光接入模式与光接入建设方案浅谈

李文龙

【摘要】随着人们对高带宽的不断追求,光接入技术越来越受到重视。文章首先分析了我国宽带发展现状,然后介绍了目前讨论最多的几种光接入技术(P2P、EPON和GPON)和光接入模式(FTTx),从建设成本等方面阐述了在建网时FTTx方案的选择。

【关键词】光接入技术FTTxP2PEPONGPON

1 引言

随着我国社会信息化的飞速发展、商业竞争的日趋激烈及生活娱乐的多样化,迫切地想利用网络获取信息或进行网上交易、宣传、互联、游戏等的用户持续地大幅增多,对通信的要求已逐渐从窄带电话、传真业务向可视电话、IPTV、视像点播(VOD)、图文检索和高速数据等宽带新业务领域延伸。用户期待着高速度、多功能、服务完善的宽带网络,这样就对接入承载网络提出了更高的带宽要求。

我国宽带接入市场现阶段的基本特点可概括为:(1)随着IPTV等宽带应用的起步,DSL的提速改造、接入网管控及QoS性能提升成为了现阶段运营商的工作重心;(2)光进铜退的趋势加速,针对商业用户的点对点FTTB应用已日益普及,PON也开始在FTTB/FTTC、FTTO、FTTH等不同场合得到局部应用,发展潜力巨大;(3)FTTx+xDSL方式仍然是现阶段的主要建设模式。

2 光接入技术

光接入的技术选择主要涉及三大问题:一是选择点对多点的PON还是点对点(P2P)光接入;二是如果选择PON,采用哪种PON技术;三是如果选择P2P,采用哪种P2P光接入技术。这里我们重点分析前两个问题。

在实际应用中,采用P2P光接入还是PON往往取决于网络的物理拓扑及用户的分布状况。如果网络更适合部署成树型拓扑结构,PON无疑是最合适的,例如许多新兴的工业开发区、大型住宅小区,客户接入点的分布呈树状,可以很方便地部署PON;如果是单个用户的接入,点对点的有源光接入更合理,如许多分散的商业大客户接入。另外光纤越靠近用户,光接入的用户密度越大,引入PON的价值就越大,如对于FTTH,PON就是最经济有效的技术手段。

2.1 点对点有源以太网系统(P2P)

FTTH网络中的点对点接入技术是将电信号转换成光信号进行长距离的传输,上下行带宽都可以达到100Mbps甚至1Gbps。采用点对点方式实现FTTH具有产品成熟、结构/技术简单、安全性较好的特点,在日本和美国已广泛应用。其主要优点如下:

a)带宽有保证,每用户可以在配线段和引入线段独享100Mbps乃至1Gbps带宽;

b)集中在小区机房配线,易于放号、维护和管理;

c)设备端口利用率高,可以根据接入用户数的增加而逐步扩容,在低密度用户分布地区成本较低;

d)由于用户可独立享有一根光纤,因此信息安全性较好;

e)传输距离长,服务覆盖区域广。

但这种技术最大的缺点是需要铺设大量的光纤和光收发器,在大规模应用情况下网络铺设困难,设备成本也很难再下降,甚至会上升。

2.2 点对多点无源光网络系统(PON)

目前主流的PON技术主要有EPON和GPON,其主要差异在于采用了不同的二层技术。EPON(或称为GEPON)可以支持1.25Gbps对称速率。GPON在二层采用GEM(源自ITU-T定义的GFP)对Ethernet、TDM、ATM等多种业务进行封装映射,能提供1.25Gbps和2.5Gbps两种下行速率和所有标准的上行速率,并具有强大的OAM功能。另外,WDM-PON被认为是下一代光接入技术,能透明传输各种协议的所有业务流,不需改变物理设备就可以升级带宽,能够适应未来很长时间的带宽需求。同时由于WDM-PON为每个ONU分配一个波长,不同用户之间不共享信息,因此不会像TDM-PON那样因所有用户收到的信号相同而产生安全问题。

作为当下PON的两大热点技术,EPON的显著优势在于产品商用较早,设备成本较低;缺点是标准定义简单,缺乏完善的QoS和OAM机制。而GPON的显著优势在其性能方面,如更高的速率和传输效率,对TDM业务的更好支持,更强的OAM功能,更高的标准化程度。

(1)EPON

EPON可提供上下行对称1.25Gbps的传输速率,下行10Gbps的传输速率正在研究中。从结构上看,EPON极大地简化了传统的多层重叠网结构,主要优点如下:

a)消除了ATM和SDH层,从而降低了初始成本和运行成本;

b)下行业务速率可达1Gbps,允许支持更多用户和更高带宽;

c)硬件简单,无须室外电子设备,使安装部署工作得以简化;

d)可以大量采用以太网技术成熟的芯片,实现较简单,成本低;

e)改进了电路的灵活指配、业务的提供和重配置能力;

f)提供了多层安全机制,诸如VLAN、闭合用户群和支持VPN等。

EPON的主要缺点如下:

a)设备互操作性差;

b)总效率较低;

c)没有基于标准的运营维护信道进行监测、诊断和配置OLT(光线路终端);

d)设计没有考虑直接支持以太网以外的业务,多业务支持能力较差。

(2)GPON

GPON的主要优点:

a)相对其他PON技术,GPON在速率及其灵活性、传输距离和分路比方面有优势:传输距离至少达20km,分路比最大为1:64;

b)适应任何用户信号格式和任何传输网络制式,无需附加ATM或IP封装层,封装效率高,提供业务灵活;

c)可以直接高质量、灵活地支持实时的TDM语音业务,延时和抖动性能很好;

d)在运营维护和网管方面,比EPON有更大改进。

GPON的主要缺点是技术成熟度不如EPON,难度较高,使设备成本较高。

(3)GPON与EPON比较

从设备性能来看,GPON要强于EPON。首先,GPON在多业务支持方面有优势,GPON可以支持ATM、TDM、SONET/SDH、以太网等多种协议,其使用标准的125μs固定帧结构提供对TDM业务的天然支持。而EPON,目前主要是由各设备厂商采用各种TDM over Ethernet技术来提供对TDM的支持,性能方面稍弱。特别有部分设备制造商干脆把宽带与窄带在OLT的上联就分开处理,而不是通过QoS来实现。其次,GPON的下行速率可达2.5Gbps,是EPON的两倍,而且GPON的传输效率也要比EPON高30%左右。

从标准上看,GPON在网络管理和QoS保障方面考虑得更全面。GPON标准中定义的OAM信息比EPON标准定义的更为丰富;对于实时业务,GPON可以通过物理层的QoS机制来保证业务的带宽和延时要求。再者,GPON理论上可支持高达128的分路比,这意味着一套GPON系统有可能支持更多用户。此外,由ITU-T定义的GPON标准化程度更高、更完善,设备间的互通会更容易。但从具体设备上看,各EPON厂商在安全、QoS和OAM等方面也在不断改进。

综上所述,EPON与GPON现阶段在我国会并存,在实际网络部署时,需要对具体应用环境、设备性能和成本等因素做综合评估后进行选择。

3 FTTx方案选择

事实上,网络建设技术的选择只是一方面;另一方面,FTTx解决方案的选择在给运营商带来新的希望的同时,也带来了困扰。建设的周期、成本、现网资源的利用及业务预测,成了运营商选择具体方案时感到头疼的问题。

3.1 建设成本

FTTx网络的建设成本主要由三部分组成:施工人力成本、网络设备成本和光纤分配网络的物料成本。

受光纤自身特性所限,光缆铺设施工难度较铜质缆线大很多,使得施工的人力成本占FTTx整网成本很大的比例。

在FTTB的场景下,网络设备成本约占整网成本的50%,其中包括局端OLT设备和终端ONU(光网络单元)设备。

光纤分配网络的物料成本占整网建设成本的15%左右,包括光缆、交接箱、分光器、分纤盒、熔纤盘、光纤连接器等。随着光纤生产技术的成熟和普及,目前光缆的市场价格已低于普通铜质缆线的价格,且会随时间推移继续下降。FTTB的瓶颈不在于光纤本身的价格,而在于重新铺设用户线缆的代价比较大。

3.2 FTTx模式对建设成本的影响

目前电信运营商提出的“光进铜退”战略,实际上就是将DSL网络和用户逐渐转化为FTTx网络和用户的演进战略,这种演进能在很大程度上保护运营商在铜线上的已有投资;同时,与FTTH相比,FTTB/C投资成本能大幅下降,这也将成为影响运营商建网思路的一个重要因素。

在FTTH建网模式里,从局端到用户家里的光缆一共分为三段:主干部分、配线部分和入户部分。考虑到一般较发达地区市政工程要求都比较严格,光缆通常选择走地下管道的方式,而该方式比架空方式的施工难度和成本都高。通常在基于GPON的FTTH网络模式里,主干光缆和配线光缆由多个用户共享,费用共同分摊,而入户段光缆则由每用户独占。由于室内布线对光缆的技术标准要求更高,入户段光缆每米成本比主干和配线段光缆都高。

相比而言,在FTTB模式里,光纤到大楼后,利用已有的铜质缆线作为最后几百米的接入以替代入户段光缆,而铜双绞线的终端比xPON的终端要便宜很多,价格仅相当于后者的1/6左右。但是,FTTB模式需要在楼道里增加有源设备和安装环境,以提供光纤上行、铜质电缆下行。

基于目前国内各运营商的研究分析,尽管FTTB和FTTC模式需要比FTTH模式多考虑有源设备的供电、机房建设或租用、机柜集成等问题,但这些费用远远低于每用户在入户光缆部分的投入。

在国内,中国电信等运营商在考虑成本的基础上,主要是采用了“EPON:FTTB+LAN+窄带”或是“EPON:FTTB+DSL”方式;而像中国移动这样现金流比较充裕的运营商,直接采用GPON方式进行建网。

3.3 FTTx方案、问题及解决

(1)FTTC模式

在FTTC模式下,故障点相对较少,维护较便利,运营投入方面耗电主要来自于小区机房xDSL设备、蓄电池和小区机房空调,电费较高。这种方式无法脱离原有的带宽限制,只是作为建设FTTH的过渡阶段,其最大好处在于:减少接入网中铜介质在主干线中的应用,减少由于日益猖狂的盗偷电缆而造成的网络故障及维护成本。

(2)FTTB+xDSL模式与FTTB+LAN模式

两种模式的比较见表1:

国内部分运营商基于投入与产出考虑,在以下2个环节进行了节省:

◆ONU备电方面

因采用FTTB方式,ONU设备的数量多,设备分散在小区的各个角落。如果每个ONU都配备蓄电池,将是一笔很大的投资,而且蓄电池使用的寿命不长。为节省投资,部分运营商对一般的ONU设备是不安装蓄电池的。

存在问题:当停电后,用户不只上不了网,电话也不能使用,这对于一些商用客户来说是一个很大的影响。而且相比以前采用交换机方式的电话接入,客户感受质量下降,投诉率较高。

建议方案:在经常停电区域或是高价值用户接入的ONU增加备用电池,以解决停电时电话无法使用的情况。

◆接入光缆防雷及楼内ONU设备接地

因大多数楼盘的地网接入不方便,而重新安装地网费用较高且地网挖装地点选址困难,尤其是已完工楼盘。为节省投资,运营商对楼内非室外的ONU及光缆在建设时没有采取防雷接入措施。

存在问题:在雷雨天气,容易造成部分ONU断电或ONU短路,设备故障率偏高。

建议方案:完善相关地网及防雷接入措施,可以考虑就近接入大楼地网,或是一个小区自建一个地网,引给各个ONU使用。

(3)FTTH模式

维护投入最少,故障点相对较少,维护最便利,运营投入方面耗电主要来自于对应端口的OLT设备,电费最少。

可以看出,在引入xPON技术后,远端节点的维护都集中到了OLT侧,无源光分发网络故障率大大降低,宽带的运维成本下降,尤其是在FTTH模式中,故障点运维费用降到了最低。

3.4 用发展的眼光看FTTx模式选择

在FTTH讨论得如火如荼的今天,越来越多理性的运营商和厂家在冷静分析其建网投资成本的同时,开始思考如何选择合适的光纤建网方式以达到最佳投资收益比,大体上都是支持“先利用已有铜线建设FTTB/C,将来再逐步演进到FTTH”的建网思路。

目前国内各大运营商都只在少数高级住宅小区或是办公楼建设FTTH,而绝大部分还是采用FTTB加最后一段采用DSL入户或是LAN入户的建网模式,把DSL及窄带一体化设备下移接近用户端,大量减少大对数电缆的布放,推进“光进铜退”,为后续向FTTH演进做铺垫。

无疑,光纤与铜质缆线的共存,一方面能有效地保护运营商已有的投资,另一方面能使用户和运营商有效地避免FTTH的投资风险。同时,借鉴DSL技术成功的发展模式,随着芯片的发展和规模商用经验的积累,FTTH成本下降将是必然的趋势。因此,现阶段各固网运营商先进行部分的铜缆改造,将光纤节点下移,使之更靠近终端用户,从而获得最优性价比的高带宽网络;同时在FTTx浪潮中抢占先机,为后续网络的持续发展和平滑演进到FTTH打下坚实的基础。

现阶段国内FTTx发展也呈现出快速增长的局面,国内各大运营商在全国重点城市已启动EPON或GPON建设。就广东而言,广东电信在一级地市从2008年就开始建设FTTH及FTTB+LAN/DSL试验网;而在二、三级地市则以建设FTTB+LAN/DSL试验网为主。2009年,在已完成试验阶段的基础上,广东电信已启动大规模的FTTx建设,据相关消息透露,2009年的建设规模将超过100万端口。而广东移动也不落后,在2008年初启动了基于GPON技术的FTTH试验网及相关IP城域网的建设,在广东一级地市已完成试验阶段。

4 结语

可以预见,2009、2010年,将是FTTx宽带接入大发展的两年。由于越来越多的运营商大规模部署光纤接入网络,在2011～2012年间,光纤接入用户将是国内宽带接入市场的一个重要部分。而随着带宽需求的增长,下一代的PON技术将向10Gbps EPON以及WDM-PON技术发展。下一代PON技术的产品将于2011年左右商用,有可能2020年在网络中大规模使用。