GPON技术在中国运营商市场的应用浅析

GPON技术是基于ITU-TG.984.x标准的最新一代宽带无源光综合接入标准，具有高带宽，高效率，大覆盖范围，用户接口丰富等众多优点，被大多数运营商视为实现接入网业务宽带化，综合化改造的理想技术。本文结合 GPON技术产品的应用实践，提出了GPON技术在中国市场的基本应用模式。

1、GPON技术浅析
PON技术起源于1995年开始逐渐形成的 ATMPON技术标准，PON是英文"无源光网络"的缩写。而GPON(Gigabit-Capable PON) 最早由FSAN组织于2002年9月提出， ITU-T在此基础上于2003年3月完成了ITU-T G.984.1 和G.984.2的制定，2004年2 月和6月完成了G.984.3的标准化。从而最终形成了GPON的标准族。
基于GPON技术的设备基本结构与已有的PON类似，也是由局端的 OLT(光线路终端)，用户端的ONT/ONU(光网络终端或称作光网络单元 )，连接前两种设备由单模光纤(SM fiber)和无源分光器(Splitter)组成的 ODN(光分配网络)以及网管系统组成。基本结构如图1所示。
 

图1 GPON设备的基本组网结构

相对于其他的PON标准而言，GPON标准提供了前所未有的高带宽，下行速率高达 2.5Gbit/s，其非对称特性更能适应宽带数据业务市场。提供QoS的全业务保障，同时承载ATM 信元和(或)GEM帧，有很好的提供服务等级、支持QoS保证和全业务接入的能力。承载 GEM帧时，可以将TDM业务映射到GEM帧中，使用标准的 8kHz(125μs)帧能够直接支持TDM业务。作为电信级的技术标准， GPON还规定了在接入网层面上的保护机制和完整的OAM功能。
作为ITU-T提出的一种灵活的宽带光纤接入技术，它又是一种与已有PON 系统相比有很大区别的PON技术。
在GPON标准中，明确规定需要支持的业务类型包括数据业务(Ethernet 业务，包括IP业务和MPEG视频流)、 PSTN业务(POTS，ISDN业务) 、专用线(T1，E1，DS3， E3和ATM业务)和视频业务( 数字视频)。GPON中的多业务映射到ATM 信元或GEM帧中进行传送，对各种业务类型都能提供相应的QoS保证。
GPON技术允许运营商应根据各自的市场潜力和特定的管制环境，有针对性地提供其客户所需要提供的特定业务。
目前，GPON技术、设备相对复杂。GPON承载有 QoS保障的多业务和强大的OAM能力等优势很大程度上是以技术和设备的复杂性为代价换来的，从而使得相关设备成本较高。随着GPON 技术的发展和大规模应用，GPON设备的成本将会有相应地下降。

2、基于GPON技术的产品
目前正在开发基于GPON技术产品的厂家较多，包括国内的各大电信设备制造厂商，但是由于技术门槛较高，没有相应的配套厂商提供GPON 专用芯片，各个厂家只有各自开发自己的GPON芯片，因此目前业界成熟的GPON商用产品并不多。 FlexLight网络有限公司是一家以色列公司，专门从事GPON系统的研发，他们目前已经向遍及欧美的运营商提供了基于GPON技术的接入网系统。在中国他们也是唯一一家已经向中国运营商提供商用 GPON系统的厂家。
FlexLight的Optimate GPON系统承载 GEM帧，为运营商提供高质量的TDM业务和数据业务，基于C/S的全图形化界面为用户的接入网提供管理的便捷。

3、目前GPON产品的市场定位和应用模式
GPON技术是一种宽带光接入技术，其产品定位必然是接入网。用一个流行的行业术语来说，GPON 是一种实现FTTx的技术。作为一个新技术，在接入网的网络结构中，GPON到底应该扮演什么样的一个角色呢?
接入网是一个网络级的概念，它位于整个通信网络的末端，即电信网中最靠近最终用户的业务接入层。而光纤接入网自身的网络结构可根据用户数量、业务种类等因素，细分为主干层、配线层和引线层三层结构。GPON 设备的市场定位实际上是和运营商目前在接入网层面上光纤化的具体进程有关。目前，运营商在接入层光纤化的基本策略都是相同的，即从接入网层面的馈线段、配线段到最终的引线段逐段逐步实现光纤化，最终的目标即FTTH(光纤到户) 。目前，中国的运营商都已经基本实现全部馈线段和大部分配线段的光纤化，而引线段的光纤化的过程相对而言显得步伐沉重而缓慢。这当中的原因很多，主要的原因有以下几点：
(1)主流运营商的用户铜线资源非常丰富，资产沉淀厚重，目前利用铜线承载的宽带接入技术(xDSL) 设备及技术规范成熟，价格低廉，目前的带宽也能够满足绝大多数家庭用户和一部分中小型企业的应用需求，并且其带宽还有进一步扩展的能力(目前成熟的VDSL技术已经可以将实际应用的接入速率提高至 10M以上)；
(2)配套的工程技术规范不成熟，配套施工的技术复杂且费用高昂；
(3)目前还没有真正家庭用户需要的基于高带宽的数据应用，FTTH的高带宽无用武之地；
(4)设备本身的成本相对过高，限制了FTTH技术的推广。
作为一种专用的接入网技术，GPON是实现FTTH的最佳技术。其技术规范所规定的最终目标就是实现所有终端用户的接入。为此，其规范规定了一系列面向家庭用户的终端接口，如普通音频脉冲电话 RJ11接口，基于VoIP的电话接口，有线电视同轴电缆RF接口等。但是，正如前面所述的， FTTH(即将GPON设备的ONU终端放在普通家庭中使用 )的应用目前仍然面临着成本过高等问题。那么在目前的市场形势下，GPON设备的市场定位是否准确，直接确定了这一优秀技术的市场和技术前景。
由于各个运营商目前在接入网的传输网络建设中已经实现了馈线段和配线段的光纤化，目前FTTn(光纤到节点) 的应用时机已经相当成熟。这里的n可以代表一栋商务楼(FTTB)、一个用户小区(FTTP) 、一个多用户群(FTTM)、一个路边接入点(FTTC)、一个办公室或小型商户企业(FTTO) ；FTTn的应用场合很多，可以选择的设备范围也较大。在FTTn的应用中，GPON 设备可以显示出其独特的优势：专用的接入网技术规范，适用于接入网的应用环境：为终端用户提供真正源模式的TDM服务和高质量的以太网接入服务；无源光网技术，整个光分配网(ODN)没有有源器件，可维护性好，可靠性高，可以大大降低接入网络的维护成本，使运营商的接入网络具有更强的网络持续发展能力和生存能力；接入距离远 (大于35km)，覆盖范围广，可以适应中国包括农村地区的接入要求；组网结构灵活，可以在接入层面实现星型、树形、总线形、环形等各种网络拓扑结构。同时，具有实现全程双向点对点的线路保护能力。满足了运营商对业务增长和拓扑结构变化的需求；带宽高达 2.5Gbit/s，网络带宽综合利用率高达93%，可以满足未来的高带宽用户的应用需求；单纤传输，节省运营商的主干光纤资源；相对于其他的 FTTn手段，性价比高。
综上所述，目前GPON技术的最佳应用场合是FTTn。利用其综合接入性能，为运营商提供高质量的数据、语音乃至视频服务。

4、GPON产品在移动运营商的应用模式实例及分析
4.1 使用GPON设备的 FTTn应用实例
GPON设备的应用特点即综合接入，使用GPON的用户接入接口，运营商可以接入多种业务设备。根据 GPON设备在北美运营商的应用经验，以下介绍几种使用GPON设备的FTTn 应用实例：
(1)GPON+xDSL的应用
使用GPON设备作为延伸DSL服务距离和扩展 DSL服务带宽的传输平台(见图2)。随着运营商将 DSL服务带宽逐步提高，DSLAM(DSL接入服务器)距离终端用户( 即DSL Modem)越来越近，现在的距离普遍小于3km，以保证其出线率和业务质量。未来随着高带宽 DSL技术的应用，DSLAM和用户的距离可能小于1.5km。使用GPON 技术，可以很好地完成DSLAM的业务收集。
 

图2 GPON 综合接入示例——xDSL业务

(2)GPON对移动业务的收集
GPON设备可以为用户在接入层传输节点提供高质量的TDM业务接口和以太网接口；使用 E1接口可以连接移动基站设备(BTS)，Ethernet接口可以连接 WLAN的AP设备。在未来的3G时代， BTS不仅要使用数量更多的E1传输接口来满足传统语音的要求，也需要以太网端口来解决3G的数据通信需求。而 GPON恰好可以在接入层面上可以很好地解决两种业务的同一平台传输的要求(见图3)。
 

4.2 中国GPON设备 FTTn的主要可应用形态
基于上面的应用分析，结合GPON设备的特点，可以总结GPON设备的 FTTn应用形态有：
(1)城区主要商务区光缆资源紧张地区的业务改造；
(2)具有多重业务设备的小区机房的综合接入改造；
(3)远离原有传输网络的大客户接入及无线覆盖；
(4)新建科技园区、商务区的综合接入；
(5)远郊区县的综合接入传输。
值得指出的是，GPON在FTTn的应用中，主要利用的是其综合业务接入传输能力。在应用中着重应体现的是其高带宽，广覆盖，单纤接入，接口丰富的技术特点。
4.3 GPON设备在中国市场的应用实例及分析
FlexLight网络有限公司是最早从事GPON技术研究的一家公司，已经开发了可以进行商用的 GPON设备，在中国也具有一定的商用规模和试用规模。贵州移动在建设贵阳城域网的项目中采用了FlexLight的Optimate GPON 设备完成这一项目中接入网的建设及改造。
项目背景：由于国内各个运营商之间业务的相互渗透，目前各个运营商均在向开展全业务的方向发展。例如，中国网通和中国电信都开展了事实上的移动业务(PHS)。在这种市场形势下，在做好移动市场的同时，中国移动也开始着手建设自己的数据城域网。贵州省移动通信公司正是较早开始进行这一工作的省级移动公司。贵阳市作为贵州的省会，其城域网具有一定的示范作用。其城域网的基本网络结构如图 4所示。
 

图4 贵阳城域网网络结构示意图

本数据城域网完成后主要用于大客户的接入，如大型网吧Internet接入，企事业单位的专线接入( 包括以太网的专线接入和DDN的数据专线接入)，同时也用此城域网作为已有传输网络的补充，用于移动营业厅的接入，BTS 和室内覆盖设备的接入等。在网络结构上，由于各个点相对分散，距离较远，移动的光纤资源又较匮乏，很多业务点在设计之初并不能确定，因此采用了树状结构。
在城域网中设置两个汇聚节点，每个节点设置一台汇聚层数据交换机。接入层网络建设使用GPON设备完成。其中的OLT 设备与汇聚节点的数据交换机使用千兆以太网光口对接。OLT设备上同时使用155MSTM-1接口与汇聚节点的SDH 传输设备(华为的Optix2500+)相连接。这样OLT 就同时具备了汇聚TDME1业务和以太网数据业务的能力。
OLT和ONU设备之间的光纤分配网使用移动传输网原有的光纤资源，在每个 GPON网络覆盖的范围内设置一定数量的汇聚节点(一般为基站所在的机房) ，预先布放1：4的无源分光器(机架式 )，将4路尾纤预留在机房的光配线架内(见图5) 。当终端接入用户确定后，再由此光纤配线架跳纤接到终端用户的ONU处。
 

图5 GPON接入网光纤路由图

正如图5所示，由于在设计之初就预留了汇聚分光器，而放置分光器的各个点均匀地散布于整个接入层业务区域内，有利于各个业务点的就近接入。目前，基于 GPON的贵阳移动城域网FTTn各种应用已经逐步展开，已经接入无线基站(BTS)、以太网专线用户等。同时，整个 GPON网络的网管服务器设置在贵阳移动的集中网管中心，既方便了本地移动维护人员的管理，同时也方便了厂家维护工程师远程维护，快速响应故障。

5、结束语
使用GPON技术规划运营商的接入网络，可以在现阶段解决绝大部分FTTn 的业务需求，同时可以将原本复杂的接入网络层次加以改造简化，这正符合了运营商实现"大局所，少局所，少层次"的组网要求。同时，GPON技术在运营商FTTn的应用中可以充分体现其广覆盖，高带宽，双纤保护等特点，贵阳移动 GPON接入项目以及FlexLight Optimate GPON产品在其他各个运营商的应用充分证明了GPON 技术在目前的市场中定位于FTTn的正确性。