GPON应用的研究

黄秀成

摘要：GPON是将千兆以太网与PON技术结合在一起形成IP数据业务的接入方式。该文结合中国电信吉林市分公司鸿博颐景宽带接入的实际情况重点阐述了GPON技术原理，详细介绍了GPON宽带接入项目规划设计、实施及测试的实际情况。

关键词：PON；以太网；OLT；ONU；GPON

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2014）19-4397-06

中国政府在2013年8月发布了《“宽带中国”战略及实施方案》，“十二五”规划中明确提出了“加快建设宽带、融合、安全、泛在的下一代国家信息基础设施，推动信息化和工业化深度融合，推进经济社会各领域信息化”的发展战略，将信息化作为我国抢占经济科技制高点、提升综合国力以及“调整经济结构、转变增长方式”的重要举措之一。在我们的生活、工作和学习中，宽带已经成为不可或缺的重要组成部分。

2007 年底中国电信在武汉启动以PON 技术为主的光进铜退建设，建设方式由FTTB/N（光纤到楼/小区） 到FTTH逐步转变，将光纤延伸到用户。先是采用EPON 技术推进FTTB/N和FTTV（光纤到行政村）新建和改造，而后根据三网融合的高带宽要求和FTTH 技术经济的发展情况，开始推进以GPON技术为主的FTTH应用。2011年2 月份中国电信正式对外发布了“宽带中国·光网城市”战略，宣布了在“十二五”期间宽带网络发展和业务发展的具体目标，计划用五年左右的时间，光纤基本上覆盖所有的城市地区，GPON是FTTH所采取的主要技术方案。

1 PON技术发展历程

上世纪90年代初提出PON的概念， 1996年5月ITU-T颁布了第一个PON标准建议G.982，1998年ITU-T 颁布G.983标准建议，这是基于无源光网络的宽带光接入系统的建议，业界称为BPON建议。2003年3月ITU-T颁布了GPON标准建议G.984.1吉比特无源光网络总体要求，G.984.2吉比特无源光网络物理媒质相关层要求，G.984.3吉比特无源光网络传输汇聚层要求和G.984.4吉比特无源光网络管理控制接口要求。GPON建议的发布，为FTTH业务的发展奠定了技术标准基础。中国电信于2005年开始开展基于PON技术的光纤接入网应用试验，2010年中国电信开始规模部署GPON接入网络。

GPON 是国际上运营商选择的主流光纤接入技术，经过近年的发展，在设备与产业链成熟度上已经达到了规模商用的水平。与EPON 相比，GPON 具有下行带宽优势，且设备价格已与EPON 相当。中国电信明确采用GPON技术进行FTTH 网络建设。

2 GPON系统原理

2.1 PON的定义和组成

PON（Passive Optical Network）是一种无源光网络系统，由OLT（光纤线路终端）通过ODN（光纤分配网）与大量的用户端设备ONU（光网络单元）组成的点到多点型结构的接入网络。ODN由Optcal Fiber splitter（光分路器）和光纤组成，全部为无源系统。光分路器由1分4、1分8、1分32、1分64、1分128等多种型号。ONU根据用户的不同需求可分为SFU、MDU、MTU、HGU、SBU等多种形式（PON系统结构如图1） 。

2.2 PON的技术原理

GPON系统协议主要由物理媒体相关层（PMD）、传输汇聚成帧子层（GTC）、传输汇聚适配子层（TC）、客户层级上层协议栈组成（如图2） 。

物理媒体层为单纤双向系统，采用上下行不同波长的WDM（波分复用）技术，上行波长1310nm±20nm，数据流采用TDM（时分复用）技术，下行波长1490nm±10nm，采用Broadcast（广播）技术，支持下行2488.32Mbit/s，上行1244.16Mbit/s的传输速率。CATV业务采用1550nm±10nm波长。分光比最高可达1：128，传输距离最高可达20KM（理论可达60KM）。

根据G.983.3的要求，TC子层采用GEM封装方式，OLT可对ONU进行认证。

3 吉林电信GPON系统网络设计及实现

3.1 GPON系统组网结构

吉林电信的PON系统组网方式如图3。互联网业务、语音业务和IPTV业务由OLT上联IP城域核心网BRAS/SR（宽带网络接入服务器/业务路由器）后经CR（核心路由器）接入相应的业务平台实现。E1电路仿真TDM业务由OLT相应板卡直接上联SDH/DDN/FR/ATM/MSTP等相关业务网络实现。CATV（有线电视）业务通过单独的WDM合波器接入ODN网络，在ONU侧通过单独或内置于ONU的WDM分波器将有线电视信号分离并接入电视机。

对于FTTH应用，由于用户量大，需要采用支持较大分光比的光模块进行组网，对于GPON系统，建议采用不低于Class B+等级的光模块。

互联网业务应用可通过BRAS/SR控制，ONUI通过接入PON网络的OLT设备，OLT可直接上联IP城域网BRAS/SR，也可视业务流量大小通过汇聚交换机上联BRAS/SR，然后到达城域网核心路由器CR同互联网相连。

语音业务应通过BAC设备进行接入控制。ONU通过接入PON网络的OLT设备，上行通过BRAS，到达城域网核心CR，再经过各地的ASBR设备与CN2的PE设备互联，经CN2网络承载VPN，到达其他地市CN2的PE设备，下行到城域网的ASBR设备，进入目标城域网，再通过城域网的CR转发到BRAS和SR设备，进而到达目标系统和平台，进行数据交互，实现MPLS VPN业务的承载。

TDM业务的STM-1或n×E1电路由OLT设备直接上联MSTP/SDH/DDN/FR/ATM等业务网络。endprint

PON系统通过第三波（波长1550nm）承载的有线电视业务通过单独的WDM合波器接入光分配网络，在ONU侧通过独立的WDM分波器将有线电视信号分离；WDM分波器也可以集成在ONU设备内，并由ONU设备直接连接电视机。

3.2 鸿博颐景小区GPON组网结构

根据中国电信吉林市分公司现有网络及业务的实际情况，本次GPON工程项目选在吉林市鸿博颐景小区，小区内楼宇为多层楼宇住宅。OLT安装在吉林卢瓦尔机房内，ONU安装在鸿博颐景小区用户家中。

OLT采用中兴通讯ZXA10 C300 GPON光接入局端汇聚设备，该设备支持业务包括视频、数据、语音和TDM业务，还支持CATV业务。ZXA10 C300设备由SCXL主控板、GTGO/GTGQ型GPON业务板、XUTQ/GUFQ/GUSQ型以太网上联板组成，能提供大容量的可控组播能力以及较高QOS控制能力。GTGO板卡可提供8路CLASS C+型接口，每端口在单根光纤上支持128个分离点，理论上传输距离可达60km。接口以GEM帧为载体，采用点到多点结构、无源光纤传输方式，下行速率可达到2.488 Gbit/s，上行速率可以达到1.244 Gbit/s。

ONU采用烽火HG260G型号的e8-C终端，该中终端是中国电信集团公司定制的一款GPON型e8-C家庭网关，可同时为用户提供3路上网业务，2路VOIP语音业务、1路IPTV业务和WIFI业务。

GPON的组网结构如图4所示。在本工程项目ODN采用二级分光方式，一级分光采用15台1分8光分合路器，二级分光采用120台1分16光分合路器。ZXA10 C300安装2块GUFQ型4路GE上联板卡和两块GTGO型8路GPON板卡，覆盖鸿博颐景小区的120个单元1440个用户。

光缆采用G.652D型光纤光缆。室内布线入户光缆采用干式结构+非延燃外护层GJXFV单芯蝶形皮线光缆，光分路器采用日海全带宽型光分路器。

图4 鸿博颐景小区 ODN 组网示意图

3.3 GPON接入认证方式

PON 系统的用户认证方式由业务接入控制点（BRAS 或SR）配合Radius （认证服务器）完成。本工程采用BRAS（宽带网络接入服务器）配合Radius 完成，实现对互联网接入业务的接入认证功能；接入用户认证后，被授予相应的带宽、优先级、访问权限等。语音业务由BAC网关通过公私网转换注册到软交换核心设备上。具体为，在核心机房安装一台BAC网关（现网为B200设备）与软交换核心设备（现网为SS）对接。

4 测试及结论

4.1 测试工具

一台万兆以太网测试仪，二台传真机，一台创维VT-E03乐播高清播放盒，一台带有HIDMI接口的电视机，若干条单模尾纤，若干光纤连接器，若干光纤衰减器，若干台笔记本型PC机，10000号管家测试软件。

4.2 吞吐率测试

GPON 的上行吞吐量为1.1Gbit/s（包长1470Byte），下行吞吐量为2.26Gbit/s（包长1470Byte），同时PON接口上行丢包率应为16%，PON 接口下行丢包率9%，上行的传输时延为1.3ms，下行的传输时延小于1ms。

4.3网络连通性测试及 PPPoE 拨号功能测试

表1

[速率模板＼&4Mbit/s＼&20Mbit/s＼&100Mbit/s＼&下载速率＼&480KB /秒＼&2.4MB/秒＼&12MB/秒＼&测试项目＼&端口号＼&测试结果＼&备注＼&PPPoE 拨号功能＼&1＼&不合格 □ 合格 √＼&＼&2＼&不合格 □ 合格 √＼&＼&3＼&不合格 □ 合格 √＼&＼&4＼&不合格 □ 合格 √＼&＼&QinQ（精绑）功能＼&＼&不合格 □ 合格 √＼&＼&]

4.4语音通话基本功能测试

表2[测试项目＼&端口号＼&测试结果＼&通话拨号测试＼&1＼&不合格 □ 合格 √＼&2＼&不合格 □ 合格 √＼&3＼&不合格 □ 合格 √＼&4＼&不合格 □ 合格 √＼&通话话音质量测试＼&1＼&不清晰 □ 清晰 √＼&2＼&不清晰 □ 清晰 √＼&3＼&不清晰 □ 清晰 √＼&4＼&不清晰 □ 清晰 √＼&]

4.5传真基本功能测试

表3[测试项目＼&端口号＼&测试结果＼&传真功能＼&1＼&不合格 □ 合格 √＼&2＼&不合格 □ 合格 √＼&3＼&不合格 □ 合格 √＼&4＼&不合格 □ 合格 √＼&]

4.6 IPTV 测试

表4

[项目＼&步骤＼&测试结果＼&直播效果测试＼&1、点击直播频道

2、调节音量＼&节目流畅，音量调节正常＼&切换频道＼&用遥控器的数字键或加减键进行频道切换＼&正常＼&点播节目＼&选择点播节目，播放＼&流畅＼&快进/快退/暂停/恢复/结束功能测试＼&对快进、快退、暂停、恢复、结束功能进行测试＼&正常＼&收藏功能测试＼&选择点播节目按钮、选择收藏节目按钮＼&正常＼&搜索节目测试＼&输入目标节目搜索内容，选择搜索按钮＼&正常＼&]

5 结论

本项目因环境问题未对TDM类业务和CATV业务进行系统性的测试。但从以上测试结果来看，这并不影响GPON承担中国电信“宽带中国·光网城市”战略建设任务主力军的结论。

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