PON开启家庭宽带应用之门

本文探讨了日益增长的内容传送需求带来的挑战以及PON、MoCA等技术所扮演的越来越重要的角色。

高带宽“多重”业务（视频、话音、数据、移动等）传送技术的竞争日益加剧，无源光网络（PON）技术可以为最终用户提供更粗的传输管道，可以成为上述高等级业务传送的基础方案。
然而，底层传输网络全部光纤化是非常昂贵的方案，而且也不能保证收入最终能够保持连续增长。随着每兆比特成本的持续下降，用户花在电视和游戏等娱乐业务上的钱将会更多。在住宅范围内为高级家庭应用定义并提供新的内容传送及存储方案将成为最终成功的关键因素。
电视节目、带有定制广告的流媒体、游戏、家庭图片和视频的存储与备份，以及通过互联网主页共享个人信息资源等等都是将来能够为业务提供商带来收入的业务。某些情况下用户可以为其享受的服务直接付费，另外也可能出现新的收入模式，例如运营商基于用户的分布和组成提供广告平台。
本文讨论了业务提供商为其用户开发新的娱乐和通信业务时遇到的种种选择和面临的挑战，以及技术的发展给系统和半导体技术带来的影响。

接入网
PON网络由位于中心局的光线路终端（OLT）、位于最终用户处的一组光网络单元（ONT）以及二者之间的光纤、分路器等单元构成的光分配网（ODN）组成。
总体上看，PON技术提供了一种架构在主动交换结构之上的低成本方案。运营商铺设通往住宅小区的信息分配光纤，然后通过无源光分路器把信号广播到最多连接64个家庭的光纤中去。该技术的关键优势在于光分路器是无源的，降低了建设和运行维护的成本。
PON技术最初由全业务接入网工作组（FSAN）提出，之后被接纳为ITU-T标准。FSAN和ITU先是通过了基于ATM技术的APON标准，然后又扩展为BPON（宽带PON）。为了支持更高带宽和更高效的以太网传送，FSAN工作组和ITU目前已经批准了下行速率2.5Gb/s、上行为1.25Gb/s的GPON。GPON并不兼容APON或BPON，但在单位带宽的利用率、运行、管理和维护（OAM）、扩展性及支持多业务等方面更加优化。
与此同时，IEEE在IEEE802.3ah的基础上开发了以太网PON（EPON）技术，它采用了类似的点到多点网络拓扑，OLT和ONU之间使用多点控制协议（MPCP）通信。FSAN开发的ITU标准主要由运营商和受邀参与的系统供应商推动，而IEEE规范则很少有运营商参与，因此IEEE制定的EPON规范目前并未得到ITU-T的认可。
GPON是最新的PON技术，正在逐渐得到全球范围内ITU-T的运营商成员的认可。与EPON相比，GPON的分路比更高，传送距离更远，下行带宽更大。GPON的另一个优势是采用了类似通用成帧规程（GFP）的以太网映射技术，其封装效率更高。（表1为BPON、EPON和GPON三种技术的对比）
尽管现在还存在ATM网络，但几乎所有参与FSAN的运营商都确定了部署GPON的纯以太网版本，称为简化GPON。这意味着GPON将最终击败EPON。EPON的8B/10B编码机制决定了它的开销代价较高。EPON的下行效率约为73%，有效带宽为875Mb/s；上行带宽效率甚至更低，仅有61%。与之相比，GPON的下行带宽效率接近94%，有效带宽可达2,250Mb/s。上行效率为93%。
与BPON和EPON相比，商用的GPON设备还处于早期的发展阶段。由于市场刚刚形成，GPON的成本还比较高。不仅如此，美国部署PON网络步伐最快的运营商Verizon将ONT放置在住宅之外，这就对光电器件的工作温度范围和系统的稳定性提出了更高的要求，更增加了BPON和GPON ONT设备的成本。另一方面，拥有日本最大的EPON网络的运营商NTT走了另一条完全不同的组网路线，它把ONT放置在建筑物中，对设备的稳定性和器件的工作温度范围要求就没有那么高，从而降低了设备成本。
目前IEEE和ITU-T都在考虑10Gb/s速率和基于WDM的PON方案。WDM看起来非常吸引人，因为它提供了一条相对简捷的融合、扩展现有EPON、BPON和GPON网络的技术路线。

家庭内的带宽
PON提供了一种有效的途径解决了通往家庭用户的高带宽信息传送问题。然而运营商还必须面对另外一个关键的挑战，那就是如何在住宅内部分配不断增长的带宽。在美国的大部分家庭中，除了使用电话线和电力线就是用同轴电缆。后者在室内的树状布线结构比前两者带宽更高，但却不一定能覆盖所有的房间。有线电视服务提供商（以及卫星电视公司）已经采用同轴电缆，通过机顶盒和电缆调制解调器为用户提供电视和因特网业务。
消除室内带宽瓶颈的最简便的办法就是在每幢房屋内都铺设新的CAT6电缆，然而这是一项费时费力的工作，运营商总是尽可能避免这样成本很高的方案。迄今为止，同轴电缆多媒体联盟

表1. PON标准比较。

（MoCA）、家庭电话网络联盟（HPNA）和HomePlug联盟（使用电力线上网）是致力于室内信息内容分发的主要技术和组织。Verizon已经开始部署MoCA，AT T选择了HPNA，欧洲运营商则正在关注HomePlug。无线技术未来潜力无限，也很适用于尽力而为的业务，但要成为传送视频信息的可行技术还须假以时日才能满足可靠性、覆盖范围和服务质量等要求。

家庭内的应用平台
至少在近一段时期内，家庭范围内的各种不同应用仍需不同的控制设备（“盒子”），例如电话、PC、游戏控制台和机顶盒（STB）等。所有这些“盒子”都为了特定的应用而设计，提供该应用所必须的接口。要得到新的娱乐服务通常意味着购买新的盒子。举例来说，某用户签约开通了PON视频点播服务，运营商需要在其住所外放置一台ONT，室内则需要添置一台路由器、一台或多台STB。
运营商此时面对的挑战是重新定义这些设备的集成功能，提供最终用户可以接受的、能够直接开通集成应用的合适平台。这并不是一个新的想法，已有一些公司开始了在家庭用户中开拓应用空间、扩展业务范围的尝试。最成功的例子就是Nintendo新推出的游戏/相片/互联网/消息/购物控制台Wii和苹果公司的iTV STB，用户只需连接iTunes网上商店下载最新的DVD影片就可以在无线视频iPOD上观看了。
随着PON的部署，运营商已经向着为所有家庭开启宽带应用之门的目标迈出了革命性的一步。然而，在传统的话音、视频和因特网业务之上提供更加有利可图的应用模式，定义合适的应用平台是运营商仍需面对的挑战。

相关技术
在家庭内成功部署新的业务和平台的一个关键因素就是所采用的技术方案，该技术要能实现尺寸小、功耗低以及用户界面友好的系统。
对于GPON，新出现的片上系统（SoC）技术的引入为其提供了一种性价比较高的关键单元集成方案。SoC具体实现时还须结合其它一些技术，例如前向纠错（FEC）、加密、流量管理、交换、路由、VoIP，以及控制平面内嵌处理技术等。
MoCA等家庭内组网技术的集成度要求稍低，通常需要两台或更多的设备。MoCA芯片组与DSL芯片组十分相似，都有一个数字组件和一个模拟的前端，加以外置的RF滤波器和交换单元。规模小一些的半导体技术如能实现充分的隔离，也能在近期内满足更高集成度的要求。
将上述技术和现有的PC和STB应用平台结合起来并选择恰当的芯片集成度是目前系统和半导体供应商面临的挑战。运营商须做出正确的抉择以付诸下一步行动。