FTTH技术实现及存在问题

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FTTH技术实现及存在问题

随着近几年来宽带接入网的迅速发展,宽带化成为接入网发展的最显著特征。信息产业部发布的最新统计数据显示,截至2006年1月,我国互联网宽带接入用户数超过3862万,并且仍在继续保持快速增长。此外,视频点播、网络游戏和IPTV等高带宽业务逐渐被电信运营商和广电运营商视为新的业务增长点,用户对接入带宽的需求不断增长,现有的以ADSL为主的宽带接入方式已经很难满足用户对高带宽、双向传输能力以及安全性等方面的要求。面对这一困境,各国电信运营商把关注的目光重新投向了FTTH,对FTTH的关注热情也日趋高涨。

  一、FTTH实现技术

  从早期的点到点MC(媒体转换器)技术发展到如今的点到多点的PON技术,FTTH的实现技术经历了十余载的发展与演变。

  1.点到点光接入技术实现FTTH

  FTTH网络中的点到点光接入技术是将电信号转换成光信号进行长距离的传输,从中心局到每个用户均使用一根光纤,上下行速率都可以达到100Mbit/s甚至1000Mbit/s。点到点光接入技术具有产品成熟、结构/技术简单、安全性较好的特点。但这种技术最大的缺点是需要铺设大量光纤和光收发器,在大规模应用情况下网络铺设困难,设备成本也很难再下降甚至会上升,因此被认为是实现FTTH的过渡技术,比较适合网络发展初期用户数较少的阶段。

  早期的点到点光接入技术主要是MC。MC是一个单纯的光/电或电/光转换器,将电信号转换成光信号进行长距离的传输,它并不对数据包进行处理,因此成本低廉。近两年新出现的基于以太网的点到点光接入设备,主要采用了IEEE 802.3ah规范的单纤双向100/1000Mbit/s光接口,上下行采用WDM方式分别使用不同的波长进行传输。从拓扑结构上看,可以采用无分配点的单级点到点的光传输方式,也可以采用具有有源分配点的2级光传输方式。在第二种方式中,有源分配点的功能往往由配置了光接口的以太网交换机来实现。

  2.PON技术实现FTTH

  PON技术已经成为业界公认的实现FTTH的首选方案。PON系统由局端设备OLT(光线路终端)、用户端设备ONU/ONT(光网络单元/光网络终端)和ODN(光分配网)组成,所谓“无源”,是指ODN全部由无源光分路器和光纤等无源光器件组成,不包括任何有源器件。PON技术采用了点到多点拓扑结构,下行和上行分别通过TDM和TDMA方式传输数据。

  PON技术可细分为几种,不同的数据链路层技术和物理层PON技术结合形成了不同的PON技术,例如ATM+PON形成了APON,Ethernet+PON形成了EPON,ATM/GEM+PON则形成了GPON,这是各种PON技术之间的最大区别。PON技术的优势包括无源光器件不易受雷电损坏和辐射干扰、网络结构灵活易于扩展、共享馈线段光纤可节约铺设成本、业务透明性好、具有多业务支持能力以及易于管理维护等。目前,PON的代表技术为EPON和GPON技术。

  (1)EPON技术

  EPON由2000年11月成立的EFM(Ethernet in the First Mile)工作组提出并在IEEE 802.3ah标准中进行规范,它在PON层上以Ethernet为载体,上行以突发的Ethernet包方式发送数据流。EPON可提供上下行对称1.25Gbit/s线路传输速率,下行线路速率为10Gbit/s的系统也正在积极研究中。由于EPON采用Ethernet封装方式,所以非常适于承载IP业务,符合IP网络迅猛发展的趋势,在多种基于PON的技术中,EPON由于其技术和价格方面的优势被认为是未来主要的FTTH实现技术。但IEEE制定802.3ah的初衷是为了接入IP数据业务,并没有考虑TDM业务接入对时钟同步、时延和抖动等方面的特殊要求,因此EPON所采用的标准Ethernet封装方式也带来了一个致命的缺点——难以承载话音或电路型数据专线等TDM业务。虽然目前国内外均对TDM over Ethernet技术进行了积极的研究并取得了一定的成果,但并不十分成熟,要完全达到TDM业务要求的严格的QoS更是面临相当大的困难,这给EPON的应用带来了一定的限制。但可喜的是,由于受到国内电信运营商对TDM业务需求仍然较大的影响,国内多家EPON厂商都对IEEE标准进行了扩充,在EPON承载TDM业务方面进行了技术创新,中国EPON通信行业标准也对此提出了相关要求。这使得中国市场上的EPON设备在多业务接入能力上大大提高,从原来单一的IP业务接入发展为全业务接入。

  (2)GPON技术

  ITU-T针对APON技术未能获得成功的原因,以APON标准为基本框架,重新设计了新的物理层传输速率和TC(传输汇聚)层,发布了G.984.x系列的GPON标准。GPON的下行最大传输速率可高达2.488Gbit/s,上行最大传输速率达1.244Gbit/s,传输距离至少达20公里,具有高速高效传输的特点。GPON采用了两种封装方式,除了传统的ATM外,还在TC层采用了一个全新的GPON特有的TC层适配协议GEM(GPON Encapsulation Mode,GPON封装模式)。GEM是GPON特有的TC层适配协议,它的提出源于GFP的通用成帧思想,同时考虑到PON网络多ONU、多端口复用的情况,引入了Port ID。基于SDH的通用成帧协议GFP,是一种可以透明、高效地将各种数据信号封装进现有SDH网络的通用标准信号适配映射技术,可以适应任何用户信号格式和任何传输网络制式,即可以按固有格式传送语音、数据和视频信号,无需附加ATM或IP封装层,可满足业务提供商在提供业务时的灵活要求。由于采用GEM封装方式,GPON的TC层本质上是同步的,使GPON可以支持端到端的定时和其他准同步业务,特别是可以直接高质量地灵活支持TDM业务。由物理层的PLOAM(物理层OAM)和高层的OMCI(ONT管理控制接口)协议组成的OAM机制也相当完善。在业务承载能力上,GPON延续了APON的全业务接入理念,其特有的TC层封装方式也完全能支持业务QoS保证。

  ITU-T制定的GPON系列标准相当完善,但同时也相当复杂,标准正式发布至今,全球只有屈指可数的几家公司如FlexLight、BroadLight、OpticalSolution等宣布推出符合G.984标准的GPON产品。并且从设备的实现方式看,目前的GPON设备基本上都选择只实现GEM封装方式,很少采用ATM封装方式。由此带来的是GPON产品的价格相对较高,在现阶段由GPON实现FTTH应用有很大的价格压力。

  二、国内FTTH发展

  FTTH目前在国内还处于市场启动阶段,离大规模的商业部署还有一段距离。电信运营商对实现FTTH商用以及大规模推广还是心存疑虑,因而大多采取了“积极试验、谨慎部署”的策略。中国电信在武汉、北京、上海和广州等城市开展了试点工作,中国网通开始在北京等地的商务中心以及高档住宅区开展布点试验。驻地网运营商如泰龙等在已建试验网的基础上,还努力拓展和探索新的业务提供和运营模式。房地产开发商也将FTTH作为高档房产热销的卖点,借以提高销售附加值,加快销售速度。所有这一切,都有利地促进了我国FTTH接入技术的推广。

  从目前的发展情况来看,我国发展FTTH主要有以下四种模式。

  (1)电信运营商主导并实施。这包含两种情况,一种是新兴电信运营商在管道/光纤资源紧张的区域利用FTTH/P快速开展业务,另一种是主导电信运营商开展的FTTH试验及局部小规模商用。

  (2)政府介入,房地产开发商实施。这种模式主要是由当地政府信息化部门从提高当地信息化水平,全面提升城市信息基础架构质量和层次的角度出发,积极介入FTTH建设并从政策上、资金上给予FTTH投资方和运营方一定的支持,而房地产开发商则希望通过铺设FTTH网络来提升商品住宅的档次,增加销售卖点。

  (3)用户驻地网运营商与房地产开发商或物业合作实施。这种模式主要是由用户驻地网运营商与新建小区或已建小区的房地产开发商(或物业)合作,用户驻地网运营商负责FTTH用户驻地网的投资、建设、运营及维护,并通过FTTH用户驻地网为小区用户提供向各基础电信运营商各类电信业务(如电话、宽带等)的平等接入,用户驻地网运营商通过向这些基础电信运营商提供接入服务获得收益。这种模式打破了电信运营商在本地网“最后一公里”的垄断。

  (4)设备制造商推动的商用试验。这种模式主要由设备制造商来主导和实施,基本上都是小规模试验,通过和关系楼宇或小区物业合作来进行。

  在技术选择方面,目前我国较多选择EPON技术来实现FTTH应用,这主要是因为GPON设备一直开发缓慢,厂商很少,而EPON设备实现相对简单,成本相对较低,可选择的厂商较多。国内厂商在EPON承载TDM业务能力上的扩展,在一定程度上为EPON设备的应用赢得了更广泛的发展空间。

  三、我国发展FTTH存在的问题

  从国内外开展FTTH应用的经验来看,我国在发展FTTH上面临以下几个方面的问题,这些问题在很大程度上制约了FTTH在我国的发展。

  1.缺少“杀手级应用”

  “杀手级应用”是很多新技术推出时必须面对的问题,FTTH也不例外。目前FTTH的确难以找到符合大多数用户需求的杀手级应用,提供的主要业务类型仍然和DSL类似。IPTV被认为是推动FTTH发展的关键业务,但这涉及到电信与广电行业之间的行业管制、版权保护、内容监管以及合适的商业模式等方面。除了电信运营商应该在内容提供方面主动与广电运营商合作外,从日本、韩国发展的经验来看,政府在法规的制定和促进产业链的形成方面有不可替代的作用。

  2.成本需进一步降低

  实践已经证明FTTH应用并没有不可实现的技术难点,但要使FTTH走向成功,必须进一步降低相关产品成本,可以考虑从开发系统级商用芯片、开发适应FTTH特点的新型低成本光器件以及开发低成本易安装的室内光纤和单芯光缆等方面着手进行。在FTTH发展初期,特别是大楼或小区内初期实装率不高的情况下,要想使FTTH的价格定位与ADSL的接近是很困难的,但应通过带宽和业务类型等方面的优势尽量在性价比上使FTTH具有较强的竞争力。

  3.解决设备的互通问题

  解决不同厂商设备之间的互通问题是目前PON技术面临的一个难题,也是FTTH应用能否得到运营商肯定并大力推广的关键之一。这需要相关芯片厂商和系统厂商的共同努力,为了达成一致甚至可能需要某些厂商牺牲自己的部分利益。

  4.给城域网的带宽压力

  FTTH带来了接入网段的高带宽,但给城域网和数据汇聚后的核心骨干网带来了巨大的带宽压力,目前的城域网和核心网架构以及网上交换机/路由器等不足以承受FTTH带来的巨大业务流量。为了使FTTH的高带宽能力为用户所真正感受,必须消除网络上的瓶颈,甚至构建下一代网络体系架构。

  5.线缆所有权问题

  FTTH的应用再次提出了接入线路铺设所有权的问题,光纤的长距离传输能力使得局端设备能够远远移出小区范围外,如此庞大的光缆线路所有权应该归谁,是FTTH网络建设和政府政策管制应该重点考虑的问题之一。此外,为了竞争,很有可能会造成重复建设,如何避免也是一个需要仔细考虑的问题。

  6.进一步加强标准化工作

  标准化工作对FTTH产业发展和降低成本有直接的关系。在积极参与国际标准化工作的同时应加紧制定适合我国国情的FTTH系列标准,包括体系结构、设备系统规范、网络管理、关键光器件等。尤其是大楼内包括室内光纤布线规范,目前在国内外均属于标准化空白。目前我国已经完成或正在进行的FTTH相关标准化工作主要集中在器件和设备系统规范上,今后应考虑将重点转移到设备互通、网络结构和业务应用上。

 
作者:信息产业部电信研究院 陈洁 

来源:《通信世界》


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