PON技术原理及发展策略

专题四：无源光网络（PON）第一部分：技术原理及发展策略总部计划部、研究院2009年9月2提纲•PON技术驱动力•PON技术原理•GPON/EPON技术比较•PON发展策略•PON设备测试3•国内其他运营商已具备全业务运营条件•个人、集团、家庭业务均已成为市场竞争热点电信重组与全业务•新商业模式重构了市场格局，电信运营商在产业链的主导地位日益受到威胁•有线接入以及TD终端的互联网接入能力不足阿里巴巴互联网挑战•中国移动承担推动TD产业发展巨大责任•移动互联网将成为FTTx的重要推动力，分布式基站、TD-Femto、WLAN需要大量光纤接入资源3G牌照发放与移动互联网政策与竞争环境PON是全业务运营时期宽带接入的主流技术，建设以PON为主的光纤接入网是必然选择！4国家德国移动运营商举例意大利英国06年10月开始提供DSL服务Surf@home06年3月开始提供基于UMTS的宽带服务；06年9月开始提供Flathochdrei服务（移动、固定语音和DSL打包）06年9月开始与FASTWEB合作，从而可以提供宽带接入给移动用户06年6月就宣布使用GBP30(44€)及以上套餐的移动用户可以使用免费的互联网接入和免费的英国固定电话（不含固话月租）06年6月，O2收购原私有宽带网络运营商Be，07年10月开始提供固定宽带服务07年1月开始提供athome服务，每月￡25即可无限制宽带接入以及一定时间的固定电话（含月租）海外移动运营商纷纷提供固定宽带接入5海外运营商陆续启动大带宽战略国家运营商举例新加坡新一代全国宽带网的网络公司招标工作于2008年5月截止，将采用FTTH技术，计划实现1Gbps的高速网络。iN2015FiOS用户ARPU$129/月,两倍于传统固网ARPU$61/月,60M计划；FiOSTV用户1.2M(28%↑)，Internet用户1.8M(17%↑)2008年7月宣布计划在2012年前向100万个家庭部署基于光纤的100Mb/s的超高速宽带接入。美国英国西班牙从2008年10月开始推出的FTTx接入服务。这一服务的最高带宽可以达到30Mbps，未来可以提供到FTTH服务。日本日本NTT通过FTTx提供100M到用户，完全不限速。截至2008年中，已有号称1300万左右的宽带用户。德国2006年起，德国电信计划投资30亿欧元，采用FTTx模式在50个大型城市升级宽带，为用户提供最高50Mb/s速率。6中国移动有线接入资源现状基站MSTPMSTPMSTPMSTP基站基站基站FTTN光纤到节点城区基站光纤资源距离用户500米左右光纤FTTH/O光纤到户/办公室部分小区进行室内覆盖，光纤资源已经到了楼层FTTB光纤到大楼FTTB+LAN/WLAN城域网光纤优势：基站分布广、光纤接入比例高。基站光纤接入比例达91%，其中城区基站约20万个，距离客户仅数百米，可实现快速接入存在问题：城区管道匮乏，光纤利用率较高，接入网管线资源匮乏截止2009年1季度，全国平均城域网光纤使用率为36%城区纤芯余量较小，接入层12-24芯为主，利用率一般为40%-50%，密集城区使用率更高FTTH/O＋LAN/WLAN7提纲•PON技术驱动力•PON技术原理–技术介绍–关键技术–PON协议栈•GPON/EPON技术比较•PON发展策略•PON设备测试8PON采用树形结构光纤组网，由局端OLT（光线路终端)、用户端ONU（光网络单元）和光分路器组成。PON为接入网技术，接入QoS、可靠性要求相对较低的普通集团客户和高档小区客户，提供宽带数据、语音和视频等综合业务OLT：部署在局端，每个OLT可根据业务需求配置一定数量PON口，最多可达128个PON口。每个PON口连接一根主干光纤，经光分路器分光后接入N个ONU（分光比为1：N）。ONU：部署在用户侧，每个ONU可通过E1、FE、WiFi、POTS接口接入用户,FTTH/O模式下每个ONU接入1个用户，FTTB模式下每个ONU接入8/16/24个用户。光分路器：部署在OLT和ONU之间，为无源器件，向上连接一根主干光纤，向下经分光后通过多根光纤与ONU连接。PON仅在局端和用户侧设置有源设备，中间采用光纤和无源器件，节省机房资源。PON技术介绍光分路器家庭用户集团用户光分路器…OLTONUONUPON设备部署位置家庭用户PON网络结构局端主干光纤9PON技术优势局端设备交换机CPE交换机汇聚和接入PON汇聚和接入ODNOLTONU•PON传输距离长、带宽高、接入容量大、成本低，是宽带接入的主流技术•可用于FTTH/O/B（光纤到户/办公室/楼）等场景，为用户提供数据、语音、视频等综合业务PON可以覆盖20km，采用无源的光分路器进行汇聚，网络扁平化，可节约90%的汇聚交换机•PON采用点对多点技术，可以节约大量的光纤和一半的光收发器•无源的光纤网络可大大降低维护成本10Internet光纤全面替代铜线，网络扁平化大大节约网络设备，去除瓶颈BRASRouterOLT光分路器RouterVideoServersApplicationServersApplicationServersVideoServersONUModemPON组网优势PON的大容量和长距离传输优势可以节约大量的局端设备、90%以上的汇聚交换机，简化了网络结构，提高了网络性能，节约了局房面积PON的OLT设备应尽量设置在城域网汇聚层，MDU型ONU提供密集用户接入无源光分配网故障率低，降低OPEX3Km10~20Km//DSLAM汇聚交换机双绞线光纤……有线宽带接入网技术策略：以PON技术为基础，结合LAN/WLAN技术固网运营商传统接入技术中国移动采用的以PON为主的宽带接入技术11连续发送模块突发发送模块快速开启和关断能力消光比大（10dB）0#ONT0#ONU1#ONU0#ONU1#ONU0#ONT0#ONU1#ONU0#ONT有快速AGC接收无快速AGC阈值线恢复出来的数据到达OLT的信号及阈值建立ONT/ONU发出的信号连续接收模块突发接收模块关键技术1－突发发送和突发接收12•补偿因ONU距离不同而产生的时延差异：RTT（RoundTripTime）–在注册过程中，ONU对新加入的ONU启动测距过程–OLT使用RTT来调整每个ONU的授权时间–OLT也可以在任何收到MPCPPDU的时候启动测距功能。•使用注册冲突避让：–在EPON系统中，解决ONU的注册冲突的方案：随机延迟时间法。–在GPON系统中，OLT通过Ranging测距过程获取ONU的往返延迟RTD，从而指定合适的均衡延时参数EqD（EqualizationDelay）RTT=(T3-T1)-(T2-T1)=T3-T2关键技术2－测距13根据业务的优先级，系统对每个ONU设置SLA，对业务的带宽进行限制。最大带宽和最小带宽是对每个ONU的带宽进行极限限制，保证带宽根据业务的优先级不同而不同，一般语音业务的优先级最高，视频业务优先级次之，数据业务的优先级最低。OLT根据业务和SLA及ONU的实际情况进行带宽许可，优先级高的可以得到更高的带宽，满足业务需求。SLA:Service－LevelAgreementBW:BandwidthMaximum：最大带宽Guaranteed：保证带宽Minimum：最小带宽关键技术3－动态带宽分配（DBA）14TCP+UDPAPON/BPONT1/E1POTSDataVideoIPATMALL1/ALL2VOIPTCP+UDPEPON：以太网PONT1/E1POTSDataVideoIPEthernetPWE3VoIP802.3TCP+UDPAPON/BPONT1/E1POTSDataVideoIPEthernetALL5ATMALL1/ALL2VOIPTCP+UDPGPON：吉比特PONT1/E1POTSDataVideoIPEthernetGEMVOIPG.984PON-PHYL1L2L3L4L7L6L5GPON（ITU-TG.984系列标准）：GEM封装，125usTC帧，更注重多业务承载和QoS保障EPON（IEEE802.3h）：以太网封装，DiffservQOS机制，电路仿真支持TDM，更简单主流PON制式：GPON/EPONPWE315GPONControlPLOAMOMCIGPONEncapsulationMode(GEM)PhysicalMediaDependent(PMD)GPONTransmissionConvergence(GTC)FramingEthernetTDMBearerTrafficPONSystemGPON协议栈物理层OAM：ONU注册、加密、告警等ONT管理控制接口：业务管理和FCAPSGEM封装：实现多业务支持能力，QoS传输汇聚层：实现复用、DBA、告警性能等PMD：ODN规格、光接口参数、物理层开销等16OAM层：使用OAM协议数据单元，管理、测试和诊断已激活OAM功能的链路；多点MAC控制：使用MPCP（多点控制协议），实现点对多点的MAC控制；MAC：实现对Media的控制；RS：调和多种数据链路层能够使用统一的物理层接口；PCS：支持在点对多点物理介质中的突发模式＋支持FEC算法（可选）；PMA：支持P2MP功能，实现PMD的扩展；PMD：PMD（使用1000BASE-PX接口）实现PMD服务接口和MDI接口之间的数据收发功能。EPON协议栈17提纲•PON技术驱动力•PON技术原理•GPON/EPON技术比较•PON发展策略•PON设备测试18比较项目IEEEEPONFSAN/ITU-TGPONOAMOAM可选，电信进行了相关扩展必选安全性AES或三重搅动AES保护电信进行了相关扩展光纤保护MAC层业务以太网，电路仿真支持TDM多业务(以太网,TDM,POTS)帧结构以太网GEM帧（注）PHY层理论传输距离20km（1：32分光）27.5km（1：64分光）实际传输距离5km(1：32分光）10km（1:32分光）分路比32（最大可达64）64（最大可达128）速率上下行均为1.25Gb/s下行2.5Gb/s，上行1.25Gb/s有效带宽下行/上行约980M/930M下行/上行约2300M/1100M效率下行约74%，上行约78%下行高于90%，上行接近90％光功率预算25dB28dBGPON和EPON技术比较注：GPONGEM封装支持数据、语音、视频等多种业务的统一承载。与ATM不同，GEM采用变长格式，与EPON的以太网封装方式同属IP化技术。引入GEM封装的意义在于增强OAM和QoS。GPON比EPON传输距离远、分光比大、接入带宽高19GPON/EPON接入能力分析PON网络接入能力主要体现为用户带宽及接入用户规模两个指标，在1个PON口（1根主干光纤）情况下，用户带宽与接入用户规模关系如下：注：参照其他运营商实际经验，宽带上网业务并发率按33％计算GPONEPON4M/户1536户743户6M/户1162户495户10M/户697户297户100M/户77户33户接入用户规模1个PON口接入能力GPON：2300MEPON：980M用户平均带宽用户平均带宽越大，接入用户规模越小PON具备网管灵活配置带宽能力，可根据市场策略或用户需求，灵活配置每个用户带宽，不需更换设备，可扩展性好20GPON:ITU-TEPON:IEEE2005PON技术标准演进20032004200920102011G.984.1总体架构（200301）G.984.2物理相关子层（200301）G.984.3传输汇聚层（200402）G.984.4OMCI层（200406）NG-PON1：10GGPON与WDM-PONNG-PON2：更高速PON搜集NG-PON1和NG-PON2的需求，并定义NG-PON1的规范说明书完成NG-PON1的标准化继续研究NG-PON2EPON标准：IEEE802.3ah（200406）IEEE802.