郭敏
关键词:GPON 技术;宽带接入网;应用
为了满足宽带网络和企业的需求,宽带接入网络的速度正在加快。目前有线接入技术的主流是基于电话线的数字用户线(DSL) 技术和基于光纤的宽带光接入技术,后者正在从窄带无线接入转向宽带接入。在有线网络接入的发展过程中,以宽带接入市场为主的ADSL 相对被替代,新一代光学连接将取代以铜缆为主的xDSL 技术。GPON是基于光纤通道的无源光网络(PON)的首选技术,因为它在物理访问速度、带宽和光隔离方面具有巨大优势。FTTX 应用模式逐渐成为宽带接入发展的方向,这一现象引起了各大电信运营商的极大兴趣。本文中笔者以采用GPON 技术改造黑龙江市齐齐哈尔电网为例,深入研究了GPON 接入的原理和方法,以供业内人士参考。
一、GPON 技术介绍及原理
(一)GPON 技术介绍
GPON 是千兆位无噪声网络的一部分,这是一种新的网络访问技术。宽带接入主要面向嵌入式业务运营人员。同时保持ATM、以太网、TDM 等的兼容性,可以有效地将数据帧转换为中文网络。并且运营商根据企业发展需要和ITU-TG.984 标准提供GPON 技术。目前,GPON 系统可以为电信运营商提供广泛的服务,并带来巨大的利润,包括班车服务、视频服务、公共交换电话网络等。在GPON 系统中,WDM 技术允许在单个光纤上双向传输数据。GPON 系统采用新的多点辐射方法,传输过程采用无源光纤结构。GPON 的配置与光纤通道访问网络的配置相同。因为GPON 是光接入网的一部分。这一结构由IP 终端设备光端机、无源光纤分布式传输网络、用户设备光端机或GPON 光端机三部分组成。提供一个接口,使OLT 能够访问网络和中心网络之间的连接。中央网络一般位于中央控制室。主要提供V5.2、OC3、PDH、STM-1 等接口。此外,该系统还提供高达1.244 GB/ 秒或2.488 GB/ 秒的光纤接口,用于通过光纤分配网络连接到ONU 设备。GPON 设备中最重要的设备是OLT。OLT 具有实时监控、ODN 传输控制、GPON 系统维护信息管理、带宽控制和分发等功能。如果GPON系统在传输过程中使用波分复用(WDM),则光纤可以传输两次数据并保持1:64 或1:128 的频谱比例。此外,可以使用三种拓扑结构来实现GPON 系统进行组网,因此GPON 系统使用环路保护来保证传输数据的安全。
(二)GPON 工作原理
在网络应用中,无源光网络千兆位系统可以通过向分布式光网络中添加波分复用(WDM) 模块提高了下游传输速度,最高可达 1360nm 和 1500nm。 根据数据的传输方向,可以选择不同的传输方案。例如,为了避免上行传输过程中的信息冲突,可以共享传输路由以加快速度并整合资源,从而降低设备工作成本。同时,在时间分段多路复用的情况下,可以将所有信息划分为多个时间间隔,然后根据数据分布的要求,实现数据传输中显示的传输时间间隔。在此应用模式下,每个时间间隔都会进行一条信息的传输,以避免由于时间冲突而导致信息之间出现重叠的问题。下行数据传输可以使用广播方法共享数据传输、传输路径和下游应用程序资源。也就是说,通过光纤网络驱动器的信息识别,可以对所有数据进行过滤,然后选择过滤数据的地址,设置下行链路图像长度,有效传输下行链路数据,从而加快速度,同时可以有效避免故障的出现[1]。
二、GPON 组网方式和应用模式
(一)GPON 的组网方法
在实际的运用中得出的结论是组网方案中的有星型以及树形方式是GPON 技术中最常见的两种方式。
1. 树型方式
树型拓扑通过多个分支机构或缩写DP 向多个联合国用户发送信号。此外,视这些分发点的组合而定,许多上行链路信号从几个联合国发送到OLT。通常分配点的光分路器采用l:N 型号的机器。但是,将光分布点分隔符应用于局域网可能会使建立ODN 网络变得复杂。在例外情况下可以使用多级分光处理,但是也不超过三级。
2. 星型方式
OLT 和每个ONU 之间没有光谱,而是通过专用光学途径与ONU 设备直接连接。HOLT 和ONU 设备随时准备形成恒星结构。此项施行的措施不会丢失亮度,传输距离比多点设置大得多。但这种应用模式使用的光纤较少,对于资源的浪费较多,没有反映出GPON 的技术优势,导致其实际应用较少。
(二)GPON 的应用模式
GPON 技术的应用模型按光纤进入客户的程度分类。主要应用模式包括光纤(FTT0)、建筑前光纤(FTTB)、路边光纤(FTTC)、光纤(FTTH) 和FTTN。可以根据应用程序场景和网络平面配置决定其應该采用的特定分析模型:
1.FTTH 应用模式
选择要使用的应用程序模板时,要考虑到较为周全的因素。高收入区域( 如村庄和高端社区等) 的客户可以使用FTTH 同时访问多个企业,同时开发具有多种访问权限的高级用户。具体来说,OLT 位于区域机构大厅,光驱直接放置。当然,用户可以通过公共场所直接提供的unicamp 接口连接到其家庭网络。实际上,FTTH 应用模型要求GPON 提供多种服务接口,以便通过多个服务接口促进三个网络集成的发展和进展。
2.FTTB 应用模式
关于FTTB 应用程序模型的应用,FTTB 应用程序模型要求将ONU 置于住所区域内,并允许采用双门架连接。FTTB 模式通常在分支机构的参与下解决电源问题。如果楼层较高,请考虑建筑内部进行分光处理;反之,则建筑物不需要此项措施,可以直接在居民区进行。
三、GPON 技术在电信宽带接入网方案设计
(一)ODN 设计方案
首先,选择OLT 的放置位置。在选择过程中,应充分考虑管道资源和维护管理方法等因素。通常OLT 布局的最佳位置是局内机房或社区访问室,放置在机房内以方便维修。但是,在铺设光缆时,施工量相对较大,成本较高,布线时的执行量相对较大。具体方案还必须与具体的技术情况相关联。其次,如果设定了ODN 网络方法,且存取网络的特定位置不一致,则ODN 网络方法不同。这就需要提供一个科学网络结构,既考虑到每个区域宽带用户的数量,又考虑到宽带需求。最后,分光器的部署可分为集中部署和分散部署。部署位置各不相同则体现出的优点也不尽相同,应根据访问网络的用户的实际情况和需要选择最合适的方案[2]。
2. 带宽计算
在计算带宽需求时,可以遵循相应的参考模型,例如在线游戏中:高清视频的带宽为300 kb,上行带宽为300 kb,下行带宽为6M。首先,计算每户带宽。一般而言,使用每个用户带宽的主要活动类型是数据业务、视频和语音服务。因此,上行1M,下行4M 即可满足需求,即使用户观看高清视频,玩网络游戏,下行10M 带宽也可满足用户需求。如果GPON 的有效带宽特性大于2g,则可以有效满足高带宽要求。然后,根据计算公式和流量计算OLT 设备的上行带宽。GPON 技术在接入网络上的应用可有效满足用户的带宽需求。
3.VLAN 和IP 地址规划设计
规划IP 地址时,必须确保其合理且安全。使用动态分配可以满足这两个要求。这不仅可以有效地节省IP地址资源,还可以提高地址安全性,因为用户的IP 地址在一个区域内是连续的。当计划VLAN 地址时,必须设置特定的操作。计划信贷活动时,软件包作为用户访问VLAN 的端口提供,而OLT 设备允许用户访问。为避免第2 层交互,可以使用ONU 设备安全访问网络,方法是在用户端口上启用隔离功能,同时有效地管理访问用户。对于语音服务,VLAN 标记在语音访问后封装在联合国设备中。与此同时,确定高度优先,确保语音数据包优先传输,并确保通话质量。
四、GPON 技术在宽带接入网中的应用
1. 网络建设规划
①与部署OLT 有关的所有基本任务都须遵守以下原则:第一,在选择计算机房时,建议选择当地市话端局,因其自身通信能力以及管道条件都较好。在选择模块时,应优先考虑远距离模块,更重要的是应优先考虑高能效光学模块,以便在实际应用过程中有效地准备远距离传输。与此同时,对于选定的机房,可以对旧机房进行翻新,房间内的电缆连接可以通过分区域安装办公室或模块化办公室进行测量,以确保传输。第二,应将OLT 部署装配在技术厅,明确显示网络结构层次,明确部署方案,有效避免隐蔽缺陷。为满足企业运行需要,该计划必须按照就近原则有效地提高信息传递的质量。最后,为有效发挥其网元设备的优势,也需要实现在业务层接入时,应用保护机制来提升性能,从而达到有效防止故障的目的。②为了部署宽带网络,必须根据不同用户群体和社区的需要设计系统。带宽受限于不同用户的应用程序需求,允许用户在应用程序时根据自己的需求作出选择。与此同时,在设置过程中,需要根据整体建设需求来划分社区,更重要的是,要优先考虑高优先级企业的宽带,以确保客户的应用需求。此外,为了充分利用可用的宽带,需要限制速度,保留每个宽带端口并正确规划用于宽带请求的用户数量。③电源和布线通常需要选择合适的电源,并且在连接电源时必须确保电源的安全。与此同时,有必要通过采用保护措施对管道施行保护工作,有效确保所有设备的使用安全。此外,对于所有类型的外部电缆,应避免接近可能受到闪电电击的物体,注意高压损坏导致发生意外事故。此外,根据行业建设的要求,有必要按照国家标准规划设计,从而有效避免安全事故[3]。
2. 网络配置规划
(1)VLAN 划分原则
确保重要网络设备的安全,合理区分广播域,隔离不必要的网络广播和数据包,分割虚拟网络。具体的虛拟网络划分由构造单元根据资源确定,并应遵循以下原则:(1) 使用VLAN 隔离来区分活动类型和活动级别,并根据活动类型分配不同的VLAN 实施优先级。VLAN 配置必须为PUPSPV 模式( 每个用户一个企业VLAN)。为每个用户分配一个VLAN,以便通过单独的VLAN 访问Internet、VoIP、IPTV 和终端集成管理系统。PUP v+PSPv 组合模式(1 个企业-1 个VLAN): 用户实现用户端与PUP PV 的交互,PSP v 执行脱机和安全活动(IPTV 上的IPTV 由该区域的所有用户或用户共享)。VLAN 规划主要基于两种模式,可根据网络和业务实际发展的具体情况进行分类确定并实施。PUVP+PSPV 和PUP 组合仅在多播复制点未向下移动( 始终安装在arm/Sr 上) 时可用。PUPSPV 和PUP v+PSP v 配置必须为FTTH。包括VLAN 1:1 和VLAN 1 转换模式( 适用于互联网服务),由ONU设备互联网服务、IPTV、VoIP 和OLT 网关或终端管理系统表示。作为VLAN 计划的一部分,FTTB 应用程序独立于主机盘柜的家庭网关模式ONU 具有内置的VLAN来识别用户。根据内部HOLT VLAN,在PON 端口上安装外部VLAN 以确定PON 端口的位置和销售信息。下载家庭网关模式: 家庭网关透明地发送一般互联网任务、IPTV 任务、VoIP 任务和嵌入式终端管理系统任务,并将它们发送到MDU。 OLT 配置为VLAN1:1 转换模式,CLARiiON 配置为常规internet 模式,VLAN 1 : 1 配置为常规IPTV 模式。
(2)QOS 策略
PON 系统以ITU-ty . 1291 QoS 机制为基础,该机制遵守服务级别协议,确保各种高优先级和低优先级服务的服务质量。基于IEEE802.1D 的QoS 策略部署在第2 层接入网络上,包括PON 系统。ONU 设备或家庭网关确定访问互联网、IPTV、VoIP 等的不同用户优先事项,并在宽带网络的所有层部署相应的优先级队列。城域网基于DiffServ 的三层QoS 策略,允许用户和企业通过Ipreception 或EXP 标签进行访问。位于公司控制级别(arm/Sr 等)。根据每个企业的服务质量水平,可以将服务质量分类显示映射到宽带接入网和城域网[4]。
(3)IP 地址规划
IP 地址的有效分配对于网络的正常运行和网络资源的有效利用至关重要。对于城市域,IP 地址分配必须充分利用应用程序地址空间,充分考虑地址空间的合理使用,确保网络地址的最佳分配和企业流量的均匀分配。因此,在分配IP 地址时,必须考虑所有IP 网络、分配IP 地址,最大限度地减少IP 地址以及充分考虑网络安全性能。OLT 和ONU 设备必须静态配置为专用网络IP地址以进行网络管理。①公共网络地址原则上分配给宽带互联网接入和IPTV 服务,如果可以通过CMNET 屏幕进行集成NAT 转换,则可分配专用网络地址。②本服务是分配给VoIP 和Symmetrix 管理服务的网络地址。③ IP 地址通常由BRAS/SR 或DHCP 服务器动态分配。所以对于MDU 制造的IAD 设备,建议使用静态配置。
(4)网络安全
网络安全性对于使用网络的用户至关重要。因此,需要为整个网络建立安全机制,PON 系统必须提供安全的托管和协作功能。OLT 必须能够核查和控制联合国的合法性。对于使用GPON 的FTTH 系统,首选考虑采用具有逻辑识别的ONU 身份验证方法。通过FTTH 系统连接的未经验证的VoIP 或视频业务终端设备( 包括集成在联合国系统或家庭网络中的IAD 设备) 必须通过bacpour 设备连接,PON 通过用户验证,并使用radius 协议和business access control point (SR) 运行。通过PPPoE、DHCP+web 和802.1x 等身份验证方法提供多种用户和企业访问身份验证功能。访问身份验证完成后,用户可以获得以下内容:访问权限、带宽、优先级等设置。并且对此可以根据业务需求动态更改。用户的主要商业认证方法如下:①宽带互联网服务使用PPPoE 认证方法。②服务IPTV 可由PPO 或IPO 认证。③企业IP 语音使用IPO( 联合国集成IAD 或家庭网关身份验证方法或灵活的交换系统进行。④综合终端管理系统通过IPO 认证。
五、GPON 技术在宽带接入网的发展趋势
GPON 结合了高带宽、远距离、高评估和端到端服务访问等优点,使用户能够充分利用光纤通道访问网络。根据当前的光纤通道技术,短期内,10Gbit 和10GDPON z 5Gbit 上行链路可能是最快的NG-PON 技术,但随10GGPON 对称带宽和WDM-PON 软件技术降低了设备成本,GPO 越来越多地被用于访问网络和GPO 技术[5]。
六、结束语
宽带通信技术是各国经济和社会发展的重要基础,这一技术也是工业化建设工作与信息化建设工作之间的重要联系,这一技术预示着人们的社会发展水平有了更进一步的成就,且显示出人们的生活水平也在日益增高。此外,宽带通信技术是评估一国国际竞争力的一个主要评价标准。基于以上各个因素,GPON 技术已成为世界主要运营商具有竞争力的宽带接入技术,因此在现代社会居民们的日常生活中将得到更广泛的应用,以满足用户日益增长的网络带宽需求。