基于GPON的光接入网设计与实现.docx

1、1摘 要本文具体以 GPON 技术为基础，完成了光接入网的设计与开发工作。在当前的光纤接入技术中，GPON 表现出最显著的商业价值与发展前景，能够实现一种优先级的、可调节并能够确保带宽质量的网络接入应用，非常适合楼宇建筑内的网络布线并可轻松实现用户扩容与新增入网，优越的性能使得该技术呈现出十分显著的发展潜力，并誉为光纤通信技术最佳发展模式，为光纤接入技术及应用的发展做出了突出贡献。本研究在对比分析 FTTB、FTTH 及 FTTC 等多种光纤接入方式优缺的基础上，对其应用环境进行探讨分析，然后从黄山地区的发展实际出发，结合应用需求与接入技术的综合分析，对 FTTH 接入技术的适用性进行探讨分析

2、，并具体研究现场施工所需完成的参数配置、效果测试，并针对其可能故障问题提出优化解决方案，为实际工作提供一种相对完善具体的技术指导。实践经验表明，基于GPON 的光纤接入技术能够充分保证设备运行的稳定性，并且表现出显著的成本优势和商业发展潜力。关键词：GPON 光纤接入技术 FTTH 2AbstractThis paper is based on GPON technology, completed the design and development of optical access network. In the current fiber access technology, GPON

3、shows the most significant commercial value and development prospects, to achieve a priority, adjustable and can ensure the quality of bandwidth access network applications, is ideal for building buildings within the network cabling And can easily achieve the user expansion and new network, superior

4、 performance makes the technology presents a very significant development potential, and as the best development model of optical fiber communication technology for fiber access technology and application development has made outstanding contributions TheBased on the analysis of the advantages and d

5、isadvantages of FTTB, FTTH and FTTC, this paper analyzes and analyzes the application environment of the FTTB, FTTH and FTTC. Then, based on the development of Huangshan area, combined with the comprehensive analysis of application requirements and access technology , The applicability of FTTH acces

6、s technology is analyzed and analyzed, and the parameters configuration and effect test of the site construction are studied in detail, and an optimized solution is proposed for the possible fault problem, which provides a relatively perfect technology for the actual work guide. Practical experience

7、 shows that GPON-based fiber access technology can fully guarantee the stability of equipment operation, and show significant cost advantages and commercial development potential.Key words: GPON fiber access technology FTTH3目录摘 要 .1Abstract .21 引 言 .51.1 项目的背景和意义 .51.2 国内外现状 .61.3 论文的组织 .82 GPON 接入技

8、术 .102.1 GPON 系统结构 .102.2 GPON 技术特点 .112.3 GPON 接入方式 .112.4 GPON 的技术标准 .122.5 PON 技术的发展 .132.5.110G-GPON 技术 .132.5.2 WDM-PON 技术 .143 黄石铁通宽带接入网现状分析和 GPON 网络设计 .153.1 黄石铁通接入网现状 .153.1.1 互联网现状 .153.1.2 接入网存在问题 .173.1.3 制约接入网发展的因素 .183.2 FTTx 接入网的 GPON 应用分析 .193.2.1 铁通接入设备应用模式分析 .193.2.2 FTTx ODN 线路设计 .

9、213.3 黄石铁通 GPON 网络部署 .233.3.1 OLT 的设置情况 .233.3.2 ONU/ONT 安装原则 .243.3.3 分光器部署原则 .253.3.4 PON 口规划原则 .263.3.5 IP 地址规划 .2743.3.6 VLAN 规划原则 .283.3.7 PON 中的光衰耗 .294 黄石铁通 GPON 接入工程的实施 .304.1FTTH 建设在新建高层住宅中的应用 .304.1.1 项目背景及建设规模 .304.1.2 OLT 设备选型 .324.1.3 光分路器的配置 .334.1.4 主干光缆的建设 .334.1.5 配线光缆的建设 .344.1.6 入

10、户光缆的建设 .364.1.7 光纤链路损耗的计算 .364.1.8 工程施工与装机的界面分工 .384.2 既有 ADSL 覆盖小区中 FTTH 工程的改造 .394.2.1 项目背景及建设规模 .394.2.2 机房 OLT 的实践方案 .414.2.3 分光方式及光分路器的配置 .414.2.4 光纤链路的损耗计算 .424.2.5 工程施工与装机的界面分工 .424.3 FTTH 终端设备数据制作 .424.4 带宽计算 .434.5 IP 测试 .445 总结与展望 .455.1 本文工作总结 .455.2 未来工作展望 .46致 谢 .48参考文献 .4951 引 言1.1项目的背

11、景和意义2004 年 1 月，铁通正式由原铁道部脱离，接受国资委的领导与管理，并独立开展并运行固网与宽带业务。经过十多年的创新发展，铁通的固网及宽带业务逐渐发展壮大，业务规模不断扩大，技术水平也不断提升，在我国固网及宽带业务中的比重也不断提升。但是，与移动、联通、电信等先进企业相比，铁通的技术实力、组网规模及业务覆盖等环节均表现出一定差距。特别是 2008 年通信运营商业务重组以来，网通与电信的业务已基本完成重组和融合，而铁通与移动的业务重组仍未完成，使得目前铁通的业务仍然以固网服务为核心，宽带业务的发展相对滞后，迫切需要实现宽带接入技术的创新与发展从而为宽带业务的发展奠定良好的技术基础。随着

12、国内通信市场竞争的不断加剧，国内通信服务的业务结构将发生显著变化，客观上要求运营商的经营理念与经营模式随之转变。目前，国内运营商的主要任务是对现有的业务和技术进行融合，充分满足用户多样化的宽带业务需求，改变当前独立竖井式的业务架构，实现宽带业务与其他业务的融合发展。这一融合发展涉及网络服务的诸多环节，需要长期的改革与调整才能实现，并且会面对较大困难，需要逐一解决当前网络结构混乱、宽带技术欠缺成熟、经营管理模式落后等问题，才能确保改革创新的顺利发展。在这一过程中，通信运营商必须秉持以用户为中心的发展理念，结合用户需求与自身发展实际进行科学规划，制定积极有效的网络融合发展战略，实现多样化的宽带服务

13、模式从而充分满足用户 的业务需求，为自身发展奠定良好的客户基础。目前，黄石铁通公司仍以 ADSL 技术为宽带业务的基础。但是随着用户对网络服务的需求水平不断提升，传统 ADSL 技术的缺陷日益显著：一是带宽受限。传统 ADSL 以铜缆为通信介质，数据交互的最大速度为 8M，超过这一速度就会出现数据通信频繁终端的问题，从而导致网络服务质量较差，用户体验较差；二是基于铜缆媒介的 ADSL 的数据通信质量取决于网络设备与用户终端之间的距离，距离越大则网络通信质量越差；三是基于铜缆的 ADSL 会随着用户数量的增加而传输速率下降，特别是在晚上的用网高峰期，极易出现网速下降、网络终6端等问题，严重影响用

14、户的正常使用；四是铜缆的常规铺设距离仅为数百米，若用户位置距离网络设备机房的距离超过这一上限，则将无法正常接入宽带，无法为用户提供网络服务。在市场竞争日益激烈的今天，以上缺陷及问题将严重影响铁通宽带业务的发展。为了尽可能解决以上问题，实现用户拓展与保留目标，铁通必须提高自身网络服务能力，在提升宽带接入速度的同时也加大其网络接入距离从而延伸其网络服务范围。因此，黄石本地的网络运营商纷纷开展基础设施建设工作，在尽可能节约投资的基础上提高其服务的覆盖能力。以先进的光纤技术取代传统落后的铜缆技术是大势所趋，基于 GPON 宽带技术将成为未来当地宽带业务发展的首选技术，是网络运营商实现创新发展的积极举措

15、。GPON 全称为 Gigabit-Capable Passive Optical Network，直译为吉比特无源光纤网络，属于千兆比特级的数据交互系统，能够实现点对多（即 1：n）的网络结构。与 ADSL 技术相比， GPON 的优势具体表现在：一是光纤取代铜作为传输介质，能够实现更长距离的数据传输，理论上的有效通信距离达到了 20km；二是更大的网络带宽，PON 用户的理论带宽达到了 1.25G 的上行带宽与 2.5G 的下行带宽；三是典型的分光特性，能够在满足光衰性能指标的前提下，单根光纤从 GPON 的 OLT 设备中引出后可以根据需要通过分光器进行多次风光然后接入用户终端，以此可以

16、极大提升光纤利用率从而降低资源损耗 1。由以上性能优势可知，GPON 技术能够为用户提供更加全面、更加完善、更加高质量的宽带网络服务，积极满足用户对高性能网络服务的需求，突破铜缆传输的技术限制，为三网合一的实现提供了一种更加科学有效的技术方案。该技术在能够显著降低网络系统建设及改造成本的同时，还能够充分满足 FTTx 技术发展的需要，因此成为网络运营商未来建设发展的最佳选择之一 2。目前，我国 GPON 接入技术已经相对成熟完善，能够为今后的互联网应用发展提供充分支持。目前，基于 GPON 技术的接入应用已经形成一定规模，无论论是 FTTH（Fiber-to-the-Home） 、FTTO（F

17、iber-to-the-Office）还是 FTTB（Fiber-to-the-Building）模式都得到充分应用和发展，充分满足了住宅小区、商业区以及高端用户的网络需求。随着 GPON 技术的发展与完善，必然为我国宽带网络服务的发展提供更加充分的支持，也为自身的广泛应用奠定了良好基础。71.2国内外现状2002 年，FSAN（Full Service AccessNetwork，即全业务接入网联盟）首次提出了 GPON 的技术理念，实现了对 APON 于 BPON 技术的标准化定义，也为世界各国 PON 技术的发展提供了技术依据。在我国，以华为等为代表的国内大型通信厂商率先开展了 APON

18、 技术的实用化创新，但在具体应用中呈现出带宽有限、结构复杂、无法支持视频业务的缺陷，因此被此后出现的 BPON 技术所取代。BPON 与 APON 相比的技术优势表现为更高的数据传输速率和更远的有效传输距离，同时在结构方面也相对简单，是目前世界各国应用比较广泛的网络接入技术，目前欧美等发达国家仍以 BPON 为网络制式标准。但是，BPON 也存在一定的缺陷和不足，例如在组网建设环节需要更高的投入，数据传输的速率仍然较低，无法满足 IP 化高速发展的需求。以上现状推动了 GPON 技术的出现和发展 3。GPON 在完美继承 APON 与 BPON 技术优势的同时，也显著完善了以上技术的缺陷，呈现

19、出更加优秀的速率和效率，同时能够满足网络业务多元化发展的需求，有效保证了网络通信服务质量。而随着 G.984.1、G.984.2（2003）及 G.984.3（2004）等工作的完成，也标志着 GPON 技术标准正式确立 4。在目前的 PON 技术领域中， GPON 与 EPON 都是非常重要的技术标准，后者的侧重点是追求最简单的网络架构模式，而前者则尽可能满足网络业务的多样化需求，因此，GPON 接入技术成为世界各国网络运营商宽带服务的首选技术标准而得到了广泛应用。在 GPON 技术应用之初，相对较高的设备成本是限制其发展的主要因素。2010 年之后， GPON 技术所需元器件的市场价格有所

20、下降，也为相关技术应用的发展创造了有利契机。在解决成本费用问题之后，各大运营商纷纷加速GPON 技术应用的发展，在完成 GPON 网络布局的同时，也为自身发展赢得了先机。欧美发达国家由于自身网络建设相对成熟完善，使得 GPON 改造升级的规模十分庞大，因此，在未确定 GPON 完整的技术标准之前，欧美网络运营商大多持谨慎态度，仍然以 BPON 为主流技术。虽然 BPON 技术标准表现出良好的兼容性，能够满足硬件设备的升级需求，但是在社会高速发展下，用户对网络服务的需求也呈现多样化的发展趋势，传统的 BPON 在应对这一趋势时逐渐表8现出劣势。200 年，美国 Verizon 公司最少开展 GP

21、ON 技术的研究与应用工作；作为 PON 技术的始创国，英国在 GPON 技术领域的发展则相对滞后，2008 年底才逐渐开展 GPON 网络的建设与使用工作；而法国则直到 2010 年后才逐步开展GPON 技术的研究与建设工作。GPON 的技术优势在于，能够满足用户收看网络在线电视同时高速下载需求，同时可以实现一屏多窗的游戏方式，因此深受用户喜爱 5。可以说，GPON 技术代表了今后世界电信服务的发展趋势，而 GPON 自身技术优势也为 GPON 网络的发展奠定了良好基础。目前，欧洲、亚洲等部分国家先后开展了 GPON 网络的建设与改造工作，FTTH 网络的发展尤为迅速，是目前使用最广泛的 G

22、PON 接入技术。统计数据表明，2010 年到 2011 年，基于 GPON技术的 FTTH 网络在全球新增宽带总量中的比重就到了 25%左右，2014 年底，全球 FTTH 网络在新增宽带总量中的比重达到了 40%-46%，这一数据充分表明了FTTH 的高速发展速度。在 FTTH 网络建设与发展过程中，接入技术水平与市场需求是影响其发展的主要因素。从市场需求的层面来看，随着各大网络运营商内部竞争的不断加剧，客观上推动了运营商的创新发展速度，为 FTTH 等新型技术的发展提供了充分动力。目前，房地产开发商在产品开发时也表现出更加突出的前瞻性，能够预留好光缆线路通道，从而便于光纤网络的接入，在充

23、分满足用户需求的同时也为 GPON 等基于光纤通信技术的网络应用发展奠定了良好基础；从技术水平的层面来看，FTTH 的发展最大的限制因素为设备成本，相关元器件市场价格的下降有利于 FTTH 的建设与发展。相较于西方发达国家，我国目前的电信市场整体发展呈现出一定差距，特别是宽带普及率、接入技术及传输速率等指标显著落后于发达国家。2008 年之后，我国北京、上海、广州等一线城市的网络运营商最先开展 GPON 网络的试点工作。资金短缺、基础建设落后等问题是限制我国 GPON 网络应用发展的主要因素。我国“宽带中国”的发展战略提出以下目标：截至 2020 年，全国宽带家庭用户的总数将突破 4 亿家。由

24、于 ADSL 技术的局限性，难以为上述目标的实现提供充分支持，客观上要求 GPON 等新型技术的发展。2012 年后，我国各大运营商纷纷将宽带提速升级作为改革创新的重要任务，GPON 网络的建设也逐渐从一线重点城市逐渐延伸到二线甚至三线城市。据有关统计数据，2013 年底，全国大中型城市的宽带用户中光纤用户的比重已经达到了 51%，并且呈现高速9上升趋势。FTTH 网络的建设也呈现快速发展势头，全光网城市即将到来。此外，随着互联网应用的不断普及和平均网速的显著提升，网络用户的使用体验不断提示声，且使用费用不断下降，为我国光纤技术应用的发展提供了充足动力。1.3论文的组织第一章为引言，具体对 G

25、PON 技术的发展现状进行梳理总结，在此基础上提出课题研究的内容和目标；第二章为技术论述。对 GPON 技术的架构模式及优势特性进行总结阐述，并明确其发展的方向和前景；第三章在介绍黄石铁通宽带业务发展现状的基础上，结合其创新发展的需要，对 GPON 网络的整体架构与实现模式进行探讨分析，明确其制约因素并提出科学有效的解决方案，为 GPON 的发展创造良好环境； 第四章具体完成黄石铁通 GPON 接入项目的实现工作。以铁建丽苑小区为研究样本，研究分析 FTTH 技术应用与 ADSL 升级改造的融合方案，并设计开发基于 GPON 技术的光纤接入设计方案； 第五章为总结与展望。在总结分析 FTTH

26、新建工程与 ADSL 改造升级工程的重点与意义的基础上，从发展实际出发，肯定 GPON 技术的优越性和必要性并对该技术未来的发展模式进行总结和预测。102 GPON 接入技术2.1 GPON 系统结构GPON 网络的主体结构为光线路终端、光网络单元及 ODN。其中，光线路终端也称为局侧 OLT，光网络单元又称为用户侧 ONU，ODN 的主要构成则为单模光纤、分光器、光连接器件等，作为局侧 OLT 与用户侧 ONU 的物理媒介实现了数据的光媒介传输 6。GPON 网络的常规结构详见下图：图 2-1 GPON 网络结构图在 GPON 网络中，OLT 是核心服务设备，通常部署于服务站点终端。OLT

27、的上联接口与城域网 BARS 相接，实现上行接入；下联接口则通过单根光纤与用户终端的分光器相连，分光器则与 ONU 或 ONT 设备连接，构成基本的 GPON网络系统。OLT 承担着下属终端设备的带宽分配职能，能够实现对网内所有ONU 及 ONT 终端的管理与维护；ONU 及 ONT 则属于 GPON 网络的用户终端；ODN 则是光分配网构建起局侧 OLT 与用户侧 ONU 的数据输出通道 7。在 GPON网络中，可以根据具体需要选择是否配备 WDM 或 NE 模块，从而实现对部分特殊业务的支持。在实际建设使用中，GPON 网络一般结合 WDM 技术构建网络系统，通过单根光纤实现数据的双向传输。与传统的单根光纤单向传输模式相比，该模式实现了基于单根光纤的双向数据交互，在确保充分的传输效率的同时极大降低了网络系统对光纤资源的需求，因此表现出显著的成本优势。GPON 网络与 WDM技术的综合运用，实现了 OLT 设备下行信号在网络节点的自动分配，构建起一种类似与电台广播的服务模式，由单个 OLT 对其覆盖区域内的所有 ONU 的数据