GPON技术及其在宽带接入中的应用

周志刚

摘 要：通过介绍GPON的概念，简单描述了GPON的网络构成，并分析了GPON技术在宽带接入中的应用优势，以期为日后的相关工作提供参考。

关键词：GPON技术；宽带接入；网络构成；光纤

中图分类号：TN915.6；TN929.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.19.136

1 提出问题

随着Internet的普及，网络已经成为了人们生产和生活中的重要组成部分，人们的生活、学习和工作越来越离不开它，企业的生产和经营也越来越依赖互联网。据CNNIC统计，截至2014-12，我国网民规模已达6.49亿，互联网普及率为47.9%.

目前，互联网已经覆盖了许多领域，企业和个人都在享受互联网带给我们的巨大福利，而人们对网络带宽的需求也在不断增长。仅从家庭用户层面来说，随着数字家庭的出现，人们已经不能满足1条宽带仅供1台电脑的上网需求，而是要同时支持台式电脑、平板电脑、手机等多种不同类型的终端同时上网。同时，高保真音乐、高清晰度视像等业务都需要较大的带宽，传统的DSL接入，比如ADSL和VDSL，都已经无法满足用户对带宽的需求。而光纤在传输带宽方面所具有的优势和较低的成本将取代传统的DSL接入方式。

为了应对全球信息化大潮的冲击，电信运营商必须做好充分的准备面对不断扩大的网络带宽需求。为此，光纤接入技术成为了宽带接入网络替代升级的首选方案。其中，GPON技术具有广泛的应用前景。

2 GPON技术的概念

无源光网络PON（Passive Optical Network）的概念由来已久，因为它全部采用无源器件，不包含任何有源节点，同时，以其容量大、传输距离长、成本较低和全业务支持等优势成为了电信运营商解决接入网“最后一公里”、实现FTTx的首选技术。

无源光网络采用点对多点的光纤传输和接入技术，下行采用广播方式、上行采用时分多址方式或者以太网技术，可以灵活地组成各种网络拓朴结构。光分支点不需要节点设备，只需要安装一个简单的光分支器即可，因此，具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快和综合建网成本低等优点。目前，已经被广泛应用的PON技术包括APON（ATM-PON）、EPON（Ethernet over PON）和GPON（吉比特PON）3种。

APON技术发展得比较早，ITU-T的G.983建议规范了APON技术的网络结构、基本组成和物理层接口，我国信息产业部也已经制定了完善的APON技术标准。但是，鉴于ATM技术的一些固有弱点以及数据以53字节固定长度的ATM信元方式传输（48字节的净负荷和5字节的开销）和IP/Ethernet技术的不断发展，进一步缩小了ATM的市场。

EPON是由IEEE802.3 EFM（Ethernet for the First Mile）提出的。EPON把简单、经济的以太网技术与PON的传输结构结合起来，采用了点到多点的网络结构、无源光纤传输方式，在以太网之上提供了多种电信业务，可以说，EPON是几种最佳的技术和网络结构的结合，是早期宽带光接入网络建设的主要选择。目前，仍有大量的已建网络在电信运营商内运行。

GPON最早是由FSAN（Full Service Access Networks）组织于2002-09提出的。FSAN组织的成员主要是全球各大网络运营商和设备制造商，他们聚集在一起希望能提出一种光接入解决方案，同时，制定了光接入网设备标准。根据该标准制定的设备应能够同时具备语音、数据和图像等业务能力。国际电信联盟远程通信标准化组织（ITU-T）在此基础上于2003-03完成了ITU-TG.984.1和G.984.2的制定，2004-02和2004-06完成了G.984.3的标准化，形成了GPON的标准协议族（ITU-TG.984.x标准）。GPON以带宽大、传输效率率、覆盖范围广、用户接口丰富等优点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。

对于其他PON标准而言，GPON标准是目前所有PON技术中上、下行带宽最大的，其最大下行速率可达2.5 Gbit/s，而其上、下行的非对称特性更加适合互联网数据业务。同时，GPON提供全业务的QoS保障，能够提供多重服务等级，并具备全业务接入的能力。正是因为这些优势，GPON一推出就受到了全球各大运营商的青睐。随着GPON技术的发展和大规模应用，GPON设备的成本也在大幅下降。如果说早期EPON网络是宽带光接入建设的首选，那么，如今GPON已经成为了运营商宽带接入网络建设的必选。

3 GPON与EPON的技术对比

3.1 技术指标比较

GPON和EPON的技术指标如表1所示。

表1 GPON和EPON的技术指标

指标 GPON EPON

下行线路速率/（Mbit/s） 1 244/2 488 1 250

上行线路速率/（Mbit/s） 155/622/1 1 250

线路编码 NRZ 8B/10B

以太网传送效率 上行93%，下行94% 上行61%，下行73%

分路比 64-128 32-64

最大传输距离/km 60 20

TDM支持能力 TDM over ATM或Packet TDM over Ethernet

视频支持能力 支持有线电视和IPTV 不支持有线电视

安全性 支持高级封装标准（AES） 未定义

管理（OAM） 提供标准ONT

管理控制标准 以太（可选SNMP）

GPON技术与EPON技术的差别并不大，相比之下，GPON网络的承载能力和它能够提供的最大带宽要优于EPON网络，而这可能是电信运营商看重的地方。

3.2 成本因素比较

EPON设计原则继承了传统以太网的最大优点——技术复杂程度低和实现难度小，从而可以更好地控制初期成本。如果以单个光口计，GPON要比EPON贵，特别是单用户接入终端的价格在300元左右，这让多数用户难以接受。但是，如果从整体网络构建成本计算，GPON要更便宜一些。GPON的每个端口能够接入64个，甚至是128个用户，而每个EPON端口只能接入32个用户。作为电信运营商，接入用户越多，则单用户成本会越低。由此可见，网络规模直接决定了网络成本，但是，这些对电信运营商来说都不是问题。

3.3 多业务和安全性比较

上文所述的GPON标准是由FSAN组织制定、ITU-T颁布的。FSAN联盟是一个由电信运营商主导的光接入标准论坛。GPON技术是由运营商推动建立的标准，它在带宽、业务承载、安全性、管理和维护等方面考虑得比较多，对实现“三网融合”有强烈的意愿。因此，从标准上来讲，GPON要比EPON带宽更高，覆盖范围更广，承载的业务种类更多，操作、维护功能更完善；从向下一代网络（NGN）演变的角度出发，GPON网络的生命周期会更长。

3.4 总结

从技术指标上来看，GPON和EPON均适用于宽带接入网络的建设，它们能够满足宽带提速的应用需求。但是，从网络建设成本、全业务运营的需要和“三网融合”的大背景下看，GPON更具优势。

由于技术特点不一样，EPON技术和GPON技术实际是2个不同的市场应用——EPON技术比较适合互联网接入的应用类型，GPON技术比较适合全业务运营和三网融合的应用类型。从电信运营商宽带接入网络建设的目的出发，GPON技术是目前运营商级宽带接入网络建设的首选。

4 GPON的构成

图1 GPON系统结构图

所有PON 系统的构成大同小异， GPON系统都是由ONU、OLT 和无源光分配网组成的，其网络结构如图1所示。其中，OLT 为接入网提供用户驻地网与骨干网之间的接口，通过ODN与各ONU连接。OLT是PON系统的核心设备，具有集中分配带宽、控制各接入ONU、实时监控、运行维护等功能；ONU是接入用户侧的接口，用于提供话音、数据、视频等多业务流与ODN的接入，受OLT集中控制。

与EPON一样，GPON也是用1根光纤传输的，在同一根光纤上，GPON可采用波分复用（WDM）技术实现信号的双向传输。同时，根据实际组网的需要，还可以在传统网络拓扑的基础上采用比如光纤冗余保护等PON保护结构等提高网络的生存性。

5 GPON技术在宽带接入网中的应用

由GPON技术终端和用户的分布情况可知，其主要以下述3种形式存在，即FTTH-光纤到户、FTTB-光纤到楼层或到单元、FTTV-光纤到乡村。由于FTTH的成本比较高，一般用于高档的住宅小区或企业，但是，目前，其有被普遍应用于运营商中的发展趋势。其实，对于住宅小区和一些商务楼宇，还是应以FTTB方式为主。FTTB可以分为GPON+LAN 和GPON+DSL 等方式。其中，GPON+LAN适用于新建住宅小区或办公楼宇接入，PON+DSL则可以作为原电缆接入小区改造。

对于农村地区，应采用PON+DSL方式建设网络，利用PON+ADSL方式实现接入；对于已经敷设了主干铜缆的乡镇，要用光缆替换主干电缆，从而解决维护成本过高的问题。

GPON的接入方式十分灵活，对于电信运营商，可以根据不同区域用户的实际情况和带宽需求采用不同的接入方式。特别是对于既有ADSL网络和EPON网络的改造，更要做好网络规划和发展评估，在节约网络建设成本的同时适度超前投资。

6 EPON技术在吉林铁通的应用展望

作为固话运营商的吉林铁通，其面临的经营形势十分严峻，一方面，由于受到异质电信运营企业的冲击，基础业务的固话业务收入不断下滑；另一方面，互联网业务的迅猛发展又使得传统的铜缆接入方式，甚至是EPON接入网络无法满足用户对带宽的需求，同时，铜缆网的故障率很高，建设成本和维护运行成本也很高。针对目前技术发展的情况，吉林铁通有必要尝试采用GPON技术作为宽带接入的首选技术方案，针对新建小区、新接入的办公楼宇、对农村局所的更新改造等建设光纤接入网，让其逐步替代原有的铜缆网。在此过程中，更加重要的是要在既有EPON网络上逐步实现GPON与EPON的混合组网，最大限度地利用现有EPON设备，将主干光纤的利用率提高一倍，或者将入户的带宽提高一倍。从接入网改造层面实现企业的战略转型，响应国家的号召，在带宽提速的同时降低企业的运营成本，提高企业的竞争力。

7 结束语

通信产业的发展是技术发展的过程，不论网络应用如何演变，电信运营商作为基础网络提供商的地位是不会改变的。随着三网合一和NGN网络的不断演进，网络融合的大潮将再度被掀起。GPON技术很好地解决了目前接入网存在的问题，使IP接入网络更可靠、更稳定，使新一代网络中的语音、视频、数据等综合业务成为可能。

参考文献

[1]陈雪.无源光网络技术[M].北京：北京邮电大学出版社，2006.

[2]格伦.克雷默.基于以太网的无源光网络[M].陈雪，译.北京：北京邮电大学出版社，2007.

〔编辑：白洁〕

GPON Technology and Its Application in Broadband Access

Zhou Zhigang

Abstract： By introducing the concept of GPON， this paper simply describes the network structure of GPON， and analyzes the application of GPON technology in broadband access， in order to provide a reference for future work.

Key words： GPON technology； broadband access； network structure； optical fiber

文章编号：2095-6835（2015）19-0138-02