宽带接入网10G PON技术发展及部署研究

原大伟

（中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司 河南 郑州 450052）

1 引言

近年来，数字经济的崛起与爆发使得宽带网络作为关键基础设施的重要性日益凸显，同时“宽带中国”战略的实施和“提速降费”工作的不断深入推进，我国固定网络发展取得了巨大成就，已建成领先全球的FTTH网络。

2019年中国宽带发展联盟正式发布白皮书，系统梳理了10 G PON千兆网络的10大商业应用场景，包括Cloud VR、智慧家庭、企业上云、在线教育和智能制造等，并提出了相关商业应用场景的市场空间、商业模式、网络要求。随着商业模式、产业生态、网络基础3大支柱就绪，千兆网络将会催生出更多的应用场景，通过探索这些商业应用场景将推动构筑更大的千兆生态系统平台，将更好地促进千兆产业的持续健康发展[1]。

PON网络在网络发展史上有着重要位置，由3部分组成，包括OLT、ODN和ONU。在拓扑形式的网络结构中，OLT既是汇聚网络业务的关键结构，也是分发网络业务不可缺少的一环。OLT设备位于核心位置，因此可以同时对用户端实施控制和管理ONU设备的操作，也能同时实施其他多项网络管理功能。在PON网络上由于接入移动回传、中小企业专线、4 K IPTV视频、智能家居等越来越多业务，关于业务的带宽管理越来越精细，带宽的需求也不断提高。

2 PON网络现状分析

2.1 PON技术部署

PON即是无源光网络，由3个部分组成：第1个部分是光线路终端，也就是OLT；第2个部分是光合/分路器，也就是Spliter；第3个部分是光网络单元，也就是ONU，这些部分由树形拓扑结构组成。一般来说要将OLT放置在中心局端的位置，它可以分配信道，也可以控制信道连接。还有3个功能，第1个功能是实时监控功能，第2个功能是管理功能，第3个功能是维护功能[2]。而用户侧的是ONU，这两者往往通过无源光合/分路器连接。所谓无源，是指在OLT（光线路终端）和ONU（光网络单元）之间的ODN（光分配网络）没有任何有源电子设备。

PON使用波分复用（WDM）技术，同时处理双向信号传输，上、下行信号分别用不同的波长，但在同一根光纤中传送。OLT到ONU/ONT的方向为下行方向，反之为上行方向，上/下行方向分别采用1 310/1 490 nm。

2.2 OLT设备部署

2009年我国国内开始进行FTTH设备的规模部署，截至目前来看，九成多的现网OLT设备市场都由华为、烽火、中兴占领，其中华为主推设备是MA5680T/MA5800、烽火主推设备是AN5516-01/AN6000、中兴主推设备是ZXA10 C300/C600。OLT设备PON板卡有4种不同的配置供用户使用，第1种是EPON，第2种是GPON，第3种是10 G EPON，第4种是10 G GPON。

现今部署应用10 G PON各个运营商都抱十分积极的态度。这是由于10 G光模块价格在2015年开始建设10 G PON时开始一直昂贵[3]，经过科技的不断发展，10 G PON ONT的价格终于回落，10 G PON ONT变得十分普遍，现在运营商均已开始大规模部署10 G PON设备，严禁新增EPON设备，GPON设备少量按需增加。10 G PON应用已成为常态，现有的小区网络改造中普遍是应用10 G PON设备，而且现在小区基本都是FTTH模式覆盖了。小区曾经风靡一时的LAN和PON+LAN两种网络现今已经不复存在，10G PON取而代之。

2.3 10 G PON技术发展

10 G PON工作原理和PON原理相同，即下行OLT采用广播的方式将数据下发至每个ONU，上行采用时分复用（TDMA）方式向OLT传输数据，分为10 G EPON和10 G GPON。

10 G EPON按照速率分为两类，分别为非对称模式（下行速率为10 Gbit/s，上行速率为1 Gbit/s）和对称模式（上/下行速率为10 Gbit/s）。10 G EPON最大的特点是可完美兼容现网ODN网络，同时扩大了EPON的上、下行的带宽，提高最大分路比为1:256。在传输距离方面也有了很大提升，在1:256的分路比下，传输距离可以达到20 km，而在1:128的分路比下，传输可以达到30 km。

10 G GPON（上下行非对称：上行2.5 Gbps，下行10 Gbps）主要特征有：兼容性，10 G GPON的ODN系统可以有效利用原有GPON网络中已经布好的光纤、分光器和活接头等设备；超强的宽带能力[4]，10 G GPON提供的宽带能力是GPON的4倍和EPON的10倍，能够满足用户未来对大带宽的需求；更大的分光比和更远的距离，10 G GPON最大能够完成1:512的分光比下20 km的传输距离，10 G GPON既适用于人口密集的城市，也适用于偏远地区，可提高接入网的覆盖范围。

4 OLT设备的发展趋势

OLT设备目前的发展朝着两个方向进行：第1种选择是向SDN/NFV化演进；第2种选择是支持10 G PON板卡。SDN/NFV化之后的OLT设备实现了共享化、独立化、个性化，此番演进使得OLT设备的应用场景变得多样化，例如校园网、涉外宾馆酒店等。SDN/NFV化之后OLT设备的业务变得更加容易管理，同时还可以多种业务共同在OLT设备上运行，还可以通过独立的OLT设备资源共享接入的资源。作为“白盒化”的接入设备SDN/NFV化是在目前技术手段下难以实现的，正是因为这个原因在SDN/NFV化初期虚拟化OLT是一个必要条件，目前基本可以实现。而SDN/NFV化后期要实现通过SDN控制器进行操作控制，如今还不能成功实现控制和转发分离。10 G PON板卡的支持并不难实现，目前只需要设备本身的支持还有厂家升级网管，之后再升级的主控板卡和电源就可以做到支持功能。

现网EPON和GPON升级其实并不难，现在EPON设备可以通过升级主控盘后变成E/GPON混插的设备，这种设备就是可以连接EPON和GPON两种设备，只用在空槽位添加GPON线卡盘就可以实现这个目的了。一般来说，机框和主控盘都不用换，这些改造都是不难的，常常是只需更换ONU并升级OLT就可以实现了。

5 10 G PON技术现网部署及OLT演进建议

FTTH是现在宽带的主要应用建设，然而早期光纤网络经过岁月的洗礼之后，现今不能再满足客户需要，可是若全部改造为10 G PON建设又由于价格高存在不可行性，而且10G PON ONT终端类型还是不够丰富，不能满足客户众多需求类型。所以可暂时采用平滑过渡策略，那就是OLT侧部署10 G PON，而在终端侧不采用10 G PON，转而采用EPON/GPON终端，面对特殊需求用户提供千兆入户业务。

PON网络当前承载了众多业务，未来将不仅仅是VR/AR、直播、游戏、IPTV点播、宽带等，还会出现更多业务。但业务过多的话可能导致单PON口会出现流量不稳定的现象，从前的计算流量方式就不适用于业务过多的PON网络，如果要提升用户体验，PON网络部署可以考虑以下几点来增大带宽：（1）网络流量监测分析系统应用到用户端，动态监控业务与网络所需求流量变化。（2）短时间内，局部宽带网络拥塞时，首先确保高优先级业务的顺利进行。以上调整如果不够还可以调整用户PON端口分布，依旧不能满足需求时考虑扩容升级10 G PON。

OLT设备的上联按照OLT用户的日常流量需求，首先采用 N×GE的方式，如果不能满足用户需求可以调整为N×10 GE。小容量OLT可以用在流量需求不高的地方，这样可以为流量需求高的地方腾出道路。提高用户带宽的流量通量，现实部署中需要尽量避免OLT上联交换机，因为数量增多会导致网络时延，降低用户的业务体验感。

6 结语

目前看来，前一代的各类接入技术都已经退网，接入技术几乎全部已经统一为PON技术，这时处于PON技术核心位置的OLT设备的战略部署和演进策略如何计划实施，对于未来宽带接入网的发展方向有着很大的影响作用。运营商宽带网络光纤化全部改造后，1 000 M接入业务成为家家户户都可以实现的业务，而且在未来还会有更多新技术与业务产生和发展，新的发展也是新的挑战，PON网络在战胜挑战之后会迎来更高带宽承载的要求。

高速宽带网络是信息基础建设的重要组成部分，有序推进我国新一代信息基础设施建设，强化信息基础设施和下游互联网产业的互动发展，是我国网络强国战略成功的关键。作为与第五代移动通信网络（5 G）平行的通信网络，以10 G PON技术为代表的第五代固定宽带网络（F5 G）具有全光连接、超高带宽、超低时延等关键特性，是我国新型基础设施的重要组成部分，也是支撑万物互联时代我国网络强国建设的重要一翼[5]。