浅析宽带接入中的GPON技术

伍丽华

（铁通广西分公司，广西 南宁 530003）

随着用户对带宽需求的不断增加，光传输在接入网中的作用越来越重要。当前，宽带接入技术主要有铜缆接入和光纤接入两种模式，传统的固网运营商前期主要以铜缆接入为主，但随着铜缆网络建设成本急剧上升和宽带多业务对接入带宽需求的快速增长，采用铜缆DSL方式能够提供的带宽非常有限，难以满足后续业务开展的带宽需求，因此 FTTX（光纤到某处）成为当前接入领域最为关注的热点，而EPON和GPON则是当前FTTX建设最具代表性的无源光接入技术，它打破了传统的点到点解决方法，在解决宽带接入问题上是一种经济的宽带接入技术。GPON（Gigabit－CapablePON）技术是基于 ITUTG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽、高效率、大覆盖范围，能够为用户提供视频、数据、语音三网合一业务接入，服务质量可靠、安全，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化、综合化改造的理想技术。随着GPON标准、技术的进一步完善、产业链的日趋成熟，必将超越EPON成为运营商实现接入网业务宽带化、综合化改造的首选技术。

1 GPON系统组成及特点

1.1 GPON系统组成

GPON系统是由ONU（光网络单元）、ODN（光分配网络）、OLT（光线路终端）三部分构成。ONU一般布署在楼内或小区机房，其功能是提供接入网到用户侧的接口，从而使数据、语音、视频等多业务流实现接入，并通过GE光口经ODN与OLT实现连接；ODN由光分路器和光纤线路等组成；在业务接入中心节点放置OLT，而OLT的作用是为接入网提供城域网和网络侧之间的接口，利用多个FE/GE接口与不同的业务网络连接。

GPON系统采用WDM技术，实现单纤双向传输，使用上行1 310 nm和下行1 490 nm波长传送数据和语音，CATV业务则使用1 550 nm波长承载在下行链路方向，OLT采用TDM时分复用，以广播方式与各个 ONU进行通信；上行链路方向，由于只有一条干路光纤连接 OLT，需要在多个ONU之间采用TDMA时分多址接入，来控制对共享介质的访问以避免冲突GPON下行速率可提高到 2.5 Gbit/s，下行可达 1.25 Gbit/s（GPON的工作原理见图1）。

图1 GPON的工作原理

1.2 GPON技术特点

GPON技术不仅保留了与 PON相关的许多功能，如OAM消息DBA等；而且GPON还相对能提供更高速带宽接入和更大的分路比，具有多种业务类型，包括 ATM 业务、TDM 业务及IP/Ethernet业务及其完善的QoS保证架构、高效率的GEM封装、丰富的ONU管理控制接口（OMCI）功能，但其相应技术复杂，设备成本较高。总的来说，GPON具有以下主要技术特点：

1.2.1 高带宽

GPON的下行最高速率是 2.488 Gb/s，上行最高速率是1.244 Gb/s，这样的传输速率完全满足未来网络日益增长的对高带宽的需求，同时非对称特性更能适应宽带数据业务市场。

1.2.2 QoS保证的全业务接入

GPON能够同时承载ATM信元和GEM帧，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。目前，ATM承载话音、PDH、Ethernet等多业务的技术已经非常成熟；使用GEM承载各种用户业务的技术也得到大家的一致认可，已经开始广泛应用和发展。

1.2.3 很好地支持TDM业务

TDM 业务映射到 GEM 帧中，由于 GPONTC帧帧长为125us，能够直接支持TDM业务。TDM业务也可映射到ATM信元中，也能提供有QoS保证的实时传输。

1.2.4 简单、高效的适配封装

采用 GEM 对多业务流实现简单、高效的适配封装。在APON中，所有的多业务流（话音、数据业务流）都必需进行协议转化，映射到ATM信元中传输。众所周知，5字节的ATM头相对于48字节的数据来说，会带来超过10 %的带宽损失，特别对于长分组的数据包来说，其打包过程复杂、效率非常低。而在EPON中，虽然直接承载以太网帧，实现过程简单，但仅考虑8B/l0B的线路编码就已经有20 %的带宽浪费，加上对以太网帧的封装和开销，EPON带宽利用率比GPON低30 %左右。同时，在传输 TDM 业务时，需要将其通过协议转化映射到以太网帧中，目前对此技术还没有规定统一的标准。GPON的GEM提供了一种灵活的帧结构封装，支持定长和不定长帧的封装，对多种业务实现通用映射，不需要进行协议转换，实现过程简单、开销小，协议封装效率最高可达94 %，实现了带宽资源的充分利用。

1.2.5 强大的OAM能力

针对以太网系统在网路管理和性能监测的不足，GPON从消费者需求和运营商运行维护管理的角度，提供了 3种 OAM通道：嵌入的OAM通道、PLOAM和OMCI。它们承担不同的OAM任务，形成C/MPlance（控制/管理平面），平面中的不同信息对各自的OAM功能进行管理。GPON还继承了G.983中规定的 OAM 相关要求，具有丰富的业务管理和电信级的网络监测能力。

1.2.6 设备成本较高

GPON承载有QoS保障的多业务和强大的OAM能力等优势很大程度上是以技术和设备的复杂性为代价换来的，从而使得相关设备成本较高，但随着GPON技术的发展和大规模应用，GPON设备的成本必定会有相应地下降。

2 GPON的应用

GPON在实际应用时需关注以下几个问题：

（1）GPON各设备布放的位置将极大地影响光缆网络的布局以及投资成本。例如，OLT布放在局端会占用部分主干光缆，布放在小区内受到局房资源和配套费用的限制。发展初期建议布放在局端。为了节约小区内光缆资源，降低初期投入，提高实装率，光分路器应采用多级级联方式。在选择各设备布放位置的同时应结合小区内用户的分布情况以及不同用户的带宽需求，对密集型的用户群和分散型用户群区别对待。如对于高档公寓或者别墅等新建高档住宅小区的客户，相对于普通住宅用户的业务消费能力要强，客户群优良，消费层次高，这部分用户的业务需求主要包括IPTV、Internet专线接入、电话甚至视频会议。在进行GPON网络设计时，可以使光线直接敷设入户，采用灵活的宽带接入方式FTTB＋LAN／VDSI，进行组网。

（2）光缆的布放方案、入户方式以及光缆纤的选择是GPON组网过程中最关键的问题，将直接影响整体投资、光缆利用率、设备利用率和管道利用率。

（3）采用PON技术对目前的用户光缆网组网方式提出很高的要求，尤其是在小区内部用户光缆的布放上。如果对每个用户单独布放一条光缆，则小区内需要大量的光缆，将大量消耗小区内的管道资源，导致用户成本上升。因此，需要在建设前期做好用户光缆网络的规划工作，包括主干光缆路由、芯数等方面，尽量避免资源浪费。

3 结束语

总之，GPON在运营商运营的初期可以提供低成本、高品质的宽带接入业务，后续具备适应互联网Web2.0发展要求，有着更广泛的覆盖范围、更高的带宽、更远的传输距离、更低的建设成本、更高的安全保密性等众多优点，已经能够满足批量商用的需求，从技术上已经实现了从当前GPON技术向未来l0G EPON和10G GPON技术的平滑演进，选择GPON技术作为光接入建设主流技术，是实现可持续发展的具有强大市场竞争力的解决方案。