基于PON技术的FTTx网络规划设计研究

刘铠

【摘要】 随着视频、数据等业务的快速发展和普及，用户对带宽的需求不断增加，对网络稳定性的要求也不断提升。目前，基于PON（无源光网络）技术的FTTx 接入已成为高带宽接入的主要方式，深化PON 接入网建设，积极构建和发展融合统一的PON 网络已成为业界共识。本文将从相关定义入手，对PON的技术特点、网络规划要点进行重点分析，对基于PON的FTTx网络的规划设计方法作出探讨研究。

【关键词】 PON FTTx OLT ODN 网络规划

一、引言

当前，适用于建设FTTx 的光接入技术包括MSTP（多业务传送平台）、PTN（分组传送网）、P2P（点对点）、PON（无源光网络）四大类。较之其它三类技术，PON采用点对多点的方案，大大减少了光纤用量与光收发器的数量，并且节约端局所需机架空间。在进行FTTx 规划设计时，PON 技术具有相当性价比优势，得到大规模推广应用也就顺理成章。

二、PON技术概述

2.1 PON定义

PON（无源光网络）是由光纤、分光器、光连接器等无源光部件组成的点对多点的网络。与有源光接入技术相比，PON 由于消除了局端与用户端之间的有源设备，维护简单、可靠性高、成本低，并且节省光纤资源，是FTTH（光纤到户）的主要解决方案。

PON 系统是由光线路终端（OLT）、光分配网（ODN）、光网络单元（ONU）组成的信号传输系统，根据采用的信号传输格式可简称xPON。目前常用的有EPON（以太网无源光网络）和GPON（千兆比无源光网络）等。

2.2 网络参考模型

PON 系统的典型拓扑结构为树型或星型，由网络侧的OLT、光分配网（ODN）和用户侧的ONU 组成。其结构如图1所示。

在下行方向（OLT→ONU），OLT 发送的信号会到达各个ONU；在上行方向（ONU→OLT），各ONU 根据OLT 指定的时间发送信息。ONU 发送的信号只会到达OLT，而不会到达其他ONU。

2.3 EPON 与GPON 技术比较

现在的主流厂商均支持EPON 和GPON 的共平台建设。OLT 平台对EPON 和GPON 的良好兼容性很好地保证了未来GPON 技术的平滑引进。两种PON技术各有特点，其差异主要在于采用了不同的二层技术，详见表1。

EPON 与GPON 在技术层面上各有利弊。EPON 技术成熟、设备成本低，随着 10G EPON 设备的商用，EPON 在一定程度上仍具有生命力。GPON 技术相对复杂，设备成本也相对较高，更适合在需要提供运营及维护、互通性和安全性等大型运营网络中部署。

三、PON 网络规划要点

PON 网络的规划设计范围包括从城域网设备端口至OLT 设备、ODN 网络、ONU 设备等各个环节，重点是对OLT、ONU、ODN 三部分进行设置规划。PON 的建设应结合业务发展的规模、成本及维护等因素综合考虑，不同时期、不同应用场景下OLT、ONU 的设置和ODN 的组网方式也应随之不同。

3.1 OLT 设置方式

3.1.1 OLT 设置原则

OLT的设置需结合综合业务接入区的划分，从接入区中选取放置PON 网络中OLT 设备的节点。设置方式主要有集中式和分布式两种，两者的区别见表2。

通过对表2对比项目进行分析，OLT 的设置原则可归纳如下：（a）OLT 应遵循“大容量，少局所”的原则采取集中式设置，以减少机房站点数量和维护成本。若端局到用户光纤资源紧缺，且有接入点机房的条件下，可采取分布式。（b）OLT 尽量利用现有机房设置，不建议为设置OLT 而新建接入点。对于OLT 的设置位置，可根据覆盖区域的用户分布情况，考虑设置在母局、模块局，或是符合条件的的接入机房（光交接点）。

3.1.2 OLT 保护方式

由于OLT 所处网络层次高、用户容量大，对于重要客户或关键业务，须提供双上联保护，实现可靠承载。OLT 上行链路必须实现备份设置，数据业务采用GE（Gigabit Ethernet）双上联至城域网的BRAS（宽带远程接入服务器）及SR（业务路由器）设备。（a）对于E1 业务承载，OLT 可支持STM-1 接口，通过SDH 环实现保护。（b）对于IP 业务承载，OLT 上联通过双归属提供保护，实现可靠承载。

3.2 ONU 设置方式

ONU 的设置应根据FTTx 网络的组网模式和业务需求进行。

若采取FTTH（光纤到户），ONU 应设置在用户家中，避免安装在门口或楼道，宜安装在与用户家庭布线系统的汇集处，如家庭多功能信息箱。若采取FTTO（光纤到办公室），ONU 应设置在办公室内，应尽量靠近用户的网络设备处，如综合布线网络机柜。若采取FTTB（光纤到楼），ONU 应设置在楼层的弱电竖井道或弱电间内。若采取FTTC（光纤到路边），ONU 应设置在路边的光缆交接箱或光分路箱内。若采取FTTN （光纤到节点），ONU 应设置在接入节点处。

ONU设备采用交流220V市电供电，可根据业务类型和用户要求选择是否提供后备供电系统。后备供电可有三种方式：集中远供方式、接入物业方后备供电系统、ONU配置后备电源模块。目前采用ONU配置后备电源模块的方式应用较多。

3.3 ODN 组网方式

3.3.1 ODN 组成与结构

ODN 位于OLT 与ONU 之间，其定界接口为紧靠OLT 的光连接器后的S / R 参考点和ONU 光连接器前R / S 参考点（见图1）。

从网络结构来看，光分配网由馈线、分光器和支线组成。馈线是指光分配网中从OLT 侧紧靠S / R接口外侧到第一个分光器主光口入口连接器前的光纤链路。支线是指光分配网中从第一级分光器的支路口到光网络单元ONU 线路侧R / S 接口间的光纤链路。采用多级分光时，也包含除一级分光器以外的其他分光器。

3.3.2 ODN 组网方式

根据分光器的设置，ODN 主要有星型和树型两种组网结构。星型结构的OLT 与ONU 之间没有分光器，按点对点配置，比较适用于大用户或有特殊需求的用户。树型结构的OLT 与ONU 之间有分光器，按点对多点配置，分为一级分光和二级分光两种。一级分光方式适用于高档商务楼、住宅区等用户比较集中的地区。二级分光适用于住宅小区、别墅区等规模大、密度小的地区，或者内部管道比较紧缺的地区。考虑到衰耗问题，应尽量采用一级分光。

3.3.3 ODN保护方式

PON技术对系统提供了多种保护方式。以GPON 为例，GPON 标准中定义了TYPE A/B/C/D 四种保护机制，其中最常用的是TYPE B 和TYPE C 保护（如图2 所示）。TYPE B 方式通过采用N：2 的分光器提供对主干馈线光纤的保护。在实际FTTx 建设中，由于分光器部署的位置距离客户驻地距离很近（通常在500m 范围内）， 支线光纤出现故障的可能性很低，这种模式能满足大多数客户业务的可靠性要求。对于需要保护的业务，采用TYPE B 的保护方式，即保护范围从OLT 至分光器，故在网络建设过程中需计算并预留相应的保护纤芯。

针对可靠性要求更高的政企客户可采用TYPE C 保护，OLT 和ONU 均提供2 个端口，使用2 个独立的ODN 网络连接，实现端到端的光纤保护。GPON 系统的50 ms 保护倒换能力与SDH 网络相当，能提供高质量的业务保障。

无论是TYPE B还是TYPE C保护方案，对于同一个PON端口下的多个客户，均只需要一对主干段馈线光纤即可以实现，这大幅度降低了工程建设的成本，对于建设单位来说至关重要。

3.3.4 ODN 光缆建设

ODN 在现有光缆接入网的基础上进行建设，在结构上既有交集也有区别。在设计带保护的系统时，应注意与传统光缆接入网的对应关系，并考虑对相应基础设施的保护。因此，ODN 建设需要对现有基础设施进行统筹考虑，找出两者的对应关系也显得尤为重要。

ODN 由馈线、分光器和支线组成，而传统光缆接入网在物理结构上通常可分为主干光缆、配线光缆、用户引入光缆三个部分。主干光缆部分通常由用户主干光缆和一级光缆交接箱组成；配线光缆部分通常由一级、二级配线光缆、二级光缆交接箱和光缆分纤箱组成；用户引入光缆部分通常由大楼内或小区内部的配线光缆、光缆分配箱、光缆分纤箱和光缆终端盒组成。随着分光器安装位置的下移，ODN中馈线部分可对应传统光缆接入网中包括主干光缆、光缆交接箱、配线光缆等各组成部分，直至包括用户引入光缆。支线部分则相应缩减，对应接入网中余下部分。对于ODN光缆的建设，考虑到在PON 建设初期OLT 一般为集中设置，对ODN支线光缆的使用会较多，故在规划建设PON 的区域，接入网光缆建议设计为较大芯数。

3.4 分光器设置方式

分光器是PON 系统中不可缺少的无源光纤分支器件。作为连接OLT 设备与ONU 用户终端的无源设备，它把由馈线光纤输入的光信号按功率分配到若干输出用户线光纤上。

常用的光分路比为：1：2、1：4、1：8、1：16、1：32 五种，需要时也可以选用2：N 的光分路器。若采用GPON 技术，分光比可达到1：64。对于1：2 的分支比，功率会有平均分配（50：50）和非平均分配（5：95、40：60、25：75）多种类型。而对于其他分支比，功率会平均分配。

在网络建设初期，用户分布不均匀而且渗透率不明确，分光器应尽量靠近OLT，以提高PON 口的利用率。但为了使光缆的利用率最高，应尽量靠近用户侧。因此，分光器的设置原则是在保证PON 口利用率的前提下，尽量将分光器设置靠近用户侧。

在ODN 组网时应尽量采用一级分光方式，城市区域由于用户比较集中而且到OLT 的距离较近，当采用一级分光时，宜选用分光比为1：16 或1：32 的光分路器。农村区域由于用户比较分散，而且到OLT 的距离一般较远，宜选用分光比为1：8 或1：4 等小分光比的光分路器，以增大OLT 的覆盖距离。重点区域需要实行光纤链路保护时，可以采用2：N 光分路器。二级分光具有灵活、节省光纤资源等优势，但同时会带来更多的额外光功率预算，不便于管理和维护，不推荐在新建小区等场景中使用。在旧楼改造等确需灵活分光时，可采用。

在规划时，应根据用户分布密度及分布形式，选择最优的光分路器组合方式和合适的安装位置。在用户需求不明确的情况下，可以按照渗透率20%左右进行配置，为了便于今后扩容，需考虑分光器的安装位置。在用户需求明确的情况下，可以根据实际用户需求配足。

四、结束语

PON作为接入网的技术发展方向，顺应了目前互联网业务快速增长的大趋势。接入方式光纤化不仅提高了带宽，也使话音提供方式和城域网络发生了巨大改变，为数据、视频、IPTV、政企客户专线等多种业务的承载提供了强有力的支撑，是“最后一公里”的最佳解决方案。在未来全业务的融合网络中，宽带接入网将成为终端用户与网络的承载网，基于PON的FTTx接入技术具有高容量、低成本、易维护及QoS保证等诸多优势，必可在未来的宽带接入市场中发挥更大的作用。

3.3.2 ODN 组网方式

根据分光器的设置，ODN 主要有星型和树型两种组网结构。星型结构的OLT 与ONU 之间没有分光器，按点对点配置，比较适用于大用户或有特殊需求的用户。树型结构的OLT 与ONU 之间有分光器，按点对多点配置，分为一级分光和二级分光两种。一级分光方式适用于高档商务楼、住宅区等用户比较集中的地区。二级分光适用于住宅小区、别墅区等规模大、密度小的地区，或者内部管道比较紧缺的地区。考虑到衰耗问题，应尽量采用一级分光。

3.3.3 ODN保护方式

PON技术对系统提供了多种保护方式。以GPON 为例，GPON 标准中定义了TYPE A/B/C/D 四种保护机制，其中最常用的是TYPE B 和TYPE C 保护（如图2 所示）。TYPE B 方式通过采用N：2 的分光器提供对主干馈线光纤的保护。在实际FTTx 建设中，由于分光器部署的位置距离客户驻地距离很近（通常在500m 范围内）， 支线光纤出现故障的可能性很低，这种模式能满足大多数客户业务的可靠性要求。对于需要保护的业务，采用TYPE B 的保护方式，即保护范围从OLT 至分光器，故在网络建设过程中需计算并预留相应的保护纤芯。

针对可靠性要求更高的政企客户可采用TYPE C 保护，OLT 和ONU 均提供2 个端口，使用2 个独立的ODN 网络连接，实现端到端的光纤保护。GPON 系统的50 ms 保护倒换能力与SDH 网络相当，能提供高质量的业务保障。

无论是TYPE B还是TYPE C保护方案，对于同一个PON端口下的多个客户，均只需要一对主干段馈线光纤即可以实现，这大幅度降低了工程建设的成本，对于建设单位来说至关重要。

3.3.4 ODN 光缆建设

ODN 在现有光缆接入网的基础上进行建设，在结构上既有交集也有区别。在设计带保护的系统时，应注意与传统光缆接入网的对应关系，并考虑对相应基础设施的保护。因此，ODN 建设需要对现有基础设施进行统筹考虑，找出两者的对应关系也显得尤为重要。

ODN 由馈线、分光器和支线组成，而传统光缆接入网在物理结构上通常可分为主干光缆、配线光缆、用户引入光缆三个部分。主干光缆部分通常由用户主干光缆和一级光缆交接箱组成；配线光缆部分通常由一级、二级配线光缆、二级光缆交接箱和光缆分纤箱组成；用户引入光缆部分通常由大楼内或小区内部的配线光缆、光缆分配箱、光缆分纤箱和光缆终端盒组成。随着分光器安装位置的下移，ODN中馈线部分可对应传统光缆接入网中包括主干光缆、光缆交接箱、配线光缆等各组成部分，直至包括用户引入光缆。支线部分则相应缩减，对应接入网中余下部分。对于ODN光缆的建设，考虑到在PON 建设初期OLT 一般为集中设置，对ODN支线光缆的使用会较多，故在规划建设PON 的区域，接入网光缆建议设计为较大芯数。

3.4 分光器设置方式

分光器是PON 系统中不可缺少的无源光纤分支器件。作为连接OLT 设备与ONU 用户终端的无源设备，它把由馈线光纤输入的光信号按功率分配到若干输出用户线光纤上。

常用的光分路比为：1：2、1：4、1：8、1：16、1：32 五种，需要时也可以选用2：N 的光分路器。若采用GPON 技术，分光比可达到1：64。对于1：2 的分支比，功率会有平均分配（50：50）和非平均分配（5：95、40：60、25：75）多种类型。而对于其他分支比，功率会平均分配。

在网络建设初期，用户分布不均匀而且渗透率不明确，分光器应尽量靠近OLT，以提高PON 口的利用率。但为了使光缆的利用率最高，应尽量靠近用户侧。因此，分光器的设置原则是在保证PON 口利用率的前提下，尽量将分光器设置靠近用户侧。

在ODN 组网时应尽量采用一级分光方式，城市区域由于用户比较集中而且到OLT 的距离较近，当采用一级分光时，宜选用分光比为1：16 或1：32 的光分路器。农村区域由于用户比较分散，而且到OLT 的距离一般较远，宜选用分光比为1：8 或1：4 等小分光比的光分路器，以增大OLT 的覆盖距离。重点区域需要实行光纤链路保护时，可以采用2：N 光分路器。二级分光具有灵活、节省光纤资源等优势，但同时会带来更多的额外光功率预算，不便于管理和维护，不推荐在新建小区等场景中使用。在旧楼改造等确需灵活分光时，可采用。

在规划时，应根据用户分布密度及分布形式，选择最优的光分路器组合方式和合适的安装位置。在用户需求不明确的情况下，可以按照渗透率20%左右进行配置，为了便于今后扩容，需考虑分光器的安装位置。在用户需求明确的情况下，可以根据实际用户需求配足。

四、结束语

PON作为接入网的技术发展方向，顺应了目前互联网业务快速增长的大趋势。接入方式光纤化不仅提高了带宽，也使话音提供方式和城域网络发生了巨大改变，为数据、视频、IPTV、政企客户专线等多种业务的承载提供了强有力的支撑，是“最后一公里”的最佳解决方案。在未来全业务的融合网络中，宽带接入网将成为终端用户与网络的承载网，基于PON的FTTx接入技术具有高容量、低成本、易维护及QoS保证等诸多优势，必可在未来的宽带接入市场中发挥更大的作用。

3.3.2 ODN 组网方式

根据分光器的设置，ODN 主要有星型和树型两种组网结构。星型结构的OLT 与ONU 之间没有分光器，按点对点配置，比较适用于大用户或有特殊需求的用户。树型结构的OLT 与ONU 之间有分光器，按点对多点配置，分为一级分光和二级分光两种。一级分光方式适用于高档商务楼、住宅区等用户比较集中的地区。二级分光适用于住宅小区、别墅区等规模大、密度小的地区，或者内部管道比较紧缺的地区。考虑到衰耗问题，应尽量采用一级分光。

3.3.3 ODN保护方式

PON技术对系统提供了多种保护方式。以GPON 为例，GPON 标准中定义了TYPE A/B/C/D 四种保护机制，其中最常用的是TYPE B 和TYPE C 保护（如图2 所示）。TYPE B 方式通过采用N：2 的分光器提供对主干馈线光纤的保护。在实际FTTx 建设中，由于分光器部署的位置距离客户驻地距离很近（通常在500m 范围内）， 支线光纤出现故障的可能性很低，这种模式能满足大多数客户业务的可靠性要求。对于需要保护的业务，采用TYPE B 的保护方式，即保护范围从OLT 至分光器，故在网络建设过程中需计算并预留相应的保护纤芯。

针对可靠性要求更高的政企客户可采用TYPE C 保护，OLT 和ONU 均提供2 个端口，使用2 个独立的ODN 网络连接，实现端到端的光纤保护。GPON 系统的50 ms 保护倒换能力与SDH 网络相当，能提供高质量的业务保障。

无论是TYPE B还是TYPE C保护方案，对于同一个PON端口下的多个客户，均只需要一对主干段馈线光纤即可以实现，这大幅度降低了工程建设的成本，对于建设单位来说至关重要。

3.3.4 ODN 光缆建设

ODN 在现有光缆接入网的基础上进行建设，在结构上既有交集也有区别。在设计带保护的系统时，应注意与传统光缆接入网的对应关系，并考虑对相应基础设施的保护。因此，ODN 建设需要对现有基础设施进行统筹考虑，找出两者的对应关系也显得尤为重要。

ODN 由馈线、分光器和支线组成，而传统光缆接入网在物理结构上通常可分为主干光缆、配线光缆、用户引入光缆三个部分。主干光缆部分通常由用户主干光缆和一级光缆交接箱组成；配线光缆部分通常由一级、二级配线光缆、二级光缆交接箱和光缆分纤箱组成；用户引入光缆部分通常由大楼内或小区内部的配线光缆、光缆分配箱、光缆分纤箱和光缆终端盒组成。随着分光器安装位置的下移，ODN中馈线部分可对应传统光缆接入网中包括主干光缆、光缆交接箱、配线光缆等各组成部分，直至包括用户引入光缆。支线部分则相应缩减，对应接入网中余下部分。对于ODN光缆的建设，考虑到在PON 建设初期OLT 一般为集中设置，对ODN支线光缆的使用会较多，故在规划建设PON 的区域，接入网光缆建议设计为较大芯数。

3.4 分光器设置方式

分光器是PON 系统中不可缺少的无源光纤分支器件。作为连接OLT 设备与ONU 用户终端的无源设备，它把由馈线光纤输入的光信号按功率分配到若干输出用户线光纤上。

常用的光分路比为：1：2、1：4、1：8、1：16、1：32 五种，需要时也可以选用2：N 的光分路器。若采用GPON 技术，分光比可达到1：64。对于1：2 的分支比，功率会有平均分配（50：50）和非平均分配（5：95、40：60、25：75）多种类型。而对于其他分支比，功率会平均分配。

在网络建设初期，用户分布不均匀而且渗透率不明确，分光器应尽量靠近OLT，以提高PON 口的利用率。但为了使光缆的利用率最高，应尽量靠近用户侧。因此，分光器的设置原则是在保证PON 口利用率的前提下，尽量将分光器设置靠近用户侧。

在ODN 组网时应尽量采用一级分光方式，城市区域由于用户比较集中而且到OLT 的距离较近，当采用一级分光时，宜选用分光比为1：16 或1：32 的光分路器。农村区域由于用户比较分散，而且到OLT 的距离一般较远，宜选用分光比为1：8 或1：4 等小分光比的光分路器，以增大OLT 的覆盖距离。重点区域需要实行光纤链路保护时，可以采用2：N 光分路器。二级分光具有灵活、节省光纤资源等优势，但同时会带来更多的额外光功率预算，不便于管理和维护，不推荐在新建小区等场景中使用。在旧楼改造等确需灵活分光时，可采用。

在规划时，应根据用户分布密度及分布形式，选择最优的光分路器组合方式和合适的安装位置。在用户需求不明确的情况下，可以按照渗透率20%左右进行配置，为了便于今后扩容，需考虑分光器的安装位置。在用户需求明确的情况下，可以根据实际用户需求配足。

四、结束语

PON作为接入网的技术发展方向，顺应了目前互联网业务快速增长的大趋势。接入方式光纤化不仅提高了带宽，也使话音提供方式和城域网络发生了巨大改变，为数据、视频、IPTV、政企客户专线等多种业务的承载提供了强有力的支撑，是“最后一公里”的最佳解决方案。在未来全业务的融合网络中，宽带接入网将成为终端用户与网络的承载网，基于PON的FTTx接入技术具有高容量、低成本、易维护及QoS保证等诸多优势，必可在未来的宽带接入市场中发挥更大的作用。