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；
?。?）對(duì)業(yè)務(wù)的保護(hù)能力差,；
（4）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；
?。?）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)：
?。?）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),；
（2）網(wǎng)絡(luò)管理能力大大加強(qiáng),；
?。?）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,。
（3）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,。
（4）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),。
（5）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。
?。?）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：
（1）帶寬利用率較低,；
?。?）最大提供的帶寬有限；
?。?）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,。
（5）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；
?。?）業(yè)務(wù)開(kāi)通率高,，投資回收快；
?。?）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)
（1）需要重新鋪設(shè)光纖線路,；
（2）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；
?。?）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,。
（2）速率更高,，上下行帶寬高達(dá)1Gbit/s,。
（3）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,；
（3）能夠有效承載TDM業(yè)務(wù),。
3.2.2 劣勢(shì)
?。?）硬件實(shí)現(xiàn)難度大，成本高,；
?。?）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)
?。?）控制網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)導(dǎo)入過(guò)程,，即ONU的注冊(cè)過(guò)程。
?。?）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,。