基于GPON技术的小区接入网应用分析

摘要：GPON是重要的实现用户接入网的PON技术。本文首先给出GPON的基本原理与特点，并通过GPON与APON、EPON的功能对比，对GPON进行了优点剖析，指出了GPON技术的先进性。从GPON系统设计、OLT设置、ODN设置及ONU设备等不同方面讨论了GPON技术的网络设计流程。最后，以实际案例进行了GPON接入网工程分析，进行了GPON工程方案设计与带宽测试结果讨论，提出了工程涉及问题的注意事项，指出了GPON技术的发展趋势。

引言

　　随着科技的进步，PON技术得到更加广泛的应用，该技术也在不断推陈出新。基于各种PON技术，GPON技术具备更高的带宽、传输速率及传输范围，目前已逐步应用于各个通信领域^[1]。

　　APON技术是最早的商用PON技术，主要基于ATM技术。EPON技术主要推动以太网的使用，对物理层与MAC层进行了规定^[2]。GPON技术综合了以上技术的优点，具备更优的性能，更高的传输速率，更广泛的覆盖范围及更高的动态带宽分配能力。

　　本文基于GPON技术的基本原理，分析了该技术的优点，从具体方面讨论了GPON技术的网络设计流程，最后针对GPON接入网工程进行实例分析，并给出了用户接入网工程设计中的注意事项。

1 GPON技术的基本原理

　　2002年，FSAN以APON为基本框架提出了包含全新物理层传输速率和TC层的GPON。

1.1 原理

　　GPON将多业务映射到ATM信元或GEM中传送，并提供相应QoS保证，作为PON的技术，也是由局端OLT、用户端ONU与无源光分配网络ODN组成[3]。OLT属于全业务接入系统，将数据网、电话网与电视网融为一体，以大容量交叉矩阵和IP包为内核，在用户接口UNI侧提供GPON接口，以实现各种业务接入。ONU提供UNI侧多业务接入能力以实现三网合一的接入。

1.2 特点

　　GPON技术具备如下特点^[4]：

　　(1)业务支撑能力较强。GPON同时承载ATM信元与GEM，实现了灵活地帧封装协议，无需通过协议转换即可实现多业务通用映射，封装率可达94%。

　　(2)足够的带宽与覆盖范围。GPON下行速率可达2.5Gbit/s，且在其他PON技术上拓展了带宽，具备满足更多业务性能的特点。GPON实际覆盖范围高达20km以上。

　　(3)带宽灵活分配。基于DBA算法，GPON具备保证多业务进行的灵活的带宽分配能力。

　　(4)同步性能较优。ONU较易获取同步信息，可以有效地支持实时TDM业务，同时具备延时与抖动性能。

　　(5)设备成本较高。GPON具备多种优点的同时，也增加了设备与技术的复杂程度，增加了设备成本。

1.3 优势

　　APON是单点到多点的无源光网络，EPON是FTTx中主流的无源光接入技术，通过GPON与他们的特性对比，分析GPON在通信领域的优势^[5]。

　　对比可知，GPON具备较高的上行速率、下行速率，最大覆盖范围的理论值较高，同时可以承载多种业务类型。

2 GPON技术的网络设计流程

　　GPON采用单点到多点的网络拓扑结构，常用树型与星型拓扑结构。

2.1 GPON系统设计

　　针对GPON系统设计，需要考虑以下原则：

　　(1)恰当考虑综合因素，适当选择网络结构^[6]。进行网络结构选择时，应同时考虑用户分布和密度情况，综合比较用户业务需求，同时不能忽视现有环境因素。

　　(2)充分考虑经济因素，最大程度降低故障风险。将光分路器靠近用户侧有助于减少主干光缆芯数，可以节约经济成本。分光级数增加会导致故障风险增加，难以进行维护，因此，分光级别尽量采用一级分光。

　　(3)合理考虑利用率，尽量选择均匀分光。进行光分路器设计时，应考虑利用率，尽量降低分支空余发生。采用均匀分光，有助于使各个分支均满足传输损耗要求。

2.2 OLT设置

　　OLT采用模块化设计，上联通GE/FE接口实现，如果业务需求量大可多置GE口，FE口常采用配置光口或电口的BRAS/SR的侧端口类型。

2.3 ODN设置

　　ODN作为连接OLT与ONU的传输媒介，位于OLT与ONU之间。ODN包括光缆、无源器件及其他线路辅助设施，进行系统设计的同时，需要考虑相关环境因素，由于分光器增多将会导致ODN网络跳接点增多。因此，尽量采用一级分光。

2.4 ONU设备

　　根据不同的用户侧需求，选择恰当的ONU以满足不同的应用场景及用户需要。ONU上行方向通过ODN与所提供光口连接至OLT，下行方向根据实际情况选择ONU类型。

3 GPON接入网工程分析

　　本部分以对一小区进行实际接入网设计为例，分析GPON技术的应用情况及效果。

3.1 工程方案设计

　　本工程基于GPON技术设计某小区的接入网。工程规模如表2所示。

　　因本工程目的为解决该小区接入网工程，居民住宅具备密集型特点，因此，该GPON采用树型拓扑结构，系统建设方案如下：

　　(1)首先选取一台支持8端口的GPON与一台支持GPON业务的OLT设备，其中GPON的分光比为1:32;

　　(2)使用一级分光器完成接入过程;

　　(3)在分光器上分别铺设光缆到各单元机柜的ONU上;

　　(4)将OLT置于机房中，根据“大容量、少局点”的部署原则，选择大容量的OLT，将其部署至现有机房中;

　　(5)选择具备标准化、模块化设计的ODN，以达到具备较易替换与便于维护的目的;

　　(6)基于FTTB模式下的ONU为多住户单元型ONU，具备多个用户侧，可提供多业务接入功能。

3.2 结果分析

　　GPON的下行带宽为2488Mbps，开销占用128Mbps，获得可用带宽2360Mbps。通过测试，获取本案例中各个业务所需带宽如表3所示。

　　计算单个系统带宽=Σ所有业务(业务分配带宽×业务用户比率X并发比X流量占空LL)×总用户数/带宽冗余系数。

　　所以，该小区带宽=3×100%×50%×30%+3×100%×50%×30%+8×50%×50%=2.9M，GPON系统内冗余系数取85%，则N×2.9M/85%<2360M，可知，单个PON系统最大可容纳用户数为5817，该数值完全满足一个小区的用户需求。

3.3 工程涉及问题

　　除了做好工程设计工作，以下问题也需要注意：

　　(1)注意设备防雷工作。为了确保工程顺利实施及后期运作安全，应该做好防雷接地工作。

　　(2)注意环境保护工作。用户接入网属于重要的工程项目，涉及范围较广，应该注意在施工过程中尽量避免造成环境污染。

　　(3)注意设备使用率。为了严格控制设备能耗，需要在保证设备利用率的前提下，提高软件性能，尽力不放弃旧设备。

4 结束语

　　用户接入网工程属于常见的通信工程，为用户提供服务，满足用户日常生活需要。本文通过GPON技术与其他技术的对比，分析讨论了该技术的先进性，并以实际案例证明GPON技术具备较高的带宽，可以满足不同的业务需求，并指出进行用户接入网工程时的注意事项。随着GPON技术的发展，可以针对降低价格以获取更好的经济性方面进行进一步的研究，以扩大GPON技术的应用范围。

参考文献：

　　[1]赵煜.基于GPON技术的接入网络应用研究[D].北京邮电大学, 2010.

　　[2]张超一,苗建松.EPON与GPON的融合接入方案[J].光通信技术, 2010, 33(11).

　　[3]曹畅,张永军,张杰,等.基于GPON原理的城域传送体系研究[J].电信科学, 2011, 27(10):57-63.

　　[4]张娜.基于GPON的无线接入网资源分配新机制及算法[J].光通信技术, 2015, 39(10).

　　[5]陈福都,李维民,张丽娟.GPON技术新进展及发展趋势探讨[J].现代电子技术,2007,30(5):72-74.

　　[6]杨泛舟,杨小帆.一种从PON到下一代GPON的升级方案[J].光通信技术,2012,36(05):10-12.

本文来源于中国科技期刊《电子产品世界》2016年第9期第55页，欢迎您写论文时引用，并注明出处。