寬頻光纖接入網的發展趨勢論文
光纖寬頻接入，是指用光纖作為主要的傳輸媒質，實現接入網的資訊傳送功能。通過光線路終端OLT與業務節點相連，通過光網路單元ONU與使用者連線。光纖接入網包括遠端裝置——光網路單元和局端裝置——光線路終端，它們通過傳輸裝置相連。以下是今天小編要與大家分享的：寬頻光纖接入網的發展趨勢相關論文。內容僅供參考，希望能幫助到大家!
寬頻光纖接入網的發展趨勢全文如下：
摘要：本文首先簡要介紹世界寬頻接入網發展的狀況和主要應用,然後講述了寬頻光纖接入網的優點。接下來,重點分析了寬頻點到點有源乙太網光纖系統和寬頻點到多無源光纖系統的特點和應用。最後提出我國光纖接入網的發辰可能跨越APON、]]PON和EPON階段,從寬頻點到點乙太網光纖系統和GEPON開始,乃至最終過渡到GPON階段的初步設想。
寬頻接入網發展的狀況和主要應用
『事實上,從電信發展歷史看,當網路使用者數達到一定規模。各種應用會自然產生,這也是所謂的邁特卡夫定律的威力所在。歷史上沒有一種技術生來就帶著一大堆應用的,無論是行動通訊還是網際網路,其簡訊、瀏覽、網上聊天等關鍵應用都是在使用者規模發展到一定程度後自然產生的,而不是事先刻意設計策劃出來的。』
進入21世紀以來,全球寬頻接入網進入了大發展階段。到2004年底,總使用者數已經達到1.5億,成為電信史上發展最快的電信業務之一,甚至比移動業務還快。例如全球移動業務從1000萬發展到1億花了5.5年,而寬頻接入業務僅用了3.5年。按照IDC的預測,2007年全球寬頻總使用者可以達到2.09億,其中9.9,即大約2000萬用戶為光纖接入網。
亞太地區,特別是韓國和日本是寬頻接入發展最迅猛的國家,韓國寬頻使用者總數已經突破1000萬,寬頻普及率居世界第一,佔據家庭的7網際網路的90%。日本政府也通過各種措施大力推進寬頻發展,計劃2005年將寬頻使用者總數提高到3000萬,其中FTTH達到1 000萬。美國依然是世界最大的寬頻接入市場,總使用者數超過3000萬。美國FOC將寬頻業務定位為2003—2008年的六大目標之一,事實上寬頻接入正成為美國普遍服務的下一個目標。美國寬頻接入是以電纜電視和ADSL為主發展的,由於電信管制政策鼓勵採用新技術建設網路例如FCC規定運營商建設光纖接入網可以不受限於本地環路的非捆綁政策以及競爭和業務增長的壓力,近來主導運營商對光纖到駐地FTTP的發展十分積極。
就光纖接入網,特別是光纖到駐地FTTP或光纖到家FTTH而言,全球已經開始進入啟動階段,僅美國就有270個FTTP專案,多半是地方政府、公共公司、房地產開發商和非主導電信運營商的專案。主導運營商也開始進入該領域,其中Verizon計劃2005年完成300萬FTTP;SBC在其龐大的“光速”計劃中計劃2007年達1800萬FTTN,每戶具備速率20-39Mb/s,提供端到端的三重業務捆綁tripte play業務。日本是世界上推進FTTH最激進的國家,2.004年其光纖就已經通達1800萬多戶家庭,但是使用者發展滯後,大約為200萬,2005年計劃發展1000萬。歐洲比較穩健保守,到2004年FTTH總共敷設了50萬,有167個小專案或試驗專案在進行。
我國寬頻接入網在近兩年發展也十分迅速,據初步統計,到2004年底我國寬頻使用者為2500萬,成為僅次於美國的第二大寬頻接入市場,其中主導技術是ADSL,大約佔70%左右,其次是乙太網技術,還有少量寬頻無線接入和電纜調變解調器接入,對於FTTH技術還處在跟蹤階段,少數發達城市也已經在開始考慮和試驗各種FTTHI技術。
從寬頻應用看,按照美國麥肯錫公司的最新分析,初期的寬頻應用主要是高速上網,可以使上網的時間增加約30%。此後,隨著業務的大規模拓展,開發新的業務成為繼續發展的動力。據美國BHK公司在2004年的調查結果顯示,2003年美國前五名的寬頻消費是網上賭博、成人節目、遊戲、音樂下載和點播電視,具有明顯的向消費類傾斜的趨勢。
需要指出,討論應用驅動需要注意一個基本認識上的誤區,即不能寄希望於人為事先研究開發出一二項所謂“殺手鐗應用”,推廣應用。事實上,從電信發展歷史看,當網路使用者數達到一定規模,各種應用會自然產生,這也是所謂的邁特卡夫定律的威力所在。歷史上沒有一種技術生來就帶著一大堆應用的,無論是行動通訊還是網際網路,其簡訊、瀏覽、網上聊天等關鍵應用都是在使用者規模發展到一定程度後自然產生的,而不是事先刻意設計策劃出來的。
寬頻光纖接入網的優勢
隨著光纖在長途網、都會網路乃至接入網主幹段的大量應用,邏輯的發展趨勢將是繼續向接入網的配線段和引入線部分延伸,關鍵是推進速度有多快?這將取決於多種因素,包括市場的需求、競爭的需要、應用的刺激、技術的進步,成本的下降和配套運維繫統的開發等等。我國2008年舉辦奧運會和2010年舉辦世界博覽會這兩大事件將在一定程度上會推進寬頻光纖接入網的發展。
下面將主要從系統技術的角度來分析幾種主要的寬頻光纖接入技術的特徵、問題和發展趨勢。當然,除了系統技術外,影響其應用的因素很多,主要是業務和應用以及管制政策。此外,各種配套元器件技術和敷設安裝測試技術也十分關鍵。目前低成本光源已有望實現,850nm的VCSEL僅數美元,1310nm的VOSEL已有突破,速率達10Gb/s。PLC混合整合技術,高密度低成本光纜及相關技術,對彎曲不敏感的室內用光纖,低成本無源器件,施工安裝技術,自動光操作測試系統等也都是影響光接入網推廣應用的關鍵因素,需要有妥善的解決方案。
點到點有源乙太網系統
『由於計費、質量、管理、安全等多種因素,乙太網作為公用網接入方式尚需進一步改進。』
傳統乙太網屬於使用者駐地網cPN。然而其應用卻在向包括接入網在內的其他公用網領域擴充套件。歷史上,對於企事業使用者應用環境,乙太網技術一直是最流行的方法,目前已成為僅決於供電插口的第二大住宅和辦公室公用設施介面。採用乙太網作為企事業使用者接入手段的主要原因是已有巨大的網路基礎和長期的經驗知識、目前所有流行的作業系統和應用也都是與乙太網相容的、效能價格比好、可擴充套件性、容易安裝開通以及高可靠性等。
對於公用網住宅使用者應用環境,點到點有源乙太網系統採用有源業務集中點來替代無源點到多點系統的無源器件,使傳輸距離可以擴充套件到1 20公里之遠。主要優點是專用接入,頻寬有保證,每使用者可以獨享100Mb/s乃至1dbs;局端裝置簡單便宜;傳輸距離長,服務區域大;成本隨使用者數的實際增長而線性增加,無需規劃,投資風險低,因而在低密度使用者分散地區成本較低。缺點是兩端裝置和光纖設
施專用,使用者不能共享局端裝置和光纖,當需求快速增長且使用者很密集時,光纖和兩端裝置數量及其成本以及空間需求也隨之迅速增加,因而不太適合高密集使用者區域。影響選擇乙太網技術的另一個因素是傳統視訊業務的提供方式,例如美國地方貝爾公司都承諾提供傳統模擬RF視訊節目,而乙太網和模擬視訊節目的混合是很困難的。這方面PON技術就比較容易。
由於計費、質量、管理、安全等多種因素,乙太網作為公用網接入方式尚需進一步改進。主要是乙太網技術的固有機制不提供端到端的包延時、包丟失率、頻寬控制,難以支援實時業務的服務質量,缺乏安全機制保證等。
點到多點無源,光網路系統
『隨著IP的崛起和發展,有人提出了EPON的概念,這一思想在乙太網界獲得到了積極響應,在IEEE 802.3ah的旗幟下已經形成了GEPON標準。』
1.無源光網路技術
無源光網路PoN是一種純介質網路,其主要特點是在接入網中去掉了有源裝置,從而避免了電磁干擾和雷電影響,減少了線路和外部裝置的故障率,降低了相應的運維成本。其次,PON的業務透明性較好,頻寬寬,可適用於任何制式和速率的訊號,能比較經濟地支援模擬廣播電視業務,具備三重業務功能triple—play。最後,由於其局端裝置和光纖由使用者共享,因而線路成本較其他點到點通訊方式要低,土建成本也可以明顯降低。特別是隨著光纖向用戶日益推進,其綜合優勢越來越明顯。PON的每使用者成本隨著分享OLT的使用者數量的增加而迅速下降,因而最適合於分散的小企業和居民使用者,特別是那些使用者區域較分散,而每一區域使用者又相對集中的小面積密集使用者地區,尤其是新建區域。最後,考慮採用PON技術後比較容易繼續提供傳統的模擬視訊節目,因而,多數美國地方貝爾公司傾向於PON技術,而不是光乙太網技術。
PON的主要缺點是一次性投入成本較高,因為局端光線路終端OLT很貴,光纖和分路器等無源基礎設施又必須一次到位,這樣當用戶數較少或使用者分佈超過某一限定距離時,每使用者的成本很高。另外,其樹型分支拓撲結構使使用者不具備保護功能或保護功能成本較高,影響了大規模發展。
2.APON和BPON
早期的窄帶無源光網路是基於TDM的,效能價格比不好,已經自然消亡。一個ATM化的無源光網路APON/BPON可以利用ATM的集中和統計複用,再結合無源分路器對光纖和光線路終端的共享作用,使效能價格比有重要改進,目前在美國和日本等國已經開始商用。
然而,目前實際APON/BPON的業務適配提供很複雜,業務提供能力有限,資料傳送速率和效率不高,成本較高,其市場前景由於ATM的衰落而黯淡。最後,從長遠的業務發展趨勢看,APON的可用頻寬仍然不夠。以FTTC為例,儘管典型主幹下行速率可達622Mb/s,但由於分路後,實際可分到每個使用者的頻寬將大大減小。按32路計算,每一個分支的可用頻寬僅剩
隨著IP的崛起和發展,有人提出了EPON的概念,即在與APON和BPON類似的結構和O.983的基礎上,設法保留其精華部分—物理層PON;而以乙太網代替ATM作為鏈路層協議,構成一個可以提供更大頻寬、更低成本和更寬業務能力的新的結合體-EPON。這一思想在乙太網界獲得到了積極響應,在IEEE802。3ah的旗幟下已經形成了GEPON標準。在實際中,EPON和GEPON的基本差別就是標準化,前者往往指非標裝置,後者指符合IEEE 802.3ah,規範的裝置。另外,GEPON的傳輸距離和分路比均比EPON有所減小。
EPON/GEPON與傳統點到點乙太網主要不同處在於工作於點到多點通訊方式。其下行方向工作於TDM方式,資料流以變長以太幀方式廣播到ONU,每個ONU根據以太幀的MAC地址,決定取捨。上行方向工作於TDMA方式,來自不同時隙的ONU資料流匯聚到公共光纖設施和OLT。此外,傳統乙太網工作於連續光傳輸模式,在收發兩個方向都是連續的位元流,因此收端的定時和判決容易實現。而EPON/GEPOkI的ONU上行位元流是輪流傳送的突發資料包,OLT的接收定時恢復、判決門限設定、測距和延時補償比較複雜。
從EPON/GEPON的結構上看,其關鍵優點是極大地簡化了傳統的多層重迭網結構,主要特點有:
——消除了ATM和SDH層,從而降低了初始成本和執行成本; ——下行業務速率高達1Gb/s,允許支援更多使用者,每一使用者的頻寬可以更高,並能提供視訊業務能力和較好的QOS
——硬體簡單,無須室外電子裝置,使安裝部署工作得以簡化;
——可以大量採用乙太網技術成熟的晶片,實現較簡單,成本低
——改進了電路的靈活指配和業務的提供和重配置能力。
IEEE 802.3ah規範的GEPON技術的規範性好,上下行波長是1310和1490nm,上下行速率為1.25Gb/s,傳輸距離是10/20km,分路比是16,主要業務是資料和語聲,增加一個1550nm電視廣播波長後,成為語聲、資料和電視三合一的“triple—play”寬頻業務捆綁服務,而這將是未來家庭業務的“殺手鐗應用”。
EPON/GEPON的主要缺點是效率低和難以支援乙太網以外的業務。前者是由於採用8B/10B的線路編碼,引入20%的頻寬損失,再加上其他開銷,可用負荷僅50%左右,而APON和GPON都採用NRZ擾碼為線路碼,沒有頻寬損失。再加上承載層效率、傳輸匯聚層效率、業務適配效率等原因,使EPON/GEPON總的傳輸效率很低,大約僅為GPON的半。
4.GPON
2001年,在IEEE積極制定EPON標準的同時,FSAN組織開始發起制定速率超過1Gb/s的PON網路標準一千兆乙太網無源光網路GPON,隨後,ITU-T也介入了這一新標準的制定工作並於2003年1丹通過兩個有關GPON的新的標準G.984.1和G.984.2速率提高到2.5Gb/s。按照這一最新標準的規定,GPON可以提供1.244和2.488Gb/s的下行速率和所有標準的上行速率;傳輸距離至少達20公里,具有高速高效傳輸的特點。而且,GPON採用了兩種封裝方式,除了傳統的ATM外,還在傳輸匯聚層採用了一個全新的基於sDH的標準通用組幀程式GFP,這是一種可以透明地高效地
將各種資料訊號封裝進現有SDH網路的通用標準訊號適配對映技術,可以適應任何使用者訊號格式和任何傳輸網路制式,即可以按固有格式傳送語音、資料和視訊訊號,無需附加ATM或P封裝層,全面體現了業務提供商對業務提供的靈活要求,而APON/BPON和EPON/GEPON對每種特定業務都需要提供特定的適配方法。由於採用GFP對映,GPON的傳輸匯聚層本質上是同步的,使GPON可以支援端到端的定時和其他準同步業務,特別是可以直接高質量地靈活地支援TDM業務。
從技術角度,GPON是BPON的繼承和發展。GPON繼承了BPON的很多基本特點,例如兩者都使用同樣的OLT核,心技術,使用同樣的物理光纖設施和光功率預算等。另一方面,GPON採用了一些最新的技術成果,除了最重要的GFP封裝外,還包括前向糾錯等新技術。
從提供的業務看,GPON不僅可以提供10/100Mb/s,1Gb/s的業務,而且可以提供VLAN業務和語音業務,事實上可以適應任何觀有業務和未來新業務的適配要求。總的看,GPON不是製造商驅動的技術標準,而是一種運營商驅動的標準,因此具有更周到的運營利益考慮,速率更高,可達2.4Gb/s;具有通用的對映格式,可適應任何新老業務;具有豐富的OAM&P功能;對各種業務均有很高的傳輸效率,即便對於TDM業務也能靈活高效低開銷傳送。可以幫助運營商完成從傳統TDM語音電路向全IP網路的平滑過渡,其缺點是依然保留有複雜的ATM層功能,成本偏高。
由於三種PON的主要成本約70%都是光介面,因而其硬體成本理應相差不多,但是由於實現技術上的差別,目前GEPON的難度最小,成本最低。但就傳輸效率而言,則GPON無論在擾碼效率、傳輸匯聚層效率、承載協議效率和業務適配效率方面都是最高的,因此其總效率最高。例如假設TDM業務佔10%,而資料業務佔90%,則GPON的總效率為94%,而APON和GEPON分別為72%和49%。
GPON和EPON/GEPON面臨的共同挑戰有:怎樣才能在Ethemet,/GFP上有玖承載TDM業務並能提供電信級的服務質量;其次,由於GPON和EPON/GEPON是點對多點的星形或樹形網路,需要通過一個1+1並經過不同路由的光網路來實現電信級的保護恢復要求,網路成本將非常高;第三,目前GPON和EPON/GEPON裝置成本主要受限於突發光傳送/接收模組以及核,心的控制模組/晶片。這些模組要麼是技術不成熟無法商用,要麼是價格昂貴還難以適應市場需要;第四,GPON和EPON/GEPON的一次性投入成本較高,不太適合逐步投資擴容的傳統電信建設模式,最適合完全新建或改建的密集使用者區域。
結束語
總的來看,光纖接入網代表了寬頻接入網的長遠發展方向,各種寬頻光纖接入網都有其最佳使用場合和時機,寬頻點到點有源乙太網光纖系統適合在低密度使用者分散地區應用,寬頻點到多點無源光纖系統最適合新建或改建的密集使用者區應用。我國的發展趨勢將可能跨越APON、BPON和EPON階段,從寬頻點到點乙太網光纖系統和GEPON開始,乃至較快地過渡到GPON階段。