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烽火科技:下一代PON网络技术演进与标准化进展
2015年9月20日 20:03  CCTIME飞象网  

    摘要:本文介绍了10GPON和NG-PON2等技术的标准化进展;同时就无线回传、智能ODN及光链路检测等PON接入热点问题进行了探讨。

    关键词:10GPON;NGPON2; TWDM-PON

    PON技术凭借其点到多点的无源网络架构等诸多优势,已成为FTTx领域最受运营商青睐的解决方案。无源光网络(PON)由光线路终端(OLT)、光网络单元(ONU)和光分配网络(ODN)组成。一般其下行采用TDM广播方式、上行采用TDMA(时分多址接入)方式,可以灵活组网(典型结构为树形结构)。PON的本质特征就是ODN,其全部由无源光器件组成,不包含任何有源电子器件。这样避免了外部设备的电磁干扰和雷电影响,减少了线路和外部设备的故障率,简化了供电配置和网管复杂度,提高了系统可靠性,同时节省了维护成本。与点到点的有源光网络相比,PON技术的主要特点在于维护简单,成本较低(节省光纤和光接口)和较高的传输带宽;同时,在接入应用方面一般上、下行速率不对等(相对下行速率需求高),点对多点的应用也便于最大化的利用网络资源。

    2001年和2002年,权威标准组织IEEE和FSAN/ITU-T分别提出EPON和GPON概念,从此PON技术进入了Gbps时代。此后5年内,这两种技术及其产业链逐渐发展成熟,成为了全球市场的主流应用。

    目前,国内外的主流电信运营商均以EPON或者GPON技术大力发展宽带接入提速服务,光进铜退的趋势日益明显。据统计,2012年全球宽带用户达到6.438亿户;FTTx用户达到1.144亿;全球FTTx覆盖家庭数累计达3.43亿户,占全球总户数19亿户的18%左右。2013年,据PointTopic调查数据显示,全球宽带用户增加已达到6.786亿户;其中,光纤宽带连接增长了17.6%,增速更快。

    随着用户对高清IPTV、视频监控等高带宽业务需求的不断增长,运营商对PON系统在带宽需求、业务支撑能力、接入节点设备和配套设备性能等方面,都提出了更高的期望。下一代PON技术的未来演进已成为当前业界最瞩目的焦点问题。

    1. 10G PON

    1.1标准及技术演进路线

    2008年开始,IEEE和FSAN/ITU-T启动了10G PON的研究,PON技术将跨入10Gbps时代。IEEE还是延续采用以太网技术,通过少量扩展,推出了10G EPON标准,IEEE802.3av在2009年9月正式发布。ITU-T稍晚也启动了10G GPON标准的制定,延续了GPON的技术路线,并在2010年三季度发布了G.987系列标准。

    烽火具有从有源芯片、发射接收器件、一直到收发一体模块的垂直整合能力,规模化的实力能更好的对成本进行控制。2012年已成为各大集成商的主要供应商,具备10G PON模块的批量供货能力。

    1.2产业链及应用

    总体来说,目前的10GPON尚处于测试和小规模商用阶段。何时规模应用将取决于需求和成本。

    与G速率PON产品相比,成本方面的变化主要体现在芯片和光模块上:目前来看,未来几年10GPON的成本依然远高于EPON和GPON。10GEPONMAC芯片的ASIC化已实现(10G GPON芯片量产计划有推迟,预计2014年完成),差异不大;因此,差异将主要体现在光模块方面。

    需求方面,目前世界各国做的中长期(3~6年)网络接入带宽基本为100M;在FTTH的一般应用场景中(1:32及之下分光比),EPON和GPON技术已可以支撑该需求。高清视频业务之后,目前也缺乏新的杀手级高带宽消耗新业务出现。就目前流量增速最高的前几名得视频业务而言,国内也有一些相对的特殊情况,按运营商的说法,“这类视频业务的比特价值仅仅是话音、短信、彩铃的万分之一量级”。

    综上,在政策和商业驱动力两个方面来看,运营商在固网宽带接入大规模追加投资的动力明显不足。

    2013年,10GEPON开始纳入中国电信集采,以FTTB工程改造类型为主。

    2. 40G PON

    2.1标准及技术演进路线

    2011年开始,ITU-T启动了NGPON2的研究,PON标准将跨入40Gbps时代。2012年3月,多数运营商选择TWDM-PON作为其主要的实现技术,开始编写G.ngpon2.1(即NGPON2总体需求)。同年10月,该文稿提交并获得通过,标准号为G.989.1。其系列标准尚在起草中:如G.989.2(物理层)、G.989.3(TC层)、G.multi等都有望于2014年底通过初稿。

    2014年初,IEEE表示将通过IEEE标准协会(IEEEStandardAssociation,IEEE-SA)产业联系活动(IndustryConnections Activity)调查下一代EPON需求,其目的是调查对支持超过10Gbps以上数据传输数率的需求情况。目前该调查尚在进行中。

    2.2TWDM-PON技术特点

    TWDM-PON是TDM技术与WDM技术结合。其采用8个波长实现4路10GGPON在同一ODN中叠加;其中,下行4个波长,10G/波长;上行4个波长,2.5G/波长;总带宽下行40G/上行10G。

    TWDMPON可以与现有G/EPONFTTB网络和谐共存;不同PON技术采用不同波长隔离,不会对数据规划和网络管理造成困扰;利用堆叠PON1:512的高分光比能力,可借用FTTB的ODN网络实现FTTH低成本覆盖。

    TWDM-PON技术对光器件提出了很多新要求:ONU光模块方面需要波长可调元件与激光器和探测器混合集成;OLT光模块方面需要4(或8)通道的激光器与光合波器,探测器与光分波器间的集成。目前,烽火科技正和主流集成商配合,积极提供相关样品。

    2.3其它40G PON技术

    与TWDM-PON共同纳入备选方案的有:OFDM-PON技术(正交频分复用)、UDWDM-PON技术(基于相干光检测)、SSWDM-PON技术(ODN中引入反射镜等)、XLG-PON技术(TDM直接到40G速率)。出于更大限度的重现有用ODN网络及产业水平的整体考虑,TWDM-PON和部分PtP WDM-PON的应用场景更为多数运营商所接收,从而成为NG-PON2的主要标准内容。

    3. 其它相关热点

    3.1PON应用于mobile backhaul(无线回传)

    对于运营商来说,直接面对用户并能快速变现的是2张接入网:固网和移动无线网。移动网由2G过渡到3G时代,无线网络流量发生了爆炸式的增长;待移动网开始进入到目前的4G时代,将进一步加剧流量的增速需求。因此,为获得较好的4G业务体验,除宏基站外,覆盖范围内需新增多个小基站。实践证明,用PON技术与众多小基站结合灵活组网以完成移动数据的无线回传是一种因地制宜的低成本解决方案。目前,多家运营商已经或正在测试验证该方案,并努力探索适合各自特点的解决途径。随着4G网络的进一步普及及与固定PON网络进一步的技术融合,PON类相关产品也许会迎来新一波的发货高潮。

    3.2智能ODN

    本质上来说,智能ODN的概念并不只局限于PON网络,该技术是对光纤基础设施的智能化管理。其通过射频标签、E-ID芯片、条码等方式,将机架、插箱、盘片、端口等网络单元以数据化的方式加以标记和区别。目标是从施工工单下达开始,基础建设的同时同步完成光纤基础设施相关数据的开创至建档结束的过程,减少出错几率并尽量避免人工的后期参与,从而降低运维成本。

    3.3光链路诊断与测量

    该技术主要用于对PON系统光层性能检测盒故障的发现、诊断及快速定位。目前业界主要关注的是基于光时域反射仪(opticaltime-domainreflectometer;OTDR)的测量与诊断技术。相应的目前有外置OTDR、内置OTDR板卡及光模块内置OTDR三种实现技术,最后一种架构因不需对现ODN进行改造而成为业界更为关注的技术。具体采用的波长方面,第三波长(1625nm或1650nm)可以实现对业务无损的测试,及时性及便利性更好,因此更易被众多运营商接受。

    4. 总结

    总的说来,G速率的PON网络和技术已在全球范围内获得了商业应用。目前,10GPON技术已开始商业应用。40G速率代表的TWDM-PON技术已基本具备标准系列的制高点,为人们日益增长的带宽需求做好了现阶段适配和未来的技术储备。目前的固网与移动接入网正走向融合,物联网和5G等新概念和需求的兴起会加速这个过程。同时,趋向融合网络的运维和管控也将更加智能和简便,我们有理由期待明天会更好。

编 辑:张萌
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