)的強(qiáng)度不同，造成了OLT的接收機(jī)接收到的信號(hào)功率在每一個(gè)時(shí)隙都不相同,，導(dǎo)致OLT容易產(chǎn)生誤判,。

　　為了解決OLT誤判的問(wèn)題，有兩種方法,，一種是要求ONU動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)光功率,，另外一種是要求OLT動(dòng)態(tài)調(diào)整判決電平，如圖3所示,。前一種方法對(duì)ONU提出更高的要求,，成本較高，后一種方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,，成本較低,，目前大部分采用后一種方法,。

　　圖3　GEPON突發(fā)接收技術(shù)

　　4.3　安全性問(wèn)題

　　由于GEPON下行是一個(gè)共享網(wǎng)絡(luò)，因此用戶安全也是GEPON中比較受到關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題,。如圖4所示,，為了確保用戶數(shù)據(jù)的安全，目前主要采用兩種方式,，一種是為每個(gè)ONU分配唯一的LLID,，另外一種是采用AES128加密技術(shù)對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，ONU將定時(shí)產(chǎn)生新的密鑰,，并發(fā)送到OLT,，OLT根據(jù)一定算法將ONU產(chǎn)生的密鑰轉(zhuǎn)換成真正的加密圖樣，對(duì)下行數(shù)據(jù)流進(jìn)行加密,。

　　圖4　GEPON安全問(wèn)題

　　4.4　QoS問(wèn)題和DBA技術(shù)

　　由于以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)流具有很強(qiáng)的突發(fā)性,，如果采用靜態(tài)的帶寬分配方案，就會(huì)產(chǎn)生帶寬利用率低下或帶寬分配不公平的現(xiàn)象,。因此,，為提高帶寬利用率，在GEPON中采用動(dòng)態(tài)的帶寬分配機(jī)制,。采用DBA的好處在于不但可以提高帶寬利用率,，還可以采用帶寬調(diào)度算法來(lái)保證某些優(yōu)先級(jí)高的業(yè)務(wù)的QoS。DBA能確保用戶所簽訂的服務(wù)等級(jí)合同（包括最小帶寬,、最大帶寬和延時(shí)敏感性）得到公平的執(zhí)行,。在簽訂SLA時(shí)可以規(guī)定業(yè)務(wù)和用戶的優(yōu)先級(jí)。高優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)或用戶可以優(yōu)先獲得網(wǎng)絡(luò)資源,。在確保所有的業(yè)務(wù)或者用戶的最小帶寬得到保障的情況下,，可以動(dòng)態(tài)地分配剩余帶寬，供突發(fā)性較強(qiáng)的業(yè)務(wù)使用,。

　　4.5　MPCP技術(shù)

　　MPCP是一種多點(diǎn)控制協(xié)議,，指明了OLT和ONU之間的控制機(jī)制,，如圖5所示,，其功能如下：

　　圖5　GEPON MPCP技術(shù)

　　（1）控制網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)導(dǎo)入過(guò)程,，即ONU的注冊(cè)過(guò)程,。

　　（2）給終點(diǎn)站（ONU）分配帶寬

　?。?）詢問(wèn)來(lái)自終點(diǎn)站（ONU）的帶寬請(qǐng)求

　　5,、結(jié)束語(yǔ)

　　綜上所述，各種光纖接入技術(shù)都有其最佳使用場(chǎng)合和時(shí)機(jī),，PDH,、SDH和MSTP最適合企事業(yè)用戶,，點(diǎn)到點(diǎn)以太網(wǎng)系統(tǒng)適合在低密度用戶分散地區(qū)應(yīng)用，PON光纖接入技術(shù)最適合新建或改建的密集用戶區(qū)應(yīng)用,，其中又以GEPON和GPON光纖接入技術(shù)在FTTH將來(lái)大規(guī)模發(fā)展中最具潛力,。