GPON应用的研究综述

　　中国政府在2013年8月发布了《“宽带中国”战略及实施方案》，“十二五”规划中明确提出了“加快建设宽带、融合、安全、泛在的下一代国家信息基础设施，推动信息化和工业化深度融合，推进经济社会各领域信息化”的发展战略，将信息化作为我国抢占经济科技制高点、提升综合国力以及“调整经济结构、转变增长方式”的重要举措之一。在我们的生活、工作和学习中，宽带已经成为不可或缺的重要组成部分。
　　2007 年底中国电信在武汉启动以PON 技术为主的光进铜退建设，建设方式由FTTB/N（光纤到楼/小区） 到FTTH逐步转变，将光纤延伸到用户。先是采用EPON 技术推进FTTB/N和FTTV（光纤到行政村）新建和改造，而后根据三网融合的高带宽要求和FTTH 技术经济的发展情况，开始推进以GPON技术为主的FTTH应用。2011年2 月份中国电信正式对外发布了“宽带中国·光网城市”战略，宣布了在“十二五”期间宽带网络发展和业务发展的具体目标，计划用五年左右的时间，光纤基本上覆盖所有的城市地区，GPON是FTTH所采取的主要技术方案。
　　1 PON技术发展历程
　　上世纪90年代初提出PON的概念， 1996年5月ITU-T颁布了第一个PON标准建议G.982，1998年ITU-T 颁布G.983标准建议，这是基于无源光网络的宽带光接入系统的建议，业界称为BPON建议。2003年3月ITU-T颁布了GPON标准建议G.984.1吉比特无源光网络总体要求，G.984.2吉比特无源光网络物理媒质相关层要求，G.984.3吉比特无源光网络传输汇聚层要求和G.984.4吉比特无源光网络管理控制接口要求。GPON建议的发布，为FTTH业务的发展奠定了技术标准基础。中国电信于2005年开始开展基于PON技术的光纤接入网应用试验，2010年中国电信开始规模部署GPON接入网络。
　　GPON 是国际上运营商选择的主流光纤接入技术，经过近年的发展，在设备与产业链成熟度上已经达到了规模商用的水平。与EPON 相比，GPON 具有下行带宽优势，且设备价格已与EPON 相当。中国电信明确采用GPON技术进行FTTH 网络建设。
　　2 GPON系统原理
　　2.1 PON的定义和组成
　　PON（Passive Optical Network）是一种无源光网络系统，由OLT（光纤线路终端）通过ODN（光纤分配网）与大量的用户端设备ONU（光网络单元）组成的点到多点型结构的接入网络。ODN由Optcal Fiber splitter（光分路器）和光纤组成，全部为无源系统。光分路器由1分4、1分8、1分32、1分64、1分128等多种型号。ONU根据用户的不同需求可分为SFU、MDU、MTU、HGU、SBU等多种形式（PON系统结构如图1） 。
　　2.2 PON的技术原理
　　GPON系统协议主要由物理媒体相关层（PMD）、传输汇聚成帧子层（GTC）、传输汇聚适配子层（TC）、客户层级上层协议栈组成（如图2） 。
　　物理媒体层为单纤双向系统，采用上下行不同波长的WDM（波分复用）技术，上行波长1310nm±20nm，数据流采用TDM（时分复用）技术，下行波长1490nm±10nm，采用Broadcast（广播）技术，支持下行2488.32Mbit/s，上行1244.16Mbit/s的传输速率。CATV业务采用1550nm±10nm波长。分光比最高可达1：128，传输距离最高可达20KM（理论可达60KM）。
　　根据G.983.3的要求，TC子层采用GEM封装方式，OLT可对ONU进行认证。
　　3 吉林电信GPON系统网络设计及实现
　　3.1 GPON系统组网结构
　　吉林电信的PON系统组网方式如图3。互联网业务、语音业务和IPTV业务由OLT上联IP城域核心网BRAS/SR（宽带网络接入服务器/业务路由器）后经CR（核心路由器）接入相应的业务平台实现。E1电路仿真TDM业务由OLT相应板卡直接上联SDH/DDN/FR/ATM/MSTP等相关业务网络实现。CATV（有线电视）业务通过单独的WDM合波器接入ODN网络，在ONU侧通过单独或内置于ONU的WDM分波器将有线电视信号分离并接入电视机。
　　对于FTTH应用，由于用户量大，需要采用支持较大分光比的光模块进行组网，对于GPON系统，建议采用不低于Class B+等级的光模块。
　　互联网业务应用可通过BRAS/SR控制，ONUI通过接入PON网络的OLT设备，OLT可直接上联IP城域网BRAS/SR，也可视业务流量大小通过汇聚交换机上联BRAS/SR，然后到达城域网核心路由器CR同互联网相连。
　　语音业务应通过BAC设备进行接入控制。ONU通过接入PON网络的OLT设备，上行通过BRAS，到达城域网核心CR，再经过各地的ASBR设备与CN2的PE设备互联，经CN2网络承载VPN，到达其他地市CN2的PE设备，下行到城域网的ASBR设备，进入目标城域网，再通过城域网的CR转发到BRAS和SR设备，进而到达目标系统和平台，进行数据交互，实现MPLS VPN业务的承载。
　　TDM业务的STM-1或n×E1电路由OLT设备直接上联MSTP/SDH/DDN/FR/ATM等业务网络。
PON系统通过第三波（波长1550nm）承载的有线电视业务通过单独的WDM合波器接入光分配网络，在ONU侧通过独立的WDM分波器将有线电视信号分离；WDM分波器也可以集成在ONU设备内，并由ONU设备直接连接电视机。
　　3.2 鸿博颐景小区GPON组网结构
　　根据中国电信吉林市分公司现有网络及业务的实际情况，本次GPON工程项目选在吉林市鸿博颐景小区，小区内楼宇为多层楼宇住宅。OLT安装在吉林卢瓦尔机房内，ONU安装在鸿博颐景小区用户家中。
　　OLT采用中兴通讯ZXA10 C300 GPON光接入局端汇聚设备，该设备支持业务包括视频、数据、语音和TDM业务，还支持CATV业务。ZXA10 C300设备由SCXL主控板、GTGO/GTGQ型GPON业务板、XUTQ/GUFQ/GUSQ型以太网上联板组成，能提供大容量的可控组播能力以及较高QOS控制能力。GTGO板卡可提供8路CLASS C+型接口，每端口在单根光纤上支持128个分离点，理论上传输距离可达60km。接口以GEM帧为载体，采用点到多点结构、无源光纤传输方式，下行速率可达到2.488 Gbit/s，上行速率可以达到1.244 Gbit/s。
　　ONU采用烽火HG260G型号的e8-C终端，该中终端是中国电信集团公司定制的一款GPON型e8-C家庭网关，可同时为用户提供3路上网业务，2路VOIP语音业务、1路IPTV业务和WIFI业务。
　　GPON的组网结构如图4所示。在本工程项目ODN采用二级分光方式，一级分光采用15台1分8光分合路器，二级分光采用120台1分16光分合路器。ZXA10 C300安装2块GUFQ型4路GE上联板 卡和两块GTGO型8路GPON板卡，覆盖鸿博颐景小区的120个单元1440个用户。
　　光缆采用G.652D型光纤光缆。室内布线入户光缆采用干式结构+非延燃外护层GJXFV单芯蝶形皮线光缆，光分路器采用日海全带宽型光分路器。
　　
　　图4 鸿博颐景小区 ODN 组网示意图
　　3.3 GPON接入认证方式
　　PON 系统的用户认证方式由业务接入控制点（BRAS 或SR）配合Radius （认证服务器）完成。本工程采用BRAS（宽带网络接入服务器）配合Radius 完成，实现对互联网接入业务的接入认证功能；接入用户认证后，被授予相应的带宽、优先级、访问权限等。语音业务由BAC网关通过公私网转换注册到软交换核心设备上。具体为，在核心机房安装一台BAC网关（现网为B200设备）与软交换核心设备（现网为SS）对接。
　　4 测试及结论
　　4.1 测试工具
　　一台万兆以太网测试仪，二台传真机，一台创维VT-E03乐播高清播放盒，一台带有HIDMI接口的电视机，若干条单模尾纤，若干光纤连接器，若干光纤衰减器，若干台笔记本型PC机，10000号管家测试软件。
　　4.2 吞吐率测试
　　GPON 的上行吞吐量为1.1Gbit/s（包长1470Byte），下行吞吐量为2.26Gbit/s（包长1470Byte），同时PON接口上行丢包率应为16%，PON 接口下行丢包率9%，上行的传输时延为1.3ms，下行的传输时延小于1ms。
　　4.3网络连通性测试及 PPPoE 拨号功能测试
　　表1
　　[速率模板＼&4Mbit/s＼&20Mbit/s＼&100Mbit/s＼&下载速率＼&480KB /秒＼&2.4MB/秒＼&12MB/秒＼&测试项目＼&端口号＼&测试结果＼&备注＼&PPPoE 拨号功能＼&1＼&不合格 □ 合格 √＼&＼&2＼&不合格 □ 合格 √＼&＼&3＼&不合格 □ 合格 √＼&＼&4＼&不合格 □ 合格 √＼&＼&QinQ（精绑）功能＼&＼&不合格 □ 合格 √＼&＼&]
　　4.4语音通话基本功能测试
　　表2[测试项目＼&端口号＼&测试结果＼&通话拨号测试＼&1＼&不合格 □ 合格 √＼&2＼&不合格 □ 合格 √＼&3＼&不合格 □ 合格 √＼&4＼&不合格 □ 合格 √＼&通话话音质量测试＼&1＼&不清晰 □ 清晰 √＼&2＼&不清晰 □ 清晰 √＼&3＼&不清晰 □ 清晰 √＼&4＼&不清晰 □ 清晰 √＼&]
　　4.5传真基本功能测试
　　表3[测试项目＼&端口号＼&测试结果＼&传真功能＼&1＼&不合格 □ 合格 √＼&2＼&不合格 □ 合格 √＼&3＼&不合格 □ 合格 √＼&4＼&不合格 □ 合格 √＼&]
　　4.6 IPTV 测试
　　表4
　　[项目＼&步骤＼&测试结果＼&直播效果测试＼&1、点击直播频道
　　2、调节音量＼&节目流畅，音量调节正常＼&切换频道＼&用遥控器的数字键或加减键进行频道切换＼&正常＼&点播节目＼&选择点播节目，播放＼&流畅＼&快进/快退/暂停/恢复/结束功能测试＼&对快进、快退、暂停、恢复、结束功能进行测试＼&正常＼&收藏功能测试＼&选择点播节目按钮、选择收藏节目按钮＼&正常＼&搜索节目测试＼&输入目标节目搜索内容，选择搜索按钮＼&正常＼&]
　　5 结论
　　本项目因环境问题未对TDM类业务和CATV业务进行系统性的测试。但从以上测试结果来看，这并不影响GPON承担中国电信“宽带中国·光网城市”战略建设任务主力军的结论。
　　参考文献：
　　[1] 突发模式GPON系统物理层使能技术. http：//.
　　[2] IEEE803.3ah-2004.